CN103624514B - 一种高速动车前窗玻璃安装装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速动车前窗玻璃安装装置及安装方法，包括机器人本体、机器人控制装置、玻璃上料平台及行走装置，所述机器人本体安装在行走装置上，还包括采集车体窗口空间位置信息的测量定位装置、为车体窗口打磨的打磨装置、用于抓以前窗玻璃的抓取装置、用于涂打密封胶的涂胶装置及中央控制系统，所述机器人控制装置、测量定位装置、打磨装置、抓取装置、涂胶装置及行走装置均与所述中央控制系统连接,所述机器人本体选择地与所述测量定位装置、打磨装置、抓取装置、涂胶装置连接。本发明布局合理，机械化程度高，能够快速准确地实现动车前窗玻璃从定位、打磨至涂胶的全部安装作业，保证安装质量，使其不受人为因素限制，大幅提高生产效率，降低劳动强度，同时，能够实现前窗玻璃与车体窗口达到理想配合状态，避免玻璃安装产生应力。

Description

一种高速动车前窗玻璃安装装置及安装方法

技术领域

本发明涉及一种利用机器人进行安装的安装装置和安装方法，特别涉及一种针对高速动车组上的前窗玻璃进行安装的安装装置和安装方法。

背景技术

目前汽车工业普遍采用流水线作业，玻璃安装及涂胶过程都已有相应的自动化装备。但高速动车前窗玻璃及车体窗框都是三维造型，吻合度较差，需要多次研装打磨，才能将前窗玻璃装配到位。

动车组前窗玻璃的组装性能是衡量动车车辆质量的重要指标之一，玻璃安装过程是动车组装的很重要的环节。目前国内外动车组前窗玻璃安装时的打磨、安装及涂胶等都是人工实现的，如日本采用简易真空吸盘，采用人工搬运的方式进行玻璃安装，涂胶靠人员技能保障质量；国内部分公司采用真空机械装置进行玻璃安装，打磨、涂胶靠操作人员的技能保证质量；西门子、帮巴蒂公司也没用自动化的玻璃安装装备。

由人工完成前窗玻璃的安装作业，存在耗时长，效率低，劳动强度大等问题，且不能完全实现玻璃的无应力安装，特别是随着高铁事业的快速发展，对车辆的需求越大越大，人工作业的问题越来越突出。机器人自动化安装是提高产品竞争能力和保障质量的有力保证。

现有方式存在以下几点不足：一是，涂胶质量靠人员技能保证，存在涂胶不饱满现象；二是，车框打磨量靠人员技能保证，存在玻璃受力不均、局部存在应力集中的现象。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种操作安全方便，可大幅提高生产效率的高速动车前窗玻璃安装装置及安装方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高速动车前窗玻璃安装装置，包括机器人本体、机器人控制装置、玻璃上料平台及行走装置，所述机器人本体安装在行走装置上，还包括采集车体窗口空间位置信息的测量定位装置、为车体窗口打磨的打磨装置、用于抓取前窗玻璃的抓取装置、用于涂打密封胶的涂胶装置及中央控制系统，所述机器人控制装置、测量定位装置、打磨装置、抓取装置、涂胶装置及行走装置均与所述中央控制系统连接,所述机器人本体选择地与所述测量定位装置、打磨装置、抓取装置、涂胶装置连接。

进一步，所述行走装置包括分设在所述车头两侧的滑道，在两侧的所述滑道之间连接一横梁，所述横梁的两端沿所述滑道滑动，在所述横梁上设置一走行小车，所述机器人本体安装在所述走行小车上。

进一步，所述测量定位装置、打磨装置、抓取装置及涂胶装置按指定位置固定安装在行走装置上。

进一步，所述机器人本体为六自由度关节机器人。

进一步，所述测量定位装置为激光三维扫描装置。

进一步，所述打磨装置包括主轴、气动打磨头、动力装置、变频控制器，所述气动打磨头设置在所述主轴的端部，所述动力装置的输出端连接所述主轴，所述动力装置与所述变频控制器连接。

