CN114952266B - 一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统，包括伺服拧紧机、生产线、带编码器的同步盘、台数计数器、存储器、控制器、力矩管理系统、扭矩控制柜SC、显示器、上位机和报警器，所述的编码器设置在生产线上用于确认车辆在生产线上的位置；力矩管理系统由基础数据管理模块、扭矩指示模块、扭矩实绩模块、同步盘设计模块和现场监控及系统管理模块组成。本发明通过设置可以实时反馈拧紧机作业的系统，然后对接工作管理系统，在生产线上安装带有带编码器的同步盘，可以确认车辆在生产线上的位置，以及提醒操作人员进行高效作业以及质量完备作业，从而避免了质量问题。

Description

一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统及方法

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统及方法。

背景技术

目前，在汽车生产过程中，存在多种连接方式，其中螺接是所有连接方式中占比最大，最重要的一种连接方式，为了保证拧紧品质，降低劳动强度，在装配线上会使用大量拧紧工具，但是这种工具仅仅起到拧紧的功能，而不能起到防错作用，如果扭矩未达或者螺栓未拧紧并不能被及时发现，这种情况极不利于车辆品质的管控，也会造成浪费大量的返修工时和客户的投诉抱怨。那么如何保证其连接质量从而提高产品的安全性和可靠性是十分值得探讨与研究的一个问题。

汽车在装配过程中用到了大量的螺栓连接，针对螺栓的拧紧程度，现有主要的管控方式有：①人工复检；②带有控制器的拧紧工具保证扭矩OK；③使用扫码枪读取车型信息调用车型拧紧数据。但是实际使用时，以上方式存在以下弊端：

①设置大量的复检人员，针对每颗拧紧螺栓进行二次检查确认，这种方案能够保证品质，但是存在大量的人力浪费；

②采用带有扭矩监控的控制器，如果扭矩未达，控制器会发出报警信息从而提醒作业员进行返修，但是这种方案存在螺栓漏打的可能且不能及时被发现；

③每个工位需要打紧几颗螺栓，需要人工记忆或者使用扫码枪读取车辆信息，这种方案存在一定的作业时间浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统及方法，能够及时监测螺栓旋紧程度，并保存数据，方便实时的监测和报警。

本发明采用的技术方案为：

一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统，包括伺服拧紧机、生产线、带编码器的同步盘、台数计数器、存储器、控制器、力矩管理系统、扭矩控制柜SC、显示器、上位机和报警器，所述的编码器设置在生产线上用于确认车辆在生产线上的位置；

力矩管理系统由基础数据管理模块、扭矩指示模块、扭矩实绩模块、同步盘设计模块和现场监控及系统管理模块组成；

所述的基础数据管理模块，用于对现场的车辆信息、工位信息以及生产线的状态信息通过生产管理系统进行获取和整理；

所述的扭矩指示模块用于对伺服拧紧机的力矩值、角度值及拧紧次数进行数值设定；

所述的扭矩实绩模块用于实时对伺服拧紧机的力矩值、角度值及拧紧次数进行监测，并发送到现场监控及系统管理模块；

所述的同步盘设计模块用于对生产线的进度进行监视，使用带编码器的同步盘来测量生产线的输送线的进度；

扭矩控制柜SC用于对伺服扭紧机进行作业控制，并通过接收同步盘设计模块的测量值可判断伺服拧枪的扭矩作业是否延迟；

现场监控及系统管理模块用于对生产的实际信息进行采集，并对信息进行处理后进行记录和控制报警器进行报警；

上位机用于对接生产管理系统，实时接收生产信息，确定车辆的上线顺序，从而给扭矩控制柜SC下达拧紧信息；

所述的存储器用于对数据进行实时的存储或者读取，显示器用于显示数据信息，配合输入设备用于对参数或者报警信息进行调整。

所述的伺服拧紧机为多个，多个伺服拧紧机依次设置在生产线上。

所述的数据请求中的基础信息包括申请流水号、WIN码、18位码、工位信息和对应的拧紧数据。

基于所述的与生产线联锁的智能化扭矩控制系统的控制方法，包括如下步骤：

A：系统初始化，输入当前生产装配的车型以及对应的参数等信息，上位机配置好所有的工作站、工位信息和拧紧数据；

B：信息的核对，基础数据管理模块通过生产管理系统进行获取基础信息，依据基础信息力矩控制柜向上位机发送数据请求，上位机对基础信息进行核对，如果无误即力矩控制柜向上位机申请数据请求得到反馈成功，证明当前的作业批次等信息无误，即可进行拧紧作业，否则，检查核验批次信息，更正后再次进行数据请求；

