本發(fā)明涉及通過計算機輔助設計鋁合金自動切割，具體而言，涉及一種基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)。

背景技術：

1、鋁合金因其輕質(zhì)、高強度和耐腐蝕等特性，在航空航天、汽車制造和建筑等領域廣泛應用。然而，鋁合金的切割加工一直是制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)和智能制造的發(fā)展，對鋁合金切割的精度、效率和智能化要求不斷提高。傳統(tǒng)的鋁合金切割技術主要依賴于人工經(jīng)驗和固定參數(shù)設置，存在諸多缺陷。一方面，人工判斷和參數(shù)調(diào)整容易受主觀因素影響，難以保證切割質(zhì)量的一致性。另一方面，固定參數(shù)無法適應不同批次或不同區(qū)域鋁合金表面特性的變化，導致切割效果不穩(wěn)定。傳統(tǒng)的鋁合金切割技術難以適應復雜多變的鋁合金表面特性，容易導致鋁合金的切割質(zhì)量不穩(wěn)定、材料浪費以及生產(chǎn)效率低下。因此，開發(fā)一種能夠根據(jù)鋁合金表面特征自動調(diào)整切割參數(shù)的智能系統(tǒng)成為當前研究熱點，以滿足現(xiàn)代制造業(yè)對高質(zhì)量、高效率鋁合金加工的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其通過圖像特征提取和鋁合金切割參數(shù)計算模型，可以根據(jù)鋁合金材質(zhì)的具體屬性動態(tài)計算切割需求和參數(shù)，顯著提高切割精度和效率，并且不同情況下切割參數(shù)的實時調(diào)整能夠減少材料損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的運營成本和更高的質(zhì)量控制，其易于與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)集成，促進了整體制造過程的智能化和自動化。

2、本發(fā)明的通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一種基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，包括：

4、采集單元，輸送鋁合金至指定切割區(qū)域，并獲取鋁合金表面多角度圖像；

5、求解單元，對鋁合金表面多角度圖像進行特征提取，并將提取的特征輸入至預先完成訓練的鋁合金切割參數(shù)計算模型中進行求解，根據(jù)求解結果判定指定切割區(qū)域是否需要切割，若否，則輸送鋁合金至下一個指定切割區(qū)域；若是，則將求解結果傳輸至切割裝置控制系統(tǒng)；

6、調(diào)控單元，切割裝置控制系統(tǒng)根據(jù)求解結果中的切割參數(shù)對切割裝置進行調(diào)整，對鋁合金執(zhí)行切割，直至完成切割。

7、可選的，所述對鋁合金表面多角度圖像進行特征提取，以獲取鋁合金的表面紋理特征、表面粗糙度特征、表面邊緣特征、表面角點特征及表面顏色特征。

8、可選的，所述鋁合金的表面紋理特征，其計算公式為：

9、

10、其中，t是鋁合金的表面紋理特征，countm(i,j)是第m個角度鋁合金表面圖像中灰度值i和j在特定距離和方向上共同出現(xiàn)的次數(shù)，m是鋁合金表面多角度圖像的數(shù)量，m為鋁合金表面多角度圖像的索引，i、j分別是灰度值。

11、可選的，所述鋁合金的表面粗糙度特征，其計算公式為：

12、

13、其中，r是鋁合金的表面粗糙度特征，m是鋁合金表面多角度圖像的數(shù)量，p是鄰域像素數(shù)，p為鄰域像素的索引，gp,m、gc,m分別是第m個角度鋁合金表面圖像的鄰域和中心像素灰度值，s()為閾值函數(shù)。

14、可選的，所述鋁合金的表面邊緣特征，包括：

15、求解各個角度的鋁合金表面圖像m在x方向與y方向上的梯度，得到第一梯度及第二梯度；

16、綜合第一梯度及第二梯度計算鋁合金的表面邊緣特征；

17、所述第一梯度的計算公式為：

18、

19、所述第二梯度的計算公式為：

20、

21、所述綜合第一梯度及第二梯度計算鋁合金的表面邊緣特征，其計算公式為：

22、

23、其中，e為鋁合金的表面邊緣特征，m是鋁合金表面多角度圖像的數(shù)量，fm是第m個角度的鋁合金表面圖像二維數(shù)組，為第一梯度，為第二梯度。

24、可選的，所述鋁合金的表面角點特征，其計算公式為：

25、

26、其中，c是鋁合金的表面角點特征，m是鋁合金表面多角度圖像的數(shù)量，k是經(jīng)驗常數(shù)，det是行列式，tr是跡，即主對角線元素之和。

