[發明專利]一種等離子噴涂中粒子飛行參數的在線測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201611000101.4
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106644854B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 李本強;王柏賀;白宇;楊清振;宣劭文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01J5/08;G01J5/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種等離子噴涂中粒子飛行參數的在線測量裝置，包括熱窗口片(1)，其特征在于：由等離子體射流中單個飛行粒子發出的熱輻射經熱窗口片(1)后，依次通過帶通濾波片(2)、相機鏡頭(3)，成像到單彩色CCD相機(4)的芯片上，高溫粒子自身的熱輻射經過帶通濾波片(2)，將等離子體射流中高強度的等離子體自身及粒子表面蒸發的元素的線狀光譜濾除后由相機鏡頭(3)聚焦到單彩色CCD相機(4)的芯片上，得到帶通濾波片(2)波段范圍的粒子的飛行軌跡，單彩色CCD相機(4)與第一計算機(5)連接，在線監測粒子參數；

所述的帶通濾波片(2)的帶通波段的選擇基于光譜分析方法得到，具體的選擇方法是：

(1)聚焦光路的搭建:聚焦光路包括光闌(8)，等離子體射流的強輻射光先經過光闌(8)后，再經過平凸透鏡(9)的聚焦作用，耦合到光纖探頭(11)中，光纖探頭(11)由光纖轉接板(10)固定；

(2)光譜采集裝置的搭建：采用高分辨率的測量波段在可見光到近紅外波段的光譜儀(12)作為光譜采集裝置的分析儀器，利用光纖轉接板(10)將光譜儀(12)和光纖探頭(11)連接起來，第二計算機(13)作為光譜數據存儲和顯示裝置；

(3)光譜的采集：YSZ和Al₂O₃兩種不同的陶瓷粉末注入到噴槍(6)中，噴槍(6)在機器手的帶動下沿著噴涂射流方向移動，光譜采集裝置捕捉不同位置處的光譜圖，第二計算機(13)顯示并保存采集到的光譜圖，通過第二計算機(13)中的光譜圖的波段選擇原則確定帶通濾波片(2)的帶通波段；

帶通濾波片(2)的光譜圖的波段的選擇原則：

a.選擇波段時，要避開等離子體自身及粒子表面蒸發的元素的線狀光譜；

b.選擇的波段范圍要在可見光波段400-700nm范圍內，同時盡可能靠近近紅外波段；

c.選擇單彩色CCD相機(4)芯片高量子效率值對應的光譜波段；

d.波段的半波帶寬在50nm左右。

2.根據權利要求1所述的一種等離子噴涂中粒子飛行參數的在線測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)相機鏡頭(3)的調節：調節相機鏡頭(3)的焦距，聚焦到噴槍(6)的中心平面上；調節相機鏡頭(3)的光圈大小，使單個粒子軌跡能夠在第一計算機(5)中顯示出來；

(2)單彩色CCD相機(4)的調節：根據粒子在線監測界面顯示的R和G通道強度大小和粒子飛行軌跡情況，調節單彩色CCD相機(4)的曝光時間；

(3)粒子軌跡圖像處理：單彩色CCD相機(4)捕捉到飛行粒子軌跡圖像后，需要提取有效粒子軌跡，圖像處理的步驟是：

a.原始彩色RGB圖像灰度化；

b.增強圖像對比度；

c.灰度圖像二值化；

d.分割圖像；

e.圖像中邊界粒子軌跡的去除；

f.最小強度值法去除低信噪比和過聚焦的粒子軌跡；

g.去除重疊粒子軌跡，利用兩種方法：

①最小寬度法：圖像處理中，提取圖像中單個粒子軌跡的最小值作為最小寬度法的基礎，通過統計分析，去除寬度方向上重疊的粒子軌跡；

②長度閾值法：圖像處理中，統計分析所有粒子軌跡長度的范圍，去除長度方向上重疊的粒子軌跡；

(4)粒子參數在線顯示：粒子軌跡圖像處理后，得到單幀圖像中有效的粒子軌跡，提取有效粒子軌跡上單個像素點的R和G通道強度值，利用R/G彩色式比色測溫法得到單個像素點的溫度值，對單個粒子軌跡上所有像素點的溫度取平均得到平均溫度；提取粒子軌跡的飛行方向的長度，結合曝光時間，求得單個粒子飛行的平均速度；根據粒子軌跡的寬度，求得單個粒子的直徑大小。