[發明專利]一種計算脈沖TIG焊接軸對稱等離子體電弧溫度的方法

有效

• 申請號: 201811119604.2
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109374152B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 楊明軒;劉恒;齊鉑金
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種計算脈沖TIG焊接軸對稱等離子體電弧溫度的方法，包括：對RGB圖像數據矩陣A進行灰度化處理，得到矩陣B；對矩陣B進行圖像旋轉糾正，得到矩陣C；劃定矩陣C的上限、下限和左右邊界，得到選取電弧區域矩陣D；對電弧區域矩陣D進行高斯保邊濾波，得到矩陣E；對矩陣E進行等比放大，得到放大后的矩陣F，并記錄等比放大倍數M；基于等比放大倍數M和矩陣F進行相對發射系數處理，得到相對發射系數矩陣G；導入發射系數與溫度的關系數據，將相對發射系數矩陣G經過轉換溫度數據處理，得到溫度數據矩陣H，生成相對應的溫度云圖，充分考慮了圖片的旋轉操作，進而提高了數據計算的準確性。

技術領域

本發明涉及焊接熱等離子體電弧溫度測量技術領域，更具體的說是涉及一種計算脈沖TIG焊接軸對稱等離子體電弧溫度的方法。

背景技術

電弧是一種熱等離子體，由于熱等離子的高溫特性，使接觸式測溫有著分辨率低、測量時的接觸干擾、耐高溫材料難以制備等缺點，所以一般采用非接觸方法測量。在焊接領域中，了解電弧的溫度分布，便于制定良好的焊接工藝，進而得到綜合性能好的焊接接頭。

利用發射光譜測溫時，Grime、Wilson、和Grant等人以及北京工業大學宋永倫等人的研究表明TIG電弧等離子體可以認為具有“光學薄”特性，并且滿足局部熱力學平衡條件。

采集發射光譜主要分為光譜儀和圖像傳感器兩種方式，光譜儀采集數據精確度高、易于計算特定的特征譜線，但是其采集速度以及同步性較差，所以目前在圖像傳感器前加窄帶濾光片是采集發射光譜的主流。

發射光譜層析法重建等離子體場，實際上就是由等離子體的面輻射積分經過ABEL逆變換得到空間體輻射的分布場的過程。圖像傳感器采集數據處理時按行分層逐層處理，故需要每行數據均垂直于軸對稱電弧等離子體的軸線，也就是說，電弧等離子體的軸線需要與圖像的左側邊界平行。

標準溫度法是非接觸方法中常使用的一種方法，其依據主要為特征譜線的發射系數是關于溫度的單峰函數。結合圖像傳感器所采集的經過窄帶濾光片濾光后得到的單一特征譜線的圖像灰度信息，經過ABEL逆變換并確認每行發射系數的峰值，便可以利用發射系數與溫度的關系，計算出電弧等離子體的溫度分布。

在實際的圖像處理中，因為發射光譜層析法的要求，需要事先對圖片進行旋轉操作，進而提高數據計算的準確性，而目前的研究大都忽略了因為圖像傳感器與實際電弧有一定的偏轉角度而產生的數據誤差；另外在對數據散點進行擬合函數方面，目前有三次插值、擬合多項式、擬合多項式法、傅里葉級數展開等方法，精度較高分段多項式的在目前的研究中的還存在一些不足，需要進一步優化提高其精度；另外在現有的確定軸線的方法還有一些不足，比如上海交通大學的肖笑等人采用人工方式識別每行數據的軸線位置，而哈爾濱工業大學的馬稅良等人的采用判定軸線的方法比如對稱函數法、權重系數法、噪聲統計法僅在軸對稱極好的電弧等離子體中適用，而在實際中過于理想等；除此之外，目前研究中僅計算幾行數據，然后去擬合電弧等離子體的溫度場，可能會忽略一些細節，導致最終計算出的電弧等離子體的溫度分布存在著較大的誤差。

因此，如何提高計算電弧等離子體的溫度分布的準確性是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種計算脈沖TIG焊接軸對稱等離子體電弧溫度的方法，能夠有效提高了計算電弧等離子體的溫度分布的準確性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種計算脈沖TIG焊接軸對稱等離子體電弧溫度的方法，包括：

S1：基于窄帶濾光片以及相機內部的RGB濾光片的通過率曲線，將采集到的電弧等離子體的RGB圖像數據矩陣A進行灰度化處理，得到灰度圖像數據矩陣B；

S2：根據限定旋轉角度誤差，對灰度圖像數據矩陣B進行圖像旋轉糾正，得到圖像數據矩陣C；