Kinco智能伺服在玻璃行业的应用

一、概述

  玻璃是以石英砂、纯碱、石灰石等无机氧化物为主要原料，与某些辅助性原料经高温熔融，成型后经过冷却而成的固体。与陶瓷不同的是，它是无定形非结晶体的均质同向性材料。玻璃是现代室内装饰的主要材料之一。随着现代建筑发展的需要和玻璃制作技术上的飞跃进步，玻璃正在向多品种多功能方面发展。例如，其制品由过去单纯作为采光和装饰功能，逐渐向着控制光线、调节热量、节约能源、控制噪音、降低建筑自重、改善建筑环境、提高建筑艺术等多种功能发展，具有高度装饰性和多种适用性的玻璃新品种不断出现，为室内装饰装修提供了更大的选择性。

  玻璃的品种很多，通常按照化学组成、制品结构与性能来分类。按玻璃的化学可分为钠玻璃、钾玻璃、铅玻璃、铝镁玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃等

  制造玻璃的原料包括主要原料和辅助原料。前者指引入玻璃的形成网络结构的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物等原料；后者可以加速玻璃熔制，或使其获得某种必要的性质。 

  主要原料一般分为：酸性氧化物原料:、碱金属氧化物原料、碱土金属氧化物原料等，此外，碎玻璃也是一种主要原料，常称为熟料，能够在较低的温度下熔融，有助于玻璃配合料的溶化。辅助原料一般包括澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、助熔剂等。 玻璃的生产过程主要包括配合料制备、熔制、成型、退火和后加工等步骤。

二、玻璃后加工设备组成及功能简介

  玻璃经成型和退火后，还需进行各种加工，制成制品。玻璃的后加工分为冷加工、热加工和化学处理3大类。冷加工包括研磨抛光、切割、磨边、倒角、喷砂、钻孔、清洗及烘干。热加工包括烧口、火抛光、火切割、火钻孔、真空成型等，此外还包括烧釉等装饰，以及通过热处理,使玻璃微晶化、烧结，产生结构的转变。化学处理包括化学蚀刻、化学抛光、玻璃表面涂膜、离子交换等。

  玻璃倒角是后加工的一部分，是将磨好边的玻璃的角进行倒角，玻璃倒角是为了：一、安全需要，不能划伤人了，二、为了美观，倒角后的玻璃整齐光滑，三、为了尺寸更加精确。倒角一般采用圆盘磨轮的方式进行倒磨，根据玻璃的厚度及材质的不同，选择不同形状、不同大小及不同材质的磨轮，一般0.7mm以上的玻璃采取金刚砂磨轮，0.7mm以下的玻璃一般采用树脂磨轮。要求倒角时传送玻璃的速度最大12米/分，倒角时传送玻璃的主传动电机不停止，采用连续传送的方式。

三、玻璃倒角介绍

  倒角也称倒棱，用厚玻璃板制镜或制作高级门窗、建筑、飞机玻璃等，将边部磨成45°~60°的斜面，增进美观，提高强度。通常用磨盘加磨料和水用金刚砂轮、树脂砂轮及其他材质的磨轮进行研磨。倒角可以分为倒安全角，圆角，识别角。

  玻璃倒角可分为玻璃静止状态倒角以及玻璃行进状态倒角。目前行业中的CNC数控加工中心融磨边以及倒角于一体，这类系统的优点在于玻璃磨边倒角精度高，但是不能满足现代工业流水线高产量的要求。另一种模式则为运动中倒角，目前行业内还未有生产商能够将运动中倒角做到完全一致，倒角结果都会有不通程度的偏差。为了达到倒角的一致，通常在流水线生产加工完成后由人工对未达标的倒角做出再处理，这从很大程度上降低了流水线作业的应有的生产效率。

  目前行业主流的行进状态倒角模式一般有两种控制模式：

  第一种是汽缸控制模式。该模式运动轴的进退由汽缸控制，相较于伺服而言冲击力太大。由于受压缩空气的气压大小限制，力度难控制，这就容易导致玻璃崩角，尤其是在压付玻璃的输送带没有压紧的情况下，过大的冲击力容易将玻璃撞歪，导致倒角太大或者太小，批次倒角不稳定等现象的产生，从而降低了玻璃成品率，导致玻璃生产商利润流失，但是汽缸控制模式结构简单，成本低廉，而且该模式经过多年的不断改进，已经较为成熟稳定，能够满足一般低端客户的需求。

