Com identificar una caixa de canvi desgastada d’un robot ABB abans que es produeixi la seva avaria?
Ja l’hem vist passar massa vegades al camp, al llarg dels anys. El robot ABB de la línia de producció havia funcionat bé, però de sobte, un dia, la soldadura va començar a desviar-se, la trajectòria es va desplaçar, les accions es van anar succeint una rere l’altra, i la gravetat de la situació va provocar directament una aturada d’emergència amb avís sonor, deixant tota la línia totalment parada. Tothom quedava allà, enmig del caos, intentant identificar el problema: revisaven el programa, comprovaven l’encoder, inspeccionaven les eines i, finalment, desmuntaven el sistema, només per descobrir que la caixa de canvis feia molt de temps que estava defectuosa, tot i que ningú no havia fet cas d’aquelles petites senyals prèvies.
Especialment en aplicacions com la soldadura, la manipulació, la càrrega i descàrrega i l’estampació, on aquests robots treballen sota càrregues elevades de forma contínua durant llargs períodes, la caixa de canvis gairebé mai es trenca de sobte i sense cap avís. De fet, sol donar-vos un «hola» amb molta antelació, però molts tallers acostumen a pensar: «les màquines velles són així», i ho deixen córrer. 
La primera vegada que molta gent es dóna compte d’un problema és quan el robot «no és tan precís com abans».
Aquesta és, de fet, la primera senyal més habitual. El que resulta interessant és que els enginyers de camp gairebé mai no pensen en la caixa de canvis com a primera opció. La seva seqüència de diagnòstic sol ser: primer sospitar que el TCP no està polaritzat, per exemple si algú ha colpejat la pistola; després anar a revisar el programa per veure si els punts són correctes; a continuació comprovar l’encoder per assegurar-se que no hi ha pèrdua d’impulsos; i fins i tot sospitar que els paràmetres del servo no es desvien o que les fixacions no estan prou ajustades. Aquesta ronda de comprovacions és molt habitual, i finalment es fa servir un mesurador i es descobreix que el joc d’una determinada eix és clarament superior. Això és especialment fàcil de detectar en els robots de soldadura: originalment la soldadura es feia de forma molt uniforme, però ara comença a aparèixer una arc inestable, amb una trajectòria no uniforme; el mateix programa, cada cop que s’executa, produeix una lleugera desviació en la trajectòria. De vegades, els clients creuen que hi ha un problema amb el sistema de visió, però, en realitat, el problema és el desgast del joc intern de la caixa de canvis, de manera que la transmissió del moviment ja no segueix exactament el moviment de la mà.
Desgast de la caixa de canvi del robot ABB, el «joc» es farà cada cop més evident
Qualsevol persona implicada en el manteniment coneix la paraula «joc», que significa que hi ha un espai lliure a la junta. És evident que el costat del motor gira, però el costat mecànic ha d’esperar una mica de recorregut lliure abans de començar a moure’s. Les juntes del nou robot són molt ajustades, però un cop les rodes dentades planetàries i els coixinets interiors de la caixa de canvis s’han desgastat durant molt de temps, l’espai entre les dents augmenta, els coixinets també es tornen fluixos i la precisió de l’engranatge disminueix; llavors el robot comença a mostrar imprecisions repetitives en la posició, derivació de trajectòria i una certa inestabilitat («wobbling») durant l’acceleració i la desacceleració. El fet més problemàtic és que aquest estat no és especialment greu al principi: moltes persones poden arribar a fer-ne ús durant uns quants mesos, però un cop el desgast d’un determinat eix supera el llindar crític, la degradació es produeix molt ràpidament: pot ser que les dues primeres setmanes només hi hagi una petita desviació, i de sobte aparegui una alerta de col·lisió o sobrecàrrega.
Les articulacions del robot comencen a «vibrar», de fet, ja és molt perillós!
