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摘要：在汽车挡风玻璃的涂胶过程中，涂胶系统需要完成玻璃运输、定位、玻璃辨识、涂胶及仿形作业。因此，在涂胶系统中必须包涵玻璃运输设备、定位装置、玻璃辨识装置、机器人仿形设备、供胶系统设备、胶料保压系统等。本文根据现场使用经验，对涂胶系统中的设备配置以及PLC对设备间的连锁控制进行研究总结，并提出优化配置及控制方案，以满足汽车挡风玻璃涂胶装配的质量要求。
关键词：机器人仿形；涂胶系统；挡风玻璃；PLC；连锁控制；配置优化；
在上汽通用五菱总装车间中，累积使用五套涂胶系统设备，然而，涂胶系统的结构原理大致相同。涂胶机主要包括玻璃上料与下料的运输系统、玻璃定位于玻璃类型辨识系统、机器人仿形与涂胶系统、胶泵供胶系统、胶料保压系统、电控连锁系统、安全保护系统等。
1 涂胶系统配置现状及研究
1.1 涂胶系统组成概念
1.2 玻璃运输系统
在上汽通用五菱总装车间的5条生产线中，玻璃运输系统主要有以下几个方式：一是链条输送玻璃配合真空拾取的玻璃下料装置；二是双面转台配合机器人运输玻璃的形式组合。在链条运输系统中，包括上料工位、移动工位、涂胶及仿形工位、下料工位，使玻璃在不断的改变工位状态，进而实现玻璃间续不断的进行涂胶仿形作业，实现连续生产的循环。而在转台输送系统中，转台两面相互180度的角度切换，对转台两面命名为上料位与工作位，转台转动过程中，不断的切换上料位与工作位，实现连续作业的循环。但是，当使用转台运输玻璃时，需要机器人配合搬运挡风玻璃，具体需要在涂胶仿形作业中阐述。
1.3 玻璃定位装置
目前，玻璃定位、对中原理大致相同，均采用夹具定位。驱动元件主要选择气缸，有的使用气缸驱动齿轮齿条夹具配合固定断档，有的使用气缸配合活动断档等玻璃定位对中方式。由于选择玻璃运输方式的不同，导致玻璃定位方式也有差异，最终将决定玻璃涂胶仿形作业的形式。
1.4 玻璃类型辨识方式
汽车制造混装线中，要求涂胶系统具有一定的兼容性，具有对多種玻璃进行涂胶作业的能力，因此，根据玻璃外形及尺寸识别玻璃是一项必不可少的作业过程。目前，主要有两种识别方式，一是数字量识别，二是模拟量识别。使用数字量识别时，将开关矩阵组安装在对中夹具上，当某种挡风玻璃上料并夹紧完成时，开关矩阵中的开关点转化成数字“1”或“0”，并将数据送到PLC中，进而识别玻璃类型。当使用模拟量识别玻璃时，主要使用模拟量传感器，将玻璃尺寸数据转换位可以识别的模拟量数据，并将模拟量数据送到PLC控制器中进行比较匹配，最终确定玻璃类型。
1.5 机器人仿形与涂胶方式
在整个涂胶仿形作业中，根据涂胶枪嘴的固定方式的不同，机器人也完成不同的作业方式。当涂胶胶枪安装在机器人的内部轴的手臂上，此时，只有玻璃位置固定，而机器人只进行仿形及同步涂胶作业，而不承担玻璃搬运作业。当涂胶胶枪安装在机器人外部轴时，外部轴具有相对固定的位置，届时，机器人内部轴需配置玻璃的拾取工具，进而拾取玻璃同时进行仿形作业，而涂胶作业由外部轴控制的涂胶枪完成。总结为胶枪固定与胶枪移动的两种仿形涂胶作业。
1.6 胶料供应系统
胶料供应系统多为双泵桶装切换系统，该系统主要包括胶料输送管道、胶料加热系统、胶泵、驱动装置等。在各个汽车制造厂家中，胶泵系统的配置大同小异，主要区别在胶泵的驱动装置，分别是气缸驱动和液压缸驱动，根据不同的胶量和压力使用不同驱动动力。而上汽通用五菱总装线上均使用气缸驱动的形式，满足现场的胶量要求，运行以来比较稳定。
1.7 胶料定量及保压系统
在涂胶过程中，根据不同挡风玻璃的需要，对胶量有一定的要求，需要可靠稳定的胶料定量及保压装置。国内使用最多的有两种胶量定量及保压装置，其一是交流伺服控制胶料定量机，其二是直流伺服控制的齿轮泵。定量机系统对胶量控制比较准确，在涂胶作业过程中，机器人运动速度信号传递信号到涂胶系统，而涂胶系统将出胶流量信号反馈给机器人控制器，实现胶量输出的闭环控制
