[发明专利]一种基于数字孪生技术的测量仪器构建方法及系统

说明书

本发明提供一种基于数字孪生技术的测量仪器构建方法及系统，涉及精密仪器设计领域，包括在数字孪生模型中构建三维仿真模型；加工并装配实体零部件及传感器得到测量仪器；测量实体零部件的形位误差、装配误差传输到三维仿真模型，将传感器的误差信息传输到三维仿真模型；对测量仪器进行整体校准，获取整体误差输入到三维仿真模型；在数字孪生模型中根据以上误差建立测量误差和不确定度计算模型；再次对测量仪器进行整体校准，将校准数据输入数字孪生模型建立静态误差模型，获取测量仪器的动态误差，建立动态误差模型。本发明减少测量仪器的设计失误，提高装配质量，提供了测量仪器精度退化追踪功能，将测量仪器的质量和精度寿命提高到最大化。

技术领域

本发明涉及精密仪器设计领域，尤其是涉及一种基于数字孪生技术的测量仪器构建方法及系统。

背景技术

当前，信息时代下的制造业发生着翻天覆地的变化，高端装备制造业是目前国内外研究热点，测量仪器广泛应用在在线测量和产品测量环节中。测量仪器由于其高精度、高可靠性等特性，制造工艺更加复杂。

传统的测量仪器工艺流程主要包括设计、加工、装配和调试等步骤，虽然过程中进行多次测量以保证精度，但缺乏精度和误差的整体设计、协调和控制。以圆度仪、三坐标测量机和齿轮测量中心为代表的机械产品几何量测量仪器，其精度与机械零件、运动控制和环境条件密切相关，制造工艺较为复杂，最后的装调工艺严重依赖工人经验；测量仪器最终的测量精度和稳定性往往不一，严重影响产品质量；仪器使用过程中的误差和不确定度信息缺乏管理和追踪，影响产品寿命。

数字孪生技术为物理实体匹配了高度一致的虚拟数字模型，该模型可以表征物理实体的所有特性，能够将物理实体的几何尺寸和运动特性完全映射到数字孪生模型上。因此，基于数字孪生技术设计和制造测量仪器有利于减少测量仪器的设计失误，提高装配质量，提供了精度退化追踪功能，将测量仪器的质量和精度寿命提高到最大化。

发明内容

针对上述问题及设想，本发明提出了一种基于数字孪生技术的测量仪器构建方法及系统，采用数字孪生模型贯穿测量仪器设计、装配和使用过程，为测量仪器提供误差追溯和误差退化实时检测功能，提高测量仪器综合质量。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于数字孪生技术的测量仪器构建方法，包括：

设计测量仪器的机械结构并在数字孪生模型中构建三维仿真模型；

根据所述三维仿真模型加工实体零部件，装配实体零部件及传感器得到所述测量仪器；

测量所述实体零部件的形位误差、装配误差传输到三维仿真模型，将传感器的误差信息传输到三维仿真模型中；

对所述测量仪器进行整体校准，获取整体误差输入到三维仿真模型；

在所述数字孪生模型中根据所述实体零部件的形位误差、装配误差及所述测量仪器的整体误差建立测量误差和不确定度计算模型；根据所述传感器的误差信息建立传感器信号误差模型；

再次对测量仪器进行整体校准，将校准数据输入所述数字孪生模型建立测量仪器的静态误差模型；

测量所述测量仪器的动态误差输入所述数字孪生模型，建立测量仪器的动态误差模型；

所述测量仪器构建完成。

作为本发明的进一步改进，所述设计测量仪器的机械结构，包括：确定所述测量仪器的主要零部件及尺寸。

作为本发明的进一步改进，所述测量所述实体零部件的形位误差、装配误差，包括：

测量所述实体零部件装配前，每个零部件的坐标；

测量所述实体零部件装配后，关键轴系、导轨、工装夹具的形位误差。

作为本发明的进一步改进，所述传感器的误差信息包括：传感器安装误差和固有误差。