一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法
【专利摘要】一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法，一种建筑用石材的表面处理方法，包括以下步骤：对待加工的具有缺陷的石材大板进行数据的采集和处理；对所确定的待加工的石材进行排样；将该排样方案输入数控桥式切机的控制系统，对步骤1的待加工的石材进行切割，获得符合工艺的工程板。本发明一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法，通过计算机计算得出的解无论是精确度和准确度都可以满足需求。应用遗传算法具有较强的全局思想，不容易产生局部最优解，使得优化计算失败，利用本发明方法可以尽可能的节约材料，提高材料的利用率。
【专利说明】一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑用石材的表面处理方法，特别涉及一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法。
【背景技术】
[0002]天然石材是目前建筑装饰中使用较多的一种高档装饰材料。随着我国城市建设的不断发展，天然石材装饰材料被越来越多的使用。石材具有天然色彩、花纹、质地及耐腐蚀、耐磨损、抗老化等特性，虽然使用量巨大，但石材装饰设计和加工在我国一直处于低水平状态。由于石材大板是由天然的岩石分割而成，因此有时候难免形成不规则的外型和各种缺陷。例如空洞造成的不能连续取材，大斑块造成的色彩严重不均，裂缝造成的加工时石板破裂等。而如何将这种石材大板进行实时优化下料一直是困绕石材企业的大问题。人工排样对这样有缺陷的板材是无能为力的。
[0003]针对优化排样的不同方面，最早提出的有加密点法、人机对话法，随后出现点阵判交法、平行线分割一步平移法等。例如，冲裁件排样最优化的数学模型及算法中通过对数学模型的分析，解决了冲裁件排料问题。排料后所得的最佳冲裁角度与冲裁步距分别可达I度和0.001mm，在微机型计算机上平均计算时间为4分钟。另外，在冲裁件的排样优化寻优法中，可输出材料利用率特征曲线及最佳排样图并设计了动态排样子程序。该方法形象直观，操作方便，但过多的依赖人的参与，而且所得的排料结果与操作者的经验直接相关，所以限制了其在实际生产中的使用。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1:对待加工的具有缺陷的石材大板进行数据的采集和处理:
[0007](I)测量待加工石材大板的长和宽；
[0008](2)确定石材的缺陷，包括:大斑、空洞、颜色和花纹不统一的区域；
[0009]对缺陷部位进行处理:
[0010]首先利用矩形框对具有缺陷的区域进行标识:以大板左下角点作为坐标原点，确定该矩形各顶点相对于坐标原点的距离，用Xmin表示缺陷区域距左下角点的横向最小距离，用Xmax表示缺陷区域距左下角点的横向最大距离，用ymin表示缺陷区域距左下角点的纵向最小距离，用ymax表示缺陷区域距左下角点的纵向最大距离；
[0011]再根据上述的距离对待加工板材进行区域划分，划分的规则为:以矩形的4条边为边界，顺时针或逆时针将石材大板依次划分成4个区域块,分别为第O块、第I块、第2块、第3块，保证每个区域都没有缺陷，该矩形区域的划分具有8种划分方案，8种划分方案分别计算比较出材率，选择其中最优的方案作为最终划分方案；[0012]步骤2 :对步骤1所确定的待加工的石材进行排样，具体过程为：
[0013]步骤2-1 :建立缺陷石板排样模型，其目标是输出最优的排样方案，具体如下：
[0014]设步骤1中测量的大板的长度为L，宽为W，预切割的工程板的长度为1，宽为w ;排 样时工程板横放时设置和竖放，用r = 1或0分别表示横放和竖放；在步骤1中划分的4个 区域分别进行排样，设i为区域号，m,表示大板上第i块区域内工程板横放时可排多少行； h表示大板上第i块区域内工程板竖放时可排多少行；yi表示大板上第i块区域内工程板 横放时每行可排多少个；Xi表示大板上第i块区域内工程板竖放时每行可排多少个；
