[發明專利]改進的基于分解的多目標粒子群規劃螺旋線拋光軌跡方法

有效

• 申請號: 201911277661.8
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111079889B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 王宏一;蔡煒炯;蔡鴻偉;黃康;郭相坤;田農;劉海忠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G06N7/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種改進的基于分解的多目標粒子群規劃螺旋線拋光軌跡方法，屬于規劃螺旋線拋光軌跡的方法。構建在任意一道螺旋線的參考點處球形工具頭的材料去除廓形的數學模型，構建優化目標函數，提出一種改進的基于分解的多目標粒子群優化算法，在所述算法的迭代過程中不斷更新帕累托最優解集，在算法達到終止條件時輸出帕累托最優解集及其所對應的目標函數值。本發明提出利用多目標粒子群算法來對均勻拋光時的螺旋線拋光軌跡進行優化，有利于抑制利用傳統螺旋線軌跡進行拋光時容易產生的中頻誤差，可以得到帕累托最優解集及其對應的目標函數值，對光學曲面的拋光加工有經濟性參考價值。

技術領域

本發明涉及一種規劃螺旋線拋光軌跡的方法，特別涉及一種改進的基于分解的多目標粒子群規劃螺旋線拋光軌跡方法。

背景技術

拋光過程占據了光學曲面加工過程中的大部分加工時間而且對產品的最終質量有極大影響。在計算機控制小磨頭(CCOS)加工過程中,拋光磨頭沿著規劃好的拋光軌跡移動,從而進行光學元件表面材料的拋光去除,其規劃軌跡的優劣直接影響著光學元件的拋光精度與生產效率，是拋光工藝研究的熱門領域。

拋光軌跡中的螺旋線軌跡具有軌跡運動連續、無需換向、變化平穩等特點,對回轉非球面具有良好的適應性，被廣泛應用于回轉非球面的拋光加工。

但是傳統的螺旋線軌跡也有其缺點，例如拋光軌跡的規劃過于規則，容易導致曲面加工不均勻以及周期性的中頻誤差，后者在高精密光學曲面的質量評價中越來越被重視，是導致小角度色散的主要原因，另外，在曲面邊緣，拋光磨頭與工件的接觸面積可能由于過小而導致曲面塌邊的問題。

傳統螺旋線軌跡的規劃和優化經常只關注某一方面，例如減小螺旋線軌跡的間距可以降低中頻誤差提高拋光覆蓋率從而提升拋光質量，但是隨著軌跡間隙的減小，為了覆蓋相同大小的拋光面積，螺旋線的段數會隨之增加導致加工時間增長，會降低加工效率，如果能夠綜合考慮加工質量與加工效率，在不同的加工條件選擇合適的螺旋線間隙將對加工過程的經濟性選擇產生有益影響。

均勻拋光時，螺旋線的軌跡規劃問題可以視為多目標(加工質量與加工效率)優化問題，一般情況下，多目標問題的子目標之間是互相矛盾的，一個子目標的優化可能引起另一個子目標的性能降低，使多個子目標一起達到最優的情況幾乎不可能存在，只能對多目標進行折中處理使其盡可能達到最優情況，這種情況下能得出的解的數目是巨大的，窮舉是耗時耗力的做法，智能搜索方法可以有效降低計算量，減少計算時間并得到近似最優解甚至最優解，但傳統方法在解決多目標問題時大都采用的是加權和方法將多目標問題轉換為單目標問題，這其中每個子目標的權重參數將對結果起到非常重要的影響，不過對于權重參數的設置并沒有公認有效的方法，導致人為因素對智能算法優化結果產生不可避免的影響。

基于分解的多目標粒子群優化方法，是將基于分解的多目標進化算法(MOEA/D)與粒子群算法(PSO)結合在一起，賦予粒子群中的每個粒子不同的對應多目標的權重向量，將全體粒子的多目標優化問題轉化為各個粒子在其鄰域中的單目標優化問題，這樣可以減少人為因素對優化結果的影響，提升優化解的多樣性。

沿著螺旋線拋光的加工質量(加工效率)問題是一個在可行域內的多峰問題，各條軌跡間的間隔變化都會對總體的質量(效率)評價產生影響，單純的基于分解的多目標粒子群算法容易導致每個粒子在尋優時受到算法初步計算得到的部分超級粒子的影響，從而過早陷入局部處的尋優，難以逼近或得到全局最優解，因此在算法早期，粒子選擇鄰域最優解的時候，引入輪盤賭選擇算法，即適應度較高的粒子有更大的概率被選中，這樣就使得除了超級粒子以外的其他粒子也有引導粒子搜索方向的機會，能夠有效抑制多目標粒子群算法的過度早熟。

發明內容

本發明提供一種改進的基于分解的多目標粒子群規劃螺旋線拋光軌跡方法，利用輪盤賭選擇算法改進的基于分解的多目標粒子群優化算法，從而能夠更好地進行螺旋線拋光軌跡的規劃。

本發明采取的技術方案是，包括下列步驟：