[发明专利]基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统

权利要求书

1.一种基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，包括分光镜、两片滤光片、两个CCD相机、FPGA和计算机；

所述分光镜用于将入射光线分成两路相同的输出；

所述滤光片用于选择特定波段的光通过；

所述CCD相机用于熔池在选择的特定波段下成像；

所述FPGA用于发出触发信号给两个CCD相机；

所述计算机一方面用于控制FPGA，另一方面用于对CCD相机输出的图像进行处理，计算得到熔池的温度场。

2.根据权利要求1所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，滤光片的波段选择要避开焊接过程中焊丝成分和保护气发出的谱线波段。

3.根据权利要求1所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，所述CCD相机为两台相同的黑白CCD相机。

4.根据权利要求1所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，在CMT工艺下，所述FPGA在焊接电流处于基值时发出信号触发CCD相机。

5.根据权利要求1所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，所述全视场熔池温度场检测系统在测量之前使用标准高温黑体进行标定。

6.根据权利要求1所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，所述计算机基于比色测温法计算熔池的温度场；

比色测温公式为：

其中C₂为第二辐射常数，C₂＝1.4388×10^-2m·K，L(λ₁,T)和L(λ₂,T)为熔池在波长λ₁,λ₂下的辐射亮度，ξ(λ₁,T)和ξ(λ₂,T)为熔池在波长λ₁,λ₂下的光谱发射率，将两台CCD相机的曝光时间设置成相同，CCD相机在波长λ₁,λ₂下采集到的图像灰度值N(λ₁,T)和N(λ₂,T)的比值为：

其中η(λ)为CCD相机的光谱响应率，τ(λ)为透镜的光谱透过率，γ(λ)为滤光片的光谱透过率，δλ₁,δλ₂分别为两片滤光片的带宽。由以上两式可得：

令：

公式(3)就变为：

设熔池为灰体，有：ξ(λ₁,T)＝ξ(λ₂,T)，式(5)就变为：

式(6)即为熔池温度场的计算公式，式中K为需要标定的参数。

7.根据权利要求6所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，标定的具体过程为：

选定一个标准高温黑体，将其温度上升至1000℃，将分光镜输入面对准黑体炉的出口，计算出系统输出的两幅图像的灰度值比值，然后根据式(6)计算出对应的K值；后续将黑体炉逐步上升50℃，重复以上步骤10次，计算出10个K值，最后分析K值的变化趋势，选定后续趋于平稳的K值。

8.根据权利要求6或7所述的基于比色测温法的全视场熔池温度场检测系统，其特征在于，计算熔池温度场前对两幅图像进行对称处理和匹配处理。