建筑幕墻單元體自動打膠機的工藝研究與試驗

李伯基，馮智寧

（廣州伯樂智能技術有限公司，廣州 511300）

1 引言

我國建筑幕墻近20a 在商業大樓得到了廣泛應用，但建筑幕墻的生產制造依然采用勞動密集型生產為主，自動化生產程度較低。在建筑幕墻的制作工藝中，包括了幕墻的組裝和打膠2 個重要的工藝，這2 個工藝就是將外框體和玻璃板組裝在一起，然后對玻璃與鋁框之間進行打膠，從而將外框體結合在玻璃板上，打膠質量的穩定關乎產品的安全性能和商業大樓的安全，是產品的核心要求。打膠機是建筑幕墻加工中的一個重要單元。在建筑幕墻打膠行業，目前主要的工作方式是全人工操作雙組份打膠機作業，由人工完成對幕墻的組裝和打膠施工【1】。

國內外自動化技術的進步與發展，帶動各行各業對自動化的要求不斷增加，企業期望一種自動打膠的裝置，以替代人工操作，提高效率，降低成本。目前，國外有相關半自動設備但仍未有全自動設備，國內其他單位尚無研發成功的。為了克服現有技術的上述不足，本文介紹一種已研發成功的建筑幕墻單元體自動打膠機，該建筑幕墻單元體自動打膠機能夠替代人工操作，提高打膠效率，降低打膠成本，填補了行業空白。

2 自動打膠機的結構介紹

2.1 整體結構

本文所述的自動打膠機能夠自動地完成建筑幕墻的打膠操作，利用機械臂和視覺系統的配合，在控制器的自動運行下，打膠能夠完全替代人工操作，準確度高。而且該自動打膠機可以設置為移動形式，根據工作需要隨意搬運和轉移。單元體推車在路軌的限位下，運行軌跡固定，從而保證了運輸的準確性和路徑的準確。

結構如圖1 所示，建筑幕墻單元體自動打膠機，包括桁架框體、視覺系統、機械臂、打膠機、單元體及推車。

圖1 整體結構圖

2.2 數字化控制系統

設備采用數字化控制技術，設備控制器采用機器人控制系統進行深度二次開發，友好的人機界面，用輸入參數形式，實現免編程操作。定制的視覺系統軟件采用中控電腦控制，實現視覺硬件采集計算后的數據與設備控制器的數據傳輸交換。控制系統和中控系統組成了設備的大腦，計算控制自動打膠機的運行【2～4】。

2.3 關鍵部件

三軸桁架：負責膠槍、視覺系統的X、Y、Z 直線軸快速高精度運動。三關節機器人負責膠槍的A、B、C 旋轉軸姿態的軌跡運動。視覺相機與激光測距負責測量玻璃角點坐標值并反饋到控制系統。3D 打膠槍：負責結構膠的注射與坐標原點的標定。打膠系統：負責結構膠的輸出與混膠，對傳統的手動打膠機進行自動化、數字化打膠的升級改造。

3 具體工作流程

在單元體推車的運輸下，幕墻單元體移動到桁架框體的正下方。工人掃描幕墻單元體上面的二維碼，自動輸入產品結構膠寬度、深度等參數到控制系統。

啟動設備后，桁架框體上的攝像頭對下方的幕墻單元體進行拍照，拍照完成后，將信息反饋到控制柜的中央控制系統，控制系統根據幕墻單元體的位置自動計算軌跡程序?？刂葡到y將程序命令發送給桁架、機械臂和打膠機，桁架框體接收到指令后，桁架和機械手帶動膠槍調整到相應的位置和姿態，伸入到打膠縫隙里開始打膠。桁架、機械手和打膠機根據程序相互配合，通過流量檢測補償系統，控制出膠運行速度和軌跡，保證打膠的穩定和質量。

打膠完成后，通過送料小車將完成打膠的幕墻移出工作區【5】。

4 工藝研究與試驗

4.1 打膠數字化控制

打膠數字化控制包括位置控制和速度控制。

位置控制：采用視覺系統檢測出幕墻各玻璃的角點位置、角度，通過輸入玻璃厚度c、結構膠高度d、膠槍與玻璃距離a（見圖2）等參數自動計算出注膠位置離玻璃的偏移量，系統自動推算出各邊打膠膠槍的起點、終點的位置和姿態。% %

