Lasrobot: hoe machines het lassen overnemen
Een lasrobot is een computergestuurde robotarm die automatisch metalen onderdelen aan elkaar last, zonder dat een mens de toorts of tang vasthoudt. Denk aan een menselijke arm met een gereedschap aan het eind, maar dan van staal, met zes of meer bewegingsassen, en geprogrammeerd om exact dezelfde beweging duizenden keren per dag te herhalen. Waar een ervaren lasser na een paar uur moe wordt of licht kan afwijken van de vorige las, doet een lasrobot elke las identiek, met een precisie van fracties van millimeters.
Het bekendste voorbeeld staat in een autofabriek. Op de zogeheten bodyshop-lijn, waar de carrosserie van een auto in elkaar wordt gezet, staan tientallen robotarmen in rijen opgesteld. Sprankelend van de vonken grijpen ze plaatstalen onderdelen, drukken ze tegen elkaar en zetten er in een fractie van een seconde een puntlas in. Binnen enkele minuten is een kale, nog niet geverfde carrosserie ontstaan die volledig door robots is gelast, van begin tot eind.
Wat is het precies?
Een lasrobot is in de kern een industriële robotarm: een mechanisch gelede constructie met meestal zes draaipunten (assen), vergelijkbaar met schouder, elleboog en pols bij een mens. Aan het uiteinde zit geen hand, maar het lasgereedschap: een lastang voor puntlassen of een lastoorts voor booglassen.
Er zijn twee hoofdtypen. Bij puntlassen (ook wel weerstandslassen) klemt een tang twee metalen platen tegen elkaar en stuurt er kortstondig een sterke elektrische stroom doorheen. Op het contactpunt smelt het metaal lokaal samen: een las-"punt". Dit is de dominante techniek in de autobouw, waar een carrosserie al snel enkele duizenden van dit soort puntlassen bevat. Bij booglassen (MIG/MAG- of TIG-lassen) ontstaat een vlambooog tussen een lasdraad en het werkstuk, waardoor metaal smelt en een doorlopende naad ontstaat. Dit type wordt gebruikt voor langere, structurele lasnaden, bijvoorbeeld bij machineframes, landbouwvoertuigen of stalen constructies.
Een lasrobot moet weten waar hij precies moet lassen. Dat gebeurt op twee manieren. Bij de klassieke methode "leert" een technicus de robot de beweging in door hem met een handbediening (teach pendant) langs de gewenste punten te sturen; de robot herhaalt die route daarna eindeloos. Bij offline programmeren wordt de baan vooraf berekend op basis van een digitaal 3D-ontwerp (CAD-model) van het product, zonder dat de robot zelf hoeft stil te staan. Steeds vaker krijgen lasrobots ook sensoren: een laser of camera die de exacte positie van de naad meet (seam tracking) en de baan tijdens het lassen bijstuurt. Dat is nodig omdat werkstukken in de praktijk nooit millimeter-exact hetzelfde liggen.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is kwaliteit en consistentie. Een las is een kritiek verbindingspunt: een slechte las kan een product structureel verzwakken. Een robot voert dezelfde beweging telkens identiek uit, wat de kans op afwijkingen sterk verkleint en herwerk vermindert.
Daarnaast gaat het om snelheid en productievolume. In de massaproductie van auto's, waar duizenden voertuigen per dag van de band rollen, is handmatig lassen simpelweg niet snel genoeg om de vraag bij te benen.
Een derde, steeds belangrijker argument is het tekort aan geschoolde lassers. In veel Europese landen, waaronder Nederland, is het al jaren moeilijk om voldoende gekwalificeerd laspersoneel te vinden. Automatisering wordt dan niet primair gezien als vervanging, maar als manier om productiecapaciteit op peil te houden.
Ten slotte speelt veiligheid en arbeidsomstandigheden mee. Lassen brengt blootstelling aan lasrook, felle uv-straling, hitte en vonken met zich mee. Door repetitief en zwaar laswerk aan een robot over te laten, kan het overgebleven menselijke werk zich richten op controle, programmeren en de lastige, niet-routinematige klussen.
Voorbeelden uit de praktijk
De geschiedenis van de lasrobot begint in 1961, toen General Motors bij een fabriek in New Jersey de Unimate installeerde, algemeen beschouwd als de eerste industriële robot ter wereld. Deze door Unimation (opgericht door George Devol en Joseph Engelberger) gebouwde machine werd onder meer ingezet voor puntlassen en het verplaatsen van hete onderdelen uit spuitgietmachines. Sindsdien is de autobouw de belangrijkste toepassing van lasrobots gebleven.
Moderne autofabrikanten als BMW en Volkswagen gebruiken in hun bodyshops honderden robots per productielijn om de carrosserie volledig geautomatiseerd te puntlassen, aangevuld met lijmen en klinken. Ook Tesla zet in zijn fabrieken, waaronder de Gigafactory in Berlijn, op grote schaal robotarmen in voor het lassen en samenvoegen van de carrosserie.
