建筑幕墻智能注膠裝備流量檢測反饋補償研究與試驗

馮智寧

（廣州伯樂智能技術(shù)有限公司，廣州 511300）

0 引言

建筑幕墻在這20多年在商業(yè)建筑大廈應(yīng)用相當廣泛。在其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)膠注膠工藝里，通過將幕墻框架與玻璃片安裝起來，接著在玻璃與框架的結(jié)合注結(jié)構(gòu)膠，構(gòu)成足夠強度貼合，所以注膠質(zhì)量的穩(wěn)定對幕墻的安全性和建筑大廈的安全是建筑幕墻的最關(guān)鍵的標準之一。筆者公司研發(fā)的建筑幕墻智能注膠單元[1]，能夠替代人工操作，提升注膠速度，減少節(jié)約材料，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟和社會效益。

本文目的是研究建筑幕墻智能注膠裝備如何更好地提供注膠質(zhì)量，引入了流量檢測反饋補償技術(shù)來實現(xiàn)。本研究在之前研究的建筑幕墻智能注膠裝備基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化升級，增加附加功能，實現(xiàn)設(shè)備的更穩(wěn)定使用。本文研究的流量檢測反饋補償技術(shù)是其中的核心技術(shù)之一。該技術(shù)的研究試驗與成功使用，使智能注膠設(shè)備更智能化；用較低的成本，解決了氣動膠機的穩(wěn)定性不足的問題，使注膠質(zhì)量更為穩(wěn)定，同時提高了效率，節(jié)約了膠材。

1 硬件組成

1.1 流量計

流量計的選用是本項目的核心部件。根據(jù)調(diào)研，市面上大致分為接觸式流量計和非接觸式流量計。接觸式流量計主要是流體介質(zhì)流經(jīng)流量計帶動葉片輪轉(zhuǎn)動，計算單位時間葉片輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)來推算它的流量。非接觸式的有溫度變化感應(yīng)和超聲波感應(yīng)兩種，流體經(jīng)過流量計，通過外圍溫度變化檢測，根據(jù)流體流動帶走熱能多少來推算出流量值。超聲波檢測通過超聲波發(fā)射和反饋接收，檢測流體的流速。

很顯然，這里的流體介質(zhì)是粘稠的膠類，不適合采用接觸式流量計，膠容易堵塞導致葉片輪轉(zhuǎn)動不了，流量計損壞。若采用非接觸方式，通過穩(wěn)定變化檢測，需要流速快、散熱好的流體，顯然流速只有2 L/min以內(nèi)，流速慢，膠散熱也差，不適合使用。所以選用超聲波感應(yīng)這種流量計來檢測。

因此選用了國際品牌基恩士的FD-X夾鉗式流量傳感器，如圖1所示。該流量器安裝方便，只需裝夾在管壁外部即可檢測。流量計精確度高，50 ms響應(yīng)時間的流量精度是±15 mL，按平均1 000 mL/min的注膠流量計算，1.5%的精度能滿足注膠檢測反饋補償需求。

圖1 流量計原理

1.2 注膠機及其管路

注膠機這里采用最通用的氣動式雙組分注膠機[2]，對其進行自動化改造，安裝在智能注膠裝備上，通過擺臂結(jié)構(gòu)，盡量縮短膠管長度，保持與手動注膠大致長度，保證出膠的流量基本與原來的手動注膠一樣。注膠機是用壓縮空氣作為動力，出膠量受壓縮空氣影響而不穩(wěn)定，流量在膠機氣泵上抬和下壓過程中，出膠量變化會比較大，而且使用時間長后管路的膠會逐漸凝固導致堵塞，流量也會慢慢變小。如果沒有流量檢測反饋補償功能，會引起打膠不穩(wěn)定、有空隙或者過于飽滿溢出等情況。

1.3 流量計的安裝與調(diào)整

流量計分為3部分[3]，檢測器、放大器和驅(qū)動器。檢測器依靠管夾安裝在靠近出膠末端的管壁上[4]，放大器安裝在檢測器附件，同時方便調(diào)整設(shè)置參數(shù)。驅(qū)動器通過網(wǎng)線連接到控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)總線連接。

流量計安裝完畢后，需要調(diào)整幾項必須調(diào)整的參數(shù)。初始化設(shè)置需要選擇精確模式。（1）管徑：調(diào)整管外徑，實現(xiàn)精確流量檢測。（2）顯示單位：需要以mL/min顯示及計算。（3）檢測模式：設(shè)置為瞬時流量模式。（4）響應(yīng)時間：設(shè)置為50 ms，相應(yīng)時間越短，延時產(chǎn)生的誤差約小。（5）流動方向：根據(jù)要求設(shè)置好。（6）密度：通過實驗，校正設(shè)置好膠的密度，確保檢測得出數(shù)據(jù)與實際流量相符。

2 理論依據(jù)及軟件組成

2.1 反饋補償理論依據(jù)

流量計測量反饋補償主要理論依據(jù)是根據(jù)注膠需求量和實際出膠量進行對比。注膠過程中瞬時出膠量增大或減少，膠槍行走速度經(jīng)過公式推算成增大或減少關(guān)系。這里只需根據(jù)檢測的流量結(jié)果，使控制系統(tǒng)[5]實時調(diào)整注膠行走軌跡速度即可。另外檢測出膠到灌滿注膠有一個時間差，需要增加延時來調(diào)整注膠軌跡速度。

