Как да идентифицираме износен скоростна кутия на робот ABB, преди да се повреди?
Виждали сме го да се случва прекалено често на терен през годините. Роботът на ABB в производствената линия работел добре, но изведнъж един ден заварката започнала да се отклонява, траекторията — да се променя, а действията — едно след друго, докато сериозността довела до директно предупреждение и спиране. Цялата линия просто стояла бездействаща. Всички били в пълен хаос, докато търсели причината в програмата, проверявали енкодерите, проверявали инструментите и най-накрая разглобявали робота — само за да установят, че скоростната кутия отдавна била повредена, но никой не забелязал онези малки сигнали преди това.
Особено при роботи, използвани за заваряване, манипулация, товарене и разтоварване, както и за шампиране, продължителното непрекъснато въртене под високо натоварване води до това скоростната кутия рядко да се срина изведнъж и без предупреждение. Всъщност тя обикновено дава предварителни сигнали — така да се каже, „здравейте“ — още от доста време напред, но много цехове имат навика да приемат тези признаци като „старите машини са такива“ и просто ги пренебрегват. 
Първият път, когато много хора забелязват проблем, е когато роботът „не е толкова точен, колкото някога.“
Това наистина е най-честият първи признак. Интересното е, че полевите инженери почти никога не мислят за скоростната кутия като първа възможна причина. Последователността им при диагностика обикновено е следната: първо подозират, че TCP не е коригиран правилно — например дали някой не е ударил роботизираната ръка; след това проверяват програмата, за да се уверят, че точките са зададени коректно; после проверяват енкодера за възможна загуба на импулси; а понякога дори подозират, че сервопараметрите са се променили или че фиксатурите не са затегнати достатъчно. Този цялостен процес на проверка е напълно обичаен, но едва накрая използват измерителен уред и установяват, че люфта по определена ос е значително по-голям. Това е особено лесно забележимо при заваръчни роботи: първоначално шевът се извършва много гладко, а сега започват да се появяват нестабилност на дъгата, неравномерност по траекторията ѝ и малки отклонения в движението при всяко повторно изпълнение на една и съща програма. Понякога клиентите мислят, че проблемът е в системата за машинно зрение, но всъщност причината е износване на вътрешните зазори в скоростната кутия, поради което предаването на движението не следва точно движенията на роботизираната ръка.
Износ на скоростна кутия на робот ABB, „люфтът“ ще става все по-очевиден
Всеки, който е замесен в поддръжката, е запознат с термина „люфт“, който означава наличието на зазор в съединението. Очевидно е, че моторната страна се върти, но механичната страна трябва да изчака малко празен ход, преди да се задвижи. Съединенията на новия робот са много стегнати, но след дълготрайно износване на планетарните предавки и лагерите в скоростната кутия зазорът между зъбите се увеличава, лагерите също се разхлабват, а точността на зацепването намалява. В резултат роботът започва да проявява неточности при повтарящо се позициониране, отклонение от траекторията и леко люлеене по време на ускоряване и забавяне. Най-проблемното е, че това състояние в началото не е особено сериозно – много хора дори могат да се справят няколко месеца, но веднъж щом износването на определена ос премине прага, деградацията протича много бързо: може първите две седмици да има само леко отклонение, а след това изведнъж да се появи съобщение за колизия или претоварване.
Роботните стави започват да „дрънчат“, всъщност вече са много опасни!
При нормална работа звукът от робота е много равномерен — това е вид жужене на мотора, смесено с много гладък механичен звук. Обаче веднага щом скоростната кутия започне да има проблеми, звукът незабавно се променя и се примесва със свистене от метално триене или с последователни щракания — 'щрак-щрак-щрак-щрак'; при ускоряване и забавяне дори може да се чуе тихо бучене, а ако поставите ръка върху ставите, усещате вътре нещо като почукване. Много от старите оператори на производствената линия обикновено казват: „Този робот напоследък не звучи както трябва.“ Когато чуете такива думи, не отлагайте проверката, защото в този момент има висока вероятност зъбчатите колела да са издраскани, да е повредена клетката на лагера или смазката да е изгубила ефективността си, което води до директен метален контакт. Ако продължавате да работите в това състояние, лекото износване бързо се превръща в сериозно зацепване между зъбите, а веднъж щом зъбите се зацепят, целият редуктор е практически негоден.
Заговорихме ли за това, в работилницата сме виждали прекалено много проблеми с предавателните кутии; всъщност коренът на проблема е в смазването. Много фабрики експлоатират роботи всеки ден, като смазването и поддръжката се извършват особено небрежно, особено на някои от старите производствени линии. Цикълът за добавяне на смазка е бил дълго време игнориран, без да се взема предвид стареенето на маслените уплътнения; никой не обръща внимание дали има изтичане на масло по ставите — просто продължават да пускат машината след избърсване, а смазката, замърсена с водна пара, прах или метален прах, се използва както обикновено. С течение на времето условията за смазване се влошават, триенето вътре веднага нараства, температурата съответно се повишава, маслената плевка по зъбните повърхности не може да се запази и започва аномално износване. Редукторите на ABB по принцип са с изключително висока прецизност; зъбното зацепване и зазорите при лагерите са особено малки, което означава, че изискванията към смазването са изключително високи. Веднъж щом смазката стане разредена, изсъхнала или замърсена, скоростта на износване нараства експоненциално. Някои предавателни кутии са толкова горещи, че е болезнено да се докоснат — това често е сигнал, че смазването е напълно неуспешно и маслото отдавна вече не изпълнява защитната си функция.
