基于機器人的汽車風(fēng)擋玻璃自動涂膠裝配運用

羅維

廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司 廣東省廣州市 511434

1 引言

目前在國內(nèi)外汽車制造領(lǐng)域，前后擋風(fēng)玻璃涂膠機多為手動或半自動形式，由機器人抓膠槍，按照程序設(shè)定軌跡給玻璃涂膠，涂膠完成的玻璃通過輸送線送出機器人涂膠工位，由作業(yè)員工將玻璃安裝到車體上。為降低作業(yè)員的勞動負(fù)荷，提高設(shè)備智能化程度，越來越多的總裝車間采用或計劃采用機器人完成涂膠及裝配工作。

2 風(fēng)擋玻璃自動裝配概要

機器人夾持玻璃涂膠、膠槍固定安裝，涂膠完成后機器人自動安裝玻璃。依靠集成在夾具上的激光掃描儀自動檢測安裝位置，安裝精度可達(dá)±1mm ，可滿足質(zhì)量基準(zhǔn)。

2.1 涂膠基本要求

（1）生產(chǎn)節(jié)拍：48s/臺

（2）涂膠品質(zhì)：密封膠材料為單組份聚氨酯粘接劑，涂布全長應(yīng)確保如下圖三角形的斷面形狀，左右對稱，無偏倒。玻璃膠截面形狀為等邊三角形，其中高H=13mm，寬W=8mm，位置精度為±1mm；

（3）車體定位要求：在玻璃裝配工位，車體是固定靜止30秒，作為機器人裝配前、后風(fēng)擋玻璃的作業(yè)時間，車輛輸送線對車輛的綜合定位精度：X/Y方向為±15mm；Z方向為±10mm；X/Y/Z傾斜角度小于±0.2mm

（4）安裝精度：±1mm

2.2 涂膠設(shè)備工藝流程

①通過機械手將風(fēng)擋玻璃上料到皮帶輸送線

②玻璃輸送到皮帶線盡頭后，翻轉(zhuǎn)機將玻璃從輸送線翻轉(zhuǎn)到對中臺對中

③玻璃對中定位

玻璃對中定位OK→機器人進(jìn)行下一步驟

玻璃對中定位NG→機器人將玻璃放置NG臺上并報警聲光提醒

④機器人抓玻璃進(jìn)行涂膠并檢測膠型

膠型檢測OK→機器人進(jìn)行下一步驟

膠型檢測NG→機器人將玻璃放置NG臺上并報警聲光提醒

⑤機器人進(jìn)行視覺定位檢測

視覺檢測OK→機器人進(jìn)行下一步驟

視覺檢測NG→機器人將玻璃放置NG臺上并報警聲光提醒

⑥機器人安裝風(fēng)擋玻璃

⑦機器人回到原位等待

3 風(fēng)擋玻璃自動裝配技術(shù)要求

2套前后擋風(fēng)玻璃自動涂膠及裝配設(shè)備，布置在內(nèi)飾線快速線停止工位，設(shè)備自動完成玻璃的輸送、對中、定位與判別、涂膠及膠形檢測、視覺定位、裝配；整個系統(tǒng)包含機器人系統(tǒng)、供膠系統(tǒng)、玻璃輸送系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

3.1 機器人系統(tǒng)

2臺風(fēng)擋玻璃機器人負(fù)責(zé)抓取完成定位的玻璃進(jìn)行涂膠，并安裝風(fēng)擋玻璃，2臺機器人負(fù)責(zé)車身進(jìn)行掃描定位。規(guī)格：要求有效臂展半徑大于3000mm，負(fù)載大于150kg，重復(fù)定位精度高于±0.06mm，并保證功能。機器人負(fù)責(zé)完成各車型玻璃涂膠作業(yè)的機器人軌跡示教。機器人為7自由度，交流伺服電機系統(tǒng)驅(qū)動。

3.2 涂膠系統(tǒng)

整個項目供膠系統(tǒng)配置為雙泵切換系統(tǒng)+定流量泵+膠溫控制系統(tǒng)；

（1）供膠泵：供膠泵采用壓縮比為57：1以上的高粘度大流量應(yīng)用的氣壓柱塞泵（301cc/沖程），缸體帶加熱功能；供膠泵系統(tǒng)應(yīng)有兩個供膠桶。當(dāng)一個桶空時（設(shè)備應(yīng)自動檢知），具備自動或和手動切換到另一個供膠泵。

（2）定流量泵：使用交流伺服電機，可設(shè)定不同的輸出量，不能有脈動。帶加熱功能，流量可達(dá)80cc/秒。根據(jù)機器人的速度變化等指示，可按照設(shè)定的輸出量，自動調(diào)整各段軌跡的出膠量。定量機流量精度達(dá)到±1%；其輸出量應(yīng)保證涂膠槍在涂膠直線段的移動速度大于400mm/s。

（3）膠溫控制系統(tǒng)：加熱控制器對膠料全程溫控且加熱能力達(dá)到70℃的要求，采用恒溫控制，使涂膠槍口的出膠溫度不會超出20°至35°的范圍，以保證設(shè)備冬天的正常運行。

3.3 輸送系統(tǒng)

