總裝車間前后擋風玻璃全流程自動化的應用

劉健華 盧小豪 劉德志 費勁

摘 要：文章以某品牌整車制造企業對前后擋風玻璃涂膠設備改造的案例進行分析。闡述了汽車制造總裝車間前后擋風玻璃安裝工藝實現全流程自動化的技術難點。運用工業機器人、視覺引導、視覺檢測等前沿技術，實現70JPH生產節拍下前后擋風玻璃安裝的全流程自動化，為汽車制造業邁向高端制造提供借鑒與參考。

關鍵詞：前后擋風玻璃;工業機器人;視覺引導;視覺檢測

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-227-05

Application of windshield installation process autonmation

Liu Jianhua，?Lu Xiaohao，?Liu Dezhi，?Fei Jin

（?GAC Honda Automobile Co.，?Ltd，?Guangdong Guangzhou 510700?）

Abstract：?This article analyzes a case in which a branded vehicle manufacturing company has modified the front and rear windshield coating equipment. The technical difficulties of automating the front and rear windshield installation processes in the field of automobile assembly are described. The use of cutting-edge technologies such as industrial robots， visual guidance， and visual inspection to automate the glass installation process of the 70JPH production cycle makes the automotive industry move towards high-end manufacturing. Industry provides reference.

Keywords： Front and rear windscreens;?Industrial robots;?Visual guidance;?Visual inspection

CLC NO.：?U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-227-05

1 前言

1.1?總裝車間前后擋風玻璃安裝工藝

乘用車生產，主要由沖壓、焊裝、涂裝和總裝四大車間組成，總裝車間負責將汽車的零部件安裝到白車身上。裝配工作主要依靠人工，以流水線方式進行生產。前后擋風玻璃是汽車保持密封性的最主要部件之一。前后擋風玻璃的裝配質量直接影響著整車的防漏水、防噪聲性能，進而影響用戶及市場對產品的客觀評價，是總裝車間重點的裝配工藝^[1]。其工藝流程包括：①前后擋風玻璃上料;②玻璃脫脂劑涂布;③加強劑涂布;④玻璃加強劑風干;⑤玻璃膠涂布;⑥玻璃安裝。

1.2?國內整車企業的現狀

國內整車企業傳統的前后擋風玻璃安裝工藝，基本實現了玻璃膠涂布這一流程的自動化。只有極少數新建設的整車生產線（如廣汽乘用車、廣汽新能源、東風日產等），實現了玻璃安裝這一流程的自動化。其它流程（玻璃上料、脫脂劑和加強劑涂布等）仍然以人工作業為主^[2]。

1.3?某品牌整車企業的現狀

某品牌整車企業的前后擋風玻璃涂膠設備（如圖1所示），就是傳統工藝流程的典型案例。前后擋風玻璃涂膠設備主要由玻璃上料工位、加強劑風干工位、玻璃膠涂布工位、等待緩沖工位、玻璃安裝工位組成。其工藝流程（如表1所示）。

1.4?傳統工藝的缺點

（1）作業工時不飽和，人員效率低。

某品牌整車企業的總裝生產線是多車型共線的生產線;不同車型的擋風玻璃的大小和裝配工程編排的差異，導致部分車型的作業工時不飽和，人員效率低。

（2）人工玻璃上料，勞動強度大。

玻璃上料工位，作業人員要彎腰從料架取出玻璃放置在輸送線上，且大車型的玻璃重量約13Kg。該崗位屬于重物搬運崗位，作業人員的勞動強度大。

（3）品質保證方式，人員效率低;

加強劑涂布和玻璃膠涂布的品質，采用人+人的品質保證方式。上料崗位的員工對玻璃涂布脫脂劑和加強劑后，機器人涂布玻璃膠，加強劑和玻璃膠涂布的品質，由玻璃安裝崗位的員工目視確認。

（4）安裝一致性保證難度高。

擋風玻璃安裝是人工作業，2員工配合，在板鏈上安裝擋風玻璃，其安裝的上下和左右間隙會產生波動。

為了克服上述缺點，在原有的設備基礎上進行改造，運用工業機器人、視覺引導技術、視覺檢測技術，實現自動化改造，提升人員效率，提高品質保證能力。

2 前后擋風玻璃全流程自動化

2.1 提升人員效率，實現工藝全流程自動化

隨著人員成本的不斷提高，某品牌整車制造企業在原設備的基礎上改造，實現前后擋風玻璃全流程自動化。該設備是國內首創的在生產節拍70JPH的前提下，實現前后擋風玻璃全流程自動化的設備（如圖2所示）。自動化設備的投入，削減了作業人員12人/雙班，從而提升了人員效率。

其設備主要由3部分組成，①前擋風玻璃預處理設備;②后擋風玻璃預處理設備;③前后擋風玻璃安裝設備。

其中，前擋風玻璃預處理設備（如圖3所示）由5大工位組成：①上料工位②脫脂劑和加強劑涂布工位③風干工位④玻璃膠涂布工位⑤等待緩沖工位。實現了玻璃自動上料功能、脫脂劑和加強劑的自動涂布、加強劑涂布的品質檢測、玻璃膠涂布、玻璃膠的品質檢測等功能。

前后擋風玻璃安裝設備（如圖4所示），主要由①前擋風玻璃翻轉臂②前擋風玻璃對中工作臺③前擋風玻璃安裝機器人④前擋風玻璃視覺引導機器人⑤雙目視覺車體定位相機⑥吊具定位機構⑦NG玻璃輸送線⑧后擋風玻璃視覺引導機器人⑨后擋風玻璃安裝機器人⑩后擋風玻璃對中工作臺⑾后擋風玻璃翻轉臂等構成，實現在懸掛鏈的吊具上進行前后擋風玻璃安裝。該設備是國內首創在懸掛鏈的吊具上實現了前后擋風玻璃安裝。