C：拧紧作业，当线体到达该工位的工位开始位时，有蜂鸣声提示，表示该工位已经开始作业了，该工位的伺服拧紧机可以拧紧，当线体继续往前走时，到达该工位的预警开始位时，同样的也会有蜂鸣声提示，提示该工位已经快结束了；

所述的伺服拧紧机中的对应的伺服拧紧枪按照预设定的力矩值及拧紧次数对该工位的螺丝进行拧紧，拧紧的过程中，都实时的向力矩控制柜进行拧紧数据反馈，力矩控制柜把伺服拧紧枪的反馈数据实时发送给上位机，所述的反馈的拧紧数据包括拧紧的实际扭矩值和实际拧紧圈数值以及实际角度值，上位机对接收到的实时反馈数据与设定值对比，如过符合要求即代表完成作业，反之则代表未完成；

D：结束作业，当线体到达工位结束位时，如果该工位的伺服拧紧机的拧紧工作没有结束时，则带编码器的同步盘会联锁控制输送线停线，直到该工位的工作全部完成合格才放行。

还包括有强制结束按钮，用于当带编码器的同步盘停线后，可以强制放行。

所述的伺服拧紧机为多个，多个伺服拧紧机依次设置在生产线上。

所述的数据请求中的基础信息包括申请流水号、WIN码、18位码、工位信息和对应的拧紧数据。

对于没有配备带编码器的同步盘的分装区或者线体，在拧紧没有达到完成状态时，不会自动跳到下一台需要拧紧的流水号，直到拧紧完成为止。

本发明通过对接工作管理系统，读取车型信息后调用扭矩管理系统中的车型拧紧数据，不需要人工记忆，扫码确认；其次在生产线上安装带有带编码器的同步盘，可以确认车辆在生产线上的位置，以此来将作业工位分为四种状态：工位开始位，拧紧开始位，预警开始位，工位结束位，从而可以提醒操作人员进行高效作业以及质量完备作业，作业质量不合格则不进行下个程序，从而避免了质量问题，而且整个过程都保存实时的数据，便于后期追溯；本方法有较好的兼容性，可用于带有电控系统的生产线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，本发明包括伺服拧紧机、生产线、带编码器的同步盘、台数计数器、存储器、控制器、力矩管理系统、显示器、上位机、扭矩控制柜SC和报警器，所述的编码器设置在生产线上用于确认车辆在生产线上的位置；

力矩管理系统由基础数据管理模块、扭矩指示模块、扭矩实绩模块、同步盘设计模块和现场监控及系统管理模块组成；

所述的基础数据管理模块，用于对现场的车辆信息、工位信息以及生产线的状态信息通过生产管理系统进行获取和整理；所述的扭矩指示模块用于对伺服拧紧机的力矩值、角度值及拧紧次数进行数值设定；

所述的扭矩实绩模块用于实时对伺服拧紧机的力矩值、角度值及拧紧次数进行监测，并发送到现场监控及系统管理模块；通过设置扭矩实绩模块，可以方便数据的监测，为扭矩的作业效果提供基础，也为后期数据的查询提供保证。

所述的同步盘设计模块用于对生产线的进度进行监视，使用带编码器的同步盘来测量生产线的输送线的进度；

扭矩控制柜SC通过接收同步盘设计模块的测量值可判断伺服拧枪的扭矩作业是否延迟，从而把工位状态分为四种，分别为：工位开始位、拧紧开始位，拧紧预警位、工位结束位，通过设置四种工位，结合生产线的实际速度，可以设置提醒功能，进而来提醒操作人员作业的时间，进而保证质量的同时，提高效率；