1.8 连锁控制系统
由PLC控制涂胶作业的逻辑。具体逻辑过程如下：挡风玻璃上料，控制系统检测玻璃的存在性；如玻璃存在，则系统进行玻璃搬运或者玻璃夹紧定位；玻璃运输到位且夹紧定位完成，此时，PLC控制器将接受玻璃类型检测的信号进行玻璃辨识，并形成玻璃类型信号；当玻璃传送到应到位置并且夹紧定位准确时，PLC控制系统通过以太网（或其他通信设备）将玻璃类型信号传送到机器人控制器；机器人得到玻璃类型信号后，触发机器人主程序，同时将玻璃类型信号、启动涂胶系统信号传送给涂胶定机系统或齿轮泵控制系统；随后，机器人动作，进行搬运、仿形作业，涂胶系统接收到玻璃类型信号时，触发与机器人仿形作业同步的涂胶作业；机器人仿形完成时，机器人主程序输出停止涂胶系统信号，同时将涂胶完成信号反馈给PLC控制器；PLC控制器接收到涂胶完成信号时，控制器输出玻璃下料动作，完成整个涂胶作业过程。1.9 安全保护设施
目前，国内绝大部分涂胶机器人系统使用光幕、安全门来保护人员及设备的安全。
2. 涂胶系统配置优化
2.1 选择固定胶枪的配置方式
涂胶形式分为两种，即胶枪固定与胶枪移动。本文推荐胶枪固定的方式，因为胶枪移动会带来诸多的负面影响。首先，胶枪移动方式必须将胶枪安装在机器人的内部轴的手臂上，而输送胶管也必须固定在机器人的手臂上，增加了机器人的动载荷，减少机器人寿命；其二，输送胶管在运动过程中，胶量闭环控制系统很难掌握胶管对胶量滞后环节的影响效果，不利于闭环控制的稳定性。
2.2 玻璃存在性检测装置优化
在挡风玻璃辨识之前，先要确定玻璃存在性，如玻璃存在则进行玻璃辨识，如玻璃不存在则无须辨识。所以，要求选择可靠的玻璃存在信号检测装置，建议选择行程开关，尽可能不要选择接近开关。当将玻璃放到上料台时，不同玻璃的尺寸与弧面都不是唯一的，而接近开关的感应距离是相对稳定的，所以玻璃弧面或尺寸都不能与接近开关的感应距离相互适配，因此，接近开关作为玻璃存在的检查装置不能满足玻璃的多样性要求，也不能满足设备的兼容性要求。 2.3 玻璃类型辨识装置优化
玻璃类型辨识，常用两种方式，其一就是开关量检测，其二是模拟量检测。开关量检测，主要是靠安装在夹具上的开关矩阵来实现的，根据不同玻璃的宽度，檢测到相应开关矩阵中的信号，而开关矩阵中主要使用的是行程开关，信号获取稳定可靠。当在现实生产中，选中的玻璃大小不一，玻璃类型数量众多的情况下，开关矩阵将十分庞大，甚至有可能影响夹具的工作。模拟量检测，检测范围比较大，也不干涉夹具的动作，能满足玻璃类型数量多的要求，兼容多总玻璃的识别。但是，模拟量检测信号有漂移，当外部电压有波动时，模拟量检测出现漂移，一旦漂移，反馈到PLC控制器的模拟量数据将跳出程序中匹配的数据范围，最终无法识别到玻璃类型。
对此，本文建议，玻璃辨识可选择用开关量检测与模拟量检测的组合模式。当玻璃尺寸相近时，使用开关量检测，当玻璃尺寸差别较大时，选用模拟量检测识别。既可以保持设备检测的稳定性，又可以提高设备的兼容性。
2.4 胶料定量系统与保压系统改善
根据不同的使用场合，如对胶量控制比较严格，则建议使用定量机系统。在定量机系统中，定量机作为供系统与涂胶过程中转装置，所以，该系统中，胶泵系统与涂胶过程相互独立，因此，定量机系统对胶量的控制比较精确。在直流伺服控制的齿轮泵的保压系统中，供胶系统与保压系统串联，最终将胶料压力脉动传递到胶枪嘴，对涂胶作业有波动的影响，而胶料的补充带有滞后环节。因此，齿轮泵保压定量能力不如定量机精确。
然而，直流伺服控制的齿轮泵保压系统可以改善，可以改成交流变频控制。首先，直流伺服控制选用的装备费用高，仅直流调速板将近一万元。变频调速控制齿轮泵作为胶料保压系统构造简单，只需通用变频器一台，交流电机一台，控制简单，简化控制电路，利于维护，维护成本低，设备稳定性、可靠性得到提高。
