[发明专利]红外透射光学材料机械加工温度场可视化测量装置及方法

权利要求书

1.红外透射光学材料的加工温度场可视化测量装置，其特征在于：包括机床工作台、测温工装和红外线探测采集系统，所述的机床工作台上设有一个测温工装，在所述的测温工装上设有红外线探测窗口，在红外线探测窗口的一侧设有与其相对的且放置在测温工装上的待测工件，在红外线探测窗口相对的另一侧安装与红外线探测窗口相对应的红外线探测采集系统，同时在待测工件的上方设有对其进行加工的加工工具。

2.如权利要求1所述的红外透射光学材料的加工温度场可视化测量装置，其特征在于：所述的红外线探测采集系统，其包括一个红外探测头，所述的红外探测头与放大器相连，所述的放大器与信号处理装置相连，所述的信号处理装置与输出显示装置相连。

3.如权利要求1所述的红外透射光学材料的加工温度场可视化测量装置，其特征在于：所述的加工工具在驱动轴的驱动下转动，实现对红外透射材料工件的加工。

4.如权利要求1所述的红外透射光学材料的加工温度场可视化测量装置，其特征在于：所述的红外线探测窗口从测温工装的一侧一直贯穿到测温工装的另一侧，且窗口为透明窗口。

5.如权利要求1所述的红外透射光学材料的加工温度场可视化测量装置，其特征在于：所述的加工工具为铣刀、钻头、研磨或抛光工具。

6.采用如权利要求1所述的装置进行测量的方法，其特征在于，如下：

步骤1将红外透射材料工件固定在测温工装的侧面，测温工装固定在机床工作台上；

步骤2利用驱动轴驱动加工工具转动，对红外透射材料工件进行加工；

步骤3工件表面温度升高，辐射出的红外线由红外线探测窗口射出，进入固定在测温工装后面的红外线探测采集系统，并进行信号处理分析，最终在显示输出终端上输出被加工区域二维温度场分布数据。

7.如权利要求6所述的测量的方法，其特征在于，加工过程中，切屑变形和加工工具摩擦使工件被加工区域温度升高，辐射出的红外线透过被加工的红外透射材料工件，直接被固定在测温工装后面的红外线探测头接收，然后信号经过放大处理后发送给信号处理装置。

8.如权利要求7所述的测量的方法，其特征在于，所述的信号处理装置根据工件辐射出的红外线功率与工件表面温度的关系式，计算出工件被加工区域表面温度，进而得到被加工区域表面温度场的二维分布，再通过显示输出终端可视化表达，即可实现被加工温度场的在线实时可视化测量。

9.如权利要求8所述的测量的方法，其特征在于，工件辐射出的红外线功率P_b(T)与工件表面温度T之间存在如下数学关系：

P_b(T)＝σεT⁴

式中，σ是斯特藩常数；ε是红外透射材料的单色黑度，对于固定的红外透射材料ε是一个介于0和1之间固定的常数，通过实验进行标定；

由上式即可根据红外线探测采集系统接收到的红外线功率计算出工件被加工区域表面温度。