Jak rozpoznat opotřebovaný převodovku robotu ABB ještě před jejím poruchou?
To se v praxi stalo už příliš mnohokrát během let. ABB robot na výrobní lince fungoval bez problémů, ale najedou jednoho dne začaly odchylky svařovaných švů, trajektorie se posunula, jedna akce po druhé selhala a nakonec došlo k vážnému výpadku s aktivací poplachového vypnutí – celá linka tak zcela zastavila. Všichni byli ve velkém zmatku a snažili se najít závadu: prošetřovali program, kontrolovali enkodér, zkontrolovali nástroje a nakonec robot rozebrali, jen aby se ukázalo, že převodovka už dlouhou dobu nefunguje správně – jen si to nikdo dříve nevšiml těch malých signálů.
Zejména u robotů používaných pro svařování, manipulaci, navažování a vytláčení je dlouhodobá nepřetržitá rotace za vysoké zátěže zatížením, které převodovku často postupně ničí – zpravidla však nenastane náhlý kolaps bez varování. Ve skutečnosti vám totiž převodovka dává varovný signál „ahoj“ již dlouho předtím, ale mnoho dílen má zvyk považovat takové jevy za „staré stroje prostě tak dělají“ a nechává je beze změny. 
Poprvé si mnoho lidí problém všimne, když robot „není tak přesný, jak býval.“
To je opravdu nejčastější první příznak. Zajímavé je, že polní technici téměř nikdy nepovažují převodovku za první možnou příčinu. Jejich postup při odstraňování poruch je často následující: nejprve podezřívají, že není správně nastavena polarizace TCP, zda někdo náhodou nepatrně nepohnul robotickou paží; poté kontrolují program, zda jsou body správně definovány; dále zkoumají enkodér, zda nedochází ke ztrátě impulsů; a dokonce i podezřívají, že se servoparametry mohly posunout nebo že uchycení není dostatečně pevné. Tato řada kontrol je velmi běžná, avšak až nakonec použijí měřicí přístroj a zjistí, že vůle na určité ose je zjevně větší. To je zvláště patrné u svařovacích robotů: původně probíhalo svařování švu velmi hladce, nyní se však začíná projevovat nestabilita oblouku, trajektorie oblouku není rovnoměrná a při opakovaném spuštění stejného programu se trajektorie mírně odchyluje. Někdy zákazníci mylně předpokládají problém se systémem strojového vidění, ve skutečnosti však jde o opotřebení vnitřních vůlí v převodovce, kvůli němuž se pohyby nepřenášejí přesně podle pohybu manipulátoru.
Opotřebení převodovky robotu ABB, „vůle“ se bude stávat čím dál více patrná
Každý, kdo se zabývá údržbou, je obeznámen se slovem „vůle“, které znamená, že v kloubu existuje mezera. Strana motoru se samozřejmě otáčí, ale mechanická strana musí nejprve překonat určitou volnou dráhu, než se začne pohybovat. Klouby nového robota jsou velmi těsné, avšak po dlouhodobém opotřebení planetových převodovek a ložisek uvnitř převodovky se mezera mezi zuby zvětší, ložiska se uvolní a přesnost ozubení klesne. Robot pak začne vykazovat opakující se nepřesnosti polohování, drift trajektorie a při zrychlování a zpomalování se objeví mírné kývání. Nejproblémovější je, že tento stav na počátku není zvláště závažný – mnoho lidí dokáže s ním ještě několik měsíců žít, avšak jakmile opotřebení některé osy překročí určitou mez, dochází k rychlému zhoršení: během prvních dvou týdnů může být odchylka jen nepatrná, ale poté dojde najedou k hlášení kolize nebo přetížení.
Klouby robota začínají „kmitat“, což je ve skutečnosti již velmi nebezpečné!
