[發(fā)明專利]一種基于雙譜線特征的標(biāo)準(zhǔn)溫度法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711494073.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108225569B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣凡;李誠(chéng);陳樹(shù)君;李元鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于雙譜線特征的標(biāo)準(zhǔn)溫度法，涉及熱等離子體溫度測(cè)量領(lǐng)域。該方法通過(guò)分光系統(tǒng)將焊接電弧分成兩個(gè)相同的待測(cè)目標(biāo)，再用高速相機(jī)和窄帶濾光片分別測(cè)量?jī)墒娀』」猓⒌贸鲈幼V線和一次電離譜線。為了克服相機(jī)暗電流、光子溢出等因素帶來(lái)的誤差，同時(shí)又需要在一次曝光中保證兩幅電弧窄帶圖像的成像質(zhì)量，兩幅圖像中最高光強(qiáng)值應(yīng)均不低于相機(jī)最大測(cè)量范圍的50％。測(cè)量中，應(yīng)將兩幅電弧窄帶圖像最高亮度值控制在最大曝光量的80?90％。利用ML?EM迭代重建算法還原為三維電弧發(fā)射系數(shù)場(chǎng)。該發(fā)明采集的兩幅圖像具有良好的時(shí)間、空間一致性；完成電弧的高、低溫區(qū)自動(dòng)判別，解決了單譜線測(cè)量過(guò)程中無(wú)自動(dòng)法判定電弧中心區(qū)域溫度的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于雙譜線特征的標(biāo)準(zhǔn)溫度法，屬于熱等離子體溫度測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

等離子弧作為一種高能束熱源，以其焊接形變小、焊后無(wú)缺陷等優(yōu)勢(shì)，成為航空航天領(lǐng)域首選的焊接方式。但是等離子弧作為能量傳輸?shù)妮d體，有著能量分布不均勻的缺陷，因此電弧溫度場(chǎng)信息對(duì)進(jìn)一步提高等離子弧焊接工藝提供了重要的理論依據(jù)。然而等離子弧的溫度非常高，探針和熱電偶都很難達(dá)到測(cè)溫要求，而且接觸式的測(cè)溫方式會(huì)對(duì)電弧溫度場(chǎng)的測(cè)量造成干擾，所以選用非接觸式測(cè)量方法。

標(biāo)準(zhǔn)溫度法就是非接觸式測(cè)溫法中常用的一中方法。隨著近年來(lái)，研究人員將標(biāo)準(zhǔn)溫度法測(cè)溫原理和先進(jìn)的視覺(jué)傳感技術(shù)相結(jié)合，因?yàn)槠渚哂辛己玫臅r(shí)間、空間分別率，這種方法被作為測(cè)量電弧溫度場(chǎng)的一種重要手段而廣泛被國(guó)內(nèi)、外研究者使用。M FThornton測(cè)量了不同波長(zhǎng)的Ar譜線，用標(biāo)準(zhǔn)溫度法完成了TIG電弧的溫度計(jì)算，最后比較了不同譜線下溫度計(jì)算結(jié)果的差異。吳林等人利用標(biāo)準(zhǔn)溫度法測(cè)量了不同電流下的直流TIG電弧和脈沖TIG電弧溫度場(chǎng)。上海交通大學(xué)的肖笑等人，通過(guò)兩條光譜線，用標(biāo)準(zhǔn)溫度法測(cè)量了多組分保護(hù)氣的TIG電弧溫度場(chǎng)。

標(biāo)準(zhǔn)溫度法測(cè)量的必要條件是電弧內(nèi)部最高溫度超過(guò)特征譜線的標(biāo)準(zhǔn)溫度，因此研究者往往選取一條Ar原子躍遷時(shí)發(fā)出的線光譜來(lái)計(jì)算電弧溫度，當(dāng)空間某一位置達(dá)到譜線標(biāo)準(zhǔn)溫度后，該處發(fā)射系數(shù)達(dá)到最大值，隨著溫度的升高或降低，發(fā)射系數(shù)開(kāi)始降低，在超過(guò)譜線標(biāo)準(zhǔn)溫度的待測(cè)區(qū)域產(chǎn)生弧光降低的現(xiàn)象，導(dǎo)致根據(jù)一條譜線的發(fā)射系數(shù)場(chǎng)信息無(wú)法直接判定其高溫區(qū)域，只能通過(guò)人為判定的方式來(lái)計(jì)算電弧溫度。日本大阪大學(xué)的Kazufumi Nomura等人選取696.5nm的ArI譜線測(cè)量TIG電弧溫度，在每層電弧截面下，人為將發(fā)射系數(shù)向中心呈下降趨勢(shì)的區(qū)域認(rèn)定為超過(guò)譜線標(biāo)準(zhǔn)溫度的高溫區(qū)。對(duì)此，為增加高溫區(qū)判定的準(zhǔn)確性以及智能性，在測(cè)量系統(tǒng)中引入一套電弧高低溫區(qū)域自動(dòng)判定系統(tǒng)是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容：

技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)單譜線標(biāo)準(zhǔn)溫度法無(wú)法自動(dòng)判別發(fā)射系數(shù)極小處的溫度值得缺陷，本發(fā)明基于標(biāo)準(zhǔn)溫度法的測(cè)溫原理，提出一種雙譜線測(cè)量方法，旨在保證兩條譜線具有良好的時(shí)間、空間一致性；結(jié)合兩條譜線的發(fā)射系數(shù)場(chǎng)信息標(biāo)定電弧的高溫區(qū)和低溫區(qū)，完成電弧的高、低溫區(qū)自動(dòng)判別，解決了單譜線測(cè)量過(guò)程中無(wú)自動(dòng)法判定電弧中心區(qū)域溫度的問(wèn)題，并為電弧溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)提供更多可能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案為：一種基于雙譜線特征的標(biāo)準(zhǔn)溫度法，包括以下步驟：

1、參照焊接電弧的位置，搭建測(cè)量光路。焊槍與工件之間的區(qū)域?yàn)殡娀】臻g，將電弧中心、起偏器、分光鏡呈直線排布，并保證三者的中心線垂直于電弧中心。通過(guò)分光模塊將電弧光源向一個(gè)角度發(fā)出的待測(cè)光分成兩束，然后通過(guò)反射鏡分別送入高速相機(jī)中，在兩個(gè)反射鏡前分別加入波長(zhǎng)不同的窄帶濾光片以獲取原子譜線和一次電離譜線的空間分布，其中，分光鏡、反射鏡和高速相機(jī)處于在同一平面上。

2、通過(guò)一次曝光同時(shí)采集電弧發(fā)出的原子譜線和一次電離譜線兩條譜線的窄帶圖像，以保證兩幅圖像具有良好的時(shí)間、空間一致性。為了克服相機(jī)暗電流、光子溢出等因素給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的誤差，同時(shí)又需要在一次曝光中保證兩幅電弧窄帶圖像的成像質(zhì)量，兩幅圖像中最高光強(qiáng)值應(yīng)均不低于相機(jī)最大測(cè)量范圍的50％。