Hoe herkent u een versleten ABB-robotversnellingsbak voordat deze defect raakt?
We hebben dit al te vaak in de praktijk gezien door de jaren heen. De ABB-robot op de productielijn had het goed gedaan, maar opeens, op een dag, begon de lasnaad af te wijken van de gewenste positie, de baan begon te dwalen, de bewegingen werden steeds onnauwkeuriger, en uiteindelijk leidde de ernst van de storing tot een directe alarmafsluiting — de hele lijn stond plotseling stil. Iedereen stond in de war terwijl men probeerde de oorzaak te vinden: het programma te doorzoeken, de encoder te controleren, de gereedschappen te inspecteren, en uiteindelijk moest de robot worden gedemonteerd — alleen om te ontdekken dat de versnellingsbak al lang defect was, maar dat niemand eerder die subtiele signalen had opgemerkt.
Vooral bij toepassingen zoals lassen, manipuleren, laden en lossen en ponsen zijn deze robots langdurig aan zware belasting en continue rotatie onderworpen; de versnellingsbak zal zelden plotseling en zonder waarschuwing uitvallen. In feite geeft hij meestal al lang van tevoren een signaal — een soort ‘hallo’ — maar veel werkplaatsen zijn gewend om dit af te doen als ‘oude machines gedragen zich nu eenmaal zo’ en laten het onopgemerkt voorbijgaan. 
De eerste keer dat veel mensen een probleem opmerken, is wanneer de robot 'niet meer zo nauwkeurig is als vroeger.'
Dat is inderdaad het meest voorkomende eerste symptoom. Interessant is dat veldtechnici bijna nooit als eerste aan de versnellingsbak denken. Hun probleemoplossingsprocedure verloopt vaak als volgt: eerst wordt vermoed dat de TCP niet correct is ingesteld, bijvoorbeeld doordat iemand per ongeluk op de laspistool heeft gedrukt; vervolgens wordt het programma gecontroleerd om te zien of de positiepunten juist zijn ingesteld; daarna wordt de encoder gecontroleerd op eventueel verlies van pulsen; en zelfs wordt vermoed dat de servoparameters zijn gaan afwijken of dat de bevestigingsmiddelen loszitten. Een volledige controle op deze punten is zeer gebruikelijk, waarna uiteindelijk met een meetinstrument wordt vastgesteld dat de speling van een bepaalde as duidelijk groter is. Dit is met name gemakkelijk waarneembaar bij lastrobots: oorspronkelijk verloopt de lasnaad zeer soepel, maar nu begint de boog onstabiel te worden, het boogpad is niet meer uniform en bij elke uitvoering van hetzelfde programma vertoont de baan een lichte afwijking. Soms denken klanten dat er een probleem is met het zichtsysteem, maar in feite is het de interne speling van de versnellingsbak die zich heeft versleten, waardoor de bewegingsoverdracht niet meer exact volgt wat de arm doet.
Slijtage van de ABB-robotversnellingsbak, de ‘speling’ wordt steeds duidelijker
Iedereen die betrokken is bij onderhoud, is vertrouwd met het woord "speling", wat betekent dat er een kloof in de verbinding aanwezig is. De motorkant draait duidelijk, maar de mechanische kant moet even wachten op een beetje lege slag voordat deze in beweging komt. De verbindingen van de nieuwe robot zijn zeer strak, maar na langdurige slijtage van de planetaire tandwielen en lagers binnen de versnellingsbak wordt de kloof tussen de tanden groter, worden de lagers ook losser en neemt de nauwkeurigheid van de tandwielaangrijping af. De robot begint dan te vertonen herhaalde positioneringsonnauwkeurigheden, trajectafwijkingen en een lichte trilling tijdens versnellen en vertragen. Het meest vervelende is dat deze toestand aanvankelijk niet bijzonder ernstig is; veel mensen kunnen er zelfs nog maanden mee doorgaan. Zodra echter een bepaalde as meer dan de drempelwaarde is versleten, gaat de verslechtering echter zeer snel: de eerste twee weken is het misschien slechts een klein beetje afwijkend, waarna plotseling een botsings- of overbelastingsmelding wordt weergegeven.
Robotgewrichten beginnen te "rattelen", wat in feite al zeer gevaarlijk is!
