CN115963779A - 数字孪生 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及数字孪生。提供了一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，该工具加工机器是将输入工件物理地加工成输出工件的第一或第二制造过程的一部分。通过坐标测量机测量输出工件的至少一个几何特征。将测量结果与几何特征的标称测量数据一起馈送到制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，可调整过程参数至少模拟该工具加工机器的与其工具的操作相关的确定性行为。随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来执行模拟。根据具有调整建模过程参数的模拟并基于标称几何数据得出可调整过程参数的调整值，该调整值使得工具加工机器的关于其工具的调整操作能够导致特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。
Description
技术领域
本发明涉及自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法和非暂时性计算机程序产品。
背景技术
制造过程(特别是由工具加工机器(tooling machine)提供的制造过程)在现代世界中无处不在。制造过程通常被配置成将输入工件变换成输出工件，例如，制造过程可以包括在金属板中钻孔。由制造过程提供的输出工件可能偏离期望的目标状态，即，制造过程可能未能提供期望的结果，例如由于改变的环境影响会缓慢地影响该制造过程，其中，这种缓慢的改变可能未能被制造中使用的常规控制算法和方法加以补偿。
EP3045992B1公开了一种用于控制对象的生产过程的方法，其中，基于对象的标称特性数据和偏离数据来调整对象的生产模型(诸如CAD模型)。因此，可以在不改变生产设施的参数值的情况下补偿生产误差，即，其中，该设施可以被视为“黑盒子”。该方法具有基于待生产对象的生产模型的缺点。基本上独立于生产模型的误差补偿是不可能的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于改进由制造过程提供的输出工件的方法。
本发明涉及一种用于调整与制造过程相关的参数的全自动方法，即，用于调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的全自动方法，该工具加工机器具有至少一个材料去除工具(例如，铣削工具和/或车削工具)，该工具加工机器是制造过程的一部分。所述方法包括以下步骤：通过坐标测量机对输出工件的至少一个几何特征(位置和/或尺寸)的至少一个坐标进行测量。该几何特征是利用工具进行加工的直接或间接结果，即，测得的位置或尺寸由工具的作业导致或至少受其影响。
将该坐标测量的测量结果(即，测得的坐标数据)与所述特征的标称坐标/几何数据一起放入制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，该确定性数字模拟具有工具加工机器的数字模型(优选是数字孪生(digital twin))和建模过程参数，其中，该建模过程参数是工具加工机器的可调整过程参数。该输入不应被理解为限于显式(explicit)输入，即，测得的坐标数据/值和标称的坐标数据/值将必须被直接馈送到模拟中；更确切地，这也包括输入也可以是测得的坐标与标称坐标/几何数据之间的差的形式，即，测量结果和标称数据以它们之间的差的形式或测得的坐标与标称值的偏离的形式来被隐式地或间接地放入。
利用模拟，可以模拟工具加工机器的与其工具的操作相关的确定性行为。然后，随着建模过程参数中的至少一者的值的变化来执行模拟，模拟的目的是仿真测量结果。换句话说，制造过程的数字表示被用于按照如下方式表示该制造过程，即，通过虚拟地调节过程参数，使得几何特征形式的实际结果以及因此从标称到当前的偏离可以被虚拟地实现或在理论上被“解释”。例如，这通过虚拟地设定机器行为来进行，该机器行为再现如相应地在设定值与测得值之间的差中测得的以几何特征表达或指示的真实情况。因此，测量结果的仿真应在广义上被理解为：测量结果不必由模拟显式地再现(不需要专用的模拟测量结果作为模拟输出)，而是按照以下方式来调整建模过程参数：由此调整的数字模拟符合由测得的结果表达的真实制造过程。真实测量结果用信号通知或表示目标或“目的地”，然而在任何情况下都不必到达该目标或“目的地”，而是在某些情况下，按照提供到该目标的“路径”或者通过如何能够到达作为“目的地”的测得结果的相应仿真来获得知识的这种方式对模拟进行调节就足够了。该模拟可以是迭代过程，其中，只要与特征的几何形状相关的或者由特征的几何形状表达的数字过程输出与实际输出不同，就估计建模参数，由此可以接受一定的公差。
