एक पहने हुए ABB रोबोट गियरबॉक्स की पहचान कैसे करें, जबकि वह अभी तक विफल नहीं हुआ है?
हमने वर्षों से क्षेत्र में इसे बहुत बार होते देखा है। उत्पादन लाइन पर ABB रोबोट अच्छा प्रदर्शन कर रहा था, लेकिन अचानक एक दिन वेल्डिंग का आउटपुट विचलित होने लगा, ट्रैजेक्टरी में ड्रिफ्ट आ गया, एक के बाद एक कार्यों में असामान्यता आई, और अंततः गंभीरता के कारण सीधे अलार्म ट्रिगर हुआ और मशीन बंद हो गई, जिससे पूरी लाइन ठप्प हो गई। सबको उलझन में छोड़कर, समस्या का निवारण करने के लिए प्रोग्राम की जाँच करनी पड़ी, एन्कोडर की जाँच की गई, टूलिंग की जाँच की गई, और अंततः डिसअसेंबल करने के बाद पता चला कि गियर बॉक्स लंबे समय से खराब था, लेकिन उससे पहले किसी ने उन छोटे-छोटे संकेतों पर ध्यान नहीं दिया था।
विशेष रूप से वेल्डिंग, हैंडलिंग, लोडिंग और अनलोडिंग, तथा स्टैम्पिंग जैसे कार्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले रोबोट्स के लिए, लंबे समय तक उच्च भार के तहत निरंतर घूर्णन के कारण गियर बॉक्स अचानक और बिना किसी पूर्व सूचना के विफल होने की संभावना बहुत कम होती है। वास्तव में, यह बहुत समय पहले से ही आपको एक 'नमस्ते' के रूप में संकेत देने लगता है, लेकिन कई वर्कशॉप्स में इसे 'पुरानी मशीनें ऐसी ही होती हैं' के रूप में देखा जाता है और इसे अनदेखा कर दिया जाता है। 
कई लोगों के लिए समस्या का पहली बार ध्यान में आना तब होता है जब रोबोट "पहले की तरह सटीक नहीं होता है।"
यह वास्तव में सबसे आम प्रथम लक्षण है। दिलचस्प बात यह है कि क्षेत्र इंजीनियर शुरुआत में गियरबॉक्स के बारे में लगभग कभी नहीं सोचते हैं। उनकी समस्या-निवारण प्रक्रिया अक्सर इस प्रकार होती है: सबसे पहले संदेह होता है कि TCP बायस नहीं है, चाहे किसी ने गन को छुआ हो या नहीं; फिर प्रोग्राम की जाँच करने के लिए जाते हैं कि क्या बिंदु सही हैं; फिर एन्कोडर की जाँच करते हैं कि क्या पल्स की हानि नहीं हुई है; और यहाँ तक कि यह भी संदेह कर सकते हैं कि सर्वो पैरामीटर ड्रिफ्ट नहीं हुए हैं या फिक्सचर ढीले नहीं हैं। ऐसी जाँच का एक पूरा चक्र करना बिल्कुल सामान्य है, और अंत में एक मीटर का उपयोग करके जाँच करने पर पाया जाता है कि किसी विशिष्ट अक्ष का बैकलैश स्पष्ट रूप से अधिक है। यह विशेष रूप से वेल्डिंग रोबोट में देखने में आसान होता है—मूल रूप से सीम बहुत चिकनी जाती थी, लेकिन अब आर्क अस्थिर होने लगता है, आर्क का पथ एकसमान नहीं रहता है, और समान प्रोग्राम को हर बार चलाने पर ट्रैजेक्टरी में थोड़ा सा हल्का विचलन आने लगता है। कभी-कभी ग्राहक सोचते हैं कि विज़न सिस्टम में कोई समस्या है, लेकिन वास्तव में यह गियरबॉक्स के आंतरिक क्लीयरेंस का घिसावट होता है, जिसके कारण कार्य स्थानांतरण हाथ के अनुसार नहीं होता है।
