Valk Welding: 1996

Robot past programma aan i.f.v. positiemeting. Dit is een primeur in de lasrobotwereld: een lasrobot in een meer flexibele omgeving én een TIG-toepassing.

Een lasrobot wordt meestal ingeschakeld voor repetitieve taken. Dit heeft te maken met het "stroeve" van een robot: hij werkt flexibel, maar volgens een "vast" programma. Staat het onderdeel tussen "obstakels" en niet steeds op dezelfde plaats, waardoor de lasser bij zijn werk andere bewegingen moet uitvoeren, dan is de intelligentie van de mens noodzakelijk. Het kan nu ook met de robot.

Stork MEC uit Antwerpen, samen met Valk Welding, Panasonic Robots (Japan) en Forsmark (een Zweedse elektriciteitsmaatschappij), hebben een eerste toepassing waarbij een robot wordt gebruikt voor het herstellen van beschadigde lasnaden van onderdelen, die dertig jaar geleden manueel werden gemaakt. Dit is een primeur in de lasrobotwereld: een lasrobot in een meer flexibele omgeving én een TIG-toepassing. De toepassing werd op punt gezet voor een Zweedse kerncentrale in het kader van hun programma om de mensen zo min mogelijk aan straling bloot te stellen. Het is daarenboven een primeur in de nucleaire wereld: robots worden wel reeds ingezet voor "eenvoudige" manipulatietaken (verpakken van nucleair afval, ...), maar nog niet in herstellingslastoepassingen. Het is tevens een referentie van Belgische know-how in het buitenland.

Technisch Management sprak met Johan Aerts, General Foreman van het project, en ing. Marc De Bock, manager speciale technieken van Stork MEC, de afdeling die het project uitvoert.

Schematische voorstelli van de robottoepassing in de kerncentrale van Forsmark, Zweden.

DE TOEPASSING
Deze toepassing is ontwikkeld voor het pilootproject in de kerncentrale van Forsmark (Zweden), gecertificeerd door SKI als "erkende" reparatiemethode (o.a. ook in het kader van beperking van straling naar personeel) en zal - als de eindevaluatie na het proefproject positief is - toegepast worden bij verschillende kerncentrales in Zweden en Finland.

Waarover gaat het? Elke reactor wordt afgesloten door een koepelvormig reactordeksel. Aan de binnenzijde van dit deksel zijn draagbalkconstructies. Een draagbalk wordt d.m.v. twee platen uit Inconelstaal (zeer harde Cr-Mi-legering) gelast aan het reactordeksel. De hoeklassen die hiervoor zijn uitgevoerd, vertonen regelmatig putcorrosie en scheurvorming. De juiste oorzaak is niet gekend, maar het zijn lassen van zowat dertig jaar oud, en toen waren de lasmogelijkheden nog beperkter dan nu, of is dit een veroudering veroorzaakt door micro-insluitsels, of doordat over de jaren heen de samenstelling van het reactorwater evolueerde? In elk geval, bij de jaarlijkse controle dienden praktisch steeds herstellingen uitgevoerd te worden en dit bij alle reactors van dit type.

Dit gebeurde tot hiertoe manueel, een tijdrovende operatie en - al gaat het om een gedemonteerd en naast het reactorvat geparkeerd deksel - een job met een zeer hoge stralingsdosis tijdens de uitvoering (de lasser wordt aan de achterzijde wel bescherm door een loden hokje, maar vooraan moet dit open zijn om te lassen). SKI zocht een manier om een langduriger herstelling uit te voeren door het uitslijpen van de verschillende lassen, het herleggen en herafwerken van de lassen. Als pilootproject werd de centrale van Forsmark uitgekozen omdat daar de toestand het meest kritiek is. Deze vergt een lange en gecomplieceerde herstelling, wat voor manule lassers zeker stralingsproblemen zou geven. Daarom werd besloten deze toepassing te automatiseren. Er werd een offerte-aanvraag uitgestuurd en de bestelling werd gehaald door Stork MEC (Stork stond vroeger voor Mercantile Engineering Company, een afdeling die nu reeds drie jaar geleden samen met de afdeling Industrie door Mercantile verkocht werd aan Stork). Tegenaanbieders waren grote namen zoals Rolls ROyce en Westinghouse. Stork MEC werd weerhouden omdat zowel prijs, voorbereiding van het project en voorgestelde technische oplossing het best waren.
 
De robotopstelling tijdens proeven bij Stork MEC te Antwerpen.

