汽車擋風玻璃涂膠系統配置研究與優化

摘要：在汽車擋風玻璃的涂膠過程中，涂膠系統需要完成玻璃運輸、定位、玻璃辨識、涂膠及仿形作業。因此，在涂膠系統中必須包涵玻璃運輸設備、定位裝置、玻璃辨識裝置、機器人仿形設備、供膠系統設備、膠料保壓系統等。本文根據現場使用經驗，對涂膠系統中的設備配置以及PLC對設備間的連鎖控制進行研究總結，并提出優化配置及控制方案，以滿足汽車擋風玻璃涂膠裝配的質量要求。

關鍵詞：機器人仿形；涂膠系統；擋風玻璃；PLC；連鎖控制；配置優化；

在上汽通用五菱總裝車間中，累積使用五套涂膠系統設備，然而，涂膠系統的結構原理大致相同。涂膠機主要包括玻璃上料與下料的運輸系統、玻璃定位于玻璃類型辨識系統、機器人仿形與涂膠系統、膠泵供膠系統、膠料保壓系統、電控連鎖系統、安全保護系統等。

1 涂膠系統配置現狀及研究

1.1 涂膠系統組成概念

1.2 玻璃運輸系統

在上汽通用五菱總裝車間的5條生產線中，玻璃運輸系統主要有以下幾個方式：一是鏈條輸送玻璃配合真空拾取的玻璃下料裝置；二是雙面轉臺配合機器人運輸玻璃的形式組合。在鏈條運輸系統中，包括上料工位、移動工位、涂膠及仿形工位、下料工位，使玻璃在不斷的改變工位狀態，進而實現玻璃間續不斷的進行涂膠仿形作業，實現連續生產的循環。而在轉臺輸送系統中，轉臺兩面相互180度的角度切換，對轉臺兩面命名為上料位與工作位，轉臺轉動過程中，不斷的切換上料位與工作位，實現連續作業的循環。但是，當使用轉臺運輸玻璃時，需要機器人配合搬運擋風玻璃，具體需要在涂膠仿形作業中闡述。

1.3 玻璃定位裝置

目前，玻璃定位、對中原理大致相同，均采用夾具定位。驅動元件主要選擇氣缸，有的使用氣缸驅動齒輪齒條夾具配合固定斷檔，有的使用氣缸配合活動斷檔等玻璃定位對中方式。由于選擇玻璃運輸方式的不同，導致玻璃定位方式也有差異，最終將決定玻璃涂膠仿形作業的形式。

1.4 玻璃類型辨識方式

汽車制造混裝線中，要求涂膠系統具有一定的兼容性，具有對多種玻璃進行涂膠作業的能力，因此，根據玻璃外形及尺寸識別玻璃是一項必不可少的作業過程。目前，主要有兩種識別方式，一是數字量識別，二是模擬量識別。使用數字量識別時，將開關矩陣組安裝在對中夾具上，當某種擋風玻璃上料并夾緊完成時，開關矩陣中的開關點轉化成數字“1”或“0”，并將數據送到PLC中，進而識別玻璃類型。當使用模擬量識別玻璃時，主要使用模擬量傳感器，將玻璃尺寸數據轉換位可以識別的模擬量數據，并將模擬量數據送到PLC控制器中進行比較匹配，最終確定玻璃類型。

1.5 機器人仿形與涂膠方式

在整個涂膠仿形作業中，根據涂膠槍嘴的固定方式的不同，機器人也完成不同的作業方式。當涂膠膠槍安裝在機器人的內部軸的手臂上，此時，只有玻璃位置固定，而機器人只進行仿形及同步涂膠作業，而不承擔玻璃搬運作業。當涂膠膠槍安裝在機器人外部軸時，外部軸具有相對固定的位置，屆時，機器人內部軸需配置玻璃的拾取工具，進而拾取玻璃同時進行仿形作業，而涂膠作業由外部軸控制的涂膠槍完成。總結為膠槍固定與膠槍移動的兩種仿形涂膠作業。

