[發明專利]一種考慮尖角燒蝕的板材激光切割工藝參數優化方法

有效

• 申請號: 202110525071.3
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113182709B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 黃彬;朱圣杰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;G06N3/04;G06N3/084
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種考慮尖角燒蝕的板材激光切割工藝參數優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：對不同厚度的板材進行直線切割和尖角切割正交試驗，測量各組試驗對應的工件質量指標，直線切割質量指標為切縫寬度、切面粗糙度、熱影響區寬度和掛渣長度，尖角切割質量指標為尖角燒蝕量，然后根據所測指標計算綜合質量指標；

步驟S2：以板材激光切割工藝參數和工件形狀特征作為輸入數據，以激光切割質量綜合評價指標作為輸出，構建薄板激光切割質量BP神經網絡模型；所述板材激光切割工藝參數包括激光功率、氣體壓力、切割速度、離焦量、占空比和脈沖頻率；所述工件形狀特征包括板厚、尖角角度和尖角圓弧；

步驟S3：將經由步驟S2所訓練的神經網絡模型作為遺傳算法的適應度函數，應用遺傳算法對激光切割質量綜合評價指標值進行優化，得到達到最優激光切割質量綜合評價指標值時，模型所對應的激光切割工藝參數，從而實現對激光切割工藝參數的優化；

所述步驟S1具體包括以下步驟：

步驟S11：對不同厚度的板材進行直線激光切割正交試驗，試驗的因素包括激光功率、切割速度、氣體壓力、占空比、脈沖頻率以及離焦量，設第n次試驗所測得的切縫寬度為w_n，切面粗糙度為r_n、熱影響區為ha_n和掛渣長度為lg_n；

步驟S12：對不同厚度的板材進行尖角切割正交試驗，試驗的因素包括激光功率、切割速度、氣體壓力、尖角角度和尖角圓弧，設第n次試驗測量尖角的尖角燒蝕量為H_n；

步驟S13：計算直線切割綜合質量指標；

步驟S14：計算第n條尖角切割數據的綜合質量指標Sc_n，具體為：

其中，max(H)和min(H)分別為切縫寬度數據中的最大值和最小值；

步驟S15：將直線與尖角的綜合質量評價指標合為神經網絡標簽集D＝[S?Sc]，S表示帶有基尼懲罰項的綜合質量評價指標。

2.根據權利要求1所述的一種考慮尖角燒蝕的板材激光切割工藝參數優化方法，其特征在于：所述步驟S13具體包括以下步驟：

步驟S131：計算第n條切割質量指標數據中的切縫寬度經過MaxMin歸一化后的值wz_n：

其中，max(w)和min(w)分別為切縫寬度數據中的最大值和最小值；

步驟S132：計算第n條切割質量指標數據中的切面粗糙度經過MaxMin歸一化后的值rz_n：

其中max(r)和min(r)分別為切面粗糙度數據中的最大值和最小值；

步驟S133：計算第n條切割質量指標數據中的熱影響寬度經過MaxMin歸一化后的值haz_n：

其中max(ha)和min(ha)分別為切縫寬度數據中的最大值和最小值；

步驟S134：計算第n條切割質量指標數據中的掛渣長度經過MaxMin歸一化后的值lgz_n：

其中，max(lg)和min(lg)分別為掛渣長度數據中的最大值和最小值；

步驟S135：定義基尼指數C為：

其中，當i＝1時，

當i＝2時，

當i＝3時，

當i＝4時，

步驟S136：計算帶有基尼懲罰項的綜合質量評價指標S:

其中，ω₁-ω₄為權重系數，且ω₁+ω₂+ω₃+ω₄＝1；K為切透系數，當板材切不透時K為0，此時指標值為0，當板材可以切透時，K為1，此時指標值大于1.87，指標值越大代表綜合切割質量越好；該指標既能夠對直線切割激光的質量做全局判斷，也能夠對出現指標數值兩級分化現象進行懲罰。