一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统及在线监测方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统及在线监测方法，系统包括孪生模型数字空间、物理实体空间和虚实映射模块，孪生模型数字空间包括数字孪生描述单元、电极形状修正模块、电极形状识别模块、型腔形貌预测模块、异构数据解析模块及图形数据库，物理实体空间包括摄像头和电火花成型机。本发明专利技术通过构建实体电火花成型机放电过程中的数字孪生模型，运用摄像头对加工过程中的电极形状进行实时数据采样，并运用电极形状识别和修正模块对电极数字孪生模型进行再描述，之后运用型腔形貌预测模块对加工过程中的型腔进行预测并在数字孪生模型中进行描述。本发明专利技术有利于直观了解放电加工中型腔形貌变化情况。有利于直观了解放电加工中型腔形貌变化情况。有利于直观了解放电加工中型腔形貌变化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统及在线监测方法


[0001]本专利技术涉及特种加工技术以及智能化数字化
，具体而言，尤其涉及一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统及在线监测方法。

技术介绍

[0002]电火花加工技术常常应用于难加工材料精密加工领域以及复杂内部结构的模具型腔加工中。目前电火花成型机普遍存在数字化与智能化程度较低的问题，加工过程中由于工件浸没在加工液中，很难肉眼直接观察到型腔形貌变化情况，通常需要依靠以往的加工经验，并且加工过程中电极是不断损耗的，放电点也在电极底部不断变化，对于所形成的型腔结构更加难以判断，对技术人员水平提出了极高的要求。
[0003]近年来，数字孪生技术应用日渐广泛，数字孪生技术是对物理模型进行数字化描述，通过虚实映射手段在虚拟空间中重现物理模型在现实中的状态，采用数据融合、智能决策分析等方式提供物理模型所不具备的新的扩展能力，体现了物理模型的全周期过程。经过检索，目前尚未发现存在文献或专利采用数字孪生技术对工件型腔形貌进行预测的报道。本专利技术提出采用数字孪生技术对电火花加工过程进行数字化建模，运用摄像头对加工过程中的电极形状进行实时数据采样，并运用电极形状识别和修正模块对电极数字孪生模型进行再描述，之后运用型腔形貌预测模块对加工过程中的型腔进行预测并在数字孪生模型中进行描述，实现放电加工中型腔形貌数字化及可视化。

