焊点质量监测与管理系统的设计.docx

焊点质量监测与管理系统的设计张鹏贤 1，2，柳治全 1，2，李文举 1，2，徐祥建 1，2(1兰州理工大学 有色金属合金教育部重点实验室，甘肃 兰州 730050；2兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃 兰州 730050)design of monitoring and management system for rsw joint qualityzhang pengxian1，2，liu zhiquan1，2，li wenju1，2，xu xiangjian1，2(1key laboratory of non ferrous metal alloys，the ministry of education，lanzhou university of technology， lanzhou 730050，china；2state key laboratory of gansu advanced nonferrous metal materials，lanzhou university of technology，lanzhou 730050，china)abstract：a new quality guarantee mode is put forword to monitor each joint in rsw process for flexible car asembling linein order to meet with quality requestment of each spot joint，a quality monitoring and management system is constructed for in auto car assembling linefirstly，through software engineering method，the needs and the operation mechanism of the system model is analyzed on the basis，the structure and function and the special database is designedsecondly，the some branch modules，such as information monitoring，quality evaluation，report generation and information management is realized by means of object oriented programming language vb 60 practical test result is shown that，the system can accomplish quality information monitoring，fault diagnosis，quality evaluation and management function of each joint it is a low cost，easy and convenient quality control methodkey words：joint quality；software model；information monitoring；quality management前言轿车白车身焊装质量的好坏直接影响车身强 度和车身外观质量1。在汽车生产中，如何提高产品 质量和生产效率、降低产品缺陷至关重要。电阻点 焊是轿车车身焊装过程中主要使用的一种焊接方 法。但点焊过程常常受网压波动、分流、板材表面状况不良、不清洁等因素的影响，易导致不合格焊点的出现2。在车身焊装中，由于焊点数量多，以及不合 格焊点的随机出现，采用离线破坏性抽检的检验方 法不能确保检验准确率3。在此研发了一种通过实 时监测每一接头的点焊过程，提取焊点质量信息， 实现焊点质量评判和管理的计算机监控系统。0需求分析在焊装工艺中，焊点质量的好坏直接影响白车 身的焊装质量。轿车焊装生产线上，点焊机器人的工 位、焊接工序、工艺参数、焊点数量是相对固定的。 监测和管理点焊过程的动态信息，及时指出不合格1收 稿 日 期 ：20111218基 金 项 目 ：国家自然科学基金资助项目(50275028)；兰州理 工大学科研基金资助项目(hz0901005)作 者 简 介 ：张鹏贤(1970)，男，甘肃靖远人，教授，博士，主 要从事焊接过程及其自动化、焊接质量控制等方面的研究。 electric welding machine 39 摘要：针对轿车焊装总成过程柔性化需求，提出对每一个焊点质量进行监测的全新质量保证模式。根 据电阻点焊生产过程特点，构建了轿车车身总成工艺焊点的质量监测与管理系统。采用软件工程方法进行系统需求分析、系统模型运行机制分析、结构功能和数据库设计；采用 vb 60 面向对象编程语言进行信息监测、质量评判、报表生成、信息管理等模块的设计。实际测试表明，该系统可实现每一焊点的 质量信息实时监测、故障诊断、质量评判和报表管理等功能，操作简单、方便，是一种低成本的质量监 控方法。关键词：焊点质量；软件建模；信息监测；质量管理中图分类号：tg409 文献标识码：a 文章编号：10012303(2012)06003904第 42 卷专题讨论焊点，实时准确地反映(白)车身生产的质量状况，已经不能满足当前轿车生产质量控制发展的需要4。基于焊装生产线点焊过程质量监测管理的需求，焊 点质量监测与管理系统的功能设计包括：(1)获取监 测信息源，如焊接电流、焊接电压、焊接时间、电极 位移、电极间压力、冷却水流量等与焊点质量相关 的信息。(2)人机界面的设计。人机界面是人机交互 系统的重要组成部分，采用标准的 windows 界面设 计风格，具有操作简单、舒适、快速响应的优点。(3) 质量评判。质量评判算法就是对获取的每一个焊点 质量信息，利用人工智能算法对其焊点质量评判5， 进行二次分类。(4)故障诊断。对焊接过程中工况状 态和焊点质量缺陷信息进行预警、存储，便于查询、 统计。(5)数据管理功能。包括工艺信息、员工信息、 设备信息的查询、录入、修改以及采集数据的处理、 存储和质量报表生成等。图 1 系统模型运行机制将它们以某种方式联结在一起，构成系统的整体结 构6。