¿Cómo identificar una caja de engranajes desgastada de un robot ABB antes de que falle?
Lo hemos visto suceder demasiadas veces en el campo a lo largo de los años. El robot ABB de la línea de producción había estado funcionando bien, pero de repente, un día, la soldadura comenzó a desviarse, la trayectoria se desplazó, las acciones se sucedieron una tras otra y, en los casos más graves, se activó una alarma que provocó el apagado inmediato del sistema, dejando así paralizada toda la línea. Todos quedaron desconcertados, esperando mientras se realizaba la depuración del programa, se verificaba el codificador, se inspeccionaban las herramientas y, finalmente, tras desmontar el equipo, se descubrió que la caja de engranajes llevaba tiempo fallando, aunque nadie había prestado atención previamente a esas pequeñas señales.
Especialmente en aplicaciones de soldadura, manipulación, carga y descarga y estampado con estos robots, la rotación continua bajo alta carga durante largos períodos hace que la caja de engranajes rara vez colapse de forma repentina y sin previo aviso. De hecho, suele enviar señales de advertencia con mucha antelación —una especie de «hola»—, pero en muchos talleres se acostumbra atribuir estos síntomas simplemente a «las máquinas antiguas son así» y se pasa por alto. 
La primera vez que muchas personas notan un problema es cuando el robot «no es tan preciso como solía serlo.»
Ese es realmente el primer síntoma más común. Lo interesante es que los ingenieros de campo casi nunca piensan en la caja de cambios como primera opción. Su secuencia habitual de diagnóstico suele ser la siguiente: primero sospechan que el TCP no está correctamente polarizado, ya sea porque alguien ha golpeado la pistola; luego revisan el programa para comprobar si los puntos son correctos; a continuación examinan el codificador para verificar si no hay pérdida de pulsos; e incluso llegan a sospechar que los parámetros del servo no se han desviado o que los accesorios no están flojos. Este ciclo completo de verificaciones es muy habitual, y finalmente, al medir con un instrumento, descubren que el juego de una determinada articulación es claramente mayor. Esto resulta especialmente evidente en los robots de soldadura: originalmente la costura avanzaba de forma muy suave, pero ahora comienza a aparecer inestabilidad del arco, la trayectoria del arco no es uniforme y, aun ejecutando el mismo programa repetidamente, la trayectoria presenta ligeras desviaciones. En ocasiones, los clientes creen que existe un problema con el sistema de visión, pero, en realidad, se debe al desgaste del juego interno de la caja de cambios, lo que provoca que la transmisión del movimiento no siga fielmente el movimiento del brazo.
Desgaste de la caja de cambios del robot ABB; el 'juego' se volverá cada vez más evidente
Cualquiera que participe en el mantenimiento conoce la palabra «juego» (backlash), que significa que existe una holgura en la unión. El lado del motor gira obviamente, pero el lado mecánico debe esperar un breve recorrido libre antes de comenzar a moverse. Las uniones del nuevo robot son muy ajustadas, pero tras un prolongado desgaste de los engranajes planetarios y los rodamientos internos del reductor, el juego entre los dientes aumenta, los rodamientos también se aflojan y la precisión del engrane disminuye; entonces el robot comienza a mostrar imprecisiones repetitivas en la posición, deriva de la trayectoria y una ligera inestabilidad durante las fases de aceleración y desaceleración. Lo más problemático es que este estado no resulta particularmente grave al principio: muchas personas incluso logran seguir operando durante varios meses; sin embargo, una vez que el desgaste de un eje determinado supera el umbral crítico, la degradación se acelera notablemente: quizás las dos primeras semanas solo se observen ligeras desviaciones, para que de repente aparezca una alerta de colisión o sobrecarga.
Las articulaciones del robot comienzan a «traquetear», de hecho, ya es muy peligroso.