1.6 膠料供應系統

膠料供應系統多為雙泵桶裝切換系統，該系統主要包括膠料輸送管道、膠料加熱系統、膠泵、驅動裝置等。在各個汽車制造廠家中，膠泵系統的配置大同小異，主要區別在膠泵的驅動裝置，分別是氣缸驅動和液壓缸驅動，根據不同的膠量和壓力使用不同驅動動力。而上汽通用五菱總裝線上均使用氣缸驅動的形式，滿足現場的膠量要求，運行以來比較穩定。

1.7 膠料定量及保壓系統

在涂膠過程中，根據不同擋風玻璃的需要，對膠量有一定的要求，需要可靠穩定的膠料定量及保壓裝置。國內使用最多的有兩種膠量定量及保壓裝置，其一是交流伺服控制膠料定量機，其二是直流伺服控制的齒輪泵。定量機系統對膠量控制比較準確，在涂膠作業過程中，機器人運動速度信號傳遞信號到涂膠系統，而涂膠系統將出膠流量信號反饋給機器人控制器，實現膠量輸出的閉環控制

1.8 連鎖控制系統

由PLC控制涂膠作業的邏輯。具體邏輯過程如下：擋風玻璃上料，控制系統檢測玻璃的存在性；如玻璃存在，則系統進行玻璃搬運或者玻璃夾緊定位；玻璃運輸到位且夾緊定位完成，此時，PLC控制器將接受玻璃類型檢測的信號進行玻璃辨識，并形成玻璃類型信號；當玻璃傳送到應到位置并且夾緊定位準確時，PLC控制系統通過以太網（或其他通信設備）將玻璃類型信號傳送到機器人控制器；機器人得到玻璃類型信號后，觸發機器人主程序，同時將玻璃類型信號、啟動涂膠系統信號傳送給涂膠定機系統或齒輪泵控制系統；隨后，機器人動作，進行搬運、仿形作業，涂膠系統接收到玻璃類型信號時，觸發與機器人仿形作業同步的涂膠作業；機器人仿形完成時，機器人主程序輸出停止涂膠系統信號，同時將涂膠完成信號反饋給PLC控制器；PLC控制器接收到涂膠完成信號時，控制器輸出玻璃下料動作，完成整個涂膠作業過程。1.9 安全保護設施

目前，國內絕大部分涂膠機器人系統使用光幕、安全門來保護人員及設備的安全。

2. 涂膠系統配置優化

2.1 選擇固定膠槍的配置方式

涂膠形式分為兩種，即膠槍固定與膠槍移動。本文推薦膠槍固定的方式，因為膠槍移動會帶來諸多的負面影響。首先，膠槍移動方式必須將膠槍安裝在機器人的內部軸的手臂上，而輸送膠管也必須固定在機器人的手臂上，增加了機器人的動載荷，減少機器人壽命；其二，輸送膠管在運動過程中，膠量閉環控制系統很難掌握膠管對膠量滯后環節的影響效果，不利于閉環控制的穩定性。

2.2 玻璃存在性檢測裝置優化

在擋風玻璃辨識之前，先要確定玻璃存在性，如玻璃存在則進行玻璃辨識，如玻璃不存在則無須辨識。所以，要求選擇可靠的玻璃存在信號檢測裝置，建議選擇行程開關，盡可能不要選擇接近開關。當將玻璃放到上料臺時，不同玻璃的尺寸與弧面都不是唯一的，而接近開關的感應距離是相對穩定的，所以玻璃弧面或尺寸都不能與接近開關的感應距離相互適配，因此，接近開關作為玻璃存在的檢查裝置不能滿足玻璃的多樣性要求，也不能滿足設備的兼容性要求。