进一步，所述涂胶装置包括供胶装置、胶量控制装置、供胶管路及胶枪，所述供胶装置通过所述供胶管路与所述胶枪连接，所述胶枪连接所述胶量控制装置。

进一步，所述中央控制系统包括人机界面、打磨加工控制单元、检测和上料控制单元和涂胶控制单元，各个控制单元及所述机器人控制装置与所述人机界面之间通过PLC控制总线连接。

进一步，在所述安装装置及车体的两侧各设置有安全防护装置。

本发明的另一个技术方案是：

一种采用上述的高速动车前窗玻璃安装装置的安装方法，包括如下步骤：

将待安装的前窗玻璃安放在玻璃上料平台上；

控制机器人本体抓取测量定位装置，通过测量定位装置对车体窗口进行三维扫描，形成三维图；

将三维图发送至中央控制系统，由中央控制系统与预存的标准模型进行对比，计算出车体窗口处的打磨量及玻璃安装位置，中央控制系统再根据计算的打磨量自动设定打磨程序；

控制机器人本体更换打磨装置，按照自动设定的打磨程序对车体窗口进行打磨，直至符合精度要求；

控制机器人本体更换抓取装置，将玻璃上料平台上的前窗玻璃安放到车体窗口的正确位置，确认前窗玻璃与车体窗口各项数据符合要求，再移走前窗玻璃；

控制机器人本体更换涂胶装置，对车体窗口四周进行涂打密封胶；

控制机器人本体更换抓取装置，将玻璃上料平台上的前窗玻璃安放到已涂打密封胶的车体窗口内；

控制机器人本体更换涂胶装置，对前窗玻璃与车体窗口之间的缝隙二次涂打密封胶。

综上内容，本发明所述的一种高速动车前窗玻璃安装装置及安装方法，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）布局合理，机械化程度高，能够快速准确地实现动车前窗玻璃从定位、打磨至涂胶的全部安装作业，通过机器人操作系统的精准操作，保证前窗玻璃安装质量，使其不受人为因素限制，大幅提高生产效率，降低劳动强度。

（2）通过使用该方法，能够实现前窗玻璃与车体窗口达到理想配合状态，避免玻璃安装产生应力，进而避免动车运营时玻璃出现爆裂现象。

（3）使用安全防护系统使工作中心与外界隔离，保障设备与人员的安全。

（4）适用范围广，可以吸附各种规格的玻璃，除适用动车组的前窗玻璃吊运安装，同样也适用于汽车等其它行业中玻璃的安装。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明中央控制系统的框图。

如图1至图3所示，车头1，前窗玻璃2，机器人本体3，机器人控制装置4，玻璃上料平台5，行走装置6，测量定位装置7，打磨装置8，抓取装置9，涂胶装置10，中央控制系统11，滑道12，横梁13，走行小车14，车体窗口15，安全防护装置16，人机界面17，涂胶控制单元18，打磨加工控制单元19，检测和上料控制单元20。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，一种高速动车前窗玻璃安装装置，用于实现自动安装位于车头1上的前窗玻璃2。

该安装装置包括机器人本体3、机器人控制装置4、玻璃上料平台5、行走装置6、测量定位装置7、打磨装置8、抓取装置9、涂胶装置10及中央控制系统11。整个安装装置可以全部固定在一个施工平台（图中未示出）上，也可以直接固定在车间的地板上。

其中，机器人本体3采用六自由度关节的机器人，机器人本体3与机器人控制装置4连接，机器人控制装置4与中央控制系统11连接，由机器人控制装置4根据中央控制系统11的指令控制机器人本体3在设定的位置和轨迹下动作。机器人控制装置4优选采用ABB第五代机器人控制器，它的运动控制技术是精度、速度、周期时间、可编程性以及外部设备同步性等机器人性能指标的重要保证。

