總裝車間前后擋風(fēng)玻璃全流程自動(dòng)化的應(yīng)用

劉健華 盧小豪 劉德志 費(fèi)勁

摘 要：文章以某品牌整車制造企業(yè)對(duì)前后擋風(fēng)玻璃涂膠設(shè)備改造的案例進(jìn)行分析。闡述了汽車制造總裝車間前后擋風(fēng)玻璃安裝工藝實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化的技術(shù)難點(diǎn)。運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人、視覺(jué)引導(dǎo)、視覺(jué)檢測(cè)等前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)70JPH生產(chǎn)節(jié)拍下前后擋風(fēng)玻璃安裝的全流程自動(dòng)化，為汽車制造業(yè)邁向高端制造提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：前后擋風(fēng)玻璃;工業(yè)機(jī)器人;視覺(jué)引導(dǎo);視覺(jué)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）09-227-05

Application of windshield installation process autonmation

Liu Jianhua，?Lu Xiaohao，?Liu Dezhi，?Fei Jin

（?GAC Honda Automobile Co.，?Ltd，?Guangdong Guangzhou 510700?）

Abstract：?This article analyzes a case in which a branded vehicle manufacturing company has modified the front and rear windshield coating equipment. The technical difficulties of automating the front and rear windshield installation processes in the field of automobile assembly are described. The use of cutting-edge technologies such as industrial robots， visual guidance， and visual inspection to automate the glass installation process of the 70JPH production cycle makes the automotive industry move towards high-end manufacturing. Industry provides reference.

Keywords： Front and rear windscreens;?Industrial robots;?Visual guidance;?Visual inspection

CLC NO.：?U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-227-05

1 前言

1.1?總裝車間前后擋風(fēng)玻璃安裝工藝

乘用車生產(chǎn)，主要由沖壓、焊裝、涂裝和總裝四大車間組成，總裝車間負(fù)責(zé)將汽車的零部件安裝到白車身上。裝配工作主要依靠人工，以流水線方式進(jìn)行生產(chǎn)。前后擋風(fēng)玻璃是汽車保持密封性的最主要部件之一。前后擋風(fēng)玻璃的裝配質(zhì)量直接影響著整車的防漏水、防噪聲性能，進(jìn)而影響用戶及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的客觀評(píng)價(jià)，是總裝車間重點(diǎn)的裝配工藝^[1]。其工藝流程包括：①前后擋風(fēng)玻璃上料;②玻璃脫脂劑涂布;③加強(qiáng)劑涂布;④玻璃加強(qiáng)劑風(fēng)干;⑤玻璃膠涂布;⑥玻璃安裝。

1.2?國(guó)內(nèi)整車企業(yè)的現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)整車企業(yè)傳統(tǒng)的前后擋風(fēng)玻璃安裝工藝，基本實(shí)現(xiàn)了玻璃膠涂布這一流程的自動(dòng)化。只有極少數(shù)新建設(shè)的整車生產(chǎn)線（如廣汽乘用車、廣汽新能源、東風(fēng)日產(chǎn)等），實(shí)現(xiàn)了玻璃安裝這一流程的自動(dòng)化。其它流程（玻璃上料、脫脂劑和加強(qiáng)劑涂布等）仍然以人工作業(yè)為主^[2]。

1.3?某品牌整車企業(yè)的現(xiàn)狀

某品牌整車企業(yè)的前后擋風(fēng)玻璃涂膠設(shè)備（如圖1所示），就是傳統(tǒng)工藝流程的典型案例。前后擋風(fēng)玻璃涂膠設(shè)備主要由玻璃上料工位、加強(qiáng)劑風(fēng)干工位、玻璃膠涂布工位、等待緩沖工位、玻璃安裝工位組成。其工藝流程（如表1所示）。

1.4?傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)

（1）作業(yè)工時(shí)不飽和，人員效率低。

某品牌整車企業(yè)的總裝生產(chǎn)線是多車型共線的生產(chǎn)線;不同車型的擋風(fēng)玻璃的大小和裝配工程編排的差異，導(dǎo)致部分車型的作業(yè)工時(shí)不飽和，人員效率低。

（2）人工玻璃上料，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

玻璃上料工位，作業(yè)人員要彎腰從料架取出玻璃放置在輸送線上，且大車型的玻璃重量約13Kg。該崗位屬于重物搬運(yùn)崗位，作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（3）品質(zhì)保證方式，人員效率低;

加強(qiáng)劑涂布和玻璃膠涂布的品質(zhì)，采用人+人的品質(zhì)保證方式。上料崗位的員工對(duì)玻璃涂布脫脂劑和加強(qiáng)劑后，機(jī)器人涂布玻璃膠，加強(qiáng)劑和玻璃膠涂布的品質(zhì)，由玻璃安裝崗位的員工目視確認(rèn)。

（4）安裝一致性保證難度高。

擋風(fēng)玻璃安裝是人工作業(yè)，2員工配合，在板鏈上安裝擋風(fēng)玻璃，其安裝的上下和左右間隙會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。

為了克服上述缺點(diǎn)，在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人、視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)、視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造，提升人員效率，提高品質(zhì)保證能力。

