METROLOGIE EN CAD
ITER vertrouwt op PolyWorks®, om zijn gigantische onderdelen met uiterste precisie te assembleren
ITER is een van de meest ambitieuze energieprojecten ter wereld. In Zuid-Frankrijk werken 35 landen samen aan de bouw van 's werelds grootste tokamak, een magnetisch fusieapparaat dat ontworpen is om de haalbaarheid van kernfusie aan te tonen als grootschalige en koolstofvrije energiebron op basis van hetzelfde principe dat onze zon en sterren van energie voorziet.
De uitdaging
De assemblage van de ITER-reactor is in volle gang. Onderdelen van de tokamak, afkomstig van honderden fabrieken verspreid over drie continenten, worden gemonteerd op de locatie van het internationale programma. De ITER-organisatie is verantwoordelijk voor het integreren en assembleren van de elementen die door de zeven programmaleden aan de locatie worden geleverd. Het assembleren van deze elementen is echter meer dan een spel van in elkaar grijpende onderdelen: de onderdelen zijn complex en talrijk, en de toleranties zijn uiterst nauw, tot op de millimeter nauwkeurig.
De oplossing
Er is een analyse op basis van digitale elementen nodig om ervoor te zorgen dat de onderdelen perfect op elkaar aansluiten. Het verzamelen van gegevens door metrologen is een essentiële voorbereidende stap. Hun doel is om specialisten op het gebied van reverse engineering te voorzien van nauwkeurige gegevens nadat ze elk onderdeel hebben gemeten om te controleren of het aan de eisen voldoet. In beide fasen – metrologie en reverse engineering – wordt de PolyWorks-Software gebruikt.
Algehele scan van de cryostaat met het in kaart brengen van afwijkingen van het nominale deel.
"Ik had PolyWorks|Inspector™ gebruikt bij een groot project voordat ik bij ITER kwam. Ik wilde deze software blijven gebruiken, die ons in staat stelt om grote puntenwolken direct in de software te verwerven", zegt Lionel Poncet, engineer bij de ITER-meetgroep. "Andere software op de markt is beperkt als het gaat om het analyseren van grote aantallen punten. In plaats daarvan kozen we voor PolyWorks|Inspector, dat voorziet in de behoefte aan snelle analyse van gegevens die een groot aantal punten bevatten", voegt Hani Gagueche, CAD-tekenaar en verantwoordelijk voor reverse engineering, toe.
De voordelen
De installatie van de cryostaatbasis in de assemblageput van de tokamak werd uitgevoerd in mei 2020: Tien jaar werk van het ITER-team en partnerteams waren nodig om de basis van deze cryostaat te ontwerpen, te bouwen, te leveren, te assembleren en uiteindelijk te lassen. Met een hoogte van ongeveer 6 meter en een diameter van 30 meter, en een gewicht van 1.250 ton dat verplaatst en gepositioneerd moet worden, vereiste de integratie van de cryostaatbasis metingen en 3D-reconstructies om de eenheid aan te passen.
"Op het gebied van metrologie gebruiken we PolyWorks|Inspector rechtstreeks met onze laserscanapparatuur{. Zodra het object gescand is, hebben we een zeer nauwkeurige puntenwolk en polygonaal model van zeer hoge kwaliteit, dankzij de hulpmiddelen die beschikbaar zijn tijdens het acquisitieproces", legt Lionel Poncet uit. "Zodra we de gegevens hebben ontvangen, starten we met behulp van de rapporten die we in ons bezit hebben en die de kritieke assemblagegebieden aangeven, analyses die rekening houden met de componenten zoals ze gebouwd zijn en de componenten in de omgeving waarvan de afmetingen bekend zijn, om ervoor te zorgen dat ze goed samenwerken. Voor de basis van de cryostaat realiseerden we ons al snel dat er zeer kritieke gebieden waren, geïdentificeerd met PolyWorks|Inspector, en dat er een hulpmiddel nodig was om deze component op de millimeter nauwkeurig te verplaatsen over ongeveer dertig centimeter. Er werden intern verschillende tools ontwikkeld. PolyWorks|Inspector stelde ons in staat om de meest geschikte te kiezen", voegt Hani Gagueche toe. Lionel Poncet verduidelijkte verder dat PolyWorks het in dit geval mogelijk maakte om de installatieprocedure te optimaliseren tot minder dan 12 uur.
