Maintenance préventive des robots industriels : jeu des articulations, faisceaux de câbles et remplacement de la graisse

1. Portée et objectif

Ce guide de maintenance fournit un protocole détaillé et exploitable pour la maintenance préventive des robots industriels multi-axes, abordant spécifiquement les domaines critiques de la mesure du jeu des joints, de l'inspection complète des faisceaux de câbles et du remplacement systématique de la graisse des boîtes de vitesses. Le respect de ces procédures est obligatoire pour maintenir la précision du robot, garantir la sécurité opérationnelle et prolonger la durée de vie des actifs robotiques dans les environnements de fabrication et d'automatisation à haute production.

L'exécution régulière de ces tâches atténue le risque de pannes inattendues, minimise les temps d'arrêt imprévus et optimise l'enveloppe de performances du robot. Ce guide s'applique aux types de robots industriels courants, notamment les robots articulés, SCARA et delta, de divers fabricants (par exemple, KUKA, FANUC, ABB, Yaskawa, Universal Robots), servant de base aux protocoles de maintenance spécifiques aux OEM. Effectuez cette maintenance pendant les temps d'arrêt programmés, généralement tous les trimestres ou toutes les 2 000 heures de fonctionnement, comme déterminé par le cycle de service du robot et les recommandations du fabricant.

2. Précautions de sécurité

DANGER : présence d'énergie dangereuse. Le non-respect des procédures de verrouillage/étiquetage (LOTO) peut entraîner des blessures graves, voire la mort.

OBLIGATOIRE : Avant de commencer toute maintenance, assurez-vous que l'alimentation du robot est coupée, déconnectée de la source d'énergie, et correctement verrouillée et étiquetée conformément aux normes ANSI/ASSE Z244.1 et OSHA 29 CFR 1910.147. Vérifiez l'état d'énergie zéro à l'aide d'un équipement de test approprié.

AVERTISSEMENT : les mouvements du robot peuvent être soudains et inattendus. Restez conscient de l’enveloppe opérationnelle du robot à tout moment. Ne placez jamais de parties du corps ou d'outils dans l'enveloppe de travail sans confirmer un état sûr et hors tension.

AVERTISSEMENT : risque de choc électrique. N'ouvrez pas les armoires électriques et ne modifiez pas les composants électriques à moins d'être qualifié et autorisé. Utilisez toujours des outils correctement isolés lorsque vous travaillez à proximité de systèmes électriques.

ATTENTION : Des surfaces chaudes peuvent être présentes. Laissez les composants du robot, en particulier les moteurs et les boîtes de vitesses, refroidir suffisamment avant de les manipuler pour éviter les brûlures.

OBLIGATOIRE : Portez un équipement de protection individuelle (EPI) approprié, y compris, mais sans s'y limiter, des lunettes de sécurité (ANSI Z87.1), des gants résistants aux coupures (EN 388), des bottes de sécurité à embout d'acier (ASTM F2413) et une protection auditive (EN 352-1), comme l'exige l'évaluation des risques spécifique au site.

ATTENTION : risque chimique. Lors de la manipulation de graisses industrielles et de solvants de nettoyage, reportez-vous à la fiche de données de sécurité (FDS) pour connaître les procédures appropriées de manipulation, de stockage et d'élimination. Utilisez des gants résistants aux produits chimiques (ASTM F739) et assurez une ventilation adéquate.

3. Outils et matériaux requis

Assurez-vous que tous les outils sont calibrés et en bon état de fonctionnement avant de commencer la maintenance.

4. Liste de contrôle d'inspection préalable à la maintenance

Effectuez ces vérifications avant de commencer toute maintenance invasive pour identifier les problèmes évidents et préparer le robot à l'entretien.