2 前后擋風(fēng)玻璃全流程自動(dòng)化

2.1 提升人員效率，實(shí)現(xiàn)工藝全流程自動(dòng)化

隨著人員成本的不斷提高，某品牌整車制造企業(yè)在原設(shè)備的基礎(chǔ)上改造，實(shí)現(xiàn)前后擋風(fēng)玻璃全流程自動(dòng)化。該設(shè)備是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的在生產(chǎn)節(jié)拍70JPH的前提下，實(shí)現(xiàn)前后擋風(fēng)玻璃全流程自動(dòng)化的設(shè)備（如圖2所示）。自動(dòng)化設(shè)備的投入，削減了作業(yè)人員12人/雙班，從而提升了人員效率。

其設(shè)備主要由3部分組成，①前擋風(fēng)玻璃預(yù)處理設(shè)備;②后擋風(fēng)玻璃預(yù)處理設(shè)備;③前后擋風(fēng)玻璃安裝設(shè)備。

其中，前擋風(fēng)玻璃預(yù)處理設(shè)備（如圖3所示）由5大工位組成：①上料工位②脫脂劑和加強(qiáng)劑涂布工位③風(fēng)干工位④玻璃膠涂布工位⑤等待緩沖工位。實(shí)現(xiàn)了玻璃自動(dòng)上料功能、脫脂劑和加強(qiáng)劑的自動(dòng)涂布、加強(qiáng)劑涂布的品質(zhì)檢測(cè)、玻璃膠涂布、玻璃膠的品質(zhì)檢測(cè)等功能。

前后擋風(fēng)玻璃安裝設(shè)備（如圖4所示），主要由①前擋風(fēng)玻璃翻轉(zhuǎn)臂②前擋風(fēng)玻璃對(duì)中工作臺(tái)③前擋風(fēng)玻璃安裝機(jī)器人④前擋風(fēng)玻璃視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人⑤雙目視覺(jué)車體定位相機(jī)⑥吊具定位機(jī)構(gòu)⑦NG玻璃輸送線⑧后擋風(fēng)玻璃視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人⑨后擋風(fēng)玻璃安裝機(jī)器人⑩后擋風(fēng)玻璃對(duì)中工作臺(tái)⑾后擋風(fēng)玻璃翻轉(zhuǎn)臂等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)在懸掛鏈的吊具上進(jìn)行前后擋風(fēng)玻璃安裝。該設(shè)備是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)在懸掛鏈的吊具上實(shí)現(xiàn)了前后擋風(fēng)玻璃安裝。

2.2 玻璃上料自動(dòng)化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

傳統(tǒng)的玻璃上料工藝，都是由人工從玻璃料架取出玻璃，將其搬運(yùn)至輸送線上，該崗位屬于重物搬運(yùn)崗位。通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)玻璃的自動(dòng)上料，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2.1 玻璃料架移動(dòng)小車

玻璃料架移動(dòng)小車（如圖5所示）采用了集約化的布局、融合柔性化和智能化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。（如表2所示）

2.2.2 上料機(jī)器人

上料機(jī)器人的選型主要：①負(fù)載能力≥最大車型玻璃的重量與玻璃搬運(yùn)的夾具重量總和的110%;②作業(yè)半徑，滿足最大料架的撥桿作業(yè)需求，并考慮機(jī)器人性價(jià)比。最終選定M50-Ⅱ機(jī)器人（負(fù)載能力50kg、作業(yè)半徑：2061mm）;

2.2.3 玻璃吸取夾具

玻璃吸取夾具是機(jī)器人的頭部工裝，用于吸取玻璃，將玻璃從料架搬運(yùn)至輸送線上。主要由玻璃吸盤、撥桿、玻璃檢測(cè)等組成（如圖6所示）。

2.3 視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，保證涂布品質(zhì)

傳統(tǒng)工藝的玻璃脫脂劑和加強(qiáng)劑的涂布采用人工作業(yè)方式，其品質(zhì)保證采用人+人（前崗位作業(yè)+后崗位確認(rèn)）目視確認(rèn)的方式，確保加強(qiáng)劑涂布和玻璃膠涂布符合品質(zhì)的要求。運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)玻璃脫脂劑和加強(qiáng)劑涂布的自動(dòng)化，視覺(jué)檢測(cè)提升品質(zhì)保證能力，替代人工作業(yè)，從而提升人員效率。

2.3.1 脫脂劑和加強(qiáng)劑涂布自動(dòng)化

脫脂劑和加強(qiáng)劑涂布工位，主要由①涂布機(jī)器人和槍閥②加強(qiáng)劑視覺(jué)檢測(cè)③供液系統(tǒng)④對(duì)中裝置構(gòu)成。其主要流程：①玻璃對(duì)中夾緊，并識(shí)別車型;②機(jī)器人根據(jù)車型信息調(diào)用相應(yīng)程序，先涂布脫脂劑，再涂加強(qiáng)劑，且滿足涂布要求：寬度滿足12±2mm;③視覺(jué)相機(jī)對(duì)涂布的軌跡進(jìn)行拍照檢測(cè);

