專利名稱：氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，屬于氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置的改造技術。
背景技術：
電鐓成形是對金屬棒料工件進行連續(xù)局部的直接通電，在電阻熱的作用下使工件局部溫度升高，同時在棒料工件的軸向施加鐓粗壓力，從而使工件局部產生塑性變形實現逐步聚料的一種成形加工工藝方法，它是目前生產發(fā)動機氣門的一個關鍵成形工藝。在電鐓成形中，工件溫度是一個關鍵的工藝參數，對工件成形過程和最終產品質量都將產生決定性作用，但工件溫度只能通過調整加熱電流和鐓粗壓力來間接控制。因此，準確且實時地測量工件溫度是電鐓成形加工過程中的重要環(huán)節(jié)，但由于在氣門電鐓成形過程中工件在較短的時間內產生極大的塑性變形，使得動態(tài)測量工件溫度和形狀變得極為困難。研究合理和可行的工件溫度測量方法對氣門電鐓成形加工工藝具有重要意義。一般金屬材料成形加工過程中的溫度測量主要有接觸式和非接觸式兩種方式。接觸式測溫方式中目前主要采用熱電偶進行溫度測量，熱電偶測溫簡單、可靠，測量精度也較高，但因需要測溫元件與被測金屬間進行充分的熱交換，經過一定的時間后才能達到熱平衡，所以存在測溫的延遲現象，同時也難以應用到成形加工中工件形狀尺寸實時變化的溫度測量，所以目前主要應用于加熱爐內靜態(tài)的溫度測量。非接觸式測溫方式中主要采用紅外測溫的形式，即通過高溫金屬紅外輻射原理來測量溫度，測溫元件不需與被測介質接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應速度一般也比較快。目前國內外廣泛采用的紅外測溫儀，主要分為點式或線掃描式，都不能實時獲得變形工件整個區(qū)域的溫度分布，也不能同時獲取工件的形狀尺寸的變化，而且價格昂貴，不便于在氣門電鐓等金屬高溫成形加工中實際應用。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種設計合理，方便使用的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置。本實用新型測量精度高，反應速度快，操作簡單方便。本實用新型的技術方案是本實用新型的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，包括有濾光片、工業(yè)鏡頭、工業(yè)攝像機、圖像采集卡、微計算機，工業(yè)鏡頭安裝在工業(yè)攝像機上，濾光片安裝在工業(yè)鏡頭上，工業(yè)攝像機的信號輸出端與微計算機連接。上述工業(yè)攝像機的信號輸出端通過數據線與圖像采集卡連接，圖像采集卡安裝在微計算機上，或工業(yè)攝像機的信號輸出端通過1394接口、USB接口或以太網接口直接連接微計算機。上述工業(yè)攝像機為彩色CXD工業(yè)攝像機。上述濾光片為能透過760nm至IOOOnm波段的任意波長的近紅外光并能過濾掉其它波長光線的濾光片。[0009]本實用新型針對氣門電鐓成形等金屬高溫塑性變形的工藝特點，研發(fā)了一種基于數字圖像技術的氣門電鐓成形加工專用溫度場測量系統(tǒng)，系統(tǒng)由工業(yè)攝像機和微計算機組成，通過工業(yè)攝像機進行圖像采集；應用計算機進行圖像處理，實現工件溫度動態(tài)的非接觸式測量，測量精度高，反應速度快，且能獲得工件區(qū)域的溫度分布以及工件外形輪廓形狀尺寸的變化，有利于對工件成形過程及成形溫度進行實時的測量和控制。本實用新型將對電鐓成形加工以及一般金屬高溫成形加工工藝過程的工件溫度和形狀測量控制都具有現實意義，同時也將豐富和發(fā)展非接觸式的溫度測量方法。本實用新型是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置。

圖I為本實用新型的原理圖。
具體實施方式
實施例本實用新型的原理圖如圖I所示，本實用新型的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，包括有濾光片I、工業(yè)鏡頭2、工業(yè)攝像機3、圖像采集卡4、微計算機5，工業(yè)鏡頭2安裝在工業(yè)攝像機3上，濾光片I安裝在工業(yè)鏡頭2上，工業(yè)攝像機3的信號輸出端與微計算機5連接。上述工業(yè)攝像機3的信號輸出端通過數據線與圖像采集卡4連接，圖像采集卡4安裝在微計算機5上，或工業(yè)攝像機3的信號輸出端通過1394接口、USB接口或以太網接口直接連接微計算機5。上述工業(yè)攝像機3為彩色CXD工業(yè)攝像機。上述濾光片I為能透過760nm至IOOOnm波段的任意波長的近紅外光而過濾掉其它波長光線的濾光片。本實用新型的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置的測試方法，包括如下過程I)上述溫度測量時，高溫工件發(fā)出熱輻射，透過濾光片I進入工業(yè)鏡頭2 ；2)工業(yè)攝像機3獲得透過工業(yè)鏡頭2的近紅外光，并轉化為圖像數據；3)微計算機5通過圖像采集卡4獲得工業(yè)攝像機3攝取的圖像數據，或通過1394接口、USB接口或以太網接口直接獲得工業(yè)攝像機3攝取的圖像數據，經過圖像處理，最終得到工件的溫度分布和外形尺寸。上述微計算機5在其溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)上進行基準溫度標定，具體流程為11)針對具體測量工件大小和溫度高低，設定工業(yè)鏡頭2的光圈為O. 8 — 20和設定工業(yè)攝像機3快門的曝光時間為O. 