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Tool wear state monitoring for smart machining: A deep learning method with embedded physical knowledge

  • 03.03.2026

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Abstract

Dieser Artikel stellt ein mehrstufiges Deep Learning Framework mit eingebettetem physikalischem Wissen (DLPK) zur Überwachung des Werkzeugverschleißzustandes in intelligenten Bearbeitungssystemen vor. Das Rahmenwerk kombiniert eine physikalisch gesteuerte Verlustfunktion mit periodischen und segmentierten Aufmerksamkeitsmechanismen innerhalb einer bidirektionalen LSTM-Architektur (Bi-LSTM), um die zeitlichen und periodischen Eigenschaften von Schnittkraftsignalen zu erfassen. Das Modell nutzt zudem eine physikbasierte Strategie zur Datenvermehrung, um vielfältige, physikalisch konsistente Proben zu generieren, wodurch die Verallgemeinerung über unterschiedliche Bedingungen hinweg gefördert wird. Monotonizitätsbeschränkungen werden eingeführt, um sicherzustellen, dass der vorhergesagte Verschleißverlauf einem physikalisch realistischen, nicht abnehmenden Trend folgt. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das DLPK-Modell herkömmliche datengestützte und physikbasierte Methoden übertrifft und signifikante Verbesserungen bei der Vorhersagegenauigkeit und Robustheit erzielt. Die Effektivität des Modells wird sowohl anhand von maßgeschneiderten Fräsdatensätzen als auch anhand des PHM 2010-Benchmarks validiert, was sein Potenzial für reale Anwendungen in der intelligenten Fertigung aufzeigt. Der Artikel schließt mit der Diskussion der Grenzen des Modells und zukünftiger Forschungsrichtungen, einschließlich der Einbeziehung multiphysikalischer Sensoren und umfassenderer physikalischer Modellierungsansätze.

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Titel
Tool wear state monitoring for smart machining: A deep learning method with embedded physical knowledge
Verfasst von
Shuo Wang
Geok Soon Hong
Kunpeng Zhu
Publikationsdatum
03.03.2026
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Intelligent Manufacturing
Print ISSN: 0956-5515
Elektronische ISSN: 1572-8145
DOI
https://doi.org/10.1007/s10845-026-02825-3
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