红外与激光工程
2022, 51(10): 20220352
1 中国矿业大学机电工程学院, 江苏 徐州 221116
2 山东能源重装集团大族再制造有限公司, 山东 新泰 271219
针对激光熔覆过程由于热输入难以准确控制, 导致成型精度及质量难以达到预期的问题, 通过搭建激光熔覆熔池监控系统, 准确测量熔池尺寸, 得出熔覆参数与熔池形貌之间的关系。利用彩色CCD比色测温方法, 获取能显示温度场分布的温度伪彩图。结果表明：随着激光功率的变化, 熔池形貌会产生较大的变化, 而送粉率的变化对熔池形貌的影响表现并不明显。由于热累积, 熔池的“拖尾现象”始终存在于熔池的整个熔覆过程中, 并会随功率的增加愈加明显, 使CCD相机测得的熔池的面积并不能准确反映出熔池在熔覆过程中的变化情况。因此, 在后续的激光熔覆闭环控制系统的设计之中, 应优先选用熔池宽度信息作为变量, 以达到高质量熔覆的目的。
激光技术 熔池监测系统 比色测温 熔池尺寸 熔池温度场 laser technique molten pool monitoring system colorimetric thermometry molten pool size temperature field of molten pool
1 苏州大学 机电工程学院, 苏州 215021
2 西安交通大学 机械工程学院, 西安 710049
为了保持激光熔覆过程中熔池温度的相对稳定, 采用比色测温与比例-积分-微分（PID）控制策略相结合的方法实现了熔池温度的闭环控制, 搭建了一套基于双通道彩色CCD的激光熔覆成形熔池温度在线测控系统。将发射率ε纳入到待定系数K中, 建立了灰度比值与K的对应关系, 推导出了熔池温度的计算公式。基于Socket通信实现了温度在工控机与机器人控制器之间的信号传递, 设计了基于激光功率变化的温度控制器算法。结果表明, 此系统能实时准确地测量并控制熔池温度, 控制精度在3%以内;将该系统运用于薄壁圆筒堆积成形实验中, 能够有效消除激光熔覆成形过程中的温度累积效应; 成形件底部与顶部外径仅相差0.9mm, 成形件各处显微组织差异较小, 组织致密均匀。该控制方案具有实时性好、成本较低、便于集成应用等优点。
激光技术 比色测温 熔池温度 闭环控制 laser technique colorimetric thermometry molten pool temperature close-loop control
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
应用于煤气化炉的蓝宝石光纤宽谱温度监测系统解决了蓝宝石光纤测温技术无法同时监测高温和低温状态的问题。在煤气化炉点火和烘炉的低温段，将微弱的热辐射信号放大，采用插值法得到低温值；在高温段，采用比色测温法进行精确的温度监测。系统利用蓝宝石单晶光纤和耐高温耐冲刷合金管作为蓝宝石光纤的护套，以适应煤气炉内的高温和冲刷的恶劣环境，并采用光纤高压隔离器件，将蓝宝石光纤导出压力为5 MPa的炉外。经标定和温度实测，系统的测量范围为200 ℃～1600 ℃，可分辨温度达1 ℃，高温段温度测量精度达0.5%。
光纤光学 蓝宝石光纤 高温 比色测温法 煤气化炉 光学学报
2013, 33(s1): s106006
安徽大学特种电视技术研究中心, 安徽 合肥 230088
设计了一种加热炉内钢坯表面温度实时检测系统，以DSP为图像处理核心，采集加热炉内两幅临近中心波长的近红外辐射图像，用比色测温算法计算出钢坯表面温度。 对比色测温原理、系统的硬件电路、软件流程和试验效果进行了分析。在H型钢加热炉的试验表明，系统能实时检测加热钢坯的表面温度，实时生成加热炉内温度场 的伪彩图像并完成工况分析。钢坯表面温度检测的相对误差小于0.5%，满足加热炉温度控制工艺的要求。
图像处理 表面温度 比色测温 钢坯 加热炉 image processing surface temperature colorimetric thermometry digital signal processor DSP billet furnace