001 - I秒，確定工件與工業(yè)鏡頭2的測量距離為300 — 2000mm ;12)將已成形的確定材料氣門工件加熱到500°C — 1300°C的高溫，并使工件溫度均勻分布，在此采用溫度測量裝置測量工件的溫度；13)在500°〇一 1300°C范圍內，每20°C 50°C記錄工件的溫度，同時用工業(yè)攝像機3獲取此時工件圖像，并通過溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)進行圖像識別，最終得到確定材料工件每一記錄溫度下對應圖像的顏色值；14)針對不同工件材料，在不同光圈、不同曝光時間、不同測量距離等參數條件下，通過標定測試，建立500°C - 1300°C范圍內每隔20°C 50°C的溫度與圖像顏色值之間的對應關系，并建立基準溫度標定數據庫。上述步驟12)中的溫度測量裝置采用熱電偶或紅外測溫儀。上述微計算機5在其溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)上進行基準形狀尺寸標定，具體流程為21)針對具體測量工件形狀大小，設定工業(yè)鏡頭2的光圈為O. 8 — 20和工業(yè)攝像機3快門的曝光時間為O. 001 - I秒，確定工件與工業(yè)鏡頭(2)間的測量距離為300 -2000mm ；22)制作形狀尺寸測定的黑白網格標定板，網格大小有5X5mm、10X 10mm、20 X 20mm、50 X 50mm 以及 100 X 100mm 幾種形式；23)將標定板安放于工業(yè)鏡頭2前，板面垂直于工業(yè)鏡頭軸線，板面與工業(yè)鏡頭的距離設定為工件與工業(yè)鏡頭的測量距離為300 - 2000mm，用工業(yè)攝像機3獲取標定板的圖像，并通過溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)進行圖像識別，最終得到每一測定距離下標定板圖像像素點間距與實際間距之間的比例關系；24)針對在不同光圈、不同曝光時間、不同測量距離等參數條件下，通過標定測試建立圖像像素點間距與實際間距之間的關系，并建立基準形狀尺寸標定數據庫。上述微計算機5在其溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)上進行工件溫度測量和形狀尺寸測量的方法如下31)針對具體測量工件大小和溫度高低，設定與基準溫度標定數據庫中對應的工業(yè)鏡頭2的光圈和攝像機快門的曝光時間，以及工件與工業(yè)鏡頭2的測量距離；32)在氣門工件電鐓成形過程中，通過工業(yè)攝像機3攝像獲取工件的圖像，運用溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)進行圖像識別，獲得工件圖像各像素點的顏色值；33)根據基準溫度標定數據庫中溫度與顏色值之間的對應關系，通過分段線性插值計算工件圖像各像素點的顏色值對應的溫度，最終獲得工件的溫度分布；因工件與周圍環(huán)境的顯著差別，工件對應的像素點顏色值與周圍環(huán)境對應像素點的顏色值也存在顯著差另IJ，通過現有的邊緣檢測算法，獲得工件圖像邊界；根據基準形狀尺寸標定數據庫中像素點間距與實際間距之間的比例關系，可以計算出氣門電鐓工件的外形尺寸；34)在氣門工件電鐓成形過程中不同時間點，通過工業(yè)攝像機3攝像獲取工件的動態(tài)圖像，運用溫度和形狀動態(tài)測量系統(tǒng)進行圖像識別，按照步驟32)到步驟33)可以獲得最終獲得工件的動態(tài)溫度分布和氣門電鐓工件外形尺寸的變化。
權利要求1.一種氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，其特征在于包括有濾光片(I)、工業(yè)鏡頭(2)、工業(yè)攝像機(3)、圖像采集卡(4)、微計算機(5)，工業(yè)鏡頭(2)安裝在工業(yè)攝像機(3)上，濾光片(I)安裝在工業(yè)鏡頭(2)上，工業(yè)攝像機(3)的信號輸出端與微計算機(5)連接。
2.根據權利要求I所述的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，其特征在于上述工業(yè)攝像機(3)的信號輸出端通過數據線與圖像采集卡(4)連接，圖像采集卡(4)安裝在微計算機(5 )上，或工業(yè)攝像機(3 )的信號輸出端通過1394接口、USB接口或以太網接口直接連接微計算機(5 )。
3.根據權利要求I所述的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，其特征在于上述工業(yè)攝像機(3)為彩色CXD工業(yè)攝像機。
4.根據權利要求I所述的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置，其特征在于上述濾光片(I)為能透過760nm至IOOOnm波段的任意波長的近紅外光并能過濾掉其它波長光線的濾光片。
專利摘要本實用新型是一種氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置。包括有濾光片(1)、工業(yè)鏡頭(2)、工業(yè)攝像機(3)、圖像采集卡(4)、微計算機(5)，工業(yè)鏡頭(2)安裝在工業(yè)攝像機(3)上，濾光片(1)安裝在工業(yè)鏡頭(2)上，工業(yè)攝像機(3)通過數據線連接圖像采集卡(4)，圖像采集卡(4)安裝在微計算機(5)上，工業(yè)攝像機(3)還可通過1394接口、USB接口或以太網接口直接連接微計算機(5)。本實用新型的氣門電鐓成形工件溫度和形狀動態(tài)測量裝置設計合理，方便實用，測量精度高，反應速度快，操作簡單方便。
文檔編號G01K11/12GK202734998SQ20112049346
公開日2013年2月13日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者章爭榮, 呂文閣, 程永奇 申請人:廣東工業(yè)大學