基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统研究
这是一篇关于数字孪生,焊接,质量监控,缺陷识别,质量预测的论文, 主要内容为随着“中国制造2025"的提出,制造业的生产模式正向智能化转型。数字孪生作为智能制造的重要实现途径之一,引起了国内外研究者的广泛关注。而焊接作为制造中常用的一种加工手段,广泛应用于机械制造、航空航天等各个领域,对焊接过程进行质量监控是提高焊接质量的重要手段。针对当前汽车零部件制造中焊接质量实时检测与分析技术存在智能化低、精度差等问题,本文以某车型白车身焊接生产线为研究对象,进行基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统的研究。主要研究内容如下:(1)根据某车型白车身焊接生产线质量监控系统的实际需求,确定了系统的设计需求和设计原则,设计了基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统的功能模块,确定了系统的网络架构和功能架构,完成了基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统的总体设计。(2)构建了包含几何模型、运动模型和物理行为模型的焊接生产线数字孪生体模型。首先,利用UG,3ds Max等实体建模软件和Unity3D仿真平台,构建焊接生产线几何模型;其次,基于运动变换矩阵对两类运动模型进行运动控制,通过实时数据驱动运动模型,利用机器人正运动学进行运动误差检测,实现模型的高精度动态运动仿真;然后,基于加工过程物理规则映射构建物理行为模型对焊接过程中的碰撞检测、焊缝生成等物理过程进行高度仿真;最后利用模型网格优化、遮挡剔除算法、LOD技术和模型批处理等优化处理方法,对虚拟场景进行优化,为焊接过程监控与工艺优化提供技术支撑。(3)提出了一种基于迁移学习的Dense Net(Dense Convolutional Network)焊接缺陷识别模型。通过迁移学习技术对Dense Net网络进行改进,优化初始网络参数,减少训练时间,提高模型准确率。对模型进行训练验证,结果表明本模型能够达到99.8%的测试精度。并设计对照实验,验证了所提算法的有效性与优越性。(4)基于焊接过程影响焊接飞溅的数据特征参数分析结论,以主要特征参数为输入,飞溅次数为输出,建立了基于Hyperband算法的优化BP神经网络预测模型,对焊接飞溅进行预测,实验结果表明飞溅点预测准确率达到88%。并进一步提出了焊接工艺参数自适应调整的控制策略,通过控制焊接电流和时间等参数提高焊接质量,实现了焊接质量的实时检测分析、预测与控制。(5)使用c#、python等开发工具对系统各模块进行开发,并对系统可视化模块、焊接缺陷识别模块和工艺自适应模块进行集成,测试验证焊接质量监控系统的整体性能、模块性能和显示性能,结果表明系统均能保持良好运行状态。
面向中国高速列车的焊接基础数据管理系统
这是一篇关于焊接,基础数据库,服务器/浏览器,数据管理,系统开发的论文, 主要内容为焊接技术在高速列车上的应用越来越普遍,与高速列车安全性及性能提升相关的焊接试验也已经普遍存在,这势必要求焊接结构具有很高的质量和性能,对焊接参数的管理以及焊接过程对焊接工艺的制定就成为至关重要的环节。由于焊接试验相关的试验设备、焊接材料、焊接工艺等大量的数据需要管理,试验产生的疲劳、残余应力等数据量也较大,因此需要引入数据库技术对焊接信息进行管理。利用数据库技术不仅可以获得焊接材料信息和性能数据,还可以提供常用的数据查询和数据对比功能,并且基础数据的积累也可以为材料性能预测和相关的专家系统提供数据依据,在焊接工艺领域会起到越来越重要的作用。本文结合课题项目背景,对材料的牌号基础信息、材料的批次信息、焊接过程中使用的工艺类参数、焊接所使用的设备、焊接疲劳数据、焊接残余应力数据进行系统化管理,形成针对高速列车焊接基础数据库,并实现了对疲劳数据的自动分析,自动生成S-N曲线和lgS-lgN双对数直线。本文从系统的总体目标、功能、性能等方面进行充分的需求分析,系统选用浏览器／服务器(B/S)的体系结构,编程语言使用JAVA实现系统的逻辑功能、利用Spring框架、Struts框架以及Hibernate框架技术进行系统的技术架构设计。