Hogyan azonosítsunk egy kopott ABB robot hajtóművet a meghibásodása előtt?
Túl sokszor láttuk már a gyakorlatban az évek során. Az ABB robot a gyártósoron jól működött, majd egyszer csak egy napon a hegesztési varrat elkezdett eltérni, a pálya elcsúszott, az egyes mozgások sorrendje megváltozott, végül a probléma olyan súlyos lett, hogy közvetlenül riasztás és leállás következett be – így az egész gyártósor teljesen leállt. Mindenki káoszban várta, hogy hibakeresést végezzen a programban, ellenőrizze az enkódert, ellenőrizze a szerszámokat, végül pedig szétszerelték a berendezést, és csak akkor derült ki, hogy a fogaskerék-hajtómű már régóta hibás, csak addig senki nem vette észre azokat a kis jelzéseket.
Különösen a hegesztéshez, anyagmozgatáshoz, betöltéshez és kiszedéshez, valamint a sajtózásra használt robotok esetében a hosszú távú, nagy terhelés alatti folyamatos forgás miatt a fogaskerék-hajtómű ritkán omlana össze hirtelen és figyelmeztetés nélkül. Valójában hosszú idővel korábban már jeleket küld neked – úgynevezett „üdvözletet” –, de sok gyártóüzem egyszerűen azt gondolja: „az öreg gépek ilyenek”, és ezzel nem foglalkozik. 
Sokan először akkor veszik észre a problémát, amikor a robot „nem olyan pontos, mint régen.”
Ez valóban a leggyakoribb első tünet. Érdekes, hogy a gyakorlati mérnökök szinte soha nem gondolnak először a sebességváltóra. A hibaelhárítási sorrendjük gyakran a következő: először azt feltételezik, hogy a TCP nincs megfelelően kalibrálva, vagy valaki hozzáért a hegesztőpisztolyhoz; majd ellenőrzik a programot, hogy a pontok helyesek-e; ezután az enkóderre figyelnek, hogy nincs-e impulzusvesztés; sőt még azt is feltételezik, hogy a szervomotor paraméterei nem csúsztak el, illetve hogy a rögzítőelemek nem lazaak. Ez egy teljesen normál ellenőrzési kör, és végül csak egy mérőműszerrel tesztelik, és felfedezik, hogy egy adott tengely holtjátéka nyilvánvalóan nagyobb. Ez különösen jól látható a hegesztőrobotoknál: eredetileg a varrat nagyon simán futott, most viszont megjelent az ív instabilitása, az ív pályája nem egyenletes, és ugyanazzal a programmal minden futtatásnál kis mértékű eltérés tapasztalható a pályán. Néha az ügyfelek úgy gondolják, hogy a látási rendszerben van probléma, de valójában a sebességváltó belső holtjátéka nőtt meg, és a mozgásátvitel nem követi pontosan a robotkart.
ABB roboter fogaskerekek kopása, a „holtjáték” egyre jobban észrevehetővé válik
Mindenki, aki karbantartással foglalkozik, ismeri a „holtjáték” kifejezést, amely azt jelenti, hogy egy csatlakozásban rések vannak. A motoroldal nyilvánvalóan forog, de a mechanikai oldalnak várnia kell egy kis szabad járatot, mielőtt elmozdulna. Az új robot csatlakozásai nagyon szorosak, de ha a fogaskerék-hajtóműben található bolygókerekek és csapágyak hosszú ideig kopnak, akkor a fogak közötti rés növekszik, a csapágyak is lazasodnak, a fogazat illeszkedésének pontossága csökken, és a robot kezd ismétlődő pozícionálási pontatlanságokat mutatni, pályaelhajlást, valamint gyorsításkor és lassításkor enyhe rezgést tapasztalunk. A legnagyobb probléma az, hogy ezen állapot kezdetben nem különösen súlyos, sokan akár néhány hónapig is megelégednek vele, de ha egyszer egy adott tengely kopása eléri a küszöbértéket, a romlás nagyon gyorsan zajlik – például az első két hétben csak enyhén eltér a működés, majd hirtelen ütközési vagy túlterhelési riasztást jelez.
A robotcsuklók kezdenek „zörgeni”, valójában már nagyon veszélyes állapotban vannak!
