[發(fā)明專利]一種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工件加工變形在線預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910053617.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN109739178B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉長(zhǎng)青;李迎光;趙智偉;郝小忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/401
• 分類號(hào): G05B19/401
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

本發(fā)明公開了一種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工件加工變形在線預(yù)測(cè)方法，其特征是是利用工件在加工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得的變形量或變形力等數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)工件在之后的加工中產(chǎn)生的變形量。為實(shí)現(xiàn)該預(yù)測(cè)方法，發(fā)明了一種張量模型，用于表達(dá)多維、非結(jié)構(gòu)化的工件幾何?工藝信息?裝夾信息?監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建了加工變形預(yù)測(cè)模型的多維輸入空間，作為預(yù)測(cè)模型的輸入。發(fā)明了一種基于深度學(xué)習(xí)的零件加工變形在線預(yù)測(cè)模型。本發(fā)明利用了更為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)量代替了難以測(cè)量的殘余應(yīng)力等不確定性信息，解決了傳統(tǒng)基于殘余應(yīng)力的變形離線預(yù)測(cè)精度低的問題，提高了工件加工變形的預(yù)測(cè)精度，為基于變形預(yù)測(cè)結(jié)果的變形精確控制提供了基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，尤其是一種在加工過程中利用監(jiān)測(cè)的變形數(shù)據(jù)及相關(guān)的幾何-工藝等數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)零件加工變形的方法，具體地說是一種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工件加工變形在線預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

加工變形是造成大型結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量問題的主要原因之一，加工變形控制已經(jīng)成為大型結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量控制的重要方面。如飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的框、梁、肋類零件，由于其尺寸大，且材料去除率高，在加工過程中，零件的殘余應(yīng)力不斷的釋放，同時(shí)受到材料性能、零件幾何、加工工藝等多種因素的耦合影響，引起零件的加工變形。若加工后通過校形處理變形，校形工藝復(fù)雜，校形不當(dāng)易引起工件開裂，校形可控制的精度仍然難以滿足高精度加工變形控制要求，并且易影響零件的疲勞壽命。

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)零件的加工變形量是零件加工工藝調(diào)整的依據(jù)和加工變形控制的基礎(chǔ)。在制造領(lǐng)域，已有方法主要基于殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)或檢測(cè)，利用分析法或數(shù)值法(有限元)離線模擬預(yù)測(cè)零件的變形量，進(jìn)而在離線狀態(tài)下根據(jù)變形預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)化工藝實(shí)現(xiàn)加工變形控制。但是由于零件材料殘余應(yīng)力分布的不均勻性，同一批材料殘余應(yīng)力分布的差異性以及殘余應(yīng)力的測(cè)量難度大，測(cè)量精度受限，導(dǎo)致了預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況仍有較大的差距，所以現(xiàn)有方法仍然難以實(shí)現(xiàn)加工變形的精確預(yù)測(cè)。在零件加工中，監(jiān)測(cè)零件加工狀態(tài)的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映零件當(dāng)前的加工狀態(tài)，獲得事前難以準(zhǔn)確測(cè)量及物理量。利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線預(yù)測(cè)零件變形是提高預(yù)測(cè)精度的有效手段之一，而由于零件變形受幾何等多種因素影響，且數(shù)據(jù)為高維度、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的加工變形在線預(yù)測(cè)方法及建模提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)零件加工變形預(yù)測(cè)精度低的問題，提出一種加工過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工件加工變形在線預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明為提高變形預(yù)測(cè)的精度提供了很好的解決方案，為變形控制提供了調(diào)整依據(jù)。本發(fā)明把由材料屬性不均勻等不確定性因素導(dǎo)致的加工變形精確控制難題轉(zhuǎn)化為基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等確定性因素的問題求解。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工件加工變形在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于：在工件上設(shè)置適量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在加工過程中獲取監(jiān)測(cè)工件的加工變形數(shù)據(jù)及相應(yīng)的零件中間狀態(tài)幾何信息、工藝信息等數(shù)據(jù)；將獲取的幾何-工藝-變形數(shù)據(jù)通過張量模型進(jìn)行表達(dá)；利用零件加工過程中產(chǎn)生的張量模型，通過預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)零件下一步加工的變形量。

所述的變形相關(guān)數(shù)據(jù)包括，工件加工中間狀態(tài)幾何數(shù)據(jù)，加工工藝數(shù)據(jù)，工件裝夾位置數(shù)據(jù)和變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。工件在加工過程中采集的變形相關(guān)數(shù)據(jù)通過張量模型表達(dá)，數(shù)據(jù)包括工件中間狀態(tài)的幾何信息，工件加工的工藝信息和工件變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。

所述的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括工件變形量、工件變形力等能夠反應(yīng)零件變形狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

所述的工件在加工過程中采集的變形相關(guān)數(shù)據(jù)通過高階張量模型表達(dá)。

所述的零件的中間加工狀態(tài)的變形相關(guān)信息可以通過一個(gè)4階張量表示，張量的第 1,2階表表示各個(gè)參數(shù)的幾何位置信息。張量的第3階表示不同維度的變形相關(guān)信息，該階的維度由變形相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類別數(shù)量決定。張量的第4階表示零件加工中的中間狀態(tài)數(shù)量。不同信息之間通過幾何位置建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。張量第3階的加工相關(guān)數(shù)據(jù)，包括零件幾何信息、切削深度、裝夾位置信息和變形量及變形量監(jiān)測(cè)信息，由張量中的四個(gè)子矩陣分別表示。