基于遺傳算法的噴涂軌跡規劃方案研究①

胡錦楠 楊澤

摘 ? 要：本文針對釉噴工藝中的噴涂軌跡規劃方案進行研究，在噴涂過程中噴釉厚度必須盡量均勻的要求下設計新的噴槍軌跡。首先運用Delaunay三角剖分算法，生成較多的三角片數量提高剖分平面的精度，進一步將相鄰小平面按法向量相近度拼接為較大平面，在較大平面上進行噴涂。檢驗位于平面交界處噴涂距離的初值，在噴漆厚度誤差小于10%的約束條件下，采用遺傳算法對參數進行優化求解，得到噴涂距離為220mm。

關鍵詞：Delaunay三角剖分算法 ?遺傳算法 ?釉噴工藝

中圖分類號：TP242 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0068-02

1 ?對釉噴面Delaunay三角剖分

利用Delaunay三角剖分算法[1]將曲面進行三角剖分，進而將剖分后的小平面法向量間的角度小于0.382°的小平面拼接起來，且產生的小三角形越多，剖分曲面的結果越精細，結果如圖1所示（相關數據見2017年APMCM亞太大學生數學建模競賽B題）。

2 ?反證法驗證模型

假設初始狀態中h的取值是合理的。對于剖分后的平面交界處會存在如圖2平面交接處情況所示的問題，當噴射路徑的交界處位于大平面的交界處時，此時的厚度存在超過的情況，對這種情況進行分析。

對交點處的厚度值在進行取值，發現當α的大于30.23°時，會發生上述不均勻噴涂的情況，因此，由反證法可知，以往h取值是不合理的。

3 ?噴槍軌跡模型

經研究經驗可得噴槍軌跡模型，剖分后的每個小平面上的軌跡圖[2]如圖3所示。

噴槍噴涂厚度分布函數橢圓雙β分布模型：

根據反證法證明參數h不合理，由計算公式

可知，參數β1，β2也會受到影響，因此橢圓雙β分布模型也會受到影響，導致噴漆厚度z也會受到影響。因此，重新精確確定參數h，并確定其余相關參數，計算噴漆深度z，并判斷噴漆深度是否合理、均勻。易知，參數h與其他參數之間的關系為復雜線性關系、多種組合非線性關系，所以計算噴漆深度z的運算極為復雜。因此，將計算重疊區間釉層厚度滿足為前提條件，結合遺傳算法[3，4]求解。

其中，參數都與參數h有關，通過將上式轉換為最值問題，用遺傳算法進行求解，計算得到h=220mm。相應軌跡h在噴涂交界處上下波動10%為可允許范圍的前提下計算所得。

對于新計算得到的h，在平面噴涂厚度約束下可以計算出d的取值范圍，對于d取值范圍中邊界值進行檢驗，發現當圖1中夾角α大于46.52°時，才會導致厚度超出的情況，而且當α的的取值接近于0°時，不會發生厚度低于0.9zmax的情況，證明了設計剖分平面軌道方法的合理性。

參考文獻

[1] 高莉.改進的Delaunay三角剖分算法研究[D].蘭州交通大學，2015.

[2] 楊曉博.基于曲面CAD模型的噴涂軌跡規劃系統研究[D].石家莊鐵道大學，2011.

[3] 趙德安，陳偉，湯養. 基于遺傳算法的噴涂機器人噴槍路徑規劃[J]. 中國機械工程，2008（7）：777-779，792.

[4] A. A. Sibel， Y. K. Bahar， E. K. Oya. Multimodal hub location and hub network design[J].The International of Management Science， 2012： 927-939.