- 국부적인 곡률 일치, 밀봉 립 예압 및 국부적인 법선 정렬은 곡면 유리의 신뢰성 있는 진공 그리핑을 위한 전제조건입니다.
- 플립 검증은 전체 각도 궤적을 포괄하여 수직 하중, 접선 하중 및 편심 모멘트의 변화를 지속적으로 평가합니다.
- 가장 불리한 특정 표면 및 마모 조건 하에서 측정된 누출 곡선으로부터 유지 시간을 결정합니다.
- 지정된 온도, 세척 및 접촉 지속 시간 조건 하에서 대표 유리의 표시가 적은 재료를 확인합니다.
00 이그제큐티브 요약
전면유리, 후면창, 측면창 및 파노라마식 지붕은 일반적으로 진공 취급에 적합한 밀폐 표면을 갖습니다. 그러나 곡률, 적층 구조, 인쇄/코팅, 깨지기 쉬운 가장자리 및 뒤집히는 움직임은 그립 신뢰성에 영향을 미칩니다. 안정적인 씰링은 압력 차이와 면적뿐만 아니라 국부적인 접촉 형상, 예압, 굽힘 및 씰링 립 하중 분포에 따라 달라집니다. IEEE 연구에서는 굽힘력과 축 압축을 구별하고 곡면을 테스트하여 하중 용량 예측 방법을 제안합니다[1]. 산업 정보에서는 유연한 밀봉 립, 벨로우즈 보정, 정의된 지지 표면 및 표시가 적은 재료[2][3]의 역할을 설명합니다.
동적 뒤집기 동안, 수직 하중, 접선 하중 및 모멘트는 방향에 따라 연속적으로 변합니다. 초기 수직 위치에서 안정적인 진공 상태에서도 중간 45° 방향에서 큰 결합 무게 중심 편심 모멘트가 발생하거나 수평 위치에서 유리 편향 및 흡입점 하중 재분배가 발생할 수 있습니다. 설계 및 검증은 씰 형성, 고정, 전체 각도 뒤집기, 위치 지정, 지원 해제 및 비정상적인 배치를 완전한 상태 기계에 연결하고 각 단계에서 부하 용량 및 동작 허용을 확인해야 합니다.
주요 결론
- 컵 수량과 총 면적을 선택하기 전에 국부적 곡률, 밀봉 립 예압 및 국부 표면 법선과 흡입 컵 중심 축의 정렬을 확인하십시오.
- 회전 각도 전체에 걸쳐 중력 성분, 편심 토크, 관성 토크 및 제동 요구량을 계산합니다. 검증하는 동안 진공, 각도, 가속도 및 상대 미끄럼을 지속적으로 기록합니다.
- 진공 시스템은 적절한 구역화, 체크 밸브/에너지 저장, 저진공에서의 동작 억제 및 확인된 방출 지원을 사용해야 합니다. 압력 유지 시간은 경험적 상수가 아닌 누출 곡선에서 파생되어야 합니다.
- 유리 보호는 가장자리 충격, 인근 금속, 흡입 컵 자국, 화학 잔여물 및 세척 입자를 함께 해결해야 합니다.
- 이형 평가는 곡률 한계, 표면 상태, 온도, 보호 필름, 부속품, 유입 부품 변형 및 컵 마모의 복합적인 효과를 다루어야 합니다.
01범위 및 적용 요구 사항
본 연구는 적층 앞 유리, 강화 측면 및 후면 창, 세라믹 프린팅이 포함된 유리, 코팅, 열선, 가장자리 캡슐화, 위치 핀, 배선 하니스 또는 카메라 브래킷을 포함하는 자동차 안전 유리 및 사전 조립된 유리 유닛을 다룹니다. GB 9656-2021은 자동차 유리에 대한 안전 사양을 정의하고[4], ISO 3537:2015은 안전 유리 재료에 대한 기계적 테스트 방법을 정의합니다[5]. 이러한 제품 표준은 취급 도구 매개변수를 지정하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 지그 설계는 제품의 안전 성능을 손상시킬 수 있는 평가되지 않은 긁힘, 모서리 칩, 국부적 손상 또는 코팅 효과를 방지해야 합니다.
