Les performances d'un robot de moulage par injection servo à trois axes se dégradent-elles ?

Les performances d'un servo à trois axes sont-elles satisfaisantes ? Machine de moulage par injection robot en dégradation ?

Sur une ligne de production de moulage par injection, un robot de moulage par injection servo à trois axes Le robot est un équipement essentiel qui assure la liaison entre l'ouverture et la fermeture du moule, le positionnement du produit et le convoyage. Sa stabilité de fonctionnement détermine directement l'efficacité de la production, le taux de qualification des produits et la durée de vie de l'équipement. Lorsqu'il rencontre des problèmes de performance, tels qu'un écart de précision de positionnement, une vitesse réduite, une capacité de charge diminuée ou un retard de mouvement, un diagnostic tardif de la cause première peut non seulement entraîner l'arrêt de la ligne de production, mais aussi endommager les composants en raison de réparations hasardeuses. Cet article propose une solution systématique d'analyse des causes de panne selon quatre axes : identification des signaux anormaux → dépannage module par module → vérification des pannes → maintenance préventive, afin d'aider les techniciens à résoudre efficacement les problèmes.

1. Diagnostic précoce des anomalies de performance : d’abord « capturer le signal », puis « verrouiller le champ de vision ».

Avant de commencer le dépannage, il est important d'identifier les manifestations spécifiques de la dégradation des performances par l'observation et la collecte de données afin d'éviter de perdre du temps en effectuant un dépannage indiscriminé. Voici les signaux d'anomalies de performances courants et leurs domaines de diagnostic initiaux correspondants :

1. Classification des signaux d'anomalies de performance du noyau

Écart de précision de positionnement : le robot s’écarte de la position cible lors de la préhension d’un produit, ne parvient pas à s’aligner précisément avec le convoyeur lors de son placement, ou l’erreur de répétabilité dépasse la valeur spécifiée dans le manuel d’utilisation (généralement, la précision de répétabilité d’un servomoteur à trois axes). Robot S(devrait être ≤±0,1 mm). Premières suspicions : dérive des paramètres du système servo, usure mécanique et anomalies du signal de l’encodeur.

Réduction de la vitesse de fonctionnement : lors du chargement ou du déchargement du robot, la vitesse réelle de chaque axe (X horizontal, Y vertical et Z vertical) est inférieure à la valeur de consigne, et des pauses surviennent lors des accélérations et des décélérations. Premières hypothèses : limitation du courant du servomoteur, perte de puissance du moteur ou augmentation de la résistance de la charge.

Capacité de charge réduite : Un produit qui pouvait auparavant être saisi normalement (par exemple, une pièce moulée par injection de 5 kg) tombe après la saisie, ou une alarme de surcharge se déclenche en cours de fonctionnement en raison d’une charge excessive. Premières causes suspectées : Couple insuffisant du servomoteur, patinage de la transmission ou pression insuffisante dans le système auxiliaire pneumatique/hydraulique (si une pince pneumatique est utilisée). Délai de réponse : Après l’émission d’une commande depuis le panneau de commande, le robot met 1 à 3 secondes à exécuter une action, ou une pause perceptible se produit lors du passage d’une action à l’autre. Premières causes suspectées : Délai de communication du système de contrôle, latence du signal des capteurs et paramètres de gain du servomoteur incorrects.

2. Collecte et comparaison des données clés
L'inspection visuelle seule ne permet pas de localiser précisément le problème ; une comparaison des données est nécessaire pour circonscrire l'étendue de la panne :

Relevez les paramètres de fonctionnement actuels : utilisez le système de commande du robot (écran tactile de l’automate programmable ou panneau de commande du servomoteur) pour lire les données telles que la vitesse de fonctionnement, l’écart de position, le courant moteur et le couple de chaque axe. Comparez ces valeurs aux paramètres de fonctionnement normal (consultez le manuel de l’appareil ou l’historique des opérations). Portez une attention particulière aux indicateurs tels que « courant anormalement élevé », « écart de position dépassant le seuil » et « fluctuations de couple excessives ».

Conditions de déclenchement statistique des pannes : consigner si la dégradation des performances est associée à des scénarios spécifiques, tels que « l’écart ne se produit que sous charge », « la vitesse ralentit après 1 heure de fonctionnement » et « des pannes fréquentes surviennent lorsque la température ambiante augmente ». Ces conditions peuvent aider à exclure des facteurs non liés (tels que l’impact de la température et de l’humidité ambiantes sur les composants électroniques).