玻璃上料平台5设置有车头1的前方，用于放置待安装的前窗玻璃2，玻璃上料平台5安装在施工平台上。玻璃上料作业是人工完成的，操作人员通过吊运的方式将前窗玻璃2吊运并安放在玻璃上料平台5的指定位置，以便于机器人本体3能够准确抓取。玻璃上料平台5上的上料位置也可以设置在机器人工作区域以外，在上料结束后，通过人工或自动的传送机构，将前窗玻璃2运送至机器人工作区域内的指定位置。

行走装置6包括两个滑道12、一个横梁13及一个走行小车14，两个滑道12分设在车头1的两侧，滑道12固定在施工平台上，滑道12与车体平行，在两侧的滑道12之间连接一个横梁13，横梁13横跨在两个滑道12上，横梁13两端与滑道12之间滑动连接，横梁13沿滑道12滑动，走行小车14安装在横梁13上，走行小车14沿横梁13横向移动，机器人本体3安装在走行小车14上。横梁13连接有用于自动带动横梁13沿滑道12移动的移动机构，移动机构可以采用电机传动等机构。移动机构、走行小车14均与中央控制系统11连接，由中央控制系统11控制横梁13及走行小车14的的移动方向和距离，进而根据机器人本体3的设定位置选择运行轨迹，使整个工作区域均为机器人本体3可达范围，保证机器人本体3准确完成定位、抓取、打磨、涂胶等作业。

在需要进行测量定位时，机器人本体3的头部自动抓取测量定位装置7，进而完成对车框及车窗位置的测量。本实施例中，测量定位装置7采用激光三维扫描装置，在安装前窗玻璃2前，通过该测量定位装置7对车体窗口15及前窗玻璃2进行扫描检测，通过测量被测物的几何特征面得到三维数据点云，即确定其三维空间数据，并将检测到的数据传输给中央控制系统11，由中央控制系统11将检测到的数据与预存的标准模型进行对比，计算分析出当前工件与标准工件的位置差别，为下一步工作提供技术支持，如计算出车体窗口15处的打磨量及玻璃安装位置等。

在确定了打磨量之后，机器人本体3的头部自动更换为打磨装置8，打磨装置8包括主轴、气动打磨头、动力装置和变频控制器，打磨头设置在主轴的端部，可以根据不同的打磨需求选择不同规格的打磨头，动力装置可以采用电机驱动，变频控制器控制电机运转。打磨装置8可以通过轴的转矩及打磨头的粗细，精确控制打磨精度，本实施例中，采用变频控制器控制主轴的转速，有利于任意调整适合工况的转速。而且打磨头采用气动缓冲方式，缓冲压力可根据实现使用工况进行调整，缓冲压力波动范围很小，可保证切削力近似恒定不变。

待车体窗口15精确打磨后，机器人本体3的头部自动更换为抓取装置9，抓取装置9包括多个真空吸盘，真空吸盘通过气路和真空控制阀门与真空泵连接。真空控制阀门采用单向真空阀门，具有保压功能，短时间内切断气源仍能夹紧玻璃片，起到保护玻璃作用。

前窗玻璃2安装后，机器人本体3的头部自动更换为涂胶装置10，实现玻璃安装前及安装后的涂胶工作。涂胶装置10包括供胶装置、胶量控制装置、供胶管路及胶枪，供胶装置可以为盛胶的桶，通过供胶管路与胶枪连接，在供胶管路上连接一供胶泵，胶枪连接胶量控制装置，密封胶从胶枪的端口挤出以涂打在前窗玻璃2的四周缝隙处。

涂胶装置10采用速度／胶量的协调控制方式，根据不同的工艺要求和胶型，计算出机器人运动速度与涂胶量的函数关系，并将此函数关系输入到机器人控制装置4中，机器人控制装置4将涂胶速度转化为模拟量传输给胶量控制装置，实现挤胶量的实时自动调节，使胶形均匀、稳定，产品质量得到切实保障，同时确保玻璃受力均匀，减少应力集中。

上述的测量定位装置7、打磨装置8、抓取装置9及涂胶装置10可以各自独立的安装于位于机器人本体3一侧的行走装置6，为了更有利于机器人本体3能够精准、快速地更换各装置，还可以将测量定位装置7、打磨装置8、抓取装置9及涂胶装置10统一放置在一个架子或柜体上，机器人本体3在需要更换装置时，由机器人控制装置4控制机器人本体3移动至各装置指定的位置，其头部将上一工序的装置放还至原位置，再抓取下一工序所需的装置。

