在線對準下片堆垛效果分析

汪 洋，吳乾坤，王開西，彭 正，鄭 然

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司,蚌埠 233000)

由于單晶硅光伏發(fā)電技術(shù)的突破，單晶硅光伏玻璃原片材料即壓延玻璃需求量暴漲，近兩年全國上下都在大規(guī)模建設(shè)壓延玻璃原片生產(chǎn)線。由于熱端窯爐和退火技術(shù)的提升，成型玻璃輸出噸位日產(chǎn)量日益提升，導(dǎo)致產(chǎn)線上的最后一環(huán)，堆垛收片環(huán)節(jié)技術(shù)壓力陡增，主要在于周期上的瓶頸難以突破，因此需要提出一種更短周期的解決方案，同時保證最終的堆垛效果，整體要求快、穩(wěn)、整齊。

1 在線對準工藝的介紹

在典型的壓延玻璃生產(chǎn)線中，會同組生產(chǎn)兩片到三片玻璃，同組玻璃到達下片區(qū)域后，停止線上運輸，再通過轉(zhuǎn)向皮帶，縱向運輸至下片臺。傳統(tǒng)自動下片臺有一個重要環(huán)節(jié)，即對準同組傳送過來的玻璃，使玻璃一邊對齊，這樣最后通過下片臺大臂抓取到玻璃架上就能保持單邊對齊。上架的玻璃必須要求一定的對齊度，才能保證下一步的包裝和深加工工藝不受影響。

傳統(tǒng)的對準機制放在每臺下片設(shè)備取板區(qū)域，每接收一組，對準一次，每臺都會有此動作環(huán)節(jié)，如圖1所示。如果下片設(shè)備省去這一環(huán)節(jié)，則又能將下片設(shè)備的下片周期縮短3 s左右，所以在線對準方案應(yīng)求而出，其設(shè)計原理，就是將對準環(huán)節(jié)放到生產(chǎn)線上，如圖2所示，即原本一個人被分配兩個任務(wù)，現(xiàn)在分配給兩個人同時做，其重合部分周期就被節(jié)省出來。在線對準工藝，在生產(chǎn)線上一次對準后可對應(yīng)4臺下片設(shè)備，經(jīng)實踐4臺之后由于玻璃長距離運輸，左右玻璃前后距離又會放大，對準效果消失，但四個對準設(shè)備簡化成一個設(shè)備，已經(jīng)大幅降低了成本。

另外在線對準工藝還有一個優(yōu)點是，可以在線完成定位，定位后可以居中對齊，將玻璃堆垛至玻璃架中間位置。這樣首先就對玻璃架的要求大大降低，傳統(tǒng)的下片設(shè)備對準機制，只能使玻璃向一邊靠齊，這也會使玻璃堆垛規(guī)格有所限制，而居中對準就能適應(yīng)更多規(guī)格，其次居中放置也直接解決了玻璃堆垛在玻璃架上的偏重問題。

2 在線對準工藝的控制實現(xiàn)

在線對準工藝的控制實現(xiàn)，主要分為兩個過程：減速對準與居中對齊。

如圖3所示，玻璃頭在到達光電位置時立即減速，同時通過控制氣缸，抬起對準擋塊，以一個低速控制玻璃撞擊擋塊，使玻璃頭平齊后停止輥道，停止撞擊，完成減速對準。

在平齊后，控制氣缸放下對準擋塊，玻璃繼續(xù)向下游傳送，此時玻璃一旦離開光電檢測區(qū)域，即可產(chǎn)生一個下降沿信號，利用該信號觸發(fā)控制伺服電機運轉(zhuǎn)一定距離，該距離通過實時板長數(shù)據(jù)而改變，進而可以實現(xiàn)相對于玻璃架的居中對齊。定位技術(shù)可采用光電探針技術(shù)，即將光電直接接入伺服控制器本身，利用其閉環(huán)控制可使其定位精度很高，誤差不超過1 mm，進而能夠保證玻璃居中對齊的精準度[1]。

3 堆垛效果問題的提出、分析與解決

在線對準能進一步提高下片效率，但由于對準環(huán)節(jié)提前，所以對設(shè)備安裝精度要求也更加嚴格，在玻璃對準，到最終下片的過程中，整個環(huán)節(jié)有：橫向?qū)?、輥道啟動、居中定位、轉(zhuǎn)向抬起運輸、下片皮帶對接、下片縱向?qū)?、抓取放置。?jīng)過實踐，在線對準工藝下片裝置在投產(chǎn)前期，雖然周期有明顯改善，但存在一定的堆垛效果不佳的情況，為了進一步提升用戶體驗，提高設(shè)備穩(wěn)定性，現(xiàn)針對不同情況對堆垛過程進行分析，提出解決方案。