焊点质量监测与管理系统的功能结构如图 2 所 示，系统分为五大模块，包括信息管理、监测信息、 故障诊断、质量评判、系统管理。信息管理实现工艺、 设备、员工、工位等信息的增加、删除、修改功能；监 测信息包括电流、电压、电极位移、电极间压力、冷 却水流量、焊接时间等动态信息的监测、存储；故障 诊断是对焊接过程中的瞬间变化(如欠电压、过电 流)引起的工况状态和质量缺陷的预警；质量评判 包括识别质量缺陷信息、预测焊点抗剪切强度和熔 核直径，以及评判外观质量；系统管理主要包括报 表输出、配置管理，报表输出是对当前每个焊点质 量信息和缺陷信息进行统计分析，并且以报表的形 式，便于上传、打印、查询。系统模型的运行机制活动图(activity diagram，动态图)是 uml 用于 对系统动态行为进行建模的工具，活动图描述的是对象活动的顺序，展现从一个活动到另一个活动的 控制流，着重表现系统的行为。软件系统的活动图表明了焊接过程中信息监测、处理、存储的整个过程。为了反映系统模型的动态特征，建立了 uml 活 动图来描述模型的运行机制，如图 1 所示。系统运 行时，首先进行参数设置，包括焊接工艺参数、系统参数，预置参数可通过通信方式下传到焊接机器人 控制器。焊接时，通过软件设定，自动触发采集卡， 实时获取监测信息，自动存入数据库，并对焊接过 程进行在线故障诊断。如果工况状态出现异常时， 则系统报警，操作员根据报警信息进行相应的故障 处理。系统自动将故障信息存入数据库。同时，系统 自动从数据库中提取监测信息，采用智能评判算法 进行焊点抗剪切强度、熔核直径的预测和外观质量 的评判。监测信息、故障信息、质量评判信息等每一 焊点监测数据相应生成其质量报表，既可存储也可 输出。从系统模型运行机制的规划，软件设计应实 现信息监测、故障诊断、质量评判、数据的处理和管 理等功能和任务。2图 2 系统结构数据库设计轿车生产线点焊过程是热、力、电等多种因素4相互耦合的动态变化过程，该过程中隐含着大量直接或间接的焊点质量信息，因此，建立合理的数据 库存储这些信息是对点焊过程进行质量监控和过 程分析的重要依据。通过对焊点质量管理的需求分 析，建立了系统的实体联系模型。采用关系型结 构，运用实体联系图(entityrelationship diagram，er 图)将系统涉及到的实体和属性，以及属性之间的 关系用概念的形式描述清楚7。数据库设计的 er 图系统结构设计系统结构设计就是利用标准化设计准则和工 具，按照系统实现的功能把系统划分为若干个模块，3 40electric welding machine张鹏贤等：焊点质量监测与管理系统的设计第 6 期专题讨论如图 3 所示。在图 3 中，与实体相关的属性有：焊机的属性包括焊机编号、焊机型号、电极型号；板材的 属性包括板材编号、板材名称、接头形式、板材厚 度；监测信息包括电流、电压、电极位移、电极间压 力、焊接时间、输入功率、采集时间等；工艺信息主 要包括工艺编号、焊接电流、焊接时间、电极间压力、板材(类型、厚度)、最小点距、最小搭接量、电极 的主体直径、电极的端面直径、熔核直径、抗剪强 度、焊接条件(类)等；图像信息包含图像编号、压痕 深度、熔核面积、周长、致密度；质量信息包括监测 信息和图像信息的特征信息；焊点质量报表包括该 焊点编号、抗剪切强度、熔核直径、外观质量(粘损、 喷溅、正常)、质量分类、缺陷原因等。器中设计的，焊点质量信息表的结构如图 5 所示。图 4 全局概念数据模型图 5 焊点质量信息表结构设计系统实现系统硬件主要由双目立体视觉测量装置、传感 器、压力变送器、流量变送器、信号调理板、ad 转 换卡、数据采集卡和计算机构成。在此基础上，采用 vb 60 开发了焊点质量监测与管理的系统软件。 软件实现点焊过程工艺参数监测、故障诊断、焊点 质量预测以及质量报表生成等功能。系统的主界面 包含参数监测界面、参数设置界面、工艺信息界面、 故障诊断界面、质量信息界面等。参数监测界面如 图 6 所示，图中曲线从上到下分别表明了一个完整 的点焊过程中电流、电压、电极位移的波动变化。软 件通过预先设定的报警值，自动诊断过电流、欠电压等故障信息，在参数监测界面上以曲线和数据列 表两种形式表明监测焊接工艺参数的实时变化。质量报表实现了某个工位上的焊接机器人在 某个时间段的每一个焊点质量信息的统计。质量信 息界面包含监测数据列表界面、质量报表界面、图 形统计分析界面。图 7 为特定工位下对应的某一焊 点质量报表。质量报表中将焊点的所有质量信息， 如焊点抗剪切强度、熔核直径、外观质量、质量等 级、缺陷原因、以及对应的焊件编号等以时间为序 实时动态记录。质量报表支持多种方式查询，如时 electric welding machine 41 5图 3 er 图逻辑设计就是将 er 图转换为与 dbms 产品 所支持的数据模型相符合的逻辑结构，利用关系模 型的规范化理论对表结构进行设计，得到转化的数 据库全局概念逻辑结构，如图 4 所示。关系是指两 个表的公有字段之间存在的关联性，通过关系可以 将两个表联系起来。系统选用基于关系模型的 sql server 2005 为数据库，将数据存入二维信息表中， 得到的二维表包括监测信息表、焊点图像信息表、工 艺信息表、焊机信息表、报警信息表、焊点质量信息 表、焊接工艺信息表等。表结构是在 sql server 分析第 42 卷专题讨论图 7 质量报表界面图 6 参数监测界面间、部件。为方便用户，对查询的结果采用网格列表浏览。此外，质量报表还实现了上传质量管理系统 功能。参考文献：崔厚学，胡伦骥轿车白车身焊装的质量控制j电焊机，2010，40(5)：8589 赵熹华，冯吉才压焊方法及设备m北京：机械工业出版 社，2005张鹏贤，李 娟，陈剑虹，等交流电阻点焊计算机监控系 统j电焊机，2010，40(12)：3538李 迪，张春华，曾 安，等自动化弧焊过程在线质量监 测与管理平台j华南理工大学学报，2003，31(1)：7983 张鹏贤，陈剑虹，马跃洲，等电阻点焊在线监控系统的软 件建模与实现j焊接学报，2007，28(1)：912 张海藩软件工程导论m北京：清华大学出版社，2005 萨师煊，王 珊数据库系统概论m北京：高等教育出版 社，200612结论(1)根据轿车焊装点焊工艺和质量管理的特点， 采用模块化的思想开发了焊点质量监测与管理系 统，实现了点焊工艺参数的实时过程监测和数据的 存储。(2)采用提取的监测信息和人工智能评判算法， 系统实现了点焊过程的故障诊断