ABB रोबोट गियरबॉक्स का क्षरण, 'बैकलैश' धीरे-धीरे अधिक स्पष्ट होता जाएगा
मरम्मत में शामिल कोई भी व्यक्ति 'बैकलैश' (पीछे की खाली जगह) शब्द से परिचित होता है, जिसका अर्थ है कि जोड़ में एक अंतराल (गैप) मौजूद है। मोटर का पक्ष स्पष्ट रूप से घूर्णन कर रहा होता है, लेकिन यांत्रिक पक्ष को गति शुरू करने से पहले कुछ समय के लिए खाली यात्रा (एम्प्टी ट्रैवल) की प्रतीक्षा करनी पड़ती है। नए रोबोट के जोड़ बहुत कसे हुए होते हैं, लेकिन एक लंबे समय तक गियरबॉक्स के अंदर स्थित ग्रहीय गियर्स (प्लैनेटरी गियर्स) और बेयरिंग्स के क्षरण (वियर आउट) होने के बाद, दांतों के बीच का अंतराल बढ़ जाता है, बेयरिंग्स भी ढीले हो जाते हैं और दांतों के मेश (मिलान) की सटीकता कम हो जाती है; इसके परिणामस्वरूप रोबोट में दोहराव वाली स्थिति की अशुद्धियाँ (रिपीटिटिव पोजिशनिंग इनअक्यूरेसीज़), पथ विचलन (ट्रैजेक्टरी ड्रिफ्ट) और त्वरण एवं मंदन के दौरान हल्का कंपन (वॉबलिंग) शुरू हो जाता है। सबसे परेशान करने वाली बात यह है कि यह स्थिति शुरुआत में विशेष रूप से गंभीर नहीं होती है, कई लोग तो इसके साथ कुछ महीनों तक चल भी लेते हैं, लेकिन एक बार कोई भी अक्ष (एक्सिस) अपने थ्रेशोल्ड से अधिक क्षरित हो जाता है, तो इसका अवनतिकरण (डिटीरियोरेशन) बहुत तेज़ी से होने लगता है — शायद पहले दो सप्ताह तक तो बस थोड़ा सा विचलन होता है, और फिर अचानक कोई टक्कर (कॉलिजन) या अतिभार (ओवरलोड) की सूचना दे दी जाती है।
रोबोट के जोड़ शुरू हो जाते हैं “खनखनाना”, वास्तव में, यह पहले से ही बहुत खतरनाक है!
सामान्य रूप से चलने पर, रोबोट की आवाज़ बहुत समान होती है—वह एक ऐसी गुनगुनाहट भरी मोटर की आवाज़ जो बहुत चिकनी यांत्रिक आवाज़ के साथ मिलती है। हालाँकि, एक बार गियर बॉक्स में समस्या शुरू हो जाने पर, आवाज़ तुरंत बदल जाती है, जिसमें धातु के घर्षण की सीटी-जैसी आवाज़ या ‘क्लिक-क्लिक-क्लिक-क्लिक’ की आवाज़ मिलने लगती है; त्वरण और मंदन के दौरान यहाँ तक कि एक कम आवाज़ भी सुनाई दे सकती है, और जोड़ों पर हाथ रखने पर अंदर कुछ ऐसा लगता है जो ठोकर मार रहा हो। लाइन पर कई पुराने ऑपरेटर कहते हैं, “इस रोबोट की आवाज़ हाल ही में ठीक नहीं लग रही है।” जब आप ऐसी बात सुनें, तो देरी न करें, क्योंकि इस समय गियर्स पर खरोंच लग चुकी होने की, बेयरिंग के केज में क्षति होने की या ग्रीस के विफल होने के कारण धातु के सीधे धातु को छूने की संभावना बहुत अधिक होती है। ऐसा करते रहने पर, हल्का क्षरण जल्द ही गियर्स के बीच कठोर काट (हार्ड बाइट) में बदल जाता है, और एक बार दांतों को काट लिया जाए, तो पूरा रिड्यूसर लगभग बेकार हो जाता है।
