基于机器人的汽车风挡玻璃自动涂胶装配运用

罗维

广州汽车集团乘用车有限公司 广东省广州市 511434

1 引言

目前在国内外汽车制造领域，前后挡风玻璃涂胶机多为手动或半自动形式，由机器人抓胶枪，按照程序设定轨迹给玻璃涂胶，涂胶完成的玻璃通过输送线送出机器人涂胶工位，由作业员工将玻璃安装到车体上。为降低作业员的劳动负荷，提高设备智能化程度，越来越多的总装车间采用或计划采用机器人完成涂胶及装配工作。

2 风挡玻璃自动装配概要

机器人夹持玻璃涂胶、胶枪固定安装，涂胶完成后机器人自动安装玻璃。依靠集成在夹具上的激光扫描仪自动检测安装位置，安装精度可达±1mm ，可满足质量基准。

2.1 涂胶基本要求

（1）生产节拍：48s/台

（2）涂胶品质：密封胶材料为单组份聚氨酯粘接剂，涂布全长应确保如下图三角形的断面形状，左右对称，无偏倒。玻璃胶截面形状为等边三角形，其中高H=13mm，宽W=8mm，位置精度为±1mm；

（3）车体定位要求：在玻璃装配工位，车体是固定静止30秒，作为机器人装配前、后风挡玻璃的作业时间，车辆输送线对车辆的综合定位精度：X/Y方向为±15mm；Z方向为±10mm；X/Y/Z倾斜角度小于±0.2mm

（4）安装精度：±1mm

2.2 涂胶设备工艺流程

①通过机械手将风挡玻璃上料到皮带输送线

②玻璃输送到皮带线尽头后，翻转机将玻璃从输送线翻转到对中台对中

③玻璃对中定位

玻璃对中定位OK→机器人进行下一步骤

玻璃对中定位NG→机器人将玻璃放置NG台上并报警声光提醒

④机器人抓玻璃进行涂胶并检测胶型

胶型检测OK→机器人进行下一步骤

胶型检测NG→机器人将玻璃放置NG台上并报警声光提醒

⑤机器人进行视觉定位检测

视觉检测OK→机器人进行下一步骤

视觉检测NG→机器人将玻璃放置NG台上并报警声光提醒

⑥机器人安装风挡玻璃

⑦机器人回到原位等待

3 风挡玻璃自动装配技术要求

2套前后挡风玻璃自动涂胶及装配设备，布置在内饰线快速线停止工位，设备自动完成玻璃的输送、对中、定位与判别、涂胶及胶形检测、视觉定位、装配；整个系统包含机器人系统、供胶系统、玻璃输送系统、视觉系统、电气控制系统等。

3.1 机器人系统

2台风挡玻璃机器人负责抓取完成定位的玻璃进行涂胶，并安装风挡玻璃，2台机器人负责车身进行扫描定位。规格：要求有效臂展半径大于3000mm，负载大于150kg，重复定位精度高于±0.06mm，并保证功能。机器人负责完成各车型玻璃涂胶作业的机器人轨迹示教。机器人为7自由度，交流伺服电机系统驱动。

3.2 涂胶系统

整个项目供胶系统配置为双泵切换系统+定流量泵+胶温控制系统；

（1）供胶泵：供胶泵采用压缩比为57：1以上的高粘度大流量应用的气压柱塞泵（301cc/冲程），缸体带加热功能；供胶泵系统应有两个供胶桶。当一个桶空时（设备应自动检知），具备自动或和手动切换到另一个供胶泵。

（2）定流量泵：使用交流伺服电机，可设定不同的输出量，不能有脉动。带加热功能，流量可达80cc/秒。根据机器人的速度变化等指示，可按照设定的输出量，自动调整各段轨迹的出胶量。定量机流量精度达到±1%；其输出量应保证涂胶枪在涂胶直线段的移动速度大于400mm/s。

（3）胶温控制系统：加热控制器对胶料全程温控且加热能力达到70℃的要求，采用恒温控制，使涂胶枪口的出胶温度不会超出20°至35°的范围，以保证设备冬天的正常运行。