圖2 參數示意圖

速度控制：我們采用跟打膠需求量（膠縫容量）關聯來控制膠槍行走的速度。行走速度F=K/b×d，其中，F 是速度，b 是結構膠寬度（見圖2），d 是結構膠高度，K 是常量。通過試驗，效果比較理想，基本能達到注膠量較為均勻的要求。

4.2 膠槍刮膠板的創新

膠槍和刮膠板是注膠單元的關鍵部件，類似加工中心的刀具性質。它負責結構膠的注射和刮膠工作。一開始我們試驗的是L 形膠槍（見圖3），效果不理想，膠易出現外溢造成浪費。后來增加活動刮膠板擋膠，解決此膠外溢問題。但由于玻璃厚度、槽偏差大，下槍Z 軸經常誤差大，撞壞膠槍，試驗了膠槍刮膠板一體的打膠槍，通過優化尺寸和材料，得出最終穩定使用的膠槍（見圖4）。

圖3 各種試驗膠槍與刮膠板

圖4 穩定膠槍

4.3 補償反饋試驗

由于人工注膠機采用壓縮氣體作為動力源，出膠量不穩定，而且使用久了易造成管路堵塞，流量也會逐漸減少。如果沒有閉環檢測流量實時補償注膠速度，會導致打膠不滿、不穩定、浪費等現象。

我們嘗試在設備上增加了流量檢測計進行試驗，膠槍移動速度能根據出膠流量實時變化調整。原理是根據測定的標準流量，對實時流量與標準流量進行比對，按流量增大（減少）量與膠槍移動速度增大（減少）量成正比關系，實時調整膠槍移動速度，達到實時反饋補償的效果。

試驗結果表明，開通流量檢測功能比不開此功能時注膠均勻飽滿，沒發現有注膠不滿的情況，節省膠10%以上，注膠速度提升10%以上。

4.4 人工打膠與自動打膠的對比

通過人工打膠和自動打膠機進行打膠幕墻單元體試驗。人工打膠操作中，人需要手持5kg 左右的膠槍和膠管，手動控制開關閥對幕墻單元體的膠縫進行打膠，打膠要一段一段拖動膠槍，溢出到擋邊才算打滿，多打部分還需要刮膠。但是否打滿比較難觀察，完全靠經驗和后續抽檢割膠破壞性試驗。自動打膠操作中，人工輸入或掃描二維碼自動輸入參數，開啟啟動按鈕，設備自動注膠，無需觀察，無溢出多余的膠，故無需刮膠，打完直接推走至下一工位。

對比發現，自動打膠機對比人工打膠有以下優點：降低工人勞動強度，利用三軸桁架與關節機械手滿足打膠空間位姿需要，無需人工拖動膠槍。減少對技術工人依賴和人工的質量不穩定性，將打膠工藝融合至打膠系統中，根據幕墻特征自動規劃打膠軌跡。穩定打膠質量，自動系統對工藝流程管控嚴謹，依靠自動化利用穩定質量，提高產品一致性，減少安全隱患。節約結構膠，利用機器人算法及傳感反饋，精確調節打膠所需膠量，材料利用率綜合可提升20%～25%（見表1），年節約材料費 30 萬～50 萬元【6～8】。

表1 人工注膠和自動注膠用膠量對比表

5 結語

總結上述工藝研究和試驗，數字化控制能解決注膠需求量問題，精確計算注膠用量；刮膠板通過多種結構和材料的試驗創新出適合自動注膠的一體膠槍刮膠板；流量補償反饋等試驗驗證了流量補償可顯著提升注膠質量。并通過了人工打膠和自動打膠的試驗對比，得出以下結論：自動打膠機提升效率10%、節約用膠20%～25%，提高打膠質量和解決產品安全性等問題。使設備能夠產業化，產生較大社會效益和經濟效益。