[发明专利]一种去除电弧光影响的熔池温度场检测方法

权利要求书

1.一种去除电弧光影响的熔池温度场检测方法，其特征在于，采用全视场熔池温度场检测系统，该系统包括分光镜、两片滤光片、两个CCD相机和计算机；分光镜用于将入射光线分成两路相同的输出，滤光片用于选择特定波段的光通过，CCD相机用于熔池在选择的特定波段下成像，计算机用于对CCD相机输出的图像进行处理，计算得到熔池的温度场；检测方法包括以下步骤：

步骤1，基于比色测温法计算熔池的温度场；

步骤2，分析电弧光对熔池温度场检测的影响；

步骤3，计算得到去除电弧光影响后的熔池温度场。

2.根据权利要求1所述的去除电弧光影响的熔池温度场检测方法，其特征在于，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。设M(λ,T)为熔池的光谱辐出度，有：

M(λ,T)＝π·L(λ,T) (2)

则式(1)可变为：

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；由式(1)和式(4)可得：

令：

式(5)就变为：

3.根据权利要求2所述的去除电弧光影响的熔池温度场检测方法，其特征在于，步骤2计算电弧光对熔池温度场检测的影响，具体为：

不考虑大气吸收等因素的影响，根据辐射的基本定律，熔池温度场检测系统接收到的辐射能量由熔池自身的辐射能量ξM₀和熔池上方的电弧光辐射能量ρM_r两部分构成，熔池温度场检测系统接收到的辐射能量表示为：

M＝ξM₀+ρM_r (8)

式中，M₀为熔池的光谱发射率ξ＝1时的辐射能量；M_r为电弧光辐射投向熔池的辐射能量；ξ、ρ分别为测温系统响应波段内熔池的发射率、反射率。

对于不透明的熔池，就会有ξ+ρ＝1，式(8)就变为：

M＝ξM₀+(1-ξ)M_r (9)

其中：

式中，T₀为熔池本身的温度，设比色测温中双波长λ₁、λ₂对应的光谱发射率分别为ξ₁、ξ₂，设熔池为灰体，有：

ξ＝ξ₁＝ξ₂ (11)

根据式(9)和式(11)，基于比色测温法，测量熔池温度场时有：

式中，M₁₀是温度为T₀的熔池区域在波长λ₁处的辐出度，M₂₀是温度为T₀的熔池区域在波长λ₂处的辐出度，M_1r是温度为T_r的电弧光在波长λ₁处的辐出度，M_2r是温度为T_r的电弧光在波长λ₂处的辐出度。

如果不考虑电弧光辐射的影响，式(12)就变为：

定义电弧光辐射对熔池温度场测量的影响为：