TulostaYdinfuusiosta uusi saasteeton energialähde?
Sokkia NET05-tarkkuustakymetri mukana ITER-hankkeessa
Maailmanlaajuinen ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) on ihmiskunnan haastavimpia energiahankkeita. Sen tavoitteena on tähtien voimanlähteen eli ydinfuusion valjastaminen ihmiskunnan käyttöön. Onnistuessaan se olisi merkittävä uusi saasteeton energialähde, missä Sokkia NET05-takymetrillä on pieni, mutta tärkeä roolinsa.
ITER-voimala rakennetaan Ranskaan, mutta voimalan etäoperointia ja virtuaalitekniikoita kehitetään Suomessa. Tampereelle on luotu reaktorin pohjaosan täyden mittakaavan tutkimusympäristö, jonka testialusta on noin 20 metriä pitkä ja painaa noin 65 tonnia.
Robottien ja muiden vastaavien etämallinnus ei ole uusi asia. Tässä tapauksessa erityisen haastavaa on kuitenkin se, että ihminen ei pääse kalibroimaan järjestelmiä enää sen jälkeen, kun voimala on otettu käyttöön, koska toimintaympäristö tulee radioaktiiviseksi.
- Siksi meillä pitää olla hyvää tietoa siitä, miten robotti käyttäytyy tunnelissa ja luottamus malliin. Tärkeää on varsinkin se, miten meidän laite ja sen koordinaatistot antaa liikkuvien koneiden aseman referenssikoordinaatistoon, missä maailmassa se pyörii, kertoo vanhempi tutkija Jouni Mattila Tampereen Teknisen yliopiston hydrauliikan ja automatiikan laitokselta.
Virheisiin ei ole varaa
ITER-hankkeen tutkimusympäristön mittauksissa ja kalibroinnissa käytetään Sokkian NET05-takymetriä. Sitä käytetään testiympäristön koordinaattijärjestelmän luomisessa. Lisäksi Sokkian tarkalla mittausjärjestelmällä pystytään tarkistamaan voimalassa käytettävien robotin ja huoltokasettien mallit, jotka kalibroidaan mahdollisimman lähelle todellisuutta. Malli tehdään matemaattisilla menetelmillä.
- Mallin luomisessa pitää saavuttaa erittäin korkea luotettavuustaso, koska virheisiin ei ole varaa. Sokkian luotettavuus oli tärkeä laitteen valintaperuste. Sokkian spektrit ja tarkkuus ovat olleet sitä, mitä on luvattu. Hintalaatusuhde on ollut kilpailukykyinen. Lisäksi olemme saaneet maahantuojalta Geostarista erittäin hyvää palvelua, toteaa Mattila.
- On hienoa, että voimme olla mukana hankkeessa, joka voi vähentää ilmastomuutoksen haitallisia vaikutuksia. Samalla saamme tärkeää tietotaitoa erittäin vaativasta teollisuusmittauksesta. On ilo olla tässä mukana maahantuojan roolissa, sanoo toimitusjohtaja Kimmo Jäppinen Geostar Oy:stä.
Mallinnusvirheet pitää mitata, ymmärtää ja kompensoida
ITER-hankkeen tulevan reaktorin ytimessä on yhteensä 52 ns. divertor-kasettia, jotka muun muassa keräävät hehkuvan plasman synnyttämää heliumtuhkaa ja suojaavat reaktorin rakenteita. Kuljetusrobotin tehtävä on käsitellä näitä kasetteja muutaman millin tarkkuudella. Yksi kasetti painaa yli 8000 kiloa ja on 3,5 metriä pitkä. Robotin pienikin virhe fuusiovoimalassa olisi kohtalokas.
- Robottimallin ja jokaisen divertor-kasetin mallinnusvirheet pitää mitata, ymmärtää ja kompensoida matemaattista malleja korjaamalla. Kun robotti otetaan käyttöön fuusiotunnelissa, meidän on pakko luottaa siihen, että robotin ja jokaisen sen liikuttaman kasetin mallit, jotka on Sokkia NET05-avulla vertifoitu ja validoitu, pitävät todellakin paikkansa, kertoo Mattila.
- Keskeistä on myös se, miten robotin matemaattiset mallit kalibroidaan suhteessa tulevaan ITER-koevoimala ympäristön vallitsevaan geometriaan. Tähän ympäristöön huoltorobotti kalibroidaan, hän jatkaa.
Suuria massoja millien tarkkuudella
Teollisuusroboteissa ja suurissa reaktorin elementeissä on aina tietyt valmistustolenranssit, joten jokainen robotti ja kasetti ovat yksilöitä.
- Robotit ovat mekaanisia järjestelmiä, jossa on erilaisia koneen osia, niveliä ja liikevarsia, joista summautuva liikemekanismi täytyy kalibroida, muuten tietokoneella luotu 3D-malli eroaa liikaa todellisuudesta, sanoo Mattila.
Kun robotti asennetaan paikoilleen, syntyy aina myös valmistus- ja asennustoleranssia. Testiympäristön ja robottien kalibroinnissa puhutaan millimetri tarkkuudesta.
Kun mittauksia tehtiin Sokkian tarkkuustakymetrillä, huomattiin, että tehdasasetuksista tehdyn mallin ns. karteesinen tarkkuus oli neljä milliä. Sokkian avulla Mattila teki mallin sovituksen ja pystyi parantamaan tehdasasetuksen antamia asetuksia 2 milliä eli tekemään robotin puolet tarkemmaksi.
Myös liikeradat tarkoiksi
Kun robotilla liikutellaan yli 8000 kilon massaa, robotin keskipiste muuttuu ja aiheuttaa muutosta myös liikeratoihin. Tällöin robotin asentoa pitää osata muuttaa oikein alkuperäiseen koordinaatistoon verrattuna. Jotta tämä kaikki saadaan kompensoiduksi malliin, tarvitaan tarkkaa mittaustietoa. Myös lämpötilan vaihtelut pitää huomioida.
- Sokkian NET05-takymetrin prisman seuraustoiminnolla (tracking) voimme mitata tarkasti myös robotin liikesarjoja eli verifioida liikesarjan tarkkuuden, sanoo Mattila ja vertaa asiaa auton mittariin. - Vaikka autosi mittari näyttää 100 km/h, tarkka tutka voi kertoa, että nopeutesi onkin 95 km/h. Sokkia tekee vastaavan tarkistuksen robotin liikeradoista, mutta kolmiulotteisesti.
Lisätietoa:
ITER-robotista (Tekniikka &Talous)
ITER-tutkimuksesta Tampereella
ITER-hankkeen omat kansainväliset sivut