[发明专利]气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置及方法

权利要求书

1.一种气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置，其特征在于包括有滤光片（1）、工业镜头（2）、工业摄像机（3）、图像采集卡（4）、微计算机（5），工业镜头（2）安装在工业摄像机（3）上，滤光片（1）安装在工业镜头（2）上，工业摄像机（3）的信号输出端与微计算机（5）连接。

2.根据权利要求1所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置，其特征在于上述工业摄像机（3）的信号输出端通过数据线与图像采集卡（4）连接，图像采集卡（4）安装在微计算机（5）上，或工业摄像机（3）的信号输出端通过1394接口、USB接口或以太网接口直接连接微计算机（5）。

3.根据权利要求1所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置，其特征在于上述工业摄像机（3）为彩色CCD工业摄像机。

4.根据权利要求1所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置及方法，其特征在于上述滤光片（1）为能透过760nm至1000nm波段的任意波长的近红外光并能过滤掉其它波长光线的滤光片。

5.一种根据权利要求1所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置的测试方法，其特征在于包括如下过程：

1）上述温度测量时，高温工件发出热辐射，透过滤光片（1）进入工业镜头（2）；

2）工业摄像机（3）获得透过工业镜头（2）的近红外光，并转化为图像数据；

3）微计算机（5）通过图像采集卡（4）获得工业摄像机（3）摄取的图像数据，或通过1394接口、USB接口或以太网接口直接获得工业摄像机（3）摄取的图像数据，经过图像处理，最终得到工件的温度分布和外形尺寸。

6.根据权利要求5所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量的方法，其特征在于上述微计算机（5）在其温度和形状动态测量系统上进行基准温度标定，具体流程为：

11）针对具体测量工件大小和温度高低，设定工业镜头（2）的光圈为0.8－20和设定工业摄像机（3）快门的曝光时间为0.001－1秒，确定工件与工业镜头（2）的测量距离为300－2000mm；

12）将已成形的确定材料气门工件加热到500℃－1300℃的高温，并使工件温度均匀分布，在此采用温度测量装置测量工件的温度；

13）在500℃－1300℃范围内，每20℃～50℃记录工件的温度，同时用工业摄像机（3）获取此时工件图像，并通过温度和形状动态测量系统进行图像识别，最终得到确定材料工件每一记录温度下对应图像的颜色值；

14）针对不同工件材料，在不同光圈、不同曝光时间、不同测量距离等参数条件下，通过标定测试，建立500℃－1300℃范围内每隔20℃～50℃的温度与图像颜色值之间的对应关系，并建立基准温度标定数据库。

7.根据权利要求6所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量的方法，其特征在于上述步骤12）中的温度测量装置采用热电偶或红外测温仪。

8.根据权利要求5所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量的方法，其特征在于上述微计算机（5）在其温度和形状动态测量系统上进行基准形状尺寸标定，具体流程为：

21）针对具体测量工件形状大小，设定工业镜头（2）的光圈为0.8－20和工业摄像机（3）快门的曝光时间为0.001－1秒，确定工件与工业镜头（2）间的测量距离为300－2000mm；

22）制作形状尺寸测定的黑白网格标定板，网格大小有5×5mm、10×10mm、20×20mm、50×50mm以及100×100mm几种形式；

23）将标定板安放于工业镜头（2）前，板面垂直于工业镜头轴线，板面与工业镜头的距离设定为工件与工业镜头的测量距离为300－2000mm，用工业摄像机（3）获取标定板的图像，并通过温度和形状动态测量系统进行图像识别，最终得到每一测定距离下标定板图像像素点间距与实际间距之间的比例关系；

24）针对在不同光圈、不同曝光时间、不同测量距离等参数条件下，通过标定测试建立图像像素点间距与实际间距之间的关系，并建立基准形状尺寸标定数据库。

9.根据权利要求5所述的气门电镦成形工件温度和形状动态测量的方法，其特征在于上述微计算机（5）在其温度和形状动态测量系统上进行工件温度测量和形状尺寸测量的方法如下：

31）针对具体测量工件大小和温度高低，设定与基准温度标定数据库中对应的工业镜头（2）的光圈和摄像机快门的曝光时间，以及工件与工业镜头（2）的测量距离；

32）在气门工件电镦成形过程中，通过工业摄像机（3）摄像获取工件的图像，运用温度和形状动态测量系统进行图像识别，获得工件图像各像素点的颜色值；

33）根据基准温度标定数据库中温度与颜色值之间的对应关系，通过分段线性插值计算工件图像各像素点的颜色值对应的温度，最终获得工件的温度分布；因工件与周围环境的显著差别，工件对应的像素点颜色值与周围环境对应像素点的颜色值也存在显著差别，通过现有的边缘检测算法，获得工件图像边界；根据基准形状尺寸标定数据库中像素点间距与实际间距之间的比例关系，可以计算出气门电镦工件的外形尺寸；

34）在气门工件电镦成形过程中不同时间点，通过工业摄像机（3）摄像获取工件的动态图像，运用温度和形状动态测量系统进行图像识别，按照步骤32)到步骤33）可以获得最终获得工件的动态温度分布和气门电镦工件外形尺寸的变化。