深加工鋪紙機以及下片系統的改進與優化

滿 帥,臧東東,車俊華

(中建材凱盛機器人(上海)有限公司,上海 201601)

太陽能光伏玻璃深加工企業越來越多，市場競爭愈發激烈。生產廠家都在通過優化生產工藝、增加自動化設備以及將已有自動化設備升級換代等方法來提高生產效率，以達到降低產品成本，提高自身產品的競爭力的效果。目前，光伏玻璃深加工產線常見的下片鋪紙模式主要有人工下片人工鋪紙和自動化設備下片自動鋪紙兩大類。

1 人工下片的缺點

人工下片人工鋪紙缺點十分明顯：1)由于玻璃是易碎物品，搬運過程中需要十分謹慎，下片和鋪紙過程都由人工完成，長時間的繁重重復勞動，容易出現由于疲勞等引發的安全事故；2)隨著行業趨勢，玻璃的尺寸越來越大，單片玻璃的重量隨之上升，勞動強度隨之增加，工人的效率也隨之降低；3)勞動強度大，導致人員流動性大，產品質量無法保證；4)下片和鋪紙過程需要大量的人員，產品的成本增加；5)需要提前采購大量隔離紙，每一種玻璃規格對應一種紙張規格，也會造成成本的增加。在鋪紙過程也會出現不夠整齊等情況。

2 改進后的鋪紙機的優勢

自動化設備下片有在線鋪紙下片、專機下片、機器人下片等方式，論文以機器人自動下片鋪紙系統來描述。機器人下片抓取方式采用下抓。機器人抓手抓取運行到下片輥道上的玻璃，放到鋪紙機上的玻璃托盤上，然后由鋪紙機進行鋪紙。該方案比人工下片、人工鋪紙更高效、更安全，鋪紙的整齊度更高，也更便于管理。原鋪紙機(如圖1)無牽引、靠風機吹風將紙張懸浮在玻璃之上，通過送紙輥將紙張向前推進。這個無牽引鋪紙機缺點明顯：1)容易受到外部風的影響，如空調、開關門、外部大風等，有逆向風、側向風時會導致紙張送不出去、卷邊卷角等現象；2)受潮濕度影響較大，當包裝房內空氣干燥時，隔離紙易產生靜電；3)玻璃在清洗機經過毛刷摩擦后帶有靜電，會吸附紙張，當紙張被吸附后，送紙輥無法將紙張往前送，需要人工干預，這樣既會影響生產效率，也存在安全隱患。改進后的牽引鋪紙機(如圖2)增加了牽引組件。牽引鋪紙機有夾持氣缸帶著紙張前進，消除了鋪紙機周邊空氣流動和靜電導致送紙困難的問題。牽引鋪紙機既改善了原鋪紙機存在的問題，也保證鋪紙的節拍大約在9～10 s。

3 機器人自動下片鋪紙系統的組成以及介紹

該系統的具體構成如圖3所示，包括一段加速輥道、三段過渡輥道、兩端立交輥道、兩個下片輥道、兩臺機器人抓手、四臺鋪紙機、一臺儲片機、一段人工下片輥道。光伏玻璃經過該下片系統后能實現：玻璃堆垛精度≤±1 mm，鋪紙機的鋪紙精度(8±3)mm(8 mm為紙大于玻璃邊緣)。光伏玻璃經過清洗、磨邊、絲印、鋼化等工序后，流入檢驗輥道以及一系列過渡輥道，然后進入圖3所示的系統。不合格品經過檢驗輥道時，檢驗員按下缺陷按鈕，經過1→2→3→7→8→廢件工位。合格的玻璃經過1→2→3→7→8→9的流向前進，實現機器人下片，鋪紙機鋪紙等過程。當整條深加工線節拍T≥8 s時，可實現機器人自動下片一用一備，也可以兩臺機器人同時工作，每臺機器人各抓50%。當整深加工線節拍5≤T≤8 s時，兩臺機器人必須同時工作，兩臺機器人都需保持在90%～100%的運行速度。

