一種非接觸式瞬態焊接溫度場測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種非接觸式瞬態焊接溫度場測量方法，屬于測量技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著技術的進步及對焊接認識的加深，焊接溫度場對焊接質量的影響越來越引起大家的重視。
[0003]焊接溫度場的測量分為接觸式與非接觸式兩種。接觸式缺點較多，測量過程復雜，而且很難同時得到多點乃至全場溫度；作為非接觸法之一的紅外熱像儀測溫法則能實時地進行溫度場觀測并一次性獲得全場溫度信息。
[0004]目前，由于紅外測溫技術具有非接觸、不干擾被測溫度場等優點，已在各領域得到廣泛的應用。但是，紅外測溫技術也有其局限性，例如，強烈的弧光干擾使的正面熔池區域溫度場的測量準確性難以保證。對此，一般采用擋板或濾波的辦法來降低弧光的干擾，這種方法雖然能減小部分干擾，但不能從根本上避免干擾的存在。因此提出一種操作簡單、容易實現、可能較準確測量并能模擬整體焊接溫度場的綜合性測量方法，顯得尤為重要。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對上述測量方法的不足提出一種非接觸式瞬態焊接溫度場測量方法，該方法能夠通過對瞬態紅外圖像和數據處理，模擬出整體焊接溫度場，用來指導和改進焊接工作。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案來實現。
[0007]一種非接觸式瞬態焊接溫度場測量方法，其特征在于:其步驟如下。
[0008](I)使用紅外熱像儀測量焊接過程，采集焊接圖像和數據。焊接時，使用兩臺非致冷焦面紅外熱像儀對焊接過程進行測量，分別得到焊接溫度場的紅外熱像圖和數據，保存測得的圖像和數據。
[0009](2)利用測量數據建立局部焊接溫度場數學模型。把想要測量的某一時刻的焊接溫度場數據導入Matlab數學繪圖分析軟件，得到其三維溫度場與二維等溫線，建立局部焊接溫度場的數學模型，溫度場中缺失的溫度點暫時空缺。
[0010](3)建立焊接溫度回歸方程并校正。利用前面測量的兩組數據，分別建立以位移為自變量關于溫度的回歸方程，利用前面通過測量已知的數據，對回歸方程進行校正。
[0011](4)利用焊接溫度回歸方程對無法測量焊接溫度點進行預測并驗證。使用上步建立的兩個回歸方程，分別對由于試件表面狀態改變、弧光等原因無法測得的焊接溫度場溫度點進行預測。首先，對紅外熱像如中無法測量的區域進行網格劃分，對網格點上的溫度，使用回歸方程進行點預測，求得各個點的溫度，這樣每個點能夠求得兩個對應的溫度，為了數據準確，可把兩個數據的平均數作為對應點的數據。
[0012](5)把預測的數據代入步驟2建立的局部焊接溫度場數學模型，獲得整體焊接溫度場數學模型。把預測得到的溫度數據，按照溫度點位置補充到步驟2建立局部溫度場數學模型中去，彌補模型中缺失的溫度，建立整體焊接溫度場。
[0013]本發明的有效增益為:把實驗測量與理論推導相結合，相互驗證，操作簡單方便；并且使用紅外熱像儀，技術比較成熟，其數據獲得較為容易。通過數據推導，可較為容易、準確的獲得整體焊接部位的溫度數據，并能建立相應的焊接溫度場的數學模型；可操作性強，解決了單純實驗無法獲得整體焊接溫度場的難題，為以后焊接操作的改進提供了理論基礎和技術支撐。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的測量狀態示意圖。
[0015]圖2是本發明中紅外熱像儀位置圖。
[0016]圖3是本發明缺失溫度點示意圖。
[0017]圖4是本發明計算T (4，4)溫度點示意圖。
[0018]圖5是本發明的技術方案實施流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面以鋁合金焊接瞬態溫度場測量為實施例，并結合附圖對本發明做詳細的介紹。
