Safety assessment of a robotic welding system
Airikkala, Juha (2026)
2026
Konetekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Mechanical Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
Hyväksymispäivämäärä
2026-05-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202605276441
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202605276441
Tiivistelmä
This master’s thesis considers improving the safety of a robotic welding system. The work goes through the safety legislation in Finland related to the machinery, assesses the risks of the system and introduces potential solutions to increase the safety. The robotic welding system considered in the work is located at Tampere university and it is mainly used for arc welding of steel.
The machinery safety standard SFS-EN ISO 12100 is utilized in the risk assessment, which helps assessing the risks with a systematic process. The work discusses in detail on the risks that were identified to need risk reduction or more information to define the level of the risk. These risks were the hazard created by the robot movement, ultra violet radiation, heat and the fumes generated in welding.
The robotic system at the university is not fenced or safeguarded in other way, so the robot movements create a crushing hazard. The work introduces the design principles for fencing a robot system and tells the standards related to the subject. The work also studies different people detecting safety area monitoring technologies. The ultra violet radiation is discussed in the common theoretical level and in relation to arc welding of steel. This includes protection from the ultra violet radiation in welding. Heat generated in welding creates fire hazard. That is why the fire safety of the system was inspected in the work. The hazardousness of the fumes generated in welding was not fully known at the start of the work, so the matter was studied from the literature. The effectiveness of the welding fume air extraction system had not been measured. That is why the air extraction was measured according the SFS-EN ISO 21904 standard.
As a result of the work the fire safety was found out to be on sufficient level, but the removal of the welding fumes was detected to be under-powered. The work concludes to a proposal of an improved air extraction system. The principles for fencing the system are also summarised at the end of the work. Tämä diplomityö käsittelee robotisoidun hitsausjärjestelmän turvallisuuden parantamista. Työssä käydään läpi kyseisiin järjestelmiin liittyvä turvallisuuslainsäädäntö Suomessa, arvioidaan järjestelmän riskit ja esitellään mahdollisia ratkaisuja järjestelmän turvallisuuden lisäämiseksi. Työssä käsitelty robottihitsausjärjestelmä sijaitsee Tampereen yliopistolla ja sillä suoritetaan pääasiassa teräksen kaarihitsausta.
Riskien arvioinnissa on hyödynnetty koneturvallisuusstandardia SFS-EN ISO 12100, jonka avulla riskien arviointi suoritetaan järjestelmällisenä prosessina. Työssä käsitellään tarkemmin riskit, joiden tunnistettiin tarvitsevan riskin alentamista tai lisätietoa riskitason arvioimiseksi. Tällaisia riskejä olivat robotin liikkeistä syntyvä vaara, ultraviolettisäteily, kuumuus ja hitsaamisesta syntyvät kaasut.
Yliopiston robottijärjestelmää ei ole aidattu tai suojattu muutoin, joten robotin liikkeet aiheuttavat puristumisvaaran. Työssä esitellään robottijärjestelmän aitaamisen suunnitteluperiaatteet ja kerrotaan aiheeseen liittyvät standardit. Lisäksi työssä on tutkittu erilaisia henkilöntunnistavia turva-alueen valvontatekniikoita. Ultraviolettisäteilyä käsitellään yleisellä teoreettisella tasolla sekä teräksen kaarihitsausta koskien. Tähän sisältyy hitsauksen ultraviolettisäteilyltä suojautuminen. Hitsauksessa syntyvä kuumuus aiheuttaa tulipalovaaran, jonka takia järjestelmän paloturvallisuus tarkastettiin osana työtä. Hitsaamisesta syntyvien kaasujen haitallisuus ei ollut täysin tiedossa työn alussa, joten asiaa tutkittiin kirjallisuudesta. Hitsauskaasuja varten olevan ilmanpoistojärjestelmän tehokkuutta ei myöskään ollut todennettu aiemmin, joten sille suoritettiin tehokkuusmittaukset. Mittaukset suoritettiin standardin SFS-EN ISO 21904 mukaan.
Työn tuloksena paloturvallisuuden todettiin olevan riittävällä tasolla, mutta hitsauskaasujenpoiston todettiin olevan alitehoista. Työn lopussa esitellään ehdotus paranneltua ilmanpoistojärjestelmää varten. Työn loppuun on myös tiivistetty periaatteet järjestelmän aitaamisesta.
The machinery safety standard SFS-EN ISO 12100 is utilized in the risk assessment, which helps assessing the risks with a systematic process. The work discusses in detail on the risks that were identified to need risk reduction or more information to define the level of the risk. These risks were the hazard created by the robot movement, ultra violet radiation, heat and the fumes generated in welding.
The robotic system at the university is not fenced or safeguarded in other way, so the robot movements create a crushing hazard. The work introduces the design principles for fencing a robot system and tells the standards related to the subject. The work also studies different people detecting safety area monitoring technologies. The ultra violet radiation is discussed in the common theoretical level and in relation to arc welding of steel. This includes protection from the ultra violet radiation in welding. Heat generated in welding creates fire hazard. That is why the fire safety of the system was inspected in the work. The hazardousness of the fumes generated in welding was not fully known at the start of the work, so the matter was studied from the literature. The effectiveness of the welding fume air extraction system had not been measured. That is why the air extraction was measured according the SFS-EN ISO 21904 standard.
As a result of the work the fire safety was found out to be on sufficient level, but the removal of the welding fumes was detected to be under-powered. The work concludes to a proposal of an improved air extraction system. The principles for fencing the system are also summarised at the end of the work.
Riskien arvioinnissa on hyödynnetty koneturvallisuusstandardia SFS-EN ISO 12100, jonka avulla riskien arviointi suoritetaan järjestelmällisenä prosessina. Työssä käsitellään tarkemmin riskit, joiden tunnistettiin tarvitsevan riskin alentamista tai lisätietoa riskitason arvioimiseksi. Tällaisia riskejä olivat robotin liikkeistä syntyvä vaara, ultraviolettisäteily, kuumuus ja hitsaamisesta syntyvät kaasut.
Yliopiston robottijärjestelmää ei ole aidattu tai suojattu muutoin, joten robotin liikkeet aiheuttavat puristumisvaaran. Työssä esitellään robottijärjestelmän aitaamisen suunnitteluperiaatteet ja kerrotaan aiheeseen liittyvät standardit. Lisäksi työssä on tutkittu erilaisia henkilöntunnistavia turva-alueen valvontatekniikoita. Ultraviolettisäteilyä käsitellään yleisellä teoreettisella tasolla sekä teräksen kaarihitsausta koskien. Tähän sisältyy hitsauksen ultraviolettisäteilyltä suojautuminen. Hitsauksessa syntyvä kuumuus aiheuttaa tulipalovaaran, jonka takia järjestelmän paloturvallisuus tarkastettiin osana työtä. Hitsaamisesta syntyvien kaasujen haitallisuus ei ollut täysin tiedossa työn alussa, joten asiaa tutkittiin kirjallisuudesta. Hitsauskaasuja varten olevan ilmanpoistojärjestelmän tehokkuutta ei myöskään ollut todennettu aiemmin, joten sille suoritettiin tehokkuusmittaukset. Mittaukset suoritettiin standardin SFS-EN ISO 21904 mukaan.
Työn tuloksena paloturvallisuuden todettiin olevan riittävällä tasolla, mutta hitsauskaasujenpoiston todettiin olevan alitehoista. Työn lopussa esitellään ehdotus paranneltua ilmanpoistojärjestelmää varten. Työn loppuun on myös tiivistetty periaatteet järjestelmän aitaamisesta.