본 논문은 수동으로 안내되는 공압식 매니퓰레이터, 로봇 엔드 이펙터 및 전용 뒤집기 메커니즘의 진공 그리퍼에 대한 핸들링 및 뒤집기 설계를 다루고 있습니다. 제조로 내부의 유리 형성, 차량 충돌 성능 및 접착제 경화 공정은 범위를 벗어납니다. 외관, 광학 및 코팅 검사는 고객의 최신 기술 사양을 따릅니다.
| 데이터 카테고리 | 필수 입력 | 지그 설계에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 유리 기하학 | 3차원 표면, 두께, 치수, 국부 곡률 및 모서리 프로파일 | 컵 유형, 국소 표면 법선, 레이아웃 및 모션 범위 |
| 물성치 | 유리질량, 부속품질량, 복합중심, 관성 | 리프팅 능력, 회전축 위치 및 제동 토크 |
| 표면 시스템 | 세라믹 프린팅, 코팅, 보호필름, 잉크 및 세정제 | 허용되는 흡입 영역, 재료 호환성 및 마킹 |
| 조립 액세서리 | 에지 캡슐화, 핀, 배선 하니스, 브래킷, 접착 비드 경로 | 제한된 구역, 지그 여유 공간 및 해제 경로 |
| 입고 부품 상태 | 랙 각도, 판유리 간격, 접착판, 배치 변형 | 접근 순서, 흡입 확인 및 유리판 분리 동작 |
02곡면 밀봉 및 유지 용량 모델
02.1 씰 형성 조건
흡입 지점을 선택한 후, 먼저 각각의 밀봉 립이 제한된 예압으로 연속적인 접촉을 달성할 수 있는지 여부를 확인하십시오. 컵 중심 축과 국부 법선 사이의 과도한 정렬 불량은 한쪽을 과도하게 압축하는 동시에 다른 쪽을 들어 올릴 수 있습니다. 벨로우즈와 유연한 연결은 각도와 높이 차이를 보상할 뿐 아니라 방향 준수와 접선 변위도 증가시킵니다. 밀봉 및 하중 용량을 평가할 때 접촉 형상, 축 압축 및 굽힘 변형을 함께 평가하세요[1].
흡입점 선택은 다음 기하학적 구조와 설치 조건을 모두 만족해야 합니다.
- 유효 밀봉 직경 내의 유리 곡률은 컵의 허용 곡률 범위 내에 유지되어야 합니다.
- 흡입컵 예압 변위는 공급자가 권장하는 범위 내에 유지되어야 합니다. 잘못된 정렬을 보상하기 위해 매니퓰레이터를 유리에 강제로 대지 마십시오.
- 밀봉 립은 세라믹 인쇄 단계, 보호 필름 접힘, 구멍 및 액세서리 인터페이스를 피해야 합니다.
- 순응성 지지 스트로크는 장착 후 흔들림에 대한 적절한 저항을 유지하면서 들어오는 부품의 변화를 수용해야 합니다.
02.2 수직, 접선 및 결합 하중
F_N,usable = (Δp_min · ΣA_eff · η_curve · η_surface) / S_N여기서 η_curve는 곡률과 방향에 대한 감소 계수이며, η_surface는 표면 상태, 오염, 온도 및 마모에 대한 감소 계수입니다. 수직 유리에 대한 중력은 주로 접선 요구 사항을 생성합니다. 회전 중에, 정상 및 접선 구성 요소는 각도에 따라 달라집니다. θ가 유리 본선과 수직 방향 사이의 각도로 정의된 경우, 프로젝트 좌표계에서 중력과 관성을 해결하고 0° 및 90° 끝점만 확인하는 대신 모든 이산 방향에서 진공 컵 하중 분포를 계산합니다.
