Simulering av sensorer sparar tid och pengar
Sensorer för mätning av penetrationsdjupet i svetsgodset. Det är fullt möjligt. Och ännu bättre, du kan se effekterna av att använda sensorer redan vid en simulering. – Jag vill utvidga hur man använder sensorer idag, säger teknologie doktor Fredrik Sikström.
– Det jag främst har tittat på är vinsterna av att införa sensorer som insamlar information om processen, som känner av den i realtid och som använder informationen för att styra om processen om så behövs, säger Fredrik Sikström, som idag är universitetslektor i elteknik på Högskolan Väst.
Den typ av forskning som han har gjort kan utföras på två olika sätt. Dels ett rent simuleringsspår som försöker förutse hur automationsprocessen ska bete sig vid olika störningsfall eller speciella situationer som uppstår i svetsning. Dels ett rent experimentell spår, där sensorer undersöks skarpt för att se hur de kan användas.
Fredrik Sikström har kombinerat dessa två metoder.
– Idag använder man sensorer och återkoppling oftast i samband med fogföljning eller att hålla svetselektrodavstånd. Sensorer kan styra svetsaggregatets parametrar eller styra strömtillförsel för att den ska förbli konstant. Jag vill att man tittar på andra parametrar, till exempel reaktionskrafter och svetspenetration, en utvidgning av hur man använder sensorer idag.
En stor forskningsfråga för Fredrik Sikström har varit följande: Var går nivån på den ungefärlighet, approximation, i simuleringsmodeller som är nödvändig för att man ska kunna dra de rätta slutsatserna om hur man ska implementera sensorer i svetsprocessen?
– En modell kan inte fånga in allt som händer i verkligheten. Men ju fler delmodeller av fysiska fenomen som man lägger till modellen, desto bättre blir dess tillförlitlighet. Då uppstår också en nackdel, eftersom modellen rent beräkningsmässigt blir tyngre och svårare att hantera, samt fler modellosäkerheter tillkommer.
– Därför har jag försökt göra en så enkel modell som möjligt, som ändå duger för dessa ändamål.
Men vilka företag bör egentligen satsa på att simulera och bygga datormodeller? Har ett företag på storleksordningen 30 anställda tid och råd att satsa på den sortens teknologi? Ja visst, svarar Fredrik Sikström, men det beror snarare på svets-komplexiteten i företagets produkter, än på hur stort företaget är.
– I samband med svetsningsautomation, när man ska börja producera, kan det gå åt väldigt mycket tid till att lära upp robotsystemet, och till att ställa in parametrar så att det blir rätt. Och om det då är väldigt dyrbara komponenter så man måste förbruka en stor mängd av, ja, då drar kostnaderna iväg. Jag föreslår att man ska jobba i skrivbordet, istället för nere i produktionsanläggningen, säger Fredrik Sikström
– Men om du har en enklare typ av volymproduktion blir simulering mindre viktigt.
I sin forskning har Fredrik Sikström tittat på temperatur. En välkänd gammal regel han nämner är att många svetsande företag garderar sig med mer värme/effekt än vad som är nödvändigt. Detta för att försäkra sig om fullgod penetration i svetsgodset.
Men värmetillförsel skapar också deformation och restspänningar.
– Kan du då minimera värmetillförseln, ja då minimerar du också den typen av problem. Om man kan mäta penetrationsdjupet, då kan man också köra med minimal värmetillförsel, och på det sättet minimera deformation.
För att klara detta har han tittat på temperaturgradienter och korrelerat dem till penetrationsdjup. Och med hjälp av återkoppling från sensorer har systemet kunnat behålla svetspenetrationen, trots att geometrin runtom fogen ändras kraftigt.
– Det har jag genomfört experiment på, och sett i simuleringsmiljö.
Han tar också upp ytterligare en fördel med sensorer, som kan utnyttjas tidigt i processen: om systemet själv känner av avvikelser genom övervakning – då kan man stoppa in sämre arbetsstycken i produktionen, och ändå få ut likadan kvalitet i fogen.
– Alltså, det inkommande materialet kan vara av sämre kvalitet, det kan vara mindre väl specat. Men du kan ändå uppnå samma kvalitet i slutänden därför att systemet kan anpassa sig till större avvikelser från det nominella och se till att det blir fullgod penetration i svetsgodset. Där är också en stor kostnadsvinst, säger Fredrik Sikström.
Kontentan av detta: om till exempel flygmotortillverkaren Volvo Aero kunde tillåta sämre toleranser så, skulle inköpsavdelningen få mer pengar över till annat. Fredrik Sikström nämner just Volvo Aero som exempel eftersom han har jobbat tätt ihop Trollhättanföretaget.
– När det gäller Volvo Aero pratar vi knappast om rörskarvar. Det handlar om strukturer i flygmotorer som ska svetsas ihop, hörn där svetsgodstjockleken varierar, bossar och flänsar i svetsbanans väg. Just på grund av alla dessa geometriska asymmetrier så uppstår lätt behovet av att man måste justera svetsparametrar för att få rätt penetration. Och det är svårt att förutse även för en erfaren svetsare.
Av Torbjörn Hallgren