根据具有如此调整的建模过程参数的模拟(显式或隐式地仿真测量结果的经调整模拟)并且基于特征的标称几何数据，得出可调整过程参数的调整值，该调整值使得工具加工机器的关于其工具的调整操作能够导致特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小或最小化。即，考虑测得的特征(相应地是其与标称几何数据的偏离)，根据利用工具加工机器的数字模型模拟制造过程(或其至少一部分)而获得的关于制造过程的知识(相应地是过程参数)然后被用于调整工具加工机器的可调整过程参数中的一个或更多个可调整过程参数，以抵消该测得的偏离，或者工具加工机器根据调整参数按照以下方式进行操作，即，另一输出工件显示出与标称数据的较小偏离甚或完全满足标称数据(当然在一定公差内)。这里再次地，可以迭代地调整所模拟的已调整参数，直到模拟的输出符合标称的期望输出。
本发明还涉及另一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，该工具加工机器具有至少一个材料去除工具、特别是铣削和/或车削工具。根据该第二方面，工具加工机器是用于将第二输入工件物理地加工成第二输出工件的第二制造过程的一部分。所述方法包括以下步骤：通过坐标测量机对第一输出工件的至少一个几何特征进行坐标测量，第一输出工件是第一制造过程的结果，将坐标测量的测量结果和几何特征的标称测量数据输入到第一制造过程和第二制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，该确定性数字模拟具有工具加工机器的数字模型(特别是数字孪生)和建模过程参数，其中，工具加工机器的可调整过程参数至少模拟该工具加工机器的与其工具的操作相关的确定性行为；随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来运行模拟，模拟的目的是仿真测量结果；以及根据具有如此调整的建模过程参数的模拟并基于特征的标称几何数据得出可调整过程参数的调整值，该调整值使得工具加工机器的关于其工具的调整操作能够导致特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。这里再次地，输入和仿真必须在如上所述的广义上加以理解。
在最佳情况下，制造过程(相应地是第一制造过程和第二制造过程)的数字表示(在下文中，当谈到制造过程时，意味着两种情况或方面)与其经建模的工具加工机器一起允许有利地理解为什么发生偏离，以定位误差源。在任何情况下，具有建模过程参数的制造过程的数字表示是选择的根本、是以工具加工机器(相应地是其工具)的调整操作/控制的形式来针对对策进行决策的基础。
工具加工机器的数字模型应被理解为工具加工机器的至少一部分的模型，其被配置成物理地变换输入工件。然而，工具加工机器的不直接涉及输入工件的物理变换的部分可以是包括数字模型的数字表示的部分。可以将数字模型具体实施为提供制造过程的工具加工机器的数字孪生，数字孪生是整个工具加工机器的接近且准确的模型，利用该模型可以准确地模拟工具加工机器的相关行为。数字模型可以包括模型参数，该模型参数可以在模拟中改变。制造过程的数字孪生提供了许多益处，因为它允许在制造过程的物理实现之前模拟被应用于输入工件的制造过程的影响。为了使数字孪生是有用的，它必须与现实非常相似。只有极为相似，才能做出有意义的推论，从而安全有效地转化为现实。
与制造过程相关的参数可以被调整如下：如果几何测量数据与从输出工件目标获得的对应数据不同，则可以对模型参数进行调整，并且使用经调整模型参数的数字模型的后续评估可以提供可以与输出工件目标进行比较的模拟输出工件。例如，通过包括与制造过程相关的参数或者或通过模型参数与和制造过程相关的参数之间的映射，经调整模型参数可以链接至与制造过程相关的参数。可以将经调整模型参数用于调整与制造过程相关的参数，制造过程基于与该制造过程相关的经调整参数进行调整。
可以将坐标测量机具体实施为笛卡尔正交坐标测量机，或者具体实施为使用例如由关节臂坐标测量机提供的圆柱或球形坐标系的坐标测量机。坐标测量机可以包括非线性运动学。可以将坐标测量机可以具体实施为堆叠式转台坐标测量机，或者具体实施为机器人坐标测量机。
