数字孪生制造技术

本公开涉及数字孪生。提供了一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，该工具加工机器是将输入工件物理地加工成输出工件的第一或第二制造过程的一部分。通过坐标测量机测量输出工件的至少一个几何特征。将测量结果与几何特征的标称测量数据一起馈送到制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，可调整过程参数至少模拟该工具加工机器的与其工具的操作相关的确定性行为。随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来执行模拟。根据具有调整建模过程参数的模拟并基于标称几何数据得出可调整过程参数的调整值，该调整值使得工具加工机器的关于其工具的调整操作能够导致特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。间的差减小。间的差减小。

【技术实现步骤摘要】
数字孪生


[0001]本专利技术涉及自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法和非暂时性计算机程序产品。

技术介绍

[0002]制造过程(特别是由工具加工机器(tooling machine)提供的制造过程)在现代世界中无处不在。制造过程通常被配置成将输入工件变换成输出工件，例如，制造过程可以包括在金属板中钻孔。由制造过程提供的输出工件可能偏离期望的目标状态，即，制造过程可能未能提供期望的结果，例如由于改变的环境影响会缓慢地影响该制造过程，其中，这种缓慢的改变可能未能被制造中使用的常规控制算法和方法加以补偿。
[0003]EP3045992B1公开了一种用于控制对象的生产过程的方法，其中，基于对象的标称特性数据和偏离数据来调整对象的生产模型(诸如CAD模型)。因此，可以在不改变生产设施的参数值的情况下补偿生产误差，即，其中，该设施可以被视为“黑盒子”。该方法具有基于待生产对象的生产模型的缺点。基本上独立于生产模型的误差补偿是不可能的。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种用于改进由制造过程提供的输出工件的方法。
[0005]本专利技术涉及一种用于调整与制造过程相关的参数的全自动方法，即，用于调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的全自动方法，该工具加工机器具有至少一个材料去除工具(例如，铣削工具和/或车削工具)，该工具加工机器是制造过程的一部分。所述方法包括以下步骤：通过坐标测量机对输出工件的至少一个几何特征(位置和/或尺寸)的至少一个坐标进行测量。该几何特征是利用工具进行加工的直接或间接结果，即，测得的位置或尺寸由工具的作业导致或至少受其影响。
[0006]将该坐标测量的测量结果(即，测得的坐标数据)与所述特征的标称坐标/几何数据一起放入制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，该确定性数字模拟具有工具加工机器的数字模型(优选是数字孪生(digital twin))和建模过程参数，其中，该建模过程参数是工具加工机器的可调整过程参数。该输入不应被理解为限于显式(explicit)输入，即，测得的坐标数据/值和标称的坐标数据/值将必须被直接馈送到模拟中；更确切地，这也包括输入也可以是测得的坐标与标称坐标/几何数据之间的差的形式，即，测量结果和标称数据以它们之间的差的形式或测得的坐标与标称值的偏离的形式来被隐式地或间接地放入。
[0007]利用模拟，可以模拟工具加工机器的与其工具的操作相关的确定性行为。然后，随着建模过程参数中的至少一者的值的变化来执行模拟，模拟的目的是仿真测量结果。换句话说，制造过程的数字表示被用于按照如下方式表示该制造过程，即，通过虚拟地调节过程参数，使得几何特征形式的实际结果以及因此从标称到当前的偏离可以被虚拟地实现或在理论上被“解释”。例如，这通过虚拟地设定机器行为来进行，该机器行为再现如相应地在设定值与测得值之间的差中测得的以几何特征表达或指示的真实情况。因此，测量结果的仿
真应在广义上被理解为：测量结果不必由模拟显式地再现(不需要专用的模拟测量结果作为模拟输出)，而是按照以下方式来调整建模过程参数：由此调整的数字模拟符合由测得的结果表达的真实制造过程。真实测量结果用信号通知或表示目标或“目的地”，然而在任何情况下都不必到达该目标或“目的地”，而是在某些情况下，按照提供到该目标的“路径”或者通过如何能够到达作为“目的地”的测得结果的相应仿真来获得知识的这种方式对模拟进行调节就足够了。该模拟可以是迭代过程，其中，只要与特征的几何形状相关的或者由特征的几何形状表达的数字过程输出与实际输出不同，就估计建模参数，由此可以接受一定的公差。
[0008]根据具有如此调整的建模过程参数的模拟(显式或隐式地仿真测量结果的经调整模拟)并且基于特征的标称几何数据，得出可调整过程参数的调整值，该调整值使得工具加工机器的关于其工具的调整操作能够导致特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小或最小化。即，考虑测得的特征(相应地是其与标称几何数据的偏离)，根据利用工具加工机器的数字模型模拟制造过程(或其至少一部分)而获得的关于制造过程的知识(相应地是过程参数)然后被用于调整工具加工机器的可调整过程参数中的一个或更多个可调整过程参数，以抵消该测得的偏离，或者工具加工机器根据调整参数按照以下方式进行操作，即，另一输出工件显示出与标称数据的较小偏离甚或完全满足标称数据(当然在一定公差内)。这里再次地，可以迭代地调整所模拟的已调整参数，直到模拟的输出符合标称的期望输出。
[0009]本专利技术还涉及另一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，该工具加工机器具有至少一个材料去除工具、特别是铣削和/或车削工具。根据该第二方面，工具加工机器是用于将第二输入工件物理地加工成第二输出工件的第二制造过程的一部分。所述方法包括以下步骤：通过坐标测量机对第一输出工件的至少一个几何特征进行坐标测量，第一输出工件是第一制造过程的结果，将坐标测量的测量结果和几何特征的标称测量数据输入到第一制造过程和第二制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，该确定性数字模拟具有工具加工机器的数字模型(特别是数字孪生)和建模过程参数，其中，工具加工机器的可调整过程参数至少模拟该工具加工机器的与其工具的操作相关的确定性行为；随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来运行模拟，模拟的目的是仿真测量结果；以及根据具有如此调整的建模过程参数的模拟并基于特征的标称几何数据得出可调整过程参数的调整值，该调整值使得工具加工机器的关于其工具的调整操作能够导致特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。这里再次地，输入和仿真必须在如上所述的广义上加以理解。
