Πώς να εντοπίσετε μια φθαρμένη μετάδοση ρομπότ ABB πριν αποτύχει;
Το έχουμε δει να συμβαίνει πάρα πολλές φορές στον χώρο εργασίας κατά τα χρόνια. Ο ρομποτικός βραχίονας ABB στη γραμμή παραγωγής λειτουργούσε κανονικά, όταν ξαφνικά, μία μέρα, η συγκόλληση άρχισε να αποκλίνει, η τροχιά να παρεκκλίνει, οι κινήσεις να εκτελούνται μία μετά την άλλη με ανωμαλίες, και τελικά η σοβαρότητα του προβλήματος οδήγησε σε άμεση ενεργοποίηση συναγερμού και απενεργοποίηση. Η ολόκληρη γραμμή παραγωγής σταμάτησε απότομα. Όλοι περίμεναν σε μεγάλη σύγχυση, προσπαθώντας να εντοπίσουν το πρόβλημα: ελέγχοντας το πρόγραμμα, ελέγχοντας τον κωδικοποιητή, ελέγχοντας τα εργαλεία και, τελικά, αποσυναρμολογώντας το σύστημα — μόνο και μόνο για να ανακαλύψουν ότι η μειωτήρας είχε βρεθεί εδώ και καιρό σε κακή λειτουργία, απλώς κανείς δεν είχε προσέξει εκείνα τα μικρά σήματα.
Ειδικά για τους ρομπότ που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές συγκόλλησης, χειρισμού, φόρτωσης/εκφόρτωσης και εμβολοθλάσεως, η μακροχρόνια συνεχής λειτουργία υπό υψηλό φορτίο συνεπάγεται ότι η μειωτήρας σπάνια καταρρέει ξαφνικά και χωρίς προειδοποίηση. Στην πραγματικότητα, συνήθως δίνει ενδείξεις για πολύ καιρό εκ των προτέρων — ένα είδος «γεια σας» — ωστόσο, πολλά εργοστάσια συνηθίζουν να τις αντιμετωπίζουν με τη φράση «οι παλιές μηχανές είναι έτσι» και τις αγνοούν. 
Για πολλούς ανθρώπους, η πρώτη φορά που παρατηρούν ένα πρόβλημα είναι όταν το ρομπότ «δεν είναι τόσο ακριβές όσο ήταν παλιά».
Αυτό είναι πράγματι το πιο συνηθισμένο πρώτο σύμπτωμα. Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι οι μηχανικοί πεδίου σπάνια σκέφτονται αρχικά το κιβώτιο ταχυτήτων. Η διαδικασία διάγνωσης προβλημάτων τους είναι συχνά η εξής: πρώτον, υποψιάζονται ότι η TCP δεν είναι ορθά βαθμονομημένη, π.χ. κάποιος έχει πιέσει το «όπλο»· στη συνέχεια ελέγχουν το πρόγραμμα για να διαπιστώσουν αν τα σημεία είναι σωστά· στη συνέχεια εξετάζουν τον κωδικοποιητή για να δουν αν υπάρχει απώλεια παλμών· και ακόμη υποψιάζονται ότι οι παράμετροι του σερβοκινητήρα δεν έχουν παρασυρθεί ή ότι οι συγκρατητικές διατάξεις δεν είναι χαλαρές. Μια τέτοια σειρά ελέγχων είναι εντελώς συνηθισμένη, και μόνο στο τέλος χρησιμοποιούν ένα πολύμετρο για να μετρήσουν και διαπιστώνουν ότι το κενό (backlash) ενός συγκεκριμένου άξονα είναι σαφώς μεγαλύτερο. Αυτό είναι ιδιαίτερα εύκολο να παρατηρηθεί στα ρομπότ συγκόλλησης: αρχικά η ραφή διαγραφόταν πολύ ομαλά, ενώ τώρα αρχίζει να εμφανίζεται αστάθεια του τόξου, η διαδρομή του τόξου δεν είναι ομοιόμορφη και, ακόμη και με το ίδιο πρόγραμμα, κάθε φορά που εκτελείται, η τροχιά παρουσιάζει μικρές, αλλά εμφανείς αποκλίσεις. Μερικές φορές οι πελάτες πιστεύουν ότι υπάρχει πρόβλημα με το σύστημα όρασης, ενώ στην πραγματικότητα η αιτία είναι η φθορά των εσωτερικών κενών του κιβωτίου ταχυτήτων, με αποτέλεσμα η μετάδοση της κίνησης να μην ακολουθεί πλέον ακριβώς την κίνηση του βραχίονα.
