[發(fā)明專利]基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711486908.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN108279071A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓靜;余榮偉;陸駿;趙壯;柏連發(fā);張毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J5/20
• 分類號(hào): G01J5/20
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明涉及一種基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統(tǒng)，包括分光鏡、濾光片、CCD相機(jī)、FPGA、計(jì)算機(jī)；分光鏡用于將入射光線分成兩路相同的輸出；濾光片用于選擇特定波段的光通過；CCD相機(jī)用于熔池在選擇的特定波段下進(jìn)行成像；FPGA用于發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給CCD相機(jī)；計(jì)算機(jī)一方面用于控制FPGA，一方面用于對(duì)CCD相機(jī)輸出的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算得到熔池的溫度場。本發(fā)明以比色測溫法為基礎(chǔ)，使用標(biāo)準(zhǔn)高溫黑體對(duì)測溫系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，在CMT工藝下，當(dāng)焊接電流處于基值時(shí)，F(xiàn)PGA發(fā)出信號(hào)觸發(fā)CCD相機(jī)，CCD相機(jī)采集的熔池圖像幾乎不受電弧光的干擾，之后計(jì)算機(jī)對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算可以得到高精度的熔池溫度場。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測溫系統(tǒng)，特別是一種基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在高溫生產(chǎn)過程中，溫度是反映生產(chǎn)狀況的最重要參數(shù)，是控制生產(chǎn)過程、確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要依據(jù)。對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的溫度進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)測量，能夠使生產(chǎn)操作人員隨時(shí)了解實(shí)際生產(chǎn)情況，及時(shí)采取有效措施控制生產(chǎn)過程，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低能源和原材料消耗，提高設(shè)備熱效率，延長設(shè)備使用壽命，確保生產(chǎn)安全。同時(shí)，高溫測量也是實(shí)現(xiàn)高溫生產(chǎn)過程決策優(yōu)化和自動(dòng)控制的必要條件，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)過程的關(guān)鍵所在。目前溫度傳感器的使用數(shù)量在各種傳感器中位居首位，這也在一定程度上反映了溫度測量技術(shù)的重要性。

焊接制造過程中，熔池內(nèi)存在著強(qiáng)烈的能量、動(dòng)量和質(zhì)量傳輸物理過程，從而產(chǎn)生傳熱、對(duì)流和傳質(zhì)等物理現(xiàn)象。熔池溫度場的強(qiáng)度與溫度分布強(qiáng)烈影響能量、動(dòng)量和質(zhì)量傳輸物理過程，它直接影響焊接制造的外在質(zhì)量。因此從理論和實(shí)驗(yàn)上開展熔池溫度場研究對(duì)激光焊接等再制造技術(shù)的發(fā)展具有直接指導(dǎo)意義。

在目前實(shí)際高溫生產(chǎn)過程中，一般采用熱電偶、熱電阻等作為高溫檢測的傳感器。這些接觸式傳感器通常只能測量高溫對(duì)象中特定一點(diǎn)或多點(diǎn)的溫度值，很難獲取高溫對(duì)象的溫度場分布情況，而且其中某些傳感器的熱惰性較大，難以對(duì)高溫對(duì)象進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)檢測。因此，為使生產(chǎn)操作人員能及時(shí)準(zhǔn)確地了解生產(chǎn)情況，采取有效措施改進(jìn)生產(chǎn)條件和工藝，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化決策與自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)高溫生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，有必要研究并開發(fā)出一種抗干擾高精度的非接觸式全視場溫度場檢測技術(shù)。

與傳統(tǒng)的接觸式測溫方法相比，輻射測溫法具有不直接與被測物體相接觸、測溫響應(yīng)時(shí)間短、便于進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量等優(yōu)點(diǎn)。近年來，輻射測溫法得到了快速發(fā)展。根據(jù)日本鐵鋼協(xié)會(huì)調(diào)查，在日本鋼鐵工業(yè)使用的溫度傳感器中，輻射溫度計(jì)占65％，熱電偶、熱電阻只占27％，其他類型的溫度傳感器占8％。而國內(nèi)絕大部分企業(yè)目前仍主要使用接觸式測溫儀表，熱電偶與熱電阻的用量占98％之多。國外輻射測溫技術(shù)的快速發(fā)展，引起了國內(nèi)有關(guān)研究人員的重視。

隨著CCD成像技術(shù)的日益成熟，CCD逐漸開始應(yīng)用到高溫溫度場的檢測當(dāng)中，基于CCD圖像傳感器的非接觸高溫溫度場檢測技術(shù)是綜合運(yùn)用熱輻射理論、現(xiàn)代光電檢測技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的一種新型輻射測溫方法，其相關(guān)研究成果在焊接、冶金、化工等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非接觸式、高精度的全視場熔池溫度場檢測系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于比色測溫法的全視場熔池溫度場檢測系統(tǒng)，包括分光鏡、兩片濾光片、兩個(gè)CCD相機(jī)、FPGA和計(jì)算機(jī)；

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(jī)用于熔池在選擇的特定波段下成像；

所述FPGA用于發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給兩個(gè)CCD相機(jī)；

所述計(jì)算機(jī)一方面用于控制FPGA，另一方面用于對(duì)CCD相機(jī)輸出的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算得到熔池的溫度場。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著效果為：