在线对准下片堆垛效果分析

汪 洋，吴乾坤，王开西，彭 正，郑 然

(蚌埠凯盛工程技术有限公司,蚌埠 233000)

由于单晶硅光伏发电技术的突破，单晶硅光伏玻璃原片材料即压延玻璃需求量暴涨，近两年全国上下都在大规模建设压延玻璃原片生产线。由于热端窑炉和退火技术的提升，成型玻璃输出吨位日产量日益提升，导致产线上的最后一环，堆垛收片环节技术压力陡增，主要在于周期上的瓶颈难以突破，因此需要提出一种更短周期的解决方案，同时保证最终的堆垛效果，整体要求快、稳、整齐。

1 在线对准工艺的介绍

在典型的压延玻璃生产线中，会同组生产两片到三片玻璃，同组玻璃到达下片区域后，停止线上运输，再通过转向皮带，纵向运输至下片台。传统自动下片台有一个重要环节，即对准同组传送过来的玻璃，使玻璃一边对齐，这样最后通过下片台大臂抓取到玻璃架上就能保持单边对齐。上架的玻璃必须要求一定的对齐度，才能保证下一步的包装和深加工工艺不受影响。

传统的对准机制放在每台下片设备取板区域，每接收一组，对准一次，每台都会有此动作环节，如图1所示。如果下片设备省去这一环节，则又能将下片设备的下片周期缩短3 s左右，所以在线对准方案应求而出，其设计原理，就是将对准环节放到生产线上，如图2所示，即原本一个人被分配两个任务，现在分配给两个人同时做，其重合部分周期就被节省出来。在线对准工艺，在生产线上一次对准后可对应4台下片设备，经实践4台之后由于玻璃长距离运输，左右玻璃前后距离又会放大，对准效果消失，但四个对准设备简化成一个设备，已经大幅降低了成本。

另外在线对准工艺还有一个优点是，可以在线完成定位，定位后可以居中对齐，将玻璃堆垛至玻璃架中间位置。这样首先就对玻璃架的要求大大降低，传统的下片设备对准机制，只能使玻璃向一边靠齐，这也会使玻璃堆垛规格有所限制，而居中对准就能适应更多规格，其次居中放置也直接解决了玻璃堆垛在玻璃架上的偏重问题。

2 在线对准工艺的控制实现

在线对准工艺的控制实现，主要分为两个过程：减速对准与居中对齐。

如图3所示，玻璃头在到达光电位置时立即减速，同时通过控制气缸，抬起对准挡块，以一个低速控制玻璃撞击挡块，使玻璃头平齐后停止辊道，停止撞击，完成减速对准。

在平齐后，控制气缸放下对准挡块，玻璃继续向下游传送，此时玻璃一旦离开光电检测区域，即可产生一个下降沿信号，利用该信号触发控制伺服电机运转一定距离，该距离通过实时板长数据而改变，进而可以实现相对于玻璃架的居中对齐。定位技术可采用光电探针技术，即将光电直接接入伺服控制器本身，利用其闭环控制可使其定位精度很高，误差不超过1 mm，进而能够保证玻璃居中对齐的精准度[1]。

3 堆垛效果问题的提出、分析与解决

在线对准能进一步提高下片效率，但由于对准环节提前，所以对设备安装精度要求也更加严格，在玻璃对准，到最终下片的过程中，整个环节有：横向对准、辊道启动、居中定位、转向抬起运输、下片皮带对接、下片纵向对准、抓取放置。经过实践，在线对准工艺下片装置在投产前期，虽然周期有明显改善，但存在一定的堆垛效果不佳的情况，为了进一步提升用户体验，提高设备稳定性，现针对不同情况对堆垛过程进行分析，提出解决方案。

1)整体良好，个别板位置比平均线偏置一定距离，如图4所示。

分析：典型的光电定位问题。在线对准工艺采用前置挡棍减速校正，然后通过检测光电传感器下降沿信号进行伺服定位。

压延玻璃生产线中，一般可生产两分板或三分板，以最大同组玻璃板数安装探针定位光电，即最大生产两分板时安装左右两个光电，最大生产三分板安装左中右三个光电。以两分板为例，当同时来两分板时，或者只来了左侧单张板时(产线上游根据质量落掉同组玻璃中右侧的不合格的板)，会以左侧光电为准，即检测左侧光电的下降沿信号，但若只来了右侧单张板时，则需检测右侧光电的下降沿信号。在安装光电时虽然要求光电安装位置在水平方向上要与对准挡棍平行，但投入使用时，由于安装误差，电气信号传递等原因使左右光电很难严格作用在与对准挡棍水平的安装线上，所以左右光电的定位偏移量肯定是不一样的。在控制上，需要将偏移量作为参数开放到人机交互操作屏幕上。

图4中，整体堆垛精度良好，个别玻璃有同一方向的偏置，此情况需测量玻璃实际偏置值，在人机界面输入右侧光电偏移量即可，比如发现每次通过右侧光电定位时都会向前偏置5 mm，那么输入偏移量控制其每次定位都少传送5 mm，即可使左右侧光电定位达到同一个水平位置，即可解决该不良堆垛效果。

2)斜线，随着玻璃板的堆积往一个方向逐渐倾斜，如图5所示。

分析：从堆垛过程上分析，造成堆垛倾斜的可能有两个方向，一个是线上自动控制其居中定位时有一定偏差，另一个是线下堆垛玻璃至玻璃架时放置位置有倾斜。

方向一：从线上居中定位工艺出发，根据在线光电传感定位的原理，此定位工艺控制下的定位精度能达到毫米级，但是会受光电本身质量与环境的影响[2]。尤其是粉尘环境，在玻璃原片生产线上还有喷粉工艺，使玻璃原片上端覆盖一层薄粉，使玻璃在堆垛后片与片之间产生间隙，防止静电吸附，除此之外玻璃本身在破碎时都会产生粉尘，因此玻璃生产线原本就是高粉尘环境，光电传感部分容易被粉尘覆盖，覆盖达到一定量时，势必会使光电信号产生延迟，如果不及时处理，那么每次居中定位都会有固定方向上的偏置，积少成多偏置越来越大，就会造成堆垛倾斜，与图示情况相似。