Φθορά του κιβωτίου ταχυτήτων ρομπότ ABB, η «χαλαρότητα» θα γίνεται όλο και πιο εμφανής
Όποιος ασχολείται με τη συντήρηση γνωρίζει καλά τον όρο «πίσω άνοιγμα» (backlash), που σημαίνει ότι υπάρχει ένα κενό στην άρθρωση. Η πλευρά του κινητήρα περιστρέφεται προφανώς, αλλά η μηχανική πλευρά πρέπει να περιμένει λίγο για να καλυφθεί αυτό το «άδειο» διάστημα κίνησης προτού αρχίσει να κινείται. Οι άρθρωσεις του νέου ρομπότ είναι πολύ σφιχτές, ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, καθώς φθείρονται οι επιπεδοκινητήριοι τροχοί (planetary gears) και οι κιβώτιοι τροχοφόροι (bearings) εντός του κιβωτίου ταχυτήτων, το κενό μεταξύ των δοντιών αυξάνεται, οι κιβώτιοι τροχοφόροι χαλαρώνουν επίσης και η ακρίβεια του εμπλοκισμού μειώνεται, με αποτέλεσμα το ρομπότ να εμφανίζει επαναλαμβανόμενες ανακρίβειες θέσης, παρέκκλιση της τροχιάς και ελαφρά ταλάντωση κατά την επιτάχυνση και επιβράδυνση. Το πιο ενοχλητικό είναι ότι αυτή η κατάσταση δεν είναι ιδιαίτερα σοβαρή στην αρχή· πολλοί άνθρωποι μπορούν ακόμη και να την ανεχθούν για μερικούς μήνες. Ωστόσο, μόλις η φθορά ενός συγκεκριμένου άξονα υπερβεί το όριο, η επιδείνωση είναι πολύ γρήγορη — ίσως τις πρώτες δύο εβδομάδες να παρατηρείται μόνο μια ελάχιστη απόκλιση, ενώ στη συνέχεια εμφανίζεται ξαφνικά σφάλμα σύγκρουσης ή υπερφόρτωσης.
Οι αρθρώσεις του ρομπότ αρχίζουν να «κροτάλιζουν», πράγμα που είναι ήδη πολύ επικίνδυνο!
Κατά την κανονική λειτουργία, ο ήχος του ρομπότ είναι πολύ ομαλός, δηλαδή ένας συνεχής, βουητός ήχος κινητήρα σε συνδυασμό με έναν πολύ ομαλό μηχανικό ήχο. Ωστόσο, μόλις αρχίσουν να προκύπτουν προβλήματα στο κιβώτιο ταχυτήτων, ο ήχος αλλάζει αμέσως, προστίθενται ηχητικά φαινόμενα όπως το τρίξιμο των μετάλλων ή το «κλικ-κλικ-κλικ-κλικ», ενώ κατά την επιτάχυνση και την επιβράδυνση μπορεί να ακουστεί ακόμη και ένας χαμηλός ήχος· αν τοποθετήσει κανείς το χέρι του στις αρθρώσεις, μπορεί να αισθανθεί μέσα σαν κάτι να χτυπά. Πολλοί έμπειροι χειριστές στη γραμμή λένε: «Το ρομπότ αυτό δεν ακούγεται σωστά τελευταία.» Όταν ακούσετε αυτό το σχόλιο, μην καθυστερήσετε, διότι σε αυτό το στάδιο υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να έχουν γίνει γρατσουνιές στα οδοντωτά τροχάλια, να έχει υποστεί ζημιά το θόλωμα των κυλινδρικών ελασμάτων ή να έχει αποτύχει η λιπαντική ουσία, με αποτέλεσμα την άμεση μεταλλική επαφή. Αν συνεχιστεί αυτή η κατάσταση, η ελαφρά φθορά εξελίσσεται γρήγορα σε σοβαρή διάβρωση των οδοντωτών τροχαλιών, και μόλις τα δόντια «δαγκωθούν», ολόκληρο το μειωτήρας είναι σχεδόν ακατάλληλος για χρήση.
