工業(yè)機(jī)器人在汽車玻璃行業(yè)的應(yīng)用探究

葉至東

摘 要：在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，機(jī)器人技術(shù)迎來(lái)了突破式發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸廣泛。本文以工業(yè)機(jī)器人在汽車玻璃行業(yè)中的應(yīng)用為題，通過(guò)結(jié)合實(shí)例的方式，對(duì)汽車玻璃生產(chǎn)流程和工業(yè)機(jī)器人在其中的運(yùn)用進(jìn)行研究，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 汽車玻璃 追蹤系統(tǒng)

Research on the Application of Industrial Robots in the Automotive Glass Industry

Ye Zhidong

Abstract：In the context of the rapid development of science and technology， robotics has ushered in a breakthrough development， and its application in the industrial field is gradually widespread. This article takes the application of industrial robots in the automotive glass industry as the topic， and studies the automotive glass production process and the application of industrial robots in it by combining examples， hoping to provide reference for related industries.

Key words：industrial robots， automotive glass， tracking system

1 引言

在工業(yè)機(jī)器人尚未應(yīng)用之前，汽車玻璃行業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，需要大量的人工操作，但這種生產(chǎn)加工方式，很難確保玻璃的生產(chǎn)質(zhì)量，再加上操作空間有限，導(dǎo)致膠體被大量浪費(fèi)，脫膠也不夠充分，汽車玻璃生產(chǎn)成本隨之增加。此外，長(zhǎng)期進(jìn)行脫膠作業(yè)和高空作業(yè)還會(huì)威脅人員安全。而應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人改造生產(chǎn)方式，則有助于上述問(wèn)題的解決，因此，對(duì)此項(xiàng)課題進(jìn)行研究，其意義十分重大。

2 工業(yè)機(jī)器人在玻璃加工中的應(yīng)用

在玻璃加工中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，首先需要分析機(jī)器人的應(yīng)用情況，并建立機(jī)器人控制體系，在正式應(yīng)用前，需要通過(guò)試驗(yàn)的方式，對(duì)機(jī)器人功能進(jìn)行調(diào)試，確保機(jī)器人在汽車玻璃加工中發(fā)揮應(yīng)有的作用。其次，還要基于汽車玻璃生產(chǎn)情況，總結(jié)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用方法，通過(guò)搬運(yùn)檢驗(yàn)體系的建立，分析機(jī)器人搬運(yùn)玻璃的安全程度，同時(shí)在試驗(yàn)平臺(tái)中運(yùn)行玻璃搬運(yùn)方法，評(píng)價(jià)機(jī)器人代替人工作業(yè)的效果。再次，還要在更加細(xì)致的工作環(huán)境中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，讓機(jī)器人參與到上料作業(yè)。在利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)檢驗(yàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用效果時(shí)，應(yīng)做好參數(shù)的設(shè)置，通過(guò)這種方式總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，為機(jī)器人使用方法的調(diào)整，創(chuàng)造有利的條件。實(shí)踐結(jié)果表明，在汽車玻璃行業(yè)中運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人取代傳統(tǒng)工作模式，可以促進(jìn)工作效率和工作質(zhì)量提升，并且，人工勞動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)性會(huì)隨之下降。總之，汽車玻璃行業(yè)作為一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)工作，需要在未來(lái)朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，只有這樣，才能增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，并推動(dòng)我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展。

3 汽車玻璃生產(chǎn)流程

在生產(chǎn)加工過(guò)程中，鏈板線會(huì)向涂膠工段輸送汽車車身，這個(gè)工段所需的工人數(shù)量為兩名，其分布位置為車身左側(cè)和右側(cè)。第一，工人會(huì)在側(cè)窗的邊緣進(jìn)行膠帶粘連，工序時(shí)長(zhǎng)為3分鐘左右，這目的是避免填充過(guò)程中，側(cè)窗玻璃受到溢出膠體的影響。第二，工作人員需要拿起膠槍，使用涂膠填充夾縫，在填充完成后，需要將溢出的膠體使用刮板刮出，通過(guò)這種措施，確保填充膠體與側(cè)窗面之間保持平整。第三，在進(jìn)行擋風(fēng)玻璃處的涂膠時(shí)，考慮到汽車的車身較寬，僅靠一個(gè)工人很難完成工作，因此此工序需要由兩個(gè)工人共同完成。第四，重復(fù)上述操作，由于汽車種類有所不同，因此涂膠所耗費(fèi)的時(shí)間存在差異，以普通客車為例，普通客車的涂膠時(shí)間一般不超過(guò)25分鐘，在后續(xù)工段，需要將粘貼膠帶去除，然后對(duì)側(cè)窗污漬進(jìn)行清理，避免玻璃受到污染。