F_T,demand(θ) = m · |g_T(θ) + a_T(θ)| + F_route(θ)
M_demand(θ) = mge · sin(θ) + Iα + cω + M_disturbance여기서, e는 결합된 유리/공구 무게 중심과 회전 축 사이의 오프셋이고; 나는 관성 모멘트입니다. α와 Ω는 각가속도와 각속도이다. cΩ는 등가 감쇠를 나타냅니다. 끝점 방향 사이에서 최대 토크가 발생할 수 있으므로 전체 동작 프로필을 확인하십시오.
03흡입컵 레이아웃 및 진공 아키텍처
안정적인 지지 다각형을 형성하기 위해 결합된 무게 중심 주위에 흡입점을 배열합니다. 가장자리, 검은색으로 인쇄된 테두리의 계단, 히터 와이어 연결 영역, 카메라/센서 브래킷, 가장자리 캡슐화 및 접착 경로를 피하십시오. 대형 유리의 경우 컵 간격을 조절하여 국부적인 처짐과 중앙 처짐을 제품 한도 내에서 유지하세요. 중요한 위치 지점에 대한 시선을 유지하고 차체에 접근할 때 A 필러, 루프 및 계기판과의 충돌 위험을 확인하십시오.
03.1 진공 구역화
진공 구역화는 단일 지점 누출의 전파를 제한하고 진단을 지원합니다. 각 구역에는 컵의 상태를 나타내는 충분한 잔여 용량, 적절한 체크 밸브 및 압력 측정 지점이 있어야 합니다. 진공 소스 출구에서만 측정하는 것은 불충분합니다. 추가 밸브, 튜브 및 잠재적 누출 지점의 영향을 포함하여 신뢰성과 유지 관리성의 균형을 유지하여 구역 수를 선택하십시오.
| 시스템 계층 | 설계 요구사항 | 대상 오류 상태 |
|---|---|---|
| 진공 발생 | 작동 상태 모니터링을 통해 필요한 설정 시간 및 알려진 누출에 대한 용량 | 소스 용량이 불충분할 때 새로운 리프팅 사이클을 허용하지 않음 |
| 진공 구역화 및 체크 밸브 | 한 구역의 결함으로 인해 모든 컵의 진공이 즉시 붕괴되어서는 안 됩니다. | 하중을 유지하고 위험한 동작을 중지하며 경보를 발령합니다. |
| 저장된 에너지/체적 | 제어된 배치를 위한 시간을 제공하고 기계적 안전 조치를 대체하지 않습니다. | 압력 감소는 예측 가능하고 진단 가능합니다. |
| 임계값 모니터링 | 별도의 설정, 운영 및 경고 임계값 | 임계값을 초과하면 회전을 제한하고 해제합니다. |
| 릴리스 회로 | 유리가 지지되고 방향이 해제를 허용하는 경우에만 배출됩니다. | 임의의 필수 조건이 충족되지 않으면 방출을 금지합니다. |
03.2 압력 유지 및 누출 곡선
실제 유리로부터 측정된 Δp(t) 누출 곡선에 대한 기본 진공 유지 설계. 최악의 표면, 온도, 컵 마모 및 방향 조건에서 작동 임계값에서 최소 유지 임계값까지의 시간 창을 결정합니다. 이상기체 방정식은 부하 변화로 인한 씰링 립 누출을 완전히 나타낼 수 없습니다. 국지적 간격이 지수적 감쇠에 근접한 경우 다음 방정식은 시간 상수 τ에 적합할 수 있지만 릴리스 결정은 여전히 측정된 곡선의 포락선을 사용합니다.