2. Dépannage approfondi module par module : des « composants principaux » aux « systèmes auxiliaires »

Les performances d'un robot de moulage par injection servo à trois axes dépendent du fonctionnement coordonné du système servo → structure mécanique → système de contrôle → systèmes auxiliaires. Le dépannage nécessite un démontage module par module, en vérifiant l'intégrité fonctionnelle de chaque maillon un par un.

A. Source d'énergie principale : Dépannage du système servo (représentant plus de 60 % des problèmes de performance)

Le système d'asservissement est le cœur du robot et se compose de trois parties : le servomoteur, le variateur et l'encodeur. Toute anomalie au niveau d'un composant entraîne une dégradation directe des performances. Le dépannage doit suivre la logique « du variateur au moteur, du signal au matériel » : (1) Variateur : vérifier d'abord le code d'alarme, puis les paramètres.

Étape 1 : Lire le code d’alarme : Le panneau du servomoteur affichera le code d’erreur (par exemple, « AL.E6 » pour la série Mitsubishi MR-J4 indique une défaillance de l’encodeur, et « Err.11 » pour la série Panasonic A6 indique une surintensité). Les problèmes courants (tels que les surtensions, les surintensités, les surchauffes et les anomalies de communication de l’encodeur) peuvent être identifiés en consultant le manuel d’utilisation de l’équipement.

Étape 2 : Vérifier les paramètres clés : S’il n’y a pas de codes d’alarme mais que les performances sont dégradées, concentrez-vous sur les paramètres suivants :

Gain de la boucle de position (gain P) et gain de la boucle de vitesse (gain V) : un gain trop faible entraîne une réponse de positionnement lente et un écart important ; un gain trop élevé peut provoquer des vibrations. Procédez à un réglage précis selon les valeurs recommandées dans le manuel de l’appareil (réglez généralement d’abord la boucle de vitesse, puis la boucle de position).

Rapport de transmission électronique : Un réglage incorrect du rapport de transmission peut entraîner un décalage entre la position demandée et la position réelle (par exemple, un déplacement de 100 mm mais seulement de 50 mm). Vérifiez que le rapport de transmission correspond au rapport de transmission mécanique (tel que le pas de la vis à billes).

Réglages des limites de courant et de couple : si le variateur est configuré par erreur en « mode de limitation de courant » ou si la limite de couple est trop faible, la puissance de sortie du moteur sera insuffisante, ce qui entraînera une vitesse réduite et une capacité de charge diminuée. Rétablissez les valeurs limites par défaut ou réinitialisez-les en fonction des besoins de charge.

B, Servomoteur : Évaluation de l'état du matériel à partir de son état de fonctionnement

Inspection sensorielle : Moteur en marche, touchez le carter (attention aux brûlures). Si la température dépasse 70 °C (l’élévation de température normale d’un servomoteur est ≤ 40 °C), il se peut que la bobine du moteur soit vieillissante, que le roulement soit usé ou que la charge soit trop importante. Écoutez le bruit de fonctionnement du moteur. Un bourdonnement ou un bruit de frottement indique probablement un manque d’huile ou un roulement endommagé. Il est nécessaire de démonter le moteur, d’inspecter le roulement et de le remplacer (il est recommandé d’utiliser des roulements importés du même modèle, tels que NSK et SKF).

Test de performance : Débranchez le moteur de la transmission (test à vide). Si la vitesse et le couple du moteur sont normaux à vide, le problème se situe au niveau de la charge mécanique. Dans le cas contraire, mesurez la résistance de l’enroulement triphasé à l’aide d’un multimètre (les trois phases doivent normalement être équilibrées, avec un écart ≤ 5 %). Si la résistance d’une phase est infinie, l’enroulement est défectueux et le moteur doit être réparé ou remplacé.

C, Encodeur : Le signal « zéro erreur » est la clé de la précision du positionnement.

