一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱電偶測溫技術領域，具體涉及一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法。
【背景技術】
[0002]人工熱電偶測量溫度的基本原理是是基于熱電效應，將符合條件的兩種不同的導體或半導體A和B的任意一端焊接在一起就構成了熱電偶。組成熱電偶的導體或半導體稱為熱電極，被焊接的一端插入測溫場所，稱為熱端，另一端稱冷端。當兩端溫度不同時就會有熱電勢產生，它是測量溫度的感溫元件，將溫度信號轉換為電信號再由儀表顯示出來。
[0003]激光被廣泛應用于金屬的加工領域。當激光束照射到工件表面的瞬間產生極高的溫度區，該區的溫度分布是制定激光加工工藝的主要依據。但是該溫度場變化極快，又受諸多因素的影響，是影響制造質量和加工效率的主要因素。準確測量激光制造過程的熱循環，對與制造機理、力學分析、顯微組織分析以及最終的制造質量控制具有重要意義。
[0004]目前，對于激光加工工件溫度的測量采用的方法主要采用紅外測溫、紅外成像等非接觸方式測量方法、紅外測溫、紅外成像等方法，非接觸式測溫方法不需要與被測對象接觸，但是測溫過程受中間介質和外界環境影響較大，并且溫度測量不準確，有較大誤差。
[0005]
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一種能夠簡單、比較準確、實時地測量激光加工工件溫度的測量方法，能夠克服采用非接觸式方法測溫受中間介質影響大，溫度測量不準確的問題。
[0007]一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，具體包含以下步驟:
(1)采用接觸式熱電偶對激光加工工件的待測點進行溫度測量，一定光斑直徑的激光照射到工件表面引起工件溫度的變化；
(2)將熱電偶兩根電極絲焊接于光斑直徑外邊緣，根據熱電偶的熱電效應會將工件溫度變化的信號轉換成電勢信號；
(3)由測量信號的儀表顯示工件待測點的溫度。
[0008]所述的待測點可以是激光加工工件加工區外邊緣位置。
[0009]所述熱電偶的接觸式測溫熱端可以布置在工件表面或工件內部。
[0010]優選的，所述的熱電偶為等效人工熱電偶。
[0011]優選的，所述的熱電偶為自然熱電偶、人工熱電偶、半人工熱電偶和薄膜熱電偶中的任意一種。
[0012]由于采用了以上技術方案，本發明具有以下有益效果:
(1)采用該方法對激光加工工件進行溫度的測量，具有結構簡單，直接與被測對象接觸，測量過程不受被測對象表面狀態或測量介質物性參數的影響，測溫精度較高；
(2)測量待測點激光光斑直徑外邊緣位置或激光加工工件加工區外邊緣位置，實現實時測量待測點的溫度；
(3)采用熱電偶為人工熱電偶，熱電偶熱端布置在零件表面或內部，能夠克服非接觸式測溫方法受中間介質影響較大的問題。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發明，下面將結合附圖對實施例作簡單的介紹。
[0014]圖1為實施例中用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0016]實施例1
參看圖1，一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，具體包含以下步驟:
(1)采用接觸式熱電偶3對激光加工工件2的待測點進行溫度測量，一定光斑直徑的激光照射到工件2表面引起工件溫度的變化；
(2)將熱電偶3兩根電極絲焊接于光斑直徑外邊緣，根據熱電偶3的熱電效應會將工件溫度變化的信號轉換成電勢信號；
(3)由測量信號的儀表4顯示工件待測點的溫度。
[0017]所述的待測點可以是激光加工工件加工區外邊緣位置。
[0018]所述熱電偶3的接觸式測溫熱端可以布置在工件表面或工件內部。
[0019]優選的，所述的熱電偶3為等效人工熱電偶。
[0020]優選的，所述的熱電偶3為自然熱電偶、人工熱電偶、半人工熱電偶和薄膜熱電偶中的任意一種。
[0021]實施例2
