刘健华 卢小豪 刘德志 费劲

摘 要：文章以某品牌整车制造企业对前后挡风玻璃涂胶设备改造的案例进行分析。阐述了汽车制造总装車间前后挡风玻璃安装工艺实现全流程自动化的技术难点。运用工业机器人、视觉引导、视觉检测等前沿技术，实现70JPH生产节拍下前后挡风玻璃安装的全流程自动化，为汽车制造业迈向高端制造提供借鉴与参考。

关键词：前后挡风玻璃;工业机器人;视觉引导;视觉检测

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）09-227-05

Application of windshield installation process autonmation

Liu Jianhua， Lu Xiaohao， Liu Dezhi， Fei Jin

（ GAC Honda Automobile Co.， Ltd， Guangdong Guangzhou 510700 ）

Abstract： This article analyzes a case in which a branded vehicle manufacturing company has modified the front and rear windshield coating equipment. The technical difficulties of automating the front and rear windshield installation processes in the field of automobile assembly are described. The use of cutting-edge technologies such as industrial robots， visual guidance， and visual inspection to automate the glass installation process of the 70JPH production cycle makes the automotive industry move towards high-end manufacturing. Industry provides reference.

Keywords： Front and rear windscreens; Industrial robots; Visual guidance; Visual inspection

CLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）09-227-05

1 前言

1.1 总装车间前后挡风玻璃安装工艺

乘用车生产，主要由冲压、焊装、涂装和总装四大车间组成，总装车间负责将汽车的零部件安装到白车身上。装配工作主要依靠人工，以流水线方式进行生产。前后挡风玻璃是汽车保持密封性的最主要部件之一。前后挡风玻璃的装配质量直接影响着整车的防漏水、防噪声性能，进而影响用户及市场对产品的客观评价，是总装车间重点的装配工艺^[1]。其工艺流程包括：①前后挡风玻璃上料;②玻璃脱脂剂涂布;③加强剂涂布;④玻璃加强剂风干;⑤玻璃胶涂布;⑥玻璃安装。

1.2 国内整车企业的现状

国内整车企业传统的前后挡风玻璃安装工艺，基本实现了玻璃胶涂布这一流程的自动化。只有极少数新建设的整车生产线（如广汽乘用车、广汽新能源、东风日产等），实现了玻璃安装这一流程的自动化。其它流程（玻璃上料、脱脂剂和加强剂涂布等）仍然以人工作业为主^[2]。

1.3 某品牌整车企业的现状

某品牌整车企业的前后挡风玻璃涂胶设备（如图1所示），就是传统工艺流程的典型案例。前后挡风玻璃涂胶设备主要由玻璃上料工位、加强剂风干工位、玻璃胶涂布工位、等待缓冲工位、玻璃安装工位组成。其工艺流程（如表1所示）。

1.4 传统工艺的缺点

（1）作业工时不饱和，人员效率低。

某品牌整车企业的总装生产线是多车型共线的生产线;不同车型的挡风玻璃的大小和装配工程编排的差异，导致部分车型的作业工时不饱和，人员效率低。

（2）人工玻璃上料，劳动强度大。

玻璃上料工位，作业人员要弯腰从料架取出玻璃放置在输送线上，且大车型的玻璃重量约13Kg。该岗位属于重物搬运岗位，作业人员的劳动强度大。

（3）品质保证方式，人员效率低;

加强剂涂布和玻璃胶涂布的品质，采用人+人的品质保证方式。上料岗位的员工对玻璃涂布脱脂剂和加强剂后，机器人涂布玻璃胶，加强剂和玻璃胶涂布的品质，由玻璃安装岗位的员工目视确认。

（4）安装一致性保证难度高。

挡风玻璃安装是人工作业，2员工配合，在板链上安装挡风玻璃，其安装的上下和左右间隙会产生波动。

为了克服上述缺点，在原有的设备基础上进行改造，运用工业机器人、视觉引导技术、视觉检测技术，实现自动化改造，提升人员效率，提高品质保证能力。

2 前后挡风玻璃全流程自动化

2.1 提升人员效率，实现工艺全流程自动化

随着人员成本的不断提高，某品牌整车制造企业在原设备的基础上改造，实现前后挡风玻璃全流程自动化。该设备是国内首创的在生产节拍70JPH的前提下，实现前后挡风玻璃全流程自动化的设备（如图2所示）。自动化设备的投入，削减了作业人员12人/双班，从而提升了人员效率。

其设备主要由3部分组成，①前挡风玻璃预处理设备;②后挡风玻璃预处理设备;③前后挡风玻璃安装设备。

其中，前挡风玻璃预处理设备（如图3所示）由5大工位组成：①上料工位②脱脂剂和加强剂涂布工位③风干工位④玻璃胶涂布工位⑤等待缓冲工位。实现了玻璃自动上料功能、脱脂剂和加强剂的自动涂布、加强剂涂布的品质检测、玻璃胶涂布、玻璃胶的品质检测等功能。

前后挡风玻璃安装设备（如图4所示），主要由①前挡风玻璃翻转臂②前挡风玻璃对中工作台③前挡风玻璃安装机器人④前挡风玻璃视觉引导机器人⑤双目视觉车体定位相机⑥吊具定位机构⑦NG玻璃输送线⑧后挡风玻璃视觉引导机器人⑨后挡风玻璃安装机器人⑩后挡风玻璃对中工作台⑾后挡风玻璃翻转臂等构成，实现在悬挂链的吊具上进行前后挡风玻璃安装。该设备是国内首创在悬挂链的吊具上实现了前后挡风玻璃安装。

