基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法与流程

本发明基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法属于机械维修和软件算法技术领域。

背景技术：

激光切割的原理是：从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。

为了防止高能激光束损伤除待切割工件外的其它部件，在激光束的末端安置有阻挡高能激光束继续传播的防护钢板。激光束在运动的时候，会在起点和终点有短暂的停留，这就会造成激光束在防护钢板上进行能量累加，使防护钢板产生伤点。

为了保持防护钢板的防护功能，应该将包含有伤点的区域去除。但是，传统方法是将防护钢板进行整体更换，由于防护钢板材料价格昂贵，而这种方法很浪费防护钢板材料，因此提高了激光切割机器的维护成本。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明公开了一种基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法，该方法通过确定伤点坐标，将伤点按照串联路径最短的原则连线，形成包含所有伤点的区域，依此路径或区域，即可将防护钢板中只包含伤点的部分切割并替换，节省了防护钢板材料，降低了激光切割机器的维护成本。

本发明的目的是这样实现的：

基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法，包括以下步骤：

步骤a、建立伤点坐标；

步骤b、基于步骤a得到的伤点坐标，计算任意两个伤点之间的距离，构建距离矩阵；

步骤c、初始化学生学习参数；包括：

学生数量m；

知识惯性因子α；

知识启发因子β；

知识记忆因子ρ；

知识矩阵τ，所述知识矩阵共有n×n个元素，n为伤点数量；

学期数初值ns＝1；

学期数终值ne；

步骤d、以伤点作为知识点，按照步骤c初始化的学生学习参数，进行知识点学习；具体为：以学期数终值作为迭代终止条件，从学期数初值开始迭代，在迭代过程中的当前学期，第k个学生结束第i个知识点后，学习第j个知识点的概率为：

知识矩阵更新的规律为：

上式为赋值语句，等式左边的τ(i,j)为下一学期知识矩阵τ中第i行第j列元素，等式右边的τ(i,j)为当前学期知识矩阵τ中第i行第j列元素，δτ^k(i,j)为第k个学生由第i个知识点向第j个知识点学习后的知识积累；

其中，lk为第k个学生学习知识点的总和；

每个学期都要学习完所有知识点，在学业期满后，得到知识点的学习顺序，按照学习顺序，规划处切割路径；

步骤e、计算所有伤点距离保护钢板四条边界的距离，距离最短的路径作为切入路径；

步骤f、激光束从切入路径进入，在到达切入路径与切割路径的交点后，按照切割路径进行切割；

步骤g、将按照切割路径切割下来的保护钢板用一张与切割路径形状相同的全新保护钢板替换。

上述基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法，所述的距离矩阵的计算方法为：

其中，d(i,j)表示距离矩阵d中第i行第j列元素，也是伤点pi和伤点pj之间的距离；pi(x)和pi(y)分别表示伤点pi的横纵坐标；pj(x)和pj(y)分别表示伤点pj的横纵坐标。

以上基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法在激光切割机保护钢板维修中的应用。

有益效果：

第一、本发明方法通过确定伤点坐标，通过提出一种学生学习的技术手段，将伤点按照串联路径最短的原则连线，形成包含所有伤点的区域，依此路径或区域，即可将防护钢板中只包含伤点的部分切割并替换，节省了防护钢板材料，降低了激光切割机器的维护成本。

第二、在本发明方法中，以学期进行迭代，同时考虑到了知识的启发，知识的积累和知识的记忆与遗忘，不仅使有用知识得到了积累，而且使无用知识遭到了淘汰，使得本发明方法几乎可以准确迭代到最有路径上。

第三、学生从任意一个知识点开始学习，从一个知识点到另外一个知识点的学习也是随机的，这样不仅可以避免路径陷入局部最优，而且有利于快速收敛到最优路径。

附图说明

图1是本发明基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法的流程图。

图2是通过本发明方法得到的维修路径。

图3是仿真软件面板截图。

具体实施例

下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例是基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法实施例。

本实施例的基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法，流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤a、建立伤点坐标；

步骤b、基于步骤a得到的伤点坐标，计算任意两个伤点之间的距离，构建距离矩阵；所述的距离矩阵的计算方法为：

其中，d(i,j)表示距离矩阵d中第i行第j列元素，也是伤点pi和伤点pj之间的距离；pi(x)和pi(y)分别表示伤点pi的横纵坐标；pj(x)和pj(y)分别表示伤点pj的横纵坐标；

步骤c、初始化学生学习参数；包括：

学生数量m；

知识惯性因子α；

知识启发因子β；

知识记忆因子ρ；

知识矩阵τ，所述知识矩阵共有n×n个元素，n为伤点数量；

学期数初值ns＝1；

学期数终值ne；

步骤d、以伤点作为知识点，按照步骤c初始化的学生学习参数，进行知识点学习；具体为：以学期数终值作为迭代终止条件，从学期数初值开始迭代，在迭代过程中的当前学期，第k个学生结束第i个知识点后，学习第j个知识点的概率为：

知识矩阵更新的规律为：

上式为赋值语句，等式左边的τ(i,j)为下一学期知识矩阵τ中第i行第j列元素，等式右边的τ(i,j)为当前学期知识矩阵τ中第i行第j列元素，δτ^k(i,j)为第k个学生由第i个知识点向第j个知识点学习后的知识积累；

其中，lk为第k个学生学习知识点的总和；

每个学期都要学习完所有知识点，在学业期满后，得到知识点的学习顺序，按照学习顺序，规划处切割路径；

步骤e、计算所有伤点距离保护钢板四条边界的距离，距离最短的路径作为切入路径；

步骤f、激光束从切入路径进入，在到达切入路径与切割路径的交点后，按照切割路径进行切割；

步骤g、将按照切割路径切割下来的保护钢板用一张与切割路径形状相同的全新保护钢板替换。

具体实施例二

本实施例是基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法的应用实施例。

本实施例的基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法，与具体实施例一相同，用于维修激光切割机保护钢板。

具体实施例三

本实施例是基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法实施例。

本实施例的基于学生学习的激光切割机保护钢板维修路径规划方法，以一组具体数据为例，所述的数据共包括30个伤点，这30个伤点的坐标为：

伤点坐标表

基于表中的伤点坐标，在matlab2012b软件上进行仿真，仿真程序记录如下：

所得到的维修路径如图2所示，切割路径在matlab2012b面板上显示，所述面板的截图如图3所示，可以看出本发明算法在matlab2012b上运行的时间为28.505738s。