Un robot industrial puede repetir un movimiento miles de veces y, aun así, no estar alcanzando exactamente la posición que debería. Cuando las tolerancias del proceso son exigentes, pequeñas desviaciones en la posición real del robot pueden terminar afectando a la calidad del producto, al montaje o al funcionamiento de una línea automatizada.

Por este motivo, en determinadas aplicaciones no basta con comprobar que el robot ejecuta correctamente su programa. También es necesario conocer dónde está realmente el robot respecto a la posición que debería ocupar.

La metrología aplicada a robótica permite medir el comportamiento real del robot, detectar errores de posicionamiento y comprobar si sus prestaciones se encuentran dentro de las tolerancias requeridas por la aplicación.

¿Por qué un robot industrial puede perder precisión?

Un robot industrial está formado por diferentes elementos mecánicos y sistemas de control que trabajan conjuntamente para posicionar el extremo del robot en unas coordenadas determinadas.

Con el uso, pueden aparecer desviaciones por diferentes motivos. Algunas están relacionadas con el desgaste mecánico y otras con cambios en la instalación, mantenimiento, configuración o condiciones de funcionamiento.

Desgaste mecánico

El funcionamiento continuado del robot somete a sus componentes mecánicos a ciclos repetitivos. El desgaste de determinados elementos puede modificar progresivamente el comportamiento del conjunto.

Dependiendo del componente afectado, esto puede traducirse en errores de posicionamiento que no siempre son evidentes durante una inspección convencional.

Golpes o colisiones

Una colisión puede modificar la geometría o posición de determinados elementos del robot o de la herramienta instalada en su extremo.

Aunque el robot continúe ejecutando el programa aparentemente con normalidad, puede haber cambiado su posición real respecto a las coordenadas utilizadas anteriormente.

Traslado o reinstalación del robot

Cuando un robot se desmonta y vuelve a instalar en otra ubicación, es necesario comprobar que su nueva posición y referencias son las adecuadas para la aplicación.

Una pequeña modificación en la posición de la base puede traducirse en errores en el extremo del robot, especialmente cuando se trabaja con trayectorias y tolerancias exigentes.

Cambios en la herramienta

La herramienta situada en el extremo del robot forma parte de la geometría que determina la posición final durante el trabajo.

Una herramienta nueva, una modificación de sus dimensiones o una referencia incorrectamente configurada pueden afectar al posicionamiento del robot.

Cambios en la estructura o en el entorno de trabajo

También pueden producirse variaciones en elementos externos al propio robot. Una modificación en la estructura, una bancada o un sistema de posicionamiento puede alterar las referencias respecto a las que trabaja el robot.

Precisión y repetibilidad de un robot: no son lo mismo

Uno de los conceptos fundamentales para evaluar el comportamiento de un robot industrial es diferenciar entre precisión y repetibilidad.

¿Qué es la repetibilidad?

La repetibilidad hace referencia a la capacidad del robot para volver a una misma posición de forma consistente cuando repite el mismo movimiento.

Por ejemplo, si el robot recibe repetidamente la orden de desplazarse a un determinado punto, una buena repetibilidad significa que sus posiciones alcanzadas se mantienen muy próximas entre sí.

¿Qué es la precisión?

La precisión está relacionada con la proximidad entre la posición que el robot debería alcanzar y la posición que realmente alcanza.

Un robot puede ser muy repetible y, al mismo tiempo, presentar un error sistemático de posicionamiento.

Un ejemplo sencillo

Imaginemos que un robot debe situar su herramienta en un punto determinado.

Si cada vez que repite el movimiento llega prácticamente al mismo lugar, pero ese lugar está desplazado respecto al punto teórico, el robot presenta una buena repetibilidad pero un error de precisión.

Por eso, comprobar únicamente que el robot repite sus movimientos no permite conocer completamente su comportamiento dimensional.

¿Cómo se comprueba la posición real de un robot industrial?

Para conocer el comportamiento real del robot es necesario comparar las posiciones programadas o teóricas con posiciones medidas mediante un sistema de referencia independiente.

En aplicaciones industriales de alta precisión pueden utilizarse sistemas de medición tridimensional que permiten determinar la posición real del extremo del robot durante diferentes movimientos.

