[發(fā)明專利]一種鋼線刀刀身激光熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810180680.8
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108330255A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊森;趙偉;馮文;張道;周逸波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/22;C21D11/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開了一種鋼線刀刀身激光熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法，本發(fā)明首先利用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對多元非線性映射關(guān)系出色的擬合能力，從試驗數(shù)據(jù)中挖掘?qū)W習(xí)，并最終建立激光熱處理工藝參數(shù)激光功率、掃描速度和離焦量與相應(yīng)的顯微硬度的映射關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)建立起鋼線刀刀身激光熱處理工藝參數(shù)的預(yù)測方法。隨后采用遺傳算法對人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)預(yù)測數(shù)據(jù)進行運算，得到最優(yōu)激光熱處理工藝參數(shù)，達到優(yōu)化目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種高強度鋼線刀刀身激光熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

鋼線刀是由鋼制成，頂端有刃的排制模切版的片狀材料，是一種印刷包裝行業(yè)的專用成型模切刀具。鋼線刀可以用來切割各式各樣的材料，其傳統(tǒng)上主要應(yīng)用在印刷業(yè)和包裝業(yè)。

激光熱處理是表面強化技術(shù)之一，它以激光作為熱源，對被掃描工件表面進行加熱，使表面溫度迅速升至奧氏體化溫度區(qū)間，隨后通過基體的迅速冷卻使表面發(fā)生相變，從而實現(xiàn)熱處理強化。

將激光熱處理應(yīng)用于高強度鋼線刀的制備，可以大幅度提高生產(chǎn)率，減少環(huán)境污染，降低能耗。但由于激光工藝參數(shù)對被加工件的影響是一種多變量的非線性系統(tǒng)，準確建立一種解析形式的加工過程模型十分困難。人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的提出為研究這種非線性系統(tǒng)尋優(yōu)提供了一種有力的工具。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network，ANN)是人工智能技術(shù)的一種，它是由大量的神經(jīng)元相互聯(lián)接而成的自適應(yīng)非線性動態(tài)系統(tǒng)，是一種模仿大腦處理問題的數(shù)學(xué)模型。與其他傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力、聯(lián)想記憶能力、高度容錯并行處理能力等特點。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類似于一個黑匣子，在處理數(shù)據(jù)信息時不需要預(yù)先給出具體數(shù)學(xué)公式或模型，僅利用獲得的實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)反復(fù)循環(huán)迭代處理，就能獲得數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，因此人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)常被用于處理材料科學(xué)領(lǐng)域中沒有具體數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗公式的復(fù)雜問題。

遺傳算法(Genetic Algorithm)是一種通過模擬自然進化過程搜索最優(yōu)解的方法，根據(jù)達爾文進化論“物競天擇，適者生存”來進行模擬計算^[59]。遺傳算法是從要解決問題的一個可能的解集出發(fā)，將該解集中的一定數(shù)量的個體經(jīng)過基因編碼。這樣每個個體就成了染色體帶有特征的實體，每個個體的外部表現(xiàn)由染色體中某一控制這一特征的基因組合決定的。因此，在進行遺傳算法運算前，要進行表現(xiàn)型到基因型的編碼工作，又因為仿照基因編碼的工作極其復(fù)雜，故進行二進制編碼，初代種群產(chǎn)生后，按照適者生存、優(yōu)勝劣汰的原則，逐代演化出越來越好的近似解，在每一代中，根據(jù)個體對具體問題的適應(yīng)度，進行篩選，并通過遺傳學(xué)中的遺傳算子進行交叉組合和變異產(chǎn)生出代表新的解集的種群，這樣經(jīng)過多代遺傳運算，末代種群中的最優(yōu)個體可被認為要解決問題的最優(yōu)解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種激光熱處理制備高強度鋼線刀的工藝參數(shù)優(yōu)化方法，以更少的試驗次數(shù)尋找更優(yōu)異的鋼線刀激光熱處理工藝參數(shù)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案如下：一種基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的鋼線刀刀身激光熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化方法，具體步驟如下：

1.通過試驗獲得激光工藝參數(shù)(激光功率、掃描速度和離焦量)對應(yīng)下的鋼線刀刀身顯微硬度，試驗選用激光工藝參數(shù)范圍如下：激光功率600-1000W，掃描速度30-50mm/s，離焦量70-90mm。

2.將激光功率、掃描速度、離焦量作為人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入單元，鋼線刀刀身顯微硬度作為輸出單元，建立三層BPNN結(jié)構(gòu)；

3.采用matlab對建立的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，將人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)擬合獲得的刀身顯微硬度與試驗測得結(jié)果進行對比，通過計算均方誤差(MSE)對適應(yīng)度進行檢查，當均方誤差(MSE)小于10^-4時符合適應(yīng)度要求；

4.當適應(yīng)度達不到要求時，重復(fù)步驟2、3，直至獲得符合精度要求的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)；