Μιλώντας γι' αυτό, έχουμε δει πάρα πολλά προβλήματα με τα κιβώτια ταχυτήτων στο εργαστήριο· στην πραγματικότητα, η ρίζα του προβλήματος βρίσκεται στη λίπανση. Πολλές βιομηχανίες λειτουργούν ρομπότ καθημερινά, ενώ η λίπανση και η συντήρηση πραγματοποιούνται με ιδιαίτερα επιφανειακό τρόπο, ειδικά σε ορισμένες παλαιές γραμμές παραγωγής. Ο κύκλος προσθήκης λιπαντικού έχει εδώ και πολύ καιρό παραμεληθεί, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η γήρανση των σφραγίδων λαδιού· κανείς δεν ελέγχει αν υπάρχει διαρροή λαδιού στις αρθρώσεις, συνεχίζοντας να λειτουργεί το σύστημα ακόμη και όταν το λάδι εμφανίζεται στο υπόλοιπο της επιφάνειας. Το λιπαντικό, που έχει μείνει σε επαφή με υδρατμούς, σκόνη ή μεταλλική σκόνη, χρησιμοποιείται ως συνήθως. Με την πάροδο του χρόνου, οι συνθήκες λίπανσης επιδεινώνονται, με αποτέλεσμα την άμεση αύξηση της τριβής εντός του κιβωτίου, ενώ η θερμοκρασία ανεβαίνει αντίστοιχα. Το λιπαντικό φιλμ στην επιφάνεια των δοντιών δεν μπορεί πλέον να διατηρηθεί, με αποτέλεσμα να αρχίσει η ατυπική φθορά. Ο μειωτήρας ABB είναι εξαιρετικά ακριβής, ενώ η σύμπλεξη των γραναζιών και οι χώροι ανάμεσα στα κουλούρια είναι ιδιαίτερα μικροί· συνεπώς, οι απαιτήσεις για λίπανση είναι πολύ υψηλές. Αν το λιπαντικό αραιώσει, στεγνώσει ή μολυνθεί, ο ρυθμός φθοράς αυξάνεται εκθετικά. Ορισμένα κιβώτια ταχυτήτων είναι τόσο ζεστά που δεν μπορούν να αγγιχτούν, γεγονός που συχνά αποτελεί ένδειξη ότι η λίπανση έχει αποτύχει πλήρως και το λάδι δεν είναι πλέον σε θέση να εκπληρώνει την προστατευτική του λειτουργία.
Το θέμα της θερμοκρασίας αποτελεί μια αρκετά εντυπωσιακή οπτική ένδειξη.
Μπορείτε να προσπαθήσετε να αισθανθείτε τη θερμοκρασία των αρθρώσεων κάθε άξονα μετά από κάποιο χρονικό διάστημα λειτουργίας του ρομπότ. Σε κανονικές συνθήκες, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι σχετικά σταθερή και μία άρθρωση δεν θα ζεσταθεί ξαφνικά πολύ περισσότερο από τις υπόλοιπες. Ιδιαίτερα για μεγάλες φορτωμένες αρθρώσεις, όπως οι J2 και J3, εάν παραμένουν ασυνήθιστα ζεστές για μεγάλο χρονικό διάστημα, είναι πολύ πιθανό να υπάρχει υπερβολική εσωτερική τριβή, ανεπαρκής λίπανση, ζημιά στα κουζινέτα ή λειτουργία υπερφόρτωσης. Πολλά κιβώτια ταχυτήτων έχουν λειτουργήσει «σιωπηλά» με «υψηλό πυρετό» για πολύ καιρό προτού πραγματικά κολλήσουν. Γι’ αυτό το λόγο, όλο και περισσότερες βιομηχανίες άρχισαν να χρησιμοποιούν τακτικά θερμικούς εικονιστές για να σαρώνουν ολόκληρη τη γραμμή των αρθρώσεων των ρομπότ· αυτή η μέθοδος είναι πραγματικά αποτελεσματική, καθώς πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τη θερμοκρασία μπορούν να εντοπιστούν εκ των προτέρων, χωρίς να χρειάζεται να περιμένουμε μέχρι την αποτυχία του ρομπότ.