当然，在机器人仿形程序中，需要匹配机器人运行速度与齿轮泵的电机转速，才能保证出胶量的稳定性。当机器人仿形到挡风玻璃的四角时，此时需要改变胶枪嘴的方向、需要减缓机器人运行的速度、机器人仿形程序需要输出转角匹配信号，通过设备网通讯告知齿轮泵的变频器。当变频器收到机器人传递来的转角匹配信号时，片选信号选择相应的频率输出信号，使齿轮泵电机转速匹配机器人运行速度。
2.5 系统安全策划
无论选择哪种控制器，都必须要严格明确两项任务，一是安全任务，二是工艺作业任务。涂胶系统为比较复杂的机、电、液、气混合作业方式，因此，人员的安全、设备的安全不容忽视。因此，本文建议，在控制方面，推荐使用安全伴侣控制器，专职控制安全信号。另外，光幕的布置应覆盖包围整个机器人运作的空间，包括，前、后、左、右、顶部等方向都应该安装光幕。一旦机器人失控、或者玻璃飞溅、杂物坠落等物品遮住光幕，随时都能停止机器人作业，已保护设备安全及人员安全。
3. 结束语
通过对涂胶系统配置的现状考察与研究，对涂胶系统设备在运行过程中出现的问题进行初步总结，并提出本人的改善观点，尤其是对玻璃类型信号的识别配置、玻璃存在信号使用配置、交流变频控制齿轮泵改善优化、涂胶机器人作业系统的安全方面提出一些建议和看法。以上改善均在上汽通用五菱汽车股份有限公司总装车间挡风玻璃自动涂胶系统得到了运用，确保设备运行的可靠性和稳定性、同时满足了挡风玻璃对胶量及胶型的质量要求，取得较好的响应、成本、质量及安全效果。
参考文献：
[1] 翟雪琴，郝矿荣，曹自洋.基于OpenGL的工业机器人动力学仿真的研究[J].机床与液压，2004，17.
[2] 姚金坤.变频器应用的关键路径[J].电气时代，2011，9.
[3] 刘加亮.基于UG涂胶机器人结构设计与仿真[D].燕山大学.2006
[4] 刘英.异步电动机调速系统的仿真研究[D].华北电力大学.2010
[5] 程学思.基于PLC及变频器的集成控制方法研究及其应用[D].沈阳工业大学.2007
关键词：机器人仿形；涂胶系统；挡风玻璃；PLC；连锁控制；配置优化；
在上汽通用五菱总装车间中，累积使用五套涂胶系统设备，然而，涂胶系统的结构原理大致相同。涂胶机主要包括玻璃上料与下料的运输系统、玻璃定位于玻璃类型辨识系统、机器人仿形与涂胶系统、胶泵供胶系统、胶料保压系统、电控连锁系统、安全保护系统等。
1 涂胶系统配置现状及研究
1.1 涂胶系统组成概念
1.2 玻璃运输系统
在上汽通用五菱总装车间的5条生产线中，玻璃运输系统主要有以下几个方式：一是链条输送玻璃配合真空拾取的玻璃下料装置；二是双面转台配合机器人运输玻璃的形式组合。在链条运输系统中，包括上料工位、移动工位、涂胶及仿形工位、下料工位，使玻璃在不断的改变工位状态，进而实现玻璃间续不断的进行涂胶仿形作业，实现连续生产的循环。而在转台输送系统中，转台两面相互180度的角度切换，对转台两面命名为上料位与工作位，转台转动过程中，不断的切换上料位与工作位，实现连续作业的循环。但是，当使用转台运输玻璃时，需要机器人配合搬运挡风玻璃，具体需要在涂胶仿形作业中阐述。
1.3 玻璃定位装置
目前，玻璃定位、对中原理大致相同，均采用夹具定位。驱动元件主要选择气缸，有的使用气缸驱动齿轮齿条夹具配合固定断档，有的使用气缸配合活动断档等玻璃定位对中方式。由于选择玻璃运输方式的不同，导致玻璃定位方式也有差异，最终将决定玻璃涂胶仿形作业的形式。
1.4 玻璃类型辨识方式