L'encodeur est l'« œil » du système d'asservissement ; il est chargé de transmettre les signaux de position et de vitesse du moteur. Des signaux anormaux entraînent directement un écart de positionnement. Méthode de dépannage :

Inspection de la ligne : Vérifiez la ligne de connexion entre l’encodeur et le contrôleur (généralement un câble blindé) afin de détecter d’éventuels connecteurs desserrés, câbles endommagés ou mauvaise mise à la terre du blindage (une mauvaise mise à la terre du blindage peut engendrer des interférences électromagnétiques et des fluctuations du signal). Il est recommandé de rebrancher le connecteur et de remplacer le câble endommagé.

Test du signal : Utilisez un oscilloscope pour mesurer les signaux de sortie de phase A, B et Z de l’encodeur. En temps normal, le signal doit être un signal carré stable. En cas de distorsion du signal, de perte d’impulsions ou d’amplitude trop faible (inférieure à 5 V), cela signifie que les composants internes de l’encodeur sont endommagés et qu’il est nécessaire de le remplacer par un encodeur du même modèle (notez que la résolution de l’encodeur doit correspondre à celle du pilote, par exemple 17 bits ou 23 bits). 2. Transmission de force et de mouvement : Dépannage de la structure mécanique (le « tueur invisible » souvent négligé) Même si le système d’asservissement fonctionne correctement, l’usure, le jeu ou la déformation de la structure mécanique entraînent une dégradation des performances, car le mouvement du manipulateur doit être transmis par « moteur → accouplement → vis à billes/courroie synchrone → rail de guidage », et la défaillance d’un seul maillon réduit l’efficacité de la transmission de puissance : (1) Mécanisme de transmission : attention à l’« usure » ​​et à la « concentricité ». Vis à billes : Composant essentiel de la transmission des axes X, Y et Z, l’usure de la vis entraîne une augmentation du « jeu inverse » (c’est-à-dire que lorsque le moteur tourne dans le sens inverse, le manipulateur a une course vide), ce qui se traduit par un écart de positionnement. Méthode d’inspection : Fixez le rail de guidage à l’aide d’un comparateur et poussez-le manuellement. Si l’aiguille du comparateur fluctue de plus de 0,05 mm, cela signifie que la vis est fortement usée ; Parallèlement, vérifiez la présence de rayures, de rouille ou de graisse sèche sur la surface de la vis. Il est nécessaire d'ajouter régulièrement une graisse spéciale (par exemple, une graisse au lithium). Lorsque l'usure dépasse la limite autorisée, la vis doit être remplacée (il est recommandé de choisir une vis à billes de précision C3 ou supérieure).
Accouplement : Si l’accouplement reliant le servomoteur à la vis à billes présente des fissures, si l’élastomère est usé ou si l’installation n’est pas concentrique, cela entraînera une transmission de puissance instable, des blocages ou des écarts de positionnement. Méthode d’inspection : Après l’arrêt de la machine, faites tourner l’accouplement à la main pour vérifier s’il y a blocage ou jeu. Si l’accouplement et l’arbre moteur/l’arbre de la vis ne sont pas concentriques (écart > 0,1 mm), la concentricité doit être recalibrée.
Courroie synchrone (le cas échéant) : L’axe X de certains robots utilise une transmission par courroie synchrone. Si cette courroie est détendue ou si la surface des dents est usée, elle patine, ce qui se traduit par une diminution de la vitesse et un positionnement imprécis. Méthode de contrôle : Appuyez sur la courroie synchrone. Si la flèche dépasse 10 mm, la courroie est trop détendue et le tendeur doit être ajusté. Si la surface des dents est visiblement usée ou fissurée, la courroie doit être remplacée (il est recommandé d’utiliser une courroie synchrone en polyuréthane, plus résistante à l’usure).

(2) Rails de guidage et glissières : la « fluidité » détermine la stabilité de fonctionnement

Le rail de guidage supporte les pièces mobiles du robot. Un manque de lubrification ou une usure de ce rail augmentent la résistance au mouvement, ce qui ralentit le robot et provoque des blocages. Dépannage :

Poussez manuellement le curseur pour détecter toute résistance ou blocage. Le cas échéant, démontez-le afin de vérifier l'usure des roulements à billes internes et l'état des cages de retenue. Nettoyez la surface du rail de guidage de toute poussière et débris, puis appliquez un lubrifiant spécialement conçu pour les rails de guidage (tel que l'ISO VG32).