DE OPLOSSING
De aangeboden oplossing bestaat erin gebruik te maken van een met camera's bijgestuurde robot die specifiek voor de toepassing ontwikkelde gereedschappen kan gebruiken, waaronder een bandslijper en een argontoorts. De bandslijper wordt gebruikt voor het wegslijpen van de hoeklas (2 mm diep). Dan worden in deze zone met de argonlastoorts twee lagen heropgelast, waarna de sluiklaag wordt weggeslepen. Het is een speciale operatie onder het beperkt toegankelijk reactordeksel. Door de automatisering wordt een enorme "besparing' aan stralingsniveau gerealiseerd.

Het inschakelen van de robot voor het automatisch slijpen en lassen was minder eenvoudig dan het lijkt. De lasverbindingen zijn manueel geplaatst en er kunnen tussen de supports zekere geometrische verschillen zijn. De robot moet dus dergelijke aansluitingen slijpen en lassen die van vorm en van plaats (plaatsverschil in de ruimte!) kunnen verschillen. Tevens moet tijdens de bewerkingen rekening gehouden worden met de omliggende structuren die het werk hinderen. Een positieverschuiving heeft dan ook invloed op de armbewegingen van de robot: soms moet op een andere wijze gelast of geslepen worden opdat het werktuig tussen de hindernissen door zou kunnen "laveren". En, alhoewel de werkzaamheden van buitenuit gevolgd worden via camera's (voor de grofpositionering), kan men het slijpen of lassen zelf onmogelijk tot op 0,1 mm nauwkeurig manueel gaan sturen.

Het demonstreren van het reactorvatdeksel in Forsmark, Zweden, waarin de eerste gerobotiseerde lasherstelling zal worden uitgevoerd.

DE REALISATIE
Daarom werd geopteerd voor het bepalen van de positie van de draagstructuur in de ruimte met 6 referentiepunten: de robot meet zeer exact de positie van de referentiepunten door ze aan te raken met een tastsensor. Voor de "omgeving" werden de asbuild maten van alle omgevende structuren en van de draagstructuren in het reactordeksel nagemeten en werden de minimale maten als toegankelijkheidsmaten ingevoerd om een omgevingsmodel te kunnen opstellen. Per te herstellen support werden de exacte contouren opgemeten en ingeprogrammeerd. Op basis van de referentiepunten, de exacte contouren voor de specifieke supprt en de "omgeving" wordt het programma telkens volledig herberekend en worden de bewegingen van alle robotassen aangemaakt tot een volledig programma.

Een extra probleem was de korte ontwikkelingsperiode. Het systeem dient in mei 1996 gereed te staan om bij het jaarlijks onderhoud te kunnen functioneren. Het project werd pas in januari 1995 toegewezen. Daarom werd voor het project in Europa geprospecteerd naar een robotconstructeur die bereid was (op basis van éénstuk bestelling) direct een robot ter beschikking te stellen en mee te werken aan het veranderen van de robotprogrammatuur, want deze 3D-aanpassing van het werkprogramma kan niet worden uitgevoerd met "normale" robotprogrammatuur. Als lasrobotleverancier werd Valk Welding bereid gevonden om mee te werken en tijdens de proefopstelling kreeg Stork MEC de steun van de Japanse programma-ontwerper van de Panasonic robotcontroller, die zelfs speciaal hiervoor naar Antwerpen kwam.

De lastoorts en de bandslijpmachine werden specifiek van deze toepasing ontwikkeld. Dit gebeurde wel met standaardonderdelen van gereedschappen die in de markt verkrijgbaar zijn, maar zij werden aangepast aan de noden. Zo kreeg de lastoorts twee extra vrijheden ingebouwd, waardoor de robotprogrammatuur gemakkelijk aanpasbaar werd aan de 3D-verschuiving. Als slijpgereedschap werd geopteerd voor een bandslijpsysteem met een speciaal hiervoor ontwikkelde band met een standtijd van zo'n 12 uur. De stralingsbestande bekabeling werd uitgevoerd door Haibia, een Zweeds berijf dat in dit type bekabeling gespecialiseerd is en dat in Haasrode een Belgische vertegenwoordiging heeft. Als camera werd een Sony CCD-camera gekozen, waarbij - om levensduurredenen - de camera buiten de koepel wordt opgesteld en het beeld van de lens via glasvezel wordt aangebracht.

Schematische voorstelling van het reactorvat in Forsmark, Zweden, waarop de lasherstelling zal gebeuren.

Voor zowel de automatisering van de job als de ontwikkeling van de apparatuur was voldoende kennis "in huis", vermits MEC reeds sinds 1980 onderhoudsjobs uitvoert in nucleaire centrales in België, Zweden, Noorwegen en Finland. Ook was er ervaring doordat MEC reeds vroeger een automatische snij- en lasmachine vor het lassen van pijpleidingen had ontwikkeld, die tevens bij het onderhoud van kerncentrales werd ingezet. Een aantal zaken van deze ontwikkeling werden ondertussen gepatenteerd.


(bron: Vaksupplement Technisch Management - januari 1996)