इसी संदर्भ में, हमने वर्कशॉप में गियरबॉक्स की समस्याओं को बहुत अधिक देखा है; वास्तव में, इसका मूल कारण लुब्रिकेशन (स्नेहन) में ही छिपा है। कई फैक्ट्रियाँ रोबोट्स को प्रतिदिन चलाती हैं, लेकिन स्नेहन और रखरखाव का कार्य विशेष रूप से अनौपचारिक ढंग से किया जाता है, विशेष रूप से कुछ पुरानी उत्पादन लाइनों पर। ग्रीस भरने का चक्र लंबे समय से ऑयल सील्स के जूनून (उम्र बढ़ने) की परवाह किए बिना चल रहा है, और कोई ध्यान नहीं देता कि जोड़ों से तेल के रिसाव को साफ करने के बाद भी मशीन को चालू रखा जाता है; इस प्रकार ग्रीस में जलवाष्प, धूल या धातु का चूर्ण मिल जाता है, फिर भी इसका उपयोग सामान्य रूप से जारी रखा जाता है। लंबे समय तक, स्नेहन की स्थिति में कमी आ जाती है, जिससे घर्षण के भीतर तुरंत वृद्धि हो जाती है, और तापमान भी बढ़ जाता है; दांतों की सतह पर तेल की फिल्म अब स्थिर नहीं रह पाती है, जिससे असामान्य घिसावट शुरू हो जाती है। ABB रिड्यूसर स्वयं अत्यंत उच्च परिशुद्धता वाला होता है, जिसमें गियर मेशिंग और बेयरिंग के बीच का क्लीयरेंस विशेष रूप से कम होता है, अतः यह वास्तव में स्नेहन के प्रति बहुत संवेदनशील होता है। एक बार जब ग्रीस पतली हो जाती है, सूख जाती है या दूषित हो जाती है, तो घिसावट की दर घातांकी रूप से बढ़ जाती है। कुछ गियरबॉक्स छूने पर गर्म होते हैं, जो अक्सर यह संकेत देता है कि स्नेहन पूरी तरह विफल हो चुका है और तेल लंबे समय से सुरक्षा का कार्य नहीं कर पा रहा है।
तापमान का यह मामला एक काफी स्पष्ट दृश्य संकेत है।
आप रोबोट को कुछ समय तक चलने के बाद प्रत्येक अक्ष के जोड़ों के तापमान को छूकर महसूस करने का प्रयास कर सकते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, तापमान में वृद्धि अपेक्षाकृत स्थिर होती है, और कोई भी जोड़ अचानक अन्य जोड़ों की तुलना में काफी अधिक गर्म नहीं हो जाता है। विशेष रूप से J2 और J3 जैसे भारी भार वाले जोड़ों के लिए, यदि वे लंबे समय तक असामान्य रूप से गर्म रहते हैं, तो यह अधिकांशतः आंतरिक घर्षण की अधिकता, पर्याप्त स्नेहन की कमी, बेयरिंग के पहले से क्षतिग्रस्त होने या अतिभार के तहत चलने के कारण होता है। कई गियरबॉक्स वास्तविक रूप से जाम होने से पहले लंबे समय तक चुपचाप एक 'उच्च ज्वर' के साथ चलते रहते हैं। इसलिए हम देखते हैं कि अधिकांश कारखाने अब नियमित रूप से थर्मल इमेजर का उपयोग करके पूरी रोबोट लाइन के जोड़ों का स्कैन करना शुरू कर रहे हैं; यह तकनीक वास्तव में प्रभावी है, क्योंकि तापमान से संबंधित कई समस्याओं को पहले से ही पहचाना जा सकता है, और रोबोट के विफल होने का इंतजार करने की आवश्यकता नहीं होती है।
ABB रोबोट्स के कांपने लगने का कारण अक्सर अब 'हल्की' समस्या नहीं रहती है!