系统共设计了登录、数据管理、数据查询、访问控制管理等功能模块,同时利用Excel模板实现对数据的自动化批量导入。基于浏览器／服务器体系结构的系统,可以使用户通过浏览器在系统内完成对焊接材料信息的管理和使用,避免了焊接数据零散的分布在不同计算机上,其他人无法共享的问题。系统在实现时,采用了分层设计思想,分为与用户交互的显示层,即方便用户操作的页面、处理数据操作过程的逻辑层、以及与底层数据库进行数据访问交互的数据交互层,这三个层级既保持功能独立又保持数据交互,便于整个系统的分层维护。考虑到焊接试验数据的保密性和安全性,系统采用了企业级管理系统普遍使用的角色权限配置机制,以控制用户对系统功能和数据的执行和访问。
基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统研究
这是一篇关于数字孪生,焊接,质量监控,缺陷识别,质量预测的论文, 主要内容为随着“中国制造2025"的提出,制造业的生产模式正向智能化转型。数字孪生作为智能制造的重要实现途径之一,引起了国内外研究者的广泛关注。而焊接作为制造中常用的一种加工手段,广泛应用于机械制造、航空航天等各个领域,对焊接过程进行质量监控是提高焊接质量的重要手段。针对当前汽车零部件制造中焊接质量实时检测与分析技术存在智能化低、精度差等问题,本文以某车型白车身焊接生产线为研究对象,进行基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统的研究。主要研究内容如下:(1)根据某车型白车身焊接生产线质量监控系统的实际需求,确定了系统的设计需求和设计原则,设计了基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统的功能模块,确定了系统的网络架构和功能架构,完成了基于数字孪生的汽车零部件焊接质量监控系统的总体设计。(2)构建了包含几何模型、运动模型和物理行为模型的焊接生产线数字孪生体模型。首先,利用UG,3ds Max等实体建模软件和Unity3D仿真平台,构建焊接生产线几何模型;其次,基于运动变换矩阵对两类运动模型进行运动控制,通过实时数据驱动运动模型,利用机器人正运动学进行运动误差检测,实现模型的高精度动态运动仿真;然后,基于加工过程物理规则映射构建物理行为模型对焊接过程中的碰撞检测、焊缝生成等物理过程进行高度仿真;最后利用模型网格优化、遮挡剔除算法、LOD技术和模型批处理等优化处理方法,对虚拟场景进行优化,为焊接过程监控与工艺优化提供技术支撑。(3)提出了一种基于迁移学习的Dense Net(Dense Convolutional Network)焊接缺陷识别模型。通过迁移学习技术对Dense Net网络进行改进,优化初始网络参数,减少训练时间,提高模型准确率。对模型进行训练验证,结果表明本模型能够达到99.8%的测试精度。并设计对照实验,验证了所提算法的有效性与优越性。(4)基于焊接过程影响焊接飞溅的数据特征参数分析结论,以主要特征参数为输入,飞溅次数为输出,建立了基于Hyperband算法的优化BP神经网络预测模型,对焊接飞溅进行预测,实验结果表明飞溅点预测准确率达到88%。并进一步提出了焊接工艺参数自适应调整的控制策略,通过控制焊接电流和时间等参数提高焊接质量,实现了焊接质量的实时检测分析、预测与控制。(5)使用c#、python等开发工具对系统各模块进行开发,并对系统可视化模块、焊接缺陷识别模块和工艺自适应模块进行集成,测试验证焊接质量监控系统的整体性能、模块性能和显示性能,结果表明系统均能保持良好运行状态。
面向中国高速列车的焊接基础数据管理系统
