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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-7580
摘 要：针对玻璃磨边过程中，存在人力成本投入大、设备维护难度高、营运成本大、整机自动化程度低等问题，设计了一套全自动模块化玻璃加工流水线。该流水线主要由上片玻璃架、上片机、磨边机、传输机、下片机、下片玻璃架、PLC控制终端组成，组成该款流水线的设备均采用模块化设计，用户可根据自身需求选取所需加工模块，实现个性化定制。该款流水线实现了玻璃的自动上下料、自动传输、多边同时磨边，磨边速度达5～10片，磨边厚度3～15mm，玻璃外形尺寸650×400mm～2500×2000mm，促进玻璃深加工行业的自动化进程，提升玻璃加工的效率，实现设备的个性化定制。
关键词：玻璃 全自动化 模块化 磨边
中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）01（c）-0063-04
Design and Research of Automatic Modular Glass Processing Line
CAO Bingxin* SHI Yubao XIONG Tingchao
（Jiujiang Vocational and Technical College， Jiujiang， Jiangxi Province， 332005 China）
Abstract： Aiming at the problems of high labor cost， high difficulty in equipment maintenance， high operating cost and low degree of automation in the glass edging process， a set of fully automatic modular glass processing line was designed. The assembly line is mainly composed of the upper glass shelf， loading machine， edging machine， conveyor， unloading machine， lower glass shelf， and PLC control terminal. The equipment that composes the assembly line adopts modular design， and users can choose according to their needs The required processing modules can be customized. This assembly line realizes the automatic loading and unloading， automatic transmission， and simultaneous edging of multiple sides of the glass. The edging speed is 5-10 pieces per minute， the edging thickness is 3-15mm， and the glass size is 650×400 mm-2500×2000 mm. Promote the automation process of the glass deep processing industry， improve the efficiency of glass processing， and realize the personalized customization of equipment.
Key Words： Glass; Fully automated; Modular; Edging
隨着工业的快速发展，玻璃制品凭借着其高通透、硬度高、表面光滑易清洗等优点已经在航空、航天、船舶、民用等领域得到广泛的应用[1]。从玻璃毛坯到玻璃成品的过程中，常需要将玻璃剪裁为各种尺寸形状，随后进行玻璃磨边、镀膜等深加工[2]，其中玻璃磨边是玻璃深加工中一个重要的工序，将裁剪尺寸好的玻璃进行周边倒角磨边，防止锋利的边角划伤人体及影响美观性[2]。现有的磨边设备多采用人工将裁剪好的玻璃从玻璃架上搬运至玻璃磨边机，玻璃周边磨削完成[3]，再人工搬运至玻璃架。由于玻璃属于硬脆性材料，搬运过程中易破损、易划伤，费时费力导致加工周期长，人工投入大自动化程度低;而且现有的玻璃磨边设备多采用整体设计法[4]，设备维护成本高、无法根据用户的场地空间和需求实现个性化定制。因此，现有的玻璃磨削设备难从满足各行业对玻璃日益增长的需求，极大程度上影响玻璃深加工业的智能化、信息化发展。
1 整机结构设计
1.1 提出设计思路
