[发明专利]一种基于改进鲸鱼优化算法的圆柱度评定方法

说明书

本发明所涉及的是一种改进鲸鱼优化算法的圆柱度误差评定方法，首先建立满足最小区域原则的圆柱度误差数学模型；其次，以测量数据为基础，结合数学模型，建立求解的目标函数；最后，采用改进鲸鱼优化算法进行求解，主要步骤包括参数设置，鲸鱼游走，螺旋更新，随机捕食等策略，并针对标准鲸鱼优化算法过程求解精度较低，迭代收敛较慢等问题，采用混沌初始化序列构造初始解和二次插值策略更新最优解，进一步提高算法精度和迭代速度，并根据终止准则获取满足标准中的圆柱度误差值。本方法避免了计算几何中的复杂数学模型，在算法应用层面较为新颖，计算精度更高，迭代收敛速度更快，求解过程完全满足国际标准中的最小区域原则，因此计算结果可靠。

技术领域

本发明属于零件的几何质量检测领域，尤其是涉及一种改进鲸鱼优化算法的圆柱度误差评定方法。

背景技术

随着数字化检测技术的快速发展，零件的检测过程已经成为产品生产全寿命周期的关键环节。为了准确的判断机械零件的几何质量，工程技术人员采用各种方法来提高检测精度，其中，零件的几何形状误差检测算法是其中的重点关注内容。圆柱度误差是几何形状误差之一，检验的是回转体零件的几何质量，因此，作为轴类零件的重要技术参数，圆柱度误差越来越受到广泛的关注和研究。现阶段，圆柱度误差的计算方法主要有最小二乘圆柱法，最大内接圆柱法，最小内切圆柱法和最小区域法，其中以最小区域法计算精度最高。

在工程应用领域，作为接触式测量设备，三坐标测量机精度高，是一种非常可靠的测量设备，因此，常常通过三坐标测量机来获取圆柱类零件上的测点来对圆柱度误差进行评定。在三坐标测量机中，圆柱度误差评定的主要计算方法为最小二乘法，该方法通过测点拟合最小二乘圆柱，通过计算测点包容最小二乘圆柱的区域大小作为圆柱度误差。该方法计算原理虽然简单，但是计算精度不足，无法满足国际标准中的最小区域原则，并不适用于高精度测量的领域，因此，需要在三坐标测量设备获取测量数据之后，通过进一步的算法对其进行圆柱度误差计算。

在目前的圆柱度误差评定方法的研究成果中，针对精度较高的最小区域算法。茅健在2007年的论文《基于粒子群算法的圆柱度误差评定》中介绍了粒子群算法，并将其应用于圆柱度误差评定之中。贝广霞在2008年的《基于遗传算法的圆柱度误差评定方法》的论文中采用了遗传算法对圆柱度误差进行了研究。喻晓在2011年的《基于改进粒子群算法的圆柱度误差评定》的论文中将粒子群算法进行改进并将其应用到圆柱度误差评定中。陈杰在2014年的硕士论文《基于Hausdoff距离的圆度和圆柱度误差评定》中将Hausdoff理论引入到圆柱度误差评定中。在传统计算方法中，计算模型复杂，计算速度较慢是常见的圆柱度误差评定问题，针对这些问题，智能优化算法具有数学模型相对简单，计算结果快速稳定等特点，并且通过相关改进措施可以对算法进行进一步优化，因此，现已成为常见的圆柱度误差评定算法。

鲸鱼优化算法是2016年被提出的新型群体智能优化算法，该算法思想来源于鲸鱼群体的捕食行为，鲸鱼群体通过相关生物学行为，从而进行食物的搜寻过程，从而完成捕食行为。自从鲸鱼优化算法被提出以来，已经被广泛的应用到汽轮机热耗率模型预测，水库优化调度，图像分割等领域，并获取了较好的应用成果。

在基本鲸鱼优化算法的基础上，为了进一步提高圆柱度误差的评定精度和计算迭代速度，通过设计改进算法，在种群初始化阶段和全局最优解附近增加解的更新过程用以满足高精度的圆柱度误差评定要求。

发明内容

针对现有圆柱度误差评定技术存在的计算精度不高，计算稳定性较差等问题，本发明的目的在于提供一种基于改进鲸鱼优化算法的圆柱度误差评定方法，从而提高圆柱度误差的评定精度，提高求解效率与稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于改进鲸鱼优化算法的圆柱度误差评定方法，包括以下步骤：