Δp(t) ≈ Δp₀ · exp(-t/τ)04동적 회전 및 운전자 제어
결합된 무게 중심, 운전자 노력 및 제동 요구를 사용하여 플립 축의 위치를 찾습니다. 무게 중심 근처에 배치하면 작동력이 줄어들 수 있지만 메커니즘은 제어 가능한 방향 동작을 유지하고 유리가 저절로 뒤집히는 것을 방지해야 합니다. 회전 메커니즘에는 검증된 제동/잠금 용량과 제어된 해제가 필요합니다. 호스와 케이블은 전체 각도 범위에서 잡아당기거나 과도하게 구부리거나 걸려서는 안 됩니다.
04.1 작동 토크 예
유리와 도구의 결합된 질량이 40 kg이고 결합된 무게 중심이 회전축에서 0.08m 오프셋되어 있다고 가정합니다. 최대 중력 편심 토크는 약 31.4 N·m입니다. 최대 관성 토크가 8 N·m으로 추정되고 마찰 변동 및 외부 외란도 고려되는 경우 브레이크, 잠금 장치 및 허용 운전자 힘은 위험 평가를 기반으로 추가 여유를 두고 설계해야 합니다. 40 kg, 0.08m 및 8 N·m 값은 예시 가정일 뿐 어떤 제품에 대한 등급도 아닙니다.
느린 탐색 움직임으로 동적 테스트를 시작한 다음 생산 궤적을 확인합니다. 속도와 가속도를 점진적으로 높이기 전에 낮은 에너지에서 밀봉, 봉투 및 호스/케이블 동작을 확인하십시오. 한 번에 하나의 주요 변수만 변경하고 데이터 버전을 유지하십시오. 초기 시행착오에 생산 속도를 사용하지 마십시오. 유리 손상 및 낙하 위험이 증가할 수 있습니다.
05유리 표면, 가장자리 및 액세서리 보호
슈말츠(Schmalz) 자동차 유리 정보[2]에 설명된 바와 같이 흡입 컵 구조, 재료 및 상대적 밀봉 립 슬립은 유리의 마킹에 영향을 미치며, 오염 입자는 마킹 위험을 더욱 증가시킵니다. 표시가 낮은 재료를 선택한 후에도 유리, 표면, 세척제, 접촉 시간 및 온도의 관련 조합에 대해 샘플을 재검사하십시오.
| 위험 | 메커니즘 | 통제 조치 | 검증방법 |
|---|---|---|---|
| 흡착컵 표시 | 물질이동, 미끄러짐, 국부적인 표면압력 | 적합한 재료를 지정하고 미끄러짐 및 접촉 시간을 제한합니다. | 지정된 조명 및 시야각에서 검사 |
| 스크래치 | 모래, 금속성 근접성, 더러운 장갑 | 청정도 분류, 부드러운 분리 및 밀폐 보관 | 확대된 표면 검사 및 결함 매핑 |
| 에지 칩/미세 균열 | 엣지 충격, 랙 엣지 걸림, 지그 간섭 | 안전한 가장자리 정리, 가이드 및 랙으로부터 저속 제거 | 고객 요구사항에 대한 육안 또는 전문 검사 |
| 액세서리에 대한 하중 | 지그에 배선 하니스 또는 브래킷 걸림이 있음 | 3차원 금지/제한 구역 및 경로 확인 | 전체 방향 엔벨로프 검증 |
| 코팅/세라믹 인쇄 손상 | 화학적 부적합성 또는 표면 단차에 걸친 불안정한 밀봉 | 허용 흡입 영역 및 재료 적합성 테스트 | 공정 승인 및 표면/기능 검사 반복 |
또한, 랙에서 유리를 제거할 때 유리판이 접착되어 갑자기 분리될 위험이 있습니다. 도구는 단일 창이 랙에서 분리되었는지 확인하고 필요한 경우 제어된 짧은 스트로크, 창 간 감지 또는 보조 분리 방법을 사용해야 합니다. 접착된 유리판을 분리하기 위해 급속 분리에 의존하지 마십시오.