在机器人本体3的头部与测量定位装置7、打磨装置8、抓取装置9及涂胶装置10之间设置有相互匹配的接头，保证机器人本体3抓取牢固，进而确保安装作业的精度。

中央控制系统11中包括一个人机界面17，还包括打磨加工控制单元19、检测和上料控制单元20和涂胶控制单元18，机器人控制装置4可以单独设置，也可以集成在中央控制系统11中，各个控制单元与人机界面17之间通过PLC控制总线连接，以完成各个控制单元的信号传送工作。

人机界面17采用触摸屏，人机界面17可以显示机器人本体3在各个工位的动作及机器人本体3的工作状态；显示整个装置的输出、输入状况；显示的整个装置的异常内容，并且能够指出故障点，并对整个装置的异常内容进行记录。

为了提高该安装装置的安全性，在安装装置的两侧各设置一安全防护装置16，该安装防护装置16为防护栏，确保在该安装装置工作时，隔离人与工作中心，保护设备与人员的安全。

下面详细描述该高速动车前窗玻璃的安装方法，具体包括如下步骤：

1、利用吊运设备将待安装的前窗玻璃2吊运并安放在玻璃上料平台5的指定位置。

2、操作人员操作人机界面17，启动安装程序，中央控制系统11中的机器人控制单元18发送指令给机器人控制装置4，机器人控制装置4控制机器人本体3移动至测量定位装置7位置处，机器人本体3的头部抓取测量定位装置7，再移动至测量所需的指定位置。

3、中央控制系统11中的检测和上料控制单元20控制测量定位装置7对车体窗口15尺寸进行三维扫描，形成车体窗口15的三维图，即确定其三维空间数据，并将检测到的数据传输给中央控制系统11，由中央控制系统11将检测到的数据与预存的标准模型进行对比，计算分析出当前工件与标准工件的位置差别，并进而计算出车体窗口15处的打磨量及玻璃安装位置，中央控制系统11再根据计算的打磨量自动设定打磨程序。

4、测量结束后，中央控制系统11中的机器人控制单元18发送指令给机器人控制装置4，机器人控制装置4控制机器人本体3移动至测量定位装置7的放置位置处，将测量定位装置7放回至指定位置，机器人本体3再移动至打磨装置8的放置位置，抓取打磨装置8。

5、根据自动设定的打磨程序，中央控制系统11中的打磨加工控制单元19控制打磨装置8，通过变频控制器控制主轴的转速，同时通过控制主轴的转矩及选取不同规格的打磨头等，精确控制打磨量，直至打磨到符合精度要求。

6、打磨结束后，中央控制系统11中的机器人控制单元18发送指令给机器人控制装置4，机器人控制装置4控制机器人本体3移动至打磨装置8的放置位置处，将打磨装置8放回至指定位置，机器人本体3再移动至抓取装置9的放置位置，抓取抓取装置9。

7、中央控制系统11中的检测和上料控制单元20控制抓取装置9至玻璃上料平台5上的指定位置，通过真空吸盘吸附待安装的前窗玻璃2，并将前窗玻璃2运送至打磨后的车体窗口15处，根据上述测量的车体窗口15三维数据，将前窗玻璃2安放到车体窗口15的正确位置，确认前窗玻璃2与车体窗口15各项装配数据符合要求，然后再利用抓取装置9将前窗玻璃2运回至玻璃上料平台5的指定位置上。

8、中央控制系统11中的机器人控制单元18发送指令给机器人控制装置4，机器人控制装置4控制机器人本体3移动至抓取装置9的放置位置处，将抓取装置9放回至指定位置，机器人本体3再移动至涂胶装置10的放置位置，抓取涂胶装置10。