汽车制造混装线中，要求涂胶系统具有一定的兼容性，具有对多種玻璃进行涂胶作业的能力，因此，根据玻璃外形及尺寸识别玻璃是一项必不可少的作业过程。目前，主要有两种识别方式，一是数字量识别，二是模拟量识别。使用数字量识别时，将开关矩阵组安装在对中夹具上，当某种挡风玻璃上料并夹紧完成时，开关矩阵中的开关点转化成数字“1”或“0”，并将数据送到PLC中，进而识别玻璃类型。当使用模拟量识别玻璃时，主要使用模拟量传感器，将玻璃尺寸数据转换位可以识别的模拟量数据，并将模拟量数据送到PLC控制器中进行比较匹配，最终确定玻璃类型。
1.5 机器人仿形与涂胶方式
在整个涂胶仿形作业中，根据涂胶枪嘴的固定方式的不同，机器人也完成不同的作业方式。当涂胶胶枪安装在机器人的内部轴的手臂上，此时，只有玻璃位置固定，而机器人只进行仿形及同步涂胶作业，而不承担玻璃搬运作业。当涂胶胶枪安装在机器人外部轴时，外部轴具有相对固定的位置，届时，机器人内部轴需配置玻璃的拾取工具，进而拾取玻璃同时进行仿形作业，而涂胶作业由外部轴控制的涂胶枪完成。总结为胶枪固定与胶枪移动的两种仿形涂胶作业。
1.6 胶料供应系统
胶料供应系统多为双泵桶装切换系统，该系统主要包括胶料输送管道、胶料加热系统、胶泵、驱动装置等。在各个汽车制造厂家中，胶泵系统的配置大同小异，主要区别在胶泵的驱动装置，分别是气缸驱动和液压缸驱动，根据不同的胶量和压力使用不同驱动动力。而上汽通用五菱总装线上均使用气缸驱动的形式，满足现场的胶量要求，运行以来比较稳定。
1.7 胶料定量及保压系统
在涂胶过程中，根据不同挡风玻璃的需要，对胶量有一定的要求，需要可靠稳定的胶料定量及保压装置。国内使用最多的有两种胶量定量及保压装置，其一是交流伺服控制胶料定量机，其二是直流伺服控制的齿轮泵。定量机系统对胶量控制比较准确，在涂胶作业过程中，机器人运动速度信号传递信号到涂胶系统，而涂胶系统将出胶流量信号反馈给机器人控制器，实现胶量输出的闭环控制
1.8 连锁控制系统
由PLC控制涂胶作业的逻辑。具体逻辑过程如下：挡风玻璃上料，控制系统检测玻璃的存在性；如玻璃存在，则系统进行玻璃搬运或者玻璃夹紧定位；玻璃运输到位且夹紧定位完成，此时，PLC控制器将接受玻璃类型检测的信号进行玻璃辨识，并形成玻璃类型信号；当玻璃传送到应到位置并且夹紧定位准确时，PLC控制系统通过以太网（或其他通信设备）将玻璃类型信号传送到机器人控制器；机器人得到玻璃类型信号后，触发机器人主程序，同时将玻璃类型信号、启动涂胶系统信号传送给涂胶定机系统或齿轮泵控制系统；随后，机器人动作，进行搬运、仿形作业，涂胶系统接收到玻璃类型信号时，触发与机器人仿形作业同步的涂胶作业；机器人仿形完成时，机器人主程序输出停止涂胶系统信号，同时将涂胶完成信号反馈给PLC控制器；PLC控制器接收到涂胶完成信号时，控制器输出玻璃下料动作，完成整个涂胶作业过程。1.9 安全保护设施
目前，国内绝大部分涂胶机器人系统使用光幕、安全门来保护人员及设备的安全。
2. 涂胶系统配置优化
2.1 选择固定胶枪的配置方式
涂胶形式分为两种，即胶枪固定与胶枪移动。本文推荐胶枪固定的方式，因为胶枪移动会带来诸多的负面影响。首先，胶枪移动方式必须将胶枪安装在机器人的内部轴的手臂上，而输送胶管也必须固定在机器人的手臂上，增加了机器人的动载荷，减少机器人寿命；其二，输送胶管在运动过程中，胶量闭环控制系统很难掌握胶管对胶量滞后环节的影响效果，不利于闭环控制的稳定性。
2.2 玻璃存在性检测装置优化
在挡风玻璃辨识之前，先要确定玻璃存在性，如玻璃存在则进行玻璃辨识，如玻璃不存在则无须辨识。所以，要求选择可靠的玻璃存在信号检测装置，建议选择行程开关，尽可能不要选择接近开关。当将玻璃放到上料台时，不同玻璃的尺寸与弧面都不是唯一的，而接近开关的感应距离是相对稳定的，所以玻璃弧面或尺寸都不能与接近开关的感应距离相互适配，因此，接近开关作为玻璃存在的检查装置不能满足玻璃的多样性要求，也不能满足设备的兼容性要求。 2.3 玻璃类型辨识装置优化
