非对称等离子体弧温度场三维重建

摘要

等离子体加工技术在解决各类难加工材料的加工问题方面发挥了巨大作用，成为现代制造领域不可或缺的非传统加工方法。等离子体弧的温度分布对其加工质量和效率有至关重要的作用，因此，对等离子体弧温度特性的研究就显得尤为重要。论文从图像的灰度值与温度值的对应关系入手，基于立体匹配与三维插值原理重建出与温度相关的非对称等离子体弧三维形貌，采用比色测温法测量出形貌模型中每一层灰度值对应的温度，最后完成温度场的三维重建。
　　为采集到加工状态下的非对称等离子体弧图像，论文自行设计搭建了图像采集系统，主要包括:等离子体弧发生装置，光学滤光装置，CCD图像传感器和图像显示输出装置。实验结果表明，该图像采集系统通过旋转拍摄法能够快速地采集到各方向处于加工状态的等离子体弧图像。由于图像采集过程中存在噪声干扰，导致采集到的图像边界模糊，层次感差，噪点较多。为获得高品质弧图像，以便于后续的温度场分析，论文借助MATLAB对弧图像进行一系列的增强预处理，得到较好的视觉场效果，并完成了灰度等值线的提取。
　　基于比色测温原理推导出彩色CCD的比色测温公式，通过自行设计制造的黑体炉对比色测温公式进行了参数标定。基于多幅图像的灰度等值线图，利用立体匹配与三维插值原理建立了与温度场存在相关性的非对称等离子体弧三维形貌。通过标定后的比色测温公式得到了图像灰度值与温度值的对应关系，结合等离子体弧形貌模型，最终完成温度场的三维重建。
　　实验结果表明自行设计的黑体炉对比色测温公式的标定精度较高，满足实验要求;由论文方法重建出的等离子体弧三维形貌无论轴向还是径向都是非对称的，较好地反映出等离子体弧在加工过程中的真实状态;比色测温法计算得到的等离子体弧温度场理论误差较小，最内层温度误差小于7％，另外5层温度误差小于1％。利用论文方法可模拟不同放电参数下的等离子体弧的温度场，根据不同成形加工技术对温度的要求，合理选择等离子体放电参数与加工位置，对优化等离子体加工参数，提高加工质量具有一定指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景和意义

1．3 等离子体弧温度特性诊断研究现状

1．3．1 常用诊断方法

1．3．2 国内外主要研究现状

1．3．3 目前存在的主要问题

1．4 CCD图像传感器在温度测量领域的应用研究现状

1．5 论文研究思路及主要工作

1．5．1 论文研究思路

1．5．2 论文主要工作

2 图像采集系统与图像预处理

2．1 图像采集系统

2．1．1 图像传感器的选择

2．1．2 光学滤光装置

2．1．3 CCD空间布置

2．1．4 图像采集装置

2．2 图像预处理

2．2．1 空域滤波增强处理

2．2．2 厌度变换增强处理

2．3 本章小结

3 比色测温以及温度标定系统

3．1 彩色CCD的此色测温法

3．1．1 比色测温原理

3．1．2 基于彩色CCD的比色测温法

3．2 黑体炉温度标定系统

3．2．1 黑体空腔理论

3．2．2 黑体炉的设计

3．2．3 比色测温公式参数的标定

3．3 本章小结

4 非对称等离子体弧温度场的三维重建

4．1 非对称等离子体弧形貌的三维重建

4．1．1 形貌三维重建

4．1．2 形貌三维重建结果分析

4．2 等离子体弧温度场的三维重建

4．2．1 温度场三维重建

4．2．2 温度场三维重建结果及误差分析

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