CN116422521A - 基于pid自动控制的涂胶系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于PID自动控制的涂胶系统及方法，该方法根据设定的基准胶温、基准耗胶量以及基准胶压，PLC控制柜控制压力感应调节装置调整供胶管路上的出口处胶压，直至出口处胶压达到设定的基准胶压；其中，于温度传感器感应出口处胶温与设定的基准胶温具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得温度变化引起的胶粘度变化被胶压弥补，于流量传感器感应实际耗胶量与设定的基准耗胶量具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得耗量变化引起的胶宽窄厚薄变化被胶压弥补。本发明消除了原有手工胶枪涂胶的安全隐患，提升了车身的涂胶外观及质量水平，胶宽、胶厚、胶的平滑连贯性带来极大改善，并且设备投入低及后期维护成本低，设备利用率高可达99％。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，直接应用的技术领域为汽车生产喷漆车间自动涂胶系统，具体地说，是涉及一种基于PID自动控制的涂胶系统及方法。
背景技术
之前汽车生产喷漆车间机舱作业由人工打开前机盖、人工涂胶、人工刷胶、然后人工放下机盖，前机舱涂胶现状为手工涂胶刷胶，涂胶方法为焊缝处使用手工胶枪涂胶。开盖涂胶、刷胶、关闭机盖需要4人协同作业，人工涂胶刷胶点太多，容易出现漏刷的情况，质量难以控制，刷胶区域胶附着在螺钉、装配孔、外露区域的情况也会影响总装零件的安装。手工胶枪涂胶胶型不标准，即使客户打开前机盖常规检查和修理不会看到粗糙的刷胶路径，但是在重大维修时难免发现存在不标准、不美观的涂胶，降低对品牌的认可度。为此，现在汽车厂大多利用机器人替代其中的涂胶环节，改善涂胶质量，减少刷胶点，降低人工劳动强度，增加安全性。目前国内外为实现密封胶精细精准控制涂胶，普遍使用定量机系统，配备风冷、电阻丝加热温控系统或者胶管路铺设伴热带方式，成本高昂，一套涂胶系统在百万费用以上。例如ATN或SCA定量机配备帕尔贴温控系统的双缸模式单台机器人供胶系统需要150万以上，且需要填充时间来回切换缸体进行密封胶填充预压，才能进行涂胶。因定量机涂胶系统设备种类多，传感器配置繁琐，日常多变的车间环境、涂胶材料的批次变化、胶条车型参数的柔性化切换生产，带来了多种故障，增加了设备停机时间，降低了设备利用率。同时设备的复杂性需要进行定期检查校准及易损件更换，带来了较大的备件成本和维护保养工时成本，投资回报周期较长。
发明内容
本发明解决了手工枪涂胶的质量和安全风险以及机器人涂胶的成本高的问题，提供一种基于PID自动控制的涂胶系统及方法，设备投资成本以及设备故障率低，且喷胶效果好。
为了实现上述目的，本发明的基于PID自动控制的涂胶系统包括胶枪以及连接胶枪的供胶装置，其还包括压力感应调节装置、温度传感器、流量传感器以及PLC控制柜，所述压力感应调节装置、所述温度传感器和所述流量传感器依次连接在所述供胶装置和所述胶枪之间的供胶管路上，并所述压力感应调节装置、所述温度传感器和所述流量传感器分别信号连接所述PLC控制柜。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，所述压力感应调节装置包括调压阀以及分别连接在所述调压阀两侧的入口压力传感器和出口压力传感器，所述入口压力传感器连接所述供胶装置，所述出口压力传感器连接所述温度传感器。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，所述压力感应调节装置还包括空气调压器和电气比例阀，所述电气比例阀连接在所述调压阀和空气调压器之间，所述PLC控制柜控制连接所述电气比例阀。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，所述流量传感器连接在所述温度传感器和所述胶枪之间的供胶管路上。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，还包括涂胶机器人，所述胶枪连接在所述涂胶机器人上。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，所述涂胶机器人包括速度调节器，所述速度调节器连接所述PLC控制柜。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，所述胶枪上连接有胶回流管路。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，还包括胶温报警器，所述胶温报警器连接所述PLC控制柜。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，还包括胶量报警器，所述胶量报警器连接所述PLC控制柜。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，所述胶枪包括多个枪嘴，所述枪嘴的尺寸相同或不同。
