航空燈具產(chǎn)品涂膠工藝研究現(xiàn)狀

饒勇剛，陳 亮，趙新偉，尹延飛

(上海航空電器有限公司，上海 201101)

航空燈具產(chǎn)品在機上主要用于照明、編隊等，在結(jié)構(gòu)上燈罩壓圈作為燈罩的固定件，需用到硅膠進行粘結(jié)。相比較汽車制造，航空制造領(lǐng)域目前產(chǎn)量還普遍較小，沒有形成自動化生產(chǎn)模式。航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣，形狀復(fù)雜，涂膠過程中還是以手工涂膠、半自動點膠機涂膠為主。

目前常用的涂膠工藝主要是手工涂膠、半自動氣動點膠機涂膠、桌面式點膠機涂膠、立體式機械臂涂膠[1]，如圖1所示。這些工藝方法已經(jīng)應(yīng)用在了現(xiàn)有生產(chǎn)制造中。本文綜述了手工涂膠、半自動氣動點膠機涂膠、桌面式點膠機涂膠、立體式機械臂涂膠工藝的優(yōu)缺點及適用條件，展望了航空燈具產(chǎn)品燈罩壓圈的涂膠工藝發(fā)展方向，旨在為今后的航空燈具產(chǎn)品在設(shè)計、制造上選用合適的涂膠工藝提供相關(guān)參考依據(jù)。

圖1 常用的涂膠工藝Fig.1 Common gluing processes

1 手工涂膠

由于飛機表面氣動外形的設(shè)計，安裝在機上的燈具外形結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，圖2為某尾燈燈罩壓圈。對于這種結(jié)構(gòu)的燈罩壓圈無法裝夾固定，所以在燈罩壓圈涂膠粘結(jié)的工藝中基本采用手工涂膠。手工涂膠即采用手持膠槍等工具通過操作者控制出膠力度及軌跡進行涂膠作業(yè)。

圖2 燈罩壓圈Fig.2 Lampshade pressing ring

手工涂膠的優(yōu)點在于靈活性強，可應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境，缺點在于效率低，一致性只能依靠手工熟練程度保證。郭晨皓等[2]也提到在飛機零件對接位置涂防水膠的涂膠方式為人工刷膠，如圖3所示。飛機體積較大，表面零件對接縫隙多，各種設(shè)備均不能實現(xiàn)有效涂膠，且涂膠后的流淌現(xiàn)象必須人工進行處理，只有手工涂膠的靈活性才能滿足工藝需求。且在飛機制造車間里經(jīng)年累月的作業(yè)鍛煉出一批手工精湛的涂膠工匠，保證飛機表面的防水性能。

圖3 飛機表面對接處涂膠Fig.3 Applying adhesive to the interface of the aircraft surface

2 半自動氣動點膠機涂膠

半自動氣動點膠機由腳踏式開關(guān)和點膠控制器組成，通過調(diào)節(jié)控制器氣壓大小來控制出膠量，腳踏開關(guān)控制出膠、斷膠。半自動點膠機可替代一部分手工涂膠，減少手工涂膠的勞動強度。其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，可均勻出膠，一次性膠筒方便隨時更換；缺點是不適用于高精度產(chǎn)品。較多的應(yīng)用于汽車工業(yè)[3]，在航空燈具燈罩壓圈中可用于涂膠邊框較大的大型燈具。但隨著技術(shù)的發(fā)展，整體化、構(gòu)型拓撲化、梯度復(fù)合化、結(jié)構(gòu)功能一體化等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)技術(shù)[4]，飛機采用氣動外形設(shè)計，航空燈具制造中采用半自動點膠機進行涂膠將無法適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需求。

3 桌面式點膠機涂膠

桌面式點膠機包含三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動等，一般采用手持器示教編程，點膠閥的快速發(fā)展也將桌面式點膠機的涂膠精度提升到了0.1mm級別，在3C行業(yè)應(yīng)用廣泛。其定位方式一般采用機械定位及MARK點定位，采用機械定位方式的點膠精度受裝夾影響，MARK點定位可適當彌補機械定位的定位缺陷，但在目前行業(yè)成熟設(shè)備中，其彌補的定位偏差在幾毫米。更重要的是兩種定位方式均需裝夾,如圖4所示，對于單一批量大的產(chǎn)品較為實用。楊波等[5]就將桌面式點膠機應(yīng)用到某航天產(chǎn)品的發(fā)射筒，來解決手工涂膠導致的前蓋涂膠量不均勻、膠粘的氣密性不達標等問題。某型艙燈一般單機裝配約60件，可采用桌面式點膠進行涂膠，但推廣使用則有較大局限性，原因是大量夾具保管維護成本增加、夾具設(shè)計成本高、頻繁更換夾具影響作業(yè)節(jié)拍的連續(xù)性等。