06검증 매트릭스 및 오류 주입
| 테스트 시나리오 | 가변 조합 | 기록할 신호 | 주요 기준 |
|---|---|---|---|
| 곡률 극한 | 최소/최대 곡률 및 유입 부품 변동 | 각 구역에 대한 진공 및 예압 변위 | 모든 임계 영역에서 안정적인 밀봉이 이루어집니다. |
| 표면 상태 | 청소, 특정오염, 보호필름, 온도 | 진공 확립 시간, 압력 감쇠, 마킹 | 임계값 초과 없음 및 허용 가능한 표면 상태 |
| 전각 회전 | 0°에서 목표 각도까지 연속 궤적 | 각도, 속도, 가속도, 진공, 슬립 | 벗겨짐, 미끄러짐 또는 제어되지 않는 회전 없음 |
| 비상정지/제동 | 가장 불리한 각도 및 속도 | 정지시간, 최대가속도, 토크 | 유리창이 떨어지거나 충돌하지 않습니다. 통제된 복구가 여전히 가능함 |
| 단일 영역 누출 | 제어된 누출을 생성하거나 하나의 흡입 컵을 분리합니다. | 구역 압력 및 제어 상태 | 제어된 하강을 위한 충분한 시간을 유지하면서 위험한 동작을 중지하십시오. |
| 의도하지 않은 해제 명령 | 지지대 없이 매달린 유리 | 해제 밸브 응답 및 상태 피드백 | 명령을 거부하고 경보를 발령 |
| 지구력 사이클링 후 재테스트 | 대표적인 취급 및 세척 사이클 | 누출 경향, 재료 마모, 마크 | 유지 관리 임계값이 감지 가능하고 성능이 유지될 수 있습니다. |
통제된 위험 조건 하에서 최종 단계에서만 실제 유리를 사용하여 낮은 에너지, 대체 부하 및 시뮬레이션 신호를 사용하여 단계적으로 결함 주입을 수행합니다. 각 테스트마다 주입 위치와 시간, 예상 시스템 상태, 허용된 응답 창, 복구 조건 및 증거 파일을 기록합니다. 단일 결함 또는 예측 가능한 결함 조합이 위험 방출을 직접 유발할 수 있는지 확인하십시오.
07 FMEA 및 제어 상태 기계
| 실패 모드 | 결과 | 탐지/제어 | 안전한 복구 |
|---|---|---|---|
| 불완전한 컵 접촉 | 리프팅 후 천천히 누출되거나 벗겨짐 | 구역별 설정 시간 및 압력 추세 | 랙에서 이탈하는 것을 허용하지 마십시오. 흡입을 다시 설정 |
| 한 구역의 파열된 선 | 급속한 진공 손실 | 체크 밸브, 구역별 감지 및 임계값 연동 | 회전을 중지하고 제어된 하강을 수행합니다. |
| 각도 감지 오류 | 잘못된 제동 또는 해제 허가 | 타당성 검사 및 기계적 엔드 스톱 | 메커니즘을 잠그고 수동으로 진단합니다. |
| 브레이크가 잠기지 않음 | 제어되지 않은 회전 또는 충돌 | 잠금 피드백 및 비정상적인 토크/위치 감지 | 움직임을 제한하고 하중을 안전한 지지대에 놓으십시오. |
| 잘못된 유리 모델 | 흡입 지점이 제한 구역에 들어가거나 경로가 간섭을 일으킵니다. | 유리 모델, 지그 및 레시피 일관성 연동 | 흡입 및 들어올림을 억제한다. |
| 고착 해제 밸브 | 의도하지 않은 공기 유입 | 두 가지 조건에 따른 밸브 상태 진단 및 해제 | 기하학적 지지/영역별 압력 유지 |
| 컵 오염 또는 마모 | 자국, 누출, 긁힘 | 청소 점검, 주기 계산 및 추세 모니터링 | 교체 후 첫 번째 부품 확인 |
상태 머신은 무부하 안전 상태, 접근, 예압, 진공 발생, 그립 확인, 랙으로부터 분리, 운반, 뒤집기, 위치 결정, 지지 확인, 해제 허가 및 해제 완료의 순서로 비정상 유지 상태를 다룬다. 센서 신호가 충돌하거나 통신이 끊기거나 임계값을 초과하는 경우 부하를 유지하고 위험한 모션을 중지하고 해제를 금지하십시오. 복구하기 전에 결함을 제거하고 유리가 지지되는지 확인하십시오.