在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，鏈板線的運(yùn)行，會(huì)以固定時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，比如：上文所提到涂膠工段，所需時(shí)間為25分鐘，在25分鐘后無(wú)論工人是否完成操作，都需要及時(shí)停止，在下一個(gè)工段繼續(xù)完成即可。這種輸送系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式較為傳統(tǒng)，容易使定位精確性受到不利影響。與此同時(shí)，人工操作和輸送系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，加劇了工作人員的負(fù)擔(dān)，因此，汽車玻璃生產(chǎn)線上的工作人員需要定期更換，導(dǎo)致人員管理難度和用工成本大幅度增加[1]。

4 工業(yè)機(jī)器人在汽車玻璃行業(yè)的應(yīng)用

結(jié)合上文可知，傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)技術(shù)含量較低，主要以人工操作為主，為此，某企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。首先，在生產(chǎn)線上定位捕捉工件。然后進(jìn)行定位，在確保定位準(zhǔn)確的前提條件下，以追蹤系統(tǒng)為依托，對(duì)操作位置進(jìn)行明確，然后向涂膠系統(tǒng)反饋信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)跟蹤式涂膠的目標(biāo)。

4.1 系統(tǒng)改造方案

本系統(tǒng)所使用的設(shè)備包括兩臺(tái)工業(yè)機(jī)械手、兩套自動(dòng)供膠系統(tǒng)、兩套追蹤系統(tǒng)、一套定位機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。

4.1.1 定位介紹

第一，將定位傳感器設(shè)置到工段側(cè)面，由傳感器對(duì)行進(jìn)至此工段的車身工件偏轉(zhuǎn)角度和距離進(jìn)行計(jì)算，這里所說(shuō)的距離主要是指車身工件與傳感器之間的距離，與此同時(shí)，還要在工件尾部區(qū)域安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)定位工件和明確距離參數(shù)的目的。傳感器在采集數(shù)據(jù)后，需要向控制系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)利用算法，對(duì)工件當(dāng)前坐標(biāo)和角度參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)計(jì)算結(jié)果，即可明確汽車工件所在位置的信息。

第二，控制系統(tǒng)會(huì)從眾多車型中選擇需要生產(chǎn)的車型，因?yàn)椋谏弦徊襟E中，已經(jīng)對(duì)汽車工件的位置進(jìn)行了明確，此時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)將車型數(shù)據(jù)作為依據(jù)，提供合理的玻璃尺寸數(shù)據(jù)，使夾縫涂膠位置得到明確。這種位置的確定方式，主要通過(guò)工業(yè)機(jī)器人身上安裝的追蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，追蹤系統(tǒng)可以通過(guò)區(qū)域掃描的方式，獲取掃描區(qū)域的信息，并向控制系統(tǒng)反饋，最終確定玻璃之間的填充位置和深度參數(shù)，車身定位捕捉目的就此達(dá)成。

4.1.2 涂膠介紹

在確認(rèn)車身玻璃空間位置后，機(jī)器人會(huì)向車身玻璃夾縫處移動(dòng)，同時(shí)，將控制算法程序反饋數(shù)據(jù)作為依據(jù)，釋放出膠點(diǎn)和出膠量信號(hào)，在接收信號(hào)后，供膠系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)出膠，工業(yè)機(jī)器人開始涂膠。將膠體特性參數(shù)作為依據(jù)，機(jī)器人在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)對(duì)此刻膠點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行記錄，同時(shí)返回起點(diǎn)按照記錄重新行走，利用機(jī)器人手臂上的刮板將溢出膠體清除，使夾縫和玻璃面的平整度得到保持，最終完成整個(gè)工序步驟。在一側(cè)玻璃涂膠后，工業(yè)機(jī)器人會(huì)重復(fù)上述步驟，進(jìn)行另一側(cè)的玻璃脫膠作業(yè)[2]。

4.2 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)說(shuō)明

該企業(yè)在改造生產(chǎn)線時(shí)所應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人，其組成部分包括機(jī)器人本體、機(jī)柜、手操器、系統(tǒng)控制柜、移動(dòng)平臺(tái)和自由轉(zhuǎn)換夾具，其中夾具的作用為連接涂膠設(shè)備和追蹤設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人的最大工作范圍可達(dá)2.7m，最大負(fù)載重量為150kg。由于汽車的車身較長(zhǎng)，因此，機(jī)器人被安裝到移動(dòng)平臺(tái)上，可以根據(jù)需求左右移動(dòng)，移動(dòng)范圍介于3-10m之間。此外，安裝系統(tǒng)和涂膠系統(tǒng)相互分離，降低了污染問(wèn)題的發(fā)生概率。

