[發(fā)明專利]基于二次退火教與學(xué)算法的空間圓柱度評定方法

在審

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• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107330550A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宸;馮正君;曾又
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北汽車工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/04;G06N3/00
• 代理公司: 十堰博迪專利事務(wù)所42110
• 代理人: 高良軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于零件的數(shù)字化測量領(lǐng)域和計算機應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于二次退火教與學(xué)算法的空間圓柱度評定方法。

背景技術(shù)

在精密制造生產(chǎn)過程中，零件的尺寸精度、形狀精度和位置精度都有著很高的要求。零件幾何誤差評定方法是數(shù)字化測量領(lǐng)域研究的熱點之一。為了保證零件的檢測評定精度，提高零件的幾何質(zhì)量，在零件的評定要素中，空間圓柱度作為一項關(guān)鍵形位要素，其評定結(jié)果的準(zhǔn)確性會在很大程度上影響到零件整體的評定結(jié)果。

空間圓柱度誤差評定的主要算法為最小二乘法，計算幾何等方法。上述方法精度不夠高，無法滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的最小區(qū)域準(zhǔn)則，無法應(yīng)用于精密測量領(lǐng)域，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/1101的規(guī)定，零件誤差計算以最小區(qū)域法為評定方法。其中，最小區(qū)域圓柱度誤差評定方法為不可微的復(fù)雜最優(yōu)化問題。目前主要采用計算幾何方法及智能優(yōu)化算法等。智能優(yōu)化算法通常具有數(shù)學(xué)模型相對簡單，計算速度快且結(jié)果非常精確等特點，此外，算法還可以進一步優(yōu)化；因此，現(xiàn)已常被用于零件幾何誤差評定方法之中。

教與學(xué)算法(TLBO)是2012年被提出的一種新型智能優(yōu)化算法，該算法模擬了班級的“教”與“學(xué)”兩個過程：班級教師通過分享知識來提高班級的平均成績，學(xué)生通過向教師學(xué)習(xí)以及向其他同學(xué)學(xué)習(xí)來提高自己的成績。TLBO算法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到工程設(shè)計，自動控制，函數(shù)優(yōu)化等領(lǐng)域，并取得了很好的效果。

模擬退火算法(SA)是一種模擬物理退火過程提出的一種全局隨機優(yōu)化算法。算法初始溫度較高，隨著進化過程的進行，溫度參數(shù)不斷下降，結(jié)合當(dāng)前溫度參數(shù)和能量值確定接受較差的個體作為新解，進而避免算法陷入局部最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有空間圓柱度評定技術(shù)存在的精度不高，穩(wěn)定性偏差等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于二次退火教與學(xué)算法的空間圓柱度評定方法，從而提高空間圓柱度誤差的評定精度，提高求解效率與穩(wěn)定性。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明提出了一種二次退火教與學(xué)算法的空間圓柱度評定方法,通過空間圓柱度數(shù)學(xué)模型，建立問題的目標(biāo)函數(shù)；通過三坐標(biāo)測量機獲取零件的空間圓柱測量數(shù)據(jù)，采用二次退火教與學(xué)算法對目標(biāo)函數(shù)進行求解，包括信息熵值法初始化種群，學(xué)生分組排序，“教”階段與“學(xué)”階段等步驟，并針對以上教與學(xué)算法過程求解精度不高，易陷入局部最優(yōu)等問題，在“教”與“學(xué)”兩個階段兩次采用退火算法以一定概率選擇較差解來更新最優(yōu)解，增強算法多樣性，從而充分提高計算精度，最后進行求解，并根據(jù)終止準(zhǔn)則求得計算結(jié)果。

有益效果：本方法可充分使用所測數(shù)據(jù)，且沒有所測數(shù)據(jù)預(yù)處理和計算幾何中的坐標(biāo)變換等步驟，在算法設(shè)計方法上較為新穎，求解過程完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)中的最小區(qū)域原理，因此計算結(jié)果精度更高。本發(fā)明有效提高了零件空間圓柱度評定結(jié)果，保證零件的檢測評定精度，提高產(chǎn)品的幾何質(zhì)量。

附圖說明

圖1是空間圓柱度示意圖。

圖2是本發(fā)明中算法的迭代曲線圖。

圖3是本發(fā)明中算法的流程圖。

具體實施方式

為了更加清晰具體的表達(dá)本發(fā)明的設(shè)計方案和優(yōu)點，下述過程將結(jié)合附圖對整個評定的方案流程進行詳細(xì)的描述。

一種基于二次退火教與學(xué)算法的空間圓柱度評定方法，具體步驟如下：

步驟1、圓柱度數(shù)學(xué)模型建模

采用最小區(qū)域計算法求解，即用三坐標(biāo)獲得被測圓柱面信息后，為獲得符合最小條件的圓柱度誤差值，采用逐步逼近的方法，經(jīng)過多次運算得到；

采用最小區(qū)域計算法進行圓柱度數(shù)學(xué)模型建模，圓柱度誤差是指被測輪廓的兩個理想同軸圓柱體之間的最小徑向距離,即包容被測點的兩同軸圓柱面之間的最小半徑差；圓柱度誤差計算的關(guān)鍵是確定理想圓柱面軸心線位置和方向；以測頭的回轉(zhuǎn)中心建立一個空間直角坐標(biāo)系，令Z軸方向與圓柱面回轉(zhuǎn)軸線一致，假設(shè)理想圓柱面軸線為L，其與圓柱面某一端面交點在測量坐標(biāo)系中坐標(biāo)為(a，b，0)，軸線方向數(shù)為(p,q,1),L的位置由a和b兩個參數(shù)決定，L的方向由p和q兩個參數(shù)決定，理想的圓柱面軸線表達(dá)式如式(1)所示：

如果任意一個測點P_i(x_i,y_i,z_i)(其中i＝1，2...k,k為測量點個數(shù))，P_i到某一軸線L距離r_i可以如式(2)所示,其中，i,j,k代表正方向單位向量；