[发明专利]一种用于最小区域球度评定的最优导向自适应搜索方法

说明书

用于最小区域球度评定的最优导向自适应搜索方法属于精密测量与仪器技术领域；该方法首先根据测量数据计算出的最小二乘球心为中心，2倍最小二乘球度为边长的正方体为搜索范围和变量边界，采用空间定向收缩的方法使该搜索范围沿x轴、y轴和z轴方向收缩，获得初始解的分布范围；继而在该范围中随机产生一组初始解，并计算每一个解对应的目标函数值和最优解位置；利用最优导向自适应搜索方法进行搜索位置更新，并求取当前最优解；重复迭代过程，直至达到设定精度或最大迭代次数，获得全局最优位置和对应球度，作为最小区域球度误差评定结果；本发明方法实现了高效全局寻优的球度误差评定。

技术领域

本发明属于精密测量与仪器技术领域，特别涉及一种用于最小区域球度评定的最优导向自适应搜索方法。

背景技术

超精密加工技术已成为国防工业和精密装备制造业的关键技术。随着精密加工技术的发展，高精度球形构件的应用范围越来越广泛，对球形工件的精度要求也日益提高。对于球形工件，通常将球度误差作为其加工质量的重要技术指标。因此，球度误差计算方法具有十分重要的理论意义和应用价值。

专利CN103278126A“一种基于最小区域的零件球度误差评定方法”提出了一种球度评定方法，该方法取不在同一平面上的4个测点，并计算4点组成的四面体外接球的球心作为迭代计算的初始值，在每次迭代计算中，查询被测要素与误差包容区域接触的测点，根据测点的相对位置，确定包容区域平移变动的方向矢量，并计算包容区域的变动量，查询下一个接触点。直到满足判别准则，输出球度误差以及球的参数最优值。该方法可较为准确地计算出满足最小区域的球度误差及球体参数的最优值。但步骤繁琐，且与最小区域法定义相比较，存在原理性误差，无法满足高精度要求。

专利CN101957191A“一种基于自适应迭代邻域搜索的圆度和球度误差的评定方法”提出了一种球度评定方法，该方法以所有测量采样点的坐标均值分别作为搜索区域的初始位置，以一初始搜索区域为起点，通过若干同心球和过球心的半径线对其划分，各条线的交点作为候选基准球心，通过计算找到球度误差最小的位置，将其作为新的搜索区域的中心，以其对应的误差值为半径确定其搜索邻域大小，重复迭代过程直至出现最优解。该方法计算速度快，但一般仅适用于采样点均匀分布的情况；且随着迭代次数增加，球度误差变化很小，即搜索半径实际变化很小，故搜索区域保持较大水平，搜索效率较低；且当某一迭代过程中，若没有找到更优解，即认为当前解为最优解，此时精度受限。

文献[廖平,喻寿益.用遗传算法精确计算球度误差[J].机械设计与制造工程,1999(01):21-23.]提出了一种基于遗传算法计算球度的方法，该方法采用实数值编码的遗传算法计算球度误差，理论上可以获得全局最优解，可以消除计算误差。文献[Wen X.Animmune evolutionary algorithm for sphericity error evaluation[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2004,44(10):1077-1084.]提出了一种基于免疫进化算法计算球度的方法，该算法基于生物免疫系统的细胞克隆选择学说和生物进化过程中的变异思想构造了自适应变异算子，应用于球度误差最小区域评定时，全局收敛性好，球度误差评定精度较高。但这两种球度误差评定方法实现过程复杂，计算量大，球度误差评定过程耗时较长。

上述现有技术存在的共性问题是不能同时满足球度计算的高效率和高精度的要求。然而在先进装备制造业，尤其是航空航天领域，球形工件应用广泛，球度误差评定需求激增，且要求球度测量的评定有时为几十个纳米级至几纳米精度，这就需要球度误差评定具备较高的评定精度和评定效率。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出一种用于最小区域球度评定的最优导向自适应搜索方法，该方法采用空间定向收缩的方法缩小了搜索范围，在搜索过程中，以当前全局最优解为导向，同时利用当前解的整体分布为搜索路径设立偏置，使得方法能够在实现快速收敛的同时又具备优良的全局寻优性能，能够实现高精度、高效率的球度误差评定的目的。