Medición mediante sistemas de seguimiento láser

Los sistemas de seguimiento láser, como el laser tracker, permiten realizar mediciones tridimensionales de alta precisión sobre objetivos situados en el robot.

El sistema puede registrar las coordenadas espaciales de diferentes posiciones alcanzadas por el robot y utilizar estos datos para analizar sus errores de posicionamiento.

De esta manera es posible comparar el comportamiento real del robot con las posiciones teóricas definidas para la prueba.

¿Qué información puede obtenerse?

Dependiendo del procedimiento de medición y del estándar utilizado, pueden analizarse diferentes parámetros relacionados con el posicionamiento del robot.

• Desviación respecto a posiciones programadas.
• Repetibilidad de determinados movimientos.
• Errores de posicionamiento.
• Desviaciones geométricas.
• Comportamiento del robot en diferentes posiciones de su volumen de trabajo.
• Evolución del comportamiento del robot respecto a mediciones anteriores.

¿Qué problemas puede generar un robot fuera de tolerancia?

Un error de posicionamiento que puede parecer pequeño desde el punto de vista dimensional puede tener consecuencias importantes cuando el robot participa en un proceso con tolerancias ajustadas.

Errores durante el montaje

Si el robot se utiliza para posicionar o ensamblar componentes, una desviación puede provocar que las piezas no queden correctamente colocadas.

Dependiendo de la aplicación, esto puede generar rechazos, ajustes adicionales o interrupciones del proceso.

Pérdida de precisión en procesos automatizados

Procesos como soldadura, aplicación de adhesivos, mecanizado, dispensación o manipulación pueden requerir que la herramienta siga una trayectoria determinada.

Si existe un error entre la trayectoria programada y la posición real, la operación puede ejecutarse fuera de la zona prevista.

Problemas de calidad

Cuando el robot participa directamente en una operación que afecta a las dimensiones o características del producto, los errores de posicionamiento pueden terminar reflejándose en el resultado final.

En estos casos, verificar el robot permite comprobar si su comportamiento dimensional se encuentra dentro de las condiciones necesarias para el proceso.

Colisiones o interferencias

Una desviación de posición puede reducir los márgenes existentes entre el robot, la herramienta, la pieza y otros elementos de la célula.

En determinadas aplicaciones, esto puede aumentar el riesgo de interferencias o colisiones durante determinados movimientos.

Averías o incidencias recurrentes

Cuando una célula robotizada comienza a presentar incidencias que no se explican únicamente por el programa o por el estado de la herramienta, puede ser necesario comprobar también el comportamiento geométrico del robot.

Una medición puede aportar información adicional para determinar si existe un error de posicionamiento que esté afectando al proceso.

¿Cuándo es necesario comprobar la precisión de un robot?

No es necesario esperar a que aparezca una avería para realizar una comprobación. En determinadas instalaciones, la medición puede formar parte de las actuaciones de mantenimiento, puesta en marcha o control de calidad.

Después de una colisión

Si el robot ha sufrido una colisión, comprobar su comportamiento dimensional permite determinar si se ha producido alguna desviación respecto a su estado anterior.

Esto puede ser especialmente importante cuando el robot vuelve a trabajar en un proceso con tolerancias exigentes.

Después de trasladar o reinstalar el robot

Cuando un robot cambia de ubicación, es recomendable verificar las referencias necesarias para garantizar que la instalación mantiene las condiciones requeridas.

Una medición puede utilizarse para comprobar la posición real del robot después de la reinstalación.

Cuando se sustituye una herramienta

El cambio de herramienta puede modificar la geometría del extremo del robot y, por tanto, las referencias utilizadas durante el movimiento.

La comprobación de la nueva configuración permite verificar que el sistema responde correctamente a las condiciones de trabajo establecidas.

Cuando aparecen errores de producción

Si empiezan a aparecer defectos relacionados con la posición de piezas, trayectorias o puntos de trabajo, puede ser necesario comprobar si el robot está alcanzando realmente las posiciones programadas.

Como parte de una puesta en marcha

En determinadas aplicaciones, verificar el robot antes de comenzar la producción permite disponer de una referencia objetiva de su comportamiento inicial.