玻璃类型辨识，常用两种方式，其一就是开关量检测，其二是模拟量检测。开关量检测，主要是靠安装在夹具上的开关矩阵来实现的，根据不同玻璃的宽度，檢测到相应开关矩阵中的信号，而开关矩阵中主要使用的是行程开关，信号获取稳定可靠。当在现实生产中，选中的玻璃大小不一，玻璃类型数量众多的情况下，开关矩阵将十分庞大，甚至有可能影响夹具的工作。模拟量检测，检测范围比较大，也不干涉夹具的动作，能满足玻璃类型数量多的要求，兼容多总玻璃的识别。但是，模拟量检测信号有漂移，当外部电压有波动时，模拟量检测出现漂移，一旦漂移，反馈到PLC控制器的模拟量数据将跳出程序中匹配的数据范围，最终无法识别到玻璃类型。
对此，本文建议，玻璃辨识可选择用开关量检测与模拟量检测的组合模式。当玻璃尺寸相近时，使用开关量检测，当玻璃尺寸差别较大时，选用模拟量检测识别。既可以保持设备检测的稳定性，又可以提高设备的兼容性。
2.4 胶料定量系统与保压系统改善
根据不同的使用场合，如对胶量控制比较严格，则建议使用定量机系统。在定量机系统中，定量机作为供系统与涂胶过程中转装置，所以，该系统中，胶泵系统与涂胶过程相互独立，因此，定量机系统对胶量的控制比较精确。在直流伺服控制的齿轮泵的保压系统中，供胶系统与保压系统串联，最终将胶料压力脉动传递到胶枪嘴，对涂胶作业有波动的影响，而胶料的补充带有滞后环节。因此，齿轮泵保压定量能力不如定量机精确。
然而，直流伺服控制的齿轮泵保压系统可以改善，可以改成交流变频控制。首先，直流伺服控制选用的装备费用高，仅直流调速板将近一万元。变频调速控制齿轮泵作为胶料保压系统构造简单，只需通用变频器一台，交流电机一台，控制简单，简化控制电路，利于维护，维护成本低，设备稳定性、可靠性得到提高。
当然，在机器人仿形程序中，需要匹配机器人运行速度与齿轮泵的电机转速，才能保证出胶量的稳定性。当机器人仿形到挡风玻璃的四角时，此时需要改变胶枪嘴的方向、需要减缓机器人运行的速度、机器人仿形程序需要输出转角匹配信号，通过设备网通讯告知齿轮泵的变频器。当变频器收到机器人传递来的转角匹配信号时，片选信号选择相应的频率输出信号，使齿轮泵电机转速匹配机器人运行速度。
2.5 系统安全策划
无论选择哪种控制器，都必须要严格明确两项任务，一是安全任务，二是工艺作业任务。涂胶系统为比较复杂的机、电、液、气混合作业方式，因此，人员的安全、设备的安全不容忽视。因此，本文建议，在控制方面，推荐使用安全伴侣控制器，专职控制安全信号。另外，光幕的布置应覆盖包围整个机器人运作的空间，包括，前、后、左、右、顶部等方向都应该安装光幕。一旦机器人失控、或者玻璃飞溅、杂物坠落等物品遮住光幕，随时都能停止机器人作业，已保护设备安全及人员安全。
3. 结束语
通过对涂胶系统配置的现状考察与研究，对涂胶系统设备在运行过程中出现的问题进行初步总结，并提出本人的改善观点，尤其是对玻璃类型信号的识别配置、玻璃存在信号使用配置、交流变频控制齿轮泵改善优化、涂胶机器人作业系统的安全方面提出一些建议和看法。以上改善均在上汽通用五菱汽车股份有限公司总装车间挡风玻璃自动涂胶系统得到了运用，确保设备运行的可靠性和稳定性、同时满足了挡风玻璃对胶量及胶型的质量要求，取得较好的响应、成本、质量及安全效果。
参考文献：
[1] 翟雪琴，郝矿荣，曹自洋.基于OpenGL的工业机器人动力学仿真的研究[J].机床与液压，2004，17.
[2] 姚金坤.变频器应用的关键路径[J].电气时代，2011，9.
[3] 刘加亮.基于UG涂胶机器人结构设计与仿真[D].燕山大学.2006
[4] 刘英.异步电动机调速系统的仿真研究[D].华北电力大学.2010
[5] 程学思.基于PLC及变频器的集成控制方法研究及其应用[D].沈阳工业大学.2007