經(jīng)過核實，算法的研究和試驗，已經(jīng)掌握了補償?shù)姆椒ú⒌贸隽己玫男Ч?/p>

2.2 軟件組成

通過對控制系統(tǒng)的二次開發(fā)，實現(xiàn)流量檢測、補償值計算，膠槍實時速度控制功能。軟件界面如圖2所示。

圖2 軟件界面

（1）數(shù)據(jù)采樣設(shè)定：設(shè)置流量數(shù)據(jù)采樣的方式，過濾無效數(shù)據(jù)，優(yōu)化補償參考的數(shù)據(jù)值。

（2）流量數(shù)據(jù)實時值：通過流量計檢測出來的實時流量。

（3）流量數(shù)據(jù)采樣后平均值：經(jīng)過采樣計算出來的平均流量，用此值參照來對速度進行補償。

（4）速率允許計算開關(guān)：點擊開關(guān)切換，當開關(guān)為“ON”時，流量實施補償調(diào)整膠槍移動速度功能生效；當開關(guān)為“OFF”時，該功能失效。

（5）流量變化參照標準值計算：這里是設(shè)置標準參考值，用于對比實際流量值進行補償膠槍移動速度，分為手動和自動兩種。

（6）流量變化與速率變化的延后參數(shù)：因為流量檢測到注滿膠有一個過程，這個過程有時間差，故需要設(shè)置這里的參數(shù)。

3 補償研究與試驗

3.1 參數(shù)化控制

參數(shù)化控制[6]包含位置控制和速度控制。

（1）位置控制

利用視覺及激光燈技術(shù)的智能定位系統(tǒng)檢測的幕墻的每塊玻璃的角點相對于設(shè)備的坐標，通過輸入玻璃厚、結(jié)構(gòu)膠高、刮膠板與玻璃距離等參數(shù)計算出膠槍出膠扣位置與玻璃側(cè)面的偏移量，控制系統(tǒng)自動推算出各玻璃邊注膠時膠槍的起點、終點的位置和姿態(tài)。

（2）速度控制

假設(shè)流量不變，采用與打膠需求量即膠縫容量來控制膠槍行走的速度。膠槍運行速度：

式中：F為速度；b為結(jié)構(gòu)膠寬；d為結(jié)構(gòu)膠高；k為常量。

通過注膠試驗，速度調(diào)慢些，注膠效果基本均勻飽滿，但是有些余膠溢出。但是實際上由于膠機特特性速度控制上根據(jù)流量的變化，行走速度也是變化的，故增加流量控制功能后，實時行走速度應(yīng)該為：

式中：A為通過公司核心算法計算的實時變化系數(shù)。

通過增加實時變化的A系數(shù)，優(yōu)化好A系數(shù)里面的參數(shù)，經(jīng)過試驗，注膠效果更為理想，溢出膠更少。

3.2 速度補償試驗

手動注膠機的動力源是壓縮空氣，所以出膠流量不能保持一個恒定的狀態(tài)，且膠管長期使用逐漸堵塞，流量也會變小。如果沒有閉環(huán)檢測流量實時補償注膠速度，會導致注膠不滿、不穩(wěn)定或浪費等現(xiàn)象。

在設(shè)備上安裝了流量檢測計進行試驗，膠槍移動速度能夠根據(jù)出膠流量實時變化調(diào)整，可以實現(xiàn)實時反饋補償?shù)墓δ堋?/p>

經(jīng)過試驗，流量在膠機氣泵上抬和下壓過程中，出膠量波動比較大，上抬是壓力可下跌至50%，下壓壓力可上升至140%。故以此段距離測試效果明顯。通過不斷優(yōu)化軟件各項注膠參數(shù)[7]，調(diào)整算法，達到理想均勻的注膠效果。

3.3 開關(guān)流量檢測補償自動注膠的對比

對40塊幕墻進行了開啟和關(guān)掉流量檢測反饋補償功能試驗[8]，進行如下對比。

（1）沒有流量檢測功能

因為膠槍移動速度是勻速的，只能調(diào)低膠槍移動速度，保證氣泵上抬過程壓力下跌流量降低的那一段距離要注滿膠，導致其他位置的注膠溢膠會多些。如果調(diào)高膠槍速度，會導致氣泵上抬過程中那段距離可能出現(xiàn)注膠不滿的現(xiàn)象。

（2）開通流量檢測功能

膠槍移動速度能根據(jù)流量變化，氣泵上抬過程壓力下降，膠槍移動速度相應(yīng)降低，氣動泵下壓過程壓力上升，膠槍移動速度相應(yīng)升高。膠槍移動速度是根據(jù)出膠流量實時變化的，這樣可以調(diào)高注膠速度，也能保證注膠均勻注滿，減少余膠溢出。

測試結(jié)果：開通流量檢測功能對比不開通，節(jié)省膠量10%以上，注膠效率升高10%以上。

4 結(jié)束語

總結(jié)上面流量檢測反饋補償?shù)难芯亢驮囼灒髁糠答佈a償?shù)裙δ芙Y(jié)合參數(shù)化控制，能精確計算注膠用量，驗證了流量補償對注膠質(zhì)量、節(jié)省用膠有明顯提高。通過開啟和關(guān)閉關(guān)流量檢測補償功能，對自動注膠生產(chǎn)的前后對比，得出結(jié)論：流量反饋補償技術(shù)能提升效率10%以上、節(jié)約用膠10%以上，提高打膠質(zhì)量和解決產(chǎn)品安全性等問題。能夠使設(shè)備進一步升級和完善，讓客戶后期對設(shè)備配置提供更多的選擇。