Τα ρομπότ ABB αρχίζουν να τρέμουν· συχνά, το πρόβλημα δεν είναι πλέον ελαφρύ!
Μπορεί να παρατηρήσετε ολόκληρο το βραχίονα να τρέμει ελαφρώς κατά την επιτάχυνση, ενώ στη συνέχεια να κουνιέται μερικές φορές αμέσως μόλις σταματήσει· επιπλέον, η τροχιά δεν είναι κυκλική και ομαλή κατά τη λειτουργία σε υψηλές ταχύτητες, με μια ευαίσθητη αισθητή «δαγκωνιά» (jagged feeling). Πολλοί θα νομίζουν ότι η ενίσχυση του servo δεν έχει ρυθμιστεί σωστά, ωστόσο, εάν επιβεβαιώσετε ότι ο κωδικοποιητής (encoder) δεν παρουσιάζει πρόβλημα, ότι ο κινητήρας είναι εντάξει και ότι οι παράμετροι δεν έχουν αλλάξει, τότε με μεγάλη πιθανότητα το πρόβλημα οφείλεται σε κακή εσωτερική ακαμψία του μειωτήρα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις αρθρώσεις με μειωτήρες RV, όπου η δόνηση εμφανίζεται και εξαφανίζεται απότομα μόλις αρχίσει η φθορά των κυκλοειδών τμημάτων και των κουζινέτων, καθιστώντας όλο και πιο δύσκολη την απόκρυψή της.
Υπάρχει επίσης ένα άλλο πρόβλημα που είναι ιδιαίτερα εύκολο να παραβλεφθεί: οι διαρροές λαδιού.
Έχω δει πάρα πολλές εργοστασιακές εγκαταστάσεις, όπου μόλις παρατηρούν έναν κύκλο λαδιού που διαρρέει από μια άρθρωση ρομπότ ABB, η πρώτη τους αντίδραση είναι να πάρουν ένα πανί και να το σκουπίσουν, λέγοντας «είναι εντάξει, μπορεί ακόμη να λειτουργήσει». Στην πραγματικότητα, όμως, η διαρροή λαδιού σημαίνει κατά βάση ότι τα σφραγίσματα έχουν εξασθενήσει, το λάδι μέσα στο μηχάνημα διαρρέει προς τα έξω και τυχόν ρύποι από το εξωτερικό μπορεί επίσης να εισχωρήσουν στο εσωτερικό. Οι μειωτήρες φοβούνται περισσότερο την έλλειψη λαδιού, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις συνεχούς περιστροφής 24 ώρες το 24ωρο· η λίπανση αποτελεί μια αλυσίδα, και ο ρυθμός φθοράς αυξάνεται αμέσως. Πολλοί μειωτήρες θα μπορούσαν να επισκευαστούν, αλλά λόγω της μακροχρόνιας διαρροής λαδιού που δεν αντιμετωπίζεται σοβαρά, τελικά φθείρονται πλήρως εσωτερικά και πρέπει να αντικατασταθούν ολόκληροι.
Εδώ μπορείτε να αναρωτηθείτε: γιατί σε πολλά εργοστάσια οι ρομπότ ABB, ακόμη και μετά από λίγα χρόνια, φαίνεται ότι το κιβώτιο ταχυτήτων αρχίζει να παρουσιάζει προβλήματα; Στην πραγματικότητα, αν το σκεφτεί κανείς προσεκτικά, είναι εντελώς φυσιολογικό. Τα βιομηχανικά ρομπότ είναι εξ ορισμού μηχανήματα που λειτουργούν με υψηλή συχνότητα: τα ρομπότ συγκόλλησης κινούνται συνεχώς όλη την ημέρα, τα ρομπότ χειρισμού ξεκινούν και σταματούν διαρκώς, επιταχύνοντας και επιβραδύνοντας, τα βαριά ρομπότ παλετοποίησης λειτουργούν επί μακρόν με υψηλή ταχύτητα και πλήρες φορτίο, ενώ τα ρομπότ φόρτωσης/εκφόρτωσης εργαλειομηχανών εκτελούν χιλιάδες κύκλους ημερησίως. Το κιβώτιο ταχυτήτων υφίσταται συνεχώς κρούσεις και εναλλασσόμενες τάσεις. Ανεξάρτητα από την εξαιρετική ποιότητα των ABB, η φθορά των μηχανικών εξαρτημάτων είναι φυσικός νόμος από τον οποίο κανείς δεν μπορεί να ξεφύγει. Ιδιαίτερα στα ρομπότ που λειτουργούν επί συνεχούς βάσεως στα όρια της ονομαστικής ισχύος τους, η διάρκεια ζωής του μειωτήρα μειώνεται ακόμη πιο εμφανώς.