9、人工做好涂胶前的准备，中央控制系统11中的涂胶控制单元18控制涂胶装置10，对打磨后的车体窗口15的四周进行密封涂胶。

操作人员将工艺要求及胶型通过人机界面17输入至中央控制系统11，中央控制系统11计算出机器人运动速度与涂胶量的函数关系，并将此函数关系输入到机器人控制装置4中，机器人控制装置4将涂胶速度转化为模拟量传输给胶量控制装置，实现挤胶量的实时自动调节。机器人控制装置4控制机器人本体3按设定的速度和位置移动，进而带动涂胶装置10沿车体窗口15的四周涂打密封胶。

10、涂胶后，机器人控制装置4控制机器人本体3再重新抓取抓取装置9，将前窗玻璃2正确安装到位。

11、前窗玻璃2安装到位后，机器人控制装置4控制机器人本体3再重新抓取涂胶装置10，按上述步骤对前窗玻璃2和车体窗口15之间的缝隙进行涂打密封胶。

通过该方法，可以实现前窗玻璃2与车体窗口15达到理想的配合状态，避免前窗玻璃2安装时产生应力，进而避免动车运营时玻璃出现爆裂现象。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高速动车前窗玻璃安装装置，包括机器人本体、机器人控制装置、玻璃上料平台及行走装置，所述机器人本体安装在行走装置上，其特征在于：还包括采集车体窗口空间位置信息的测量定位装置、为车体窗口打磨的打磨装置、用于抓取前窗玻璃的抓取装置、用于涂打密封胶的涂胶装置及中央控制系统，所述机器人控制装置、测量定位装置、打磨装置、抓取装置、涂胶装置及行走装置均与所述中央控制系统连接,所述机器人本体选择地与所述测量定位装置、打磨装置、抓取装置、涂胶装置连接。

2.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述行走装置包括分设在车头两侧的滑道，在两侧的所述滑道之间连接一横梁，所述横梁的两端沿所述滑道滑动，在所述横梁上设置一走行小车，所述机器人本体安装在所述走行小车上。

3.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述测量定位装置、打磨装置、抓取装置及涂胶装置按指定位置固定安装在行走装置上。

4.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述机器人本体为六自由度关节机器人。

5.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述测量定位装置为激光三维扫描装置。

6.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述打磨装置包括主轴、气动打磨头、动力装置、变频控制器，所述气动打磨头设置在所述主轴的端部，所述动力装置的输出端连接所述主轴，所述动力装置与所述变频控制器连接。

7.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述涂胶装置包括供胶装置、胶量控制装置、供胶管路及胶枪，所述供胶装置通过所述供胶管路与所述胶枪连接，所述胶枪连接所述胶量控制装置。

8.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：所述中央控制系统包括人机界面、打磨加工控制单元、检测和上料控制单元和涂胶控制单元，各个控制单元及所述机器人控制装置与所述人机界面之间通过PLC控制总线连接。

9.根据权利要求1所述的高速动车前窗玻璃安装装置，其特征在于：在所述安装装置及车体的两侧各设置有安全防护装置。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的高速动车前窗玻璃安装装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待安装的前窗玻璃安放在玻璃上料平台上；

控制机器人本体抓取测量定位装置，通过测量定位装置对车体窗口进行三维扫描，形成三维图；

将三维图发送至中央控制系统，由中央控制系统与预存的标准模型进行对比，计算出车体窗口处的打磨量及玻璃安装位置，中央控制系统再根据计算的打磨量自动设定打磨程序；

控制机器人本体更换打磨装置，按照自动设定的打磨程序对车体窗口进行打磨，直至符合精度要求；

控制机器人本体更换抓取装置，将玻璃上料平台上的前窗玻璃安放到车体窗口的正确位置，确认前窗玻璃与车体窗口各项数据符合要求，再移走前窗玻璃；

控制机器人本体更换涂胶装置，对车体窗口四周进行涂打密封胶；

控制机器人本体更换抓取装置，将玻璃上料平台上的前窗玻璃安放到已涂打密封胶的车体窗口内；

控制机器人本体更换涂胶装置，对前窗玻璃与车体窗口之间的缝隙二次涂打密封胶。