Utilisez un micromètre pour mesurer le parallélisme des rails de guidage. Si l'écart de parallélisme dépasse 0,1 mm/m, une force inégale sera appliquée sur le curseur pendant son fonctionnement, accélérant son usure. Il sera alors nécessaire de recalibrer la position de montage des rails de guidage.

Troisièmement. Centre de commande et de retour d'information : dépannage du système de contrôle

Le système de commande (comprenant l'automate programmable, le panneau de commande et le capteur) est chargé d'envoyer les commandes et de recevoir les signaux de retour. En cas de dysfonctionnement, les commandes ne peuvent être transmises ou le signal de retour est déformé, ce qui se traduit par une baisse des performances.

(1) Automate programmable et programme : la « cohérence logique » est la base

Vérifiez si l'automate programmable possède un indicateur d'alarme (par exemple, le voyant ERR est allumé). Si c'est le cas, lisez le code d'erreur (par exemple, panne d'un module d'entrée/sortie, erreur de programme) via le logiciel de programmation et vérifiez que la ligne de communication entre l'automate et le servomoteur et le capteur (par exemple, ligne RS485, EtherCAT) est bien connectée. Vérifiez la logique du programme : si le programme de l'automate a été modifié récemment, il est nécessaire de le comparer au programme de sauvegarde afin de vérifier la présence de problèmes tels que des délais de commande et des erreurs de séquence d'actions (par exemple, l'exécution de la commande de montée avant la fin de l'action de saisie). Le processus d'exécution du programme peut être vérifié pas à pas en mode « exécution pas à pas ».

(2) Capteur : La précision du signal est essentielle au retour d’information.

Les capteurs couramment utilisés dans les manipulateurs comprennent les capteurs de position (tels que les interrupteurs photoélectriques et les détecteurs de proximité) et les capteurs de pression (tels que les capteurs de pression des pinces). Un signal anormal du capteur peut entraîner une mauvaise interprétation de l'action.

Capteur de position : vérifiez si le capteur est correctement positionné (par exemple, si l’interrupteur photoélectrique n’est pas aligné avec le point de détection cible). Mesurez le signal de sortie du capteur à l’aide d’un multimètre (par exemple, un capteur de type NPN émet un niveau bas lors de la détection). Si le signal est constant ou fluctue, ajustez la position du capteur ou remplacez-le.

Capteur de pression : Si la pince est à commande pneumatique, le capteur de pression mesure la pression exercée sur celle-ci. Si la pression mesurée est inférieure à la valeur de consigne (par exemple, 0,3 MPa au lieu de 0,5 MPa), la force de préhension sera insuffisante et le produit risque de tomber. Il est donc nécessaire de vérifier la pression d'air comprimé (généralement ≥ 0,6 MPa) et l'étalonnage du capteur (à l'aide d'un manomètre standard).

Quatrièmement. Systèmes auxiliaires : Dépannage des systèmes pneumatiques/hydrauliques et d'alimentation électrique (rôles de soutien souvent négligés).

(1) Système pneumatique/hydraulique (s'il contient des pinces ou des actions auxiliaires)

Système pneumatique : Vérifiez la pression du compresseur d’air, l’absence de fuites dans la conduite d’air et le bon fonctionnement de l’électrovanne (il est possible de la démonter pour nettoyer son noyau). Si la force de préhension est insuffisante, vérifiez l’usure du joint du vérin (et remplacez-le) et le réglage du régulateur de pression (généralement entre 0,4 et 0,6 MPa). Système hydraulique (utilisé par certains manipulateurs lourds) : Vérifiez le niveau d’huile hydraulique (conforme aux normes), la qualité de l’huile (si elle est trouble ou contient des impuretés, remplacez-la et nettoyez le filtre) et la pression de la pompe hydraulique. En cas de pression insuffisante, vérifiez l’usure du corps de pompe et le bon fonctionnement du clapet de décharge.

(2) Système d'alimentation électrique : « Une alimentation électrique stable » est une condition préalable au fonctionnement de l'équipement.

Vérifiez la stabilité de la tension d'alimentation (par exemple, 220 V CA ou 24 V CC) du servomoteur, de l'automate programmable et du capteur. À l'aide d'un multimètre, mesurez si la fluctuation de tension dépasse ±5 % (une tension trop faible entraînera un couple insuffisant pour le servomoteur, tandis qu'une tension trop élevée endommagera les composants électroniques).