（1）涂膠塔：采用鋼結(jié)構(gòu)搭，膠塔頂端安裝自動膠槍，由機器人第七軸電機驅(qū)動可±360°旋轉(zhuǎn)；定量機安裝在涂膠塔橫臂上或豎桿上，同時在膠槍膠嘴的正下方配備自動清膠裝置，通過多氣嘴噴射高壓力壓縮空氣的方式清楚殘膠；

（2）玻璃輸送線：采用雙側(cè)皮帶線形式，H齒型帶，寬度不小于30mm，皮帶表面加膠3mm，采用防止刮傷玻璃的輸送皮帶材料；皮帶輸送速度可調(diào)，保證滿足節(jié)拍；結(jié)構(gòu)為同步帶，動力采用減速電機，皮帶機有支撐系統(tǒng)、漲緊裝置等，按相應(yīng)的間距設(shè)置停止工位，每個工位均設(shè)置感應(yīng)開關(guān)進(jìn)行玻璃檢測；

（3）玻璃對中臺：采用鋁型材組裝，對前后風(fēng)擋玻璃進(jìn)行對中、定位，兼有X、Y方向的測量，并將測量結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，進(jìn)行玻璃類型判定，夾具的對中重復(fù)精度≤±0.1mm，對于不同的車型對中采用編碼器或者位移傳感器裝置識別。

3.4 視覺系統(tǒng)

風(fēng)擋安裝要求的精度較高，消除這種重復(fù)定位誤差的方法通常有兩種，一種是通過保證車身的制造精度和裝配線的定位精度，二是采用先進(jìn)的車身定位誤差檢測系統(tǒng)和機器人軌跡導(dǎo)向技術(shù)，實現(xiàn)玻璃的精確安裝[1]。

（1）膠型檢測裝置：采用固定于膠槍的3D激光掃描儀對膠條進(jìn)行跟蹤掃描，系統(tǒng)可準(zhǔn)確檢測到各處的膠型高度和有無斷膠（可同時在直線段以及轉(zhuǎn)彎段檢測膠型值），檢測精度高于±0.15mm。當(dāng)膠型超出膠高與膠寬范圍時，自動判別為膠型不合格，并立即報警。

（2）車型識別、車身視覺引導(dǎo)系統(tǒng)：對車輛的前、后風(fēng)擋窗框，采用1套粗定位系統(tǒng)，2套精確視覺引導(dǎo)系統(tǒng)分別進(jìn)行定位，以保證生產(chǎn)節(jié)拍。車身三維方位粗定位攝像頭：采用固定安裝的攝像頭，分別從4個不同角度“看”車身的4個不同部位，并從這些圖像中搜索車身的固有特征標(biāo)記點的二維圖像坐標(biāo)，同時根據(jù)各個攝像頭之間的方位關(guān)系以及標(biāo)記點在車體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，這樣在數(shù)學(xué)上就確定了一個最佳的車身方位，并計算出當(dāng)前方位和理論方位之間的矯正矢量（X，Y，Z，RX，RY，RZ），通過矯正矢量，機器人就能調(diào)整其測量軌跡，帶著激光儀對車體的前后風(fēng)擋窗框進(jìn)行掃描、測量；

3.5 電氣控制系統(tǒng)

整個系統(tǒng)的由安全PLC、觸摸屏，以及繼電器、開關(guān)、按鈕、指示燈等電氣輔料組成。人機界面采用觸摸屏，通過人機界面設(shè)定相應(yīng)的工藝參數(shù)。系統(tǒng)中的除機器人供膠系統(tǒng)以及供膠系統(tǒng)外其余外部設(shè)備都分別由總線耦合器作為從站通過Profinet接入總控PLC。同時配有三色指示燈以顯示設(shè)備實時狀態(tài)，出錯具有報警功能。參數(shù)的管理分為三個級別，分別為操作員級，設(shè)備維修級和管理員級。系統(tǒng)軟件還需要提供交互界面連接到防錯，工廠信息以及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。PLC需預(yù)留單獨的以太接口，該接口可以根據(jù)要求任意設(shè)置IP地址。控制柜有電源總開關(guān)，電源總開關(guān)設(shè)置在控制柜外，可編程控制器內(nèi)部梯形圖對各動作的保護(hù)互鎖可靠，其外圍電路對PLC輸出具有可靠保護(hù)。電氣控制發(fā)生故障時，有停機保護(hù)，信號顯示等。

4 結(jié)語

進(jìn)入新時代后，汽車企業(yè)為了提升品牌的競爭力務(wù)必要提高生產(chǎn)的自動化水平，而風(fēng)擋玻璃作為汽車總裝領(lǐng)域最具備自動化條件的工件更因受到行業(yè)的研究。風(fēng)擋玻璃自動涂膠、自動裝配不但減少了玻璃膠水氣味對作業(yè)員的健康損害，同時能極大的保證玻璃貼車的品質(zhì)，防止一致性差導(dǎo)致漏水的發(fā)生，也能夠大幅度的削減作業(yè)員的數(shù)量，提高生產(chǎn)的效率。

但是在自動化設(shè)備提升的同時，為避免自動化帶來的各種故障，需要對涂膠設(shè)備的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行深入研究，避免因為故障對生產(chǎn)帶來的停線影響。