这是一篇关于焊接,基础数据库,服务器/浏览器,数据管理,系统开发的论文, 主要内容为焊接技术在高速列车上的应用越来越普遍,与高速列车安全性及性能提升相关的焊接试验也已经普遍存在,这势必要求焊接结构具有很高的质量和性能,对焊接参数的管理以及焊接过程对焊接工艺的制定就成为至关重要的环节。由于焊接试验相关的试验设备、焊接材料、焊接工艺等大量的数据需要管理,试验产生的疲劳、残余应力等数据量也较大,因此需要引入数据库技术对焊接信息进行管理。利用数据库技术不仅可以获得焊接材料信息和性能数据,还可以提供常用的数据查询和数据对比功能,并且基础数据的积累也可以为材料性能预测和相关的专家系统提供数据依据,在焊接工艺领域会起到越来越重要的作用。本文结合课题项目背景,对材料的牌号基础信息、材料的批次信息、焊接过程中使用的工艺类参数、焊接所使用的设备、焊接疲劳数据、焊接残余应力数据进行系统化管理,形成针对高速列车焊接基础数据库,并实现了对疲劳数据的自动分析,自动生成S-N曲线和lgS-lgN双对数直线。本文从系统的总体目标、功能、性能等方面进行充分的需求分析,系统选用浏览器／服务器(B/S)的体系结构,编程语言使用JAVA实现系统的逻辑功能、利用Spring框架、Struts框架以及Hibernate框架技术进行系统的技术架构设计。系统共设计了登录、数据管理、数据查询、访问控制管理等功能模块,同时利用Excel模板实现对数据的自动化批量导入。基于浏览器／服务器体系结构的系统,可以使用户通过浏览器在系统内完成对焊接材料信息的管理和使用,避免了焊接数据零散的分布在不同计算机上,其他人无法共享的问题。系统在实现时,采用了分层设计思想,分为与用户交互的显示层,即方便用户操作的页面、处理数据操作过程的逻辑层、以及与底层数据库进行数据访问交互的数据交互层,这三个层级既保持功能独立又保持数据交互,便于整个系统的分层维护。考虑到焊接试验数据的保密性和安全性,系统采用了企业级管理系统普遍使用的角色权限配置机制,以控制用户对系统功能和数据的执行和访问。
考虑残余应力的整体式冷胀成形驱动桥壳静力学分析及疲劳寿命研究
这是一篇关于驱动桥壳,焊接,热处理,残余应力,疲劳寿命,热力耦合仿真的论文, 主要内容为汽车驱动桥壳是汽车主要的受力部件,承受的载荷主要是车身加载在板簧座上的交变载荷,地面对车轮的垂向力、切向力和侧向力。整体式冷胀成形桥壳制造流程中的焊接三角板过程较于其他加工工艺,其产生的残余应力较大。在残余应力与外载荷产生的机械应力的耦合作用下,桥壳可能因疲劳寿命不足而出现断裂现象,造成重大经济损失和人员伤亡。故在考虑残余应力的情况下对桥壳进行静力学分析和预估桥壳的疲劳寿命具有十分重要的意义。本文以某公司13吨级重型卡车整体式冷胀成形驱动桥壳为研究对象,为了验证焊接仿真的准确性,需要对桥壳焊接三角板过程进行仿真分析和相应的验证试验。考虑到桥壳的尺寸较大,超过了试验台的测试范围。故用带有三角豁口和圆孔的平板代替桥壳。首先通过SYSWELD对平板焊接三角板的过程进行仿真分析,得到焊接残余应力的分布情况。其次在实际工况条件下对平板进行焊接三角板的试验,通过X射线衍射法测量平板表面标记点的焊接残余应力。对比标记点焊接残余应力以及熔池尺寸的实测值与仿真值,结果显示误差在允许的范围之内,验证了焊接仿真结果的准确性。将驱动桥壳的有限元模型导入SYSWELD中,对桥壳焊接三角板和热处理过程进行热力耦合有限元仿真,得到热处理后桥壳残余应力的分布云图。为了研究残余应力对桥壳机械性能的影响,首先在考虑有无残余应力的情况下,对典型工况下的驱动桥壳进行静力学分析,得到了桥壳各工况的应力和变形云图。结果表明在考虑残余应力情况下,桥壳的满载工况为危险工况。对比桥壳在有无残余应力作用下的应力和变形结果可得:残余应力会增大桥壳的应力和变形。其次在考虑有无残余应力的情况下,通过ANSYS n Code Design Life模拟台架试验工况对驱动桥壳进行疲劳寿命计算,得到两种情况下桥壳的寿命云图,对比可得残余应力会降低桥壳的疲劳寿命。桥壳在考虑残余应力情况下的疲劳寿命为55万次,小于驱动桥垂直弯曲疲劳试验中的规定值。综上可得,残余应力会对桥壳的机械性能产生不利影响,需要对桥壳的制造工艺进行优化。最后研究了热处理工艺参数中的回火温度、保温时间和加热速率对桥壳残余应力的影响,结果表明在一定范围内提高回火温度、加热速率和延长保温时间,可以显著提高消除桥壳焊接残余应力的效果。通过优化热处理工艺参数,结果显示桥壳优化后的残余应力较于优化前下降了61.17%。对优化工艺处理后桥壳的满载工况进行静力学和疲劳寿命分析,结果显示桥壳的强度和刚度符合设计要求,疲劳寿命相较于优化前提高了接近1.1倍,符合设计标准。
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