深加工鋪紙機(jī)以及下片系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化

滿 帥,臧東東,車俊華

(中建材凱盛機(jī)器人(上海)有限公司,上海 201601)

太陽能光伏玻璃深加工企業(yè)越來越多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈。生產(chǎn)廠家都在通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝、增加自動(dòng)化設(shè)備以及將已有自動(dòng)化設(shè)備升級(jí)換代等方法來提高生產(chǎn)效率，以達(dá)到降低產(chǎn)品成本，提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的效果。目前，光伏玻璃深加工產(chǎn)線常見的下片鋪紙模式主要有人工下片人工鋪紙和自動(dòng)化設(shè)備下片自動(dòng)鋪紙兩大類。

1 人工下片的缺點(diǎn)

人工下片人工鋪紙缺點(diǎn)十分明顯：1)由于玻璃是易碎物品，搬運(yùn)過程中需要十分謹(jǐn)慎，下片和鋪紙過程都由人工完成，長(zhǎng)時(shí)間的繁重重復(fù)勞動(dòng)，容易出現(xiàn)由于疲勞等引發(fā)的安全事故；2)隨著行業(yè)趨勢(shì)，玻璃的尺寸越來越大，單片玻璃的重量隨之上升，勞動(dòng)強(qiáng)度隨之增加，工人的效率也隨之降低；3)勞動(dòng)強(qiáng)度大，導(dǎo)致人員流動(dòng)性大，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證；4)下片和鋪紙過程需要大量的人員，產(chǎn)品的成本增加；5)需要提前采購(gòu)大量隔離紙，每一種玻璃規(guī)格對(duì)應(yīng)一種紙張規(guī)格，也會(huì)造成成本的增加。在鋪紙過程也會(huì)出現(xiàn)不夠整齊等情況。

2 改進(jìn)后的鋪紙機(jī)的優(yōu)勢(shì)

自動(dòng)化設(shè)備下片有在線鋪紙下片、專機(jī)下片、機(jī)器人下片等方式，論文以機(jī)器人自動(dòng)下片鋪紙系統(tǒng)來描述。機(jī)器人下片抓取方式采用下抓。機(jī)器人抓手抓取運(yùn)行到下片輥道上的玻璃，放到鋪紙機(jī)上的玻璃托盤上，然后由鋪紙機(jī)進(jìn)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(jī)(如圖1)無牽引、靠風(fēng)機(jī)吹風(fēng)將紙張懸浮在玻璃之上，通過送紙輥將紙張向前推進(jìn)。這個(gè)無牽引鋪紙機(jī)缺點(diǎn)明顯：1)容易受到外部風(fēng)的影響，如空調(diào)、開關(guān)門、外部大風(fēng)等，有逆向風(fēng)、側(cè)向風(fēng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致紙張送不出去、卷邊卷角等現(xiàn)象；2)受潮濕度影響較大，當(dāng)包裝房?jī)?nèi)空氣干燥時(shí)，隔離紙易產(chǎn)生靜電；3)玻璃在清洗機(jī)經(jīng)過毛刷摩擦后帶有靜電，會(huì)吸附紙張，當(dāng)紙張被吸附后，送紙輥無法將紙張往前送，需要人工干預(yù)，這樣既會(huì)影響生產(chǎn)效率，也存在安全隱患。改進(jìn)后的牽引鋪紙機(jī)(如圖2)增加了牽引組件。牽引鋪紙機(jī)有夾持氣缸帶著紙張前進(jìn)，消除了鋪紙機(jī)周邊空氣流動(dòng)和靜電導(dǎo)致送紙困難的問題。牽引鋪紙機(jī)既改善了原鋪紙機(jī)存在的問題，也保證鋪紙的節(jié)拍大約在9～10 s。