Cuando funciona normalmente, el sonido del robot es muy uniforme: un zumbido constante del motor combinado con un ruido mecánico muy suave. Sin embargo, en cuanto la caja de engranajes empieza a presentar problemas, el sonido cambia inmediatamente y se mezcla con un silbido metálico por fricción o con un sonido repetitivo de «clic, clic, clic, clic». Incluso durante la aceleración y la desaceleración se puede percibir un ruido sordo, y al colocar la mano sobre las articulaciones se siente claramente una vibración interna, como si algo golpeara desde dentro. Muchos operarios experimentados de la línea suelen decir: «Últimamente este robot no suena bien». Cuando escuche este tipo de comentarios, no debe demorarse, porque en ese momento existe una alta probabilidad de que los engranajes ya estén rayados, la jaula de los rodamientos esté dañada o la grasa haya perdido su eficacia, provocando contacto directo entre superficies metálicas. Si se continúa operando así, el desgaste leve evoluciona rápidamente hacia un engrane forzado entre los dientes; y una vez que estos se muerden, prácticamente todo el reductor queda inservible.
Hablando de ello, hemos visto demasiados problemas con cajas de cambios en el taller; de hecho, la causa radica en la lubricación. Muchas fábricas hacen funcionar robots todos los días, y la lubricación y el mantenimiento se realizan de forma particularmente descuidada, especialmente en algunas líneas de producción antiguas. El ciclo de aplicación de grasa lleva mucho tiempo sin tener en cuenta el envejecimiento de las juntas tóricas, y nadie presta atención a observar si hay fugas de aceite en las uniones: se sigue operando tras limpiarlas, y la grasa se mezcla con vapor de agua, polvo o polvo metálico, tal como se hacía habitualmente. Con el paso del tiempo, las condiciones de lubricación se deterioran, lo que provoca inmediatamente un aumento de la fricción interna; la temperatura asciende a continuación y la película de aceite sobre las superficies dentadas ya no puede mantenerse, iniciándose así un desgaste anormal. El reductor ABB es, por sí mismo, de muy alta precisión: el engrane de los engranajes y el juego de los rodamientos son particularmente reducidos, por lo que exige una lubricación extremadamente rigurosa. Una vez que la grasa se vuelve diluida, seca o contaminada, la velocidad de desgaste aumenta exponencialmente. Algunas cajas de cambios están tan calientes al tacto que esto suele ser una señal inequívoca de que la lubricación ha fallado por completo y el aceite lleva mucho tiempo sin cumplir su función protectora.
El asunto de la temperatura es una indicación visual bastante clara.
Puede intentar tocar las temperaturas de las articulaciones de cada eje tras haber estado funcionando el robot durante un tiempo. En condiciones normales, el aumento de temperatura es relativamente estable y ninguna articulación se calentará repentinamente mucho más que las demás. Especialmente en articulaciones con cargas elevadas, como J2 y J3, si permanecen anormalmente calientes durante un largo periodo, lo más probable es que exista demasiada fricción interna, lubricación insuficiente, rodamientos ya dañados o sobrecarga prolongada. Muchas cajas de engranajes han estado funcionando silenciosamente con una «fiebre alta» durante mucho tiempo antes de bloquearse realmente. Por ello, vemos cómo cada vez más fábricas comienzan a utilizar regularmente una cámara termográfica para escanear sistemáticamente todas las articulaciones de los robots de la línea; este truco resulta realmente eficaz, ya que muchos problemas se detectan con antelación mediante el análisis térmico, sin tener que esperar a que el robot falle.
Los robots ABB empiezan a vibrar: ¡en muchas ocasiones, el problema ya no es menor!
Es posible que observe todo el brazo con un ligero temblor al acelerar, y luego se sacuda varias veces tan pronto como se detiene; además, la trayectoria no es redonda ni suave al funcionar a altas velocidades, generando una sensación fina y dentada. Muchas personas pensarán que la ganancia del servo no está ajustada, pero si confirma que el codificador no presenta problemas, que el motor tampoco los tiene y que los parámetros no han sido modificados, entonces, con toda probabilidad, la rigidez interna del reductor es insuficiente. Esto es especialmente cierto en articulaciones con cajas de engranajes RV, donde las vibraciones pasan de ser inexistentes a inexistentes tan pronto como comienzan a desgastarse la rueda cicloidal y los rodamientos, volviéndose cada vez más difícil ocultarlas.
