Utviklingen av tapperoboten er et samarbeidsprosjekt mellom Momek Robotics, Momek Group, Elkem og Pioner Robotics.

– TappingMate har vist seg å fungere godt til å utføre oppgavene med den nødvendige presisjonen som slike operasjoner krever, sier verkssjef Frode Johan Berg ved Elkem Rana.

I smelteverk må kupolovnene jevnlig tappes for metall ved at det bores et hull i ovnsveggen. Når tapping er fullført, må hullet plugges med en karbonmasse. Under tappingen holder det flytende metallet rundt 1800 °C. Men etterhvert vil det størkne, derfor må tappehullet pleies.

Hullet skal bores, vedlikeholdes og plugges, det er en tøff og tung arbeidsprosess som er preget av mye varme og støv. Ved å fjernstyre tappeprosessen reduseres eksponeringen for støv med 40 minutter hver tredje time fra det mest utsatte området i verket.

Tappeprosessen må i dag betjenes av mennesker, som i følge SINTEF på denne måten utsettes for et farlig miljø med sterk varme, giftige gasser, og stadig eksplosjonsfare.

– Dette vil gjøre hverdagen mye tryggere for operatørene, sier Ivar Hellvik, driftssjef i Elkem Silicon Products, i en kommentar til Havpuls.

– Med fjernbetjente automatiserte operasjoner vil roboten sikre at disse gjøres likt fra gang til gang. Dette vil kunne bidra til bedre kontroll på tappeprosessen, som er en kritisk del av ovnsdriften, hvilket igjen vil føre til bedre ovnsdrift, sier Berg.

Manuell håndtering av arbeidet eksponerer personellet for varme, støv og risiko – og vedlikeholdssyklusene i noen smelteverk har nok blitt noe lengre enn optimalt.

– Roboten operer med automatiske sekvenser, hvor operatørene kan stå i trygg avstand og sette i gang prosessene ved hjelp av et panel, sier Risøy. – Med en robot kan man pleie tappehullet kontinuerlig, det sørger i større grad for jevn flyt. En effekt av dette er at det blir enklere å få metallet ut av smelteovnen. 

TappingMate er en 6-akse-maskin som bytter verktøy automatisk, omtrent som en CNC-maskin. Den jobber med høy presisjon. Tradisjonelt har arbeidet vært lite presist, operatøren vet sånn cirka hvor boret skal.

– Roboten er blant annet utstyrt med IR-kamera, spesialtilpasset termokamera og en rekke sensorer som gir full kontroll over tappeprosessen. Programvaren gjør det mulig å samle inn detaljerte data om kraft, rotasjon på boret, tykkelse på slagg og liter tappemasse, sier Risøy.

Men det er et tøft miljø. Posisjoneringen ved skifte verktøy fungerer meget bra med kamera – men noen justeringer har de måttet gjøre.

– Posisjonering for tappehullet er vanskeligere på grunn av varmen og støvet. Der har vi gått bort fra kamera, og valgt en mer stabil løsning med encoder, sier Risøy.

Det er brukt mye tid på å utvikle et grensesnitt for den høyavanserte roboten som er enkelt og intuitivt.

– For enkelte operasjoner er det nå bare å trykke på en knapp så vil roboten gjennomføre hele operasjonen. Så hittil kan vi si at roboten har levd opp til navnet sitt: den har virkelig vist seg som en kompis for operatørene våre i verket! I videre utvikling av roboten er det et mål å automatisere flere funksjoner slik at behov for manuelle operasjoner blir minimert, sier Berg.

TappingMate ble overført til Elkems produksjonsanlegg i fjor høst. I mai hadde de fullført Site Acceptance Test (SAT). Roboten ble testet på operasjoner som er nødvendige når det flytende metallet skal tas ut av smelteovnene.

– Dette er et FoU-prosjekt som har tatt tid å utvikle, sier Berg. – Det byr alltid på utfordringer når man må utvikle nytt produksjonsutstyr tilpasset eksisterende infrastruktur i verket, men slike utfordringer tar vi på strak arm – i Elkem ser vi kontinuerlig etter muligheter for å effektivisere produksjonsprosessene våre, både fra et miljø, sikkerhet- og kostnadsperspektiv.

– Elkem-operatørene har spilt en avgjørende rolle i utviklingen og testingen av TappingMate, sier Risøy.

– De har vært med hele veien, testet roboten og gitt oss innsikt som har vært uvurderlig gjennom utviklingen, forteller Risøy.

– Vi er svært fornøyde med samarbeidet med Momek. De har samme innovative, løsningsorienterte tilnærming som oss i prosjektgjennomføring. Sammen har klart å finne gode praktiske løsninger som viser seg å fungere bra, sier Berg.

– Det har vært mye fokus på sikkerhet, samhandling og risikovurdering. Og vi har lært mye underveis, sier Risøy.

– Det har vært krevende, utviklingsarbeid tar gjerne lenger tid og koster mer enn det man planlegger. Men det er veldig givende at vi etter fem år nå kan se at tapperoboten er i full drift. Det har vært en fantastisk reise.

Prosjektet fortsetter nå i en post-SAT-periode, der de gjennomfører mengdekjøring av roboten for å sikre at alt fungerer over tid. I tillegg må det væreopplæring av operatører og teknisk personell.

Med spisskompetanse innen optisk sensorikk, maskinsyn, og instrumentering for krevende miljøer, bidrar SINTEF til å gjøre TappingMate til en smart robot. I første trinn av prosjektet ble TappingMate utstyrt slik at operatøren kunne styre roboten med høy nøyaktighet.

– Det logges en betydelig mengde data fra veldig mange sensorer i roboten. Kritiske prosessdata logges videre i våre datasystemer og vil bidra til å sikre at prosessen gjøres riktig og med høy repeterbarhet, sier Berg.

I neste trinn, skal SINTEF være med å utvikle maskinlæring, der avansert billedanalyse, og kunstig intelligens gjør at roboten selv skal kunne ta avgjørelser – og til slutt være i stand til å styre seg selv. Dette åpner for autonom drift og kontinuerlig optimalisering av prosessene.

Verkssjefen mener det er aktuelt å bruke TappingMate på andre Elkem-anlegg.

– Vi har som mål å automatisere de arbeidsoperasjoner som i dag gjøres i nærheten av flytende metall. Dette gjøres primært for å forenkle jobben til operatørene våre og redusere varmepåvirkningen de i dag kjenner på. Her vil TappingMate kunne være en del av løsningen også for andre verk.

Tapperoboten har vakt stor interesse, også internasjonalt. Momek Robotics blir jevnlig kontaktet av smelteverk rundt om i verden som ønsker å høre mer om nyvinningen.

– Vi har blitt kontaktet av flere ferrolegeringsprodusenter verden rundt. Denne roboten representerer en tryggere og mer effektiv fremtid for tappeprosesser, og vi håper på sikt at TappingMate kan tas i bruk på flere ovner og bli et standard verktøy for smelteverk, sier Risøy.

TappingMate patenteres av MOMEK Group i Mo i Rana. I tillegg til samarbeidet med Elkem og Pioneer Robotics, har de fått ått god hjelp underveis, blant annet fra SINTEF, Applica Robot Integration, Kunnskapsparken Helgeland og Innovasjon Norge. Arbeidet føres videre som et IPN prosjekt, støttet av Norges Forskningsråd.