自動上料系統在汽車風窗玻璃安裝中的應用

張永春 黃杰 王海因 葉玉潔 虞瑾 肖鶴晟 陳翼 卞方

摘 要：隨著整體制造水平的提升，國內各汽車主機廠的生產節拍越來越快，汽車前后風窗玻璃安裝工位仍采用多名操作者手動上料及安裝的方式，勞動強度高且生產效率較低。文章主要論述了自動上料系統的組成、在汽車風窗玻璃安裝中的應用及其對總裝工藝的影響。

關鍵字：自動上料系統;生產效率;風窗玻璃

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）21-188-04

Abstract： With the improvement of the overall manufacturing standards， the production cycle time is getting faster. The installation of fixed glass of automobiles still mostly rely on manual operation， with high labor intensity and low production efficiency. This paper mainly discusses the composition of automatic feeding system， its application in the installation of fixed glass and its influence on the general assembly process.

Keywords： Automatic feeding system; Production efficiency; Fixed glass

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）21-188-04

引言

作為直接影響整車密閉性能的重要部件，汽車前后風窗玻璃的安裝質量至關重要。目前國內各主機廠安裝前后風窗玻璃多采用傳統的手動上料及安裝方式，由于風窗玻璃的尺寸及重量均較大，將導致操作者勞動強度大幅增加，生產效率降低。而隨著各主機廠生產節拍越來越快，此種方式的不足之處也日益凸顯，使得風窗玻璃安裝成為了總裝車間的生產瓶頸工位。

1 風窗玻璃安裝的現狀

當前國內主機廠總裝車間生產線節拍較快，而汽車前后風窗玻璃安裝工位大部分采用多名操作者手動安裝的方式：操作者持氣動葫蘆及吸盤，步行至主線外的玻璃涂膠分裝工位，手動吸附風窗玻璃，每塊風窗玻璃重約20kg，然后兩將其吊裝至主線安裝工位，配合使用定位工裝進行安裝。

由于生產節拍較快，操作工需要在主線和分裝線間往復行走吊運風窗玻璃，不僅疲勞度增加，還造成生產現場極大的搬運浪費。同時，該工位操作者在限定節拍內只能完成前后風窗的安裝操作，角窗、飾條的安裝需要安排在其他工位進行，增加了內飾線的工藝安排難度。

2 自動上料系統介紹

為解決上述問題，可在原工位新增一套分步式自動上料系統，該自動上料系統由垂直提升裝置、橫向移載裝置、隨行安裝裝置、軌道電氣組件等四部分組成（見圖1），可以實現風窗玻璃從線邊涂膠工位到主線安裝工位間的自動上料和隨行安裝。

3 自動上料系統工作流程

該自動上料系統各部分結構及工作流程如下：

3.1 垂直提升裝置

風窗玻璃垂直提升裝置布置在主線與涂膠機器人之間，由一套垂直提升電機和兩套真空裝置組成（見圖2）;垂直提升部分垂直矗立在地面，由減速電機驅動鏈輪鏈條，從而帶動提升吸盤部分上下升降，提升吸盤部分安裝有6個吸盤，可以將玻璃涂膠工位涂膠完畢的風窗玻璃吸持，并垂直提高到指定高度，然后由橫向移載部分接持并移走。

提升吸盤部分沿立柱升降采用兩根直線滑軌導向，保障了設備具有足夠的導向精度及低摩擦性。

側面的接近開關安裝在鋁型材上，根據需要，位置可以任意調整。

通過與涂膠機器人的數據交互，提升裝置在機器人完成涂膠后，自動將涂好膠的風窗玻璃舉升到交接高度，供移載裝置進行抓取。

3.2 橫向移載裝置

橫向移載裝置由一套移載電機、兩套真空系統及其他控制元件組成（見圖3），布置在主線上方，通過鋼結構架體固定在廠房鋼結構上。鋼結構架體橫向安裝有一根大橫梁，大橫梁上安裝有兩根直線滑軌，移載吸盤部分通過直線滑軌與大橫梁相連并可橫向移動。驅動電機安裝在大橫梁端頭，通過同步帶驅動移載吸盤部分橫向移動。鋼結構架上安裝有踏板作為維修平臺，方便日常維護。接近開關安裝在鋁型材上，根據需要，位置可以任意調整。橫向移載裝置從垂直舉升處抓取已涂膠的風窗玻璃，根據與涂膠機器人的數據交互，判斷當前抓取的風窗玻璃為前風窗還是后風窗，同時將該工件運送到主線的中心位置，與隨行安裝裝置進行交接。

3.3 隨行安裝裝置

隨行安裝裝置由方車組件、滑座部分、夾具部分、立柱部分、二級升降部分組成，可以將橫向移載裝置送來的工件吸持住，然后跟隨生產線上的車輛一起移動，并將風窗玻璃降至操作者可以操作的高度，然后由操作者進行安裝。