2.2 玻璃上料自动化，减轻劳动强度

传统的玻璃上料工艺，都是由人工从玻璃料架取出玻璃，将其搬运至输送线上，该岗位属于重物搬运岗位。通过自动化设备，实现玻璃的自动上料，降低了员工的劳动强度。

2.2.1 玻璃料架移动小车

玻璃料架移动小车（如图5所示）采用了集约化的布局、融合柔性化和智能化的理念进行设计。（如表2所示）

2.2.2 上料机器人

上料机器人的选型主要：①负载能力≥最大车型玻璃的重量与玻璃搬运的夹具重量总和的110%;②作业半径，满足最大料架的拨杆作业需求，并考虑机器人性价比。最终选定M50-Ⅱ机器人（负载能力50kg、作业半径：2061mm）;

2.2.3 玻璃吸取夹具

玻璃吸取夹具是机器人的头部工装，用于吸取玻璃，将玻璃从料架搬运至输送线上。主要由玻璃吸盘、拨杆、玻璃检测等组成（如图6所示）。

2.3 视觉检测技术，保证涂布品质

传统工艺的玻璃脱脂剂和加强剂的涂布采用人工作业方式，其品质保证采用人+人（前岗位作业+后岗位确认）目视确认的方式，确保加强剂涂布和玻璃胶涂布符合品质的要求。运用工业机器人技术和视觉检测技术，实现玻璃脱脂剂和加强剂涂布的自动化，视觉检测提升品质保证能力，替代人工作业，从而提升人员效率。

2.3.1 脱脂剂和加强剂涂布自动化

脱脂剂和加强剂涂布工位，主要由①涂布机器人和枪阀②加强剂视觉检测③供液系统④对中装置构成。其主要流程：①玻璃对中夹紧，并识别车型;②机器人根据车型信息調用相应程序，先涂布脱脂剂，再涂加强剂，且满足涂布要求：宽度满足12±2mm;③视觉相机对涂布的轨迹进行拍照检测;

2.3.2 视觉检测加强剂涂布品质

机器人携带的枪阀（如图7所示）主要由 ①伸缩气缸 ②脱脂剂枪阀 ③加强剂枪阀 ④视觉相机和光源成组。（如表4所示）

2.2.3 视觉与激光结合，玻璃胶涂布品质检测

在原有涂胶枪阀增加视觉系统（如图8所示）。实现对玻璃胶涂布的品质跟随检测功能。其主要由①线激光发生器②相机③滤镜构成。（如表5所示）

运用视觉+激光的检测系统（激光三角法）^[3]的基本原理，通过激光发生器通过镜头将可见红色激光射向玻璃胶表面，经玻璃胶反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD相机接受，根据不同的距离，CCD相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据激光三角分析法则，通过激光和激光回波形成的角度，则可以进行高度和宽度测量^[4]。（如图9所示）

2.4 玻璃安装自动化，确保安装精度的一致性

传统工艺的挡风玻璃安装是人工作业，玻璃与车体窗框的配合间隙存在波动，安装一致性难以保证。玻璃安装自动化设备（如图10所示），采用视觉引导机器人进行玻璃安装定位，可以保证安装的精度^[5]。

挡风玻璃安装工艺流程中（如图11所示），对中工作台对玻璃夹紧对中和视觉定位（车身定位和窗框轮廓扫描定位），是保证挡风玻璃安装精度的重点工艺。

2.4.1 玻璃对中工作台对玻璃对中夹紧

玻璃对中定位台（如图12所示）的重复定位精度±0.15mm，保证安装机器人取玻璃的位置一致性。主要由①横向对中夹紧机构②纵向对中夹紧机构③夹紧的尼龙滚筒等组成。

2.4.2 视觉定位

吊具进入自动化区域，定位机构固定吊具，双目视觉进行车身初定位（如图13所示），精度可达±1.5mm。根据车身的特征点，计算出定位的矢量数据（X、Y、Z、RX、RY、RZ），传输给视觉引导机器人（如图14所示）。视觉引导机器人根据上述数据，调整自身姿态，带动3D激光轮廓扫描仪对车身窗框轮廓进行扫描，扫描数据拟合成窗框轮廓曲面，与事先设定的模板对比，形成偏差值。偏差值经过共用作标变换，传送给玻璃安装机器人，该机器人根据偏差值，调整安装姿态，进行玻璃安装。最终安装精度可以达到±0.15mm。在经过大数据的优化稳定以后，视觉引导的成功率可以达到99.9%以上。

3 结束语

某品牌整车制造企业一直秉承“少投入、快产出、滚动发展”的宗旨。在原有的玻璃涂胶线的基础上进行改造，新增玻璃上料自动化、玻璃脱脂剂涂布和玻璃加强剂涂布自动化、玻璃安装自动化。实现前后挡风玻璃安装全流程自动化，提升了人员效率、削減了生产成本，减轻劳动强度的岗位。同时，其加强剂涂布、玻璃胶涂布和安装品质，得到大幅度的提升。该设备是国内主流整车生产企业生产节拍最快前后挡风玻璃全流程自动化的设备，并创新性地在悬挂链吊具上实现自动化。该设备在2019年5月已验收，投入使用至今。已生产12万余辆产品车，实现挡风玻璃 “0”漏水的优良品质，前后挡风玻璃安装全流程自动化的技术已经得到充分验证。其他整车生产企业均进行现场的实地考察与交流，希望借鉴并推进。

参考文献

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