技术实现思路

[0004]根据上述提出的加工过程中由于工件浸没在加工液中，不能直接观察到型腔结构的技术问题，而提供一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统及在线监测方法。本专利技术主要通过构建实体电火花成型机放电过程中的数字孪生模型，运用摄像头对加工过程中的电极形状进行实时数据采样，并运用电极形状识别和修正模块对电极数字孪生模型进行再描述，之后运用型腔形貌预测模块对加工过程中的型腔进行预测并在数字孪生模型中进行描述，从而实现放电加工中型腔形貌数字化及可视化。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统，包括：孪生模型数字空间、物理实体空间和虚实映射模块，所述孪生模型数字空间通过所述虚实映射模块与所述物理实体空间相连接；
[0007]所述孪生模型数字空间包括数字孪生描述单元、电极形状识别模块、电极形状修正模块、型腔形貌预测模块、异构数据解析模块以及图形数据库，异构数据解析模块与电极形状识别模块和数字孪生描述单元相连，电极形状识别模块与图形数据库和电极形状修正模块相连，图形数据库与型腔形貌预测模块相连，电极形状修正模块和型腔形貌预测模块均与数字孪生描述单元相连；
[0008]所述物理实体空间包括摄像头和电火花成型机，摄像头与异构数据解析模块相连，实现对加工过程中的电极形状进行实时数据采样；电火花成型机通过虚实映射模块与异构数据解析模块相连，电极安装在电火花成型机的主轴上，待加工工件放置在电火花成型机的工作台上；
[0009]所述虚实映射模块通过电火花成型机预留的接口获取电源放电参数以及步进电机脉冲信号，并传递给异构数据解析模块，异构数据解析模块对电源放电参数以及X、Y、Z三轴步进电机脉冲信号进行解析，形成统一规范数据格式并交由数字孪生描述单元；
[0010]所述数字孪生描述单元依据电源放电参数信号，在孪生模型数字空间中显示放电参数，依据步进电机脉冲信号计算主轴X、Y、Z坐标对主轴位置进行更新；
[0011]所述摄像头采集放电过程中电极形状，并传递给异构数据解析模块；异构数据解析模块对图像进行解析，形成统一规范数据格式并交由电极形状识别模块；
[0012]所述电极形状修正模块用于对孪生模型数字空间中电极形状和电极形状识别模块中电极数据进行比对，并通过数字孪生描述单元对孪生模型数字空间中的电极进行更新；
[0013]所述电极形状识别模块用于将摄像头采集的电极图像数据存储到图形数据库中；
[0014]所述型腔形貌预测模块用于读取图形数据库中的电极图像数据，采用型腔形貌预测算法对型腔形貌进行分析，并通过数字孪生描述单元对型腔进行更新。
[0015]进一步地，所述虚实映射模块为PLC或单片机设备。
[0016]进一步地，所述数字孪生描述单元包括电极描述模块、型腔描述模块和机床描述模块，分别用于构建电极孪生模型、工件孪生模型以及机床孪生模型；电极描述模块与电极形状修正模块相连，实现对电极孪生模型中的电极进行更新；型腔描述模块与型腔形貌预测模块相连，实现对工件孪生模型中的型腔进行更新；机床描述模块与异构数据解析模块相连，实现对机床孪生模型中的主轴位置更新并在孪生模型数字空间中显示放电参数。
[0017]进一步地，所述电源放电参数包括电流、电压、脉宽、脉间。
[0018]进一步地，所述摄像头为普通摄像头或工业摄像头。
[0019]进一步地，所述图形数据库为缓存类型数据库。
[0020]本专利技术还提供了一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统的在线监测方法，为一种型腔形貌数字化及可视化描述方法，有利于直观了解放电加工中型腔形貌变化情况。所述在线监测方法包括如下步骤：
[0021]步骤一、将虚实映射模块分别连接电火花成型机以及孪生模型数字空间；
[0022]步骤二、将摄像头对准电极，另一端连接孪生模型数字空间；
[0023]步骤三、在电火花成型机主轴上安装电极，并设定电源放电参数，包括电流、电压、脉宽和脉间；
[0024]步骤四、开展放电加工，当完成一次放电加工后，电极抬起；摄像头采集电极形状，并将图像传递给异构数据解析模块；虚实映射模块通过电火花成型机预留的接口获取电源放电参数以及步进电机脉冲信号，并传递给异构数据解析模块；
[0025]步骤五、异构数据解析模块将电源放电参数以及步进电机脉冲信号的原始数据进行解析，形成统一规范数据格式并交由数字孪生描述单元的机床描述模块，并对主轴位置进行更新并在孪生模型数字空间中显示放电参数；同时，异构数据解析模块对图像进行解
析，形成统一规范数据格式并交由电极形状识别模块；
[0026]步骤六、电极形状修正模块对孪生模型数字空间中电极形状和电极形状识别模块中电极数据进行比对，并通过电极描述模块对孪生模型数字空间中的电极进行更新；
[0027]步骤七、电极形状识别模块将摄像头采集的电极图像数据存储到图形数据库中；
[0028]步骤八、型腔形貌预测模块读取电极图像数据，采用型腔形貌预测算法对型腔形貌进行分析，并通过型腔描述模块对型腔进行更新。
[0029]进一步地，所述型腔形貌预测算法的实现方法如下：
[0030]S1、型腔形貌预测模块对比数据库中前一个电极几何轮廓点集数据与新存入的电极几何轮廓点集数据，获得差异点并计算差异点所围成的图形体积，即电极材料去除的体积；
[0031]S2、找到电极材料去除位置所对应的工件位置，根据试验所得到的在电源放电参数下电极和待加工工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统，其特征在于，包括：孪生模型数字空间、物理实体空间和虚实映射模块，所述孪生模型数字空间通过所述虚实映射模块与所述物理实体空间相连接；所述孪生模型数字空间包括数字孪生描述单元、电极形状识别模块、电极形状修正模块、型腔形貌预测模块、异构数据解析模块以及图形数据库，异构数据解析模块与电极形状识别模块和数字孪生描述单元相连，电极形状识别模块与图形数据库和电极形状修正模块相连，图形数据库与型腔形貌预测模块相连，电极形状修正模块和型腔形貌预测模块均与数字孪生描述单元相连；所述物理实体空间包括摄像头和电火花成型机，摄像头与异构数据解析模块相连，实现对加工过程中的电极形状实时数据采样；电火花成型机通过虚实映射模块与异构数据解析模块相连，电极安装在电火花成型机的主轴上，待加工工件放置在电火花成型机的工作台上；所述虚实映射模块通过电火花成型机预留的接口获取电源放电参数以及步进电机脉冲信号，并传递给异构数据解析模块，异构数据解析模块对电源放电参数以及X、Y、Z三轴步进电机脉冲信号进行解析，形成统一规范数据格式并交由数字孪生描述单元；所述数字孪生描述单元依据电源放电参数信号，在孪生模型数字空间中显示放电参数，依据步进电机脉冲信号计算主轴X、Y、Z坐标对主轴位置进行更新；所述摄像头采集放电过程中电极形状，并传递给异构数据解析模块；异构数据解析模块对图像进行解析，形成统一规范数据格式并交由电极形状识别模块；所述电极形状修正模块用于对孪生模型数字空间中电极形状和电极形状识别模块中电极数据进行比对，并通过数字孪生描述单元对孪生模型数字空间中的电极进行更新；所述电极形状识别模块用于将摄像头采集的电极图像数据存储到图形数据库中；所述型腔形貌预测模块用于读取图形数据库中的电极图像数据，采用型腔形貌预测算法对型腔形貌进行分析，并通过数字孪生描述单元对型腔进行更新。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统，其特征在于，所述虚实映射模块为PLC或单片机设备。3.根据权利要求1所述的基于数字孪生电火花加工型腔形貌在线监测系统，其特征在于，所述数字孪生描述单元包括电极描述模块、型腔描述模块和机床描述模块，分别用于构建电极孪生模型、工件孪生模型以及机床孪生模型；电极描述模块与电极形状修正模块相连，实现对电极孪生模型中的电极进行更新；型腔描述模块与型腔形貌预测模块相连，实现对工件孪生模型中的型腔进行更新；机床描述模块与异构数据解析模块相连，实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文超，李姝，赵秀君，王明伟，张尧，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：