【摘要】随着我国科学技术的快速发展，机械制造业有着不同方面的发展方向。本文介绍了先进制造技术在动车组车窗安装领域的研究和应用，指明动车组车窗安装领域的发展方向。

【关键词】自动化;动车组;车窗

1.引言

随着高速铁路的快速发展，对车辆运行的可靠性和舒适性要求越来越高，特别是近年来众多新兴科学技术的涌现，如控制论和自动化技术;计算机和信息论;激光技术和光导纤维等等，急剧地改变着人类的劳动方式和生活方式。在提高劳动生产率、降低劳动强度、改善产品质量、降低生产制造成本、缩短生产周期等大背景下，传统的组装制造工艺已不能满足现代高速动车组的组装要求。因此，研究开发机械化、自动化组装装备及现代化检测技术是势在必行的趋势。

动车组车窗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组装的重要环节。目前主要由人工完成，人工在此过程的作业存在效率低、劳动强度大等问题，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。在提高生产效率、保证产品质量的基础上，开发自动化安装技术具有重要的现实意义。

2.系统方案设计

车窗自动化安装系统主要包括机器人的控制系统（主控PLC）、机器人视觉定位系统，抓取系统及自动涂胶系统。

（1）主控PLC：控制安装系统的整体运行;

（2）触摸屏：显示系统在各个工位的动作及机器人的工作状态;显示系统的输出、输入状况;显示系统的异常内容，并且能够指出故障点;对系统的异常内容进行记录;

（3）机器人控制器：控制机器人的运动，并根据预先的设定输出模拟量信号控制涂胶过程;

（4）检测和上料系统控制部分：完成各个工位的信号传送工作;

（5）供胶控制系统：实现供胶过程准确控制;

（6）机器人涂胶控制：机器人涂胶控制系统采用速度/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器，机器人将涂胶速度转化为模拟量（0V～10V）传输给供胶系统的精密齿轮泵流量控制装置，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。

3.侧窗安装自动化工艺流程

4.实验过程及分析

实验过程主要是针对以下三个方面：

（1）机器人自动装玻璃实验过程：验证采用机器人代替人来装玻璃的有效性;

（2）定位方案的有效性实验研究：验证当玻璃及车窗位置变化时，采用三维扫描技术能否对它们进行重新定位;

（3）涂胶过程进行实验研究：验证用机器人进行涂胶的效果。

4.1 机器人自动装玻璃实验过程

此过程主要包括机器人自动抓玻璃过程及机器人自动装玻璃过程，具体如图1所示：

图1 机器人装玻璃过程

通过机器人自动化装玻璃过程来看，只要合理设计吸盘就能够自动抓起玻璃;在自动安装过程中，由于玻璃与车窗之间的间隙较小，而且各自都有一定的变形，为了保障安装过程的安全，在机器人达到玻璃安装位置时，需要由人工先确认一下;然后再通知机器人自动装玻璃。

4.2 三维扫描定位实验过程

针对这个过程，具体做了以下几个方面的实验：

（1）玻璃位置发生变化，经过扫描重新定位后，评估机器人是否还能正确抓取玻璃

（2）玻璃和车窗位置都发生变化了，经过扫描重新定位后，评估机器人是否还能正确装玻璃

通过实验分析可知，当玻璃及车窗位置发生一定变化时，通过三维激光扫描仪可以对其进行重新定位，保证玻璃能够正确安装，但需要注意几个问题：

（1）因为玻璃反光，采用激光扫描仪进行扫描前，需要在扫描部位喷涂显像剂，不然不能正确成像。

（2）虽然通过三维扫描仪能够对玻璃及车窗的整体定位误差进行校准，但由于玻璃及窗框之间间隙很小，加上它们会有局部变形，为了保障安装过程的安全，在机器人达到玻璃安装位置时，需要由人工先确认一下;然后再通知机器人自动装玻璃。

（3）关于车窗扫描重新定位具体实施过程，由于每个车窗及车窗上多个车窗框一致性问题，有下面两种扫描方法，根据实际情况选取其中一种：

（a）只扫描一个车窗框，确定车身整体位置，然后依次安装各个车窗的玻璃;

（b）在安装每个车窗的玻璃之前，对当前车窗单独扫描;采用此种方法，当安装过程中车身位置发生了变化，也不会影响玻璃安装过程。

4.3 机器人涂胶实验过程

涂胶过程主要做了三个方面的实验，一是涂胶参数的调整，主要包括机器人速度、控制气缸的气压流量;二是玻璃安装后，机器人在车窗上的涂胶过程实验;三是机器人自动涂胶空路径过程实验：

（1）不同参数的涂胶实验：主要是在平板上，通过改变气缸控制气压流量来观察涂胶效果。

（2）机器人在车窗上的涂胶实验，结果如图2所示：

图2 机器人涂胶过程

通过实验结果来看，涂胶结果不是太理想，主要原因是手动胶枪采用气缸推动变成自动胶枪，这种简易的涂胶工具出胶速度不均匀，导致涂出的胶粗细不均;后续如采用先进的自动涂胶设备，应该能保证涂胶的均匀性;而机器人也能够走出稳定的轨迹。

5.结束语

通过关键技术项点的试验论证了侧窗玻璃安装自动化工艺的可行性，能够满足动车组侧窗玻璃自动化安装，利用此系统的优点有：

（1）提高劳动生产率，降低人工成本，由原来的4人安装1辆车需要8个小时减低为2人安装1辆车需要8个小时。

（2）提高产品的安装质量。原来的侧窗玻璃涂胶质量完全依靠操作人员的技能保证，存在涂胶不饱满;而利用此系统能最大程度的消除涂胶不饱满的缺陷。

作者简介：

安春雷（1982—），男，山东烟台人，研究生，工程师，现供职于南车青岛四方机车车辆股份有限公司，研究方向：机械设计及理论。

魏京利，现供职于南车青岛四方机车车辆股份有限公司。

孙笃玲，现供职于南车青岛四方机车车辆股份有限公司。

李晓伟，现供职于南车青岛四方机车车辆股份有限公司。

李丰，现供职于南车青岛四方机车车辆股份有限公司。