首先，从光电设备出发，若光电安装是上探式，即安装在辊道下方，朝上检测玻璃，这种情况粉尘极易覆盖在传感区域，需优先考虑更换安装方式，改为下探式，将光电安装在辊道上方，朝下检测玻璃，此时光电传感区域被粉尘覆盖率就会降低。若更换有难度，则需定期清理光电表面。其次，从粉尘环境出发，若线上喷粉设备安装位置离光电很近，则优先考虑更换喷粉设备位置，使其远离定位下片区域，或者改进喷粉设备的密封性，增加除尘设备等直接降低该区域空气粉尘含量。以上措施均可降低定位偏置，即可从定位角度解决该不良堆垛效果。

方向二：从线下堆垛设备出发，从过程角度思考，每片玻璃都会经过转向抬起，然后被运输至下片台，最后通过下片台大臂吸附放置在小车的玻璃架上，每片玻璃都会经历，且时间大致相同，很难产生渐变倾斜的效果，但玻璃放在玻璃架上是一个长久的过程，玻璃在玻璃架上放置时有可能会造成倾斜。我们对放置在玻璃架的玻璃进行简单的受力分析如图6所示，当小车和玻璃架整体重心并不与玻璃架底部垂直时，玻璃整体就会因重力产生水平方向分力。这个分力就会使玻璃往相应水平方向倾斜，另外在玻璃底部会放有缓冲垫，当玻璃不是水平放置时，缓冲垫容易受到不同程度损坏，造成变形、位置变动等等变化，致使倾斜效果加剧。

根据分析，我们需校正小车四角标高，首先确保小车平台处于水平状态，其次确认玻璃架底部加工不能过于粗糙，底部型材应尽量加工为同一水平面，最大程度降低高度差，最后缓冲垫应选用质量较好的产品，缓冲垫的尺寸规格材料须保持一致。以上措施均为保障玻璃架在堆积一定玻璃时依然保持整体水平稳定，进而可从设备放置角度解决该不良堆垛效果。

3)整体良好，但相邻两张玻璃呈现AB位置相错开的堆垛效果，如图7所示。

分析：1)校正挡块不在一个水平线上；2)单侧玻璃在启动时有滑动；3)皮带跑偏或未与下片的对接皮带平行。

在线对准工艺的校准挡块安装在生产线上，以两分板为例，则会安装左右两组，造成图7的原因，最大可能性就是两组挡棍与辊道不在一条水平线上，无法将两片玻璃对齐，此时只需微调其中一组挡棍位置即可。

当确认在线对准挡块的安装没有问题，同组玻璃经过校准后玻璃头能达到平齐的效果，然而仍然发现堆垛相邻两块玻璃有相对错开的堆垛效果时，则进一步观察同组在对齐重启启动传输后，对齐效果有没有保持到转向皮带，观察在启动的瞬间单侧玻璃是否有滑动，导致对齐效果是否被破坏。如果有，原因可能是喷粉设备左右不均匀，导致一侧辊道粉尘覆盖较多，在启动时由于玻璃有加速度，当左右两侧底部摩擦力差距较大时必然会导致启动时单侧会有滑动。首先，及时使用压缩空气吹净辊道上的粉尘；其次，喷粉不均匀也会导致隔离效果不稳定，所以必须及时调整喷粉机参数，这属于喷粉设备的正常维护[4]；另外也可在驱动控制上适当降低启动加速度，辅助降低启动时的偏差。

当确认同组玻璃的对齐效果已经维持到转向皮带，然而仍然发现堆垛后有同组错开的堆垛效果时，则有可能是转向皮带的安装精度不够。有两个原因，一是皮带运输时本身就存在跑偏现象，这种原因需有经验的安装工人针对皮带与轴承接触点进行微调，解决跑偏问题，另一种是皮带运输方向与下片台的接片皮带不在同一平行线上，有一定的夹角，夹角会使右侧玻璃片传输到接片皮带上时形成垂直方向上的位移X，如图8所示。这样再经过下片抓取后，就会造成两片相邻的板有X大小错移，这种情况需要调整皮带底座，转向皮带与接片皮带平行。通过以上三步措施，基本可以从根本上解决该不良堆垛效果。

4 结 语

经过以上经验总结与讨论分析，可以看出在线对准下片虽然环节较多容易造成堆垛效果不佳，但是还是比较容易解决和处理的，可以总结为三大方面：

第一方面：设计合理。主要因素是堆垛上游的喷粉机设备，由于该设备的特殊性，要求从设计上就要规避粉尘问题，优先考虑要使喷粉机安装位置尽量远离堆垛区域，其次要考虑尽可能做好防尘工艺。

第二方面：安装严格。设备本身设计的尺寸和位置安装都是有严格要求的，严格按照尺度安装是最基本的工程要求，在刚投产时如发现安装问题，应及时改善纠正，按设计数据严格修复至正常水准。

第三方面：操作规范，维护及时。光电定位的参数和喷粉机的参数都是规范范围的，前期在工程师调试结束后，一般都有告知规范操作，后期操作人员应积极学习，掌握原理。在发现异常后，及时调整，才可规避不良堆垛效果以及其他问题。