Comment identifier une boîte de vitesses robotisée ABB usée avant qu’elle ne tombe en panne ?
Nous l’avons vu se produire bien trop souvent sur le terrain au fil des années. Le robot ABB de la chaîne de production fonctionnait correctement, puis, soudain un jour, la soudure a commencé à dévier, la trajectoire à dériver, les mouvements à se dégrader un par un, jusqu’à ce qu’une alarme critique entraîne un arrêt immédiat — toute la ligne s’est ainsi retrouvée à l’arrêt sec. Tout le monde s’affaire dans le désordre pour diagnostiquer le problème : vérification du programme, du codeur, des outillages, puis démontage complet, pour finalement découvrir que le réducteur était en panne depuis longtemps, sans que personne n’ait remarqué auparavant ces petits signaux précurseurs.
Cela est particulièrement vrai pour les robots utilisés en soudage, manutention, chargement/déchargement et emboutissage : soumis à une charge élevée prolongée et à une rotation continue, leur réducteur ne se rompt presque jamais brusquement et sans avertissement. En réalité, il vous adresse un « bonjour » bien longtemps à l’avance, mais de nombreux ateliers ont tendance à considérer cela comme « normal pour les anciennes machines » et à laisser passer ces signes. 
La première fois que beaucoup de personnes remarquent un problème est lorsque le robot « n’est plus aussi précis qu’auparavant. »
C’est vraiment le premier signe le plus courant. Ce qui est intéressant, c’est que les ingénieurs terrain pensent rarement à la boîte de vitesses en premier lieu. Leur procédure de dépannage suit souvent cet ordre : d’abord soupçonner que le TCP n’est pas correctement calibré, par exemple si quelqu’un a heurté la torche ; puis vérifier le programme pour s’assurer que les points sont corrects ; ensuite examiner l’encodeur afin de détecter toute perte d’impulsions ; voire même suspecter une dérive des paramètres du servo-moteur ou un desserrage des fixations. Ce cycle complet de vérifications est tout à fait habituel, et ce n’est qu’au final, après avoir effectué des mesures à l’aide d’un comparateur, qu’on constate que le jeu de rétroaction d’un certain axe est nettement accru. Ce phénomène est particulièrement évident sur les robots de soudage : initialement, la trajectoire de la soudure est très fluide, mais on observe désormais une instabilité de l’arc, une irrégularité du chemin de l’arc, et, même avec le même programme, une légère déviation de la trajectoire à chaque exécution. Parfois, les clients pensent qu’il y a un problème avec le système de vision, alors qu’en réalité, il s’agit d’un usure due au jeu interne de la boîte de vitesses, entraînant une transmission imprécise du mouvement.
Usure de la boîte de vitesses d’un robot ABB, le « jeu » deviendra de plus en plus évident
Toute personne impliquée dans la maintenance connaît le terme « jeu » (backlash), qui désigne un espace présent au niveau d’un joint. Le côté moteur tourne évidemment, mais le côté mécanique doit attendre un court déplacement libre avant de se mettre en mouvement. Les joints du nouveau robot sont très serrés, mais, avec le temps, l’usure des engrenages planétaires et des roulements situés à l’intérieur du réducteur entraîne un agrandissement du jeu entre les dents, un relâchement des roulements et une diminution de la précision de l’engrènement. Le robot commence alors à présenter des imprécisions répétées de positionnement, une dérive de trajectoire, ainsi qu’un léger balancement lors des phases d’accélération et de décélération. Le problème le plus gênant est que cet état n’est pas particulièrement grave au début : beaucoup de personnes parviennent même à s’en accommoder pendant plusieurs mois. Toutefois, dès qu’un axe donné dépasse un seuil critique d’usure, la détérioration s’accélère fortement — ainsi, les deux premières semaines peuvent ne montrer qu’un léger décalage, puis, soudainement, une collision ou une surcharge est signalée.
Les articulations du robot commencent à « cliqueter », ce qui est en fait déjà très dangereux !