5. Procédure étape par étape

5.1. Mesure du jeu des articulations

Le jeu d’articulation, ou perte de mouvement, est le jeu entre les engrenages ou les composants en prise au sein d’une articulation. Un jeu excessif indique une usure et réduit la précision du robot, entraînant une mauvaise précision de la trajectoire et une instabilité potentielle. Cette procédure se concentre sur la mesure du jeu sur les axes principaux (J1-J3) qui subissent généralement les charges et l'usure les plus élevées. Reportez-vous à la documentation OEM pour connaître les emplacements de joints et les points de test spécifiques.

1. Préparer le robot pour la mesure :

   OBLIGATOIRE : Assurez-vous que le robot est dans un état LOTO sûr et hors tension. Positionnez manuellement le bras du robot de telle sorte que l'articulation à mesurer soit accessible et puisse être déplacée librement sans obstruction. Pour les articulations horizontales, positionnez le bras près de l'horizontale pour minimiser l'influence gravitationnelle pendant la mesure. Pour les joints verticaux, positionner de manière à permettre un mouvement contre la gravité pour la précharge.

   Erreur courante : tentative de mesure sans LOTO approprié. Cela risque de se blesser et fournit des données inexactes en raison de la résistance potentielle du moteur.

2. Monter l'indicateur à cadran :

   Fixez solidement la base magnétique de l'indicateur à cadran à une partie rigide et immobile de la base du robot ou à une structure fixe adjacente à l'articulation. Positionnez la pointe de la sonde de l'indicateur à cadran perpendiculairement à une surface propre et plane sur la partie mobile du joint (par exemple, le maillon ou la bride suivante) au rayon le plus éloigné possible du centre de rotation du joint. Cela maximise la lecture du déplacement pour une meilleure résolution.

   Erreur courante : monter l'indicateur sur une pièce flexible ou trop près du centre de l'articulation, ce qui entraîne des valeurs de jeu sous-estimées.

3. Joint de précharge et indicateur de zéro :

   Appliquez manuellement une force légère et constante (par exemple, 5-10 N / 1-2 lbf) sur le lien du bras du robot dans un sens de rotation de l'articulation cible pour « précharger » les engrenages et supprimer tout jeu existant dans cette direction. Tout en maintenant cette précharge, mettez à zéro le comparateur à cadran. Assurez-vous que la force appliquée est cohérente et ne provoque pas de déviation de la structure du robot elle-même.

   Indicateur visuel : l'aiguille du comparateur à cadran se stabilise à « 0 » sans dérive.

4. Mesurer le jeu :

   Relâchez la force de précharge. Ensuite, appliquez la même force légère et constante dans le sens de rotation opposé de l’articulation cible. Observez attentivement et enregistrez le déplacement maximum indiqué sur le comparateur à cadran avant que l'articulation ne commence à bouger. Cette lecture est le jeu linéaire. Convertissez ce déplacement linéaire en jeu angulaire (degrés ou minutes d'arc) si nécessaire, en utilisant le rayon entre le centre de l'articulation et le point de contact de l'indicateur.

   Exemple : Si l'indicateur est monté à 200 mm du centre de l'articulation et indique un déplacement de 0,2 mm, le jeu angulaire est d'environ (0,2 mm / (2 * pi * 200 mm)) * 360 degrés = 0,057 degrés ou 3,4 minutes d'arc.

   Erreur courante : appliquer une force excessive pendant la mesure, ce qui peut masquer un véritable jeu ou introduire une déviation structurelle, donnant des lectures faussement basses. Répétez la mesure plusieurs fois pour plus de cohérence.

5. Enregistrer et évaluer :

   Enregistrer le jeu mesuré pour chaque joint (J1, J2, J3, etc.) dans le journal de maintenance. Comparez ces valeurs aux spécifications du fabricant du robot pour connaître le jeu acceptable. Le jeu typiquement acceptable pour les axes principaux est de 0,05° à 0,2° (3 à 12 minutes d'arc). Les valeurs dépassant les limites OEM indiquent une usure importante des engrenages, nécessitant une enquête plus approfondie, un ajustement potentiel ou le remplacement de la boîte de vitesses.