现场监控及系统管理模块用于对生产的实际信息进行采集，并对信息进行处理后进行记录和控制报警器进行报警；

上位机用于对接生产管理系统，实时接收生产信息，确定车辆的上线顺序，从而给扭矩控制柜SC下达拧紧信息；

所述的存储器用于对数据进行实时的存储或者读取，显示器用于显示数据信息，配合输入设备用于对参数或者报警信息进行调整。

所述的伺服拧紧机为多个，多个伺服拧紧机依次设置在生产线上。多个伺服拧紧机一次设置，可以把拧紧任务分工设置，搭配生产线的长度，从而可以大大提高效率，同时各个伺服拧紧机的拧紧过程均通过数据监测反馈，从而可以实现拧紧质量的高效判断，且在实际生产中实现及时纠正质量不合格的急需拧紧达到合格，进而提供质量。

所述的力矩管理系统用于在生产线区域对系统工具进行生产指示、信息采集，通过与现场系统工具的连接，对应设定生产指示作业，采集生产实际信息，异常时通过带编码器的同步盘向输送的生产线停线信号功能。系统向生产区域的作业人员实时提示，使用正确的系统工具，并采集生产实绩信息，出现异常或品质问题进行报警，防止出现品质问题，记录生产实绩数据与报警信息，用于追溯管理；

本申请实际使用时，上位机配置好所有的工作站、工位信息、拧紧数据等，力矩控制柜向上位机发送数据请求、申请流水号、WIN码、18位码、工位信息等，力矩控制柜向上位机申请数据请求成功后，伺服拧紧枪按照设定的力矩值及拧紧次数对该工位的螺丝进行拧紧，不管拧紧合格与否都会向力矩控制柜进行拧紧反馈，力矩控制柜把伺服拧紧枪的反馈数据实时发送给上位机。当该力矩控制柜范围内的伺服枪在规定的时间内没有拧紧完成时，力矩控制柜会通过带编码器的同步盘对生产线进行停线，直到该伺服枪拧紧合格为止，带编码器的同步盘才解除停线（带有带编码器的同步盘控制柜生产线），对于没有配备带编码器的同步盘的分装区或者生产线，在拧紧没有达到完成状态时，不会自动跳到下一台需要拧紧的流水号，直到拧紧完成为止。

将生产线的生产进程告知给扭矩控制柜SC。计数台车的通过台数。被称为台数计数器。用该信号，修正定位计数。将生产线每一台的详细进度通知给扭矩扭矩控制柜SC。使用编码器来测量，生产线的输送线的进度。扭矩 扭矩控制柜SC通过接收该测量值可判断扭矩作业是否延迟，并将工位分为工位开始位、拧紧开始位、预警开始位、工位结束位。

输出输送线停止要求信号。扭矩控制柜SC根据从带编码器的同步盘发来的信息确认作业有无延迟。在发生作业延迟的情况下，扭矩控制柜SC对带编码器的同步盘发出停线通知。收到输送线停止要求的带编码器的同步盘输出输送线停止要求信号。通过本信号和输送线控制柜的连接，在作业延迟时，可以停线。

实际使用中，带编码器的同步盘是指对生产线进度情况的监视，并将进度信息存储在存储器中，为了提高效率，扭矩控制柜SC还设置有针对不同工位进行控制的工位控制器，力矩管理系统与工位控制器分开设置，提高控制效率。

实际使用中带编码器的同步盘安装在物流区域，对何时向主线搬送部品进行指示。和带编码器的同步盘相连的触摸屏将进度情况显示出来，操作者根据这个信息，向主线搬送部品。根据扭矩NG的种类，可以设定输出生产线停止信号，带编码器的同步盘与扭矩控制柜SC联锁来控制生产线停止设置。带编码器的同步盘必须连接检出生产主线进度用的编码器和计数车辆台数用的传感器。

基于生产线联锁的智能化扭矩控制系统的控制方法，包括如下步骤：

A：系统初始化，输入当前生产装配的车型以及对应的参数等信息，上位机配置好所有的工作站、工位信息和拧紧数据；

B：信息的核对，基础数据管理模块通过生产管理系统进行获取基础信息，依据基础信息力矩控制柜向上位机发送数据请求，上位机对基础信息进行核对，如果无误即力矩控制柜向上位机申请数据请求得到反馈成功，证明当前的作业批次等信息无误，即可进行拧紧作业，否则，检查核验批次信息，更正后再次进行数据请求；