Normál üzemelés közben a robot hangja nagyon egyenletes, olyan zümmögő motorhangot hallunk, amelyhez nagyon sima mechanikus zaj társul. Ha azonban a fogaskerék-hajtómű problémákat mutat, a hang azonnal megváltozik: fémes súrlódásból származó siseregő vagy kattogó hang („katt-katt-katt-katt”) keveredik bele, és lassításkor, gyorsításkor akár halk, mély hang is hallható. Ha a kezünket a csuklóra tesszük, belül úgy érezzük, mintha valami kopogna. Sok tapasztalt gyári munkás így szokta megjegyezni: „Ez a robot mostanában nem úgy hangzik, mint máskor.” Ha ilyen megjegyzést hallunk, ne halogassuk el a vizsgálatot, mert ebben a pillanatban nagy valószínűséggel már a fogaskerekek fel van karcolódva, a csapágyház megsérült, vagy a zsír elvesztette hatását, és ezért a fém-fém érintkezés kezdődött. Ha továbbra is ezt a hibás üzemmódot használjuk, a kis kopás hamarosan súlyos fogkapcsolódási hibává alakul, és ha egyszer a fogak összevágódnak, a teljes fogadóegység gyakorlatilag selejt lesz.
Ami ezt illeti, túl sok sebességváltó-problémát láttunk a műhelyben; valójában a gyökér a kenésben rejlik. Sok gyár naponta üzemeltet robotokat, a kenés és karbantartás pedig különösen laza módon történik, főként néhány régi gyártósoron. A zsír pótlásának ciklusa régóta figyelmen kívül hagyja az olajtömítések öregedését, senki sem figyel arra, hogy a csuklók olajszivárgását törölgetve továbbra is üzemelnek, a zsír pedig vízgőzzel, porral vagy fémporttal keveredve ugyanúgy használatban marad. Hosszú időn keresztül a kenési körülmények romlanak, a belső súrlódás azonnal megnő, a hőmérséklet emelkedik, a fogfelületen lévő olajréteg nem tudja megtartani magát, és elkezdődik az abnormális kopás. Az ABB reduktor maga nagyon magas pontosságú, a fogaskerekek fogazása és a csapágyak hézagai különösen kicsik, tehát a kenésre különösen nagy igény van; ha egyszer a zsír elhígul, kiszárad vagy szennyeződik, a kopás sebessége exponenciálisan növekszik. Néhány sebességváltó olyan forró, hogy megérinteni is fájdalmas – ez gyakran azt jelzi, hogy a kenés teljesen meghibásodott, és az olaj régóta nem tudja ellátni védő funkcióját.
A hőmérséklet-változás egy elég szemléletes vizuális jelzés.
Megpróbálhatja megérezni az egyes tengelyek csuklóinak hőmérsékletét, miután a robot egy ideje működik. Normál körülmények között a hőmérséklet-emelkedés viszonylag stabil, és egyetlen csukló sem melegedhet hirtelen lényegesen jobban, mint a többi. Különösen a nagy terhelés alatt álló csuklóknál, például a J2 és J3-nál, ha hosszabb ideig rendellenesen forrók, akkor legvalószínűbb, hogy túl nagy a belső súrlódás, nem elegendő a kenés, a csapágyak már megsérültek, vagy túlterhelt üzemmódban üzemelnek. Sok fogaskerék-hajtómű hosszú ideig csendben „magas lázzal” működött, mielőtt valóban lefagyott volna. Ezért egyre több gyár kezdte el rendszeresen hőképalkotó kamerával ellenőrizni az összes robotcsuklót az üzemvonalon – ez a módszer valóban hatékony, sok probléma már a hőmérséklet-változásból előre jelezhető, nem kell várni a robot meghibásodására.
Az ABB robotok rezgése kezdődik, és gyakran a probléma már nem enyhe!
Gyorsításkor talán az egész kar megremege, majd amint leáll, néhányszor megrázkódik; magas sebességen való futás közben a mozgás pályája nem kerek és sima, hanem finoman fűrészfogas érzetet kelt. Sokan úgy gondolják, hogy a szervóerősítés nincs megfelelően beállítva, de ha biztosak benne, hogy az enkóder és a motor is rendben van, valamint a paraméterek nem változtak meg, akkor nagy valószínűséggel a reduktor belső merevsége nem megfelelő. Ez különösen igaz az RV-fogaskerekes csuklóknál, ahol a rezgés – amint a cikloidd fogaskerék és a csapágyak elkezdenek kopni – hirtelen megjelenik, majd ugyanolyan hirtelen eltűnik, és egyre nehezebb elrejteni.