3 機(jī)器人自動(dòng)下片鋪紙系統(tǒng)的組成以及介紹

該系統(tǒng)的具體構(gòu)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(gè)下片輥道、兩臺(tái)機(jī)器人抓手、四臺(tái)鋪紙機(jī)、一臺(tái)儲(chǔ)片機(jī)、一段人工下片輥道。光伏玻璃經(jīng)過該下片系統(tǒng)后能實(shí)現(xiàn)：玻璃堆垛精度≤±1 mm，鋪紙機(jī)的鋪紙精度(8±3)mm(8 mm為紙大于玻璃邊緣)。光伏玻璃經(jīng)過清洗、磨邊、絲印、鋼化等工序后，流入檢驗(yàn)輥道以及一系列過渡輥道，然后進(jìn)入圖3所示的系統(tǒng)。不合格品經(jīng)過檢驗(yàn)輥道時(shí)，檢驗(yàn)員按下缺陷按鈕，經(jīng)過1→2→3→7→8→廢件工位。合格的玻璃經(jīng)過1→2→3→7→8→9的流向前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人下片，鋪紙機(jī)鋪紙等過程。當(dāng)整條深加工線節(jié)拍T≥8 s時(shí)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)下片一用一備，也可以兩臺(tái)機(jī)器人同時(shí)工作，每臺(tái)機(jī)器人各抓50%。當(dāng)整深加工線節(jié)拍5≤T≤8 s時(shí)，兩臺(tái)機(jī)器人必須同時(shí)工作，兩臺(tái)機(jī)器人都需保持在90%～100%的運(yùn)行速度。

4 相關(guān)設(shè)備

下片系統(tǒng)輥道上的輥?zhàn)尤坎捎萌z輥道，可以確保玻璃在高速運(yùn)作狀態(tài)下無跑偏，不產(chǎn)生劃痕。

加速輥道：主要組成有機(jī)架、橫梁、全膠傳動(dòng)輥、兩臺(tái)減速機(jī)、兩根主動(dòng)傳送軸、安全罩殼等組成。兩臺(tái)減速機(jī)通過同步帶帶動(dòng)主動(dòng)傳送軸，從而帶動(dòng)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(jī)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(dāng)玻璃進(jìn)去加速輥道入口時(shí)，會(huì)觸發(fā)A組上的光電傳感器。A組全膠傳送輥會(huì)與之前的輥道的速度保持同步，當(dāng)整片玻璃全部通過A組的光電傳感器，A、B兩組會(huì)同時(shí)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(guān)輥道完成相應(yīng)動(dòng)作提供足夠的時(shí)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(jī)構(gòu)(如圖6)。抬升皮帶機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式主要有兩種，其一是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其二是氣缸驅(qū)動(dòng)。圖4(從左往右)第一段立交的驅(qū)動(dòng)為伺服電機(jī)，第二段為氣缸驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的立交輥道的節(jié)拍更快，第一個(gè)立交輥道需要對(duì)應(yīng)全部的玻璃，而第二段氣缸驅(qū)動(dòng)立交輥道只要承擔(dān)一半的玻璃的任務(wù)，所需的節(jié)拍時(shí)間可以降低，從價(jià)格方面考慮，可以選擇價(jià)格較為低廉的氣缸驅(qū)動(dòng)。過渡輥道主要組成有機(jī)架、橫梁、全膠傳動(dòng)輥、減速機(jī)、主動(dòng)傳送軸、安全罩殼等。減速機(jī)通過同步帶帶動(dòng)主動(dòng)傳送軸運(yùn)行。抬升皮帶機(jī)構(gòu)分伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣缸驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主要組成有抬升機(jī)架、伺服電機(jī)、曲柄抬升機(jī)構(gòu)、同步帶輸送線組件等。氣缸驅(qū)動(dòng)的抬升皮帶機(jī)構(gòu)主要包括氣缸，其他組件與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的抬升皮帶機(jī)構(gòu)一致。立交輥道中過渡輥道的全膠傳送輥高于抬升皮帶機(jī)構(gòu)皮帶面，當(dāng)玻璃從過渡輥道進(jìn)入立交輥道，立交輥道中過渡輥道帶著玻璃前進(jìn)，在玻璃前進(jìn)的過程中會(huì)觸發(fā)光電傳感器信號(hào)(根據(jù)玻璃不同的規(guī)格尺寸會(huì)做相應(yīng)的延時(shí))。抬升皮帶機(jī)構(gòu)會(huì)抬起玻璃脫離過渡輥道，抬起到位時(shí)，抬升皮帶線中的同步帶輸送線組件會(huì)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)玻璃往下片輥道的方向前進(jìn)，在該過程中，后面的玻璃在過渡輥道的驅(qū)動(dòng)下可以在抬升皮帶機(jī)構(gòu)的空隙中移動(dòng)到后面的過渡輥道、立交輥道、下片輥道實(shí)現(xiàn)下片。這樣能保證兩臺(tái)立交輥道同步進(jìn)行。