几何测量数据可以包括输出工件的形状数据，例如，描述由坐标测量机在输出工件的表面上评估的表面点、或者点之间的长度、或者面积等。几何测量数据还可以包括输出工件的纹理数据，该纹理数据例如与输出工件的表面的粗糙度相关。
由坐标测量机提供的测量结果或数据可以与已经加工的输出工件相关。坐标测量机可以与提供制造过程的工具加工机器分开，或者可以集成到工具加工机器中。如果被集成到工具加工机器中，则可以将坐标测量机用于提供与工件的中间状态相关的测量数据，即，与处于其输入工件状态与在制造过程结束时其最终输出工件状态之间的已加工状态的工件相关的测量数据。
输出工件目标与输出工件之间的几何接近度可以基于几何测量数据以及从输出工件目标得出的对应数据来进行评估，例如，通过使用例如在利用坐标测量机测量的输出工件上的点与输出工件目标上的对应点之间评估的诸如均方误差之类的误差度量。
工具加工机器的与其工具的操作相关的至少确定性行为的模拟包括：基于数字模型可选地模拟该工具的关于至少一个平移自由度或旋转自由度的操作姿态，例如，工具在工件上作业时相对于该工件的位置或取向，并且调整操作涉及对应的物理或真实操作姿态，例如，经调整参数改变操作姿态，由此它可以间接地或直接地链接至操作姿态。在直接链接的情况下，参数例如是工具加工机器的机器零件的旋转位置或平移位置的值，特别地，该参数可以是工具本身的参数。
作为附加或另选选项，可调整过程参数还可以涉及工具加工机器的体积图(volumetric map)，其可以直接或间接地取决于时间，例如，取决于时间戳和/或根据工具的期望/标称操作位置和/或与零件加工程序(part-program)的不同或特定的命令相关。作为进一步的选项，该参数涉及工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度，涉及沿着工具加工机器的个体(individual)轴线的路径，和/或涉及工具加工机器的个体轴线的轨迹，由此，所述位置等中的每一者再次处于某个时间戳处和/或根据工具的期望/标称操作位置和/或与用于控制制造过程的零件加工程序的不同或特定的命令(程序位置，例如代码行)相关。
数字模型可选地包括工具加工机器的加工力和/或动力学行为的建模，由此，可以考虑工件的对加工力或动力学行为起作用或具有影响的特性，诸如工件的可变形性或刚度。作为另一选项，确定性行为涉及工具加工机器的变形，该变形是由于加工力、动力学或环境影响，特别是温度影响。
作为过程的模拟的可选附加结果，考虑到测得的特征(相应地是其偏离)，得出并实现了确定性数字模拟的调整，特别是数字模型的调整。包括数字模型的数字表示可能偏离实际，即，它可能未足够好地描述制造过程。使用测量结果，可以将数字表示(具体为数字模型)调整成更好地符合真实的制造过程。在数字模型接近于制造过程的至少一个过程部分(process part)的物理描述的情况下，并且在例如一些环境因素改变的情况下(该改变的环境因素可以通过测量结果或者通过附加传感器来检测)，可以将数字模型改变成更好地符合改变的环境状况。在数字模型例如最初被配置成在第一温度范围内操作并且所述第一温度范围改变到第二温度范围的情况下，数字模型可能需要进行调整以便最优地描述制造过程的在第二温度范围内操作的过程部分。数字表示度量可以测量数字表示(具体为数字模型)在变化的物理状况下描述制造过程的至少一个过程部分有多准确。
在根据本发明的方法的另一实施方式，所述方法包括以下步骤：利用传感器测量表示工具加工机器、工件和/或环境状况的当前状况的测量值，以及将所测得的值输入到模拟中。因此，在模拟中测量并使用附加的过程数据，该模拟另外包括与该测得的值相关的工具加工机器、工件或环境的相应模型。传感器的示例是转速传感器、发动机中的电流传感器、振动传感器(比如麦克风)、加速度计以及温度传感器。
在根据本发明的方法的另一实施方式，将传感器集成在工具加工机器中或附接至工具加工机器，和/或其中在工具加工机器加工所述至少一个输入工件期间由该传感器获取过程测量数据。传感器可以在加工期间，即，在工件的输入工件状态与其输出工件状态之间的中间状态中获取数据。
在根据本发明的方法的另一实施方式，该过程测量数据与制造过程的过程参数和/或经加工工件的工件参数相关，这些工件参数捕获在该制造过程的加工期间对该经加工工件的改变。
在根据本发明的方法的另一实施方式，经调整参数是物理参数，其中，所述经调整参数的调整可直接链接至制造过程的对应修改。