Lorsqu’il fonctionne normalement, le bruit émis par le robot est très régulier : un léger bourdonnement moteur accompagné d’un son mécanique extrêmement fluide. Toutefois, dès que la boîte de vitesses commence à présenter des problèmes, le bruit change immédiatement : on entend alors des sifflements dus au frottement métallique ou des claquements répétés (« clic, clic, clic, clic »), et même, lors des phases d’accélération et de décélération, un grondement sourd peut être perçu. En posant la main sur les articulations, on ressent nettement, à l’intérieur, des chocs répétés. De nombreux opérateurs expérimentés sur la ligne disent souvent : « Ce robot n’a pas son habituel son ces derniers temps. » Dès que vous entendez ce genre de remarque, ne tardez pas : à ce stade, il y a de fortes chances que les engrenages soient rayés, que la cage des roulements soit endommagée ou que la graisse ait perdu ses propriétés, entraînant un contact métal contre métal direct. Si l’on continue ainsi, une usure légère se transforme rapidement en un « mordu » sévère entre les engrenages ; et une fois que les dents sont endommagées, l’ensemble du réducteur est pratiquement hors service.
À ce propos, nous avons constaté, en atelier, un nombre excessif de pannes de boîtes de vitesses ; en réalité, la cause racine réside dans la lubrification. De nombreuses usines font fonctionner leurs robots quotidiennement, et la lubrification ainsi que la maintenance sont effectuées de façon particulièrement négligente, surtout sur certaines anciennes lignes de production. Le cycle de graissage est depuis longtemps ignoré, sans tenir compte du vieillissement des joints d’étanchéité ; personne ne prête attention aux fuites d’huile aux niveaux des articulations, ni à l’essuyage des traces d’huile avant de remettre l’équipement en service. La graisse, contaminée par de la vapeur d’eau, de la poussière ou des poudres métalliques, continue d’être utilisée comme si de rien n’était. Au fil du temps, les conditions de lubrification se dégradent, ce qui entraîne immédiatement une augmentation des frottements internes, une élévation de la température, et la rupture du film huileux à la surface des dents. Cela déclenche alors une usure anormale. Le réducteur ABB est, en soi, d’une très haute précision : le jeu entre les engrenages et les roulements est particulièrement faible, ce qui rend la lubrification extrêmement exigeante. Dès que la graisse devient diluée, sèche ou contaminée, la vitesse d’usure augmente de façon exponentielle. Certaines boîtes de vitesses deviennent brûlantes au toucher, ce qui constitue souvent un signal clair d’une défaillance totale de la lubrification : l’huile n’assure plus depuis longtemps sa fonction protectrice.
L'indicateur de température constitue un repère visuel assez parlant.
Vous pouvez essayer de palper les températures des articulations de chaque axe après que le robot ait fonctionné pendant un certain temps. Dans des conditions normales, l’élévation de température est relativement stable, et aucune articulation ne devient soudainement nettement plus chaude que les autres. En particulier pour les articulations fortement chargées, telles que J2 et J3, si elles restent anormalement chaudes sur une longue période, il est très probable qu’il y ait trop de frottement interne, un manque de lubrification, des roulements déjà endommagés ou un fonctionnement en surcharge. De nombreuses boîtes de vitesses ont ainsi fonctionné silencieusement à « forte fièvre » pendant longtemps avant de se bloquer définitivement. C’est pourquoi nous constatons de plus en plus d’usines qui utilisent régulièrement une caméra thermique pour balayer l’ensemble des articulations des robots sur la ligne de production : cette méthode s’avère très efficace, car de nombreux problèmes peuvent être détectés à l’avance grâce aux anomalies thermiques, sans avoir à attendre la panne du robot.
Lorsque les robots ABB commencent à vibrer, le problème n’est souvent plus mineur !
Vous pouvez observer tout le bras avec un léger frémissement lors de l’accélération, puis il tremble plusieurs fois dès qu’il s’arrête, et la trajectoire n’est pas ronde et fluide à haute vitesse, avec une sensation fine et saccadée. Beaucoup de personnes penseront que le gain du servo-moteur n’est pas correctement réglé, mais si vous confirmez que l’encodeur ne présente aucun problème, que le moteur est en bon état et que les paramètres n’ont pas été modifiés, il est très probable que la rigidité interne du réducteur soit insuffisante. Cela est particulièrement vrai pour les articulations équipées de boîtes de vitesses RV, où les vibrations apparaissent progressivement, passant de « rien » à « rien » dès que la couronne cycloïdale et les roulements commencent à s’user, rendant leur masquage de plus en plus difficile.
