申请/专利权人：哈尔滨工业大学;中国兵器装备集团西南技术工程研究所

申请日：2024-01-14

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN117944265A

主分类号：B29C64/176

分类号：B29C64/176;B29C64/393;B33Y50/02;G16C60/00

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.17#实质审查的生效;2024.04.30#公开

摘要：本发明提供了一种搅拌摩擦连续纤维复材的数字孪生增材方法，步骤包括：结合所测绘的详细参数等比例建立数字模型完成数字虚拟仿真模块的建立，实现搅拌摩擦连续纤维复材增材装置离线运动仿真功能，完成搅拌摩擦连续纤维复材增材数字孪生系统界面的建立，采集装置约束与自由度关系、关键信号，采集运动反馈信号，采集工艺信号，采集成形温度信号，建立参数耦合函数，完成搅拌摩擦连续纤维复材增材数字孪生系统的建立，通过数字孪生系统同步实现构件的虚拟空间运动过程仿真与实物增材、数据采集监控，完成构件的增材成形。本发明可对构件不同区域的成形工艺参数实现精准调控，有利于提升连续纤维增强复杂构件成形质量。

主权项：1.一种搅拌摩擦连续纤维复材的数字孪生增材方法，其特征在于，步骤包括：步骤1：测绘搅拌摩擦连续纤维复材增材装置的实际尺寸与位置参数；步骤2：结合所测绘的详细参数等比例建立搅拌摩擦连续纤维复材增材装置数字模型，包括外形尺寸、外观、颜色、机器人与搅拌摩擦连续纤维复材增材装置运动链、压力检测装置位置模型；步骤3：将所得数字模型导入OpenGL空间，建立模型矩阵，实现搅拌摩擦连续纤维复材增材装置数字孪生还原功能，完成数字虚拟仿真模块的建立；步骤4：将机器人的关节角、扭转角、旋转速度、加速度、连杆长度以及连杆偏移量数据输入平移与旋转函数矩阵，实现机器人连杆姿态、末端执行器绝对坐标位置与运动角速度、直线速度、加速度、运动干涉约束的模型匹配，通过View矩阵到相机空间的转化，实现场景的移动以及视角的调整，通过设置相机的位置来观察模型的不同视角，通过机器程序导入，实现搅拌摩擦连续纤维复材增材装置离线运动仿真功能；步骤5：采用Qt进行界面开发，建立界面功能区域，主要包含运动仿真区、运动参数显示区两部分，将运动仿真区与运动参数显示区通过运动-指令函数关联，实现运动过程仿真，完成搅拌摩擦连续纤维复材增材数字孪生系统界面的建立；步骤6：依托建立的运动参数显示区，设定IO信号显示窗口，实现对成形速度、温度、压力关键参数的在线实时监控与离线反馈显示；步骤7：采用Qt开发程序控制与显示界面，设定IO信号双向输入-输出窗口控制程序，结合信号类型建立控制函数，实现控制程序的指令发送与反馈；步骤8：将运动仿真区IO接口与搅拌摩擦连续纤维复材增材装置采集的信号输入一一对应，实现虚实运动过程统一，完成虚实交互通信模块的建立；步骤9：采集装置约束与自由度关系、关键信号，实现搅拌摩擦连续纤维复材增材装置运动定位与工艺核准，包括：机器人关节运动约束与自由度，搅拌摩擦连续纤维复材增材装置送料运动、搅拌运动、下压运动约束，增材成形温度、压力、速度信号；步骤10：采集运动反馈信号，通过机器人关节运动电机驱动PLC采集机器人关键运动速度、角度以及加速度，通过机器人位姿解算函数获取机器人绝对空间坐标，通过搅拌摩擦连续纤维复材增材装置运动电机驱动PLC采集送料电机、搅拌电机的速度、加速度，获取搅拌摩擦连续纤维复材增材装置的运动信号；步骤11：采集工艺信号，通过搅拌摩擦连续纤维复材增材装置温度传感器采集成形温度信号，通过搅拌摩擦连续纤维复材增材装置压力传感器采集成形压力信号，通过搅拌摩擦连续纤维复材增材装置搅拌电机驱动PLC采集成形转速信号；步骤12：建立参数耦合函数，设定参数预警阈值，建立区间判定函数，包括设定压力参数预警阈值，设定温度参数预警阈值，设定转速参数预警阈值，获取机器人的D-H参数，如下， 建立解耦匹配函数算法，包括运动解耦函数矩阵， 工艺参数解耦函数，Lower＝αF1+βF2+yF3＝Upper其中，upper、Lower分别为综合阈值上下限，α、β、γ分别为成形压力、温度、速度；步骤13：建立服务器通信网络，测试通讯信号的稳定性与响应速度，至此完成搅拌摩擦连续纤维复材增材数字孪生系统的建立；步骤14：将某复合材料构件的模型输入数字孪生系统，完成构件成形的纤维路径规划、工艺参数设定并实现成形过程的虚拟仿真优化；步骤15：在确保数字孪生系统虚拟仿真过程无误后，通过数字孪生系统向搅拌摩擦连续纤维复材增材装置发送工艺程序，同步实现构件的虚拟空间运动过程仿真与实物增材、数据采集监控，完成构件的增材成形。

全文数据：

权利要求：

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