[发明专利]一种多轴增材制造成型顺序优化方法

权利要求书

1.一种多轴增材制造成型顺序优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、生成初始分割线：基于交互选择获得三角网格模型特征点，利用追踪投影算法生成初始分割线；

步骤B、排序分割子块：基于初始分割线利用区域增长算法将三角网格模型初步分割为多个子块，并依据分割边界信息初步对各子块进行排序；

步骤C、计算子块最优成型方向：对于每一个子块，建立以最少支撑和台阶效应为目标的优化函数，利用多目标优化算法求取每个子块的最优成型方向；

步骤D、优化子块分割边界：根据初始分割线上的凹特征点和子块的最优成型方向建立优化分割平面，将优化分割平面与模型求交，得到新的分割线，并利用区域增长算法获得边界光滑的分割结果；

步骤E、优化分割子块的多轴增材制造成型顺序：以最优化约束为优化目标函数，在满足物理性约束的前提下，利用多目标优化算法求解最优成型顺序。

2.根据权利要求1中所述的一种多轴增材制造成型顺序优化方法，其特征在于，步骤B中所述依据分割边界信息初步对各子块进行排序，具体包括：

步骤B1、通过分割线信息，建立各子块间的拓扑邻接关系；

步骤B2、寻找主子块，邻接子块最多的块即为主子块；

步骤B3、依照用户选择特征点的先后顺序对各分割线进行排序；

步骤B4、依据分割线顺序对除主子块外的其他子块进行初步排序。

3.根据权利要求1中所述的一种多轴增材制造成型顺序优化方法，其特征在于，步骤C中，利用多目标优化算法求取每个子块的最优成型方向，具体为：利用多目标粒子群算法求取每个子块的最优成型方向，采用非支配解排序方法和拥挤距离计算，并且加入精英策略，具体包括：

步骤C1、以台阶效应和最少支撑为两个优化目标函数；其中，n为三角网格模型中的面片数量；S_i为面片F_i的面积；θ_x为模型绕X轴旋转角度，其取值为θ_x∈[-π，π]；θ_z为模型绕Z轴旋转角度，其取值为θ_z∈[-π/2，π/2]；cosθ_i(θ_X，θ_Z)＝d·n′_i，n′_i为面片F_i的单位法矢n_i绕X轴旋转θ_X、绕Z轴旋转θ_Z后的单位法矢，矢量d＝(0，0，1)；其中ε∈[0.1，0.35]；

步骤C2、以二维向量θ(θ_x，θ_z)作为粒子群算法中粒子的位置，随机生成N个粒子作为初始种群；二维向量v(v_x，v_z)为粒子的速度，初始时刻粒子速度取为v_x0＝π/5，v_z0＝π/10；

步骤C3、计算每个粒子对应的SE(θ_X，θ_Z)和SA(θ_X，θ_Z)；确定种群中所有粒子的非支配等级，其方法是：①将每一个粒子的SE(θ_X，θ_Z)和SA(θ_X，θ_Z)值与其他所有粒子对应值进行比较，找出种群中所有非支配解，其非支配等级r设为1；②将确定支配等级的粒子从种群中移除，从剩余粒子中找出新的非支配解，其非支配等级r设为r+1；③重复步骤②，直到所有粒子都有相应非支配等级值；④将所有非支配等级为1的粒子，加入到精英种群集合NP，并进行精英种群的维护；

步骤C4、确定种群中所有粒子的拥挤距离，其方法是：对某一非支配等级下的粒子p，分别按优化目标函数计算其同一级内部的左右相邻个体间的距离，则当前粒子的拥挤距离为所有距离之和，计算式如下：

d_p＝|SE_p+1(θ_X，θ_Z)-SE_p-1(θ_X，θ_Z)|+|SA_p+1(θ_X，θ_Z)-SA_p-1(θ_X，θ_Z)|

在边界点上粒子的拥挤距离默认为无限大；

步骤C5、计算种群中粒子的适应度值，对某一非支配等级下的粒子p，计算方法如下：

式中，r_p和d_p分别代表粒子p的非支配等级以及同一级内部的拥挤距离；据粒子适应度值确定粒子的个体极值并从精英种群NP中选出全局极值θ^gb；

步骤C6、更新各个粒子的位置和速度，形成下一代种群；

步骤C7、判断循环次数是否达到预设定的阈值，满足则结束，否则返回步骤C3继续。