[0015]确定待加工板材产生最大工程板块数的目标函数为：
[0016]
【权利要求】
1.一种针对具有缺陷的天然石板的切割排样方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:对待加工的具有缺陷的石材大板进行数据的采集和处理: (1)测量待加工石材大板的长和宽； (2)确定石材的缺陷，包括:大斑、空洞、颜色和花纹不统一的区域； 对缺陷部位进行处理: 首先利用矩形框对具有缺陷的区域进行标识:以大板左下角点作为坐标原点，确定该矩形各顶点相对于坐标原点的距离，用Xmin表示缺陷区域距左下角点的横向最小距离，用Xmax表示缺陷区域距左下角点的横向最大距离，用ymin表示缺陷区域距左下角点的纵向最小距离，用表示缺陷区域距左下角点的纵向最大距离； 再根据上述的距离对待加工板材进行区域划分，划分的规则为:以矩形的4条边为边界，顺时针或逆时针将石材大板依次划分成4个区域块，分别为第O块、第I块、第2块、第3块，保证每个区域都没有缺陷，该矩形区域的划分具有8种划分方案，8种划分方案分别计算比较出材率，选择其中最优的方案作为最终划分方案； 步骤2:对步骤I所确定的待加工的石材进行排样，具体过程为: 步骤2-1:建立缺陷石板排样模型，其目标是输出最优的排样方案，具体如下: 设步骤I中测量的大板的长度为L，宽为W，预切割的工程板的长度为I，宽为w ;排样时工程板横放时设置和竖放，用r = I或O分别表示横放和竖放；在步骤I中划分的4个区域分别进行排样，设i为区域号，·Hii表示大板上第i块区域内工程板横放时可排多少行；rii表示大板上第i块区域内工程板竖放时可排多少行表示大板上第i块区域内工程板横放时每行可排多少个；Xi表示大板上第i块区域内工程板竖放时每行可排多少个； 确定待加工板材产生最大工程板块数的目标函数为:
3 N = max ^ [(I 一 η JnfXl + ](I)
f-二ο 式中，N-可排的最大工程板的块数； A = I或O分别表示横放和竖放； Hl1-表示大板上第i块区域内工程板横放时可排多少行； Il1-表示大板上第i块区域内工程板竖放时可排多少行； Y1-表示大板上第i块区域内工程板横放时每行可排多少个； X1-表示大板上第i块区域内工程板竖放时每行可排多少个； 对于经步骤I划分的各区域，其应满足如下的约束条件: 约束条件1:对于块O的位置的固定约束为: (a)块O内所排的工程板的长度不能超过L，公式为: L-[(l-r0)x0w+r0y0l](2) 式中:L-大板的长度； 1-工程板的长度； W-工程板的宽度； !Tci = I或O分别表示横放和竖放； 10-表示大板上第O块区域内工程板横放时每行可排多少个；X0-表示大板上第O块区域内工程板竖放时每行可排多少个。(b)块O内所排的工程板的的高度不能超过ymin，公式为:Ymin-[ (I-r0) n0l+r0m0w](3)式中:ymin_缺陷纵坐标的极小值；.1-工程板的长度；W-工程板的宽度；!Tci = 1或O分别表示横放和竖放；n0-表示大板上第O块区域内工程板竖放时可排多少行；Hic1-表示大板上第O块区域内工程板横放时可排多少行。约束条件2:对于块I的位置的固定约束为:(a)块O和块I的高度之和不能超过W，公式为:W- [ (l-r0) n0l+r0m0w] - [ (It1) Ii1 ^r1Hi1W]≥ O (4)式中:W-均质大板的宽度；.1-工程板的长度；W-工程板的宽度；.1-取(0，1)分别表示第O块区域、第I块区域；!Ti = I或O分别表示横放和竖放；Hl1-表示大板上第i块区域内工程板横放时可排多少行；Il1-表示大板上第i块区域内工程板竖放时可排多少行；Y1-表示大板上第i块区域内工程板横放时每行可排多少个；X1-表示大板上第i块区域内工程板竖放时每行可排多少个；(b)块1的宽度不能超过xmin,公式为:Xmin-[(It1) X^r1Y1I](5)式中=Xniin-缺陷横坐标的极小值；.1-工程板的长度；W-工程板的宽度；.6 = 1*0分别表示横放和竖放；y「表示大板上第I块区域内工程板横放时每行可排多少个；X1-表示大板上第I块区域内工程板竖放时每行可排多少个；约束条件3:对于块2的位置的固定约束为:(a)块I和块2的长度之和不能超过L，公式为:L-L(It1) X^r1Y11 ] - [ (1-r2) x2w+r2y21 ] ^ O(6)式中:L_均质大板的长度；.1-工程板的长度；W-工程板的宽度；.1-取(1，2)分别表示第I块区域、第2块区域；!Ti = I或O分别表示横放和竖放；Y1-表示大板上第i块区域内工程板横放时每行可排多少个；X1-表示大板上第i块区域内工程板竖放时每行可排多少个。