4.3 追蹤系統(tǒng)說(shuō)明

追蹤系統(tǒng)的組成部分包括掃描系統(tǒng)、獨(dú)立傳感器和軟件操作系統(tǒng)。其中獨(dú)立傳感器具有非常高的掃描頻率，而操作系統(tǒng)安裝便捷，可以與控制系統(tǒng)保持通訊。考慮到在絲網(wǎng)印刷后，汽車側(cè)窗玻璃邊緣的透明度會(huì)下降，如果采用傳統(tǒng)相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，需要光源配合，同時(shí)，還要在編程上編寫更多的算法，導(dǎo)致程序復(fù)雜程度上升，而且?jiàn)A縫處固有表面物理特性判斷準(zhǔn)確性也會(huì)受到不利影響，因此，在改造過(guò)程中，本項(xiàng)目對(duì)追蹤模式進(jìn)行了更新，在工業(yè)機(jī)器人上安裝激光追蹤傳感器，利用傳感器對(duì)夾縫處表面物理特性進(jìn)行掃描，然后向控制系統(tǒng)反饋掃描后的信息，并且，該系統(tǒng)還能對(duì)涂膠行走軌跡進(jìn)行記錄。

追蹤系統(tǒng)內(nèi)部由傳感器和處理器構(gòu)成，因此，無(wú)需在外部設(shè)置控制盒、控制器等裝置。安裝方式主要以獨(dú)立安裝為主，連接線纜為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電纜。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)被檢測(cè)工件數(shù)量所影響，同時(shí)，還能達(dá)成全角度檢測(cè)的目標(biāo)，能夠獲取玻璃夾縫處的3D坐標(biāo)參數(shù)。此外，該系統(tǒng)在通訊過(guò)程中，可以對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)用，故信號(hào)響應(yīng)、追蹤和反饋速度較快，能夠在最大限度上增強(qiáng)出膠量的精確度。

4.4 涂膠系統(tǒng)說(shuō)明

本項(xiàng)目在改造過(guò)程中所使用的涂膠模式為雙泵切換，在一桶涂膠使用完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換，使用另一側(cè)的涂膠，以此來(lái)保證涂膠作業(yè)的連續(xù)性。涂膠系統(tǒng)還可以對(duì)出膠量進(jìn)行精確控制，每次涂膠后僅會(huì)溢出少量，有利于節(jié)省材料用量，并確保作業(yè)與工藝要求相符。膠桶的規(guī)格為200kg，每套系統(tǒng)均設(shè)置兩桶，分別列于左右兩側(cè)[3]。

計(jì)量系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)控制膠型涂布的目的，控制設(shè)備是齒輪泵，計(jì)量系統(tǒng)中的齒輪泵啟停十分精確，使蛇頭和拖尾現(xiàn)象發(fā)生的次數(shù)大幅度減少，配料精度也因此而上升，不僅可以節(jié)省材料成本，還能起到保護(hù)零件的作用。

壓力脈動(dòng)和管道壓力過(guò)大是涂膠過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，如果不及時(shí)解決，可能會(huì)導(dǎo)致涂膠作業(yè)質(zhì)量和零部件受損，為解決這一問(wèn)題，部分廠家會(huì)使用調(diào)壓閥，其作用為調(diào)控氣壓，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)出膠壓力的有效控制。而本項(xiàng)目所選擇的氣壓調(diào)控方式為電磁閥和機(jī)器人聯(lián)合控制，使出膠管得到保護(hù)，避免出膠管因?yàn)閴毫^(guò)大的損壞。

本項(xiàng)目所使用的壓盤泵，具有良好的應(yīng)用效果，具體表現(xiàn)為壓盤泵的馬達(dá)為空氣馬達(dá)，換向效果極為顯著，能夠獲得更加均勻的膠型。壓盤泵外部安裝了換向閥，可以自由拆卸和更換。由于該工廠所使用的膠體密度較高，因此，在實(shí)際應(yīng)用階段，壓盤泵發(fā)揮了重要的作用。

改造后的機(jī)器人追蹤涂膠控制系統(tǒng)，受到了工廠客戶的好評(píng)，這表明，在汽車玻璃行業(yè)中運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線具有非常高的可行性

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人們對(duì)汽車的需求量逐漸增加，在促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)汽車生產(chǎn)效率和質(zhì)量提出了更高的要求，為此，企業(yè)應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)加工流程進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，通過(guò)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，推動(dòng)汽車生產(chǎn)朝著智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展。在眾多科學(xué)技術(shù)中，工業(yè)機(jī)器人十分契合于汽車生產(chǎn)。實(shí)踐結(jié)果表明，在汽車生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，可以提高生產(chǎn)效率，并降低生產(chǎn)成本，為此，汽車企業(yè)應(yīng)予以重視。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張存宏，吳志光，江光月.工業(yè)機(jī)器人在汽車生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（10）：25-26.