前后風(fēng)窗玻璃是汽車(chē)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(chē)的防漏水、防噪聲的品質(zhì)，進(jìn)而影響用戶(hù)及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的客觀評(píng)價(jià)。本文針對(duì)全自動(dòng)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(jué)引導(dǎo)風(fēng)窗玻璃自動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)線集成三大系列，以解放低端勞動(dòng)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(gè)性化方案定制為核心，業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括3C產(chǎn)品、汽車(chē)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(dòng)涂裝生產(chǎn)線，全自動(dòng)點(diǎn)涂膠機(jī)器人, 自動(dòng)上下料機(jī)器人 自動(dòng)玻璃點(diǎn)涂膠機(jī)器人，自動(dòng)鎖鏍絲機(jī)器人，自動(dòng)上下料機(jī)器人、 CCD視覺(jué)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(dòng)夾具，氣動(dòng)工裝，氣動(dòng)模具，裝配夾具，裝配卡具等。技術(shù)咨詢(xún)：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(duì)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(huì)失效，整車(chē)的防漏水性能會(huì)大打折扣。

     傳統(tǒng)裝配工藝效率低、勞動(dòng)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(guò)淋雨線時(shí)，易出現(xiàn)車(chē)輛漏水等小概率問(wèn)題。

全自動(dòng)式風(fēng)窗玻璃涂膠及裝配工藝

       全自動(dòng)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(shí)現(xiàn)工藝動(dòng)作，其裝配工藝采用先進(jìn)水平的視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全程無(wú)人化、自動(dòng)化。

1.自動(dòng)底涂工藝

     全自動(dòng)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(shí)現(xiàn)。設(shè)備(見(jiàn)圖1)主要包括對(duì)中臺(tái)、機(jī)器人、底涂裝置及緩存庫(kù)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(shí)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(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化需要滿(mǎn)足不同車(chē)型的混線生產(chǎn)，而輸送線及對(duì)中臺(tái)的設(shè)計(jì)恰恰是實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的最佳方式。對(duì)中臺(tái)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(shí)別所要進(jìn)行底涂的玻璃型號(hào)，從而反饋給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)得到的玻璃型號(hào)信息，匹配相應(yīng)的底涂軌跡。不夸張地說(shuō)，只要對(duì)程序和相應(yīng)的硬件進(jìn)行完善，此設(shè)備可以滿(mǎn)足任何車(chē)型的底涂需求。

2.自動(dòng)涂膠工藝

      由于生產(chǎn)節(jié)拍的要求，機(jī)器人自動(dòng)涂膠工序采用的機(jī)器人與底涂的機(jī)器人是分開(kāi)的。設(shè)備(見(jiàn)圖2)主要包括機(jī)器人、對(duì)中臺(tái)、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(dòng)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(cè)裝置，保證膠型滿(mǎn)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?xún)?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(dòng)安裝工藝

      風(fēng)窗玻璃自動(dòng)安裝工藝是利用視覺(jué)系統(tǒng)拍攝車(chē)身位置，結(jié)合玻璃位置控制機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)裝配實(shí)現(xiàn)的。此套設(shè)備(見(jiàn)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(chē)身需進(jìn)行定位且處于靜止?fàn)顟B(tài)。

      自動(dòng)安裝的主要工藝流程為：車(chē)身輸送到位→定位裝置進(jìn)行定位→視覺(jué)拍照車(chē)身→視覺(jué)拍照玻璃→視覺(jué)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(gè)攝像頭組成的視覺(jué)系統(tǒng)，分別對(duì)車(chē)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(jì)算出車(chē)身與玻璃的相對(duì)空間位置，并最終引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行安裝。

     由此可見(jiàn)，視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)玻璃自動(dòng)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(jiàn)圖4)進(jìn)行闡述。當(dāng)需要完全定位一個(gè)物體位置時(shí)，需對(duì)其6個(gè)自由度進(jìn)行限定，而“3-2-1”定位原則簡(jiǎn)單地講就是先通過(guò)至少3個(gè)點(diǎn)的Z向坐標(biāo)所擬合出來(lái)的型面來(lái)限制該物體在Z向的位置和旋轉(zhuǎn)，然后從至少兩個(gè)點(diǎn)的Y向坐標(biāo)所擬合出來(lái)的直線來(lái)限定該物體的Y向位置和旋轉(zhuǎn)，最后通過(guò)至少一個(gè)點(diǎn)的X向坐標(biāo)來(lái)最終確定物體在X向的平移，從而確定一個(gè)物體的位置的定位方法。

