[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)蟻群算法擬合螺紋中軸線的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010725389.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111967100A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷李華;傅云霞;曹程明;孫佳媛;張波;曾燕華;謝張寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院;中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/27;G06N3/00
• 代理公司: 上海浦東良風(fēng)專利代理有限責(zé)任公司 31113
• 代理人: 龔英

1.一種基于改進(jìn)蟻群算法擬合螺紋中軸線的方法，其特征在于所述擬合螺紋中軸線的方法包括如下步驟：

步驟（1）：點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，由光學(xué)掃描或螺紋測(cè)量?jī)x器獲得螺紋表面點(diǎn)云的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，作為改進(jìn)蟻群算法的輸入樣本；

步驟（2）：建立立體數(shù)學(xué)模型，以螺紋表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)到中軸線的距離方差最小的原則建立立體幾何數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線的原則，確定螺紋內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的兩點(diǎn)共6個(gè)坐標(biāo)值；

步驟（3）：采用投影法確定參數(shù)空間，將采集的螺紋表面點(diǎn)云的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)投影到二維平面上，初步獲得中軸線上兩點(diǎn)坐標(biāo)共六個(gè)參數(shù)的初始區(qū)間，

步驟（4）：建立改進(jìn)蟻群算法框架，所述的改進(jìn)蟻群算法框架包括設(shè)置初始參數(shù)、信息素更新、設(shè)定選擇概率、選定轉(zhuǎn)移方法、貪婪算法處理以及結(jié)束原則六部分，

步驟（5）：通過(guò)擬合程序?qū)⑸鲜霾襟E過(guò)程及獲得的數(shù)據(jù)整合后輸出螺紋中軸線的兩點(diǎn)式，所述擬合程序輸入為螺紋表面點(diǎn)云的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，輸出為螺紋中軸線的兩點(diǎn)式。

2.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的一種基于改進(jìn)蟻群算法擬合螺紋中軸線的方法，其特征在于：所述步驟（2）中立體幾何數(shù)學(xué)模型是在螺紋內(nèi)部區(qū)域內(nèi)找到兩點(diǎn)O₁(x₁,y₁,z₁)、O₂(x₂,y₂,z₂)，當(dāng)螺紋表面點(diǎn)云的三維坐標(biāo)點(diǎn)到O₁、O₂兩點(diǎn)確定的直線距離方差最小時(shí)，O₁、O₂兩坐標(biāo)點(diǎn)確定的直線就是所求的螺紋中軸線L(x_L,y_L,z_L)：

將擬合螺紋中軸線問(wèn)題轉(zhuǎn)換成存在限制條件求兩點(diǎn)坐標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題。

3.根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的一種基于改進(jìn)蟻群算法擬合螺紋中軸線的方法，其特征在于所述步驟（4）中改進(jìn)蟻群算法的框架搭建包括以下步驟：

步驟（4.1）： 設(shè)置初始參數(shù)來(lái)保證改進(jìn)蟻群算法有效運(yùn)行，初始狀態(tài)參數(shù)設(shè)置為300只螞蟻均勻分布，螞蟻每一次在區(qū)間內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)轉(zhuǎn)移，

步驟（4.2）： 信息素更新，改進(jìn)蟻群算法的信息素更新中先前信息素殘留量與目標(biāo)函數(shù)，每一次迭代都會(huì)對(duì)每條路徑的信息素進(jìn)行累加，

步驟（4.3）：設(shè)定選擇概率，根據(jù)每條路徑的信息素積累量來(lái)求每條路徑的轉(zhuǎn)移概率，螞蟻選擇數(shù)x₁編號(hào)為a，參數(shù)y₁編號(hào)為b，參數(shù)z₁編號(hào)為c，參數(shù)x₂編號(hào)為d，參數(shù)y₂編號(hào)e，參數(shù)z₂編號(hào)f時(shí)的概率：

其中，(a,b,c,d,e, f︱X)為參數(shù)數(shù)值點(diǎn)位置編號(hào)為a，b，c，d，e， f時(shí)的目標(biāo)函數(shù)值，?(a,b,c,d,e, f)=1/(a,b,c,d,e, f︱X)，α和β是分別作用于τ和?的調(diào)節(jié)因子對(duì)信息素的調(diào)節(jié)因子α和β分別取0.85和0.6，

步驟（4.4）：選定轉(zhuǎn)移方法，螞蟻轉(zhuǎn)移目標(biāo)由輪盤賭法來(lái)選取，按照項(xiàng)目所占總體比例，隨機(jī)生成一個(gè)0到1的數(shù)，該數(shù)字分布的項(xiàng)目空間就是所選樣本，

步驟（4.5）：貪婪算法處理；對(duì)改進(jìn)蟻群算法的貪婪處理以是否達(dá)到最終迭代數(shù)，在最近20代目標(biāo)函數(shù)偏離值是否小于0.1為標(biāo)準(zhǔn)，將每一代最累積信息素最高的螞蟻與次高的螞蟻進(jìn)行調(diào)換，

步驟（4.6）：結(jié)束原則，當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，且多次迭代后目標(biāo)函數(shù)迭代區(qū)域穩(wěn)定，則算法結(jié)束。