针对现有的玻璃磨削加工设备存在人力成本投入大、设备维护难度高、营运成本大、整机自动化程度低等问题。设计一套全自动模块化玻璃加工流水线，主要由上片玻璃架、上片机、磨边机、传输机、下片机、下片玻璃架、PLC控制终端[5]组成，实现了玻璃的自动上下料、自动传输、多边同时磨边，促进玻璃深加工行业的自动化进程，提升玻璃加工的效率，实现设备的个性化定制[6]。 设计了无源多规格的上下片玻璃架代替传统玻璃架，可放置不同大小尺寸玻璃，满足玻璃生产时的需求，增加玻璃架的适用性。
设计了气动式上下片机代替传统手动吸盘，采用两组气动吸盘，外吸盘组通过气压判别玻璃的大小，控制内吸盘组的工作，从而实现不同规格尺寸玻璃的抓取，同时设置了双向传送装置，实现玻璃上下片的智能化控制，提高设备的自动化程度。
采用模块化设计方法，将各加工设备设计成模块化单元，用户根据厂房加工场地大小，自由布置各个模块的加工设备，节约磨削场地，实现模块化放置。采用PLC控制终端实现整条流水线的运动控制，提高了整机的电气化、自动化运动。
1.2 整机方案设计
基于传统玻璃磨削加工设备存在的问题，依据本机的设计思路，研制一款如图1所示的全自动模块化玻璃加工流水线，其主要由上片玻璃架、上片机、磨边机、传输机、下片机、下片玻璃架、PLC控制终端构成。
本流水线主要实现玻璃磨削过程中的自动上下片，自动传输、自动磨边功能。上片玻璃架布置在流水线的上片区域和下片区域，用于玻璃的叠放，采用自锁机构有效地解决了玻璃间的负压力造成的单次抓取多块玻璃的问题，保证了玻璃抓取的成品率。在上片玻璃架处设置有上片机，用于玻璃的抓取上片，上片机设有多方向调整机构，可根据玻璃架上玻璃的位置自我调整姿态，同时，设有内外两组气动吸盘，可实现不同尺寸玻璃的抓取。磨边机布置于上片机的出片口，磨边机可采用单片磨边机、双边磨边机、四边磨边，可根据用户需求定制，完成玻璃的多边磨削。磨边机出料口设有结构和上片机相同的下片机，用于将磨削完成的玻璃抓取下料放置于下片玻璃架。
1.2.1 上片玻璃架结构设计
玻璃架主要用于玻璃的叠放和存放，为后续的加工提供玻璃毛坯，现有的玻璃架仅用于玻璃的叠放，在气动吸盘抓取过程中容易发生玻璃间的负压造成单次抓取多块玻璃的现象，致使玻璃在抓取过程中跌落破损。为此，研制了一款如图2所示的上片玻璃架，主要由基座、L型架、铰链、L型架、自锁机构、缓冲垫构成。基座由支脚和平台构成，平台上装有两个L型架，L型架上段部位通过铰链连接，下角安装在基座平台面上，L型架底面处安装有多个自锁机构，自锁机构由柔性压盘、压缩弹簧、手柄、固定杆構成，柔性压盘与压缩弹簧相配合给玻璃底部施加一压紧力，当玻璃被抓取时，压紧后面一块玻璃，克服了玻璃间的负压力，保证了玻璃抓取过程中的成品率。
1.2.2 上片机结构设计
现有的玻璃深加工设备，采用玻璃气动吸盘抓取玻璃再人工搬运至玻璃磨削设备，加工周期长、人工成本高，严重影响玻璃的加工效率。对此，研制了一款如图3所示的可同时实现玻璃抓取和传输的上片机，该款玻璃上片机主要由气动抓取臂、机架、玻璃中转带、控制柜组成[7]。其中，机架采用多根Q235方钢拼焊，用于其他部件的支撑作用，气动抓取臂采用内外两组气动吸盘[8]，外吸盘进气口处安装有气压传感器，气压传感器通过判别气压值，从而识别玻璃的尺寸，进而控制内外气动吸盘的通断，实现不同尺寸玻璃的抓取;玻璃中转带由XY双向传动带或单向传动带组成，传动带通过伺服电机驱动，可实现玻璃任一位置的传输，用户可根据加工场地，个性化地选择传动带的数量，减少设备的成本投入。
2 整机工作流程
用户根据加工条件选择需要的模块，整机装配完成，根据玻璃架的位置设定相关参数，上片机调整姿态，气动抓取臂翻转一定角度，靠近上片玻璃架，外吸盘组进气口设有压力传感器用于检测出气口处的压力，判断出气口有没有被玻璃阻挡，进而识别玻璃大小，调整内外吸盘的通断，实现不同尺寸玻璃的抓取，代替人工抓取，随后通过上片机送至磨边机，磨边机对玻璃进行倒角磨边，磨削完成通过下片机传送至下片玻璃架。具体的工程流程如图4所示。
3 优势及创新点
与传统的玻璃磨削加工设备相比，本全自动模块化玻璃加工流水线具有以下优势和创新点。
成品率高：采用无源式多规格上下片玻璃架，解决了现有玻璃架只能用于几种规格的玻璃和抓取过程中发生单次抓取多片玻璃的问题，解决玻璃破损和保证后续玻璃的磨削加工，提高了玻璃架的适用性。
一机多用：通过翻转臂上安装内外两组气动吸盘，外吸盘组上布置气压传感器，用于检测气压的变化，识别玻璃大小，控制内外吸盘的运动，可实现不同大小玻璃的自动送料，提升了设备的利用率。
智能化程度高：整条流水线采用PLC控制终端控制设备的运转，实现上片、磨削、下片的全自动化操作，无需人工上下片，极大程度上降低了人工成本及设备的自动化。
模块化、个性化：采用模块化设计各个部件，功能独立，用户可根据自己的加工需求个性化的选择所需模块，降低维护成本及提升设备的利用率。
4 结语
本文针对现有的玻璃磨削设备存在人力成本投入大、设备维护难度高、营运成本大、整机自动化程度低等问题，研制了一套全自动模块化玻璃加工流水线， 实现了玻璃的自动上下料、自动传输、多边同时磨边，磨边速度达5～10片/min，磨边厚度3～15mm，玻璃外形尺寸650×400mm～2500×2000mm，促进玻璃深加工行业的自动化进程，提升玻璃加工的效率，实现设备的个性化定制。
参考文献
[1] 卢子飞.基于PLC的玻璃磨边自动化上料系统[J].时代农机，2017（6）：67-68.