圖4 桌面式點膠機涂膠示意圖Fig.4 Schematic diagram of desktop dispensing machine gluing

4 立體式機械臂涂膠

機械臂是一種多關(guān)節(jié)、可編程的自動化機器人，其精度高，機械臂運動控制精確，可完成對小尺寸、高精度位置的操作；可編程性強，機械臂可以通過編程實現(xiàn)不同的操作和任務(wù)，具有較高的靈活性和適應(yīng)性；生產(chǎn)效率高，機械臂可以實現(xiàn)24h不間斷工作；適用范圍廣，機械臂可以應(yīng)用于不同的行業(yè)和領(lǐng)域，在制造業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)已有大量成熟的案例，是目前工業(yè)自動化和智能制造的重要設(shè)備和技術(shù)之一。特別是在大型工件的涂膠中應(yīng)用極為廣泛，如圖5所示。上海特斯拉超級工廠以其超強的生產(chǎn)能力聞名世界，2022年交付電動汽車超過71萬輛，占全球交付量的54.2%，在其生產(chǎn)線就采用了大量機械臂對整車進行涂膠作業(yè)，機械臂也是非標涂膠方案設(shè)計中的寵兒。曹德嚴等[6]也針對汽車涂膠過程中容易出現(xiàn)溢膠、堆膠以及斷膠等嚴重影響汽車涂膠質(zhì)量的問題，結(jié)合 SCA 涂膠系統(tǒng)和 ABB 機器人優(yōu)勢，設(shè)計基于 SCA 的 ABB機器人自適應(yīng)涂膠系統(tǒng)。圍繞涂膠控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)、流量控制、程序設(shè)計及參數(shù)設(shè)定進行研究，通過ABB機械臂提升了汽車涂膠的加工效率和加工質(zhì)量。但在航空燈具產(chǎn)品中，上千種小批量的產(chǎn)品使得編程操作復(fù)雜，一線作業(yè)人員無法有效掌握編程方法，并且仍然有裝夾帶來的管理及成本問題，所以航空燈具領(lǐng)域很少用到立體式機械臂涂膠。

圖5 某汽車工廠機械臂涂膠Fig.5 A aertain automobile factory's robotic arm coating

5 展望

飛機照明系統(tǒng)是飛機系統(tǒng)中重要的一部分，任何飛機都離不開飛機照明系統(tǒng)。近年來，照明技術(shù)發(fā)展迅速，照明產(chǎn)品從白熾燈、熒光燈、鹵素燈升級到 LED 燈，照明產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)功能和外觀體積等方面都在不斷改進[7]。特別是在飛機上的防撞燈、編隊燈、著陸燈、搜索燈、航行燈，都是影響飛機安全的重要因素，在其燈罩壓圈涂膠工藝上對一致性、質(zhì)量、效率的要求也更加嚴格。從現(xiàn)狀分析需要解決的問題有兩方面：①手工涂膠的一致性差、效率低問題；②目前常規(guī)點膠設(shè)備必須裝夾定位帶來的管理復(fù)雜、節(jié)拍停滯的問題。

航空燈具產(chǎn)品燈罩壓圈的涂膠必須選用新的適應(yīng)性點膠技術(shù)，通過精密閥體保證點膠一致性，通過設(shè)備保證效率，通過視覺定位技術(shù)取代裝夾定位問題。鄭劍斌[8]等提出了適用于視覺點膠機系統(tǒng)的一種攝像機標定方法，結(jié)合角點檢測，對采集的平面標定板多視角圖片進行特征點采樣，并結(jié)合非線性幾何畸變模型畸變校正，得出視覺點膠機系統(tǒng)完整的成像模型，求解出攝像機內(nèi)參數(shù)，通過最大似然估計進行優(yōu)化調(diào)整后，由 L-M 算法將參數(shù)收斂，進而求出攝像機外參數(shù)。實驗利用視覺點膠系統(tǒng)三軸直線機器人的位移，標定精度偏差小于0.3mm。吳曉[9]提出了視覺檢測系統(tǒng)倍率及偏移量標定的定點法，從而實現(xiàn)了圖像坐標到物理坐標的轉(zhuǎn)化，進而通過運動控制器控制三軸平臺運動。系統(tǒng)實現(xiàn)了三軸聯(lián)動點膠功能，經(jīng)試驗重復(fù)定位精度提升到了0.03mm。謝俊[10]等設(shè)計了一種利用視覺技術(shù)抓取點膠位置的自動化點膠系統(tǒng)。基于Visual C#編程平臺利用eVision圖像處理軟件對膠片的圖像進行分析，利用圖像預(yù)處理和形態(tài)學操作來實現(xiàn)點膠起始坐標的提取。實驗表明，系統(tǒng)的點膠精度可達0.014mm，重復(fù)精度可以控制在0.012mm以內(nèi)。一般航空燈具的涂膠邊框?qū)挾仍?.2mm以上，當定位精度達到微米級，完全可以滿足使用需求。

6 結(jié)束語

航空燈具產(chǎn)品的涂膠工藝未來的發(fā)展方向應(yīng)是通過精密點膠閥控制膠體流量及出膠/斷膠時機，且點膠閥結(jié)構(gòu)便于拆裝清洗。特別要提出的是，對于多品種小批量的產(chǎn)品特性，點膠程序應(yīng)開發(fā)圖像編程方式，便于靈活應(yīng)對各類外形結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，最重要的是通過先進的視覺定位技術(shù)鎖定點膠起始軌跡，完全解決裝夾帶來的可操作性差的問題。在應(yīng)用層面膠體封裝也應(yīng)進行適配，選用能夠直接與點膠閥連接的封裝可以避免二次灌裝帶來的多余工作。膠體在滿足航空產(chǎn)品性能要求的前提下，粘度需要格外重視。粘度過高會導致點膠閥負荷過大，點膠閥轉(zhuǎn)子易損；粘度過低的膠體流動性好，這就要求點膠的后道工序快速銜接。通過試驗研究，選用粘度范圍50000～400000 cps可以較好地滿足航空燈具產(chǎn)品在點膠工藝中的需求，此成果也為國產(chǎn)化探索提供了選型借鑒。