[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

说明书

技术领域

本发明是一种气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置及方法，属于气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置及方法的改造技术。

背景技术

电镦成形是对金属棒料工件进行连续局部的直接通电，在电阻热的作用下使工件局部温度升高，同时在棒料工件的轴向施加镦粗压力，从而使工件局部产生塑性变形实现逐步聚料的一种成形加工工艺方法，它是目前生产发动机气门的一个关键成形工艺。在电镦成形中，工件温度是一个关键的工艺参数，对工件成形过程和最终产品质量都将产生决定性作用，但工件温度只能通过调整加热电流和镦粗压力来间接控制。因此，准确且实时地测量工件温度是电镦成形加工过程中的重要环节，但由于在气门电镦成形过程中工件在较短的时间内产生极大的塑性变形，使得动态测量工件温度和形状变得极为困难。研究合理和可行的工件温度测量方法对气门电镦成形加工工艺具有重要意义。

一般金属材料成形加工过程中的温度测量主要有接触式和非接触式两种方式。接触式测温方式中目前主要采用热电偶进行温度测量，热电偶测温简单、可靠，测量精度也较高，但因需要测温元件与被测金属间进行充分的热交换，经过一定的时间后才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时也难以应用到成形加工中工件形状尺寸实时变化的温度测量，所以目前主要应用于加热炉内静态的温度测量。非接触式测温方式中主要采用红外测温的形式，即通过高温金属红外辐射原理来测量温度，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快。目前国内外广泛采用的红外测温仪，主要分为点式或线扫描式，都不能实时获得变形工件整个区域的温度分布，也不能同时获取工件的形状尺寸的变化，而且价格昂贵，不便于在气门电镦等金属高温成形加工中实际应用。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，方便使用的气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置。

本发明的另一目的在提供一种测量精度高，反应速度快，操作简单方便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。

本发明的技术方案是：本发明的气门电镦成形工件温度和形状动态测量装置，包括有滤光片、工业镜头、工业摄像机、图像采集卡、微计算机，工业镜头安装在工业摄像机上，滤光片安装在工业镜头上，工业摄像机的信号输出端与微计算机连接。

上述工业摄像机的信号输出端通过数据线与图像采集卡连接，图像采集卡安装在微计算机上，或工业摄像机的信号输出端通过1394接口、USB接口或以太网接口直接连接微计算机。

上述工业摄像机为彩色CCD工业摄像机。

上述滤光片为能透过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。

本发明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，包括如下过程：

1）上述温度测量时，高温工件发出热辐射，透过滤光片进入工业镜头；

2）工业摄像机获得透过工业镜头的近红外光，并转化为图像数据；

3）微计算机通过图像采集卡获得工业摄像机摄取的图像数据，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。

上述微计算机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，设定工业镜头的光圈为0.8－20和设定工业摄像机快门的曝光时间为0.001－1秒，确定工件与工业镜头的测量距离为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。

上述步骤12）中的温度测量装置采用热电偶或红外测温仪。

上述微计算机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：