激光热处理高速升温过程的红外CCD监测方法

发布时间：2025-01-04 07:19

　　 激光热处理作为一种材料表面高温处理技术,具有升温速度快、温度范围宽的特点,升温速度可达10～4℃/s。传统的接触式测温法无法满足快速升温的温度场和升温过程的测量需求,为满足这一需求,本文设计一种非接触式的基于图像处理的红外CCD测量材料表面温度的方法。针对温度测量范围宽的问题,提出了分段测量的方法;针对升温速度快,提出了计算机控制的快速自适应曝光时间算法;为提高测量精度,对温度-灰度曲线进行了严格标定。实验证明该方法是一种低成本、高稳定性、高精度、简单有效的测温方法,本研究为激光热处理中材料表面温度测量提供了切实可行的解决方案。

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【部分图文】：

图1 不同曝光时间下图像灰度随温度变化关系

经过不同参数组合下的多组标定，曝光时间t为0.9ms、0.5ms、0.04ms满足激光热处理需要，同时满足自适应曝光时的快速计算，结果如图1所示。由图1可知，3种曝光时间可以覆盖800℃～1450℃的温度范围，每个曝光时间可以对跨度200℃以上的温度场进行成像。令，将定标数....

图2 不同曝光时间下图像灰度随辐射亮度的变化关系

利用最小二乘法将定标曲线进行拟合，得到的t1=0.9ms、t2=0.5ms和t3=0.04ms时的CCD定标函数为：R2可以表征该曲线拟合效果的好坏程度。当确定系数越接近1，表示拟合效果越好。t1=1ms曲线的拟合确定系数为;t2=0.5ms曲线的拟合确定系数为;t3=....

图3 快速自适应曝光控制算法流程图

实验样品为T10钢，激光输出功率为1000W，扫描速度为20mm/s。为了安全性原则和测温系统视场较小的综合考虑，测温系统放置在实验样品的侧上方处，物距D=1000mm，调整系统保持成像清晰度与实验室定标的一致性。测试现场场温度为26.55℃，相对湿度为35.2%。在测测试....

图4 升温0.2 s时刻材料料表面温度图

实验中，激激光器扫描速速度为20mm/s,CCD曝曝光间隔隔为10ms，因此设置每秒秒曝光次数M=100，测量时间间为1s，从而而可得到1000组温度场数数据。选取部分最高高温度数据，结果如表1和图5所示示。图5升升温过程曲线

本文编号：4023100