本发明的基于PID自动控制的涂胶方法采用上述的基于PID自动控制的涂胶系统进行涂胶，包括如下步骤：根据设定的基准胶温、基准耗胶量以及基准胶压，PLC控制柜控制压力感应调节装置调整供胶管路上的出口处胶压，直至出口处胶压达到设定的基准胶压；其中，于温度传感器感应出口处胶温与设定的基准胶温具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得温度变化引起的胶粘度变化被胶压弥补，于流量传感器感应实际耗胶量与设定的基准耗胶量具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得耗量变化引起的胶宽窄厚薄变化被胶压弥补。
上述的基于PID自动控制的涂胶方法的一实施方式中，还包括如下步骤，通过流量传感器实时显示以及记录当前车的累计耗胶量，于流量传感器感应超过设定的胶耗量上下限时进行预警及停线；触发预警时，实际耗胶量和上一台车的耗胶量的比值得到耗胶量系数，通过耗胶量系数对下一台车的基准胶压进行补偿调整。
上述的基于PID自动控制的涂胶方法的一实施方式中，PID控制柜压力控制感应调节装置的电气比例阀通入的压缩空气量来控制调压阀的开度，使调压阀给出需要的出口处胶压，并PID控制柜根据出口压力传感器反馈的胶压实时调节，直至调压阀出口处胶压达到设定的基准胶压。
本发明的有益功效在于，本发明的基于PID自动控制的涂胶系统以及方法消除了原有手工胶枪涂胶的安全隐患，提升了车身的涂胶外观及质量水平，可以实现机器人涂胶质量远高于之前手工涂胶的质量标准。
本发明的基于PID自动控制的涂胶系统以及方法对涂胶的胶宽、胶厚以及胶的平滑连贯性带来极大的改善，通过设定基准胶压、基准密封胶温度，根据反馈的密封胶温度和上一台车的实际耗量，计算公式实时控制当前车的胶枪出口胶压，可将胶条宽度精确固定在15mm±1mm，胶条厚度2mm±0.2mm，还可根据涂胶时胶枪枪嘴和涂胶点的距离及出口胶压适当调整胶条宽度，通过机器人涂胶速度和出口胶压调整胶条厚度，媲美定量机涂胶标准，并且设备投入低及后期维护成本低，设备利用率高可达99％，同时降低了手工涂胶刷胶带来的额外胶量消耗。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施例的结构图；
图2为本发明的基于PID自动控制的涂胶系统以及方法的逻辑控制图。
其中，附图标记
100：供胶装置
200：胶枪
300：压力感应调节装置
310：调压阀
320：入口压力传感器
330：出口压力传感器
340：空气调压器
350：电气比例阀
400：温度传感器
500：PLC控制柜
600：流量传感器
700：过滤器
800：温控器
900：电磁阀
L1：供胶管路
L2：胶回流管路
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
如图1和图2所示，本发明的基于PID自动控制的涂胶系统包括供胶装置100和胶枪200，胶枪200连接供胶装置100，供胶装置100用于给胶枪200提供涂胶源。本发明的基于PID自动控制的涂胶系统还包括压力感应调节装置300、温度传感器400以及PLC控制柜500，压力感应调节装置300和温度传感器400依次连接在供胶装置100和胶枪200之间的供胶管路L1上，并压力感应调节装置300和温度传感器400分别信号连接PLC控制柜500。
于涂胶调试过程中，经历了季节变化秋冬春夏，最明显的影响就是温度变化的影响。喷涂车间的温度较难稳定控制，虽然在二级增压泵到机器人端的供胶管路增加了保温层，但冬天这一段管路里的胶温长时间未生产，排胶温度会偏低，到达机器人端的胶温在十余度，波动较大。胶温低时胶变粘稠，同样的胶压难以推动胶的流动和挤出，出胶量就会变小，胶的宽度也会变得越细而难以控制，这时候就需要更大的胶压来推动胶的排出，达到标准宽度。但是生产一段时间后，胶温会升起来，达到二十多度，夏天温度会更高达到四十度，如果继续使用提升后的胶压，胶受热变稀，粘度变低流动性加强，出胶量会变大，那么胶就会变得很宽，这时需要把胶压降下来。
本发明的基于PID自动控制的涂胶系统将压力感应调节装置300、温度传感器400以及PLC控制柜500制成一个实时调节的PID闭环控制，能够动态实时调节胶压。本发明引入的PID胶压控制，结构简单，成本低。