[2] 乐建波.数控玻璃磨边机动力学分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015（2）：27-29.
[3] 耿宗超.石英玻璃超精密磨削加工表面完整性研究[D].大连：大连理工大学，2018.
[4] 黄迎辉.基于PLC的玻璃直线四边磨边机控制系统设计问题分析[J].蚌埠学院学报，2016（4）：1-5.
[5] 崔潇彬. PLC技术在电气工程自动化控制中的应用探究[J].科技资讯，2020（24）：81-83.
[6] 蔡广飞.基于PLC的全数字交流伺服位置控制[J].科技创新导报，2019（12）：11-12.
[7] Kun Ren.Sharp corner transitional trajectory planning based on arc splines in glass edge grinding[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2017，93：4089-4098.
[8] 乐建波.数控玻璃磨边机动力学分析[J].组合机床与自动化加工技术，2015（2）：27-29.
摘 要：针对玻璃磨边过程中，存在人力成本投入大、设备维护难度高、营运成本大、整机自动化程度低等问题，设计了一套全自动模块化玻璃加工流水线。该流水线主要由上片玻璃架、上片机、磨边机、传输机、下片机、下片玻璃架、PLC控制终端组成，组成该款流水线的设备均采用模块化设计，用户可根据自身需求选取所需加工模块，实现个性化定制。该款流水线实现了玻璃的自动上下料、自动传输、多边同时磨边，磨边速度达5～10片，磨边厚度3～15mm，玻璃外形尺寸650×400mm～2500×2000mm，促进玻璃深加工行业的自动化进程，提升玻璃加工的效率，实现设备的个性化定制。
关键词：玻璃 全自动化 模块化 磨边
中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）01（c）-0063-04
Design and Research of Automatic Modular Glass Processing Line
CAO Bingxin* SHI Yubao XIONG Tingchao
（Jiujiang Vocational and Technical College， Jiujiang， Jiangxi Province， 332005 China）
Abstract： Aiming at the problems of high labor cost， high difficulty in equipment maintenance， high operating cost and low degree of automation in the glass edging process， a set of fully automatic modular glass processing line was designed. The assembly line is mainly composed of the upper glass shelf， loading machine， edging machine， conveyor， unloading machine， lower glass shelf， and PLC control terminal. The equipment that composes the assembly line adopts modular design， and users can choose according to their needs The required processing modules can be customized. This assembly line realizes the automatic loading and unloading， automatic transmission， and simultaneous edging of multiple sides of the glass. The edging speed is 5-10 pieces per minute， the edging thickness is 3-15mm， and the glass size is 650×400 mm-2500×2000 mm. Promote the automation process of the glass deep processing industry， improve the efficiency of glass processing， and realize the personalized customization of equipment.