物理参数可以是可以被直接用于调整制造过程的参数。物理参数的示例可以是钻的钻速，另一示例可以是一个轴线的取向相对于其它轴线的校正。物理参数可以与抽象参数(例如，工具加工机器效率)形成对比。这样的抽象参数通常可能未被直接用于调整制造过程，而是改为通常可能需要制造过程的多个非平凡(nontrivial)修改步骤。
所述调整操作可以通过修改工具加工机器的体积图来启用，即，工具加工机器经由体积图将工具加工机器被配置成要遵循的路径映射到至少一个个体轴线的运动上。体积图可以提供工具加工机器的精确的正向运动学描述。这种精确的正向运动学描述可以允许对工具加工机器的轴线的非理想偏离行为进行补偿，特别是对个体轴线的偏离以及轴线之间的偏离进行补偿。体积图可以允许对运动期间的执行错误进行简单反应。体积图可以允许在不明确修改源代码的情况下执行复杂补偿。
因此，作为计算机数控(CNC)编程语言的G代码指令可以继续保持无更改，并且可以将体积图用在G代码的顶层以补偿工具加工机器的误差。使用体积图可以补偿低频和位置相关且慢的效应，而使用体积图可能更难以补偿动力学效应/力效应，这是因为这种效应通常还取决于制造过程本身。为了补偿动力学效应/力效应，可能需要影响轨迹，即，在补偿期间可能需要包括时间作为额外维度。
除了使用体积图之外，机械工具的路径还可以进行直接校正；这种直接校正可以代替体积图。然而，路径通常可能无法直接访问和修改。改变体积图可以被视为用于校正路径的间接方法。
根据可调整过程参数的调整值的零件加工程序或G代码修改或调整原则上也可以被用于补偿工具加工机器的偏离行为。然而，这样的G代码补偿可能难以实现，这是因为它是基于特征的校正并且限制了补偿机器体积中的各个点处的误差的可能性。可以实现的G代码变化例如是主轴速度、工具选择、工具相对于工件的取向等。
在根据本发明的方法的另一实施方式，将数字表示配置成另外使用1)所述至少一个输入工件的几何模型和/或材料模型，和/或2)表示所述至少一个输入工件相对于工具加工机器的固定装置的模型。
作为另一选项，数字表示除了涉及诸如机加工力、内部热产生、内部产生的振动等内部因素的参数之外，还考虑了影响制造过程的环境因素，这些都优选是工具加工机器的数字模型的一部分或者被集成在数字模型中。术语环境因素可以被理解为是指在提供制造过程的机械工具外部出现的影响该制造过程的影响因素。环境因素的示例是外部温度变化或湿度变化。
在根据本发明的方法的另一实施方式，与制造过程相关的参数的调整另外基于测量过程模型，该测量过程模型数字地表示提供测量结果的测量过程。因此，除了制造过程表示之外，模拟还包括测量过程模型，该测量过程模型数字地表示利用CMM的所述坐标测量。另选地或者另外，测量模型对如上所述的测量传感器的测量进行建模。使用测量过程模型可以至少部分地补偿坐标测量机或传感器的系统误差，因为由坐标测量机提供的测量结果可能更精确，所以改善了总体调整过程。
在根据本发明的方法的另一实施方式，将数字表示具体实施为数字解析模型或者数字数值模型，特别是工具加工机器的零件的有限元模型，或者组合式数字解析-数值模型。数字模型例如基于多项式、机器学习和/或有限元。该模型可以描述各种物理效应，比如工具加工机器的动力学顺应性，例如，作为施加在机器的活动接头上的力和加速度的结果，比如由于机器周围的环境情形以及由于内部浪费的能量而造成的机器的不均匀热膨胀。
在根据本发明的方法的另一实施方式，调整制造过程包括修改被配置成控制工具加工机器的控制程序或零件加工程序，特别是修改控制程序的指令集，经修改的指令集特别是G代码参数。由于G代码的复杂性，因此，通常只修改个体参数。
在根据本发明的方法的另一实施方式，调整制造过程包括：修改体积图，并且通过将工具加工机器被配置成要遵循的路径映射到经由该体积图的至少一个个体轴线的运动上来调整制造过程。
本发明还涉及一种用于如在根据本发明的方法中那样调整与制造过程相关的参数的计算机程序产品。
附图说明
下面，借助于附图中示意性地例示的具体示例性实施方式，仅通过示例的方式更详细地描述本发明的方法，还检查了本发明的其它优点。附图中利用相同的附图标记来标注相同的要素。
详细地：
图1示出了根据本发明的用于改进制造过程的方法的示意性描绘图；
图2示出了根据本发明的用于改进制造过程的方法的另一示意性描绘图；以及
图3是根据本发明的方法的另一示例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于改进制造过程2的方法的示意性描绘图。将输入工件1提供给制造过程2，该制造过程将输入工件1变换成输出工件3。将制造过程2配置成生产输出工件3，该输出工件理想地尽可能接近输出工件目标6，术语尽可能接近是指几何意义上的接近度，例如，是指形状或纹理。然而，实际上，实际生产的输出工件3大部分或通常不同于理想的输出工件目标6。将根据本发明的方法配置成使用制造过程2的数字表示(优选是数字孪生)来逐渐改进制造过程2，以减小该差。