Tijdens normaal bedrijf is het geluid van de robot zeer gelijkmatig: een zacht zoemend motorgeluid met een zeer vloeiend mechanisch geluid. Zodra echter het versnellingsbakje problemen begint te vertonen, verandert het geluid onmiddellijk: er komt dan metaalop-metaal wrijving met een sissend geluid of een klikgeluid (klik-klik-klik-klik), en zelfs bij versnellen en vertragen is een zacht geruis hoorbaar. Als u uw hand op de gewrichten legt, voelt u een soort bonkend geluid van binnenuit. Veel ervaren operators op de lijn zeggen dan: "Deze robot klinkt de laatste tijd niet goed meer." Wanneer u dit soort opmerkingen hoort, moet u direct actie ondernemen, want op dat moment is er een grote kans dat de tandwielen zijn gekrast, de lagerkooi beschadigd is of de vetolie is afgebroken, waardoor metaal rechtstreeks op metaal werkt. Als u hiermee doorgaat, ontwikkelt zich de lichte slijtage snel tot een harde aangrijping tussen de tandwielen; en zodra de tanden eenmaal zijn beschadigd, is de gehele reductieunit vrijwel onherstelbaar.
Daarover gesproken: we hebben in de werkplaats al te veel problemen met versnellingsbakken gezien. In feite ligt de oorzaak bij de smering. Veel fabrieken laten robots dagelijks draaien, terwijl de smering en onderhoudsactiviteiten buitengewoon oppervlakkig worden uitgevoerd, vooral op oudere productielijnen. De olie- of vetverversingscyclus wordt al lang niet meer afgestemd op de veroudering van de oliekeerringen; niemand let erop of er olielekkage aan de verbindingen zichtbaar is — men veegt eenvoudig het lek weg en blijft doorgaan met werken, terwijl het vet zich mengt met waterdamp, stof of metaalpoeder, alsof er niets aan de hand is. Na verloop van tijd verslechtert de smeringsomstandigheid, waardoor de wrijving binnenin onmiddellijk toeneemt. De temperatuur stijgt vervolgens, waardoor het oliefilm op de tandvlakken niet langer kan worden gehandhaafd; dit leidt tot abnormale slijtage. De ABB-verter is van zeer hoge precisie: de tandwielaangrijping en de lagerafstanden zijn bijzonder klein, wat betekent dat de eisen aan de smering uiterst streng zijn. Zodra het vet verdund, uitgedroogd of verontreinigd raakt, neemt de slijtagesnelheid exponentieel toe. Sommige versnellingsbakken zijn zelfs heet aan te raken — dit is vaak een signaal dat de smering volledig is mislukt en dat de olie al lang geen beschermende functie meer vervult.
De temperatuurindicator is een vrij duidelijke visuele aanwijzing.
U kunt proberen de gewrichtstemperaturen van elke as te voelen nadat de robot een tijdje heeft gedraaid. Onder normale omstandigheden is de temperatuurstijging relatief stabiel en wordt één gewricht niet plotseling veel warmer dan de andere. Vooral bij zwaar belaste gewrichten zoals J2 en J3 wijst een langdurige abnormale warmte meestal op te veel wrijving van binnenuit, onvoldoende smering, beschadigde lagers of langdurig overbelast bedrijf. Veel versnellingsbakken hebben lange tijd stilletjes een ‘hoge koorts’ gehad voordat ze echt vastlopen. Daarom zien we steeds meer fabrieken regelmatig een thermische camera gebruiken om de gehele lijn met robotgewrichten te scannen; deze truc is echt effectief — veel problemen zijn aan de hand van de temperatuur van tevoren te herkennen, zonder te hoeven wachten tot de robot defect raakt.
ABB-robots beginnen te trillen; vaak is het probleem dan al lang niet meer licht!
U ziet mogelijk de gehele arm trillen bij het versnellen, en zodra deze stopt, trilt deze een paar keer. Bij hoge snelheden is de baan niet rond en soepel, maar voelt deze fijn gekarteld aan. Veel mensen denken dat de servoversterking niet juist is afgesteld, maar als u hebt gecontroleerd dat de encoder geen probleem vertoont, de motor in orde is en de parameters niet zijn gewijzigd, dan is het zeer waarschijnlijk dat de interne stijfheid van de reductor ontoereikend is. Dit geldt met name voor gewrichten met RV-versnellingsbakken: zodra de cycloïdale tandwielen en lagers beginnen te slijten, ontstaat er trilling die van ‘geen trilling’ naar ‘geen trilling’ gaat, en wordt het steeds moeilijker om deze te verbergen.
