[發(fā)明專利]一種數(shù)字孿生驅(qū)動的工件加工能耗預(yù)測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110476943.1
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113344244B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張美航;張華;鄢威;王瑞平;李曙光
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F30/20;G06F119/06;G06F119/14
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

1.一種數(shù)字孿生驅(qū)動的工件加工能耗預(yù)測裝置，其特征在于，其包括加工系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、中央處理器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、模型一致性校驗系統(tǒng)和能耗預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)，其中，

加工系統(tǒng)包括數(shù)控機床圖紙導(dǎo)入模塊、材料選擇模塊、刀具選取模塊、工件特征提取模塊、工藝參數(shù)模塊和機床主體，圖紙導(dǎo)入模塊用于將工件的三維圖轉(zhuǎn)換成二維圖并將二維圖導(dǎo)入到數(shù)控機床用于工件加工；工藝參數(shù)模塊用于根據(jù)工藝說明制定工藝加工方案；材料選擇模塊用于根據(jù)工藝參數(shù)給出原材料的可選方案；刀具選取模塊用于根據(jù)工藝參數(shù)給出刀具選擇方案；工件特征提取模塊用于實時提取加工工件的幾何特征；機床主體用于提供加工場所，并用于夾持待加工零件和刀具，

傳感器系統(tǒng)設(shè)置在機床主體和待加工零件處，其包括功率傳感器、CCD傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器和電壓傳感器，用于采集功率、被加工工件圖像、刀具壓力、刀尖溫度、電壓和電流數(shù)據(jù)，工件特征提取模塊用于根據(jù)CCD傳感器拍攝的被加工工件實時圖像實時提取加工工件的幾何特征，

中央處理器系統(tǒng)用于收集和處理傳感器系統(tǒng)采集的各類數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于將經(jīng)中央處理器系統(tǒng)處理后獲得的各類數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成可儲存數(shù)據(jù)，并進行本地存儲和云端存儲，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進行加工狀態(tài)監(jiān)測，模型一致性校驗系統(tǒng)與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)連接，用于提供標準的加工工件幾何信息并實時校驗加工工件標準幾何信息與加工工件實際幾何信息間的幾何誤差，能耗預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)與模型一致性校驗系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù)實際監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行能耗信息預(yù)測，并根據(jù)歷史能耗數(shù)據(jù)預(yù)測同類型工件的加工能耗，

中央處理器系統(tǒng)包括OPC?UA服務(wù)器和OPC?UA?客戶端，其中，OPC?UA客戶端用于收集各個傳感器的數(shù)據(jù)信息，OPC?UA服務(wù)器用于處理OPC?UA?客戶端收集的數(shù)據(jù)信息，所述處理是指對加工過程的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合，

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)映射功能模塊、本地數(shù)據(jù)庫模塊、云端數(shù)據(jù)庫模塊、迭代優(yōu)化數(shù)據(jù)模塊，其中，映射功能模塊用于將中央處理器系統(tǒng)中OPC?UA服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可儲存的數(shù)據(jù)，本地數(shù)據(jù)庫用于將獲得的可存儲數(shù)據(jù)進行本地存儲，云端數(shù)據(jù)庫用于本地數(shù)據(jù)的云端存儲，以防止本地數(shù)據(jù)丟失，同時用于遠程查看及調(diào)用，迭代優(yōu)化數(shù)據(jù)模塊用于將能耗預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行工藝參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整，并驅(qū)動下一步的加工，

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括功率監(jiān)測模塊、工件位置監(jiān)測模塊、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊、刀具實時追蹤模塊、工件實時追蹤模塊和數(shù)據(jù)可視化界面，其中，功率監(jiān)測模塊用于對功率傳感器采集的功率信息進行監(jiān)測，工件位置監(jiān)測模塊用于實時監(jiān)測加工工件進給量，轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊用于實時監(jiān)測工件加工轉(zhuǎn)速，刀具實時追蹤模塊用于實時監(jiān)測刀具的信息及當前刀具溫度，工件實時追蹤模塊用于實時監(jiān)測加工工件加工信息，數(shù)據(jù)可視化界面用于顯示各類數(shù)據(jù)信息。

2.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字孿生驅(qū)動的工件加工能耗預(yù)測裝置，其特征在于，能耗預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和加工系統(tǒng)間數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還用于根據(jù)能耗信息預(yù)測結(jié)果對加工能耗數(shù)據(jù)進行迭代優(yōu)化，并將迭代優(yōu)化的加工能耗數(shù)據(jù)傳輸給加工系統(tǒng)，以指導(dǎo)下一次加工。

3.如權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字孿生驅(qū)動的工件加工能耗預(yù)測裝置，其特征在于，壓力傳感器分別安裝于加工工件夾具末端和刀具夾具末端，用于收集工件和刀具的受力情況；溫度傳感器安裝于刀具附近位置，用于監(jiān)測刀具與工件接觸點處的溫度，功率傳感器安裝于主軸上，用于監(jiān)測工件加工過程的實時功率變化情況，電流傳感器安裝于機床的電源線，用于監(jiān)測機床加工過程中的電流情況，電壓傳感器安裝于機床的三相電源接線口，用于測量工件加工過程的電壓情況。

4.如權(quán)利要求3所述的一種數(shù)字孿生驅(qū)動的工件加工能耗預(yù)測裝置，其特征在于，模型一致性校驗系統(tǒng)包括計算機輔助設(shè)計模塊和模型一致性校驗?zāi)K，其中，計算機輔助設(shè)計模塊用于提供標準的加工工件幾何信息，以便實時與加工工件實際尺寸進行比對，模型一致性校驗?zāi)K用于實時校驗工件標準幾何信息與實際加工工件的幾何誤差。

5.如權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字孿生驅(qū)動的工件加工能耗預(yù)測裝置，其特征在于，能耗預(yù)測及優(yōu)化系統(tǒng)包括計算機輔助分析模塊、能耗預(yù)測模塊和迭代優(yōu)化模塊，其中，計算機輔助分析模塊用于分析工件加工位置與刀具接觸點的溫度情況，以便于為未來進一步優(yōu)化加工方案，能耗預(yù)測模塊用于根據(jù)實際監(jiān)測的能耗信息而預(yù)測后續(xù)類似工件的加工能耗，迭代優(yōu)化模塊用于根據(jù)外界紅外熱成像圖譜預(yù)測的溫度及能耗預(yù)測模塊預(yù)測的能耗情況調(diào)整工件加工工藝方案。