Key Words： Glass; Fully automated; Modular; Edging
隨着工业的快速发展，玻璃制品凭借着其高通透、硬度高、表面光滑易清洗等优点已经在航空、航天、船舶、民用等领域得到广泛的应用[1]。从玻璃毛坯到玻璃成品的过程中，常需要将玻璃剪裁为各种尺寸形状，随后进行玻璃磨边、镀膜等深加工[2]，其中玻璃磨边是玻璃深加工中一个重要的工序，将裁剪尺寸好的玻璃进行周边倒角磨边，防止锋利的边角划伤人体及影响美观性[2]。现有的磨边设备多采用人工将裁剪好的玻璃从玻璃架上搬运至玻璃磨边机，玻璃周边磨削完成[3]，再人工搬运至玻璃架。由于玻璃属于硬脆性材料，搬运过程中易破损、易划伤，费时费力导致加工周期长，人工投入大自动化程度低;而且现有的玻璃磨边设备多采用整体设计法[4]，设备维护成本高、无法根据用户的场地空间和需求实现个性化定制。因此，现有的玻璃磨削设备难从满足各行业对玻璃日益增长的需求，极大程度上影响玻璃深加工业的智能化、信息化发展。
1 整机结构设计
1.1 提出设计思路
针对现有的玻璃磨削加工设备存在人力成本投入大、设备维护难度高、营运成本大、整机自动化程度低等问题。设计一套全自动模块化玻璃加工流水线，主要由上片玻璃架、上片机、磨边机、传输机、下片机、下片玻璃架、PLC控制终端[5]组成，实现了玻璃的自动上下料、自动传输、多边同时磨边，促进玻璃深加工行业的自动化进程，提升玻璃加工的效率，实现设备的个性化定制[6]。 设计了无源多规格的上下片玻璃架代替传统玻璃架，可放置不同大小尺寸玻璃，满足玻璃生产时的需求，增加玻璃架的适用性。
设计了气动式上下片机代替传统手动吸盘，采用两组气动吸盘，外吸盘组通过气压判别玻璃的大小，控制内吸盘组的工作，从而实现不同规格尺寸玻璃的抓取，同时设置了双向传送装置，实现玻璃上下片的智能化控制，提高设备的自动化程度。
采用模块化设计方法，将各加工设备设计成模块化单元，用户根据厂房加工场地大小，自由布置各个模块的加工设备，节约磨削场地，实现模块化放置。采用PLC控制终端实现整条流水线的运动控制，提高了整机的电气化、自动化运动。
1.2 整机方案设计
基于传统玻璃磨削加工设备存在的问题，依据本机的设计思路，研制一款如图1所示的全自动模块化玻璃加工流水线，其主要由上片玻璃架、上片机、磨边机、传输机、下片机、下片玻璃架、PLC控制终端构成。
本流水线主要实现玻璃磨削过程中的自动上下片，自动传输、自动磨边功能。上片玻璃架布置在流水线的上片区域和下片区域，用于玻璃的叠放，采用自锁机构有效地解决了玻璃间的负压力造成的单次抓取多块玻璃的问题，保证了玻璃抓取的成品率。在上片玻璃架处设置有上片机，用于玻璃的抓取上片，上片机设有多方向调整机构，可根据玻璃架上玻璃的位置自我调整姿态，同时，设有内外两组气动吸盘，可实现不同尺寸玻璃的抓取。磨边机布置于上片机的出片口，磨边机可采用单片磨边机、双边磨边机、四边磨边，可根据用户需求定制，完成玻璃的多边磨削。磨边机出料口设有结构和上片机相同的下片机，用于将磨削完成的玻璃抓取下料放置于下片玻璃架。
1.2.1 上片玻璃架结构设计
玻璃架主要用于玻璃的叠放和存放，为后续的加工提供玻璃毛坯，现有的玻璃架仅用于玻璃的叠放，在气动吸盘抓取过程中容易发生玻璃间的负压造成单次抓取多块玻璃的现象，致使玻璃在抓取过程中跌落破损。为此，研制了一款如图2所示的上片玻璃架，主要由基座、L型架、铰链、L型架、自锁机构、缓冲垫构成。基座由支脚和平台构成，平台上装有两个L型架，L型架上段部位通过铰链连接，下角安装在基座平台面上，L型架底面处安装有多个自锁机构，自锁机构由柔性压盘、压缩弹簧、手柄、固定杆構成，柔性压盘与压缩弹簧相配合给玻璃底部施加一压紧力，当玻璃被抓取时，压紧后面一块玻璃，克服了玻璃间的负压力，保证了玻璃抓取过程中的成品率。
1.2.2 上片机结构设计