Quan funciona normalment, el so del robot és molt uniforme, aquell so de motor que xiula amb un so mecànic molt suau. Tanmateix, un cop la caixa de canvis comença a tenir problemes, el so canvia immediatament i es barreja amb un xiulet de fricció metàl·lica o uns cops repetits «clic, clic, clic, clic»; fins i tot es pot sentir una veu baixa durant l’acceleració i la desacceleració, i si es posa la mà sobre les articulacions es pot notar una vibració interna com si hi hagués alguna cosa que picotegés. Molts operaris experimentats de la línia diuen: «Últimament aquest robot no sona bé». Quan sentiu aquest tipus de comentari, no ho deixeu per més endavant, perquè en aquest moment hi ha una alta probabilitat que les rodes dentades estiguin ratllades, que la gàbia dels rodaments estigui malmesa o que la grasa hagi perdut la seva eficàcia, provocant el contacte directe entre metalls. Si es continua així, el desgast lleu es transforma ràpidament en una mordassa forta entre les rodes dentades, i un cop les dents són malmeses, gairebé tot el reductor queda inutilitzat.
Per cert, hem vist massa problemes de caixes de canvi al taller; de fet, l’arrel del problema és la lubricació. Moltes fàbriques fan funcionar robots cada dia, i la lubricació i el manteniment es duen a terme d’una manera especialment negligent, sobretot en algunes línies de producció antigues. El cicle d’addició de greix fa temps que s’ignora l’envelliment dels segells d’oli, i ningú no presta atenció a comprovar si hi ha filtracions d’oli als unions: es netegen i es continua treballant, mentre el greix es barreja amb vapor d’aigua, pols o pols metàl·lica, i es continua utilitzant com si res. Amb el pas del temps, les condicions de lubricació es deterioren, el fregament intern augmenta immediatament, la temperatura puja i la pel·lícula d’oli a la superfície dels dents ja no pot mantenir-se, iniciant-se un desgast anormal. El reductor ABB és, per si mateix, d’una precisió molt elevada; l’engranatge i els rodaments tenen jocs particularment reduïts, de manera que exigeixen una lubricació extremadament exigent. Un cop el greix es dilueix, es sequa o es contamina, la velocitat de desgast augmenta de forma exponencial. Algunes caixes de canvi estan tan calentes que no es poden tocar, fet que sovint és un senyal clar que la lubricació ha fallat completament i que l’oli fa temps que ja no pot exercir la seva funció protectora.
La qüestió de la temperatura és una indicació visual bastant clara.
Podeu intentar palpar les temperatures de les articulacions de cada eix després que el robot hagi estat en funcionament durant una estona. En condicions normals, l’augment de temperatura és relativament estable i cap articulació no es calentarà sobtadament molt més que les altres. Especialment en articulacions amb càrrega elevada, com ara J2 i J3, si romanen anormalment calentes durant un llarg període, és molt probable que hi hagi massa fricció interna, lubricació insuficient, rodaments ja danyats o funcionament sobrecarregat. Moltes caixes de canvi han estat funcionant silenciosament amb una «febre alta» durant molt de temps abans de quedar totalment blocades. Per això, veiem com cada cop més fàbriques comencen a fer servir regularment una càmera tèrmica per escanejar tota la línia d’articulacions dels robots; aquesta tècnica és realment efectiva, ja que molts problemes es poden detectar anticipadament mitjançant les variacions de temperatura, sense haver d’esperar fins que el robot falli.
Els robots ABB comencen a tremolar; en molts casos, el problema ja no és lleu!
Pot ser que observeu tot el braç amb una certa vibració en accelerar, i després vibri diverses vegades tan bon punt s’atura, i la trajectòria no és rodona ni suau quan funciona a altes velocitats, amb una sensació fina i dentada. Molta gent pensa que el guany del servo no està ajustat, però si confirmeu que l’encoder no és el problema, que el motor tampoc ho és i que els paràmetres no s’han modificat, llavors, molt probablement, el problema és la rigidesa interna del reductor, que no és prou bona. Això és especialment cert en les articulacions amb caixes de canvi RV, on les vibracions passen de cap a cap tan bon punt comencen a desgastar-se la corona cícloide i els rodaments, i cada cop és més difícil amagar-les.