4 相關設備

下片系統輥道上的輥子全部采用全膠輥道，可以確保玻璃在高速運作狀態下無跑偏，不產生劃痕。

加速輥道：主要組成有機架、橫梁、全膠傳動輥、兩臺減速機、兩根主動傳送軸、安全罩殼等組成。兩臺減速機通過同步帶帶動主動傳送軸，從而帶動和其相連全膠傳送輥。全膠傳送輥分兩部分，靠近入口的部分定為A組，靠近出口的部分定為B組。減速電機配有變頻器，通過變頻器分別控制A、B兩組全膠傳送輥的速度。當玻璃進去加速輥道入口時，會觸發A組上的光電傳感器。A組全膠傳送輥會與之前的輥道的速度保持同步，當整片玻璃全部通過A組的光電傳感器，A、B兩組會同時將速度提高到約50 m/min，拉開相鄰玻璃的間距，為后面的相關輥道完成相應動作提供足夠的時間。

立交輥道：立交輥道(如圖4)包括過渡輥道(如圖5)和抬升皮帶機構(如圖6)。抬升皮帶機構的驅動方式主要有兩種，其一是伺服電機驅動，其二是氣缸驅動。圖4(從左往右)第一段立交的驅動為伺服電機，第二段為氣缸驅動。伺服電機驅動的立交輥道的節拍更快，第一個立交輥道需要對應全部的玻璃，而第二段氣缸驅動立交輥道只要承擔一半的玻璃的任務，所需的節拍時間可以降低，從價格方面考慮，可以選擇價格較為低廉的氣缸驅動。過渡輥道主要組成有機架、橫梁、全膠傳動輥、減速機、主動傳送軸、安全罩殼等。減速機通過同步帶帶動主動傳送軸運行。抬升皮帶機構分伺服電機驅動和氣缸驅動。伺服電機驅動的主要組成有抬升機架、伺服電機、曲柄抬升機構、同步帶輸送線組件等。氣缸驅動的抬升皮帶機構主要包括氣缸，其他組件與伺服電機驅動的抬升皮帶機構一致。立交輥道中過渡輥道的全膠傳送輥高于抬升皮帶機構皮帶面，當玻璃從過渡輥道進入立交輥道，立交輥道中過渡輥道帶著玻璃前進，在玻璃前進的過程中會觸發光電傳感器信號(根據玻璃不同的規格尺寸會做相應的延時)。抬升皮帶機構會抬起玻璃脫離過渡輥道，抬起到位時，抬升皮帶線中的同步帶輸送線組件會驅動，帶動玻璃往下片輥道的方向前進，在該過程中，后面的玻璃在過渡輥道的驅動下可以在抬升皮帶機構的空隙中移動到后面的過渡輥道、立交輥道、下片輥道實現下片。這樣能保證兩臺立交輥道同步進行。

下片輥道：主要組成有機架、橫梁、減速機、六根同步帶組件、四套氣缸頂升定位機構以及定位擋塊組件等。當玻璃從立交輥道進入觸發光電開光，六根同步帶啟動帶著玻璃前進，在下片輥道末端有一排定位輪，當玻璃觸碰到一排定位輪時，實現平行深加工線流向方向的定位，四套氣缸頂升定位機構同時頂起，頂起的高度呈一條角度約為20°的斜線，玻璃隨著坡度下滑一排到定位輪上，實現垂直深加工線流向方向的定位，水平和垂直方向定位后，發送信號給機器人實行抓取下片動作。

機器人抓手主要由機器人本體、抓手、機器人布管布線等組成。抓手主要由鋁型材、焊接連接板、有感應提升機構、無感應提升機構、真空發生器、分組閥、過濾器等組成。當下片輥道的定位完成后，給到機器人信號，機械人運行到玻璃所在位置往下探觸發感應提升機構的光電開關，電磁閥控制真空發生器啟動抓取玻璃。隨后機器人按照設定好的軌跡將玻璃放在鋪紙機的托盤上。若抓取的玻璃是在檢查人員檢查時有缺陷的玻璃，機器人抓手則將該玻璃抓取放置在廢件工位。廢件工位靠近護欄開門側，當廢件工位堆滿時，則需要人工將廢件搬出。

