[发明专利]一种计算脉冲TIG焊接轴对称等离子体电弧温度的方法

说明书

本发明公开了一种计算脉冲TIG焊接轴对称等离子体电弧温度的方法，包括：对RGB图像数据矩阵A进行灰度化处理，得到矩阵B；对矩阵B进行图像旋转纠正，得到矩阵C；划定矩阵C的上限、下限和左右边界，得到选取电弧区域矩阵D；对电弧区域矩阵D进行高斯保边滤波，得到矩阵E；对矩阵E进行等比放大，得到放大后的矩阵F，并记录等比放大倍数M；基于等比放大倍数M和矩阵F进行相对发射系数处理，得到相对发射系数矩阵G；导入发射系数与温度的关系数据，将相对发射系数矩阵G经过转换温度数据处理，得到温度数据矩阵H，生成相对应的温度云图，充分考虑了图片的旋转操作，进而提高了数据计算的准确性。

技术领域

本发明涉及焊接热等离子体电弧温度测量技术领域，更具体的说是涉及一种计算脉冲TIG焊接轴对称等离子体电弧温度的方法。

背景技术

电弧是一种热等离子体，由于热等离子的高温特性，使接触式测温有着分辨率低、测量时的接触干扰、耐高温材料难以制备等缺点，所以一般采用非接触方法测量。在焊接领域中，了解电弧的温度分布，便于制定良好的焊接工艺，进而得到综合性能好的焊接接头。

利用发射光谱测温时，Grime、Wilson、和Grant等人以及北京工业大学宋永伦等人的研究表明TIG电弧等离子体可以认为具有“光学薄”特性，并且满足局部热力学平衡条件。

采集发射光谱主要分为光谱仪和图像传感器两种方式，光谱仪采集数据精确度高、易于计算特定的特征谱线，但是其采集速度以及同步性较差，所以目前在图像传感器前加窄带滤光片是采集发射光谱的主流。

发射光谱层析法重建等离子体场，实际上就是由等离子体的面辐射积分经过ABEL逆变换得到空间体辐射的分布场的过程。图像传感器采集数据处理时按行分层逐层处理，故需要每行数据均垂直于轴对称电弧等离子体的轴线，也就是说，电弧等离子体的轴线需要与图像的左侧边界平行。

标准温度法是非接触方法中常使用的一种方法，其依据主要为特征谱线的发射系数是关于温度的单峰函数。结合图像传感器所采集的经过窄带滤光片滤光后得到的单一特征谱线的图像灰度信息，经过ABEL逆变换并确认每行发射系数的峰值，便可以利用发射系数与温度的关系，计算出电弧等离子体的温度分布。

在实际的图像处理中，因为发射光谱层析法的要求，需要事先对图片进行旋转操作，进而提高数据计算的准确性，而目前的研究大都忽略了因为图像传感器与实际电弧有一定的偏转角度而产生的数据误差；另外在对数据散点进行拟合函数方面，目前有三次插值、拟合多项式、拟合多项式法、傅里叶级数展开等方法，精度较高分段多项式的在目前的研究中的还存在一些不足，需要进一步优化提高其精度；另外在现有的确定轴线的方法还有一些不足，比如上海交通大学的肖笑等人采用人工方式识别每行数据的轴线位置，而哈尔滨工业大学的马税良等人的采用判定轴线的方法比如对称函数法、权重系数法、噪声统计法仅在轴对称极好的电弧等离子体中适用，而在实际中过于理想等；除此之外，目前研究中仅计算几行数据，然后去拟合电弧等离子体的温度场，可能会忽略一些细节，导致最终计算出的电弧等离子体的温度分布存在着较大的误差。

因此，如何提高计算电弧等离子体的温度分布的准确性是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种计算脉冲TIG焊接轴对称等离子体电弧温度的方法，能够有效提高了计算电弧等离子体的温度分布的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种计算脉冲TIG焊接轴对称等离子体电弧温度的方法，包括：

S1：基于窄带滤光片以及相机内部的RGB滤光片的通过率曲线，将采集到的电弧等离子体的RGB图像数据矩阵A进行灰度化处理，得到灰度图像数据矩阵B；

S2：根据限定旋转角度误差，对灰度图像数据矩阵B进行图像旋转纠正，得到图像数据矩阵C；