2.3.2 視覺(jué)檢測(cè)加強(qiáng)劑涂布品質(zhì)

機(jī)器人攜帶的槍閥（如圖7所示）主要由 ①伸縮氣缸 ②脫脂劑槍閥 ③加強(qiáng)劑槍閥 ④視覺(jué)相機(jī)和光源成組。（如表4所示）

2.2.3 視覺(jué)與激光結(jié)合，玻璃膠涂布品質(zhì)檢測(cè)

在原有涂膠槍閥增加視覺(jué)系統(tǒng)（如圖8所示）。實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃膠涂布的品質(zhì)跟隨檢測(cè)功能。其主要由①線激光發(fā)生器②相機(jī)③濾鏡構(gòu)成。（如表5所示）

運(yùn)用視覺(jué)+激光的檢測(cè)系統(tǒng)（激光三角法）^[3]的基本原理，通過(guò)激光發(fā)生器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向玻璃膠表面，經(jīng)玻璃膠反射的激光通過(guò)接受器鏡頭，被內(nèi)部的CCD相機(jī)接受，根據(jù)不同的距離，CCD相機(jī)可以在不同的角度下“看見(jiàn)”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)激光三角分析法則，通過(guò)激光和激光回波形成的角度，則可以進(jìn)行高度和寬度測(cè)量^[4]。（如圖9所示）

2.4?玻璃安裝自動(dòng)化，確保安裝精度的一致性

傳統(tǒng)工藝的擋風(fēng)玻璃安裝是人工作業(yè)，玻璃與車體窗框的配合間隙存在波動(dòng)，安裝一致性難以保證。玻璃安裝自動(dòng)化設(shè)備（如圖10所示），采用視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行玻璃安裝定位，可以保證安裝的精度^[5]。

擋風(fēng)玻璃安裝工藝流程中（如圖11所示），對(duì)中工作臺(tái)對(duì)玻璃夾緊對(duì)中和視覺(jué)定位（車身定位和窗框輪廓掃描定位），是保證擋風(fēng)玻璃安裝精度的重點(diǎn)工藝。

2.4.1 玻璃對(duì)中工作臺(tái)對(duì)玻璃對(duì)中夾緊

玻璃對(duì)中定位臺(tái)（如圖12所示）的重復(fù)定位精度±0.15mm，保證安裝機(jī)器人取玻璃的位置一致性。主要由①橫向?qū)χ袏A緊機(jī)構(gòu)②縱向?qū)χ袏A緊機(jī)構(gòu)③夾緊的尼龍滾筒等組成。

2.4.2 視覺(jué)定位

吊具進(jìn)入自動(dòng)化區(qū)域，定位機(jī)構(gòu)固定吊具，雙目視覺(jué)進(jìn)行車身初定位（如圖13所示），精度可達(dá)±1.5mm。根據(jù)車身的特征點(diǎn)，計(jì)算出定位的矢量數(shù)據(jù)（X、Y、Z、RX、RY、RZ），傳輸給視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人（如圖14所示）。視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人根據(jù)上述數(shù)據(jù)，調(diào)整自身姿態(tài)，帶動(dòng)3D激光輪廓掃描儀對(duì)車身窗框輪廓進(jìn)行掃描，掃描數(shù)據(jù)擬合成窗框輪廓曲面，與事先設(shè)定的模板對(duì)比，形成偏差值。偏差值經(jīng)過(guò)共用作標(biāo)變換，傳送給玻璃安裝機(jī)器人，該機(jī)器人根據(jù)偏差值，調(diào)整安裝姿態(tài)，進(jìn)行玻璃安裝。最終安裝精度可以達(dá)到±0.15mm。在經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)的優(yōu)化穩(wěn)定以后，視覺(jué)引導(dǎo)的成功率可以達(dá)到99.9%以上。

3?結(jié)束語(yǔ)

某品牌整車制造企業(yè)一直秉承“少投入、快產(chǎn)出、滾動(dòng)發(fā)展”的宗旨。在原有的玻璃涂膠線的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，新增玻璃上料自動(dòng)化、玻璃脫脂劑涂布和玻璃加強(qiáng)劑涂布自動(dòng)化、玻璃安裝自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)前后擋風(fēng)玻璃安裝全流程自動(dòng)化，提升了人員效率、削減了生產(chǎn)成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的崗位。同時(shí)，其加強(qiáng)劑涂布、玻璃膠涂布和安裝品質(zhì)，得到大幅度的提升。該設(shè)備是國(guó)內(nèi)主流整車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)節(jié)拍最快前后擋風(fēng)玻璃全流程自動(dòng)化的設(shè)備，并創(chuàng)新性地在懸掛鏈吊具上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該設(shè)備在2019年5月已驗(yàn)收，投入使用至今。已生產(chǎn)12萬(wàn)余輛產(chǎn)品車，實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)玻璃 “0”漏水的優(yōu)良品質(zhì)，前后擋風(fēng)玻璃安裝全流程自動(dòng)化的技術(shù)已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。其他整車生產(chǎn)企業(yè)均進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地考察與交流，希望借鑒并推進(jìn)。

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