[0010]在最佳情况下，制造过程(相应地是第一制造过程和第二制造过程)的数字表示(在下文中，当谈到制造过程时，意味着两种情况或方面)与其经建模的工具加工机器一起允许有利地理解为什么发生偏离，以定位误差源。在任何情况下，具有建模过程参数的制造过程的数字表示是选择的根本、是以工具加工机器(相应地是其工具)的调整操作/控制的形式来针对对策进行决策的基础。
[0011]工具加工机器的数字模型应被理解为工具加工机器的至少一部分的模型，其被配置成物理地变换输入工件。然而，工具加工机器的不直接涉及输入工件的物理变换的部分可以是包括数字模型的数字表示的部分。可以将数字模型具体实施为提供制造过程的工具
加工机器的数字孪生，数字孪生是整个工具加工机器的接近且准确的模型，利用该模型可以准确地模拟工具加工机器的相关行为。数字模型可以包括模型参数，该模型参数可以在模拟中改变。制造过程的数字孪生提供了许多益处，因为它允许在制造过程的物理实现之前模拟被应用于输入工件的制造过程的影响。为了使数字孪生是有用的，它必须与现实非常相似。只有极为相似，才能做出有意义的推论，从而安全有效地转化为现实。
[0012]与制造过程相关的参数可以被调整如下：如果几何测量数据与从输出工件目标获得的对应数据不同，则可以对模型参数进行调整，并且使用经调整模型参数的数字模型的后续评估可以提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，所述工具加工机器具有至少一个材料去除工具、特别是铣削工具和/或车削工具，所述工具加工机器是用于将输入工件物理地加工成输出工件的制造过程的一部分，所述方法包括以下步骤：通过坐标测量机对输出工件的至少一个几何特征进行坐标测量，所述几何特征是利用所述工具进行所述加工的直接结果或间接结果；将所述坐标测量的测量结果和所述几何特征的标称测量数据输入到所述制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，所述确定性数字模拟具有所述工具加工机器的数字模型、特别是数字孪生以及建模过程参数，其中，所述工具加工机器的所述可调整过程参数至少模拟所述工具加工机器的与该工具加工机器的工具的操作有关的确定性行为；随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来运行所述模拟，所述模拟的目的是仿真所述测量结果；根据具有如此调整的建模过程参数的模拟并基于所述特征的标称几何数据得出所述可调整过程参数的调整值，所述调整值使得所述工具加工机器的关于该工具加工机器的工具的调整操作能够导致所述特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少模拟所述工具加工机器的与该工具加工机器的工具的操作有关的确定性行为的步骤包括：基于所述数字模型来模拟所述工具的涉及至少一个平移自由度或旋转自由度的操作姿态，并且其中，所述调整操作涉及对应的真实操作姿态。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可调整过程参数被直接链接至操作姿态。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可调整过程参数：是所述工具的参数；和/或涉及所述工具加工机器的体积图，特别是其中，所述体积图直接或间接取决于时间。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可调整过程参数：涉及所述工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度；涉及沿着所述工具加工机器的个体轴线的路径；和/或涉及所述工具加工机器的所述个体轴线的轨迹；所述工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度、沿着所述工具加工机器的个体轴线的路径、所述工具加工机器的所述个体轴线的轨迹中的每一者处于特定时间戳处和/或根据期望操作位置和/或与零件加工程序的不同命令相关。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述数字模型包括所述工具加工机器的加工力和/或动力学行为的建模。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述确定性行为涉及所述工具加工机器的变形。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述数字模型被实现为特别是基于多项式、机器学习和/或有限元的数字分析模型和/或数字数值模型。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：利用传感器测量所述工具加工机器、工件和/或环境状况的测量值，以及将所测得的值输入到所述模拟中，其中，所述数字模型包括与所述测量值相关的建模。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述测量的步骤是在所述工具加工机器对所述输入工件进行加工期间执行的。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模拟包括测量过程模型，所述测量过程模型数字地表示所述坐标测量和/或根据权利要求9所述的测量传感器的测量。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述模拟得出并实现所述确定性数字模拟的调整、特别是所述数字模型的调整。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述调整操作是根据所述可调整过程参数的所述调整值，通过修改被配置成控制所述工具加工机器的零件加工程序、特别是修改g代码来启用的。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述调整操作是通过修改所述工具加工机器的体积图来启用的，所述工具加工机器经由所述体积图将所述工具加工机器被配置成要遵循的路径映射到至少一个个体轴线的运动上。15.一种非暂时性计算机程序产品，所述非暂时性计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码被存储在机器可读介质上并具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使计算机执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。16.一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：