激光熱處理作為一種材料表面高溫處理技術(shù),具有升溫速度快、溫度范圍寬的特點,升溫速度可達10～4℃/s。傳統(tǒng)的接觸式測溫法無法滿足快速升溫的溫度場和升溫過程的測量需求,為滿足這一需求,本文設(shè)計一種非接觸式的基于圖像處理的紅外CCD測量材料表面溫度的方法。針對溫度測量范圍寬的問題,提出了分段測量的方法;針對升溫速度快,提出了計算機控制的快速自適應(yīng)曝光時間算法;為提高測量精度,對溫度-灰度曲線進行了嚴格標(biāo)定。實驗證明該方法是一種低成本、高穩(wěn)定性、高精度、簡單有效的測溫方法,本研究為激光熱處理中材料表面溫度測量提供了切實可行的解決方案。

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【部分圖文】：

圖1 不同曝光時間下圖像灰度隨溫度變化關(guān)系

經(jīng)過不同參數(shù)組合下的多組標(biāo)定，曝光時間t為0.9ms、0.5ms、0.04ms滿足激光熱處理需要，同時滿足自適應(yīng)曝光時的快速計算，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，3種曝光時間可以覆蓋800℃～1450℃的溫度范圍，每個曝光時間可以對跨度200℃以上的溫度場進行成像。令，將定標(biāo)數(shù)....

圖2 不同曝光時間下圖像灰度隨輻射亮度的變化關(guān)系

利用最小二乘法將定標(biāo)曲線進行擬合，得到的t1=0.9ms、t2=0.5ms和t3=0.04ms時的CCD定標(biāo)函數(shù)為：R2可以表征該曲線擬合效果的好壞程度。當(dāng)確定系數(shù)越接近1，表示擬合效果越好。t1=1ms曲線的擬合確定系數(shù)為;t2=0.5ms曲線的擬合確定系數(shù)為;t3=....

圖3 快速自適應(yīng)曝光控制算法流程圖

實驗樣品為T10鋼，激光輸出功率為1000W，掃描速度為20mm/s。為了安全性原則和測溫系統(tǒng)視場較小的綜合考慮，測溫系統(tǒng)放置在實驗樣品的側(cè)上方處，物距D=1000mm，調(diào)整系統(tǒng)保持成像清晰度與實驗室定標(biāo)的一致性。測試現(xiàn)場場溫度為26.55℃，相對濕度為35.2%。在測測試....

圖4 升溫0.2 s時刻材料料表面溫度圖

實驗中，激激光器掃描速速度為20mm/s,CCD曝曝光間隔隔為10ms，因此設(shè)置每秒秒曝光次數(shù)M=100，測量時間間為1s，從而而可得到1000組溫度場數(shù)數(shù)據(jù)。選取部分最高高溫度數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1和圖5所示示。圖5升升溫過程曲線

本文編號：4023100