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Un sistema di tracciamento avanzato rivoluziona la saldatura robotica nel settore dell'energia nucleare

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Nel Regno Unito, si stima che 744.000 m3 di scorie nucleari debbano essere contenute in modo sicuro da qui al 2140. Questo monumentale smantellamento richiede una rapida produzione di contenitori

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Nel Regno Unito, si stima che 744.000 m3 di scorie nucleari debbano essere contenute in sicurezza entro il 2140. Questo monumentale smantellamento richiede una rapida produzione di contenitori, ma la carenza di saldatori qualificati è solo una delle tante sfide che il settore deve affrontare.

Poiché le considerazioni sulla sicurezza sono fondamentali per tutti gli aspetti dell'industria nucleare, l'adozione di tecnologie produttive innovative che potrebbero favorire l'efficienza del settore tarda ad arrivare.

Un modo per ridurre i rischi di implementazione delle tecnologie che potrebbero risolvere queste sfide è rappresentato dai progetti di R&S sostenuti dal governo.

La società di metrologia Insphere, con sede nel Regno Unito, ha sviluppato IONA, un sistema di telecamere per il tracciamento e la guida ad alta precisione dei robot industriali. Nel 2022 ha ottenuto una Smart Grant da I-UK per affrontare le sfide della saldatura robotica, in un progetto denominato AFFIRM.

La saldatura robotizzata può risolvere il problema della carenza di saldatori qualificati e, grazie a una guida robotica avanzata, l'automazione della produzione di container potrebbe ridurre i costi di produzione, consentendo alle catene di approvvigionamento del Regno Unito di soddisfare l'enorme domanda e, al contempo, di fornire un prodotto migliore.

Progetto AFFIRM

Insphere è il partner principale del progetto AFFIRM (advanced photogrammetry for flexible intelligent robotic manufacturing), in collaborazione con Createc e il Nuclear Advanced Manufacturing Research Centre (NAMRC) dell'Università di Sheffield.

Il principale risultato del progetto è una cella dimostrativa integrata, ospitata presso il NAMRC.

Ad oggi, Insphere, Createc e NAMRC hanno integrato i componenti chiave del sistema in una cella robotica avanzata presso il NAMRC. La cella comprende un robot di saldatura sospeso a un portale multiasse. Sotto il robot di saldatura è montata una piattaforma rotante, mentre un secondo robot con un sensore Photoneo è posizionato accanto alla piattaforma rotante.

Il sistema di tracciamento robot IONA di Insphere nella cella comprende sei sensori che tracciano simultaneamente i robot e la tavola rotante. IONA è integrato con i controllori dei robot, in modo che i suoi dati di misura possano essere utilizzati direttamente per il controllo e la correzione della posizione e dell'orientamento dei robot.

In uso, le piastre da saldare vengono fissate sulla piattaforma di saldatura; il sensore Photoneo viene traslato lungo la linea di saldatura per misurare lo spazio di saldatura; quindi questo insieme di dati viene utilizzato per pianificare il percorso del robot per la saldatura. Il robot di saldatura esegue quindi la saldatura mentre IONA traccia il percorso reale per convalidare l'accuratezza della saldatura e la potenziale correzione del percorso; infine il sensore Photoneo traccia una seconda volta la linea di saldatura per valutare le metriche della saldatura e rilevare eventuali deformazioni delle piastre di acciaio.

Il flusso di lavoro è stato testato con successo nella cella dimostrativa e sono in corso esperimenti per valutare le variabili, tra cui l'accuratezza del robot, l'influenza delle variabili ambientali e le prestazioni del materiale al variare dei parametri.

Un ambiente difficile

Le alte temperature, le radiazioni ad alta intensità, il fumo e le scintille possono ostacolare il tracciamento e persino danneggiare i componenti del sistema. Queste influenze vengono testate rigorosamente e la cella del NAMRC si sta rivelando molto preziosa per massimizzare l'apprendimento dal progetto.

Finora, i filtri delle lenti e gli algoritmi software di IONA hanno mascherato con successo la luce infrarossa e il tracciamento delle saldature si è rivelato robusto e affidabile. I test di affidabilità a lungo termine continueranno per i prossimi 12 mesi.

Apprendimento automatico e IA

Il controllo dei robot può trarre vantaggio dagli algoritmi di intelligenza artificiale e IONA fornisce una ricca fonte di dati per l'apprendimento automatico. Il progetto sta sviluppando una conoscenza approfondita degli effetti dei parametri di influenza, non solo per migliorare i percorsi dei singoli robot, ma anche per ridurre progressivamente gli errori di tutti i programmi dei robot.

Il progetto genererà algoritmi di apprendimento automatico per fornire una soluzione di produzione guidata dai dati, con un atteso cambiamento di prestazioni.

Conclusioni e prossimi passi

Dopo aver dimostrato con successo il tracciamento delle saldature e il miglioramento del percorso, la prossima fase verso la commercializzazione sarà un progetto pilota che prevede l'installazione di celle dimostrative in impianti di clienti che operano nel settore nucleare e non solo.

Le aziende con applicazioni di saldatura impegnative o critiche per la sicurezza sono invitate a contattare il team di ricerca per discutere di come possono dare forma ai risultati del progetto e partecipare allo schema pilota del 2024.

Sebbene i beneficiari diretti dei risultati del progetto siano la catena di fornitura dell'industria nucleare, si prevedono benefici più ampi nel campo della saldatura automatizzata, anche nella produzione di energia offshore, nella costruzione di reattori modulari e persino nei settori automobilistico e aerospaziale.