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Un avanzado sistema de seguimiento revoluciona la soldadura robotizada en el sector nuclear

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Se calcula que en el Reino Unido habrá que contener de forma segura 744.000 m3 de residuos nucleares de aquí a 2140. Este monumental desmantelamiento exige una rápida producción de contenedores

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Se calcula que en el Reino Unido habrá que contener de forma segura 744.000 m3 de residuos nucleares de aquí a 2140. Este monumental desmantelamiento exige una rápida producción de contenedores, pero la escasez de soldadores cualificados es sólo uno de los muchos retos a los que se enfrenta el sector.

Dado que las consideraciones de seguridad son fundamentales en todos los aspectos de la industria nuclear, la adopción de tecnologías de fabricación innovadoras que podrían impulsar la eficiencia en el sector es lenta.

Una forma de reducir el riesgo de implantación de tecnologías que podrían resolver estos problemas es a través de proyectos de I+D respaldados por el gobierno.

La empresa británica de metrología Insphere ha desarrollado IONA, un sistema de cámaras para el seguimiento y guiado de alta precisión de robots industriales. En 2022 recibió una subvención Smart de I-UK para abordar los retos de la soldadura robótica, en un proyecto denominado AFFIRM.

La soldadura robótica puede resolver la escasez de soldadores cualificados y, con un guiado robótico avanzado, la automatización de la producción de contenedores podría reducir los costes de producción, lo que permitiría a las cadenas de suministro británicas satisfacer la enorme demanda y, al mismo tiempo, ofrecer un producto mejorado.

Proyecto AFFIRM

Insphere es el socio principal del proyecto AFFIRM (fotogrametría avanzada para la fabricación robótica inteligente flexible), en colaboración con Createc y el Centro de Investigación de Fabricación Avanzada Nuclear (NAMRC) de la Universidad de Sheffield.

El principal resultado del proyecto es una célula de demostración integrada, alojada en el NAMRC.

Hasta la fecha, Insphere, Createc y el NAMRC han integrado componentes clave del sistema en una célula robótica avanzada en el NAMRC. La célula consta de un robot de soldadura suspendido de un pórtico multieje. Debajo del robot soldador se ha montado una plataforma giratoria, y junto a la mesa giratoria hay un segundo robot que sujeta un sensor Photoneo.

El sistema de seguimiento de robots IONA de Insphere en la célula consta de seis sensores que siguen simultáneamente a los robots y a la mesa giratoria. IONA está integrado con los controladores de los robots, de modo que sus datos de medición pueden utilizarse directamente para controlar y corregir la posición y orientación de los robots.

El sensor Photoneo se desplaza a lo largo de la línea de soldadura para medir la separación entre soldaduras; a continuación, este conjunto de datos se utiliza para planificar la trayectoria del robot durante la soldadura. A continuación, el robot de soldadura realiza la soldadura mientras IONA rastrea la trayectoria real para validar la precisión de la soldadura y la posible corrección de la trayectoria; por último, el sensor Photoneo rastrea a lo largo de la línea de soldadura una segunda vez para evaluar las métricas de la soldadura y detectar cualquier deformación de las placas de acero.

El flujo de trabajo se ha probado con éxito en la célula de demostración y se están realizando experimentos para evaluar variables como la precisión del robot, la influencia de las variables ambientales y el rendimiento del material cuando se varían los parámetros.

Un entorno duro

Las altas temperaturas, la radiación de alta intensidad, el humo y las chispas pueden dificultar el seguimiento e incluso dañar los componentes del sistema. Estas influencias se están probando rigurosamente, y la célula del NAMRC está resultando muy valiosa para maximizar el aprendizaje del proyecto.

Hasta la fecha, los filtros de lente y los algoritmos de software de IONA enmascaran la luz infrarroja con éxito y el seguimiento de la soldadura ha sido robusto y fiable. Las pruebas de fiabilidad a largo plazo continuarán durante los próximos 12 meses.

Aprendizaje automático e IA

El control de robots puede beneficiarse de los algoritmos de inteligencia artificial e IONA proporciona una rica fuente de datos para el aprendizaje automático. El proyecto está desarrollando conocimientos profundos sobre los efectos de los parámetros influyentes, no sólo para mejorar las trayectorias individuales de los robots, sino para reducir progresivamente los errores de todos los programas de robots.

El proyecto generará algoritmos de aprendizaje automático para ofrecer una solución de fabricación basada en datos, con un previsible cambio radical en el rendimiento.

Conclusiones y próximos pasos

Tras el éxito de las demostraciones de seguimiento de soldaduras y mejora de trayectorias, la siguiente etapa hacia la comercialización consistirá en un plan piloto de instalación de células de demostración en instalaciones de clientes del sector nuclear y otros sectores.

Invitamos a las empresas con aplicaciones de soldadura complejas o críticas para la seguridad a que se pongan en contacto con el equipo de investigación para estudiar cómo pueden influir en los resultados del proyecto y participar en el plan piloto de 2024.

Aunque los beneficiarios directos del éxito del proyecto se encuentran en la cadena de suministro de la industria nuclear, se esperan beneficios más amplios en el campo de la soldadura automatizada, incluida la fabricación para la energía en alta mar, la construcción de reactores modulares e incluso en los sectores automovilístico y aeroespacial.