自动化设备技术在电致变色玻璃生产中的应用与研究_陆定军.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 1 0自动化设备技术在电致变色玻璃生产中的应用与研究陆定军,高雪嵩,徐康俊(中建材凯盛机器人(上海)有限公司,上海2 0 1 6 0 1)摘 要:电致变色玻璃是一个具有广阔市场前景的新兴高端材料行业。将自动化设备技术应用于电致变色玻璃生产中可有效提升生产效率、提高良品率、降低操作人员工作强度,提升整体自动化水平,推进变色玻璃行业加速发展。但在自动化设备技术与电致玻璃生产结合应用的过程中会存在一些技术难点。该文对此进行研究并给出相应的自动化解决方案。关键词:自动化设备技术;电致变色玻璃;解决方案A p p l i c a t i o na n dR e s e a r c ho fA u t o m a t i o nE q u i p m e n tT e c h n o l o g y i nP r o d u c t i o no fE l e c t r o c h r o m i cG l a s sL UD i n g-j u n,G A OX u e-s o n g,XUK a n g-j u n(C N BM T r i u m p hR o b o t i c s(S h a n g h a i)C o,L t d,S h a n g h a i 2 0 1 6 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:E l e c t r o c h r o m i cg l a s s i s a ne m e r g i n gh i g h-e n dm a t e r i a l i n d u s t r yw i t hb r o a dm a r k e t p r o s p e c t s.T h e a p p l i c a-t i o no f a u t o m a t i o ne q u i p m e n t t e c h n o l o g yi nt h ep r o d u c t i o no fe l e c t r o c h r o m i cg l a s sc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y,i m p r o v ey i e l d,r e d u c e t h ew o r k i n t e n s i t yo fo p e r a t o r s,i m p r o v e t h eo v e r a l l a u t o m a t i o nl e v e l,a n dp r o m o t et h ea c c e l e r a t e dd e v e l o p m e n to f t h ee l e c t r o c h r o m i cg l a s s i n d u s t r y.H o w e v e r,t h e r ew i l lb es o m et e c h n i c a ld i f f i c u l t i e si nt h ep r o c e s so f c o m b i n i n gt h ea u t o m a t i o ne q u i p m e n tt e c h n o l o g yw i t ht h ep r o d u c t i o no fe l e c t r i cg l a s s.T h i sp a p e rw i l la l s os t u d yt h i sa n dg i v ec o r r e s p o n d i n ga u t o m a t i o ns o l u t i o n s.K e yw o r d s:a u t o m a t i o ne q u i p m e n t t e c h n o l o g y;e l e c t r o c h r o m i cg l a s s;s o l u t i o n收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 4.作者简介:陆定军(1 9 8 3-),工程师.E-m a i l:l d j s h e m t.c o m现代髙层建筑使用大量玻璃幕墙结构,普通玻璃难以控制光的透射和反射,不能达到隔热保温的效果,电致变色玻璃被认为是建筑节能的首选方案之一1。电致变色玻璃同时也可运用在高端汽车、航空航天、高铁、护目镜等领域2。在全球节能减排的大环境下,电致变色玻璃的发展具有广阔的前景。2 0 2 2年全球电致变色玻璃市场规模达到了1 5 9.5 4亿元,但截止2 0 2 1年国内电致变色玻璃行业规模仅1 08 8 6.8万元,同比增长4.2 8%3,和世界先进水平仍有不小差距。大面积变色玻璃生产在国内尚不成规模,产线往往也以人工为主,产能及质量均受限于高端设备。在智能化工厂迅速发展的今天,把自动化设备融入到电致变色玻璃产线中,对扩大变色玻璃产能,提高变色玻璃质量,降低人力成本具有重大的意义。论文将通过分析变色玻璃的结构及生产工艺,使用相应的自动化设备将其串联成完整的自动化产线,并对其中的难点和创新点进行研究和分析。1 电致变色玻璃结构和制造工艺电致变色玻璃的基本结构都是由两片玻璃基材和夹在其中的五层薄膜材料构成,他们分别是透明导电层(T C层)、离子存储层(C E层)、离子导体层(I C层)、电致变色层(E C层)4。结构图如图1所示。以某变色玻璃生产研究企业为例,行业内目前大部分企业生产变色玻璃的工艺步骤如图2所示。人工生产大面积变色玻璃时,各个工序之间通过人工搬运,容易留下印记,影响成品玻璃质量;同时43建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期I TO玻璃厚度在0.5 51.1mm之间,大面积玻璃搬运和操作时,人工极易损坏玻璃,造成材料浪费。