前后風(fēng)窗玻璃是汽車保持密封性的最主要的部件之一。風(fēng)窗玻璃的裝配直接影響著整車的防漏水、防噪聲的品質(zhì)，進(jìn)而影響用戶及市場對產(chǎn)品的客觀評價。本文針對全自動式風(fēng)窗玻璃裝配的設(shè)備特點(diǎn)及工藝進(jìn)行了分析，闡述了視覺引導(dǎo)風(fēng)窗玻璃自動裝配的技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)。
北京深隆科技有限公司的主要產(chǎn)品及服務(wù)為機(jī)器人智能涂裝線、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用及成套裝備、涂裝自動化生產(chǎn)線集成三大系列，以解放低端勞動力、改善有害工作環(huán)境為導(dǎo)向，以工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用為基礎(chǔ)，以行業(yè)應(yīng)用的個性化方案定制為核心，業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括3C產(chǎn)品、汽車零部件等表面處理、重工、軍工、航空、新能源等行業(yè)。產(chǎn)品包括：工業(yè)機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線，自動涂裝生產(chǎn)線，全自動點(diǎn)涂膠機(jī)器人, 自動上下料機(jī)器人 自動玻璃點(diǎn)涂膠機(jī)器人，自動鎖鏍絲機(jī)器人，自動上下料機(jī)器人、 CCD視覺定位鎖鏍絲機(jī),工業(yè)機(jī)器人配件、機(jī)器人工裝，夾具，氣動夾具，氣動工裝，氣動模具，裝配夾具，裝配卡具等。技術(shù)咨詢：18001130868 18001197956
傳統(tǒng)裝配工藝
風(fēng)窗玻璃的裝配流程一般為：上料→清洗→底涂→晾干→涂膠→裝配。
傳統(tǒng)裝配工藝的清洗、底涂和涂膠采用人工進(jìn)行。玻璃常采用的底涂液，其原料為聚異氰酸脂，對操作人員有一定的毒性;底涂完成后，需要進(jìn)行晾干，大約需要2～5?min;玻璃的涂膠及裝配必須在15?min內(nèi)完成，否則玻璃膠會失效，整車的防漏水性能會大打折扣。
傳統(tǒng)裝配工藝效率低、勞動強(qiáng)度大且裝配精度(或質(zhì)量)差，這種方式不僅造成人員成本增加，而且在通過淋雨線時，易出現(xiàn)車輛漏水等小概率問題。
全自動式風(fēng)窗玻璃涂膠及裝配工藝
全自動式風(fēng)窗玻璃涂膠及裝配的底涂、涂膠和裝配均采用機(jī)器人實現(xiàn)工藝動作，其裝配工藝采用先進(jìn)水平的視覺引導(dǎo)系統(tǒng)，實現(xiàn)全程無人化、自動化。
1.自動底涂工藝
全自動底涂工藝是利用機(jī)器人，將玻璃按照機(jī)器人的行走軌跡與固定底涂頭接觸而實現(xiàn)。設(shè)備(見圖1)主要包括對中臺、機(jī)器人、底涂裝置及緩存庫區(qū)等。此種設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是可以避免人員與底涂的接觸，另一方面是可以實現(xiàn)與下一工序的涂膠軌跡進(jìn)行匹配，保證底涂與玻璃膠的匹配精度。
底涂工藝實現(xiàn)全自動化需要滿足不同車型的混線生產(chǎn)，而輸送線及對中臺的設(shè)計恰恰是實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的最佳方式。對中臺裝置不僅可以將玻璃擺正、提高機(jī)器人抓取精度，還可以利用傳感器識別所要進(jìn)行底涂的玻璃型號，從而反饋給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)得到的玻璃型號信息，匹配相應(yīng)的底涂軌跡。不夸張地說，只要對程序和相應(yīng)的硬件進(jìn)行完善，此設(shè)備可以滿足任何車型的底涂需求。
