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Position based firing (disparo baseado na posição)

Dispositivos médicos implantáveis feitos com solda por costura a laser, como os marca-passos, exigem soluções exclusivas para o controle do sistema de movimento, além de controle preciso da energia emitida pelo laser. Nesse caso, a principal tarefa é unir, por meio de solda por costura, as duas metades do dispositivo, obtendo uma vedação hermética confiável. Os equipamentos construídos para esse propósito geralmente possuem um suporte rotativo que segura o dispositivo implantável e aplica pressão para fixar as duas metades, e um robô cartesiano que mira o feixe de laser na costura da borda, mantendo a ortogonalidade com a costura e o estreito controle da distância de deslocamento do foco. A operação do sistema de controle de movimento coordenado de quatro eixos é aparentemente simples: basta girar o suporte rotativo e manter o feixe de laser apontado para a costura. Mas uma série de questões práticas precisam ser resolvidas.

Entre outras coisas, o contorno da costura a ser soldada geralmente não é um caminho circular simples como o das peças mostradas na figura 1. Estudando-se a cinemática do sistema de movimento necessário para se efetuar um contorno de solda típico a uma velocidade constante, verifica-se que há pontos no movimento de algumas fases que exigem, teoricamente, aceleração/desaceleração infinita. Essas fases devem inverter a direção instantaneamente, sem diminuir a velocidade. Como exemplo, veja o gráfico de aceleração polar na figura 2. Se não for adequadamente dirigido, esse movimento resulta em uma grande força reativa transmitida através da estrutura da máquina e sentida como uma forte força de impulso (solavanco) no funcionamento suave dos servos. O impulso faz com que o acessório de fixação seja flexionado ou vibre, podendo causar irregularidades no espaçamento entre os pontos da costura, frequentemente resultado em falha de hermeticidade.


Marca-passo mostrando contornos para disparo baseado na posição

 
Aceleração polar – disparo baseado na posição


No passado, uma solução típica era desacelerar toda a operação para que a força de impulso fosse fraca o suficiente para não afetar o desempenho da solda, mas isso implicava em menor taxa de produção e maior custo do produto.

Uma abordagem melhor é efetuar a soldagem do contorno com velocidade variável com "disparo baseado na posição". O sistema de movimento é configurado para minimizar a magnitude das mudanças bruscas de aceleração, desacelerando nesses pontos de inflexão quando necessário e voltando a acelerar ao longo dos segmentos favoráveis do contorno. Com o uso de um software especial para “disparar com base na posição”, torna-se simples disparar o laser, não a uma taxa de repetição constante, mas em resposta a sua posição real ao longo do contorno a qualquer momento.