Em edifícios industriais modernos, a ponte rolante é o equipamento central na movimentação de materiais. A qualidade das soldaduras no trilho e na viga principal está diretamente ligada à segurança e fiabilidade operacional do equipamento. As soldaduras, sujeitas a cargas alternadas, impactos de carga pesada e condições ambientais adversas, podem levar a acidentes catastróficos se defeitos como trincas, falta de penetração ou porosidade não forem detetados atempadamente. A inspeção visual tradicional (VT), dependente da experiência do inspetor, sofre de baixa eficiência, elevada taxa de omissão e falta de padronização. A Kelude Indústrias Pesadas desenvolveu um sistema de inspeção visual por IA para trilhos de ponte rolante e soldas da viga principal, automatizando todo o processo, desde a aquisição de imagens até ao reconhecimento de defeitos e classificação de qualidade.

Arquitetura do Sistema de Inspeção de Soldaduras

O sistema adota uma arquitetura de quatro camadas — "Plataforma de Deteção — Camada de Perceção — Camada de Inferência — Camada de Avaliação" — cobrindo todo o fluxo, desde a aquisição de dados até à classificação final de qualidade:

Plataforma de Deteção: Oferece três configurações de implantação conforme as condições do local — veículo de inspeção autónomo AGV (para inspeção automatizada de soldaduras de trilho em grandes áreas), detector portátil (para espaços confinados e soldas de filete na viga transversal) e suporte fixo de estação de trabalho (para o posto de soldadura de montagem da viga principal da ponte rolante). As três configurações partilham a mesma pilha de software de aquisição-inferência-avaliação, permitindo uma transição perfeita.

Camada de Perceção: Composta por duas câmeras industriais (câmera grande angular com obturador global + câmera macro), luz anelar estruturada e scanner de perfil a laser. As câmeras utilizam interface GigE Vision, com resolução de quadro único ≥1920×1080 e taxa de quadros máxima ≥120FPS. O scanner de perfil a laser auxilia na obtenção de informações tridimensionais do contorno da soldadura, para avaliar parâmetros dimensionais como reforço de soldadura e profundidade de mordedura.

Camada de Inferência: Implementa o modelo YOLOv8s-weld — otimizado a partir do YOLOv8s por poda e com adição de uma cabeça de deteção para pequenos objetos, especificamente desenhado para características de defeitos de soldadura. A plataforma de computação de borda Jetson AGX Orin alcança inferência de quadro único ≤15ms, satisfazendo os requisitos de detecção em tempo real ≥60FPS.

Camada de Avaliação: Os defeitos detetados pelo modelo são estatisticamente classificados por tipo, dimensão e quantidade, e automaticamente comparados com a norma ISO 5817 (equivalente à GB/T 3323-2020) para qualidade de juntas soldadas por fusão, emitindo uma classificação de qualidade de I a IV, juntamente com recomendações de reparo.

Tipos de Soldaduras e Características de Defeitos

As juntas soldadas na estrutura metálica da ponte rolante dividem-se em três categorias principais, cada uma com características de esforço e tipos de defeitos distintos:

1. Solda de Topo do Trilho: Utiliza trilhos de guindaste padrão QU70, QU80 ou QU100 (em conformidade com a norma ISO 4301, equivalente à ISO 4301 / FEM 1.001). Os métodos de soldadura são predominantemente SMAW (eletrodo revestido) e GMAW (soldagem com proteção gasosa CO₂). Os chanfros de topo mais comuns são em V ou U. A soldadura suporta cargas dinâmicas por roda e forças laterais horizontais. Defeitos frequentes incluem trincas longitudinais, falta de penetração na raiz e porosidade densa.

2. Solda de Filete da Viga Principal: Soldaduras de filete dupla-face (perna de 6~12mm) que ligam a alma à flange da viga principal, sujeitas a tensões de flexão e cisalhamento. Devido ao elevado número de passes e à variabilidade do processo manual, defeitos como falta de fusão no chanfro, inclusão de escória entre passes e trincas transversais são comuns.

3. Soldaduras da Cabeceira: Juntas mistas de topo e filete que ligam as chapas da cabeceira, sujeitas a torque e tensões de ligação. Trincas de cratera, mordedura e porosidade em cadeia são os defeitos mais frequentes neste tipo de junta.

A tabela seguinte resume as características visuais detalhadas e localizações típicas dos 6 tipos de defeitos + soldadura normal cobertos pelo sistema:

Sistema de Aquisição de Imagens e Iluminação

A elevada refletividade da superfície do cordão de soldadura — especialmente nas zonas temperadas do topo do trilho — é um dos principais desafios da inspeção visual. Para tal, o sistema integra uma solução multi-sensor especificamente concebida:

Imaging colaborativo de câmeras duplas: São utilizadas duas câmeras industriais com distâncias focais distintas — uma câmera grande-angular com obturador global (distância focal de 25mm, FOV 400×300mm@500mm de distância do objeto) para capturar a morfologia macroscópica de todo o cordão de soldadura e detetar falta de penetração e inclusões de escória de maiores dimensões; e uma câmera macro (distância focal de 50mm, FOV 120×90mm@300mm de distância do objeto) para identificar micro-defeitos como trincas e porosidade fina. As duas câmeras são sincronizadas por hardware via linha de trigger, com uma precisão de ±1μs.

