[发明专利]一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置

权利要求书

1.一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，其特征在于，其包括加工系统、传感器系统、中央处理器系统、数据库系统、状态监测系统、模型一致性校验系统和能耗预测及优化系统，其中，

加工系统包括数控机床图纸导入模块、材料选择模块、刀具选取模块、工件特征提取模块、工艺参数模块和机床主体，图纸导入模块用于将工件的三维图转换成二维图并将二维图导入到数控机床用于工件加工；工艺参数模块用于根据工艺说明制定工艺加工方案；材料选择模块用于根据工艺参数给出原材料的可选方案；刀具选取模块用于根据工艺参数给出刀具选择方案；工件特征提取模块用于实时提取加工工件的几何特征；机床主体用于提供加工场所，并用于夹持待加工零件和刀具，

传感器系统设置在机床主体和待加工零件处，其包括功率传感器、CCD传感器、压力传感器、温度传感器、电流传感器和电压传感器，用于采集功率、被加工工件图像、刀具压力、刀尖温度、电压和电流数据，工件特征提取模块用于根据CCD传感器拍摄的被加工工件实时图像实时提取加工工件的几何特征，

中央处理器系统用于收集和处理传感器系统采集的各类数据信息，数据库系统用于将经中央处理器系统处理后获得的各类数据信息转换成可储存数据，并进行本地存储和云端存储，状态监测系统调用数据库系统数据，进行加工状态监测，模型一致性校验系统与状态监测系统之间数据连接，用于提供标准的加工工件几何信息并实时校验加工工件标准几何信息与加工工件实际几何信息间的几何误差，能耗预测及优化系统与模型一致性校验系统之间数据连接，用于根据实际监测的数据进行能耗信息预测，并根据历史能耗数据预测同类型工件的加工能耗，

中央处理器系统包括OPC UA服务器和OPC UA 客户端，其中，OPC UA客户端用于收集各个传感器的数据信息，OPC UA服务器用于处理OPC UA 客户端收集的数据信息，所述处理是指对加工过程的数据进行数据清洗、数据融合，

数据库系统包括数据映射功能模块、本地数据库模块、云端数据库模块、迭代优化数据模块，其中，映射功能模块用于将中央处理器系统中OPC UA服务器处理的数据转换成可储存的数据，本地数据库用于将获得的可存储数据进行本地存储，云端数据库用于本地数据的云端存储，以防止本地数据丢失，同时用于远程查看及调用，迭代优化数据模块用于将能耗预测及优化系统的数据进行工艺参数自适应调整，并驱动下一步的加工，

状态监测系统包括功率监测模块、工件位置监测模块、转速监测模块、刀具实时追踪模块、工件实时追踪模块和数据可视化界面，其中，功率监测模块用于对功率传感器采集的功率信息进行监测，工件位置监测模块用于实时监测加工工件进给量，转速监测模块用于实时监测工件加工转速，刀具实时追踪模块用于实时监测刀具的信息及当前刀具温度，工件实时追踪模块用于实时监测加工工件加工信息，数据可视化界面用于显示各类数据信息。

2.如权利要求1所述的一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，其特征在于，能耗预测及优化系统与数据库系统之间数据连接，数据库系统和加工系统间数据连接，数据库系统还用于根据能耗信息预测结果对加工能耗数据进行迭代优化，并将迭代优化的加工能耗数据传输给加工系统，以指导下一次加工。

3.如权利要求2所述的一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，其特征在于，压力传感器分别安装于加工工件夹具末端和刀具夹具末端，用于收集工件和刀具的受力情况；温度传感器安装于刀具附近位置，用于监测刀具与工件接触点处的温度，功率传感器安装于主轴上，用于监测工件加工过程的实时功率变化情况，电流传感器安装于机床的电源线，用于监测机床加工过程中的电流情况，电压传感器安装于机床的三相电源接线口，用于测量工件加工过程的电压情况。

4.如权利要求3所述的一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，其特征在于，模型一致性校验系统包括计算机辅助设计模块和模型一致性校验模块，其中，计算机辅助设计模块用于提供标准的加工工件几何信息，以便实时与加工工件实际尺寸进行比对，模型一致性校验模块用于实时校验工件标准几何信息与实际加工工件的几何误差。

5.如权利要求4所述的一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，其特征在于，能耗预测及优化系统包括计算机辅助分析模块、能耗预测模块和迭代优化模块，其中，计算机辅助分析模块用于分析工件加工位置与刀具接触点的温度情况，以便于为未来进一步优化加工方案，能耗预测模块用于根据实际监测的能耗信息而预测后续类似工件的加工能耗，迭代优化模块用于根据外界红外热成像图谱预测的温度及能耗预测模块预测的能耗情况调整工件加工工艺方案。