1)整體良好，個別板位置比平均線偏置一定距離，如圖4所示。

分析：典型的光電定位問題。在線對準工藝采用前置擋棍減速校正，然后通過檢測光電傳感器下降沿信號進行伺服定位。

壓延玻璃生產(chǎn)線中，一般可生產(chǎn)兩分板或三分板，以最大同組玻璃板數(shù)安裝探針定位光電，即最大生產(chǎn)兩分板時安裝左右兩個光電，最大生產(chǎn)三分板安裝左中右三個光電。以兩分板為例，當同時來兩分板時，或者只來了左側(cè)單張板時(產(chǎn)線上游根據(jù)質(zhì)量落掉同組玻璃中右側(cè)的不合格的板)，會以左側(cè)光電為準，即檢測左側(cè)光電的下降沿信號，但若只來了右側(cè)單張板時，則需檢測右側(cè)光電的下降沿信號。在安裝光電時雖然要求光電安裝位置在水平方向上要與對準擋棍平行，但投入使用時，由于安裝誤差，電氣信號傳遞等原因使左右光電很難嚴格作用在與對準擋棍水平的安裝線上，所以左右光電的定位偏移量肯定是不一樣的。在控制上，需要將偏移量作為參數(shù)開放到人機交互操作屏幕上。

圖4中，整體堆垛精度良好，個別玻璃有同一方向的偏置，此情況需測量玻璃實際偏置值，在人機界面輸入右側(cè)光電偏移量即可，比如發(fā)現(xiàn)每次通過右側(cè)光電定位時都會向前偏置5 mm，那么輸入偏移量控制其每次定位都少傳送5 mm，即可使左右側(cè)光電定位達到同一個水平位置，即可解決該不良堆垛效果。

2)斜線，隨著玻璃板的堆積往一個方向逐漸傾斜，如圖5所示。

分析：從堆垛過程上分析，造成堆垛傾斜的可能有兩個方向，一個是線上自動控制其居中定位時有一定偏差，另一個是線下堆垛玻璃至玻璃架時放置位置有傾斜。

方向一：從線上居中定位工藝出發(fā)，根據(jù)在線光電傳感定位的原理，此定位工藝控制下的定位精度能達到毫米級，但是會受光電本身質(zhì)量與環(huán)境的影響[2]。尤其是粉塵環(huán)境，在玻璃原片生產(chǎn)線上還有噴粉工藝，使玻璃原片上端覆蓋一層薄粉，使玻璃在堆垛后片與片之間產(chǎn)生間隙，防止靜電吸附，除此之外玻璃本身在破碎時都會產(chǎn)生粉塵，因此玻璃生產(chǎn)線原本就是高粉塵環(huán)境，光電傳感部分容易被粉塵覆蓋，覆蓋達到一定量時，勢必會使光電信號產(chǎn)生延遲，如果不及時處理，那么每次居中定位都會有固定方向上的偏置，積少成多偏置越來越大，就會造成堆垛傾斜，與圖示情況相似。

首先，從光電設(shè)備出發(fā)，若光電安裝是上探式，即安裝在輥道下方，朝上檢測玻璃，這種情況粉塵極易覆蓋在傳感區(qū)域，需優(yōu)先考慮更換安裝方式，改為下探式，將光電安裝在輥道上方，朝下檢測玻璃，此時光電傳感區(qū)域被粉塵覆蓋率就會降低。若更換有難度，則需定期清理光電表面。其次，從粉塵環(huán)境出發(fā)，若線上噴粉設(shè)備安裝位置離光電很近，則優(yōu)先考慮更換噴粉設(shè)備位置，使其遠離定位下片區(qū)域，或者改進噴粉設(shè)備的密封性，增加除塵設(shè)備等直接降低該區(qū)域空氣粉塵含量。以上措施均可降低定位偏置，即可從定位角度解決該不良堆垛效果。

方向二：從線下堆垛設(shè)備出發(fā)，從過程角度思考，每片玻璃都會經(jīng)過轉(zhuǎn)向抬起，然后被運輸至下片臺，最后通過下片臺大臂吸附放置在小車的玻璃架上，每片玻璃都會經(jīng)歷，且時間大致相同，很難產(chǎn)生漸變傾斜的效果，但玻璃放在玻璃架上是一個長久的過程，玻璃在玻璃架上放置時有可能會造成傾斜。我們對放置在玻璃架的玻璃進行簡單的受力分析如圖6所示，當小車和玻璃架整體重心并不與玻璃架底部垂直時，玻璃整體就會因重力產(chǎn)生水平方向分力。這個分力就會使玻璃往相應(yīng)水平方向傾斜，另外在玻璃底部會放有緩沖墊，當玻璃不是水平放置時，緩沖墊容易受到不同程度損壞，造成變形、位置變動等等變化，致使傾斜效果加劇。