I TO玻璃成本较高,损坏造成的经济损失较大,所以引入自动化设备来串联整个变色玻璃产线显得尤为重要。2 电致变色玻璃产线自动化设备综述用于电致变色玻璃产线的自动化设备大致可分为三大类:第一类是工艺设备,如清洗机、镀膜机、激光切割机、蚀刻机、固化柜、高压釜等。此类设备是生产变色玻璃所必须的,在业内已有较为成熟的专机设备,不在该文的探讨范围内。第二类为过渡和衔接设备,此类设备用于串联起各个工艺设备,减少人工参与度,提升产品质量,是产线从半自动向全自动发展的关键设备。第三类是整体调度控制系统,系统可以检测和控制各个工艺设备及过渡衔接设备并根据工艺流程统筹调度各个工艺设备和过渡衔接设备,使各个设备能配合密切,大幅提高生产效率。根据某变色玻璃生产研究企业的工艺流程为其布局规划了一整条电致变色玻璃自动化产线及其配套自动化设备。各个工序及相应设备的对应如表1所示。表1 各工序所使用的设备序号工序设备1I TO玻璃上料前去纸去纸机器人2I TO玻璃上料上料机器人3I T O玻璃上料-清洗间输送A G V(自动引导小车)4清洗清洗机及清洗机自动对接设备5清洗-镀膜上料转运机器人及翻转上料架6镀膜-检验输送A GV7检验-激光切割间输送A GV8激光切割激光切割机及自动对接设备9切割-蚀刻间输送A GV1 0蚀刻蚀刻机及自动对接设备1 1蚀刻-固化间输送A GV1 2固化固化柜及自动对接设备1 3固化-合片组装间输送A GV1 4合片组装合片机器人及辅助设备1 5合片组装-高压釜间输送A GV1 6高压排气高压釜1 7高压釜-成品储存间输送A GV1 8成品储存自动缓存架 该产线各工序间的输送采用了AGV(A u t o m a t e dG u i d e dV e h i c l e)自动引导小车,减少了人工搬运。原料、成品、高压釜位于非洁净区,其他工艺设备位于洁净度等级要求不同的洁净区。为了保证洁净区的洁净要求,AGV尽可能的少进出洁净区,所以设置了两台AGV,一台主要在非洁净区工作,另一台只在洁净区工作,同时为满足洁净要求,所有设备尽可能采用不锈钢以及洁净室专用零件保证洁净度,设备的传动部件要密封良好,防止润滑油、冷却剂等泄漏时对原料、半成品、成品、包装容器和材料的污染。由于各个工艺设备大部分在设计时没有考虑全自动化运行,所以要实现全产线自动化,在与工艺设备对接时就需要单独设计与其对接的过渡衔接设备,例如表1中提到的上片、去纸机器人、镀膜机、切割机、清洗机自动对接设备等。53建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期3 电致变色玻璃产线自动化部分设备简介3.1 去纸、上片机器人该产线原料玻璃为外购的I TO玻璃,玻璃来料时玻璃与玻璃之间为防止黏连和擦伤铺设有防霉纸。所以在把玻璃上料到产线上之前要先通过去纸机器人把玻璃间的纸拿走。去纸机器人由机器人本体和去纸抓手构成。去纸抓手上有小吸盘和压纸机构,通过小吸盘吸住纸边露出玻璃部分,然后通过压纸机构压住,此时,上料机器人通过上料抓手抓取玻璃,去纸机器人同时把纸抽出,上片机器人再把玻璃放到对接输送线上,两台机器人配合完成原料玻璃的上料操作。3.2 A G V搬运小车AGV搬运小车可承载最大规格1.5m1.1m的玻璃,可自动与来料、清洗机、镀膜机、激光切割机、固化柜、蚀刻机等处的自动对接辊道相对接,完成玻璃在各个工艺设备间的流转。AGV移动底盘采用双舵轮结构,可使AGV拥有更小的转弯半径和更大的灵活度,可在空间狭小的洁净室内自由移动,采用二维码和激光导航相结合的导航方式,做到精准定位。AGV上还带有自动充电机构,可在调度系统的调度下在工作空闲时间自动到固定的充电桩上充电。3.3 清洗-镀膜区对接设备玻璃从清洗机出来到镀膜机上料,要完成把玻璃从清洗机上取下,装到镀膜工装上,然后把工装送入镀膜机这几个动作,人工操作易损坏玻璃,需要两个人配合。采用自动化设备技术后,衔接设备先用一段辊道对接清洗机,为机器人在下表面抓取玻璃(工艺要求玻璃上表面不能触碰)留出空间,同时配置一台机器人抓取玻璃,可将玻璃从清洗机转运到镀膜的上料工装上,该工装需要旋转旋钮锁紧,所以配置一台小型机器人带锁紧装置去完成该动作。工装组装完成后,通过一个翻转台翻起工装,同时使用翻转台上带的输送辊将工装竖直送入镀膜机。3.4 固化柜对接设备固化柜中有一个多层的玻璃支架,一次可同时固化4片大玻璃或者若干片小玻璃。引入自动化设备后,设备采用皮带输送辊道和可升降及前后移动的悬臂架结合的方式。皮带输送辊道负责与AGV对接接驳玻璃。悬臂架把玻璃接过来送入固化柜支架里面对应的放置层。3.5 合片区组装设备合片区负责把镀膜固化后的I TO玻璃、胶片、基板玻璃等组合成成品的变色玻璃,合片区组装设备见图3。需要进行搬运玻璃、铺设胶条、塑料纸、抽真空等复杂操作,此工位由人工和机器配合完成,其中合片机器人负责玻璃的搬运,移动中转台、平移滑台、顶升机构组成的合片辊道负责给机器人下取片制造空间以及隔离人工操作区和机器人工作区,是人工操作把玻璃组成成品的主要工作平台。两台对接辊道负责和AGV对接,接驳玻璃。3.6 其他辅助自动化设备及控制系统其他辅助自动化设备还有自动缓存架、各工艺设备的对接辊道,也在过渡衔接中起到了重要作用。控制系统分为AGV调度系统和设备控制系统。AGV调度系统由AGV无线通讯单元和上位机组成。63建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期AGV上配备有无线通讯单元,可以实现AGV相互通讯以及与上位系统的通讯。AGV系统使用工业P C机对AGV进行上位监控。上位系统的显示屏幕可以显示AGV运行位置、故障状态等信息。在有交叉的线路上,AGV无线通讯系统通过设置交通管制、路径优化选择,使两者有序通过,避免碰撞,保证运行安全。同时上位机可通过p r o f i n e t和设备控制系统进行通讯,实时接收设备工作状态的信号,根据预设的工艺流程调度AGV到对应的设备处进行工作。设