[发明专利]金属粉末激光成形过程中温度场检测方法及其系统装置

权利要求书

1.一种金属粉末激光成形过程中温度场检测方法，其特征在于包括：采用双波长红外图像比色测温方法，通过将两种波长的滤光片分时交替位于采集光路中，有步骤的连续采集来自于两种波长的熔池的图像，再对来自不同波长的两幅红外图像进行灰度比色计算，根据比色值与温度值的关系，求得图像上各点的温度值，用灰度值代表温度值形成灰度图像，再对所形成的灰度图像进行图像处理，进而求其形状和温度场变化趋势。

2.按照权利要求1所述金属粉末激光成形过程中温度场检测方法，其特征在于：所述图像采集光路采用单通道型。

3.按照权利要求1所述金属粉末激光成形过程中温度场检测方法，其特征在于：在熔池处于摄像机视场中心时开始测量。

4.按照权利要求1所述金属粉末激光成形过程中温度场检测方法，其特征在于：所述摄像机图像采集帧频为：60帧/s～100帧/s；测温范围：800～2300K；工作波长为：0.79μm和0.921μm。

5.按照权利要求1所述金属粉末激光成形过程中温度场检测方法的系统装置，其特征在于包括：

-转盘，与驱动装置相连；

-多个滤光片，两两一组，将两种波长的滤光片均匀间隔的固定在转盘上；

-定位控制部件，采用光电传感器感应定位装置位置；

-图像采集单元，由摄像机和图像采集卡组成，摄像机所采集的红外图像，经过图像采集卡传输到计算机处理单元中，通过图像处理程序进行图像的分析，从而获得熔池的温度场分布及变化信息；

-驱动装置，由步进电机构成，转速由图像采集单元中的摄像机的帧速率确定

-整体倾斜15-30°角安装在激光光轴旁侧，固定在光轴上，随同光轴运动。

6.按照权利要求5所述金属粉末激光成形过程中温度场检测方法的系统装置，其特征在于：所述滤光片个数为2-8，其中一组波长为0.79μm，另一组波长0.921μm，带宽均为0.01μm。

7.按照权利要求5所述金属粉末激光成形过程中温度场检测方法的系统装置，其特征在于所述图像处理程序具体流程为：

步骤1)通过一种波长滤光片采集目标体灰度图像并进行滤波；

步骤2)通过另一种波长滤光片采集目标体灰度图像并进行滤波；

步骤3)获取两幅目标体灰度图像的对应像素点；

步骤4)通过式1求所述两幅目标体灰度图像对应点的灰度比值；

步骤5)根据温度比色算法公式，由步骤4)的比值求得图像上各点的温度值；

步骤6)用灰度值代表温度值，由步骤5)求得的各点温度生成灰度图像；

步骤7)对步骤6)生成的灰度图像进行图像处理实现熔池的温度分析，通过图像灰度特征的动变化趋势即可看出温度场的变化趋势，完成单次处理。若继续，则返回步骤1)；

式1为：

R(T)=N(λ1,T)N(λ2,T)]]>

≈Q(λ1,T)Q(λ2,T)=ϵ(λ1,T)·η(λ1)·τ(λ1)·δλ1·λ25eC2λ2Tϵ(λ2,T)·η(λ2)·τ(λ2)·δλ2·λ15eC2λ1T]]>

其中：λ₁第一组滤光片的峰值波长，λ₂第二组滤光片的峰值波长，N(λ₁，T)第一组滤光片的灰度值，N(λ₂，T)第二组滤光片的灰度值，Q(λ₁，T)第一组滤光片的CCD电荷输入量，Q(λ₂，T)第二组滤光片的CCD电荷输入量，ε(λ₁，T)第一组滤光片的峰值波长λ₁下的光谱辐射率，ε(λ₂，T)第二组滤光片的峰值波长λ₂下的光谱辐射率，C₂为第二辐射常数，τ(λ₁)、τ(λ₂)、δλ₁、δλ₂和η(λ₁)、η(λ₂)分别为第一组滤光片峰值透过率、第二组滤光片峰值透过率、第一组滤光片带宽、第二组滤光片带宽、第一组滤光片的CCD光谱响应函数和第二组滤光片的CCD光谱响应函数；

温度比色算法公式为：

T=C2(1λ2-1λ1)lnR(T)-lnη(λ1)η(λ2)-lnτ(λ1)τ(λ2)-5lnλ2λ1]]>