Luego está otro problema que resulta especialmente fácil de pasar por alto: las fugas de aceite.
He visto demasiadas fábricas en las que, tan pronto como detectan un círculo de aceite que se filtra por una junta de robots ABB, su primera reacción es tomar un paño para limpiarlo, diciendo: «No pasa nada, sigue funcionando». Sin embargo, en realidad, la fuga de aceite prácticamente les está indicando que las juntas tóricas se han deteriorado, lo que permite que el aceite interno salga al exterior y que la suciedad externa también penetre. Las cajas de engranajes temen sobre todo la falta de aceite, especialmente en aquellas aplicaciones de rotación continua las 24 horas del día; la lubricación es una cadena crítica, y la velocidad de desgaste aumenta inmediatamente. Muchas cajas de engranajes podrían repararse, pero, debido a que las fugas crónicas de aceite no se toman en serio, finalmente se desgastan por completo en su interior y solo pueden sustituirse íntegramente.
Aquí puede preguntarse: ¿por qué muchos robots ABB de fábrica, tras unos pocos años, comienzan a presentar problemas acumulados en la caja de engranajes? En realidad, si lo piensa detenidamente, es algo bastante normal. Los robots industriales son, por sí mismos, maquinaria que opera a alta frecuencia: los robots de soldadura giran todo el día sin parar; los robots de manipulación inician y detienen constantemente su movimiento, acelerando y desacelerando; los robots pesados de paletización funcionan a alta velocidad y carga máxima durante largos períodos; y los robots de carga y descarga de máquinas-herramienta realizan miles de ciclos diarios. Así pues, la caja de engranajes ha estado sometida continuamente a impactos y tensiones alternadas. Por muy buena que sea la calidad de ABB, el desgaste de los componentes mecánicos es una ley física de la que nadie puede escapar. Especialmente en aquellos robots que operan durante todo el año en el límite superior de su carga nominal, la vida útil del reductor se reduce aún más notablemente.
Muchas personas dudan ante la siguiente pregunta: ¿debo reparar o sustituir mi caja de engranajes?
Nuestra experiencia indica que, si solo hay un ligero aumento del juego, un ruido intermitente o comienzan a presentar fugas las juntas de estanqueidad del aceite, en algunos casos es posible intentar su reparación tratando los rodamientos y las juntas de estanqueidad del aceite, así como reajustando la precarga. Sin embargo, si se ha perdido seriamente la precisión, las engranajes internos han sufrido deformación, las vibraciones son tan intensas que todo el brazo tiende a temblar, ha operado a altas temperaturas durante largos periodos o, tras su desmontaje, se observa que el interior está lleno de virutas de hierro, entonces, en la mayoría de los casos, resulta más rentable sustituirlo directamente por uno nuevo. Esto se debe a que, si el robot deja de funcionar repentinamente debido a una avería del reductor, las pérdidas se calculan por hora o incluso por minuto; comparadas con el coste de la parada de la línea de producción, el propio coste del reductor es realmente insignificante.
Simplemente porque poco a poco se ha comprendido este razonamiento, ahora un número cada vez mayor de fábricas ya no espera a que surjan averías para proceder a su reparación, sino que adopta de forma proactiva el mantenimiento predictivo. Se miden regularmente las vibraciones, se utiliza una cámara térmica para observar la distribución de temperaturas, se emplean instrumentos para verificar los cambios en el juego, se sigue la evolución de la precisión de la trayectoria y se analizan las nuevas frecuencias de ruido generadas durante el funcionamiento. Poco a poco hemos llegado a comprender que el reductor de robots ABB, antes de su fallo total, en realidad emite advertencias suficientes; simplemente antes nadie las examinaba de forma sistemática. Al detectar los problemas con mayor antelación, los costes de mantenimiento son menores, se evitan paradas no planificadas, no se produce una desconexión repentina en plena noche y, además, se evita que el motor y el codificador sufran daños secundarios por arrastre. Por ello, muchas líneas de automatización de gama alta incluyen actualmente el estado del reductor de robots en sus planes habituales de inspección y supervisión.