具体来说，本发明的基于PID自动控制的涂胶系统的压力感应调节装置300包括调压阀310以及分别连接在调压阀310两侧的入口压力传感器320和出口压力传感器330，入口压力传感器320连接供胶装置100，出口压力传感器330连接温度传感器400。
压力感应调节装置300还包括空气调压器340和电气比例阀350，电气比例阀350连接在调压阀310和空气调压器340之间，PLC控制柜500控制连接电气比例阀350。
PLC控制柜500根据温度传感器400提供的数值控制电气比例阀350输入调压阀310的压缩空气的量，从而调控调压阀310的压力，保证供胶管路L1上出口压力传感器330检测的压力达到要求。
本发明将测试的各个温度等级保证胶型所需要的胶压整理成公式，根据设定胶温、设定胶压及正常车胶耗量，压力感应调节装置300的电气比例阀350自动调用对应的压缩空气压力，来控制调压阀310的开度，给出需要的出口胶压，实现自动实时调节。
举例来说，当设定的基准胶温为30摄氏度时，设定的基准胶压为85bar，电气比例阀350的供气压力调节胶压为85bar，实际出口压力传感器330检测的数值88bar，有调节偏差，出口压力传感器330的值再反馈给PLC控制柜500，PLC控制柜500继续控制电气比例阀350调整气压，直至达到电气比例阀350胶压设定值85bar和实际出口压力传感器330实际值85bar一致的结果，实现实时的闭环反馈调节。
当温度传感器400检测实际胶温不足30摄氏度，例如为26.7摄氏度时，胶温偏低胶粘稠需要更大的胶压，再通过计算公式将基准胶压乘上一温度系数(该温度系数为基准胶温/实际温度的比值系数)，得到新的设定的基准胶压，电气比例阀350继续调节供气压力控制胶压，使得温度变化引起的胶粘度变化被胶压弥补，从而达到喷出的胶宽度、厚度、开枪和关枪端头胶型一致。
本发明的基于PID自动控制的涂胶系统还包括流量传感器600，流量传感器600连接在温度传感器400和胶枪200之间的供胶管路L1上，并流量传感器600信号连接PLC控制柜500。
于流量传感器600感应实际耗胶量与设定的基准耗胶量具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得耗量变化引起的胶宽窄厚薄变化被胶压弥补。例如，于流量传感器600感应实际耗胶量小于设定的基准耗胶量，那么涂出的胶必然比正常胶薄和窄，需要按比例增加基准胶压使得下一台车的出胶胶压变大，出胶量会随胶压变大而变多，胶耗量增加到正常值，胶的宽度和厚度能恢复到正常范围；于流量传感器600感应实际耗胶量大于设定的基准耗胶量，那么涂出的胶必然比正常胶厚和宽，需要按比例减少基准胶压使得下一台车的出胶胶压变小，出胶量会随胶压变小而变少，胶耗量减少到正常值，胶的宽度和厚度能恢复到正常范围。
流量传感器600除了实时显示当前车的累计耗胶量，还通过报表记录每台车的耗胶量，同时通过PLC控制柜500设置了耗胶量上下限，于流量传感器600感测耗胶量超过设置的耗胶量上下限范围时进行预警及停线，提醒加工人员进行缺陷检查和涂胶参数优化调整。同时触发预警偏离过大的消耗量也会和正常耗量进行比值得到耗量系数，对下一台车的胶压控制进行补偿调整。
这样通过三种闭环反馈调节，确保每一条密封胶的宽窄厚薄、均匀性、开枪关枪和连续出胶胶型扇面一致，每台车的胶耗量基本相同，保持同样的生产质量。
本发明使用PID模块和压力、温度、流量计传感器，通过PLC程序自动控制，实现了自动调节胶压胶型的功能，通过低成本低故障率的设备组合实现了昂贵定量机的控制胶型功能，并通过胶温和胶耗量的变化实时调节胶压来稳定胶条形状。同时本发明增加了温控系统、胶枪电阻丝加热功能及胶管铺设保温层，能更好的稳定胶温，缩小胶温带来的粘度变化，减小调节范围，使得调节灵敏度更高，控制更精细。本发明通过PLC从三种传感器采集数据，根据胶压胶温调节公式，实时控制胶压胶型，春夏秋冬车间温度的变化，胶材料批次的变化都可实现自动调节满足质量生产，从而成为一套完整的可实现的汽车喷漆工厂基于PID自动控制涂胶系统。
本发明的基于PID自动控制的涂胶系统还包括涂胶机器人(图未示)，胶枪200连接在涂胶机器人上，通过涂胶机器人携带胶枪200完成涂胶作业。进一步地，涂胶机器人包括速度调节器，速度调节器连接PLC控制柜500。
上述的基于PID自动控制的涂胶系统的一实施方式中，胶枪200上连接有胶回流管路L2，使得胶流动起来，避免停产时胶长时间不流动，温度降低，长时间易发生沉降堵塞胶管，也使得温控器800更好地发挥温度调节作用。本发明的基于PID自动控制的涂胶系统还包括胶量报警器以及胶温报警器，胶量报警器以及胶温报警器分别连接PLC控制柜。其中，胶枪200包括多个枪嘴，枪嘴的尺寸可相同或不同，对应不同的作业需求。