Ezután jön egy másik probléma, amelyet különösen könnyű figyelmen kívül hagyni – az olajszivárgás.
Túl sok gyárat láttam már: amint észreveszik egy ABB robot csuklójából kifolyó olajköröt, az első reakciójuk az, hogy egy ronggyal letörlik, és azt mondják: „Semmi baj, továbbra is működik.” Valójában azonban az olajszivárgás alapvetően arra figyelmeztet, hogy a tömítések minősége romlott, az olaj kifolyik belülről kifelé, és a külső szennyeződések is behatolhatnak. A fogaskerekes hajtóművek leginkább az olajhiánytól félnek, különösen azoknál az eseteknél, amikor 24 órán át folyamatosan forognak – a kenés megszűnése egy láncreakció, és a kopás sebessége azonnal megugrik. Sok fogaskerekes hajtómű javítható lenne, de hosszú ideje nem veszik komolyan az olajszivárgást, így végül teljesen elkopnak belül, és csak teljes egészében ki kell cserélni őket.
Itt felmerülhet a kérdés: miért kezd el a fogaskerekes hajtómű problémákat okozni az ABB gyári robotoknál néhány év után? Valójában, ha alaposan meggondoljuk, ez teljesen természetes. Az ipari robotok maguk is nagyfrekvenciás működésű gépek: a hegesztőrobotok egész nap ugyanazon a körön mozognak, a rakodórobotok folyamatosan indítanak és állnak meg, gyorsulnak és lassulnak, a nehéz palettázórobotok hosszú ideig nagy sebességgel, teljes terhelés mellett működnek, míg a megmunkálógépek betöltő- és kiürítő robotjai egy nap több ezer ciklust végeznek – a fogaskerék-hajtómű tehát folyamatosan ütőhatásoknak és váltó irányú feszültségeknek van kitéve. Akármilyen kiváló minőségű is az ABB terméke, a mechanikus alkatrészek kopása egy fizikai törvény, amelytől senki sem menekülhet. Különösen azoknál a robotoknál rövidül drasztikusan a hajtómű élettartama, amelyek egész évben a névleges terhelés felső határán működnek.
Sokan haboznak a kérdés előtt: javítsák vagy cseréljék le a fogaskerék-hajtóművet?
Tapasztalataink szerint, ha csak kis mértékű a holtjáték növekedése, időnként csengés hallható, vagy az olajtömítések kezdenek szivárogni, egyes esetekben megpróbálható a csapágyak és az olajtömítések kezelése, valamint az előterhelés újraállítása. Ha azonban a pontosság jelentősen csökkent, a belső fogaskerekek túlterhelődtek, a rezgés olyan erős, hogy az egész kar rázkódik, hosszú távon magas hőmérsékleten üzemeltek, vagy szétszerelés után kiderült, hogy a belseje vasforgácsokkal van tele, akkor a legtöbb esetben költséghatékonyabb közvetlenül új reduktorral helyettesíteni a régit. Ugyanis ha a robot hirtelen leáll a reduktor meghibásodása miatt, a kiesés óránként, sőt akár percenként számítható, és a gyártósor leállásának költsége összehasonlítva a reduktor saját árával valóban elhanyagolható.
Csak azért, mert lassan megértettük ezt a gondolkodásmódot, egyre több gyár nem várja meg a hibás működést, majd a javítást, hanem proaktívan előrejelző karbantartást végez. Rendszeresen mérjük a rezgéseket, hőkamerával figyeljük a hőmérséklet-eloszlást, műszerekkel ellenőrizzük a holtjáték-változásokat, nyomon követjük a pálya pontosságának alakulását, és figyeljük az új zajfrekvenciákat a működés során. Fokozatosan rájöttünk, hogy az ABB Robotics fogaskerekes motorjainak teljes meghibásodása előtt valójában elegendő figyelmeztető jelzést adnak – egyszerűen senki nem vizsgálta őket rendszeresen. Korai észlelés esetén alacsonyabbak a karbantartási költségek, nincs tervezetlen leállás, nem szakadnak meg hirtelen éjszaka közben, és elkerülhető a motor és az enkóder károsodása miatti másodlagos sérülés is. Ezért számos felsőkategóriás automatizált gyártósoron ma már a robot-hajtóművek állapotát is belefoglalják a rendszeres ellenőrzési és figyelési tervbe.
