[發明專利]基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統

在審

• 申請號: 201711486908.8
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108279071A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 韓靜;余榮偉;陸駿;趙壯;柏連發;張毅
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，包括分光鏡、兩片濾光片、兩個CCD相機、FPGA和計算機；

所述分光鏡用于將入射光線分成兩路相同的輸出；

所述濾光片用于選擇特定波段的光通過；

所述CCD相機用于熔池在選擇的特定波段下成像；

所述FPGA用于發出觸發信號給兩個CCD相機；

所述計算機一方面用于控制FPGA，另一方面用于對CCD相機輸出的圖像進行處理，計算得到熔池的溫度場。

2.根據權利要求1所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，濾光片的波段選擇要避開焊接過程中焊絲成分和保護氣發出的譜線波段。

3.根據權利要求1所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，所述CCD相機為兩臺相同的黑白CCD相機。

4.根據權利要求1所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，在CMT工藝下，所述FPGA在焊接電流處于基值時發出信號觸發CCD相機。

5.根據權利要求1所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，所述全視場熔池溫度場檢測系統在測量之前使用標準高溫黑體進行標定。

6.根據權利要求1所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，所述計算機基于比色測溫法計算熔池的溫度場；

比色測溫公式為：

其中C₂為第二輻射常數，C₂＝1.4388×10^-2m·K，L(λ₁,T)和L(λ₂,T)為熔池在波長λ₁,λ₂下的輻射亮度，ξ(λ₁,T)和ξ(λ₂,T)為熔池在波長λ₁,λ₂下的光譜發射率，將兩臺CCD相機的曝光時間設置成相同，CCD相機在波長λ₁,λ₂下采集到的圖像灰度值N(λ₁,T)和N(λ₂,T)的比值為：

其中η(λ)為CCD相機的光譜響應率，τ(λ)為透鏡的光譜透過率，γ(λ)為濾光片的光譜透過率，δλ₁,δλ₂分別為兩片濾光片的帶寬。由以上兩式可得：

令：

公式(3)就變為：

設熔池為灰體，有：ξ(λ₁,T)＝ξ(λ₂,T)，式(5)就變為：

式(6)即為熔池溫度場的計算公式，式中K為需要標定的參數。

7.根據權利要求6所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，標定的具體過程為：

選定一個標準高溫黑體，將其溫度上升至1000℃，將分光鏡輸入面對準黑體爐的出口，計算出系統輸出的兩幅圖像的灰度值比值，然后根據式(6)計算出對應的K值；后續將黑體爐逐步上升50℃，重復以上步驟10次，計算出10個K值，最后分析K值的變化趨勢，選定后續趨于平穩的K值。

8.根據權利要求6或7所述的基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統，其特征在于，計算熔池溫度場前對兩幅圖像進行對稱處理和匹配處理。