[发明专利]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

权利要求书

1.一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，其特征在于，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；

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；

所述在线监测方法，包括如下步骤：

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；

步骤二、将摄像头对准电极，另一端连接孪生模型数字空间；

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；

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；

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，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；

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；

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；

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。

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的在线监测方法，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的在线监测方法，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。

4.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的在线监测方法，其特征在于，所述电源放电参数包括电流、电压、脉宽、脉间。