基于数字孪生的激光加工零件表面温度监控系统的构建

作     者：谢章伟 张兴波 徐哲 张羽 张丰云 王茜 王萍萍 孙树峰 王海涛 刘纪新 孙维丽 曹爱霞 XIE Zhangwei;ZHANG Xingbo;XU Zhe;ZHANG Yu;ZHANG Fengyun;WANG Xi;WANG Pingping;SUN Shufeng;WANG Haitao;LIU Jixin;SUN Weili;CAO Aixia

作者机构：青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 山东省激光绿色高效智能制造工程技术研究中心山东青岛266520 青岛黄海学院智能制造学院山东青岛266555 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51775289) 高等学校学科创新引智计划项目(D21017) 山东省重点研发计划项目(2019GGX104097,2019JZZY010402) 青岛西海岸新区2020年度科技源头创新专项(2020-103) 

出 版 物：《工程设计学报》 (Chinese Journal of Engineering Design)

年 卷 期：2023年第30卷第4期

页      码：409-418页

摘      要：数字孪生是一个旨在物理空间与虚拟空间之间建立实时映射的概念。为拓展数字孪生技术在激光加工领域的应用,以纳秒激光打标机加工7075铝合金为例,阐述了有限元仿真在激光加工领域的重要作用,但由于有限元仿真计算量较大且目前计算机的运算水平有限,存在仿真计算时间较长的问题,无法满足数字孪生技术所需的实时映射。为此,提出了利用CGAN(conditional generative adversarial network,条件生成对抗网络)模型代替有限元仿真的方法。该方法先利用图像化处理后的工况图像和由有限元仿真获得的温度云图对CGAN模型进行训练,随后将训练好的CGAN模型封装,用于构建基于数字孪生的激光加工零件表面温度监控系统。在完成数字孪生温度监控系统虚拟端的搭建后,使用MQTT(message queuing telemetry transport,消息队列遥测传输)通信协议与实体端进行数据交互,实现数字孪生系统的远程监控与操作。基于数字孪生的激光加工零件表面温度监控系统实现了零件表面温度的快速仿真计算,解决了有限元仿真计算时间长、无法实现实时映射的问题,基本能够满足激光加工零件表面温度的监控与预测,在激光加工温度监测领域具有一定的参考价值。

主 题 词：数字孪生 激光加工 有限元仿真 图像化处理 条件生成对抗网络(CGAN) 

学科分类：08[工学] 080203[080203] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 080402[080402] 0838[0838] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.036

馆 藏 号：203123374...