Esta información puede resultar útil posteriormente para comparar el estado del robot después de periodos prolongados de funcionamiento.

Calibración y verificación de un robot industrial

Los términos calibración y verificación están relacionados, pero no describen exactamente el mismo proceso.

¿Qué es la verificación?

La verificación consiste en comprobar mediante mediciones si el robot cumple unos determinados criterios o tolerancias.

El objetivo principal es conocer el comportamiento real del sistema y determinar si se encuentra dentro de los límites establecidos.

¿Qué implica la calibración?

La calibración puede implicar la obtención y aplicación de correcciones para mejorar la correspondencia entre el comportamiento real del robot y el modelo utilizado por su sistema de control.

El procedimiento concreto depende del fabricante, del controlador, de la aplicación y de la metodología utilizada.

Por este motivo, antes de realizar una calibración es importante conocer qué se pretende corregir y qué procedimiento resulta adecuado para el robot concreto.

Medir un robot antes y después de una intervención

Una forma especialmente útil de aplicar la metrología a robótica consiste en comparar el comportamiento del robot antes y después de una intervención.

La medición inicial permite establecer una referencia. Después de realizar trabajos de mantenimiento, reparación, traslado, calibración o modificación, una segunda medición permite comprobar si el comportamiento ha cambiado.

Estado inicial

Se registran las posiciones y parámetros necesarios para disponer de una referencia del comportamiento del robot.

Intervención

Se realiza el trabajo previsto sobre el robot, la herramienta, la instalación o sus referencias.

Verificación posterior

Se repite la medición utilizando unas condiciones comparables a las de la medición inicial.

La comparación de ambos resultados permite determinar objetivamente si se ha producido una mejora, una modificación o una desviación respecto al estado anterior.

¿Por qué utilizar un laser tracker para comprobar un robot?

Un robot industrial trabaja en tres dimensiones y puede desplazarse por un volumen de trabajo considerable. Por ello, la comprobación de su comportamiento requiere un sistema capaz de medir posiciones espaciales con la precisión necesaria.

Un laser tracker permite realizar mediciones tridimensionales sobre diferentes posiciones del robot y obtener datos que pueden utilizarse para analizar sus errores de posicionamiento.

Además, la medición puede realizarse sobre el robot instalado en su entorno de trabajo, evitando en determinados casos la necesidad de trasladar el equipo a un entorno específico de medición.

¿Qué información necesita un ingeniero antes de verificar un robot?

Para plantear correctamente una medición es importante conocer las características de la aplicación y el objetivo de la comprobación.

• Fabricante y modelo del robot.
• Tipo de controlador.
• Aplicación que realiza el robot.
• Tolerancias requeridas por el proceso.
• Estado actual del robot.
• Posibles colisiones o intervenciones anteriores.
• Necesidad de comparar con una medición previa.
• Referencias disponibles del sistema.

Esta información permite definir una metodología de medición adecuada y determinar qué posiciones y parámetros deben analizarse.

Comprobar la precisión antes de que el problema llegue a producción

Cuando un robot trabaja dentro de un proceso automatizado, un error de posicionamiento no siempre se detecta inmediatamente. Puede aparecer primero como una pequeña desviación en el producto, un ajuste que antes no era necesario o una incidencia que se repite de forma intermitente.

La medición permite comprobar directamente el comportamiento geométrico del robot y obtener datos sobre su posición real.

Por eso, la verificación puede tener sentido tanto cuando ya existe un problema como antes de determinadas intervenciones o puestas en marcha.

Metrología aplicada a robótica industrial

La combinación de robótica y metrología industrial permite analizar el comportamiento real de un robot más allá de lo que muestra su propio sistema de control.

Medir las posiciones alcanzadas, comparar los resultados con las referencias y analizar las desviaciones permite determinar si el robot mantiene las condiciones necesarias para la aplicación.

En Metrónica, este tipo de trabajos puede realizarse mediante sistemas de medición tridimensional y seguimiento láser, adaptando la metodología a las características del robot y a las tolerancias requeridas por el proceso.

El objetivo es disponer de datos dimensionales fiables para verificar, diagnosticar y, cuando corresponda, corregir el comportamiento de un robot industrial.