C：拧紧作业，当线体到达该工位的工位开始位时，有蜂鸣声提示，表示该工位已经开始了，提醒操作人员该工位的伺服拧紧机可以拧紧，扭矩控制柜SC控制伺服拧紧机进行作业，当线体继续往前走时，到达该工位的预警开始位时，同样的也会有蜂鸣声提示，提示操作人员该工位已经快结束了, 扭矩控制柜SC控制伺服拧紧机停止作业；

其中，伺服拧紧机进行作业时，所述的伺服拧紧机的操作人员，拿取对应的伺服拧紧枪按照设定的力矩值及拧紧次数对该工位的螺丝进行拧紧，拧紧的过程中，都实时的向力矩控制柜进行拧紧反馈，力矩控制柜把伺服拧紧枪的反馈数据实时发送给上位机，所述的反馈数据包括扭矩值和拧紧圈数值以及角度值，上位机对接收到的实时反馈数据与设定值对比，如过符合要求即代表完成作业，反之则代表未完成，则需要操作人员再次进行拧紧作业；

D：结束作业，当线体到达工位结束位时，如果该工位的伺服拧紧机的拧紧工作没有结束时，则带编码器的同步盘会联锁控制输送线停线，让对应的操作人员进行二次补充直到该工位的工作全部完成合格才放行。

还包括有强制结束按钮，用于当带编码器的同步盘停线后，可以强制放行。

所述的伺服拧紧机为多个，多个伺服拧紧机依次设置在生产线上。

所述的数据请求包括申请流水号、WIN码、18位码、工位信息和对应的拧紧数据。

实际生产中对于没有配备带编码器的同步盘的分装区或者线体，在拧紧没有达到完成状态时，不会自动跳到下一台需要拧紧的流水号，直到拧紧完成为止。

本申请技术方案保证生产质量、提高生产效率的集成，可以实现生产线上监测各工位螺丝拧紧状态，把控生产质量，自动统计生成质量报表的生产管理工具。

本申请在实际使用时，在同一个伺服拧紧器对应生产线的作业区域内分开设定了四个工位，工位开始位、拧紧开始位、预警开始位、工位结束位，当生产线到达该工位的工位开始位时，会有蜂鸣声提示，表示该工位已经开始了，该工位的伺服拧紧机可以拧紧，当生产线继续往前走时，到达该工位的预警开始位时，同样的也会有蜂鸣声提示，提示该工位已经快结束了，当生产线到达工位结束位时，如果该工位的伺服拧紧机的拧紧工作没有结束时，带编码器的同步盘会联锁导致生产线停线，直到该工位的工作全部完成合格才放行。当带编码器的同步盘停线后，按一下力矩柜面板上的强制结束按钮，可以强制放行。

当不想该工位停线时，可以关闭带编码器的同步盘或关闭力矩控制柜上与带编码器的同步盘互锁的钥匙开关。

扭矩控制器发来的扭矩值数据通过以太网发送给力矩管理系统，力矩管理系统再根据收集上来的信息进行记录，供以后品质追溯使用，数据履历可在系统存储3年以上。

扭矩履历可以以扭矩控制柜SC连接的扭矩枪每天的作业日期为单位，做成文件，保存起来。

所述的报警器可以根据实际的需求设定报警，工作过程中，会有实时报警功能，当通信异常、通信中断、作业NG、停线报警、拧紧未完成、上一台车未拧紧完成，本台车已到达工位开始位等都会有红色字幕在触摸屏中弹出并伴有报警声响，同时在报警列表中显示并存储，方便查阅。力矩控制柜面板上的报警复位按钮可以消除已解决的报警，未解决的报警会一直显示，直到报警消除为止。

本申请通过对接工作管理系统，读取车型信息后调用扭矩管理系统中的车型拧紧数据，不需要人工记忆，扫码确认从而节约时间；进一步的在生产线上安装带有带编码器的同步盘，可以确认车辆在生产线上的位置，以此来将作业工位分为四种状态：工位开始位，拧紧开始位，预警开始位，工位结束位；从而对作业员进行提醒在拧紧开始时做好准备，在快要结束时适当的提高作业速度。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种与生产线联锁的智能化扭矩控制系统，其特征在于：包括伺服拧紧机、生产线、带编码器的同步盘、台数计数器、存储器、控制器、力矩管理系统、扭矩控制柜SC、显示器、上位机和报警器，所述的编码器设置在生产线上用于确认车辆在生产线上的位置；