2.自動涂膠工藝
由于生產(chǎn)節(jié)拍的要求，機(jī)器人自動涂膠工序采用的機(jī)器人與底涂的機(jī)器人是分開的。設(shè)備(見圖2)主要包括機(jī)器人、對中臺、涂膠泵和固定式涂膠槍等。
涂膠泵等裝置可以根據(jù)采用的玻璃膠特性或者工藝特性設(shè)定0～65℃的加熱和保溫控制，從而更好地配合底涂提高粘貼性能。涂膠泵可采用定量給料系統(tǒng)，利用伺服電動機(jī)及快速響應(yīng)離合器控制出膠速度，出口流量可以達(dá)到30?L/min。膠槍處設(shè)置膠型檢測裝置，保證膠型滿足工藝要求尺寸，并且使機(jī)器人涂膠精度能夠控制在±1?mm以內(nèi)，能夠?qū)D(zhuǎn)彎及接口處的膠軌跡進(jìn)行更有序的控制。
3.自動安裝工藝
風(fēng)窗玻璃自動安裝工藝是利用視覺系統(tǒng)拍攝車身位置，結(jié)合玻璃位置控制機(jī)器人進(jìn)行自動裝配實現(xiàn)的。此套設(shè)備(見圖3)主要由激光攝像頭、控制系統(tǒng)、機(jī)器人和定位裝置等構(gòu)成。此工位的特殊要求為車身需進(jìn)行定位且處于靜止?fàn)顟B(tài)。
自動安裝的主要工藝流程為：車身輸送到位→定位裝置進(jìn)行定位→視覺拍照車身→視覺拍照玻璃→視覺引導(dǎo)機(jī)器人安裝。
此工藝的難點(diǎn)在于如何保證最終的安裝精度，所以采用一套由多個攝像頭組成的視覺系統(tǒng)，分別對車身狀態(tài)及玻璃狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，利用三坐標(biāo)原理進(jìn)行匹配，計算出車身與玻璃的相對空間位置，并最終引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行安裝。
由此可見，視覺引導(dǎo)技術(shù)是實現(xiàn)玻璃自動裝配的核心。
(1)坐標(biāo)系的建立原理
本文采用“3-2-1”定位原則(見圖4)進(jìn)行闡述。當(dāng)需要完全定位一個物體位置時，需對其6個自由度進(jìn)行限定，而“3-2-1”定位原則簡單地講就是先通過至少3個點(diǎn)的Z向坐標(biāo)所擬合出來的型面來限制該物體在Z向的位置和旋轉(zhuǎn)，然后從至少兩個點(diǎn)的Y向坐標(biāo)所擬合出來的直線來限定該物體的Y向位置和旋轉(zhuǎn)，最后通過至少一個點(diǎn)的X向坐標(biāo)來最終確定物體在X向的平移，從而確定一個物體的位置的定位方法。
首先，我們采用標(biāo)準(zhǔn)白車身建立空間坐標(biāo)系，以此數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，利用“3-2-1”原則獲得實際車身、玻璃的基本位置數(shù)據(jù)，根據(jù)算法來得到現(xiàn)有與其理論位置所存在的偏差，并把此偏差轉(zhuǎn)化為機(jī)器人坐標(biāo)系的偏移值后傳輸給機(jī)器人來實現(xiàn)引導(dǎo)安裝，假設(shè)建立的標(biāo)準(zhǔn)白車身坐標(biāo)為(X，Y，Z)。
(2)裝配數(shù)據(jù)測量(見圖5)
①通過測量車身上“2”、“3”、“5”和“6”這4個點(diǎn)可以確定一個Z向面，也就是“3-2-1”定位原則”中的“3”。
②通過車身上“3”、“6”的中點(diǎn)和“2”、“5”的中點(diǎn)可以確定一條沿X向的直線，也就是“3-2-1”定位原則”中的“2”。
③通過車身上“1”、“4”的中點(diǎn)可以確定車身X向，也就是“3-2-1”定位原則中的“1”。
通過以上幾個點(diǎn)的坐標(biāo)確認(rèn)，可以得到車身的相對于空間坐標(biāo)系的實際坐標(biāo)位置(X1，Y1，Z1)。
(3)風(fēng)窗玻璃定位方案(見圖6)
①通過測量玻璃上“1”、“2”、“4”和“5”這4個點(diǎn)可以確定一個Z向面，也就是“3-2-1”定位原則中的“3”。