   Indicateur visuel : lectures cohérentes sur plusieurs essais.

5.2. Inspection du faisceau de câbles

Les faisceaux de câbles des robots sont soumis à des contraintes constantes de flexion, de torsion et d’environnement. Les dommages causés à ces harnais peuvent entraîner un fonctionnement intermittent, des erreurs de communication et une panne complète du robot. Une inspection approfondie est essentielle.

1. Inspection visuelle des dommages externes :

   Avec le robot LOTO, inspectez soigneusement toute la longueur de tous les faisceaux de câbles (alimentation, communication, E/S) depuis la base du robot en passant par chaque joint jusqu'à l'effecteur final. Portez une attention particulière aux zones où les câbles fléchissent le plus, passent à travers les guides-câbles ou sont exposés à des arêtes vives.

   • Recherchez des signes de frottement, de coupures, d'abrasions, d'écrasement ou de vrillage dans la gaine extérieure.
   • Inspectez les zones où les câbles semblent étirés ou décolorés, indiquant une surchauffe ou une exposition à des produits chimiques.
   • Vérifiez le bon acheminement et la fixation des câbles.

   Indicateur visuel : les gaines des câbles sont lisses, intactes et conservent leur couleur d'origine. Les attaches de câble sont sécurisées mais pas trop serrées.

   Erreur courante : négliger le dessous ou les sections difficiles d'accès du harnais, où les dommages commencent souvent. Utilisez une lampe de poche et un miroir si nécessaire.

2. Inspectez les connecteurs et le serre-câble :

   Examinez tous les connecteurs électriques du contrôleur du robot, des moteurs, des capteurs et de l'effecteur final. Assurez-vous qu'ils sont bien en place, verrouillés et exempts de corrosion, de broches pliées ou de signes de surchauffe. Vérifiez tous les mécanismes de décharge de traction (par exemple, presse-étoupes, colliers, conduits flexibles) pour leur intégrité et leur bon fonctionnement. Le serre-câble endommagé transfère la contrainte directement aux conducteurs du câble.

   Indicateur visuel : les connecteurs sont propres, serrés et en bon état. Les composants du serre-câble sont intacts et fermement fixés.

   Erreur courante : ne pas vérifier l'état interne des connecteurs en les remuant doucement pour vérifier s'il y a des connexions desserrées ; concentrez-vous uniquement sur l'apparence extérieure.

3. Test de continuité et de résistance d'isolement (facultatif, mais recommandé) :

   Pour les câbles suspects ou dans le cadre d'un diagnostic détaillé, utilisez un multimètre pour tester la continuité et la résistance d'isolement.

   • Continuité : Débranchez les deux extrémités du câble suspect. Réglez le multimètre en mode continuité. Testez la continuité de chaque conducteur de bout en bout. La résistance doit être proche de 0 Ohms.
   • Résistance d'isolation : utilisez un mégohmmètre (testeur de résistance d'isolation) pour les lignes électriques et de communication critiques. Testez entre chaque conducteur et la terre, et entre les conducteurs adjacents. Consultez les spécifications OEM pour connaître la résistance d'isolation minimale acceptable (généralement > 1 Gigaohm pour les nouveaux câbles, > 1 Megaohm pour les câbles opérationnels).

   Erreur courante : tester la continuité sur des circuits sous tension. Mettez toujours hors tension et LOTO avant tout test électrique.

4. Remplacez les attaches de câble endommagées et réacheminez :

   Coupez et remplacez toutes les attaches de câble usées, cassées ou excessivement serrées. Assurez-vous que de nouveaux serre-câbles sont appliqués pour permettre un mouvement correct du câble et pour ne pas trop serrer, ce qui pourrait comprimer les gaines des câbles et réduire la flexibilité. Réacheminez tous les câbles qui présentent des signes de mauvais positionnement ou d'impact potentiel futur.

   Action : Utilisez des tailles d'attaches de câble appropriées pour correspondre à l'installation d'origine.

