[发明专利]一种基于MBD工序模型的工件几何数字孪生模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种基于MBD工序模型的工件几何数字孪生模型的构建方法，基于MBD工序模型中的CAD模型和工艺信息，通过三维测量获得工件实际几何形状，通过点云初配准、工艺引导点云分割获取理想加工面、理想加工基准面、实际加工面与实际加工基准面，以实际与理想的加工基准面重合为约束进行精配准，从而矫正三维测量数据的坐标系与设计坐标系一致，在此基础上重建测量得到的加工面，替换理想工序模型中的加工面，最终得到针对每一道工序的工件中间体几何孪生模型。本发明基于工艺信息提高了配准的针对性和有效性，数字化保留了制造过程中的工件几何状态变化，有利于制造过程追溯与制造工艺改进。

技术领域

本发明属于零件制造过程数字化领域，尤其是涉及一种基于MBD工序模型的工件几何数字孪生模型的构建方法。

背景技术

基于模型定义(Model Based Define)数字化设计和制造是当前制造业信息化的发展趋势。MBD以产品的三维几何模型为核心，将设计信息、制造信息等关联在三维几何模型上。关联了产品属性的三维模型成为制造过程中的唯一依据，实现了设计制造过程中的信息统一。

面向设计的MBD，以产品最终的设计模型为载体，呈现最终的设计要求和制造信息；面向制造过程的MBD，以工序模型为载体，在每个工序模型上关联设计要求和制造信息。前两者的研究较为成熟，而对于制造过程中的零件实际加工情况，尚且没有成熟技术实现数字化。但零件加工制造过程的数字化有助于保留制造过程数据，追溯制造偏差，提取工艺知识，因此是有必要的。基于数字孪生技术，可以构建工件中间体的数字孪生模型，以几何模型为核心，体现工件中间体的加工状况和制造结果，实现制造过程的数字化。

工件中间体的数字孪生模型构建依赖于MBD工序模型。零件的加工过程通常划分为多阶段，并且每个加工阶段都会定义相应的加工信息，以保证零件的最终加工质量。为了方便加工人员对各加工阶段的零件有直观的认识，研究者们提出了MBD工序模型，即某加工阶段结束后零件应当达到的理想三维模型，在此基础上，将当前加工阶段的工艺信息标注在几何模型上或者以表格的形式关联到几何模型上。

进入制造过程后，对于多工序加工的零件，为了保证最终的加工质量，需要在中间工序完成后，对当前工序的加工结果进行测量，并与加工要求进行比对。常用的测量方法，如尺规测量、三坐标测量等方法，或是操作复杂，或是测量数据有限，不能完整地展现出工件的几何形貌，无法以数字化形式记录制造过程，从而无法对制造过程进行追溯和数据挖掘。

三维扫描操作简单，器械成本低，可以保留零件完整的几何形貌，因此现在通常采用三维扫描获取零件实际几何形状，与理想CAD模型进行数模比对，从而检验当前工序的加工结果。由于扫描坐标系与设计坐标系没有关联，需要将扫描数据进行坐标系矫正，使扫描数据的坐标系与设计坐标系一致，此过程称为配准。但目前的配准方法中，假定零件所有点面的重要性相等，忽略了制造过程的特殊性(即在一道工序中只有加工面发生了改变)，使得配准结果不符合实际加工情况；同时没有充分利用工序模型中的工艺信息，配准时间较长，效率较低。

因此，要对加工过程的中间结果进行数字化记录，并获得符合实际加工情况的零件实际几何模型，需要在已有的理想MBD工序模型基础上创建工件中间体的几何数字孪生模型。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于MBD工序模型的工件几何数字孪生模型的构建方法，充分利用工艺信息构建与工序模型关联的工件中间体实际几何模型，实现工件实际制造过程的数字化及制造信息的统一化。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于MBD工序模型的工件几何数字孪生模型的构建方法，包括以下步骤：

(1)建立零件加工的MBD工序模型，所述的MBD工序模型以CAD模型为核心，包含工序加工内容、工序要求等制造信息；