Температурният индикатор е доста нагледен знак.
Можете да опитате да усетите температурата на ставите по всяка ос, след като роботът е работил известно време. При нормални обстоятелства повишението на температурата е относително стабилно и една става няма да се загрее изведнъж значително повече от останалите. Особено за големи натоварени стави като J2 и J3, ако те са аномално горещи в продължение на дълго време, най-вероятно има твърде голямо вътрешно триене, недостатъчно смазка, лагерите вече са повредени или роботът работи при претоварване. Много скоростни кутии тайно работят в състояние на „висока температура“ в продължение на дълго време, преди да се заклинят напълно. Затова все повече фабрики започват да използват термичен имager за редовно сканиране на всички стави на роботите по цялата производствена линия — този трик е наистина ефективен, много проблеми могат да се забележат предварително по температурните отклонения, без да се чака до пълното повредяване на робота.
Когато роботите на ABB започнат да се тресат, често проблемът вече не е лек!
Може да забележите цялата ръка с леко треперене при ускоряване, а след това тя се разтърсва няколко пъти веднага щом спре; при движение с висока скорост траекторията не е кръгла и гладка, а има фин зъбчат усещане. Много хора ще помислят, че коефициентът на сервопривода не е настроен правилно, но ако сте потвърдили, че енкодерът не е повреден, двигателят е изправен и параметрите не са били променени, то най-вероятно проблемът е в недостатъчната вътрешна твърдост на редуктора. Това е особено характерно за стави с RV-предавки, където вибрациите постепенно нарастват от нулеви до нулеви веднага щом циклоидната предавка и лагерите започнат да се износват, и става все по-трудно да се скрият.
Следва още един проблем, който е особено лесно да се пропусне — течове на масло.
Видях твърде много фабрики, при които веднага щом забележат кръгло петно от изтичащо масло от съединението на роботи ABB, първата им реакция е да вземат парцал и да го избършат, като казват: „Няма нищо, още работи“. Всъщност обаче изтичането на масло по принцип ви сигнализира, че уплътненията са се разградили, вътрешното масло изтича навън, а мръсотията отвън може също да проникне вътре. Редукторите най-много се боят от липса на масло, особено при случаите на непрекъснато въртене 24 часа в денонощието — смазването е верига, а скоростта на износване моментално се увеличава. Много редуктори могат да бъдат поправени, но поради продължителното изтичане на масло, което не се взема насериозно, те в крайна сметка напълно се износват отвътре и трябва да се заменят цели.
Ето тук може да се запитате: защо при много фабрични роботи ABB, които са на няколко години, започват да се натрупват проблеми с предавателната кутия? Всъщност, ако помислите внимателно, това е напълно нормално. Промишлените роботи по своята същност са машини, които работят с висока честота: роботите за заваряване цял ден се люлеят насам-натам, манипулационните роботи постоянно стартират и спират, ускоряват и забавят, тежките палетизиращи роботи работят дълго време с висока скорост и пълна товароподемност, а роботите за зареждане и разтоварване на машини извършват хиляди цикъла на ден – предавателната кутия е подложена на постоянни удари и променливи механични напрежения. Колкото и високо да е качеството на ABB, износването на механичните компоненти е физически закон, от който никой не може да се изплъзне. Особено при роботите, които работят през цялата година при горната граница на номиналния товар, животът на редуктора се скъсява още по-значително.
Много хора се изправят пред въпроса: да поправям ли или да заменям предавателната си кутия?
Нашето практическо опит показва, че ако има само незначително увеличение на люфта, периодично дрънчене или ако маслените уплътнения започнат да изтичат, в някои случаи е възможно да се опитаме да ги поправим чрез обработка на лагерите и маслените уплътнения, както и чрез повторна регулиране на предварителното натоварване. Но ако точността е сериозно загубена, вътрешните зъбни колела са претоварени, вибрациите са толкова силни, че цялата ръка се разтърсва, има продължителна работа при висока температура или след демонтаж се установи, че вътрешността е пълна с желязна стружка, тогава в повечето случаи е по-икономически изгодно директно да се замени с нов редуктор. Тъй като ако роботът изведнъж спре да работи поради отказ на редуктора, загубите се изчисляват на час или дори на минута, а в сравнение с разходите за спиране на производствената линия, самата цена на редуктора е наистина незначителна.
Просто защото бавно разбираме тази логика, все повече фабрики вече не чакат да се появят повреди, за да извършат ремонт, а предприемат предиктивно поддръжка. Редовно се измерва вибрацията, използва се термална камера за наблюдение на температурното разпределение, с инструменти се проверяват промените в люфта, следи се тенденцията на точността на траекторията и се анализира новата честота на шума при работа. Постепенно осъзнахме, че скоростната кутия на ABB Robotics преди пълното ѝ преустановяване всъщност дава достатъчно предупреждения — просто досега никой не ги е наблюдавал системно. По-ранното откриване води до по-ниски разходи за поддръжка, без непланувани простои, без внезапни прекъсвания посред нощ и също така позволява да се избегне вторична повреда на мотора и енкодера, която може да възникне при теглене. Затова много висококласови автоматизирани производствени линии включват сега състоянието на роботните редуктори в своите планове за редовна инспекция и мониторинг.