參看圖1，下面結合附圖對本實施方式作進一步闡述，本實施方式所述用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，它基于熱電偶的熱電效應，測溫過程中熱電偶3與測量儀表4形成的測溫回路，他將熱電偶3的接觸式測溫熱端(工作端)焊接于待測點激光光斑直徑外邊緣或激光加工工件2加工區外邊緣，由激光頭I發射一定直徑的激光束照射到工件2表面，熱電偶3會將激光引起工件2溫度變化的信號轉換成電勢信號，根據熱電偶3冷端的電勢計算獲得熱電偶所測量的溫度。
[0022]在溫度測控系統中，非接觸式測溫通常采用紅外測溫方法，主要是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化而制成的，測溫時，溫度計光學接收系統對準被測物體而不必與其接觸，因此無法測得物體的實際溫度。同時，由于紅外測溫過程易受零部件表面狀態的影響，所測量到的溫度數值與表面紅外線的放射功率之間存在著一定的非線性關系，不同的金屬材料其紅外放射功率是不相同的，在進行激光加工的前序過程中不同的預處理方式也會導致相同材質工件的紅外放射功率不盡相同，由紅外測溫原理可知，輻射測量表面溫度與為表面發射率密切相關，這樣就導致測得的溫度有很大偏差。因此，為了測量激光加工工件的準確溫度，保證測量精度，就需要采用熱電偶3對其進行測量，熱電偶熱、冷端的溫差所產生的熱電勢經測量儀表精確計算獲得測量端溫度。
[0023]此外，在激光加工過程中，測量工件2內部溫度變化時需要在工件2上打孔，在孔中放置接觸式測溫元件，對工件內部溫度數據進行測量。
[0024]如圖1所示，激光頭I發出激光照射到工件2上，對工件2進行一定要求的加工，熱電偶熱端3對工件溫度進行測量，在測量過程中需要注意禁止將待測點選在激光光斑直徑范圍內，防止激光加載區域的高溫燒灼測溫元件，造成熱電偶3的損壞，待測點位置選在距工件2加工區外邊緣3mm左右為宜。
[0025]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，具體包含以下步驟: 采用接觸式熱電偶對激光加工工件的待測點進行溫度測量，一定光斑直徑的激光照射到工件表面引起工件溫度的變化； 其特征在于: (2)將熱電偶兩根電極絲焊接于光斑直徑外邊緣，根據熱電偶的熱電效應會將工件溫度變化的信號轉換成電勢信號； (3)由測量信號的儀表顯示工件待測點的溫度。2.根據權利要求1所述的一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，其特征在于所述的待測點可以是激光加工工件加工區外邊緣位置。3.根據權利要求1所述的一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，其特征在于所述熱電偶的接觸式測溫熱端可以布置在工件表面或工件內部。4.根據權利要求1所述的一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，其特征在于所述的熱電偶為等效人工熱電偶。5.根據權利要求1所述的一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，其特征在于所述的熱電偶為自然熱電偶、人工熱電偶、半人工熱電偶和薄膜熱電偶中的任意一種。
【專利摘要】本發明公開了一種用熱電偶測量激光加工工件溫度的方法，具體包含以下步驟：(1)采用接觸式熱電偶對激光加工工件的待測點進行溫度測量，一定光斑直徑的激光照射到工件表面引起工件溫度的變化；(2)將熱電偶兩根電極絲焊接于光斑直徑外邊緣，根據熱電偶的熱電效應會將工件溫度變化的信號轉換成電勢信號；(3)由測量信號的儀表顯示工件待測點的溫度。本發明采用該方法對激光加工工件進行溫度的測量，具有結構簡單，直接與被測對象接觸，測量過程不受被測對象表面狀態或測量介質物性參數的影響，測溫精度較高；采用熱電偶為人工熱電偶，熱電偶熱端布置在零件表面或內部，能夠克服非接觸式測溫方法受中間介質影響較大的問題。
【IPC分類】G01K7/02
【公開號】CN105675161
【申請號】CN201610033190
【發明人】楊志波, 張振, 明平美, 翟艷, 曹偉, 劉愛菊, 楊瑞云, 劉石安
【申請人】河南理工大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月19日