5. Documenter les résultats :

   Photographiez tout dommage constaté et enregistrez son emplacement et sa gravité dans le journal de maintenance. Notez tous les câbles ou connecteurs nécessitant un remplacement immédiat ou une surveillance plus approfondie.

5.3. Remplacement de la graisse de boîte de vitesses

La graisse lubrifie les engrenages internes, les roulements et les joints des unités de réduction du robot. Au fil du temps, la graisse se dégrade en raison des contraintes de cisaillement, des cycles de température et de la contamination, perdant ainsi ses propriétés lubrifiantes. Un remplacement régulier est essentiel pour éviter une usure prématurée et une panne catastrophique de la boîte de vitesses. Reportez-vous aux manuels OEM pour connaître les types, quantités et intervalles de graisse exacts pour chaque modèle de robot et joint spécifique.

1. Identifiez les points de remplissage et de vidange de graisse :

   Localisez les bouchons de remplissage et de vidange de graisse sur les boîtes de vitesses du robot. Il s'agit généralement de boulons à tête hexagonale ou de raccords spécialisés. Certaines boîtes de vitesses peuvent être scellées à vie, tandis que d'autres (en particulier les axes plus grands) ont des protocoles de remplacement spécifiques. Reportez-vous au manuel technique du robot (par exemple, contrôleur FANUC CR-7iA R-30iB Mate Plus, contrôleur KUKA KR C4).

   Erreur courante : supposer que tous les joints utilisent la même graisse ou ont des points de vidange/remplissage accessibles. Vérifiez avec la documentation OEM.

2. Préparez l'extraction de la graisse :

   Placez un conteneur à déchets approprié directement sous le bouchon de vidange pour récupérer la graisse usée. Assurez-vous que le récipient est suffisamment grand pour contenir le volume attendu (par exemple, 50 à 500 ml / 1,7 à 17 fl oz par joint, selon la taille du robot). Pour certaines articulations, une seringue ou une pompe peut être nécessaire pour l’extraction.

   ATTENTION : La graisse usée peut contenir des particules métalliques et d'autres contaminants. Manipuler et éliminer conformément aux réglementations environnementales locales.

3. Vidangez la vieille graisse :

   Retirez le bouchon de vidange. Attendez suffisamment de temps pour que l’ancienne graisse s’écoule complètement. Articulez manuellement le joint du robot lentement (si possible et sûr après vérification LOTO, éventuellement en utilisant un desserrage manuel des freins ou une procédure OEM spécifique) pour aider à expulser la graisse résiduelle. Observez l'état de la graisse égouttée : une couleur foncée, une texture granuleuse ou des flocons métalliques excessifs indiquent une usure accélérée et justifient une inspection plus approfondie des composants internes de la boîte de vitesses.

   Action : Pour les graisses fortement contaminées, un rinçage avec de la graisse neuve peut être recommandé par le fabricant d'origine.

   Indicateur visuel : le débit de graisse ancienne s'arrête ou diminue considérablement.

4. Nettoyez les ports de vidange et de remplissage :

   Nettoyez toute graisse résiduelle des filetages du bouchon de vidange et des surfaces d'étanchéité à l'aide d'un chiffon non pelucheux et d'un solvant de nettoyage. Inspectez le joint torique ou le joint du bouchon de vidange pour déceler tout dommage ; remplacez-le si nécessaire pour éviter de futures fuites. Réinstallez le bouchon de vidange en le serrant au couple spécifié par le constructeur.

   Exemple de couple (bouchon de vidange M8) : 25 Nm (18,4 ft-lb) pour les boîtiers en aluminium, 35 Nm (25,8 ft-lb) pour l'acier. Consultez toujours le manuel OEM.

   Erreur courante : trop serrer le bouchon de vidange, ce qui peut endommager les filetages ou fissurer le carter de la boîte de vitesses. Un serrage insuffisant entraîne des fuites.