通过制造过程2将第一输入工件1变换成第一输出工件3。在测量过程4中测量第一输出工件3，测量过程4提供例如与第一输出工件3的形状或纹理相关的几何测量数据。测量过程4使用坐标测量机，该坐标测量机可以与提供制造过程2的制造工具物理分离，或者该坐标测量机可以被集成到提供制造过程的制造工具中。
所提供的几何测量数据随后被用于在变换成第二输出工件3之前调整5制造过程。调整5是基于输出工件目标6与由测量过程4提供的针对第一输出工件3评估的几何测量数据的比较的。
根据本发明的制造过程和/或第二输入工件1的调整5可以工作如下：给出了制造过程的至少一个过程部分的数字模型(例如，数字孪生)，以及可选地期望的几何输出模型、包括材料数据连同G代码指令以及第二输入工件1的机器位置的输入几何模型，所述数字模型和几何模型包括模型参数。可以至少基于数字模型和几何模型来模拟从第二输入工件到第二输出工件的变换的至少一部分，该模拟表示制造过程的至少一个过程部分的物理效应并且提供第二输出工件的至少一个模拟部分。
通过调整第二输入工件的数字模型和/或几何模型的模型参数并且使用经调整的模型参数来执行模拟，可以标识一组模型参数，该组模型参数提供在几何上比所制造的第一输出工件更接近输出工件目标的经模拟的第二输出工件。使用经调整的模型参数，制造过程2和/或第二输入工件1按照它们符合该经调整的参数的这种方式来进行调整，并且制造第二输出工件3。制造过程2和/或第二输入工件1的调整可以通过使用经调整的模型参数调整与制造过程2相关的参数来进行。与制造过程2相关的参数也可以是模型参数的一部分。
制造过程的调整还可以基于已经制造的n个输出工件，n表示大于1的自然数，并且使用从测量n个输出工件获得的几何测量数据来调节第n+1个输入工件和/或制造过程，以便改进第n+1个输出工件的制造。可以基于从n个输出工件获得的统计信息来进行与制造过程相关的参数以及间接地是制造过程本身的调整。
第二输入工件的数字模型和/或几何模型可以包括能够直接链接至制造过程2的物理参数的模型参数。如果调整与制造过程相关的这些物理参数，则直接影响制造过程2。因此，物理参数不同于在现实世界中没有明确或不同的物理对应物的纯抽象参数。抽象参数可以是无法被直接映射到影响制造过程2的变化的参数。抽象参数的示例是过程效率，而物理参数的示例是钻速。在数字模型和/或几何模型包括与制造过程相关的参数并且这些参数是物理参数的情况下，在模拟中确定的所述物理参数的变化可以直接转变成基础物理制造过程和/或第二输入工件的变化。
图2示出了根据本发明的用于改进制造过程的方法的另一示意性描绘图。给出了制造过程2的至少一个过程部分的数字模型5，该数字模型5能够准确地对制造过程2的物理过程部分(例如，钻孔步骤)建模。信息可以从物理制造过程2流到数字模型5(特别是以便于相对于实际过程建立和对准数字模型5)，以及从数字模型5流到物理制造过程2(特别是用于基于数字模型5的调整来调整物理制造过程2)。
数字模型5的调整是基于从在制造过程2的输出工件上执行的测量过程4获得的测量结果来进行的，由此，将坐标测量的结果与标称坐标数据一起或相对于标称坐标数据(例如以偏离的形式)用作数字模型5的输入。如果输出工件不同于期望的和模拟的目标工件，则调整制造过程2和/或制造过程中的输入工件，其中，调整是基于调整数字模型5的模型参数的。调整和/或前述方法步骤由此可以如在参照图1给出的示例中所描述的原理那样来实现。
图3示出了根据本发明的方法的另一示意性描绘图。存在制造过程或至少其顺序的数字表示8，其例如被存储在与工具加工机器和CMM通信的CPU上。数字表示8至少包括工具加工机器的数字模型、CMM的测量数据的自主和自动解释以及制造与测量之间的数据解释和交换。
通过在制造过程中使用的工具加工机器来制造或形成输入工件，从而产生具有期望几何形状的输出工件。将描述期望值的数据6存储并可用于模拟8，由此可以获得附加数据，例如描述工件的材料特性的数据。工具加工机器包括致动器，优选地包括传感器。这种传感器例如可以测量工件或工具尖端的位置、工具加工机器的零件的速度(特别是转数)、或工具加工机器(相应为其节段)的取向。数字表示8模拟制造过程。其中，根据对实际制造过程2中使用的控制参数进行建模的输入控制参数7来使用和控制工具加工机器的数字孪生。