  第二种是伺服系统控制模式。该模式采用精密丝杆传动的X-Y平台控制倒角磨轮运动，磨轮在X-Y平台的带动下，在玻璃行进中倒角。X方向伺服跟随玻璃传动的速度并保持线速度一致，当检测到速度完全一致时启动Y方向伺服驱动磨轮开始倒角，根据对玻璃倒角需求的不同，X-Y方向伺服在倒角时需要做插补运动。采用伺服控制模式相对于汽缸控制模式有很大的优势。首先X方向做跟随的伺服能与主传送伺服做到速度完全一致，从而在倒角时能准确的控制倒角大小；其次当X方向伺服与主传动伺服完全一致时，通过伺服控制技术可以灵活控制X-Y伺服做插补运动，从而能倒出不同形状的倒角；再次可以控制Y方向伺服的加速度及倒角速度，从而控制磨轮的磨削速度，这样可以避免撞击力过大而导致玻璃崩角或者撞歪，提高玻璃成品率，同时大大的提高倒角精度。伺服控制系统相较于汽缸控制系统，成本较高，一般应用于中高端机型。

四、玻璃倒角的实现

$4.1 玻璃倒角系统硬件配置

  本文引用一个具体的实例配置来介绍一下ITO玻璃倒角系统及倒角的实现过程。玻璃传动的主电机选用Kinco 2.5KW带RS485通讯的智能伺服，倒角的X-Y平台分别选用Kinco 750W及400W带RS485通讯的智能伺服，伺服的参数通过eView触摸屏设置，硬件部分的配置如下表所示：

倒角系统硬件配置表

$4.2 辅助输入输出设备配置

  玻璃倒角系统还需要外围的辅助设备来辅助控制，在倒角系统的前面需要安装两个高精度检测传感器，检测主传动输送带上是否有玻璃，磨玻璃时需用到水，湿气较重，传感器需要防水，避免误动作或频繁损坏。倒角系统X-Y平台的伺服电机需要4个原点开关，用以设备启动时找寻原点，做定位只用；其次还需要8个限位开关，防止伺服电机在高速运行的过程中产生意外撞坏高精度丝杆及倒角磨轮，起安全保护作用，原点开关和限位开关均需要防水，避免因进水造成误动作或损坏。

$4.3 玻璃倒角工艺要求

    ITO倒角技术参数要求

    玻璃尺寸：Min：150*100mm

    Max：1000*600mm

    玻璃厚度： 0.4-4mm

    玻璃进给速度：1-12米/分钟

    X轴丝杆导程：5mm

    X轴丝杆行程：640mm

    Y轴丝杆导程：5mm

    Y轴丝杆行程：110mm

    边角质量：

   磨边方式：厚度为2.0mm或以上产品的磨边方式为直边，其余为圆边。

                                使用可以测量到0.01mm的游标卡尺.

    垂直度要求：（A/H）≤0.150/355（mm）

    使用直角度量测仪测量玻璃短边的斜坡度。

$4.4 玻璃倒角工艺实现

 如下图所示，双头倒角机需要在玻璃传动的过程中，对玻璃的头角及尾角进行倒角，由玻璃检测传感器检测玻璃，当检测有玻璃通过时，X方向伺服开始计算长度，当达到设定倒角长度时启动X轴伺服开始做跟随，X轴伺服传动的线速度与主传动线速度完全保持一致，此时启动Y轴伺服带动磨轮倒角，倒角时需要保持磨轮的外边缘始终与倒角线相切，当X-Y倒角长度一样时，切线方向与X轴方向成45°角。当头角倒角完成，X-Y伺服快速回到原点位置，等待尾角倒角，当检测玻璃传感器检测到尾角到来时，启动X轴伺服开始做跟随，X轴伺服传动的线速度与主传动线速度完全保持一致，此时启动Y轴伺服带动磨轮倒角，倒角时需要保持磨轮的外边缘始终与倒角线相切。需要注意的是，头角倒角和尾角倒角分别用磨轮的右轮和左轮，设置的参数需要区分。

$4.5 倒角系统硬件连接图

在本系统中，X轴需要跟随主轴，所以需要将主轴的编码器输出信号接入X轴编码器输入信号；同时Y轴需要跟随X轴，X轴编码器输出信号需要接入Y轴编码器输入信号。由上图可见，在本系统中应用到Kinco伺服的编码器输入输出功能及跟随功能；同时，应用到智能伺服的编程功能等。

五、总结

 随着玻璃的发展，玻璃在各行各业得到广泛应用。如汽车、火车、航空设备、船舶的门窗风挡玻璃、建筑物的门窗玻璃、豪华家居、制镜玻璃以及玻璃深加工原片等。随着玻璃制造工艺的快速发展，人们对玻璃质量的要求也越来越高，这就对工业制造设备提出了新的要求，只有更精密、更高速的设备才能满足人们对高质量的玻璃的需求。

 Kinco，作为自动产品供应商中的佼佼者，在为玻璃制造行业提供大量高精密的自动化产品的同时，也在为玻璃设备制造商提供诸如玻璃倒角控制系统之类的解决方案，珠联璧合，赢得了设备制造商的诸多好评。