3.3 输送系统

（1）涂胶塔：采用钢结构搭，胶塔顶端安装自动胶枪，由机器人第七轴电机驱动可±360°旋转；定量机安装在涂胶塔横臂上或竖杆上，同时在胶枪胶嘴的正下方配备自动清胶装置，通过多气嘴喷射高压力压缩空气的方式清楚残胶；

（2）玻璃输送线：采用双侧皮带线形式，H齿型带，宽度不小于30mm，皮带表面加胶3mm，采用防止刮伤玻璃的输送皮带材料；皮带输送速度可调，保证满足节拍；结构为同步带，动力采用减速电机，皮带机有支撑系统、涨紧装置等，按相应的间距设置停止工位，每个工位均设置感应开关进行玻璃检测；

（3）玻璃对中台：采用铝型材组装，对前后风挡玻璃进行对中、定位，兼有X、Y方向的测量，并将测量结果传送给控制系统，进行玻璃类型判定，夹具的对中重复精度≤±0.1mm，对于不同的车型对中采用编码器或者位移传感器装置识别。

3.4 视觉系统

风挡安装要求的精度较高，消除这种重复定位误差的方法通常有两种，一种是通过保证车身的制造精度和装配线的定位精度，二是采用先进的车身定位误差检测系统和机器人轨迹导向技术，实现玻璃的精确安装[1]。

（1）胶型检测装置：采用固定于胶枪的3D激光扫描仪对胶条进行跟踪扫描，系统可准确检测到各处的胶型高度和有无断胶（可同时在直线段以及转弯段检测胶型值），检测精度高于±0.15mm。当胶型超出胶高与胶宽范围时，自动判别为胶型不合格，并立即报警。

（2）车型识别、车身视觉引导系统：对车辆的前、后风挡窗框，采用1套粗定位系统，2套精确视觉引导系统分别进行定位，以保证生产节拍。车身三维方位粗定位摄像头：采用固定安装的摄像头，分别从4个不同角度“看”车身的4个不同部位，并从这些图像中搜索车身的固有特征标记点的二维图像坐标，同时根据各个摄像头之间的方位关系以及标记点在车体坐标系下的坐标，这样在数学上就确定了一个最佳的车身方位，并计算出当前方位和理论方位之间的矫正矢量（X，Y，Z，RX，RY，RZ），通过矫正矢量，机器人就能调整其测量轨迹，带着激光仪对车体的前后风挡窗框进行扫描、测量；

3.5 电气控制系统

整个系统的由安全PLC、触摸屏，以及继电器、开关、按钮、指示灯等电气辅料组成。人机界面采用触摸屏，通过人机界面设定相应的工艺参数。系统中的除机器人供胶系统以及供胶系统外其余外部设备都分别由总线耦合器作为从站通过Profinet接入总控PLC。同时配有三色指示灯以显示设备实时状态，出错具有报警功能。参数的管理分为三个级别，分别为操作员级，设备维修级和管理员级。系统软件还需要提供交互界面连接到防错，工厂信息以及数据收集系统。PLC需预留单独的以太接口，该接口可以根据要求任意设置IP地址。控制柜有电源总开关，电源总开关设置在控制柜外，可编程控制器内部梯形图对各动作的保护互锁可靠，其外围电路对PLC输出具有可靠保护。电气控制发生故障时，有停机保护，信号显示等。

4 结语

进入新时代后，汽车企业为了提升品牌的竞争力务必要提高生产的自动化水平，而风挡玻璃作为汽车总装领域最具备自动化条件的工件更因受到行业的研究。风挡玻璃自动涂胶、自动装配不但减少了玻璃胶水气味对作业员的健康损害，同时能极大的保证玻璃贴车的品质，防止一致性差导致漏水的发生，也能够大幅度的削减作业员的数量，提高生产的效率。

但是在自动化设备提升的同时，为避免自动化带来的各种故障，需要对涂胶设备的应急预案进行深入研究，避免因为故障对生产带来的停线影响。