Gerobotiseerd drossen maakt verzinken veiliger

Het verzinken van staal gaat nog vaak gepaard met – onveilige – handarbeid. Een voorverwarmde staalplaat wordt door een zinkbad van 400-500 °C getrokken, terwijl operators in oncomfortabele, beschermende kleding in een extreem hete omgeving handmatig het dross van het zinkbad afscheppen, zodat er geen vervuiling op de staalplaat kan komen. Maar het kan ook anders. Tebulo Industrial Robotics ontwikkelde een dross-robotinstallatie die het dross doorlopend aan beide kanten van de staalplaat weghaalt en de veiligheid en het bedieningsgemak voor de operators verhoogt. Onderscheidend aan de nieuwe oplossing is dat deze kan worden ingepast in elk bestaand productieproces, ook als er sprake is van een beperkte ruimte. Gekozen is voor een oplossing met een frontrobot, een V-zijde robot, slimme, gebruiksvriendelijke besturingssoftware en een gepatenteerde gereedschapswisselaar.

Tekst: Henriëtte van Norel | Beeld: Tebulo Industrial Robotics

Corrosiebestendigheid

Bij het verzinken gaat een staalplaat vanuit een oven met een geconditioneerde, inerte stikstofomgeving direct het zinkbad in, zodat de plaat zo min mogelijk in aanraking komt met zuurstof. Via een keerrol (lees: zinkrol) komt de plaat aan de andere zijde weer uit het zinkbad omhoog, met aan twee kanten een dun laagje zink. Met behulp van luchtmessen wordt het overtollige zink eraf geblazen, zodat een flinterdunne constante zinkfilm overblijft. Tijdens het aanbrengen van het zink wordt de plaat zo stabiel mogelijk gehouden met behulp van stabilisatoren, correctierollen en/of stabiliseermagneten. Om de vervuiling die ontstaat als gevolg van de chemische reactie in het zinkbad (het dross) te verwijderen, moeten operators onder extreme omstandigheden dit dross handmatig wegscheppen. “Dit gebeurt vaak als het nèt te laat is, waardoor het dross zich ophoopt en op de staalplaat terecht komt”, zegt Hans Spaans, technisch directeur bij Tebulo Industrial Robotics. “Die vervuiling gaat ten koste van de corrosiebestendigheid en heeft ook cosmetisch een negatief effect op het eindproduct. Maar minstens zo belangrijk zijn de onveilige werkomstandigheden waaronder de medewerkers dit werk moeten uitvoeren.”

Aantal robots

Drossen kan naar keuze met één, twee of zelfs meerdere robots worden uitgevoerd, afhankelijk van allerlei factoren, zoals de beschikbare ruimte bij de staalplaat, het gewenste eindresultaat, het proces in het zinkbad en het beschikbare investeringsbudget. Zeker bij bestaande zinkbaden is het plaatsen van twee robots al een hele uitdaging, omdat alles vaak krap bemeten is. Spaans: “Voor zo’n situatie moesten we dus zoeken naar een creatieve en veilige oplossing, zodat de bestaande installatie volledig intact blijft. Dit hebben we opgelost door een V-zijde robot aan een track boven het zinkbad te hangen met diverse gereedschappen en die te laten samenwerken met de frontrobot aan de voorzijde.”

‘Hangende V-zijde robot’

De track (een soort railsysteem) waar de V-zijde robot aanhangt, is gemonteerd aan de bestaande staalconstructie van de oven, waarover de robot van links naar rechts en weer terug kan bewegen. Om de gewenste stijfheid bij deze constructie te kunnen garanderen, is een extra portaal bijgeplaatst om de ‘track’ te ondersteunen. De V-zijde robot werkt met twee soorten harken aan de achterzijde (V-zijde) van de staalplaat en zorgt dat het dross gecontroleerd wordt aangeboden in het werkgebied van de frontzijde robot, die het dross-proces vervolgens overneemt. Beide robots werken met een in eigen beheer ontwikkelde gereedschapswisselaar. Die van de V-zijde robot bevat twee soorten harken en die van de frontrobot heeft harken en scheppen in diverse uitvoeringen. Per project worden deze gereedschappen op maat gemaakt voor een optimaal dross-proces. Voor de kwaliteit van het eindproduct is het van belang dat het zinkbad zo min mogelijk wordt verstoord. Alle noodzakelijke bewegingen, zoals het harken en het wegscheppen van het dross, moeten dus zo rustig en efficiënt mogelijk worden uitgevoerd. Maatwerk gereedschap draagt daar aan bij.

Gereedschapswisselaar

Het gepatenteerde, volledig mechanisch werkende gereedschapswisselsysteem kan probleemloos bij een zinkbad van zo’n 500 °C worden toegepast. Het bestaat uit een gereedschapsstation met losse harken en/of scheppen en een gereedschapswisselaar (robot-actuated toolchanger) die met een ingenieus koppelsysteem is gemonteerd op de pols van de robot (EOAT, End of Arm Tooling). Spaans licht toe: “De meeste gereedschapswisselaars op de markt zijn pneumatisch of elektrisch aangedreven en daarom minder geschikt voor deze heavy duty, met zinkstof vervuilde omgeving. Zo ontstond het idee om zelf een geschikt gereedschapswisselsysteem te ontwikkelen, waarmee de robot met een robuuste gripper zelf de gereedschappen kan halen, terugbrengen en borgen. Door gebruik te maken van de robotbewegingen, zijn extra cilinders en/of elektrische actuators overbodig. Deze ‘robot-actuated toolchanger’ hebben we gepatenteerd.”