2.2 玻璃上料自動化，減輕勞動強度

傳統的玻璃上料工藝，都是由人工從玻璃料架取出玻璃，將其搬運至輸送線上，該崗位屬于重物搬運崗位。通過自動化設備，實現玻璃的自動上料，降低了員工的勞動強度。

2.2.1 玻璃料架移動小車

玻璃料架移動小車（如圖5所示）采用了集約化的布局、融合柔性化和智能化的理念進行設計。（如表2所示）

2.2.2 上料機器人

上料機器人的選型主要：①負載能力≥最大車型玻璃的重量與玻璃搬運的夾具重量總和的110%;②作業半徑，滿足最大料架的撥桿作業需求，并考慮機器人性價比。最終選定M50-Ⅱ機器人（負載能力50kg、作業半徑：2061mm）;

2.2.3 玻璃吸取夾具

玻璃吸取夾具是機器人的頭部工裝，用于吸取玻璃，將玻璃從料架搬運至輸送線上。主要由玻璃吸盤、撥桿、玻璃檢測等組成（如圖6所示）。

2.3 視覺檢測技術，保證涂布品質

傳統工藝的玻璃脫脂劑和加強劑的涂布采用人工作業方式，其品質保證采用人+人（前崗位作業+后崗位確認）目視確認的方式，確保加強劑涂布和玻璃膠涂布符合品質的要求。運用工業機器人技術和視覺檢測技術，實現玻璃脫脂劑和加強劑涂布的自動化，視覺檢測提升品質保證能力，替代人工作業，從而提升人員效率。

2.3.1 脫脂劑和加強劑涂布自動化

脫脂劑和加強劑涂布工位，主要由①涂布機器人和槍閥②加強劑視覺檢測③供液系統④對中裝置構成。其主要流程：①玻璃對中夾緊，并識別車型;②機器人根據車型信息調用相應程序，先涂布脫脂劑，再涂加強劑，且滿足涂布要求：寬度滿足12±2mm;③視覺相機對涂布的軌跡進行拍照檢測;

2.3.2 視覺檢測加強劑涂布品質

機器人攜帶的槍閥（如圖7所示）主要由 ①伸縮氣缸 ②脫脂劑槍閥 ③加強劑槍閥 ④視覺相機和光源成組。（如表4所示）

2.2.3 視覺與激光結合，玻璃膠涂布品質檢測

在原有涂膠槍閥增加視覺系統（如圖8所示）。實現對玻璃膠涂布的品質跟隨檢測功能。其主要由①線激光發生器②相機③濾鏡構成。（如表5所示）

運用視覺+激光的檢測系統（激光三角法）^[3]的基本原理，通過激光發生器通過鏡頭將可見紅色激光射向玻璃膠表面，經玻璃膠反射的激光通過接受器鏡頭，被內部的CCD相機接受，根據不同的距離，CCD相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據激光三角分析法則，通過激光和激光回波形成的角度，則可以進行高度和寬度測量^[4]。（如圖9所示）

2.4?玻璃安裝自動化，確保安裝精度的一致性

傳統工藝的擋風玻璃安裝是人工作業，玻璃與車體窗框的配合間隙存在波動，安裝一致性難以保證。玻璃安裝自動化設備（如圖10所示），采用視覺引導機器人進行玻璃安裝定位，可以保證安裝的精度^[5]。

擋風玻璃安裝工藝流程中（如圖11所示），對中工作臺對玻璃夾緊對中和視覺定位（車身定位和窗框輪廓掃描定位），是保證擋風玻璃安裝精度的重點工藝。

2.4.1 玻璃對中工作臺對玻璃對中夾緊

玻璃對中定位臺（如圖12所示）的重復定位精度±0.15mm，保證安裝機器人取玻璃的位置一致性。主要由①橫向對中夾緊機構②縱向對中夾緊機構③夾緊的尼龍滾筒等組成。

2.4.2 視覺定位

吊具進入自動化區域，定位機構固定吊具，雙目視覺進行車身初定位（如圖13所示），精度可達±1.5mm。根據車身的特征點，計算出定位的矢量數據（X、Y、Z、RX、RY、RZ），傳輸給視覺引導機器人（如圖14所示）。視覺引導機器人根據上述數據，調整自身姿態，帶動3D激光輪廓掃描儀對車身窗框輪廓進行掃描，掃描數據擬合成窗框輪廓曲面，與事先設定的模板對比，形成偏差值。偏差值經過共用作標變換，傳送給玻璃安裝機器人，該機器人根據偏差值，調整安裝姿態，進行玻璃安裝。最終安裝精度可以達到±0.15mm。在經過大數據的優化穩定以后，視覺引導的成功率可以達到99.9%以上。

3?結束語

某品牌整車制造企業一直秉承“少投入、快產出、滾動發展”的宗旨。在原有的玻璃涂膠線的基礎上進行改造，新增玻璃上料自動化、玻璃脫脂劑涂布和玻璃加強劑涂布自動化、玻璃安裝自動化。實現前后擋風玻璃安裝全流程自動化，提升了人員效率、削減了生產成本，減輕勞動強度的崗位。同時，其加強劑涂布、玻璃膠涂布和安裝品質，得到大幅度的提升。該設備是國內主流整車生產企業生產節拍最快前后擋風玻璃全流程自動化的設備，并創新性地在懸掛鏈吊具上實現自動化。該設備在2019年5月已驗收，投入使用至今。已生產12萬余輛產品車，實現擋風玻璃 “0”漏水的優良品質，前后擋風玻璃安裝全流程自動化的技術已經得到充分驗證。其他整車生產企業均進行現場的實地考察與交流，希望借鑒并推進。

參考文獻

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