现有的玻璃深加工设备，采用玻璃气动吸盘抓取玻璃再人工搬运至玻璃磨削设备，加工周期长、人工成本高，严重影响玻璃的加工效率。对此，研制了一款如图3所示的可同时实现玻璃抓取和传输的上片机，该款玻璃上片机主要由气动抓取臂、机架、玻璃中转带、控制柜组成[7]。其中，机架采用多根Q235方钢拼焊，用于其他部件的支撑作用，气动抓取臂采用内外两组气动吸盘[8]，外吸盘进气口处安装有气压传感器，气压传感器通过判别气压值，从而识别玻璃的尺寸，进而控制内外气动吸盘的通断，实现不同尺寸玻璃的抓取;玻璃中转带由XY双向传动带或单向传动带组成，传动带通过伺服电机驱动，可实现玻璃任一位置的传输，用户可根据加工场地，个性化地选择传动带的数量，减少设备的成本投入。
2 整机工作流程
用户根据加工条件选择需要的模块，整机装配完成，根据玻璃架的位置设定相关参数，上片机调整姿态，气动抓取臂翻转一定角度，靠近上片玻璃架，外吸盘组进气口设有压力传感器用于检测出气口处的压力，判断出气口有没有被玻璃阻挡，进而识别玻璃大小，调整内外吸盘的通断，实现不同尺寸玻璃的抓取，代替人工抓取，随后通过上片机送至磨边机，磨边机对玻璃进行倒角磨边，磨削完成通过下片机传送至下片玻璃架。具体的工程流程如图4所示。
3 优势及创新点
与传统的玻璃磨削加工设备相比，本全自动模块化玻璃加工流水线具有以下优势和创新点。
成品率高：采用无源式多规格上下片玻璃架，解决了现有玻璃架只能用于几种规格的玻璃和抓取过程中发生单次抓取多片玻璃的问题，解决玻璃破损和保证后续玻璃的磨削加工，提高了玻璃架的适用性。
一机多用：通过翻转臂上安装内外两组气动吸盘，外吸盘组上布置气压传感器，用于检测气压的变化，识别玻璃大小，控制内外吸盘的运动，可实现不同大小玻璃的自动送料，提升了设备的利用率。
智能化程度高：整条流水线采用PLC控制终端控制设备的运转，实现上片、磨削、下片的全自动化操作，无需人工上下片，极大程度上降低了人工成本及设备的自动化。
模块化、个性化：采用模块化设计各个部件，功能独立，用户可根据自己的加工需求个性化的选择所需模块，降低维护成本及提升设备的利用率。
4 结语
本文针对现有的玻璃磨削设备存在人力成本投入大、设备维护难度高、营运成本大、整机自动化程度低等问题，研制了一套全自动模块化玻璃加工流水线， 实现了玻璃的自动上下料、自动传输、多边同时磨边，磨边速度达5～10片/min，磨边厚度3～15mm，玻璃外形尺寸650×400mm～2500×2000mm，促进玻璃深加工行业的自动化进程，提升玻璃加工的效率，实现设备的个性化定制。
参考文献
[1] 卢子飞.基于PLC的玻璃磨边自动化上料系统[J].时代农机，2017（6）：67-68.
[2] 乐建波.数控玻璃磨边机动力学分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015（2）：27-29.
[3] 耿宗超.石英玻璃超精密磨削加工表面完整性研究[D].大连：大连理工大学，2018.
[4] 黄迎辉.基于PLC的玻璃直线四边磨边机控制系统设计问题分析[J].蚌埠学院学报，2016（4）：1-5.
[5] 崔潇彬. PLC技术在电气工程自动化控制中的应用探究[J].科技资讯，2020（24）：81-83.
[6] 蔡广飞.基于PLC的全数字交流伺服位置控制[J].科技创新导报，2019（12）：11-12.
[7] Kun Ren.Sharp corner transitional trajectory planning based on arc splines in glass edge grinding[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2017，93：4089-4098.
[8] 乐建波.数控玻璃磨边机动力学分析[J].组合机床与自动化加工技术，2015（2）：27-29.