5. Ajouter une nouvelle graisse :

   Retirez le bouchon de remplissage de graisse. À l’aide d’un pistolet graisseur industriel propre ou d’une seringue, injectez le type et la quantité de nouvelle graisse robotisée spécifiés par le fabricant d’équipement d’origine dans l’orifice de remplissage. Il est essentiel d'utiliser le type de graisse exact spécifié par le fabricant pour garantir la compatibilité et les propriétés de lubrification correctes. Le mélange de graisses incompatibles peut entraîner une défaillance des roulements ou une dégradation des joints.

   Exemple de type de graisse : FANUC spécifie généralement Klüberfood NH1 11-220, Mobil SHC 220 ou équivalent.

   Exemple de quantité (par joint) : J1 : 300-400 g, J2 : 250-350 g, J3 : 150-250g. Les joints plus petits (J4-J6) nécessitent généralement moins, par exemple 50 à 100 g. Reportez-vous toujours au manuel OEM pour les quantités précises. Un remplissage excessif peut faire exploser les joints.

   Indicateur visuel : la graisse commence à sortir d'un orifice de ventilation (le cas échéant) ou atteint le niveau spécifié. Arrêtez de remplir immédiatement une fois plein pour éviter une surpression.

6. Réinstallez le bouchon de remplissage et le couple :

   Nettoyez le bouchon de remplissage et les surfaces d'étanchéité. Inspectez et remplacez le joint torique/joint si nécessaire. Réinstallez le bouchon de remplissage en le serrant au couple spécifié par le constructeur.

   Exemple de couple (bouchon de remplissage M8) : 25 Nm (18,4 ft-lb).

7. Document de remplacement de la graisse :

   Enregistrez la date, le numéro de série du robot, le(s) joint(s) entretenu(s), le type de graisse utilisé et la quantité appliquée dans le journal de maintenance. Ces données sont essentielles au suivi de l’historique de maintenance et de la conformité.

6. Liste de contrôle de vérification après maintenance

Une fois la maintenance terminée, vérifiez le bon fonctionnement et la sécurité du robot avant de retourner en production.

7. Guide de dépannage

Ce tableau présente les symptômes courants rencontrés après la maintenance du robot ou pendant le fonctionnement, ainsi que les causes probables et les actions correctives.

8. Calendrier d'entretien recommandé

Ce calendrier fournit des lignes directrices générales. Reportez-vous aux recommandations OEM spécifiques basées sur le modèle de robot, l'application et l'environnement d'exploitation. Les cycles intensifs ou les environnements difficiles peuvent nécessiter des fréquences plus élevées.

9. Référence des pièces de rechange

Le maintien d'un stock de pièces de rechange critiques réduit les temps d'arrêt. Reportez-vous à la liste des pièces OEM de votre robot pour connaître les spécifications exactes. Visitez le Catalogue électronique UNITEC-D pour découvrir une large gamme de pièces de rechange industrielles.

10. Références

• ANSI/ASSE Z244.1 - Contrôle des énergies dangereuses - Verrouillage/étiquetage et méthodes alternatives
• OSHA 29 CFR 1910.147 – Contrôle des énergies dangereuses (verrouillage/étiquetage)
• ISO 13850 - Sécurité des machines - Fonction d'arrêt d'urgence - Principes de conception
• ANSI B11.0 - Sécurité des machines - Exigences générales et évaluation des risques
• EN 388 - Gants de protection contre les risques mécaniques
• ANSI Z87.1 - Dispositifs personnels de protection des yeux et du visage à des fins professionnelles et éducatives
• ASTM F2413 - Spécification standard pour les exigences de performance pour les chaussures à embout de protection (sécurité)
• EN 352-1 - Protections auditives - Exigences générales - Partie 1 : Cache-oreilles
• ASTM F739 - Méthode d'essai standard pour la perméation des liquides et des gaz à travers les matériaux des vêtements de protection dans des conditions de contact continu
• Manuels de maintenance spécifiques du fabricant de robots (par exemple, KUKA, FANUC, ABB, Yaskawa)