Při normálním provozu je zvuk robota velmi rovnoměrný – typický hučivý zvuk motoru spolu s hladkým mechanickým zvukem. Jakmile však začnou vznikat problémy s převodovkou, zvuk se okamžitě změní: objeví se syčivý kovový třecí zvuk nebo praskavé zvuky typu „klik, klik, klik, klik“; při zrychlování a zpomalování lze dokonce slyšet slabý hluboký zvuk, a když položíte ruku na kloub, cítíte uvnitř něco jako klepání. Mnoho zkušených obsluhujících pracovníků na výrobní lince řekne: „Tento robot naposledy nezní správně.“ Pokud takové prohlášení uslyšíte, neotálejte – v tomto okamžiku je velmi pravděpodobné, že došlo k poškození ozubení, poškození ložiskové klece nebo k selhání maziva, čímž došlo ke kovovému kontaktu kov–kov. Pokračováním v provozu se mírné opotřebení brzy vyvine v tvrdé zakousnutí mezi ozubenými koly a jakmile se zuby zakousnou, je celý reduktor prakticky nepoužitelný.
K tomu, že jsme v dílně viděli příliš mnoho problémů s převodovkami – ve skutečnosti spočívá kořen problému v mazání. Mnoho továren provozuje roboty každý den, avšak mazání a údržba se provádí velmi neformálně, zejména na některých starších výrobních linkách. Interval přídavku maziva již dlouhou dobu ignoruje stárnutí těsnění, nikdo nepozoruje, zda dochází k prosakování oleje z kloubů – po otření povrchu se zařízení nadále provozuje, zatímco mazivo se smísí s vodní párou, prachem nebo kovovým prachem, a přesto se používá jako obvykle. Po delší době se podmínky mazání zhorší, čímž okamžitě vzroste tření uvnitř, následně stoupne teplota a olejová vrstva na ozubních plochách již nedokáže udržet požadovanou tloušťku; začne docházet k abnormálnímu opotřebení. Reduktor ABB je samotný velmi vysoké přesnosti, přičemž vůle mezi ozubenými koly i ložisky jsou zvláště malé – proto jsou na mazání kladeny velmi přísné požadavky. Jakmile se mazivo zředí, vysuší nebo znečistí, rychlost opotřebení se zvýší exponenciálně. Některé převodovky jsou horké na dotek – to je často signál, že mazání zcela selhalo a olej již dlouhou dobu není schopen plnit ochrannou funkci.
Teplotní indikátor je docela názorný vizuální signál.
Můžete se pokusit nahmatat teplotu kloubů jednotlivých os po delším provozu robota. Za normálních podmínek je nárůst teploty poměrně stabilní a jeden kloub se nezahřeje najedou výrazně více než ostatní. Zejména u velkých zatížených kloubů, jako jsou J2 a J3, je dlouhodobé abnormální zahřívání nejčastěji způsobeno příliš velkým vnitřním třením, nedostatečným mazáním, poškozením ložisek nebo provozem přetíženého robota. Mnoho převodovek dlouhou dobu tichounce pracuje v „vysoké horečce“, než se skutečně zablokuje. Proto stále častěji vidíme, že továrny pravidelně procházejí celou řadu robotických kloubů tepelným zobrazovačem – tento postup je opravdu účinný, mnoho problémů lze včas odhalit na základě teploty, aniž bychom museli čekat na poruchu robota.
Pokud začnou roboty ABB vibrovat, často už není problém triviální!
Můžete pozorovat celou paži s mírným třesem při zrychlování a následně několikrát zachvět, jakmile se zastaví; při jízdě vysokou rychlostí není trajektorie kulatá a hladká, ale vykazuje jemný drsný pocit. Mnoho lidí si bude myslet, že není správně nastavena zesílení servopohonu, avšak pokud potvrdíte, že kódovací zařízení (enkodér) je v pořádku, motor je v pořádku a parametry nebyly změněny, pak je velmi pravděpodobné, že problém spočívá v nedostatečné vnitřní tuhosti reduktoru. To platí zejména u kloubů s RV převodovkami, kde vibrace postupně vznikají a mizí, jakmile začnou opotřebovávat cykloidní kola a ložiska, a stává se čím dál těžší je skrýt.
