Metoderna som gör svetsrobotar effektivare

Automatiserad produktion är en viktig del i det stora teknikskifte som industrin står inför.

– När man ersätter människors svetskunnande med svetsrobotar gäller det att skapa metoder som gör att roboten automatiskt kan mäta och anpassa svetsningen till variationer som finns i materialet. Min forskning handlar om att utveckla metoder som ger full kontroll över laserstrålens arbete i olika slags metaller, förklarar Morgan Nilsen som nyligen presenterade sin doktorsavhandling på Högskolan Väst.

Tillsammans med Luleå universitet och forskningsinstitutet Swerim har Morgan fokuserat på att hitta lösningar på två vanliga problem vid lasersvetsning. Ett av dem är hur man säkerställer att laserljuset alltid träffar på rätt plats i förhållande till svetsfogen (fogföljning), vilket krävs för att svetsen ska bli stark och hållbar. Morgan har undersökt tre olika metoder för att lösa det.

Många timmar i labbet

– Vid svetsning kan det i vissa fall vara svårt att se var skarven mellan två komponenter är, bland annat på grund av det starka ljus som uppstår vid svetsning. Efter flera experiment där en kamera använts för mätning medan svetsning pågår, har vi utvecklat en metod som gör det möjligt för roboten att både mäta och justera svetsfogen på ett effektivt sätt.

– Detta var den största utmaningen i hela forskningsprojektet. Vi ägnade väldigt många timmar i labbet med att testa oss fram till hur man bäst använder fototekniken för att säkerställa ett bra resultat.

– Vi utforskade även två andra metoder för att mäta hur laserljuset är placerat i förhållande till fogen. Där använde vi dels en fotodiod, dels en optisk givare som kallas spektrometer.

Ger högre och jämnare kvalitet

– Sammantaget har alla tre metoderna utvecklats till väl fungerande verktyg för att roboten ska förstå och ha full kontroll över svetsprocessen. Det gör att industriföretag kan lägga mindre tid på efterkontroller och efterjusteringar. Men framförallt ger det högre och jämnare kvalitet på lasersvetsningen.

Ett annat vanligt problem vid lasersvetsning är att gapet mellan delar som ska svetsas samman varierar. Om gapet blir för stort och inte fylls med tillräckligt mycket material kan det ge defekter i svetsfogen. Morgan har därför undersökt två metoder som gör att roboten kan mäta gapets storlek och tillföra rätt mängd tillsatstråd vid svetsningen för att skapa en stark svetsfog.

Alternativ till dyr fogpreparering

– Båda metoderna visar sig fungera utmärkt. Med den här tekniken kan industriföretag på ett relativt enkelt sätt höja automatiseringsgraden i sin produktion. Idag lägger man stora resurser på fogpreparering – det vill säga att man justerar de komponenter som ska svetsas samman i förväg för att eliminera ojämnheter vid svetsningen. Det kravet minskar med den här tekniken.

Intresset för Morgan Nilsens avhandling är stort bland industriföretag som GKN Aerospace, Siemens Industrial Turbomachinery, Brogren Industries, Northcone och många fler. När en workshop med alla samarbetspartner hölls hos Permanova Lasersystem i december var responsen mycket positiv.

Verklighetsbaserade demonstrationer

– Tillsammans med Permanova kunde vi visa upp forskningsresultaten på ett konkret sätt. Permanova hade implementerat de olika metoderna i ett produktionssystem för lasersvetsning. På så vis kunde vi göra verklighetsbaserade demonstrationer och visa att de är industriellt tillämpbara i flera branscher.

Morgan betonar att det krävs en hel del fortsatt arbete med att implementera metoderna så att de blir användbara inom industrin.

Applicerbart i många branscher

– Jag tror att detta är intressant för flera olika industribranscher att titta närmare på. Faktorer som ekonomi och arbetsmiljö kan avgöra hur angelägna investeringarna är.

Tanken är att ett nytt forskningsprojekt ska ta vid efter det som Morgan precis har avslutat. Högskolan Väst söker nu forskningsmedel till ett nytt projekt om mätning och styrning vid lasersvetsning tillsammans med Luleå Universitet och Swerim.

– Vi tre kompletterar varandra på ett bra sätt eftersom vi har olika spetskompetenser inom lasersvetsning och materialteknik.

Avhandling:

Monitoring and control of laser beam butt joint welding

Kontakt:

Morgan Nilsen, Högskolan Väst, morgan.nilsen@hv.se