Lasrobot allang geen onetrickpony meer

Veelzijdig door geavanceerde sensoren en software

Dankzij geavanceerde sensoren en software is de huidige generatie lasrobots geëquipeerd om complexe lasprocessen uit te voeren, en in staat daarbij ook nog eens een wezenlijke bijdrage te leveren aan de kwaliteitscontrole. Dankzij allerlei technische innovaties slagen fabrikanten er telkens opnieuw in ervoor te zorgen dat lasrobots nog weer eenvoudiger te programmeren en te bedienen zijn, en gelukkig is het einde nog niet in zicht. Er is echter een maar, en dat is het snel groeiende tekort aan gekwalificeerde robotprogrammeurs.

Vanzelfsprekendheid

Een lasrobot beschikt over één of meerdere programmeerbare assen met daaraan een laspistool dat is verbonden met een lasstroombron waarmee de robot communiceert. Door de juiste bewegingen te maken, en door toepassing van de juiste lasparameters, wordt er een smeltverbinding tot stand gebracht en ontstaat de perfecte lasnaad.

Dankzij geavanceerde sensoren en software is de huidige generatie lasrobots in staat complexe lasprocessen uit te voeren en kunnen ze relatief eenvoudig worden geprogrammeerd en bediend.

Dankzij geavanceerde sensoren en software is de huidige generatie lasrobots in staat complexe lasprocessen uit te voeren

Daardoor, en doordat ze een consistente kwaliteit leveren en garant staan voor een hoge inschakelduur en return on investment, zijn ze tegenwoordig binnen de maakindustrie een vanzelfsprekendheid. Volgens het World Robotics Report van de International Federation of Robotics waren er in 2022 wereldwijd circa 3,5 miljoen operationele robots, waarvan circa 20% is bestemd voor laswerkzaamheden.

De gevreesde terugloop van de werkgelegenheid is tot nu toe uitgebleven. Bij een kwart van de bedrijven heeft robotisering tot werkverschuivingen geleid, echter wel gepaard gaande met een stijging van de rendabiliteit. Bij researchinstellingen is er zelfs sprake van groei van het banenbestand.

GESCHIEDENIS
Lasrobots bestaan al sinds de jaren zestig, maar pas vanaf 1980 werden ze grootschalig ingezet, voornamelijk bij laswerk in de auto-industrie. Deze robots waren zeer eenvoudig geconstrueerd en werden geprogrammeerd door middel van zogeheten punch cards.

In de afgelopen decennia hebben lasrobots zich ontwikkeld tot een onmisbare tool in de productie- en fabricage-industrie, en dankzij industriële robots kunnen fabrikanten nu in kortere tijd een product maken dat aan hoge kwaliteitseisen voldoet.

De nieuwste generatie is uitgerust met geavanceerde sensoren en software, waardoor ze complexe processen kunnen uitvoeren en gemakkelijk kunnen worden geprogrammeerd en bediend.

Lasrobot-proof ontwerp

De complexiteit van de lasrobot heeft voornamelijk betrekking op de achterliggende programmatuur. Deze moet ervoor zorgen dat er snel kan worden geschakeld tussen het lassen van verschillende producten ('high mix, low volume').

Een voorwaarde voor het verkrijgen van verantwoorde programmatuur is dat de programmeurs – waaraan momenteel een schreeuwend tekort is, zie kader − de ins en outs moet kennen van datgene wat geproduceerd gaat worden, zodat de robot tijdens het lassen bijvoorbeeld niet wordt ‘geconfronteerd’ met plaatsen die onbereikbaar zijn; er moet te allen tijde sprake zijn van een lasrobot-proof ontwerp.

Het programmeren kan tegenwoordig ook automatisch door middel van geavanceerde software en machine learning, een vorm van kunstmatige intelligentie. Daarvoor worden doorgaans twee soorten algoritmen gebruikt: supervised learning en unsupervised learning oftewel leren met en zonder toezicht.

In het eerste geval 'leert' de gegevensbeheerder het algoritme als het ware welke conclusies getrokken dienen te worden, in het tweede geval leert het algoritme complexe processen en patronen te identificeren zonder menselijke tussenkomst.

Innovaties

Mede dankzij de programmatuur en de geavanceerde sensortechniek worden lasrobots steeds slimmer, en 'there's more to come'. Voorbeelden van dergelijke innovaties zijn onder meer:

• adaptive welding, waarbij continu adaptatie plaatsvindt aan de situatie van dat moment. Zo is het tegenwoordig mogelijk een lasnaad vooraf te scannen om zo het juiste vulpatroon te bepalen (de lasvolgorde bij een meerlagenlas);
• end-of-arm tooling, waarbij wordt ingespeeld op de toenemende behoefte aan uiterst gevoelige grijperarmen en grijpers. Daarbij vindt met behulp van intelligente sensoren objectdetectie plaats op basis van vooraf ingeprogrammeerde eigenschappen als materiaal, oppervlak en/of vorm;
• machine vision, een vorm van automatische inspectie waarbij 2D- en 3D-camera’s als het ware de 'ogen' vormen van de robot, en waarbij deze aan de hand van een scan wordt geprogrammeerd. Machine vision is gebaseerd op machine learning.
• position feedback, waarbij in de aandrijvingen geïntegreerde motorfeedbacksystemen − voorzien van smart motor sensoren − gegevens verstrekken over snelheid, positie en toestand van de aandrijving. Deze vormen de basis voor een efficiënte besturing van zowel de robot als de installatie;
• robot vision, bestaat uit optische en cameragebaseerde systemen die het blikveld van de robot vergroten, zodat deze in staat is vooraf gedefinieerde objecten te lokaliseren en identificeren. Vervolgens bepaalt de robot zelf hoe te handelen;
• safe-robotics oplossingen dragen ertoe bij dat de directe omgeving van de robot een veilige werkplek wordt. Dit wordt mogelijk dankzij adaptieve omgevingsmonitoring via intelligente, robuuste sensoren die de bijbehorende veiligheidssystemen voorzien van informatie;
• wire arc additive manufacturing (waam), een productieproces om metalen onderdelen in 3D te printen. Het is onder meer te gebruiken voor het produceren van prototypen met een complexe (interne) geometrie en/of producten die uit meerdere materialen bestaan;
• een virtual robot programming system (VRPS), dit combineert positionering middels virtual reality met de high-endtechniek van een industriële lasrobot. Via de handheld wordt een beweging gemaakt die als basis dient voor het robotprogramma en die vervolgens door de robot wordt geperfectioneerd en uitgevoerd.

TEKORT AAN PROGRAMMEURS
Een groot aantal metaalbedrijven ziet de urgentie om te (gaan) investeren in lasrobots, maar het tekort aan programmeurs vormt daarbij een probleem. Dat probleem zal overigens de komende jaren verder toenemen, ook al omdat het aantal jongeren dat de arbeidsmarkt betreedt dalende is.

Omdat een gerichte mbo-opleiding voor robotprogrammeurs hard nodig is, is mboRijnland met steun van Koninklijke Metaalunie februari vorig jaar gestart met het opleiden van medewerkers van metaalbedrijven tot robotprogrammeur; ook voor technisch geschoolde zij-instromers biedt het initiatief mogelijkheden. In België verzorgt de VDAB een opleiding tot operator lasrobot.

Kwaliteitscontrole

Doordat moderne lasrobots zijn uitgerust met geavanceerde software zijn ze niet alleen in staat de juiste lasparameters te selecteren en de juiste hoeveelheid lasmateriaal toe te voegen, ze leveren ook een wezenlijke bijdrage aan de kwaliteitscontrole.

Door het steeds groter wordende belang van normering en certificering zal de kwaliteitscontrole van laswerk in toenemende mate op de werkvloer dienen plaats te vinden: real-time production monitoring. Een voorbeeld daarvan is de controle die plaatsvindt op lasnaden.

Lasrobots kunnen geprogrammeerd worden om automatisch kwaliteitscontroleprocedures uit te voeren

De alom aanwezige optische bewakingssystemen met sensoren en camera’s controleren tijdens het samenvoegproces de positie en kwaliteit van de lasverbinding.

Eventuele afwijkingen kunnen daardoor snel worden gedetecteerd en gecorrigeerd. Bovendien kunnen lasrobots worden geprogrammeerd om automatisch kwaliteitscontroleprocedures uit te voeren. Ook het verrichten van metingen behoort tot de mogelijkheden. Te denken valt daarbij aan het meten van de laspenetratie en/of het detecteren van porositeit in de lasverbinding.

Ambassadeursrol

De flexibiliteit van de lasrobot is een belangrijke voorwaarde om de (doorgaans forse) investeringskosten te rechtvaardigen. Een lasrobot is bij diverse combineerbare bedrijfsprocessen inzetbaar, en het is zaak daarvoor oog te (leren) krijgen. In dat verband is het van belang binnen de organisatie te kunnen beschikken over personeel dat in staat en bereid is een ambassadeursrol te vervullen ten aanzien van (het promoten) van de lasrobot.

Wordt een nieuw product overwogen, dan zijn zij de aangewezen personen om te kijken waar het proces efficiënt kan worden ingericht door de inzet van de lasrobot. Momenteel is er vaak nog slechts een gering aantal personen met de daarvoor noodzakelijke (programmeer)kennis in huis.

Beter is het te zorgen voor een specialistenteam dat door (bij)scholing op de hoogte is en blijft van alle innovaties en trends, zodat blijvend aan de steeds hoger wordende productie-eisen kan worden voldaan.

PROEFTUIN LASROBOTISERING
Lasrobotisering wordt met name toegepast bij seriematige producties; de automatiseringsstap verloopt in dat geval relatief eenvoudig. Bij kleine volumes en enkelstuks in one-off projecten ligt dat wezenlijk anders. De tijdsinvestering die het programmeren vergt, weegt dan vaak niet op tegen de uiteindelijk verdiensten.

Toch zou het gebruik van een lasrobot ook uit moeten kunnen voor kleine(re) series op voorwaarde dat de bijbehorende software eenvoudig en snel te programmeren is. Deze uitdaging wordt in Nederland aangegaan door de Proeftuin Lasrobotisering, een samenwerkingsverband tussen het i_Lab, het ROC Da Vinci college, de Duurzaamheidsfabriek, Innovation Quarter, regionale maakbedrijven en enkele externe partners, dit alles onder het motto ´gezamenlijk kennis en ervaring delen, gezamenlijk leren en concreet aan de slag´.

Met medewerking van Fanuc, Kuka en Valk Welding