Dan is er nog een ander probleem dat gemakkelijk over het hoofd wordt gezien: olielekkage.
Ik heb al te veel fabrieken gezien waar men, zodra men een cirkelvormige olievlek ziet sijpelen uit een verbinding van ABB-robots, als eerste reactie een doek pakt om het af te vegen en zegt: “het is in orde, het kan nog steeds draaien”. In feite geeft de olielekkage echter vrijwel altijd aan dat de afdichtingen zijn versleten, waardoor de olie naar buiten stroomt en vuil van buiten mogelijk naar binnen kan dringen. Versnellingsbakken vrezen vooral oliegebrek, met name bij toepassingen waarbij ze 24 uur per dag continu draaien; de smering raakt dan verstoord en de slijtage versnelt onmiddellijk. Veel versnellingsbakken zouden hersteld kunnen worden, maar doordat langdurige olielekkage niet serieus wordt genomen, raken ze uiteindelijk volledig versleten van binnenuit en moeten ze geheel worden vervangen.
Ziet u hier misschien de vraag opkomen: waarom ontstaan er bij veel fabrieksrobots van ABB na een paar jaar problemen met de versnellingsbak? Als u er goed over nadenkt, is dit eigenlijk heel normaal. Industriële robots zijn van nature machines die op hoge frequentie werken: lasrobots zwaaien de hele dag heen en weer, manipulatorrobots starten en stoppen voortdurend met versnellen en vertragen, zware palletiseerrobots draaien langdurig met volledige belasting en hoge snelheid, en het laden en lossen van gereedschapmachines gebeurt dagelijks duizenden malen — de versnellingsbak wordt dus voortdurend blootgesteld aan schokbelasting en wisselende spanningen. Hoe uitstekend de kwaliteit van ABB ook mag zijn, slijtage van mechanische onderdelen is een natuurwet die niemand kan ontwijken. Met name robots die het hele jaar door tegen de bovengrens van de nominale belasting werken, vertonen een nog duidelijk kortere levensduur van de reductieversnelling.
Veel mensen worstelen met de vraag: moet ik mijn versnellingsbak repareren of vervangen?
Onze ervaring is dat, als er slechts een geringe toename is van de speling, af en toe een ratelend geluid optreedt of de oliekeerringen beginnen te lekken, het in sommige gevallen mogelijk is om ze te proberen te herstellen door de lagers en oliekeerringen te behandelen en de voorbelasting opnieuw af te stellen. Maar als de nauwkeurigheid ernstig verloren is gegaan, de interne tandwielen zijn belast, de trilling zo sterk is dat de gehele arm trilt, er langdurig bij hoge temperatuur is gewerkt of na demontage blijkt dat de binnenkant vol zit met ijzervijlsel, dan is het in de meeste gevallen kosteneffectiever om direct een nieuwe reducer te vervangen. Want zodra de robot plotseling uitvalt vanwege een defecte reductiebox, wordt het verlies berekend per uur of zelfs per minuut; vergeleken met de kosten van een stilstand van de productielijn is de prijs van de reductiebox zelf werkelijk niets.
Alleen omdat we deze redenering langzaam begrijpen, wachten steeds meer fabrieken niet langer tot er iets misgaat om pas dan te repareren, maar nemen ze proactief voorspellend onderhoud voor. Regelmatig wordt de trilling gemeten, wordt een thermische camera gebruikt om de temperatuurverdeling te bekijken, wordt met een meetinstrument de spelingwijzigingen gecontroleerd, wordt de trend in trajectnauwkeurigheid gevolgd en wordt geluisterd naar nieuwe geluidsfrequenties tijdens de werking. We zijn geleidelijk gaan beseffen dat de versnellingsbak van ABB Robotics, voordat deze volledig uitvalt, in feite voldoende waarschuwingssignalen geeft – alleen werd daar eerder niemand systematisch naar gekeken. Vroegtijdige detectie leidt tot lagere onderhoudskosten, geen ongeplande stilstand, geen plotselinge storingen midden in de nacht en ook geen secundaire schade aan motor en encoder door meeslepen. Daarom is de status van robotreductoren nu opgenomen in de regelmatige inspectie- en bewakingsplannen van veel geavanceerde automatiseringslijnen.