आप त्वरण के दौरान पूरी भुजा को हल्के कांपते हुए देख सकते हैं, और फिर जैसे ही यह रुकती है, कुछ बार हिलने लगती है; उच्च गति पर चलने के दौरान इसका पथ गोल और चिकना नहीं होता, बल्कि एक सूक्ष्म ज़िगज़ैग या खुरदुरा अहसास होता है। कई लोग सोचेंगे कि सर्वो लाभ (गेन) समायोजित नहीं किया गया है, लेकिन यदि आप पुष्टि कर लेते हैं कि एन्कोडर में कोई समस्या नहीं है, मोटर में कोई समस्या नहीं है, और पैरामीटर्स में कोई परिवर्तन नहीं किया गया है, तो सबसे अधिक संभावना है कि रिड्यूसर की आंतरिक दृढ़ता अच्छी नहीं है। यह विशेष रूप से RV गियरबॉक्स वाले जॉइंट्स के लिए सत्य है, जहाँ साइक्लॉइड और बेयरिंग्स के क्षरण शुरू होने के साथ ही कंपन शून्य से शून्य तक जाता है, और इसे छुपाना धीरे-धीरे कठिन होता जाता है।
फिर एक और समस्या है जिसे विशेष रूप से नज़रअंदाज़ करना आसान होता है — तेल के रिसाव।
मैंने बहुत सारे कारखानों को देखा है, जहाँ जैसे ही ABB रोबोट्स के किसी जोड़ से तेल का एक वृत्ताकार धब्बा रिसने लगता है, पहली प्रतिक्रिया कपड़े से उसे पोंछने की होती है और कहा जाता है, “यह ठीक है, यह अभी भी चल सकता है।” लेकिन वास्तव में, तेल का रिसाव मूल रूप से आपको यह बता रहा होता है कि सील खराब हो गए हैं, अंदर का तेल बाहर की ओर बह रहा है और बाहर का धूल-मिट्टी भी अंदर प्रवेश कर सकती है। गियरबॉक्स के लिए सबसे खतरनाक बात तेल की कमी होती है, विशेष रूप से उन ऐसे अवसरों पर जहाँ 24 घंटे प्रतिदिन निरंतर घूर्णन होता है; इस स्थिति में चिकनाई की श्रृंखला टूट जाती है और घिसावट की दर तुरंत बढ़ जाती है। कई गियरबॉक्स मरम्मत योग्य होते हैं, लेकिन लंबे समय तक तेल के रिसाव को गंभीरता से न लेने के कारण अंदर के सभी घटक पूरी तरह से घिस जाते हैं और अंततः उन्हें पूर्णतः प्रतिस्थापित करना पड़ता है।
यहाँ देखें, आप पूछ सकते हैं कि क्यों कुछ वर्षों के बाद कारखाने में स्थापित ABB रोबोट्स के गियरबॉक्स में समस्याएँ जमा होने लगती हैं? वास्तव में, इस पर गौरपूर्ण विचार करने पर यह काफी सामान्य है। औद्योगिक रोबोट स्वयं एक उच्च-आवृत्ति संचालन वाली मशीन है—वेल्डिंग रोबोट पूरे दिन घूमते रहते हैं, हैंडलिंग रोबोट लगातार प्रारंभ और अवरोधन के साथ त्वरण एवं मंदन करते रहते हैं, भारी पैलेटाइज़िंग रोबोट लंबे समय तक उच्च गति से पूर्ण भार के तहत कार्य करते हैं, और मशीन टूल लोडिंग एवं अनलोडिंग एक दिन में हज़ारों बार चक्रित होती है; इस प्रकार गियरबॉक्स निरंतर आघात एवं वैकल्पिक प्रतिबल के अधीन रहता है। ABB की गुणवत्ता कितनी भी उत्कृष्ट क्यों न हो, यांत्रिक घटकों का क्षरण एक भौतिक नियम है जिससे कोई भी बच नहीं सकता। विशेष रूप से उन रोबोट्स के लिए, जो पूरे वर्ष भर अपने नामांकित भार की ऊपरी सीमा के विरुद्ध संचालित होते हैं, रिड्यूसर का जीवनकाल और भी स्पष्ट रूप से कम हो जाता है।
कई लोग इस प्रश्न पर संघर्ष करते हैं: क्या मुझे अपने गियरबॉक्स की मरम्मत करनी चाहिए या उसे बदल देना चाहिए?