隨行安裝裝置布置在兩條鋁合金軌道下，沿生產線方向可以移動。方車組件通過吊耳連接到鋁合金軌道上，2套立柱部分固定在方車組成下，構成基本的固定架體（見圖5）。方車組成上的驅動電機帶有鏈輪，通過鏈輪和鏈條的驅動，可以使隨行安裝裝置沿鋁合金軌道移動。

滑座部分共有2套，分別通過直線滑軌安裝在兩側立柱部分上，可以沿立柱部分上下升降，兩側的滑座部分通過剛性連接連接到一起（見圖6）。通過一個主驅動氣缸驅動，可以實現上下同步升降。同時每個滑座部分上設置有側升降氣缸，可以驅動二級升降部分升降。

二級升降部分共有2套，分別安裝在兩側的滑座部分上，通過直線導軌與滑座連接，通過側氣缸驅動可上下升降。二級升降部分下面通過直線滑軌連接有夾具部分，并設置有橫向調節氣缸可使夾具部分橫向調節。

夾具部分共有2套，分別安裝在兩側的二級升降部分下表面，通過直線滑軌連接，可以橫向移動。夾具部分由橫向調整機構、風窗吸持機構上下兩部分組成。風窗吸持機構由兩根鏈條吊掛在橫向調整機構下面，由兩側的平衡氣缸驅動，可上下運動，由于平衡氣缸設計有平衡氣路，所以在平衡狀態下，操作者只需要很小的力便可以將風窗拉下來安裝。

最終伸出狀態見圖9：

3.4 軌道電氣組件

軌道電氣組件由機械部分、氣動系統、控制系統三部分組成。

機械部分包括兩條鋁合金軌道，沿生產線中心對稱分布，吊掛在廠房鋼結構下;還包括一條鏈條工字鋼，安裝在廠房鋼結構下面用于驅動縱向隨行部分。其他附件包括開關支架、線速檢測等機構。

升降氣缸設計有氣控單向閥互鎖機構，可防止斷氣后設備下滑。氣源處理件設有壓力檢測，當壓力不符合要求時不啟動系統。風窗吸持機構的平衡氣缸設計有平衡氣路，在平衡狀態下，操作者只需要很小的力便可以將風窗拉下來安裝。真空系統設有數顯真空傳感器，當真空不足時不進行下一步操作。真空吸盤部分使用雙路真空設計，在任何一路真空系統失效時仍然保持有效的吸持能力，避免風窗玻璃脫落。同時設計有單向閥，在系統壓力突然下降時，將真空回路密封。

驅動電機采用變頻調速控制，平穩起動、減速停止，減少系統沖擊，降低驅動功率，同時可以根據需求調節運行速度，以滿足生產節拍?？刂葡到y采用本地和遠程相結合的PLC集中控制方式。垂直提升與橫向移載機構的I/O為本地I/O，所有I/O點均進入集中控制柜。隨行機構I/O為遠程I/O。所有I/O點通過PROFIBUS總線與集中控制柜內的CPU DP接口相連。電機控制電源與制動器電源由集中控制柜直接與電機相連，采用高柔電纜通過拖鏈連接到電機的接線盒內。垂直升降與橫向移載電機通過變頻器采用數字量多段速度選擇的方式調速。隨行機構電機采用數字量多段速度選擇與模擬量速度選擇相結合的方式進行調速。

4 總結及展望

目前，該系統已經成功應用于某主機廠總裝車間并運行良好，相比于傳統的手動上料及安裝方式，該自動上料系統具有以下優勢：

4.1 大幅降低勞動強度

采用該系統后，單片重量超過20KG的風窗玻璃從線邊涂膠單元運送至主線安裝工位將全部實現自動化，操作人員只需在安裝工位等待即可，省去人工搬運的操作，極大的降低了操作者的勞動強度。

4.2 大幅降低人力成本

采用人工上料方式時，玻璃安裝工位需配備多名操作者才能滿足生產節拍。使用自動上料系統后，僅需2名操作者就可完成前后兩塊風窗玻璃的安裝，人力成本優化效果顯著。

4.3 大幅提升生產柔性

該自動上料系統空間利用率高，占地面積小，對原有生產線布局影響小。且該系統的垂直提升裝置、橫向移載裝置、隨行安裝裝置均可實現多段速度、多段行程調節，可兼容多款車型的共線生產，柔性程度大幅提升，可擴展性強。

4.4 優化工藝流程排布

采用該自動上料系統后，操作無需再承擔風窗玻璃的搬運上線工作，減少了人工搬運浪費。同時，在等待風窗玻璃運送到主線期間，操作者可以完成卡子，飾條等零件的安裝，給內飾線的工藝流程排布帶來極大便利。

未來，隨著各主機廠生產節拍的提升，以及對多車型多品種混線生產的需求增加，上述自動上料系統在總裝車間的應用將進一步擴大。

參考文獻

[1] 鄭德權.汽車總裝工藝[J].工業技術，2012，9（4）.

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