Πολλοί άνθρωποι αγωνίζονται με το ερώτημα: να επισκευάσω ή να αντικαταστήσω το κιβώτιο ταχυτήτων;
Η εμπειρία μας δείχνει ότι, εάν υπάρχει μόνο ελαφρά αύξηση της ανακρούσεως, μια περιστασιακή κρότος, ή εάν οι σφραγίδες λιπάνσεως αρχίσουν να διαρρέουν, σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατό να προσπαθήσει κανείς να επισκευάσει το μειωτήρα με την αντιμετώπιση των κουζινέτων, των σφραγίδων λιπάνσεως και την επαναρύθμιση της προέντασης. Ωστόσο, εάν η ακρίβεια έχει χαθεί σημαντικά, οι εσωτερικοί τροχοί έχουν υποστεί πλάγια φόρτιση, η δόνηση είναι τόσο μεγάλη ώστε να ταλαντεύεται ολόκληρο το βραχίονας, έχει λειτουργήσει επί μακρόν σε υψηλή θερμοκρασία, ή μετά την αποσυναρμολόγησή του διαπιστώνεται ότι το εσωτερικό είναι γεμάτο σιδηροτμήματα, τότε στην πλειονότητα των περιπτώσεων είναι πιο οικονομικά αποδοτικό να αντικατασταθεί αμέσως με καινούργιο. Διότι, όταν ένα ρομπότ παρουσιάσει αιφνίδια βλάβη λόγω στάσης του μειωτήρα, η ζημία υπολογίζεται ως προς την ώρα ή ακόμα και το λεπτό· σε σύγκριση με το κόστος διακοπής της γραμμής παραγωγής, το κόστος του ίδιου του μειωτήρα είναι πραγματικά αμελητέο.
Μόνο και μόνο επειδή κατανοούμε σταδιακά αυτή τη λογική, όλο και περισσότερες βιομηχανικές εγκαταστάσεις δεν περιμένουν να εμφανιστεί η βλάβη για να προβούν σε επισκευή, αλλά αναλαμβάνουν πρωτοβουλιακά προληπτική συντήρηση. Μετρούν τακτικά την ταλάντωση, χρησιμοποιούν θερμική κάμερα για να παρατηρήσουν την κατανομή της θερμοκρασίας, χρησιμοποιούν όργανα για να ελέγξουν τις αλλαγές στην ανάκτηση (backlash), παρακολουθούν την τάση της ακρίβειας της τροχιάς και παρακούουν τις νέες συχνότητες θορύβου κατά τη λειτουργία. Σταδιακά συνειδητοποιήσαμε ότι ο μειωτήρας των ρομπότ ABB Robotics, πριν από την πλήρη αποτυχία του, πράγματι παρέχει επαρκή προειδοποίηση — απλώς προηγουμένως κανείς δεν την εξέταζε συστηματικά. Η πρώιμη ανίχνευση οδηγεί σε χαμηλότερο κόστος συντήρησης, αποφεύγει την απρόβλεπτη διακοπή λειτουργίας, εμποδίζει την αιφνίδια διακοπή κατά τη διάρκεια της νύχτας και επίσης αποτρέπει τη δευτερογενή ζημιά στον κινητήρα και τον κωδικοποιητή που θα μπορούσε να προκληθεί από την «έλκυσή» τους. Γι’ αυτόν τον λόγο, πολλές προηγμένες γραμμές αυτοματοποίησης συμπεριλαμβάνουν σήμερα την κατάσταση του μειωτήρα των ρομπότ στα τακτικά τους προγράμματα επιθεώρησης και παρακολούθησης.