(实际的或物理的)制造过程2产生输出工件，该输出工件被计量地测量，使得几何测量数据11可用。可以根据工件的数字模型来执行测量。
在测量之后，考虑标称数据6，将测量数据11与数字表示8的输出参数9进行比较。当以“新的”数字表示8开始时，期望它不精确地模拟真实的制造过程2或工具加工机器的行为。例如，可以使用与工具加工机器、工件或制造环境或其它状况的实际参数10不同的输入参数7，这导致实际结果与期望结果之间的偏离。
现在按照以下方式通过虚拟过程参数7的变化来优化数字表示8：该数字表示的输出匹配真实对象的测量数据11。由此，目标是定位偏离的原因，即，找出为什么初始过程参数不适合或不符合实际。
为了优化，可以使用工具加工机器的传感器或致动器的数据以及测量机器的数据和模型数据、历史数据等。使用例如用于参数优化和/或误差源评估的神经网络、机器学习或AI来分析数据。进行或重复优化直到偏离低于某一阈值。最后，存在经优化的数字表示8，其包括关于开始时的实际制造过程2的增强的或附加的信息。
然后，将关于过程2和对应输入参数7的这种改进的知识用于按照如下方式调整可调整输入参数7，即，可以通过具有改进的模型过程参数7的增强数字表示8来实现标称数据6。这通过迭代过程来完成，在该迭代过程中，对表示与结果(所考虑的工件的特征或几何形状)相关的可控参数7的输入参数7进行估计，直到该结果符合标称数据6。即，首先基于测量信息增强数字表示8(或者更特别地，增强工具加工机器的数字模型或所使用的过程参数)，从而提供对实际制造过程2的了解，以更好地模拟或表示该过程2，以及其次，这样增强的数字表示8(其现在最优地再现实际制造过程，如其在实际中(现在)或是工具加工机器的实际状况一样)被用于找到工具加工机器的工作参数10，该工作参数将导致经加工的工件显示出与标称几何形状没有偏离或至少较小的偏离。在后一种情况下，可以重复方法100。特别地，该方法可以是制造过程2的连续支持或恒定部分，从而提供制造过程2的原位监测和优化。
数字表示2可以包括：工具加工机器的诸如数字孪生之类的过程模型、涉及加工步骤的过程模型、使用数字孪生来估计更好地符合输入参数的调整模型、具有几何形状、材料和/或制造固定(manufacturing fixation)的信息(例如，根据如G代码中显示的工件的信息的工件有关数据)的工件的模型。由此，要注意，优化基本上与工件无关或者不专注于工件上，而是利用对在制造过程的数字表示2中复制的该制造过程的了解，来校正加工本身/加工机械(特别是工具加工机器)的确定性效应和物理效应。
数字孪生2可以是分析模型，例如描述在某些简化几何形状的连续力学中因物理力、温度、动力学(加速度)或负载而造成的工具加工机器的变形。它可以是数值模型，例如是具有某些常数和变化的输入参数(例如，温度)的行为(变形)的多项式描述；基于机器学习的模型(基于经典回归或神经网络、深度学习)或离散的几何描述，其中，将主体分成有限的小的子主体，由此，在各个子主体上估计因物理负载而造成的任何影响，并且最后，所有子主体影响的叠加描述系统影响。它例如也可以是分析子模型和数值子模型两者。
尽管上面例示了本发明，但是部分参照一些优选实施方式，必须理解，可以作出这些实施方式的许多修改例和不同特征的组合。这些修改例全部落入所附权利要求的范围内。
Claims (30)
1.一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，所述工具加工机器具有至少一个材料去除工具、特别是铣削工具和/或车削工具，所述工具加工机器是用于将输入工件物理地加工成输出工件的制造过程的一部分，所述方法包括以下步骤：
通过坐标测量机对输出工件的至少一个几何特征进行坐标测量，所述几何特征是利用所述工具进行所述加工的直接结果或间接结果；
将所述坐标测量的测量结果和所述几何特征的标称测量数据输入到所述制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，所述确定性数字模拟具有所述工具加工机器的数字模型、特别是数字孪生以及建模过程参数，其中，所述工具加工机器的所述可调整过程参数至少模拟所述工具加工机器的与该工具加工机器的工具的操作有关的确定性行为；
随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来运行所述模拟，所述模拟的目的是仿真所述测量结果；