Dále existuje ještě jeden problém, který je zvláště snadné přehlédnout – úniky oleje.
Už jsem viděl příliš mnoho továren, kde stačí, aby se u spoje robotů ABB objevila kapka oleje, a první reakcí je vzít hadřík a olej smazat s tím, že „to je v pořádku, stroj stále ještě běží“. Ve skutečnosti však únik oleje v podstatě signalizuje, že těsnění ztratila svou funkci, olej uniká ven a současně se dovnitř může dostávat nečistota zvenčí. Převodovky nejvíce obávají nedostatek oleje – zejména v případech nepřetržitého provozu 24 hodin denně; pokud selže řetězec mazání, opotřebení okamžitě výrazně naroste. Mnoho převodovek lze opravit, avšak kvůli dlouhodobému zanedbávání úniku oleje se nakonec uvnitř úplně opotřebí a musí být nahrazena jako celek.
Zde si možná položíte otázku: Proč u mnoha továrních robotů ABB starších několik let začínají v převodovkách vznikat problémy? Ve skutečnosti je to po důkladném zvážení docela normální jev. Průmyslové roboty jsou samy o sobě stroje provozované s vysokou frekvencí: svařovací roboty celý den neustále kývají, manipulační roboty se neustále rozjíždějí a zastavují, zrychlují a zpomalují, těžké paletizační roboty pracují dlouhodobě ve vysokorychlostním režimu za plného zatížení a roboty pro náklad a vyklad obráběcích strojů provádějí během jednoho dne tisíce cyklů. Převodovka je tak neustále vystavena nárazovým a střídavým zatížením. Ať už je kvalita ABB jakákoli, opotřebení mechanických součástí je fyzikálním zákonem, kterému nikdo neunikne. Zejména u robotů, které celoročně pracují na hranici své jmenovité zátěže, se životnost reduktorů zkracuje ještě výrazněji.
Mnoho lidí trápí otázka: Mám převodovku opravit nebo vyměnit?
Naše zkušenost ukazuje, že pokud dojde pouze k mírnému nárůstu zpětného chodu, občasnému dunění nebo začnou těsnění oleje prosakovat, je v některých případech možné zkusit opravit jednotku úpravou ložisek, výměnou těsnění oleje a znovunastavením předepnutí. Pokud však byla přesnost vážně ztracena, vnitřní ozubená kola byla přetížena, vibrace jsou tak velké, že se celá paže otřásá, dochází k dlouhodobému provozu za vysoké teploty nebo po rozebrání zjistíte, že uvnitř je plno železných pilin, je většinou ekonomičtější jednotku ihned nahradit novou. Neboť pokud robot najedou náhle vypne kvůli poruše převodovky, ztráty se počítají hodinově nebo dokonce minutově – ve srovnání s náklady na výpadek výrobní linky je cena samotné převodovky skutečně zanedbatelná.
Jen protože jsme postupně začali tento přístup lépe chápout, stále více továren již nečeká na výskyt poruchy, aby následně provádělo opravy, ale aktivně zavádí prediktivní údržbu. Pravidelně se měří vibrace, pomocí tepelné kamery se sleduje rozložení teploty, přístroji se kontrolují změny vůle, sleduje se trend přesnosti dráhy pohybu a poslouchá se výskyt nových frekvencí hluku. Postupně jsme si uvědomili, že převodovka robotů ABB Robotics před úplným selháním ve skutečnosti poskytuje dostatečné varovné signály – jen nikdo dříve tyto signály systematicky nezkoumal. Časnější zjištění poruchy umožňuje snížit náklady na údržbu, zabránit neplánovanému výpadku provozu, vyhnout se náhlému vypnutí uprostřed noci a také předejít sekundárnímu poškození motoru a enkodéru, ke kterému by mohlo dojít jejich přetížením. Proto mnoho pokročilých automatizačních linek nyní zahrnuje stav reduktorů robotů do svých pravidelných kontrolních a monitorovacích plánů.
