[發(fā)明專利]一種去除電弧光影響的熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810081210.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108398190A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柏連發(fā);陸駿;余榮偉;趙壯;韓靜;張毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種去除電弧光影響的熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于，采用全視場(chǎng)熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分光鏡、兩片濾光片、兩個(gè)CCD相機(jī)和計(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(guò)，CCD相機(jī)用于熔池在選擇的特定波段下成像，計(jì)算機(jī)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(chǎng)；檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟1，基于比色測(cè)溫法計(jì)算熔池的溫度場(chǎng)；

步驟2，分析電弧光對(duì)熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)的影響；

步驟3，計(jì)算得到去除電弧光影響后的熔池溫度場(chǎng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除電弧光影響的熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于，比色測(cè)溫公式為：

其中C₂為第二輻射常數(shù)，C₂＝1.4388×10^-2m·K，L(λ₁,T)和L(λ₂,T)為熔池在波長(zhǎng)λ₁、λ₂下的輻射亮度，ξ(λ₁,T)和ξ(λ₂,T)為熔池在波長(zhǎng)λ₁、λ₂下的光譜發(fā)射率。設(shè)M(λ,T)為熔池的光譜輻出度，有：

M(λ,T)＝π·L(λ,T) (2)

則式(1)可變?yōu)椋?/p>

將兩臺(tái)CCD相機(jī)的曝光時(shí)間設(shè)置成相同，CCD相機(jī)在波長(zhǎng)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(jī)的光譜響應(yīng)率，τ(λ)為透鏡的光譜透過(guò)率，γ(λ)為濾光片的光譜透過(guò)率，δλ₁、δλ₂分別為兩片濾光片的帶寬；由式(1)和式(4)可得：

令：

式(5)就變?yōu)椋?/p>

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去除電弧光影響的熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于，步驟2計(jì)算電弧光對(duì)熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)的影響，具體為：

不考慮大氣吸收等因素的影響，根據(jù)輻射的基本定律，熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)接收到的輻射能量由熔池自身的輻射能量ξM₀和熔池上方的電弧光輻射能量ρM_r兩部分構(gòu)成，熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)接收到的輻射能量表示為：

M＝ξM₀+ρM_r (8)

式中，M₀為熔池的光譜發(fā)射率ξ＝1時(shí)的輻射能量；M_r為電弧光輻射投向熔池的輻射能量；ξ、ρ分別為測(cè)溫系統(tǒng)響應(yīng)波段內(nèi)熔池的發(fā)射率、反射率。

對(duì)于不透明的熔池，就會(huì)有ξ+ρ＝1，式(8)就變?yōu)椋?/p>

M＝ξM₀+(1-ξ)M_r (9)

其中：

式中，T₀為熔池本身的溫度，設(shè)比色測(cè)溫中雙波長(zhǎng)λ₁、λ₂對(duì)應(yīng)的光譜發(fā)射率分別為ξ₁、ξ₂，設(shè)熔池為灰體，有：

ξ＝ξ₁＝ξ₂ (11)

根據(jù)式(9)和式(11)，基于比色測(cè)溫法，測(cè)量熔池溫度場(chǎng)時(shí)有：

式中，M₁₀是溫度為T₀的熔池區(qū)域在波長(zhǎng)λ₁處的輻出度，M₂₀是溫度為T₀的熔池區(qū)域在波長(zhǎng)λ₂處的輻出度，M_1r是溫度為T_r的電弧光在波長(zhǎng)λ₁處的輻出度，M_2r是溫度為T_r的電弧光在波長(zhǎng)λ₂處的輻出度。

如果不考慮電弧光輻射的影響，式(12)就變?yōu)椋?/p>

定義電弧光輻射對(duì)熔池溫度場(chǎng)測(cè)量的影響為：