2.3 玻璃類型辨識裝置優化

玻璃類型辨識，常用兩種方式，其一就是開關量檢測，其二是模擬量檢測。開關量檢測，主要是靠安裝在夾具上的開關矩陣來實現的，根據不同玻璃的寬度，檢測到相應開關矩陣中的信號，而開關矩陣中主要使用的是行程開關，信號獲取穩定可靠。當在現實生產中，選中的玻璃大小不一，玻璃類型數量眾多的情況下，開關矩陣將十分龐大，甚至有可能影響夾具的工作。模擬量檢測，檢測范圍比較大，也不干涉夾具的動作，能滿足玻璃類型數量多的要求，兼容多總玻璃的識別。但是，模擬量檢測信號有漂移，當外部電壓有波動時，模擬量檢測出現漂移，一旦漂移，反饋到PLC控制器的模擬量數據將跳出程序中匹配的數據范圍，最終無法識別到玻璃類型。

對此，本文建議，玻璃辨識可選擇用開關量檢測與模擬量檢測的組合模式。當玻璃尺寸相近時，使用開關量檢測，當玻璃尺寸差別較大時，選用模擬量檢測識別。既可以保持設備檢測的穩定性，又可以提高設備的兼容性。

2.4 膠料定量系統與保壓系統改善

根據不同的使用場合，如對膠量控制比較嚴格，則建議使用定量機系統。在定量機系統中，定量機作為供系統與涂膠過程中轉裝置，所以，該系統中，膠泵系統與涂膠過程相互獨立，因此，定量機系統對膠量的控制比較精確。在直流伺服控制的齒輪泵的保壓系統中，供膠系統與保壓系統串聯，最終將膠料壓力脈動傳遞到膠槍嘴，對涂膠作業有波動的影響，而膠料的補充帶有滯后環節。因此，齒輪泵保壓定量能力不如定量機精確。

然而，直流伺服控制的齒輪泵保壓系統可以改善，可以改成交流變頻控制。首先，直流伺服控制選用的裝備費用高，僅直流調速板將近一萬元。變頻調速控制齒輪泵作為膠料保壓系統構造簡單，只需通用變頻器一臺，交流電機一臺，控制簡單，簡化控制電路，利于維護，維護成本低，設備穩定性、可靠性得到提高。

當然，在機器人仿形程序中，需要匹配機器人運行速度與齒輪泵的電機轉速，才能保證出膠量的穩定性。當機器人仿形到擋風玻璃的四角時，此時需要改變膠槍嘴的方向、需要減緩機器人運行的速度、機器人仿形程序需要輸出轉角匹配信號，通過設備網通訊告知齒輪泵的變頻器。當變頻器收到機器人傳遞來的轉角匹配信號時，片選信號選擇相應的頻率輸出信號，使齒輪泵電機轉速匹配機器人運行速度。

2.5 系統安全策劃

無論選擇哪種控制器，都必須要嚴格明確兩項任務，一是安全任務，二是工藝作業任務。涂膠系統為比較復雜的機、電、液、氣混合作業方式，因此，人員的安全、設備的安全不容忽視。因此，本文建議，在控制方面，推薦使用安全伴侶控制器，專職控制安全信號。另外，光幕的布置應覆蓋包圍整個機器人運作的空間，包括，前、后、左、右、頂部等方向都應該安裝光幕。一旦機器人失控、或者玻璃飛濺、雜物墜落等物品遮住光幕，隨時都能停止機器人作業，已保護設備安全及人員安全。

3. 結束語

通過對涂膠系統配置的現狀考察與研究，對涂膠系統設備在運行過程中出現的問題進行初步總結，并提出本人的改善觀點，尤其是對玻璃類型信號的識別配置、玻璃存在信號使用配置、交流變頻控制齒輪泵改善優化、涂膠機器人作業系統的安全方面提出一些建議和看法。以上改善均在上汽通用五菱汽車股份有限公司總裝車間擋風玻璃自動涂膠系統得到了運用，確保設備運行的可靠性和穩定性、同時滿足了擋風玻璃對膠量及膠型的質量要求，取得較好的響應、成本、質量及安全效果。

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