Buiten de autosector experimenteert de scheepsbouw met lasrobots, bijvoorbeeld bij de Zuid-Koreaanse werf Hyundai Heavy Industries. Scheepsrompen bestaan uit grote, onregelmatige plaatdelen met lange lasnaden, wat robotisering technisch lastiger maakt dan bij een auto met vaste afmetingen; volledige automatisering is hier dan ook nog beperkter dan in de autobouw.
In Nederland is Valk Welding een bekende naam: het bedrijf integreert en verkoopt al decennia lasrobotsystemen (in samenwerking met de Japanse fabrikant Panasonic) voor metaalbewerkingsbedrijven in de bredere machine- en constructiebouw, van landbouwmachines tot staalconstructies. Ook AWL-Techniek is in Nederland actief als bouwer van geautomatiseerde las- en verbindingssystemen voor onder meer de automotive toeleveringsindustrie.
Een recentere ontwikkeling is de opkomst van zogeheten cobot-lassen: kleinere, samenwerkende robots (cobots) die naast een mens kunnen werken zonder afscherming, en die met eenvoudigere software te programmeren zijn. Bedrijven als het Amerikaanse Hirebotics, met zijn "Cobot Welder", en robotfabrikant Yaskawa Motoman bieden dit soort pakketten aan, specifiek gericht op kleine en middelgrote metaalbedrijven die vroeger geen budget hadden voor een klassieke, grote lasrobotcel.
Hoe ver is de techniek?
Voor grootschalige, repetitieve productie, zoals puntlassen in de autobouw, is de lasrobot een volwassen, meer dan zestig jaar oude technologie die overal ter wereld standaard is. Hier gaat de ontwikkeling vooral over incrementele verbeteringen: snellere assen, slimmere sensoren en betere integratie met fabrieksbrede software.
De echte uitdaging, en het huidige onderzoeksfront, ligt bij kleinere series en sterk wisselende producten: het zogeheten "high-mix, low-volume"-werk dat typisch is voor het mkb. Klassiek robots programmeren kost tijd en geld, wat voor een productie van tien of honderd stuks vaak niet loont. De ontwikkeling van cobots, eenvoudigere programmeersoftware en camera's die zelfstandig een lasnaad herkennen, moet die drempel verlagen.
Ook kunstmatige intelligentie wordt hierbij steeds vaker genoemd: systemen die op basis van beeldherkenning zelf een lasstrategie bepalen in plaats van dat een technicus elke beweging vooraf vastlegt. Deze toepassingen zijn nog volop in ontwikkeling en nog niet op grote schaal industriestandaard; betrouwbare, gecertificeerde kwaliteitsborging van dit soort adaptieve lassystemen blijft een aandachtspunt, zeker bij constructies waar een las de veiligheid van een product bepaalt.
Een structurele beperking blijft de complexiteit van driedimensionale, onregelmatige werkstukken, zoals in de scheepsbouw of bij grote staalconstructies. Daar is menselijk vakmanschap, aangevuld met deels geautomatiseerde hulpmiddelen, voorlopig nog gangbaarder dan volledige robotisering.
Wie werken eraan?
De markt voor industriële robots, inclusief lasrobots, wordt gedomineerd door een klein aantal grote fabrikanten: het Japanse Fanuc, Yaskawa Motoman en Kawasaki Heavy Industries, het Zweeds-Zwitserse ABB, het Duitse Kuka (sinds enkele jaren eigendom van het Chinese Midea), het Japanse Panasonic (vooral sterk in booglasrobots) en het Italiaanse Comau. Op het gebied van cobots is het Deense Universal Robots een belangrijke naam.
In Nederland zijn Valk Welding en AWL-Techniek de bekendste integrators, die de robots van deze grote fabrikanten inbouwen in complete, op maat gemaakte lasinstallaties voor de metaalindustrie.
Op onderzoeksgebied houden Duitse Fraunhofer-instituten, waaronder instituten die zich richten op productietechniek, zich bezig met nieuwe las- en automatiseringstechnieken, evenals gespecialiseerde universitaire laboratoria zoals het Institut für Schweißtechnik van de RWTH Aken, een van de bekendere Europese onderzoekscentra op het gebied van lastechnologie.
Op landenniveau is China al geruime tijd verreweg de grootste afnemer én producent van industriële robots, lasrobots inbegrepen, mede gedreven door overheidsbeleid gericht op automatisering van de maakindustrie. Ook Japan, Zuid-Korea, Duitsland en de Verenigde Staten behoren tot de landen met de grootste geïnstalleerde basis aan industriële robots, met de automotive sector daarbinnen historisch als grootste afnemer.