（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）
摘要：某知名品牌180KG级成品码垛机器人，在生产过程中，码垛机器人出现批量编码器异常，编码器报警后机器人无法动作，需更换编码器，重新校正原点解除故障。故障发生频率高，造成工程重大生产损失。通过失效分析研究制定改善对策，预防保全避免同类码垛机器人异常，避免工厂损失扩大化；
关键词：码垛机器人 批量 编码器异常 失效分析 预防
1、引言
码垛机器人是机械与计算机程序有机结合的产物，为现代生产提供了更高的生产效率，广泛应用于汽车、家电、饮料等制造行业。我司码垛机器人负责成品空调多规则码垛，其中某品牌码垛机器人陆续出现13台编码器异常故障，报警后机器人无法进行任何操作。此问题造成工厂大范围停产，异常报警代码如图1；
通过对异常编码器IC引脚进行能谱分析(EDS)，检测样品中含硫量非常高，IC引脚材质为Cu、Ag镀层，而编码器轴承润滑脂中含硫元素。
硫和氧同属于氧族元素，大气中的氧主要以双原子分子O2形态存在，硫则主要以化合价态存在，具有氧化和成酸的特点。硫化是由于编码器工作环境中的硫(S2-)元素，在一定温度、湿度条件下（热量促使分子运动加剧），-2价的硫与+1价的银、+2价铜发生化学反应生成导电性的Ag2S、CuS的过程。
硫化反应的方程式：
Ag2S=△=2Ag（+1）+S（2-）
Cu（+2）+H2S= =CuS+2H（+1）
推论：编码器ＩＣ引脚湿热环境下发生硫化反应，而产生的硫化银、硫化铜具有导电性，IC引脚短路或绝缘不良造成内部信号异常，编码器异常报警。
2.3结论验证
（1）取故障编码器ＩＣ变色引脚进行清洗，引脚硫化部分用工具打磨后，清除引脚异物。
综上：编码器故障为IC引脚硫化物所致。
2.4、硫化物发生确认
硫化产生需具备一定的温度、湿度条件。有研究表明，只需50%的湿度，PCB表面就会形式一层水膜，随湿度从0～80%之间变化，干净金属表面可沉积2-10分子层水膜。而珠海地处北回归线以南年日温差较小，年平均湿度约80%，湿度条件满足。
（1）根据化学反应动力学的观点得出，温度升高硫的化学反应速率加快，硫化现象加剧。为锁定硫化发生部位,以及硫化与温度的关联性，通过能谱分析(EDS)对硫化编码器各部件进行升温硫含量鉴定。实验方法：选同型号码垛机器人，通过不同负载、运动速度及动作难度系数，使编码器发生温升，并通过EDS记录不同温度时各部件硫含量。
编码器故障原因：码垛机器人在使用过程中受负载、运动速度及动作难度系数等因素影响，编码器发生温升，在珠海高湿度的环境下运行，编码器内轴承黄油与散热片中挥发硫化气体与IC引脚发生硫化反应，造成IC短路或绝缘不良，芯片内部运算报错，编码器异常报警。
3、预防对策
3.1 对策措施
（1）更换编码器散热片与轴承黄油材质，避免与含硫物质与芯片于同一空间环境。
（2）编码器芯片引脚防止硫化处理，编码器IC引脚做电镀处理，并增加保护涂层，预防芯片引脚发生硫化。
（3）编码器增加吸湿防潮部件，降低编码器内部湿度，阻止硫化发生的必要条件，预防芯片引脚发生硫化。
（4）设备关键部件本质原因造成设备非正常批量故障，设备厂家对我司同类码垛机器人编码器进行全部更换，避免同类故障再次发生。
（5）用户培训，组织码垛机器人厂商对我司使用人员进行程序设计、专业保全进行培训，避免使用不当造成编码器温升。
4、效果验证
（1）编码器芯片引脚防止硫化处理效果验证：取样未防硫化处理和进行防硫化处理编码器，编码器内部同时进行硫化气暴露测试，并同样进行温升，通过扫描电子显微镜（SEM）对引脚面分析成像，成像结果形成鲜明对比，如图9，未进行防硫化处理芯片引脚出现硫化，进行防硫化处理芯片引脚未检测出硫化物。
5、总结
本文运用科学的失效分析流程，借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和能谱分析仪(EDS)，通过微观结构观察、元素定性定量分析与表面成分分析，进行逐层的推断与排除，最终确立硫元素源头与硫化起因，硫化与温升发生曲线，验证改善对策对电子电路抗硫化效果，解决某品牌码垛机器人批量突发性异常，避免工厂损失扩大。
该项目属于实战型项目，对于解决和预防类似的设备异常具备一定借鉴意义；
参考文献
[1]余建祖,谢永奇.《电子设备热设计及分析技术》第2版.北京航空航天大学出版社，2008.
[2]恩云飞,来萍,李少平.《电子元器件失效分析技术》.电子工业出版社，2015.
论文作者:李加文
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
标签：编码器论文; 引脚论文; 机器人论文; 发生论文; 异常论文; 湿度论文; 芯片论文; 《电力设备》2017年第15期论文;