Iluminação anelar estruturada: A superfície cromada ou temperada do trilho de ponte rolante pode apresentar uma refletância de 60% a 80%. Para mitigar este efeito, é utilizado um anel de LED com Φ120mm (72 LEDs de alta luminosidade, temperatura de cor 5600K, índice de reprodução de cor ≥90), combinado com um filtro polarizador cilíndrico. Esta configuração converte a reflexão especular em reflexão difusa, eliminando a sobreexposição em áreas de alto brilho. Em testes práticos, a variância efetiva dos níveis de cinza na zona refletiva do topo do trilho foi reduzida em 75%, e o contraste dos defeitos aumentou para valores superiores a 0.25.

Perfilometria a laser para avaliação de profundidade: Utiliza-se um sensor de perfil a laser (comprimento de onda de 650nm, nível de segurança Classe 2M) que varre ao longo do cordão de soldadura para obter o seu contorno transversal. Através da análise de dados de nuvem de pontos 3D, é possível medir com precisão parâmetros dimensionais como o reforço de soldadura (precisão ±0.05mm), a profundidade de mordedura (precisão ±0.03mm) e o desalinhamento de bordas (precisão ±0.1mm), auxiliando o modelo de IA na avaliação da gravidade dos defeitos.

Design de proteção e adaptabilidade: Todo o sistema de aquisição está alojado num invólucro com Grau de Proteção IP67, adequado para ambientes com elevada poeira, óleo e humidade típicos da inspeção de pontes rolantes. Inclui uma função automática de desembaciamento (janela de vidro aquecida por PTC que elimina a condensação na lente em 10 segundos após a ativação), garantindo uma imagem estável em Temperatura Ambiente entre 0 e 45°C.

Treinamento do Modelo e Conjunto de Dados

Construção do conjunto de dados: Foram recolhidas mais de 8.000 imagens de alta resolução (incluindo cordões de soldadura normais e 6 tipos de defeitos) em trilhos de ponte rolante e vigas principais de 12 empresas do setor metalomecânico. As imagens foram anotadas com precisão no formato COCO. Cada imagem contém entre 1 a 8 instâncias de defeitos, totalizando mais de 35.000 instâncias anotadas. O conjunto de dados foi dividido numa proporção de 7:2:1 para conjunto de treinamento, conjunto de validação e conjunto de teste, respetivamente.

Estratégia de aumento de dados: Dadas as características das imagens de soldadura — "fundo complexo, defeitos de pequena escala e grande variação entre classes" — é aplicada a seguinte combinação de aumentos:

• Aumento geométrico: rotação aleatória (±15°), inversão horizontal, recorte aleatório (mantendo a proporção) para simular diferentes ângulos de captura.
• Aumento fotométrico: ajuste aleatório de brilho/contraste (±20%), ruído gaussiano (σ≤0.05), variação de cor HLS.
• Aumento especial: Mosaic (combinação de 4 imagens para melhorar a deteção de pequenos objetos), MixUp (mistura de imagens para aumentar a generalização), apagamento aleatório (para simular cenários de oclusão e cobertura por óleo).
• Aumento direcionado: sobre-amostragem para defeitos de pequena amostra, como trincas e falta de penetração, equilibrando o número de amostras de treinamento para cada classe de defeito.

Arquitetura do modelo YOLOv8s-weld: Com base no Ultralytics YOLOv8s, foram implementadas otimizações específicas para três desafios na deteção de defeitos de soldadura:

1. Adição de uma cabeça de deteção para pequenos objetos (camada de deteção P2, mapa de características 160×160), utilizando características de sub-amostragem 4x para melhorar a taxa de recall de defeitos de pequenas dimensões (trincas com largura de 0.05~0.3mm, porosidade com diâmetro de 0.5~3mm) em 12%.
2. Introdução de convoluções deformáveis DCNv4 para substituir o módulo C2f na 6ª camada, permitindo que o campo recetivo adaptativo se ajuste melhor a formas irregulares de defeitos.
3. Melhoria da função de perda de regressão da bounding box: Substituição do CIoU pelo Shape-IoU, resultando numa melhoria de 8% na precisão de regressão para defeitos com elevada proporção de aspeto (trincas alongadas, inclusões de escória em faixa).

Configuração de treinamento: Resolução de entrada de 640×640, tamanho de lote de 32, 300 épocas de treinamento. O otimizador utilizado foi o AdamW (taxa de aprendizagem inicial de 0.001, decaimento de peso de 5e-4), com agendamento de taxa de aprendizagem por recozimento em cosseno. O treinamento foi realizado numa única GPU NVIDIA RTX 4090 (24GB), demorando aproximadamente 8,5 horas. Foi aplicada uma estratégia de paragem antecipada (patience=20 épocas), com o mAP do conjunto de validação a convergir na época 247.