Vérifiez si l'interrupteur pneumatique et le contacteur dans le tableau de distribution présentent des signes de surchauffe. Si les contacts sont oxydés, poncez-les ou remplacez les composants pour éviter toute coupure de courant due à un mauvais contact.

3. Vérification de la cause de la panne : Utilisez la « méthode de remplacement » et le « test à vide » pour confirmer la cause première.

Après avoir identifié le point de défaillance suspecté par un dépannage module par module, la cause de la panne doit être confirmée par des tests de vérification afin d'éviter toute erreur d'interprétation :

1. Méthode de remplacement : Vérifier rapidement la qualité des composants.

Si le servomoteur est suspecté d'être défectueux, remplacez-le par un moteur en bon état du même modèle. Si les performances sont rétablies après le remplacement, cela signifie que le moteur d'origine est endommagé. Si l'encodeur est suspecté d'être défectueux, remplacez son câble ou l'encodeur lui-même pour vérifier si le signal redevient normal. Si une défaillance du capteur est suspectée, remplacez le capteur défectueux par un capteur en bon état de fonctionnement (par exemple, un capteur photoélectrique de rechange). Si le signal est normal, le capteur d'origine est endommagé.

2. Test comparatif à vide et en charge
Test à vide : Déconnectez le robot de la charge (par exemple, la pince ou le produit) et actionnez chaque axe. Si les performances sont normales (vitesse et précision de positionnement conformes aux spécifications) à vide, le problème provient de la charge (par exemple, une pince bloquée ou un produit trop lourd). Si l’anomalie persiste à vide, le problème provient du système d’asservissement ou de la structure mécanique.
Test de charge : Si le test à vide est concluant, augmentez progressivement la charge (en commençant par 50 % de la charge nominale) et observez les variations de performance. Si une anomalie survient lorsque la charge atteint sa valeur nominale, vérifiez la compatibilité du couple du servomoteur et la capacité du mécanisme de transmission à supporter la charge (par exemple, vérifiez que la capacité de charge dynamique de la vis à billes est conforme aux exigences).

4. Maintenance préventive : de la « réparation réactive » à la « prévention proactive »

Après la résolution du défaut actuel, la mise en place d'un système de maintenance préventive peut efficacement prévenir toute dégradation supplémentaire des performances du robot et prolonger la durée de vie de l'équipement :

Lubrification régulière : Ajouter de la graisse spéciale à la vis à billes et aux rails de guidage chaque semaine et vérifier mensuellement l’absence de graisse sèche afin d’éviter l’usure causée par le frottement à sec.

Étalonnage régulier : étalonner la précision et la répétabilité du positionnement de chaque axe tous les trimestres à l’aide d’un interféromètre laser. Si les écarts dépassent la norme, ajuster les paramètres de gain du servomoteur ou remplacer rapidement les pièces usées.

Sauvegarde des paramètres : Sauvegardez mensuellement le programme PLC et les paramètres du servomoteur afin d’éviter tout dysfonctionnement de l’équipement dû à une perte de paramètres.

Contrôle environnemental : Maintenir un environnement de fonctionnement propre et sec pour le robot afin d’éviter que la poussière et l’huile ne pénètrent dans le servomoteur ou l’encodeur. Maintenir une température ambiante entre 0 et 40 °C (les températures élevées accélèrent le vieillissement des composants électroniques).

Formation du personnel : Dispenser une formation aux opérateurs et au personnel de maintenance afin de prévenir la dégradation des performances due à une utilisation incorrecte (comme la modification incorrecte des paramètres des servomoteurs ou la surcharge).

Conclusion
La clé pour évaluer la dégradation des performances d'un robot de moulage par injection servo-commandé à trois axes réside dans un dépannage systématique et l'analyse des données. Il convient tout d'abord d'identifier le problème à partir des symptômes et des données, puis de procéder au démontage selon l'ordre suivant : « système servo → structure mécanique → système de commande → système auxiliaire ». Enfin, il faut vérifier la cause première par le remplacement des composants et des tests comparatifs. La maîtrise de cette approche permet non seulement de résoudre rapidement le problème actuel, mais aussi de réduire les risques de panne grâce à une maintenance préventive, garantissant ainsi le fonctionnement stable de la ligne de moulage par injection.