Ensuite, il y a un autre phénomène, particulièrement facile à négliger : les fuites d’huile.
J'ai vu trop d'usines : dès qu'elles constatent un cercle d'huile qui suinte d'un joint de robots ABB, leur première réaction est de prendre un chiffon pour l'essuyer en disant « ça va, ça fonctionne encore ». Or, en réalité, cette fuite d'huile vous indique essentiellement que les joints d'étanchéité se sont dégradés, que l'huile s'échappe vers l'extérieur et que la saleté extérieure peut également pénétrer à l'intérieur. Les boîtes de vitesses redoutent par-dessus tout le manque d'huile, notamment dans les cas de rotation continue 24 heures sur 24 ; la chaîne de lubrification étant rompue, l'usure s'accélère immédiatement. De nombreuses boîtes de vitesses pourraient être réparées, mais comme les fuites d'huile chroniques ne sont pas prises au sérieux, elles finissent par s'user complètement à l'intérieur et doivent alors être remplacées dans leur intégralité.
Voyez ici, vous pouvez vous demander pourquoi, après quelques années, de nombreux robots ABB d’usine commencent à présenter des problèmes au niveau de leur boîte de vitesses ? En réalité, si l’on y réfléchit bien, cela est tout à fait normal. Les robots industriels sont, par nature, des machines fonctionnant à haute fréquence : les robots de soudage effectuent sans arrêt des mouvements oscillatoires, les robots de manutention démarrent et s’arrêtent constamment, avec des phases d’accélération et de décélération répétées, les robots de palettisation lourds fonctionnent en charge maximale à grande vitesse sur une longue période, et les robots de chargement/déchargement de machines-outils accomplissent des milliers de cycles par jour. La boîte de vitesses subit donc en permanence des chocs et des contraintes alternées. Peu importe la qualité exceptionnelle des produits ABB : l’usure des composants mécaniques obéit à une loi physique incontournable. Cela est particulièrement vrai pour les robots fonctionnant en continu à la limite supérieure de leur charge nominale, dont la durée de vie du réducteur est alors nettement réduite.
Beaucoup de personnes hésitent face à la question suivante : dois-je réparer ou remplacer ma boîte de vitesses ?
Notre expérience montre que, si l’augmentation du jeu est faible, si un cliquetis occasionnel apparaît ou si les joints d’étanchéité à huile commencent à fuir, il est parfois possible de tenter une réparation en traitant les roulements et les joints d’étanchéité à huile, puis en réajustant la précharge. Toutefois, si la précision a été sérieusement compromise, si les engrenages internes sont déformés, si les vibrations sont si importantes que tout le bras tremble, si le fonctionnement à haute température s’est prolongé sur une longue période, ou encore si, après démontage, l’intérieur se révèle être rempli de copeaux de fer, alors, dans la plupart des cas, il est plus économique de remplacer directement le réducteur par un neuf. En effet, lorsque le robot tombe en panne subitement en raison d’un arrêt du réducteur, les pertes s’évaluent à l’heure, voire à la minute : comparées au coût d’un arrêt de la chaîne de production, celles liées au remplacement du réducteur lui-même sont véritablement négligeables.
Le fait que cette logique soit progressivement comprise explique pourquoi de plus en plus d’usines n’attendent plus l’apparition de pannes pour procéder à des réparations, mais mettent plutôt en œuvre une maintenance prédictive. Elles mesurent régulièrement les vibrations, utilisent une caméra thermique pour visualiser la répartition des températures, emploient des instruments pour vérifier les variations du jeu, suivent l’évolution de la précision trajectorielle et écoutent les nouvelles fréquences sonores générées par le fonctionnement. Nous nous sommes progressivement rendu compte que, dans le cas des réducteurs de robots ABB Robotics, avant toute défaillance complète du réducteur, des signaux d’alerte suffisants étaient en réalité émis — simplement personne ne les observait de façon systématique. Une détection précoce permet de réduire les coûts de maintenance, d’éviter les arrêts imprévus, de prévenir toute coupure soudaine au milieu de la nuit, et aussi d’éviter que le moteur et l’encodeur ne soient endommagés secondairement par entraînement forcé. C’est pourquoi de nombreuses lignes d’automatisation haut de gamme intègrent désormais l’état des réducteurs de robots dans leurs plans d’inspection et de surveillance réguliers.