根據(jù)分析，我們需校正小車四角標高，首先確保小車平臺處于水平狀態(tài)，其次確認玻璃架底部加工不能過于粗糙，底部型材應(yīng)盡量加工為同一水平面，最大程度降低高度差，最后緩沖墊應(yīng)選用質(zhì)量較好的產(chǎn)品，緩沖墊的尺寸規(guī)格材料須保持一致。以上措施均為保障玻璃架在堆積一定玻璃時依然保持整體水平穩(wěn)定，進而可從設(shè)備放置角度解決該不良堆垛效果。

3)整體良好，但相鄰兩張玻璃呈現(xiàn)AB位置相錯開的堆垛效果，如圖7所示。

分析：1)校正擋塊不在一個水平線上；2)單側(cè)玻璃在啟動時有滑動；3)皮帶跑偏或未與下片的對接皮帶平行。

在線對準工藝的校準擋塊安裝在生產(chǎn)線上，以兩分板為例，則會安裝左右兩組，造成圖7的原因，最大可能性就是兩組擋棍與輥道不在一條水平線上，無法將兩片玻璃對齊，此時只需微調(diào)其中一組擋棍位置即可。

當確認在線對準擋塊的安裝沒有問題，同組玻璃經(jīng)過校準后玻璃頭能達到平齊的效果，然而仍然發(fā)現(xiàn)堆垛相鄰兩塊玻璃有相對錯開的堆垛效果時，則進一步觀察同組在對齊重啟啟動傳輸后，對齊效果有沒有保持到轉(zhuǎn)向皮帶，觀察在啟動的瞬間單側(cè)玻璃是否有滑動，導(dǎo)致對齊效果是否被破壞。如果有，原因可能是噴粉設(shè)備左右不均勻，導(dǎo)致一側(cè)輥道粉塵覆蓋較多，在啟動時由于玻璃有加速度，當左右兩側(cè)底部摩擦力差距較大時必然會導(dǎo)致啟動時單側(cè)會有滑動。首先，及時使用壓縮空氣吹凈輥道上的粉塵；其次，噴粉不均勻也會導(dǎo)致隔離效果不穩(wěn)定，所以必須及時調(diào)整噴粉機參數(shù)，這屬于噴粉設(shè)備的正常維護[4]；另外也可在驅(qū)動控制上適當降低啟動加速度，輔助降低啟動時的偏差。

當確認同組玻璃的對齊效果已經(jīng)維持到轉(zhuǎn)向皮帶，然而仍然發(fā)現(xiàn)堆垛后有同組錯開的堆垛效果時，則有可能是轉(zhuǎn)向皮帶的安裝精度不夠。有兩個原因，一是皮帶運輸時本身就存在跑偏現(xiàn)象，這種原因需有經(jīng)驗的安裝工人針對皮帶與軸承接觸點進行微調(diào)，解決跑偏問題，另一種是皮帶運輸方向與下片臺的接片皮帶不在同一平行線上，有一定的夾角，夾角會使右側(cè)玻璃片傳輸?shù)浇悠蠒r形成垂直方向上的位移X，如圖8所示。這樣再經(jīng)過下片抓取后，就會造成兩片相鄰的板有X大小錯移，這種情況需要調(diào)整皮帶底座，轉(zhuǎn)向皮帶與接片皮帶平行。通過以上三步措施，基本可以從根本上解決該不良堆垛效果。

4 結(jié) 語

經(jīng)過以上經(jīng)驗總結(jié)與討論分析，可以看出在線對準下片雖然環(huán)節(jié)較多容易造成堆垛效果不佳，但是還是比較容易解決和處理的，可以總結(jié)為三大方面：

第一方面：設(shè)計合理。主要因素是堆垛上游的噴粉機設(shè)備，由于該設(shè)備的特殊性，要求從設(shè)計上就要規(guī)避粉塵問題，優(yōu)先考慮要使噴粉機安裝位置盡量遠離堆垛區(qū)域，其次要考慮盡可能做好防塵工藝。

第二方面：安裝嚴格。設(shè)備本身設(shè)計的尺寸和位置安裝都是有嚴格要求的，嚴格按照尺度安裝是最基本的工程要求，在剛投產(chǎn)時如發(fā)現(xiàn)安裝問題，應(yīng)及時改善糾正，按設(shè)計數(shù)據(jù)嚴格修復(fù)至正常水準。

第三方面：操作規(guī)范，維護及時。光電定位的參數(shù)和噴粉機的參數(shù)都是規(guī)范范圍的，前期在工程師調(diào)試結(jié)束后，一般都有告知規(guī)范操作，后期操作人員應(yīng)積極學習，掌握原理。在發(fā)現(xiàn)異常后，及時調(diào)整，才可規(guī)避不良堆垛效果以及其他問題。