Gereedschapstation

Het gereedschapstation wordt in het bereik van de robot opgesteld. Zodra de robot er een gereedschap uithaalt, wordt dit mechanisch vergrendeld met het koppelmechanisme, gemeten en gekalibreerd. Na gebruik wordt het gereedschap teruggeplaatst en ontgrendeld. Rob Beentjes, algemeen directeur van Tebulo Industrial Robotics legt uit hoe dit werkt: “We werken met een unieke oppak- en parkeerplek ofwel een soort sleutelsysteem, gebaseerd op het Japanse poka-yoke systeem. Het sleutelsysteem is geborgd doordat elk gereedschap een opnamepunt met een eigen vormgeving heeft. Bij het wisselen van een gereedschap kan het dus niet op een verkeerde plek teruggezet worden. Door middel van schakelaars wordt de gereedschapsbezetting voortdurend bewaakt.” Tebulo heeft intussen al verschillende meervoudige gereedschapstations voor diverse applicaties in de wereld gemaakt en geleverd.

Gebruiksvriendelijk

Voor elk type zinkpot programmeert Tebulo op voorhand vijf verschillende programma’s in, zodat aan de hand van de verschillende procesvariabelen snel de meest ideale bewegingsafsloop kan worden gekozen. Bij elk programma worden de robotbewegingen zo ingeprogrammeerd dat naar keuze alle hoeken en wanden van de zinkpot bereikbaar zijn met de speciaal hiervoor gemaakte gereedschappen. Per zinkpot-programma kan de aansturing naderhand eenvoudig worden geoptimaliseerd via de geavanceerde, gebruiksvriendelijke HMI. “Naast de vijf automatische cycli is het ook mogelijk om een eigen cyclus handmatig in te stellen”, zegt Spaans. “Bij alle ingeprogrammeerde programma’s kan de operator eerst een soort filmpje afspelen waarin te zien is welke bewegingen de robot gaat maken. Als het geselecteerde programma correct is, kan de definitieve keuze worden geactiveerd.”

Drossbak

Voor de zinkbak zet de operator een drossbak neer, waar de robot alle dross die van het zink wordt geschept deponeert. Zodra de drossbak staat, kan de robot de positie en de vullingsgraad van de bak detecteren met sensoren die in de robotarm zijn geïntegreerd. Als de drossbak bijna vol is, geeft de sensor een signaal aan de HMI, zodat de operator de bak tijdig kan vervangen. De vullingsgraad van de drossbak is ook visueel af te lezen op de HMI.

Multifunctioneel

Behalve voor het verwijderen van dross, is de robot ook inzetbaar voor het uitvoeren van andere soorten werkzaamheden, zoals het reinigen van de omgeving, het (ver-)plaatsen van het 5 meter brede veiligheidshek en het nemen van zinkmonsters. Andere attributen kunnen namelijk moeiteloos aan de robot worden gehangen. “De mogelijkheid om het veiligheidshek te plaatsen en verplaatsen was al in het initiële ontwerp van de robot meegenomen”, vertelt Spaans. “In totaal zijn er drie posities ingericht waar het hek kan worden geplaatst: op de rand van de zinkpot; een meter van de rand van de zinkpot; en in de parkeerpositie boven het zinkbad. Tijdens de productie staat het hek op de rand van de zinkpot, bij een wissel van de zinkpot of in geval van stilstand staat het hek op een meter van de rand, en als er geen mensen in het werkgebied van de robot zijn, parkeert de robot het hek boven het zinkbad.” Ook hier wordt gebruik gemaakt van de ‘robot actuated toolchanger’ met aanvullende dubbele haken en een adaptorplaat op het veiligheidshekwerk, om deze goed en stabiel te kunnen hanteren. De componenten zijn zo vormgegeven dat het hek bij het plaatsen en wegnemen automatisch centreert op van tevoren ingeprogrammeerde posities.

Frontrobot wegneembaar

Wanneer de staalplaat breekt of als er tijdens een stilstand ruimte nodig is, dan kan de frontrobot met een heftruck uit de ruimte worden weggehaald zodat er een volledig vlakke, struikelvrije vloer overblijft. In de zo vrijgekomen ruimte kan een lieraandrijving worden opgesteld om de staalplaat weer terug te brengen in positie, of de ruimte kan worden gebruikt om de nodige werkzaamheden veilig uit te voeren voor het zinkbad. Speciaal voor het verwijderen en terugplaatsen van de robot heeft Tebulo een ingenieuze robotbevestigingsconstructie ontwikkeld, met behoud van positienauwkeurigheid. ●