根据具有如此调整的建模过程参数的模拟并基于所述特征的标称几何数据得出所述可调整过程参数的调整值，所述调整值使得所述工具加工机器的关于该工具加工机器的工具的调整操作能够导致所述特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，至少模拟所述工具加工机器的与该工具加工机器的工具的操作有关的确定性行为的步骤包括：基于所述数字模型来模拟所述工具的涉及至少一个平移自由度或旋转自由度的操作姿态，并且其中，所述调整操作涉及对应的真实操作姿态。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述可调整过程参数被直接链接至操作姿态。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述可调整过程参数：
是所述工具的参数；和/或
涉及所述工具加工机器的体积图，特别是其中，所述体积图直接或间接取决于时间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述可调整过程参数：
涉及所述工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度；
涉及沿着所述工具加工机器的个体轴线的路径；和/或
涉及所述工具加工机器的所述个体轴线的轨迹；
所述工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度、沿着所述工具加工机器的个体轴线的路径、所述工具加工机器的所述个体轴线的轨迹中的每一者处于特定时间戳处和/或根据期望操作位置和/或与零件加工程序的不同命令相关。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述数字模型包括所述工具加工机器的加工力和/或动力学行为的建模。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述确定性行为涉及所述工具加工机器的变形。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述数字模型被实现为特别是基于多项式、机器学习和/或有限元的数字分析模型和/或数字数值模型。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述方法包括以下步骤：利用传感器测量所述工具加工机器、工件和/或环境状况的测量值，以及将所测得的值输入到所述模拟中，其中，所述数字模型包括与所述测量值相关的建模。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，所述测量的步骤是在所述工具加工机器对所述输入工件进行加工期间执行的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述模拟包括测量过程模型，所述测量过程模型数字地表示所述坐标测量和/或根据权利要求9所述的测量传感器的测量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，根据所述模拟得出并实现所述确定性数字模拟的调整、特别是所述数字模型的调整。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述调整操作是根据所述可调整过程参数的所述调整值，通过修改被配置成控制所述工具加工机器的零件加工程序、特别是修改g代码来启用的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述调整操作是通过修改所述工具加工机器的体积图来启用的，所述工具加工机器经由所述体积图将所述工具加工机器被配置成要遵循的路径映射到至少一个个体轴线的运动上。
15.一种非暂时性计算机程序产品，所述非暂时性计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码被存储在机器可读介质上并具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使计算机执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
16.一种自动调整工具加工机器的至少一个可调整过程参数的方法，所述工具加工机器具有至少一个材料去除工具、特别是铣削和/或车削工具，所述工具加工机器是用于将第二输入工件物理地加工成第二输出工件的第二制造过程的一部分，所述方法包括以下步骤：
通过坐标测量机对第一输出工件的至少一个几何特征进行坐标测量，所述第一输出工件是第一制造过程的结果；