牽引鋪紙機：該設備為我司開發并改進的自動鋪紙專機設備。如圖2主要包括托盤臺車、放紙組件、送紙組件、升降傳動組件、導紙組件、牽引組件以及切紙組件。鋪紙機工作時發出可放片信號，機器人從下片輥道上抓取玻璃，放到玻璃托盤上，切紙組件通過伺服電機控制安裝在直線滑塊上的切刀裝置將紙張切斷，隨后導紙組件將紙張切斷處抬升到與牽引組件中的夾持氣缸組同高度，同時牽引組件沿著直線滑臺滑到送紙口，通過牽引組件中的夾持氣缸組夾緊紙張，拉著紙把紙鋪在玻璃上，隨后導紙組件將紙張落至與玻璃面平齊。與此同時，傳送升降組件會通過伺服電機將送紙組件、切紙組件上升一片玻璃厚度的距離，送紙完成后，有壓紙氣缸壓緊紙張，然后等待機器人放下一片玻璃，循環往復，直到堆垛到系統設備的玻璃限額片數前2～3片，會有聲光報警器提醒操作人員做好相關準備。至此完成玻璃深加工線自動下片以及自動鋪紙過程。

護欄主要由立柱、網片以及安全門組成，主要起到安全防護的作用，防止機器人在工作期間意外傷人。護欄上裝有安全門鎖，當機器人對應的左側鋪紙機工作時，同時需要人工從左側進入時，按下左側安全鎖按鈕打開按鈕，機器人會轉到對應的右側鋪紙機工作；同理當機器人對應的鋪紙機工作時，同時人員需要從右側進入時，按下右側安全鎖打開按鈕，機器人會轉到對應的左側鋪紙機工作。

儲片機主要由焊接框架、堆棧籠體框架、四臺絲桿升降機、伺服電機、三臺轉向器等組成。儲片機的主要作用是當機器人抓手或者鋪紙機存在故障時，所有的玻璃直接經過儲片機、人工下片輥道。當人工下片跟不上玻璃來料的速度時，玻璃就儲存在儲片機里面。儲片機可以儲多片玻璃，最開始儲片機的堆棧籠體框架最高位儲存第一片，如有下一片需要儲存時，伺服電機啟動，通過轉向器帶動四臺絲桿提升機上升一個儲片高度，讓堆棧籠體框架第二行(從上往下)儲存下一片玻璃，以此類推。當儲片機儲存滿時觸發光電信號，玻璃不能再進入儲片機，會有聲光報警提醒操作人員。

人工下片輥道主要由機架、減速電機、傳動軸、四根同步帶組件及擋塊組成。當玻璃需要進行抽檢時，質檢橋上的人員指定的玻璃會直接經過儲片機、人工下片輥道進行人工下片檢查。玻璃順著深加工線流向人工下片輥道，人員站在人工下片末端進行下片，人工下片輥道上有光電信號，當輥道上存在玻璃時，后面來的玻璃在儲片機內進行儲存。

5 結 語

隨著光伏玻璃深加工線最重要的設備之一的鋼化爐技術不斷提高，鋼化爐的產能有了顯著的提升。為了不讓鋼化爐產能產生浪費，深加工線其他設備的產能也需要同步提高，包括玻璃下片、自動鋪紙包裝部分。常規的下片鋪紙工藝已不能滿足需求，提高鋪紙機的效率以及鋪紙效果是勢在必行的。牽引鋪紙機在保證鋪紙效果的同時，也滿足了鋪紙節拍，而且性能穩定。論文提出的深加工鋪紙機以及下片系統已在實踐中應用，已經證明該系統可以充分滿足現有鋼化爐設備的產能，保證整條光伏玻璃產線產能的匹配。