हमारे अनुभव के अनुसार, यदि बैकलैश में केवल थोड़ी सी वृद्धि हुई है, कभी-कभार खनखनाहट हो रही है, या तेल सील रिसने लगे हैं, तो कुछ मामलों में बेयरिंग्स, तेल सील के उपचार और प्रीलोड को पुनः समायोजित करके उनकी मरम्मत करने का प्रयास किया जा सकता है। लेकिन यदि सटीकता गंभीर रूप से खो चुकी है, आंतरिक गियर तनावग्रस्त हो गए हैं, कंपन इतना अधिक है कि पूरी भुजा काँप रही है, लंबे समय तक उच्च तापमान पर संचालन किया गया है, या डिसमैंटल करने पर पाया गया है कि अंदर लोहे के छील भरे हुए हैं, तो अधिकांश समय में नए रिड्यूसर को सीधे प्रतिस्थापित करना अधिक लागत-प्रभावी होता है। क्योंकि एक बार जब रोबोट रिड्यूसर के कारण स्टॉप लाइन पर अचानक विफल हो जाता है, तो नुकसान घंटे या यहाँ तक कि मिनट के हिसाब से गिना जाता है; उत्पादन लाइन के बंद होने की लागत की तुलना में, रिड्यूसर की स्वयं की लागत वास्तव में नगण्य होती है।
केवल इस तर्क को धीरे-धीरे समझने के कारण, अब और अधिक संख्या में कारखाने खराब होने का इंतज़ार नहीं करते हैं और फिर मरम्मत करते हैं, बल्कि पूर्वानुमानात्मक रखरखाव (प्रिडिक्टिव मेंटेनेंस) करने का सक्रिय प्रयास करते हैं। नियमित रूप से कंपन को मापा जाता है, तापमान वितरण को देखने के लिए थर्मल कैमरा का उपयोग किया जाता है, बैकलैश में परिवर्तनों की जाँच के लिए यंत्र का उपयोग किया जाता है, ट्रैजेक्टरी सटीकता के प्रवृत्ति को ट्रैक किया जाता है, और नए शोर की आवृत्ति के संचालन को सुना जाता है। हम धीरे-धीरे समझ गए हैं कि ABB रोबोटिक्स के गियरबॉक्स के पूर्ण विफल होने से पहले, वास्तव में, पर्याप्त चेतावनी दी जाती है, लेकिन पहले कोई व्यवस्थित रूप से इस पर ध्यान नहीं देता था। जल्दी पहचान करने से रखरखाव की लागत कम होती है, अनप्लान्ड डाउनटाइम की आवश्यकता नहीं होती है, रात के बीच में अचानक डिस्कनेक्ट नहीं होता है, और यह यह भी सुनिश्चित करता है कि मोटर और एन्कोडर को खींचे जाने के कारण द्वितीयक क्षति से बचा जा सके। यही कारण है कि कई उच्च-स्तरीय स्वचालन लाइनें अब अपने नियमित निरीक्षण और निगरानी योजनाओं में रोबोट रिड्यूसर की स्थिति को शामिल करती हैं।