[0020]鋁合金焊接瞬態溫度場測量方法，其步驟如下。
[0021](I)如圖1、圖2所示，首先，在鋁合金焊接之前把測量設備正確安裝。本實施例中采用焊接鋁板為5052型鋁板；兩臺紅外熱像儀為SAT- HY6000A型紅外熱像儀；焊機型號為YC- 300WX型TIG焊機。兩臺紅外熱像儀分別安裝在焊槍兩側，紅外熱像儀豎直方向距離母材450mm左右，水平方向距離焊縫600mm左右，它們與計算機相連接，計算機則隨時對上傳的數據進行保存和處理，并且，保持紅外熱像儀與焊槍的相對位置，隨著焊槍的移動，紅外熱像儀隨之移動。
[0022](2)建立鋁合金局部焊接瞬態溫度場的數學模型。根據需要測量某一時刻的焊接溫度場，調用步驟I中紅外熱像儀測量的數據，由于弧光等干擾，無法測得正面熔池區域溫度，如圖3所示，T(4, 4)、T(4, 5)、T(5, 4)、T(5, 5)四點溫度數據無法準確測量得到。把步驟I中能夠測得的焊接溫度數據導入Matlab數學繪圖分析軟件，建立焊接溫度場數學模型，因為數據部分缺失，所以只能建立局部焊接溫度場的數學模型，缺失的部分即為下面要使用數值模擬得到的。
[0023](3)通過分析步驟I測得的數據，建立回歸方程。鋁合金焊接溫度場的溫度主要來自焊槍，而母材上的溫度，則主要靠母材自身的傳導，所以靠近焊槍和熔池的部分溫度較高，隨著離熔池距離的增加，溫度則越來越低，利用距離與溫度的相關關系和前面測量的兩組數據，使用計算機可以求出兩個非線性回歸方程，其中位移為自變量，以求溫度點T(4，4)為例，利用T (4，4)所在行的數據和所在列的數據可以建立兩個回歸方程。求出回歸方程后，一方面利用已測的溫度點，對方程是否正確進行驗證，另一方面，通過計算求出方程的顯著性。
[0024](4)溫度預測，使用步驟3建立的兩個回歸方程，分別對由于試件表面狀態改變、弧光等原因無法測得的焊接溫度場溫度點進行預測。同樣以T (4，4)點為例，首先，確定T(4，4)溫度點與零點的相對位移，然后，把位移帶入兩個回歸方程，求得兩個T (4，4)溫度，為了數據準確，可把兩個數據的平均數作為T(4，4)的數據，同理可以求得T(4，5)、T(5，4)等其它點溫度，如圖4所示，這一過程通過編程和設定邊界條件，可使計算機自動實現。
[0025](5)把上步測得的數據代入前面建立好的局部焊接溫度場的數學模型，補充前面數學模型中缺失的溫度的部分，這樣就得到了某一時刻的整體焊接溫度場。
【主權項】
1.一種非接觸式瞬態焊接溫度場測量方法，其特征在于:其步驟是: (1)使用紅外熱像儀測量焊接過程，采集焊接圖像和數據； (2)利用測量數據建立局部焊接溫度場數學模型； (3)建立焊接溫度回歸方程并校正； (4)利用焊接溫度回歸方程對無法測量焊接溫度點進行預測并驗證； (5)把預測的數據代入步驟2建立的局部焊接溫度場數學模型，獲得整體焊接溫度場數學模型。
【專利摘要】本發明是一種非接觸式瞬態焊接溫度場測量方法，包括以下步驟：(1)使用紅外熱像儀測量焊接過程，采集焊接圖像和數據；(2)利用測量數據建立局部焊接溫度場數學模型；(3)建立焊接溫度回歸方程并校正；(4)利用焊接溫度回歸方程對無法測量焊接溫度進行預測并驗證；(5)把預測與驗證過的數據代入步驟2建立的局部焊接溫度場數學模型，獲得整體焊接溫度場數學模型。本發明利用數值模擬方法能有效消除弧光等對焊接溫度場測量的影響，可較準確的預測并模擬瞬態焊接溫度場的實際溫度場。
【IPC分類】G01J5-00
【公開號】CN104614075
【申請號】CN201510028477
【發明人】付秀麗, 潘延安, 安增輝, 門秀花
【申請人】濟南大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月21日