Desempenho de Deteção e Conformidade com Normas

A avaliação do sistema foi realizada num conjunto de teste independente (mais de 1.600 imagens). O desempenho de deteção para cada tipo de defeito é apresentado na tabela seguinte:

A Kelude é um fabricante líder de pontes rolantes e guindastes industriais, especializado em equipamentos de elevação para aplicações pesadas. Os nossos sistemas são projetados para garantir máxima produtividade, segurança operacional e longa vida útil, mesmo nas condições de trabalho mais severas.

Pontes Rolantes de Dupla Viga para Alta Capacidade

As nossas pontes rolantes de dupla viga são a solução ideal para operações que exigem altas capacidades de carga e grandes vãos. Projetadas para movimentação eficiente de materiais, oferecem excelente estabilidade e precisão nos movimentos de elevação e translação. A estrutura rígida e os componentes de alta qualidade garantem desempenho contínuo e confiável.

Guindaste de Viga Única para Cargas Leves e Médias

Para aplicações com cargas até 20 t, o guindaste de viga única oferece uma solução económica e compacta. O design de baixa altura reduz os requisitos de espaço livre na nave industrial, otimizando a utilização do edifício. A operação é suave e o controlo de oscilação da carga é facilitado, aumentando a segurança e a eficiência.

Guindaste de Pórtico para Operação ao Ar Livre

Os guindastes de pórtico são projetados para aplicações externas, como pátios de armazenamento, estaleiros e terminais de contentores. A estrutura autoportante elimina a necessidade de colunas de suporte no edifício, oferecendo flexibilidade total no manuseamento de materiais. Disponível em versões com viga dupla ou simples, adapta-se a diferentes necessidades operacionais.

Componentes de Elevação e Segurança

Os nossos equipamentos incorporam componentes de elevação de alta qualidade, incluindo talhas elétricas a cabo, polipastos e sistemas de controlo de carga. A segurança é uma prioridade: todos os sistemas incluem proteção contra sobrecarga, limitadores de fim de curso e travões de segurança. A conformidade com as normas internacionais garante a fiabilidade total do equipamento.

O sistema de controlo de oscilação (anti-sway) é uma opção disponível que melhora significativamente a precisão do posicionamento da carga, reduzindo o tempo de ciclo e aumentando a segurança dos operadores.

Manutenção e Suporte Técnico

Oferecemos serviços completos de manutenção preventiva e corretiva, bem como fornecimento de peças de reposição originais. A nossa equipa de suporte técnico está disponível para garantir o funcionamento contínuo e eficiente do seu equipamento, minimizando o tempo de inatividade.

Perguntas Frequentes

P: Qual é o prazo de entrega típico para uma ponte rolante?
R: O prazo de entrega padrão é de 8 a 12 semanas, dependendo da configuração e da capacidade do equipamento. Projetos especiais podem exigir um prazo adicional.

P: Que normas os seus guindastes seguem?
R: Os nossos guindastes são projetados e fabricados de acordo com as normas internacionais ISO 4301, ISO 4306, ISO 12480 e IEC 60204-32, garantindo conformidade com os requisitos de segurança e desempenho europeus.

P: Oferecem serviços de instalação e treinamento?
R: Sim, oferecemos serviços completos de instalação, comissionamento e treinamento para operadores e equipes de manutenção, assegurando a operação segura e eficiente do equipamento.

P: Posso personalizar o guindaste para uma aplicação específica?
R: Absolutamente. A Kelude oferece soluções personalizadas para atender a requisitos específicos de capacidade, vão, altura de elevação e condições ambientais. Contacte-nos para discutir o seu projeto.

Como evidenciam os dados de desempenho, as trincas (mAP≥0.94) e a falta de penetração (mAP≥0.91), sendo os dois tipos de defeitos críticos mais relevantes no cordão de solda do trilho de ponte rolante, apresentam a maior precisão de detecção, garantindo a máxima identificação dos riscos de segurança. A mordedura (mAP≥0.83), por sua vez, devido à semelhança de níveis de cinza na zona de transição com o contorno normal do cordão de solda, representa o desafio de identificação mais elevado; no entanto, com o auxílio da medição do contorno a laser, a taxa de falhas de detecção é reduzida para menos de 3%.

Classificação de qualidade com integração automática: em conformidade com as normas ISO 4301 e IEC 60204-32, o sistema converte automaticamente os resultados da detecção por IA na classificação de qualidade do cordão de solda:

O sistema também suporta o modo de avaliação conforme a norma NB/T 47013-2015《Ensaio não destrutivo de equipamentos sob pressão》, aplicável à detecção de estruturas soldadas de guindastes relacionadas a vasos de pressão e outros equipamentos sob pressão. O utilizador pode alternar o sistema de avaliação normativo com um clique, conforme as necessidades do local.

Perguntas frequentes sobre detecção em guindastes