[发明专利]高温端和低温端并存工件的形状尺寸在线测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于工件形状尺寸在线检测技术领域，特别涉及一种高温端和低温端并存工件的形状尺寸在线测量方法及装置，尤其适用于无模拉拔变形区形状尺寸的在线测量。

背景技术

在金属热加工或热处理过程中，温度场分布往往都是不均匀的，常常存在高温端和低温端并存的现象，如无模拉拔成形过程中变形区温度场的分布就是如此。无模拉拔是一种不采用模具而进行金属成形加工的方法，通过对工件两端施加一定张力并同时对线材的局部进行加热和冷却，使张力所引起的变形集中在变形抗力小的局部高温区，从而获得恒截面或变截面产品。无模拉拔成形工艺具有无摩擦、拉拔力小、单一道次能获得较大的断面收缩率等优点，适合于传统有模拉拔难以成形的金属材料的加工。但该工艺存在着成形过程稳定性较差，制品易产生竹节状缺陷等问题。

对变形区形状尺寸进行在线闭环控制是实现无模拉拔产品尺寸和过程稳定性控制的有效方法。欲对变形区形状尺寸进行在线闭环控制，首先必须对其进行在线测量。传统方法采用激光测径仪对工件直径进行测量。von Eynatten K等人的研究中采用激光测径仪对成形后线材直径进行在线测量[von Eynatten K，Reissner J N.Dieless drawing for flexible processing ofmicrostructure and mechanical properties[C].Proceedings of the 34th International MATADORConference：Formerly the International Machine，Springer，2004：187-192]。Yasu You等人利用激光测径仪对变形区一个特定位置的直径进行测量，并通过在线调整拉拔速度对该位置工件直径进行在线闭环控制，一定程度上提高了成形产品的尺寸精度[Yasu You，KuriharKazuo.Dieless wire drawing method[P].JP08-052511，1996-02-27]。然而，虽然激光测径仪具有测量精度高，能实现实时在线检测等优点，但是该方法在任意时刻只能对工件轴向上一个固定位置进行测量，无法同时对无模拉拔变形区整体形状尺寸进行测量；增加激光测径仪的数量能增加测量点的个数，但是这不仅大大地增加了设备成本，而且由于激光测径仪体积较大，安装空间往往决定了无法在变形区范围内安装多台激光测径仪。

基于面阵CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像测量方法能对被测对象的二维形状尺寸进行测量，已被广泛应用于工件几何尺寸的在线检测及高精度、高速度的测量技术领域。刘安章等人采用CCD采集被测工件图像，并利用图像处理技术、像素细分技术，实现了对工件的自动瞄准，自动测量[刘安章，刘泊，高西宽.基于CCD测量的万能工具显微镜[J].哈尔滨理工大学学报，2008，13(5)：47～49，53]。杨平等人公开了一种静态刀具图像的精密测量方法，该方法实现了刀具几何参数的精确测量[杨平，侯学智，赵云松，等.一种静态刀具图像的精密测量方法[P].CN1680072A，2005-10-12]。虽然基于面阵CCD图像测量的方法已经有了很多成功的例子，但是目前所有报道中被测对象各部分温度都是均匀(或基本均匀)的。然而无模拉拔变形区内，变形起始位置工件温度较高(有的高达工件熔点T_m的0.95倍)，而变形区结束位置温度则接近室温。变形区范围内工件的高温端和低温端共存现象为图像测量带来许多困难：光圈大小、曝光时间等参数设置无法同时适合高温区域和低温区域。目前尚未见利用图像处理方法对高温端和低温端并存工件进行形状尺寸在线测量的报道。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能实现高温端和低温端并存工件的形状尺寸在线测量方法，尤其适用于无模拉拔变形区形状尺寸的在线测量。采用此方法能实现无模拉拔变形区形状尺寸的在线精确测量，为无模拉拔变形区形状尺寸在线闭环控制提供必要条件。

一种高温端和低温端并存工件的形状尺寸在线测量装置，由漫射背光源1、面阵CCD摄像机3、图像采集设备4、图像处理设备5、上位机6组成。被测工件2位于漫射背光源1和面阵CCD摄像机3之间，面阵CCD摄像机3光轴垂直于漫射背光源(见图1)。