本发明的基于PID自动控制的涂胶系统结构简单，使用电控的电气比例阀350、气控的调压阀310、常见压力传感器320/330、常见温度传感器400、流量传感器600，通过检测胶管中胶温，根据温度公式，调节电气比例阀350输出压缩空气压力，来调节调压阀310输出胶压。胶压能直接控制出胶量和胶宽，再调节涂胶机器人轨迹运行速度，可控制胶厚度，来实现对胶条的质量控制，完整覆盖焊缝。
其中，供胶装置100与入口压力传感器320之间可连接过滤器700，温度传感器400与流量传感器600之间可连接温控器800。另，空气调压器340通过电磁阀900连接胶枪200。
此套供胶系统成本在十万内，各个传感器数值目视可见，拆装简便，维修快速，设备利用率高。同时对胶温、胶耗量设置了报警范围进行提醒，出现波动可及时在人机交互界面进行胶温公式基准值的微调来控制出胶量。可推广到车间生产环境有一定波动的涂胶工艺中，比如车底涂胶，机舱涂胶，尾灯涂胶，风挡天窗涂胶等生产工序中。
本发明利旧自动涂胶站，适用于焊装车间、喷漆车间车身车底自动涂胶，总装车间风挡、天窗自动涂胶等涂胶应用，可在大量节省投资费用的方式下一定程度代替昂贵的定量机，达到类似的涂胶质量，且为机器人设备利旧重复使用提供了一定数据支撑和解决方案的参考。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于PID自动控制的涂胶系统，包括胶枪以及连接胶枪的供胶装置，其特征在于，还包括压力感应调节装置、温度传感器、流量传感器以及PLC控制柜，所述压力感应调节装置、所述温度传感器和所述流量传感器依次连接在所述供胶装置和所述胶枪之间的供胶管路上，并所述压力感应调节装置、所述温度传感器和所述流量传感器分别信号连接所述PLC控制柜。
2.根据权利要求1所述的基于PID自动控制的汽车涂胶系统，其特征在于，所述压力感应调节装置包括调压阀以及分别连接在所述调压阀两侧的入口压力传感器和出口压力传感器，所述入口压力传感器连接所述供胶装置，所述出口压力传感器连接所述温度传感器。
3.根据权利要求2所述的基于PID自动控制的涂胶系统，其特征在于，所述压力感应调节装置还包括空气调压器和电气比例阀，所述电气比例阀连接在所述调压阀和空气调压器之间，所述PLC控制柜控制连接所述电气比例阀。
4.根据权利要求1所述的基于PID自动控制的涂胶系统，其特征在于，所述流量传感器连接在所述温度传感器和所述胶枪之间的供胶管路上。
5.根据权利要求1所述的基于PID自动控制的涂胶系统，其特征在于，还包括涂胶机器人，所述胶枪连接在所述涂胶机器人上，所述涂胶机器人包括速度调节器，所述速度调节器连接所述PLC控制柜。
6.根据权利要求1所述的基于PID自动控制的涂胶系统，其特征在于，所述胶枪上连接有胶回流管路。
7.根据权利要求1至6任一项所述的基于PID自动控制的涂胶系统，其特征在于，还包括胶温报警器和胶量报警器，所述胶温报警器和所述胶量报警器分别连接所述PLC控制柜。
8.一种基于PID自动控制的涂胶方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的基于PID自动控制的涂胶系统进行涂胶，包括如下步骤：
根据设定的基准胶温、基准耗胶量以及基准胶压，PLC控制柜控制压力感应调节装置调整供胶管路上的出口处胶压，直至出口处胶压达到设定的基准胶压；其中，于温度传感器感应出口处胶温与设定的基准胶温具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得温度变化引起的胶粘度变化被胶压弥补，于流量传感器感应实际耗胶量与设定的基准耗胶量具有偏差时对基准胶压进行补偿调整，使得耗量变化引起的胶宽窄厚薄变化被胶压弥补。
9.根据权利要求8所述的基于PID自动控制的涂胶方法，其特征在于，还包括如下步骤，通过流量传感器实时显示以及记录当前车的累计耗胶量，于流量传感器感应超过设定的胶耗量上下限时进行预警及停线；触发预警时，实际耗胶量和上一台车的耗胶量的比值得到耗胶量系数，通过耗胶量系数对下一台车的基准胶压进行补偿调整。
10.根据权利要求8所述的基于PID自动控制的涂胶方法，其特征在于，PID控制柜压力控制感应调节装置的电气比例阀通入的压缩空气量来控制调压阀的开度，使调压阀给出需要的出口处胶压，并PID控制柜根据出口压力传感器反馈的胶压实时调节，直至调压阀出口处胶压达到设定的基准胶压。
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