下片輥道：主要組成有機(jī)架、橫梁、減速機(jī)、六根同步帶組件、四套氣缸頂升定位機(jī)構(gòu)以及定位擋塊組件等。當(dāng)玻璃從立交輥道進(jìn)入觸發(fā)光電開光，六根同步帶啟動(dòng)帶著玻璃前進(jìn)，在下片輥道末端有一排定位輪，當(dāng)玻璃觸碰到一排定位輪時(shí)，實(shí)現(xiàn)平行深加工線流向方向的定位，四套氣缸頂升定位機(jī)構(gòu)同時(shí)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(shí)現(xiàn)垂直深加工線流向方向的定位，水平和垂直方向定位后，發(fā)送信號(hào)給機(jī)器人實(shí)行抓取下片動(dòng)作。

機(jī)器人抓手主要由機(jī)器人本體、抓手、機(jī)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(yīng)提升機(jī)構(gòu)、無感應(yīng)提升機(jī)構(gòu)、真空發(fā)生器、分組閥、過濾器等組成。當(dāng)下片輥道的定位完成后，給到機(jī)器人信號(hào)，機(jī)械人運(yùn)行到玻璃所在位置往下探觸發(fā)感應(yīng)提升機(jī)構(gòu)的光電開關(guān)，電磁閥控制真空發(fā)生器啟動(dòng)抓取玻璃。隨后機(jī)器人按照設(shè)定好的軌跡將玻璃放在鋪紙機(jī)的托盤上。若抓取的玻璃是在檢查人員檢查時(shí)有缺陷的玻璃，機(jī)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(hù)欄開門側(cè)，當(dāng)廢件工位堆滿時(shí)，則需要人工將廢件搬出。

牽引鋪紙機(jī)：該設(shè)備為我司開發(fā)并改進(jìn)的自動(dòng)鋪紙專機(jī)設(shè)備。如圖2主要包括托盤臺(tái)車、放紙組件、送紙組件、升降傳動(dòng)組件、導(dǎo)紙組件、牽引組件以及切紙組件。鋪紙機(jī)工作時(shí)發(fā)出可放片信號(hào)，機(jī)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(jī)控制安裝在直線滑塊上的切刀裝置將紙張切斷，隨后導(dǎo)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(shí)牽引組件沿著直線滑臺(tái)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(dǎo)紙組件將紙張落至與玻璃面平齊。與此同時(shí)，傳送升降組件會(huì)通過伺服電機(jī)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(jī)器人放下一片玻璃，循環(huán)往復(fù)，直到堆垛到系統(tǒng)設(shè)備的玻璃限額片數(shù)前2～3片，會(huì)有聲光報(bào)警器提醒操作人員做好相關(guān)準(zhǔn)備。至此完成玻璃深加工線自動(dòng)下片以及自動(dòng)鋪紙過程。