②通過玻璃上“1”、“4”的中點(diǎn)和“2”、“5”的中點(diǎn)可以確定一條沿X向的直線，也就是“3-2-1”定位原則中的“2”。
③通過玻璃上“3”、“6”的中點(diǎn)可以確定頂蓋的X向，也就是“3-2-1”定位原則中的“1”。
通過以上幾點(diǎn)的測量，同樣得到待粘貼的風(fēng)窗玻璃的相對于空間坐標(biāo)系的實際坐標(biāo)位置(X2，Y2，Z2)。
(4)自動裝配的實現(xiàn)
自動安裝設(shè)備的安裝精度為±0.8?mm時，也就是同時滿足X1-X≤0.8、Y1-Y≤0.8以及Z1-Z≤0.8的情況下，機(jī)器人才有可能將玻璃粘貼在車身上。
在上述條件滿足的情況下，視覺控制器得到車身實際空間坐標(biāo)信息后，會反饋至視覺傳感器，視覺傳感器執(zhí)行拍攝待粘貼玻璃數(shù)據(jù)動作，從而得到上述數(shù)據(jù)(X2，Y2，Z2)。視覺控制器同樣會將(X2，Y2，Z2)的數(shù)值與偏差值0.8?mm進(jìn)行比對，在此范圍內(nèi)的話，將通過計算(X1，Y1，Z1)與(X2，Y2，Z2)的空間坐標(biāo)差值，引導(dǎo)機(jī)器人的裝配動作。
如果(X1，Y1，Z1)或(X2，Y2，Z2)超出設(shè)定安裝精度范圍0.8?mm，則會在視覺控制系統(tǒng)中的顯示屏上顯示報警，停止裝配動作，此時就需要技術(shù)人員對車身精度、玻璃精度甚至滑板停止?fàn)顟B(tài)等問題進(jìn)行信息(見圖7)確認(rèn)。
(5)自動裝配控制系統(tǒng)
所有的裝配信息的交互均是由工位PLC、機(jī)器人控制和視覺控制三個方面實現(xiàn)(見圖8)。
PLC與視覺控制之間采用TCP信息交互，實現(xiàn)多達(dá)15種信息的確認(rèn)反饋及執(zhí)行，從而實現(xiàn)車型信息的交互及車身狀態(tài)的信息交互;視覺控制與機(jī)器人控制同樣采用TCP形式進(jìn)行信息交互，通過視覺傳感器反饋的位置數(shù)據(jù)，視覺控制進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，對機(jī)器人進(jìn)行信息傳遞，從而控制機(jī)器人的自動裝配;PLC與機(jī)器人控制之間則采用Profinet形式進(jìn)行信息交互，最重要的是，機(jī)器人通過此連接確認(rèn)機(jī)器人進(jìn)入線體的安全狀態(tài)。
視覺控制與車間局域網(wǎng)的連接是實現(xiàn)粘貼數(shù)據(jù)追溯的重要環(huán)節(jié)，所有粘貼數(shù)據(jù)的計算及處理均由此通道上傳至MES系統(tǒng)進(jìn)行記錄保存。
其他影響自動裝配的因素
1.曝光度存在差異
車身顏色不同，視覺系統(tǒng)的曝光度同樣存在差異，此數(shù)據(jù)是安裝精度設(shè)定的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。
2.遮擋
視覺拍攝區(qū)域需采用遮光帶進(jìn)行遮擋，排除陽光、室內(nèi)照明等因素對視覺拍攝質(zhì)量的干擾，提高視覺系統(tǒng)對不同顏色的車身的拍攝精度。
3.數(shù)據(jù)驗證
在正式投產(chǎn)使用之前，需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，要針對不同車型，選取車身上最佳的視覺拍攝位置及玻璃的位置，保證拍攝的偏差在設(shè)置值范圍內(nèi)。
結(jié)語
風(fēng)窗玻璃自動涂膠及裝配工藝是目前行業(yè)內(nèi)的前沿技術(shù)，可增強(qiáng)粘貼可靠性，實現(xiàn)產(chǎn)品裝配數(shù)據(jù)追溯。該技術(shù)已在我公司得到充分驗證，提高了整車企業(yè)的產(chǎn)能，解決了人員勞動強(qiáng)度大、粘貼精度無法保證的問題，為汽車企業(yè)智能化、數(shù)字化和透明工廠的規(guī)劃提供了借鑒和參考。