     首先，我們采用標(biāo)準(zhǔn)白車(chē)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(shí)際車(chē)身、玻璃的基本位置數(shù)據(jù)，根據(jù)算法來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)安裝，假設(shè)建立的標(biāo)準(zhǔn)白車(chē)身坐標(biāo)為(X，Y，Z)。

(2)裝配數(shù)據(jù)測(cè)量(見(jiàn)圖5)

①通過(guò)測(cè)量車(chē)身上“2”、“3”、“5”和“6”這4個(gè)點(diǎn)可以確定一個(gè)Z向面，也就是“3-2-1”定位原則”中的“3”。

②通過(guò)車(chē)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(guò)車(chē)身上“1”、“4”的中點(diǎn)可以確定車(chē)身X向，也就是“3-2-1”定位原則中的“1”。

     通過(guò)以上幾個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)確認(rèn)，可以得到車(chē)身的相對(duì)于空間坐標(biāo)系的實(shí)際坐標(biāo)位置(X1，Y1，Z1)。

(3)風(fēng)窗玻璃定位方案(見(jiàn)圖6)

①通過(guò)測(cè)量玻璃上“1”、“2”、“4”和“5”這4個(gè)點(diǎn)可以確定一個(gè)Z向面，也就是“3-2-1”定位原則中的“3”。

②通過(guò)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(guò)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(guò)以上幾點(diǎn)的測(cè)量，同樣得到待粘貼的風(fēng)窗玻璃的相對(duì)于空間坐標(biāo)系的實(shí)際坐標(biāo)位置(X2，Y2，Z2)。

(4)自動(dòng)裝配的實(shí)現(xiàn)

     自動(dòng)安裝設(shè)備的安裝精度為±0.8?mm時(shí)，也就是同時(shí)滿(mǎn)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(chē)身上。

在上述條件滿(mǎn)足的情況下，視覺(jué)控制器得到車(chē)身實(shí)際空間坐標(biāo)信息后，會(huì)反饋至視覺(jué)傳感器，視覺(jué)傳感器執(zhí)行拍攝待粘貼玻璃數(shù)據(jù)動(dòng)作，從而得到上述數(shù)據(jù)(X2，Y2，Z2)。視覺(jué)控制器同樣會(huì)將(X2，Y2，Z2)的數(shù)值與偏差值0.8?mm進(jìn)行比對(duì)，在此范圍內(nèi)的話(huà)，將通過(guò)計(jì)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(dòng)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(huì)在視覺(jué)控制系統(tǒng)中的顯示屏上顯示報(bào)警，停止裝配動(dòng)作，此時(shí)就需要技術(shù)人員對(duì)車(chē)身精度、玻璃精度甚至滑板停止?fàn)顟B(tài)等問(wèn)題進(jìn)行信息(見(jiàn)圖7)確認(rèn)。

(5)自動(dòng)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(jué)控制三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖8)。

     PLC與視覺(jué)控制之間采用TCP信息交互，實(shí)現(xiàn)多達(dá)15種信息的確認(rèn)反饋及執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)型信息的交互及車(chē)身狀態(tài)的信息交互;視覺(jué)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(guò)視覺(jué)傳感器反饋的位置數(shù)據(jù)，視覺(jué)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行信息傳遞，從而控制機(jī)器人的自動(dòng)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(guò)此連接確認(rèn)機(jī)器人進(jìn)入線體的安全狀態(tài)。

     視覺(jué)控制與車(chē)間局域網(wǎng)的連接是實(shí)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(jì)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(dòng)裝配的因素

1.曝光度存在差異

     車(chē)身顏色不同，視覺(jué)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(jué)拍攝區(qū)域需采用遮光帶進(jìn)行遮擋，排除陽(yáng)光、室內(nèi)照明等因素對(duì)視覺(jué)拍攝質(zhì)量的干擾，提高視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)不同顏色的車(chē)身的拍攝精度。

3.數(shù)據(jù)驗(yàn)證

     在正式投產(chǎn)使用之前，需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，要針對(duì)不同車(chē)型，選取車(chē)身上最佳的視覺(jué)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(yǔ)

風(fēng)窗玻璃自動(dòng)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(shí)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(yàn)證，提高了整車(chē)企業(yè)的產(chǎn)能，解決了人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、粘貼精度無(wú)法保證的問(wèn)題，為汽車(chē)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。