27、可選的，所述鋁合金的表面顏色特征，其計算公式為：

28、

29、

30、

31、其中，h、s、v分別是鋁合金的綜合色調(diào)、飽和度及明度特征，m是鋁合金表面多角度圖像的數(shù)量，n是各個角度鋁合金表面圖像的像素數(shù)，hm,i、sm,i、vm,i分別是第m個角度的鋁合金表面圖像中第i個像素的hsv值。

32、可選的，所述鋁合金切割參數(shù)計算模型，具體以切割質(zhì)量最大化為優(yōu)化目標，其計算公式為：

33、

34、pi＝w(out)h(l)+b(out)

35、

36、h(0)＝x＝[x1,x2,...,xn]t

37、xi＝[ti,ri,ei,ci,hi,si,vi]

38、其中，maxθj(θ)是目標函數(shù)，θ是鋁合金切割參數(shù)計算模型中的所有訓練參數(shù)集合，包括w(l)、w(out)、b(out)及wk，n是樣本總數(shù)，i是樣本索引，k是切割質(zhì)量指標的數(shù)量，k是切割質(zhì)量指標的索引，wk是第k個切割質(zhì)量指標的權重，xi是第i個樣本的輸入特征向量，wk是第k個切割質(zhì)量指標的參數(shù)矩陣，pi是第i個樣本的切割參數(shù)向量，d是特征向量的維度，λ是l2正則化系數(shù)，‖pi‖2是切割參數(shù)向量的l2范數(shù)，w(out)是鋁合金切割參數(shù)計算模型輸出層的權重矩陣，h(l)是鋁合金切割參數(shù)計算模型最后一層的輸出，b(out)是鋁合金切割參數(shù)計算模型輸出層的偏置向量，l是鋁合金切割參數(shù)計算模型層的索引，h(l)是第l層鋁合金切割參數(shù)計算模型的特征矩陣，w(l)是第l層鋁合金切割參數(shù)計算模型的權重矩陣，是添加自連接后的鄰接矩陣，是的度矩陣，x是輸入特征矩陣，包括所有樣本的特征向量，ti、ri、ei、ci、hi、si、vi分別是第i個樣本的表面紋理特征、表面粗糙度特征、表面邊緣特征、表面角點特征、hsv顏色空間中的色調(diào)值、hsv顏色空間中的飽和度值及hsv顏色空間中的明度值，relu是修正線性單元激活函數(shù)，tanh是雙曲正切函數(shù)。

39、本發(fā)明的技術方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：

40、本發(fā)明通過圖像特征提取和鋁合金切割參數(shù)計算模型，可以根據(jù)鋁合金材質(zhì)的具體屬性動態(tài)計算切割需求和參數(shù)，顯著提高切割精度和效率，并且不同情況下切割參數(shù)的實時調(diào)整能夠減少材料損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的運營成本和更高的質(zhì)量控制，其易于與現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)集成，促進了整體制造過程的智能化和自動化。

技術特征：

1.一種基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述對鋁合金表面多角度圖像進行特征提取，以獲取鋁合金的表面紋理特征、表面粗糙度特征、表面邊緣特征、表面角點特征及表面顏色特征。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁合金的表面紋理特征，其計算公式為：

4.根據(jù)權利要求3所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁合金的表面粗糙度特征，其計算公式為：

5.根據(jù)權利要求4所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁合金的表面邊緣特征，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁合金的表面角點特征，其計算公式為：

7.根據(jù)權利要求6所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁合金的表面顏色特征，其計算公式為：

8.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁合金切割參數(shù)計算模型，具體以切割質(zhì)量最大化為優(yōu)化目標，其計算公式為：

技術總結
本發(fā)明涉及通過計算機輔助設計鋁合金自動切割技術領域，具體而言，涉及一種基于鋁合金生產(chǎn)的自動切割加工系統(tǒng)，包括：輸送鋁合金至指定切割區(qū)域，并獲取鋁合金表面多角度圖像；對鋁合金表面多角度圖像進行特征提取，并將提取的特征輸入至預先完成訓練的鋁合金切割參數(shù)計算模型中進行求解，根據(jù)求解結果判定指定切割區(qū)域是否需要切割，若否，則輸送鋁合金至下一個指定切割區(qū)域；若是，則將求解結果傳輸至切割裝置控制系統(tǒng)；切割裝置控制系統(tǒng)根據(jù)求解結果中的切割參數(shù)對切割裝置進行調(diào)整，對鋁合金執(zhí)行切割，直至完成切割。

技術研發(fā)人員：龍德聰,虞青,穆強,張春,溫興慶,宋韶峰,劉興培,范榮偉
受保護的技術使用者：云南云鋁海鑫鋁業(yè)有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17