将所述坐标测量的测量结果和所述几何特征的标称测量数据输入到所述第一制造过程和所述第二制造过程的至少一部分的确定性数字模拟中，所述确定性数字模拟具有所述工具加工机器的数字模型、特别是数字孪生以及建模过程参数，其中，所述工具加工机器的所述可调整过程参数至少模拟所述工具加工机器的与该工具加工机器的工具的操作有关的确定性行为；
随着所述建模过程参数中的至少一者的变化来运行所述模拟，所述模拟的目的是仿真所述测量结果；
根据具有如此调整的建模过程参数的模拟并基于所述特征的标称几何数据得出所述可调整过程参数的调整值，所述调整值使得所述工具加工机器的关于该工具加工机器的工具的调整操作能够导致所述特征的真实几何数据与标称几何数据之间的差减小。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中，至少模拟所述工具加工机器的与该工具加工机器的工具的操作有关的确定性行为的步骤包括：基于所述数字模型来模拟所述工具的涉及至少一个平移自由度或旋转自由度的操作姿态，并且其中，所述调整操作涉及对应的真实操作姿态。
18.根据权利要求17所述的方法，
其中，所述可调整过程参数被直接链接至操作姿态。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，
其中，所述可调整过程参数：
是所述工具的参数；和/或
涉及所述工具加工机器的体积图，特别是其中，所述体积图直接或间接取决于时间。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，
其中，所述可调整过程参数：
涉及所述工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度；
涉及沿着所述工具加工机器的个体轴线的路径；和/或
涉及所述工具加工机器的所述个体轴线的轨迹；
所述工具加工机器的位置、旋转速度、行进速度和/或加速度、沿着所述工具加工机器的个体轴线的路径、所述工具加工机器的所述个体轴线的轨迹中的每一者处于特定时间戳处和/或根据期望操作位置和/或与零件加工程序的不同的命令相关。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，
其中，所述数字模型包括所述工具加工机器的加工力和/或动力学行为的建模。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，
其中，所述确定性行为涉及所述工具加工机器的变形。
23.根据权利要求16至22中任一项所述的方法，
其中，所述数字模型被实现为特别是基于多项式、机器学习和/或有限元的数字分析模型和/或数字数值模型。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的方法，
其中，所述方法包括以下步骤：利用传感器测量所述工具加工机器、工件和/或环境状况的测量值，以及将所测得的值输入到所述模拟中，其中，所述数字模型包括与所述测量值相关的建模。
25.根据权利要求24所述的方法，
其中，所述测量的步骤是在所述工具加工机器对所述输入工件进行加工期间执行的。
26.根据权利要求16至25中任一项所述的方法，
其中，所述模拟包括测量过程模型，所述测量过程模型数字地表示所述坐标测量和/或根据权利要求24所述的测量传感器的测量。
27.根据权利要求16至26中任一项所述的方法，
其中，根据所述模拟得出并实现所述确定性数字模拟的调整、特别是所述数字模型的调整。
28.根据权利要求16至27中任一项所述的方法，
其中，所述调整操作是根据所述可调整过程参数的所述调整值，通过修改被配置成控制所述工具加工机器的零件加工程序、特别是修改g代码来启用的。
29.根据权利要求16至28中任一项所述的方法，
其中，所述调整操作是通过修改所述工具加工机器的体积图来启用的，所述工具加工机器经由所述体积图将所述工具加工机器被配置成要遵循的路径映射到至少一个个体轴线的运动上。
30.一种非暂时性计算机程序产品，所述非暂时性计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码被存储在机器可读介质上并具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使计算机执行根据权利要求16至29中任一项所述的方法。
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