08구현 기록 및 결론
엔지니어링 문서에는 최소한 유리 계열 매개변수 매트릭스, 허용된 흡입 영역, 국부 법선 및 컵 설치 도면, 진공 영역 및 임계값, 플립 축 및 모멘트 계산, 궤적 포락선, 결함 상태 테이블, 원시 실제 샘플 데이터, 표면 검사 규칙, 유지보수 간격 및 비정상 배치 지침이 포함되어야 합니다. 공유 회선 다중 모델 스테이션에는 유리 모델, 그리퍼 모듈 및 제어 레시피 간의 일관성 연동도 필요합니다.
곡선형 자동차 유리 취급에는 완전한 검증 체인이 필요합니다. 기하학적 접촉은 밀봉을 확립할 수 있습니다. 하중은 모든 방향에서 충분한 여유를 갖습니다. 모니터링 및 인터록은 의도하지 않은 해제를 방지합니다. 표면과 가장자리는 품질 요구 사항을 충족합니다. 동일한 유리 및 모션 조합에 대해 이러한 측정값을 함께 확인하십시오. 이 기사에서는 디자인 검토 및 테스트 계획을 위한 방법을 제공합니다. 제품 인증, 고객 승인 및 제3자 테스트는 각각의 평가 및 테스트 기록을 사용합니다.
참고문헌
- Hudoklin, J. et al. 밀봉 평가 및 실시간 시뮬레이션을 위한 진공 흡입 컵 모델링. IEEE 로봇공학 및 자동화 서한, 2022. https://doi.org/10.1109/LRA.2022.3145509
- J. Schmalz GmbH. 자동차 유리 취급을 위한 진공 처리 시스템/흡착 컵. https://www.schmalz.com/site/binaries/content/assets/media/04_applications/industries/automotive/en/Vakuum-Handhabungssysteme_AMI_HS_2020_englisch.pdf
- J. 슈말츠 GmbH. 자동차 유리의 동적 핸들링을 위한 벨로우즈 흡착 컵 SAB HT1. https://www.schmalz.com/en-us/products/vacuum-technology-for-automation-301607/vacuum-components-301608/vacuum-suction-cups-301609/suction-cups-for-handling-glass-305667/bellows-suction-cups-sab-ht1-15-folds-305668
- GB 9656-2021 자동차 유리에 대한 안전 기술 사양. https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=9D70607A5C909E556DC2D140CE56FE3A
- ISO 3537:2015. 도로 차량 - 안전 유리 재료 - 기계적 테스트. https://www.iso.org/standard/56215.html
- Novotny, F.; Horak, M. 창문 청소 로봇 및 유리 시트 자동 처리에 사용되는 흡입 컵의 컴퓨터 모델링. MM 과학 저널, 2009. https://doi.org/10.17973/MMSJ.2009_06_20090304
- ISO 12100:2010. 기계의 안전 - 설계의 일반 원칙 - 위험 평가 및 위험 감소. https://www.iso.org/standard/51528.html
- ISO 4414:2010. 공압 유체 동력 - 시스템 및 해당 구성 요소에 대한 일반 규칙 및 안전 요구 사항. https://www.iso.org/standard/44790.html
- ISO/TR 20218-1:2018. 로봇공학 - 산업용 로봇 시스템을 위한 안전 설계 - 1 파트: 엔드 이펙터. https://www.iso.org/standard/69488.html
