双波长滤光片式红外测量焊接温度场系统研究.pdfVIP

北京石油化』学院蒋力培 北京装甲兵工程学院张甲英 北强石油化—r学院马宏泽 }蛔E 本义研制r辱9新颖的学镜头双、驶长缈旧象比色删温系统米实时抢测焊接温度场，这一系统 中设置了特殊的疆波长红外滤光片．nJ以用单镜头任同—幅幽象中同步采集司两种波长的焊接熔池红外 热辐射图象，从而简化r焊接温度场的罔象比色删温装置，使得焊接滥度场舻罔豫比色测温方法进一步 实用化。 美t鼽焊接温度场双汝鼢睦光片红外衷媪 O前言 焊接温度场的实时测量技术是焊接过程与质量控制技术中的一个币要的研究方面，近几年的研 究结果表明图象比色测温方法在测量焊接温度场方面有相当人的发展前途。 比色钡☆盘}去在光踌结构上有两种儿‘案可供选挥衅j： (1)单通道型即，使用一恍检翘0装置 分时接受热辐射束，再采用两种不同波l王_滤光片来处理此热辐射束；2)蹦匝道型。即，使用两个 光检测装置同时接受热辐射束，再使其经过各[Iil,l光片后射入到各自拎删装置l二进行处理。单通道 型的忱点在于使用一个摄象机．光路简单，便于调整。f日采用弟短道，瞿的测温系统，往往要通过电 机来分时切换两种滤光片以取得不同波长的两幅热辐射图象，从而使系统响应速度陧，并使图象采 集装置结构复杂。删通道型的优点足啊应速嫂陕．但光路复杂，不便l黎。 为了综合ij查二种方法的优点，本文硼制了一种新的比色测温系统，这种系统的特点是采耳j —种双波长的红外滤光片，这样就可咀用单镜头fr一幅图象中同u斯目置二mB不同波＆吖J热辐射图象 信息，再利用比色测温原理对该图象进行处理，实时测量}I陋据化区的：2接温度场r的焊接温度场。 这种系统不必采用分叫切换滤光片的机构，凶而站构简毕，实用性好，适削丁蜊妾现场。 本文研制的双波长红外图象处理系统主要由双波长滤光片、COD摄像机、数字因缘卡、计算机 等级组成。其基本工作原理为：(1)采川双波眭红外滤光片得到的蝌接熔泡两种不同波的雷象 信息，进行比色洲湍计算。 光的干扰，最大程度地摄取熵池热图缘。戏波k滤光片的具体结构形r避．用左右．撕个不同波长的 半圆滤光片拼接成一个整圆ng光片，其脚个、1i旧的波长值根据比色溅Zj的要求而设计u在系统中安 装双波长滤光片时，将其接缝对准焊接熔池中心，使熔池左边幅射的砷波长的光线通过乍半园滤 光片后在光轴的右迦J竞像，而熔池右边幅射的另一波K构光线通过矗、{：园滤光片后存光轴的左边成 Ⅲ图象的两半边取得两种波 像。这烊，当用一台CCD摄象机摄取焊接熔池I到象时，捌■T同时再 第九次伞尉焊接会议论文集 长的*、’接温度场红外图象．如H【示。由r焊接温度场在正常隋况F是对称的p】，即沿熔池中心线 左右刘称，如果考虑gR波长澎1寸i的中间接缝很窄可以忽略不计，则可以认为在接缝两边的温度呖 是对称的。这样就可以通过将狭缝两边对称点上的两个波长的信息视作同—温度下的双波长信息进 行比e测温计算，进行在线定标，求出该点的温度。 I 斗文研制的叔波长滤光片的两个波长分j；{J为丑=080SOp．m， 山：080501．tm．选择这两个波K：t-．Z要考虑到以下几个力面的情况： (}J选用的波长必须是昕测#度范围内发目．1-的谱线，在1004)℃～ 1600。【：之间的钢发射的谱线；iI曰比较宽，从可见光到远红外都有， 峰值波长在近红外，约在i5、2．2btm范围。另外选慝的波长同时必须 在c(’D摄象机的光谱响应范吼。二内(o扯1．1 gtm)，又要避开可见光的 影响，因此其范围应为075～】…m，即近红外波段。 (：：)比色测温能排除中型介甄(如烟雾、灰尘等)对测量精度的 影响、但不能消除选择陛吸收介喷对测量精度的影响，因此必须设法 圈1通过双波长璃t片得到目 避开。摄象系统是在空气中使I，J．空气中对称分子结构的气体，如M， i邑瞎化区的双波长红外图像 02，H。它们在相当宽的红外渡段对{目射无吸收怍用，而空气中的琏O， cq，CO等却对红外辐射具确强烈的吸收作用。因此选择工f：P波Deg, 须避【1=这些吸收带。