護(hù)欄主要由立柱、網(wǎng)片以及安全門組成，主要起到安全防護(hù)的作用，防止機(jī)器人在工作期間意外傷人。護(hù)欄上裝有安全門鎖，當(dāng)機(jī)器人對(duì)應(yīng)的左側(cè)鋪紙機(jī)工作時(shí)，同時(shí)需要人工從左側(cè)進(jìn)入時(shí)，按下左側(cè)安全鎖按鈕打開按鈕，機(jī)器人會(huì)轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的右側(cè)鋪紙機(jī)工作；同理當(dāng)機(jī)器人對(duì)應(yīng)的鋪紙機(jī)工作時(shí)，同時(shí)人員需要從右側(cè)進(jìn)入時(shí)，按下右側(cè)安全鎖打開按鈕，機(jī)器人會(huì)轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的左側(cè)鋪紙機(jī)工作。

儲(chǔ)片機(jī)主要由焊接框架、堆?；\體框架、四臺(tái)絲桿升降機(jī)、伺服電機(jī)、三臺(tái)轉(zhuǎn)向器等組成。儲(chǔ)片機(jī)的主要作用是當(dāng)機(jī)器人抓手或者鋪紙機(jī)存在故障時(shí)，所有的玻璃直接經(jīng)過儲(chǔ)片機(jī)、人工下片輥道。當(dāng)人工下片跟不上玻璃來料的速度時(shí)，玻璃就儲(chǔ)存在儲(chǔ)片機(jī)里面。儲(chǔ)片機(jī)可以儲(chǔ)多片玻璃，最開始儲(chǔ)片機(jī)的堆?；\體框架最高位儲(chǔ)存第一片，如有下一片需要儲(chǔ)存時(shí)，伺服電機(jī)啟動(dòng)，通過轉(zhuǎn)向器帶動(dòng)四臺(tái)絲桿提升機(jī)上升一個(gè)儲(chǔ)片高度，讓堆?；\體框架第二行(從上往下)儲(chǔ)存下一片玻璃，以此類推。當(dāng)儲(chǔ)片機(jī)儲(chǔ)存滿時(shí)觸發(fā)光電信號(hào)，玻璃不能再進(jìn)入儲(chǔ)片機(jī)，會(huì)有聲光報(bào)警提醒操作人員。

人工下片輥道主要由機(jī)架、減速電機(jī)、傳動(dòng)軸、四根同步帶組件及擋塊組成。當(dāng)玻璃需要進(jìn)行抽檢時(shí)，質(zhì)檢橋上的人員指定的玻璃會(huì)直接經(jīng)過儲(chǔ)片機(jī)、人工下片輥道進(jìn)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(jìn)行下片，人工下片輥道上有光電信號(hào)，當(dāng)輥道上存在玻璃時(shí)，后面來的玻璃在儲(chǔ)片機(jī)內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存。

5 結(jié) 語

隨著光伏玻璃深加工線最重要的設(shè)備之一的鋼化爐技術(shù)不斷提高，鋼化爐的產(chǎn)能有了顯著的提升。為了不讓鋼化爐產(chǎn)能產(chǎn)生浪費(fèi)，深加工線其他設(shè)備的產(chǎn)能也需要同步提高，包括玻璃下片、自動(dòng)鋪紙包裝部分。常規(guī)的下片鋪紙工藝已不能滿足需求，提高鋪紙機(jī)的效率以及鋪紙效果是勢(shì)在必行的。牽引鋪紙機(jī)在保證鋪紙效果的同時(shí)，也滿足了鋪紙節(jié)拍，而且性能穩(wěn)定。論文提出的深加工鋪紙機(jī)以及下片系統(tǒng)已在實(shí)踐中應(yīng)用，已經(jīng)證明該系統(tǒng)可以充分滿足現(xiàn)有鋼化爐設(shè)備的產(chǎn)能，保證整條光伏玻璃產(chǎn)線產(chǎn)能的匹配。