力矩管理系统由基础数据管理模块、扭矩指示模块、扭矩实绩模块、同步盘设计模块和现场监控及系统管理模块组成；

所述的基础数据管理模块，用于对现场的车辆信息、工位信息以及生产线的状态信息通过生产管理系统进行获取和整理，并通过力矩控制柜向上位机发送数据请求；

所述的扭矩指示模块用于对伺服拧紧机的力矩值、角度值及拧紧次数进行数值设定；

所述的扭矩实绩模块用于实时对伺服拧紧机的力矩值、角度值及拧紧次数进行监测，并发送到现场监控及系统管理模块；

所述的同步盘设计模块用于对生产线的进度进行监视，使用带编码器的同步盘来测量生产线的输送线的进度；

扭矩控制柜SC用于对伺服拧紧机进行作业控制，并通过接收同步盘设计模块的测量值判断伺服拧紧枪的扭矩作业是否延迟；

现场监控及系统管理模块用于对生产的实际信息进行采集，并对信息进行处理后进行记录和控制报警器进行报警；

上位机用于对接生产管理系统，实时接收生产信息，确定车辆的上线顺序，从而给扭矩控制柜SC下达拧紧信息；

所述的存储器用于对数据进行实时的存储或者读取，显示器用于显示数据信息，配合输入设备用于对参数或者报警信息进行调整。

2.根据权利要求1所述的与生产线联锁的智能化扭矩控制系统，其特征在于：所述的伺服拧紧机为多个，多个伺服拧紧机依次设置在生产线上。

3.根据权利要求2所述的与生产线联锁的智能化扭矩控制系统，其特征在于：所述的数据请求中的基础信息包括申请流水号、WIN码、18位码、工位信息和对应的拧紧数据。

4.基于权利要求1所述的与生产线联锁的智能化扭矩控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

A：系统初始化，输入当前生产装配的车型以及对应的参数信息，上位机配置好所有的工作站、工位信息和拧紧数据；

B：信息的核对，基础数据管理模块通过生产管理系统进行获取基础信息，依据基础信息力矩控制柜向上位机发送数据请求，上位机对基础信息进行核对，如果无误即力矩控制柜向上位机申请数据请求得到反馈成功，证明当前的作业批次信息无误，即可进行拧紧作业，否则，检查核验批次信息，更正后再次进行数据请求；

C：拧紧作业，当线体到达工位的工位开始位时，有蜂鸣声提示，表示工位已经开始作业了，工位的伺服拧紧机执行拧紧动作，当线体继续往前走时，到达工位的预警开始位时，同样的也会有蜂鸣声提示，提示工位已经快结束了；

所述的伺服拧紧机中的对应的伺服拧紧枪按照预设定的力矩值及拧紧次数对工位的螺丝进行拧紧，拧紧的过程中，都实时的向力矩控制柜进行拧紧数据反馈，力矩控制柜把伺服拧紧枪的反馈数据实时发送给上位机，反馈的拧紧数据包括拧紧的实际扭矩值和实际拧紧圈数值以及实际角度值，上位机对接收到的实时反馈数据与设定值对比，如果符合要求即代表完成作业，反之则代表未完成；

D：结束作业，当线体到达工位结束位时，如果工位的伺服拧紧机的拧紧工作没有结束时，则带编码器的同步盘会联锁控制输送线停线，直到工位的工作全部完成合格才放行。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：还包括有强制结束按钮，用于当带编码器的同步盘停线后，可以强制放行。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述的伺服拧紧机为多个，多个伺服拧紧机依次设置在生产线上。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述的数据请求中的基础信息包括申请流水号、WIN码、18位码、工位信息和对应的拧紧数据。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：对于没有配备带编码器的同步盘的分装区或者线体，在拧紧没有达到完成状态时，不会自动跳到下一台需要拧紧的流水号，直到拧紧完成为止。

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