Hoewel de installatie van de basis van de cryostaat niet eenvoudig was, wachten de specialisten op het gebied van metrologie en reverse engineering nog complexere uitdagingen: de komende componenten zijn weliswaar kleiner, maar het gebied is nu overvol en de toleranties zijn nog krapper. En de deadlines voor het uitvoeren van de bewerkingen zijn ook krap!
Positionering van de cryostaat voordat deze in de tokamakput wordt neergelaten voor de eindassemblage.
Complexe bewerkingen
"Deze zomer was het installeren van de eerste sector van de vacuümkamer van de tokamak op de tool voor pre-assemblage lastig", bevestigt Hani Gagueche. "Er moesten magneten, een thermisch schild en een vacuümkamersector worden gemonteerd met een speling van slechts 20 millimeter op de meest kritieke punten. Om de integratie van sensoren mogelijk te maken, moesten we deze elementen ten opzichte van elkaar herpositioneren met behulp van de weergaven van PolyWorks."
"De spanringen werden ook volledig gescand", legt Lionel Poncet uit. "Er werd een model gemaakt voor integratie in de CAD-software in afwachting van toekomstige assemblagepakketten. Correctiespoelen werden ook gescand met PolyWorks. Op het verkregen model moeten vulplaatjes ontworpen worden om overeen te komen met toekomstige interfaces. We moeten ook een aantal leidingen karakteriseren en meten om er zeker van te zijn dat er geen botsingen zullen zijn met toekomstige componenten die zullen arriveren. Bovendien kunnen we zo de interface voor toekomstige las- en snijbewerkingen kennen."
Assemblage van de cryostaatbasis in de tokamakput.
Het in kaart brengen van de kleuren in PolyWorks|Inspector om potentiële botsingen te markeren tijdens de uiteindelijke plaatsing in de tokamakput.
Naast interne teams gebruiken ook aannemers PolyWorks voor het verkrijgen van puntenwolken. "PolyWorks|Inspector is een universele module die is gewijd aan metrologie en aansluiting van meerdere apparaten mogelijk maakt. Het is beschikbaar als standaard- of premiumpakket en maakt nabewerking van dichte puntenwolken mogelijk met de mogelijkheid om realtime 'kwaliteits'-indicaties te verkrijgen bij het verwerven van gegevens. Afgezien van het metrologische aspect maakt de software het bijvoorbeeld mogelijk om spelingstabellen te verkrijgen", stelt Thibaut Hehlen, verkoopmanager bij PolyWorks Europa, een dochteronderneming van InnovMetric, de uitgever van PolyWorks. "Het gebruik van software zoals PolyWorks is als horloges maken met vrachtwagens", merkt Hani Gagueche op.
Om bepaalde 3D-reconstructies te verkrijgen die voor kritieke gevallen worden uitgevoerd, gebruiken specialisten op het gebied van reverse engineering PolyWorks|Modeler™, een oplossing voor modelleren en reverse engineering. "Met deze module kunnen we oppervlakken reconstrueren vanuit zeer nauwkeurige meshings en een CAD-bestand leveren dat voor iedereen toegankelijk is, zelfs wanneer gebruikers geen PolyWorks of krachtige computers hebben. CATIA-gebruikers, waarvan er veel in het ITER-programma zitten, kunnen dus toegang krijgen tot de bestanden die wij hebben geproduceerd", legt Hani Gagueche uit.
Het nieuwe algoritme voor automatische oppervlakteberekening in PolyWorks|Modeler wordt binnenkort getest door ITER-teams. Dit algoritme zou een aanzienlijke besparing op reconstructietijd kunnen opleveren!
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™