Després hi ha un altre problema que és especialment fàcil d’ignorar: les fugues d’oli.
He vist massa fàbriques que, tan bon punt veuen un cercle d’oli que s’escapa d’una articulació de robots ABB, la seva primera reacció és agafar un drap per netejar-lo i dir: «No passa res, encara funciona». Però, de fet, la fuita d’oli ens indica bàsicament que les juntes d’estanquitat s’han deteriorat, que l’oli interior s’escapa cap a l’exterior i que la brutícia exterior també pot entrar. Les caixes de canvi temen sobretot la manca d’oli, especialment en aquelles situacions on giren contínuament, 24 hores al dia; la lubricació és una cadena, i la velocitat de desgast augmenta immediatament. Moltes caixes de canvi es podrien reparar, però, com que durant molt de temps no es va prendre seriosament la fuita d’oli, finalment tot el seu interior s’ha desgastat completament i només queda substituir-les íntegrament.
Aquí podeu preguntar-vos: per què molts robots de fàbrica ABB, després de només uns quants anys, comencen a patir problemes amb la caixa de canvis? En realitat, si ho penseu bé, és totalment normal. Els robots industrials són maquinària dissenyada per funcionar a alta freqüència: els robots de soldadura es mouen contínuament tot el dia, els robots de manipulació inicien i aturen constantment, accelerant i desaccelerant, els robots d’empaquetatge pesats treballen a velocitat elevada i càrrega màxima durant llargs períodes, i els robots de càrrega i descàrrega de màquines eines realitzen milers de cicles diaris. Per tant, la caixa de canvis està sotmesa contínuament a impactes i tensions alternatives. Independentment de la qualitat excel·lent d’ABB, el desgast dels components mecànics és una llei física de la qual ningú no pot escapar. Especialment en aquells robots que funcionen durant tot l’any a la càrrega nominal màxima, la vida útil del reductor es redueix encara més notablement.
Moltes persones es debaten entre la pregunta: cal reparar o substituir la caixa de canvis?
La nostra experiència és que, si només hi ha un lleuger augment del joc, un xerric ocasional o si les juntes d’oli comencen a fer filtracions, en alguns casos és possible intentar reparar-les tractant els coixinets, les juntes d’oli i reajustant la precàrrega. Però si s’ha perdut seriosament la precisió, si les rodes dentades interiors han quedat deformades, si les vibracions són tan intenses que tot el braç vibra, si s’ha treballat durant molt de temps a altes temperatures o, després de desmuntar-lo, es descobreix que l’interior està ple de cargols de ferro, llavors, en la majoria de casos, resulta més econòmic substituir-lo directament per un de nou. Perquè, un cop el robot deixi de funcionar sobtadament a causa de la parada del reductor, la pèrdua es calcula per hores o fins i tot per minuts; comparada amb el cost de la parada de la línia de producció, el cost del propi reductor és realment insignificant.
El fet que aquest raonament s’hagi entès progressivament ha fet que, avui en dia, un nombre cada cop major d’instal·lacions ja no esperin que apareguin problemes per fer-ne la reparació, sinó que prenen l’iniciativa de dur a terme una manteniment predictiu. Es mesuren regularment les vibracions, es fa servir una càmera tèrmica per observar la distribució de temperatures, es fan servir instruments per comprovar els canvis en el joc, es segueix la tendència de la precisió de trajectòria i se senten les noves freqüències de soroll durant el funcionament. Progressivament hem arribat a adonar-nos que, abans de la fallada total de la caixa de canvis dels robots ABB Robotics, en realitat hi havia senyals prèvies suficients; simplement, abans ningú no les analitzava de forma sistemàtica. Detectar-les amb antelació comporta costos de manteniment més baixos, evita aturades no planificades, impedeix que el sistema es desconnecti sobtadament en plena nit i també evita danys secundaris en el motor i l’encoder. Per això, moltes línies d’automatització d’alt nivell inclouen actualment l’estat del reductor del robot dins dels seus plans habituals d’inspecció i monitoratge.
