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Un système de suivi avancé révolutionne le soudage robotisé dans le secteur de l'énergie nucléaire

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Au Royaume-Uni, on estime que 744 000 m3 de déchets nucléaires doivent être confinés en toute sécurité d'ici à 2140. Ce démantèlement monumental exige une production rapide de conteneurs

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Au Royaume-Uni, on estime que 744 000 m3 de déchets nucléaires doivent être confinés en toute sécurité d'ici à 2140. Cette mise hors service monumentale exige une production rapide de conteneurs, mais la pénurie de soudeurs qualifiés n'est qu'un des nombreux défis auxquels l'industrie est confrontée.

Les considérations de sécurité étant fondamentales pour tous les aspects de l'industrie nucléaire, l'adoption de technologies de fabrication innovantes susceptibles de générer des gains d'efficacité dans le secteur est lente.

Les projets de R&D soutenus par les pouvoirs publics constituent un moyen de réduire les risques liés à la mise en œuvre de technologies susceptibles de résoudre ces problèmes.

L'entreprise de métrologie Insphere, basée au Royaume-Uni, a mis au point IONA, un système de caméra pour le suivi et le guidage de haute précision des robots industriels. En 2022, elle a reçu une subvention Smart Grant de l'I-UK pour relever les défis du soudage robotisé, dans le cadre d'un projet baptisé AFFIRM.

Le soudage robotisé pourrait remédier à la pénurie de soudeurs qualifiés et, grâce au guidage avancé des robots, l'automatisation de la production de conteneurs pourrait réduire les coûts de production, ce qui permettrait aux chaînes d'approvisionnement britanniques de répondre à l'énorme demande et de fournir simultanément un produit de meilleure qualité.

Projet AFFIRM

Insphere est le partenaire principal du projet AFFIRM (photogrammétrie avancée pour la fabrication robotique intelligente et flexible), en collaboration avec Createc et le Nuclear Advanced Manufacturing Research Centre (NAMRC) de l'université de Sheffield.

Le principal résultat du projet est une cellule de démonstration intégrée, hébergée au NAMRC.

À ce jour, Insphere, Createc et le NAMRC ont intégré des composants clés du système dans une cellule robotisée avancée au NAMRC. La cellule comprend un robot de soudage suspendu à un portique multi-axes. Une plate-forme rotative est montée sous le robot de soudage, et un second robot équipé d'un capteur Photoneo est situé à côté de la table rotative.

Le système de suivi de robot IONA d'Insphere dans la cellule comprend six capteurs qui suivent simultanément les robots et la table rotative. IONA est intégré aux contrôleurs des robots, de sorte que ses données de mesure peuvent être utilisées directement pour le contrôle et la correction de la position et de l'orientation des robots.

En pratique, les plaques à souder sont fixées sur la plate-forme de soudage ; le capteur Photoneo est déplacé le long de la ligne de soudure pour mesurer l'écart de soudure ; cet ensemble de données est ensuite utilisé pour planifier la trajectoire du robot pour la soudure. Le robot de soudage effectue ensuite la soudure tandis que IONA suit la trajectoire réelle pour valider la précision de la soudure et corriger éventuellement la trajectoire. Enfin, le capteur Photoneo suit la ligne de soudure une seconde fois pour évaluer les mesures de la soudure et détecter toute déformation des plaques d'acier.

Le flux de travail a été testé avec succès dans la cellule de démonstration et des expériences sont en cours pour évaluer les variables, notamment la précision du robot, l'influence des variables environnementales et la performance des matériaux lorsque les paramètres sont modifiés.

Un environnement difficile

Les températures élevées, les rayonnements de haute intensité, la fumée et les étincelles sont autant d'éléments susceptibles d'entraver le suivi et même d'endommager les composants du système. Ces influences sont rigoureusement testées et la cellule du NAMRC s'avère très précieuse pour maximiser l'apprentissage du projet.

À ce jour, les filtres de lentilles et les algorithmes logiciels de IONA masquent avec succès la lumière infrarouge et le suivi des soudures s'est avéré robuste et fiable. Les tests de fiabilité à long terme se poursuivront au cours des 12 prochains mois.

Apprentissage automatique et IA

Le contrôle des robots peut bénéficier d'algorithmes d'IA et l'IONA fournit une riche source de données pour l'apprentissage automatique. Le projet développe des connaissances approfondies sur les effets des paramètres influents, non seulement pour améliorer les trajectoires individuelles des robots, mais aussi pour réduire progressivement les erreurs pour tous les programmes de robots.

Le projet générera des algorithmes d'apprentissage automatique afin de fournir une solution de fabrication basée sur les données, avec une évolution attendue des performances.

Conclusions et prochaines étapes

Après les démonstrations réussies du suivi des soudures et de l'amélioration des trajectoires, la prochaine étape vers la commercialisation sera un projet pilote consistant à installer des cellules de démonstration dans les installations de clients travaillant dans le secteur nucléaire et au-delà.

Les entreprises ayant des applications de soudage difficiles ou critiques en termes de sécurité sont invitées à contacter l'équipe de recherche pour discuter de la manière dont elles peuvent influencer les résultats du projet et participer au programme pilote de 2024.

Si les bénéficiaires directs des résultats positifs du projet se trouvent dans la chaîne d'approvisionnement de l'industrie nucléaire, des avantages plus larges dans le domaine du soudage automatisé sont attendus, notamment dans la fabrication pour l'énergie offshore, la construction de réacteurs modulaires et même dans les secteurs de l'automobile et de l'aérospatiale.