(b)块2的高度和ymax之和不能超过W，公式为: W-ymax-[(l_r2)n2l+r2m2w] >0 (7) 式中:W-均质大板的宽度； 1-工程板的长度； W-工程板的宽度； r2 = I或O分别表示横放和竖放； n2-表示大板上第2块区域内工程板竖放时可排多少行； m2-表示大板上第2块区域内工程板横放时可排多少行。 约束条件4:对于块3的位置的固定约束为: (a)块3的长度和Xmax之和不能超过L,公式为:
L-Xmax- [ (It3) x3w+r3y3l] ^ O (8) 式中:L_均质大板的长度； 1-工程板的 长度； W-工程板的宽度； r3 = I或O分别表示横放和竖放； Y3-表示大板上第3块区域内工程板横放时每行可排多少个； X3-表示大板上第3块区域内工程板竖放时每行可排多少个。 (b)块O、块3、块2的高度之和不能超过W，公式为:
W- [ (1-r0) n01 +r0m0w] - [ (1-r2) n21 +r2m2w] - [(l-r3)n3l +r 3m3w] ^ 0 (9) 式中:W-均质大板的宽度； 1-工程板的长度； w-工程板的宽度； 1-取(O, 2，3)分别表示第O块、第2块、第3块； A = I或O分别表示横放和竖放； Hi1-表示大板上第i块区域内工程板横放时可排多少行； Ii1-表示大板上第i块区域内工程板竖放时可排多少行； 步骤2-2:利用遗传算法计算目标函数的最优解，该最优解即为产生最大的工程板块数的最优排样方案，具体包括以下步骤: 步骤2-2-1:若S代表排样方案的集合，对于一块石材大板的排样方式有S= {S1;S2,.....S1.....，SJ种，其中，S1, S2,.....S1.....，Sn为排样方式，η为排样方案的个数，n e [l，+m]，i为其中任意一个排样方案，i e [l，n]，则该问题就是如何找到最优的排样方案；随机产生{S1; S2,……Si……，SJ，Si为一个32位经过编码的随机数，Si用4个8位数a1; a2, a3, a4形式表不,其中S1代表第O块的排样方案，a2代表第I块的排样方案，a3代表第2块的排样方案，其中a4代表第3块的排样方案； 随机数S的编码规则为: ^l1左数第一位表不块O内工程板横排或竖排rQ ;接下来的三位表不块O内工程板横放时可排的行数Hltl或竖放时可排的行数Iltl ;最后四位表示每行排列的个数％或Xtl ;a2, a3, a4代表不同的划分块但编码规则与S1相同； 则S={a1; a2，a3，a4}代表了一个完整的排样方案，并作为遗传算法中的染色体；步骤2-2-2:在步骤2-2-1中随机选择m个不同的染色体作为初始种群，产生初始的种群为P(O) = {S1; S2,......Si……,SJ, P(O)表示初始排样方案的集合邱为初始种群中的染色体个数，m > 20。 步骤2-2-3:对步骤2-2-2产生初始种群进行解码和评价，对于P (O)中的任意染色体S” Si的左数第I位代表1V第2-4位代表Hitl或％，第5-8位代表％或Xtl ;第9位代表r1，第10-12位代表Hi1或Ii1，第13-16位代表yi或X1 ;第17位代表r2，第18-20位代表m2或n2，第21-24位代表y2或X2 ;第25位代表r3,第26-28位代表m3或n3,第29-32位代表y3或X3 ; 由于排列的最大块数N越多，说明染色体S越好，则将目标函数作为评价染色体S的适应值函数，则适应值函数为:
【文档编号】G06F17/50GK103593511SQ201310521027
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月27日 优先权日:2013年10月27日
【发明者】袁哲, 赵民, 赵汉驰 申请人:沈阳建筑大学