Способ теплового контроля движущихся нагретых тел
Владельцы патента RU 2418273:
Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (ГНУ "ИТМ НАН Беларуси") (BY)
Изобретение относится к измерительной технике. В способе, заключающемся в том, что сканируют нагретую поверхность тела спереди и сзади по направлению движения, формируют лучистый поток излучения с радиально симметричным спектральным распределением по каждой поверхности, фокусируют спектральные компоненты воспринятого спереди и сзади лучистого потока вдоль его оптической оси, спектрально разлагают излучение и анализируют спектрально-энергетическое распределение в пространственно-распределенном спектре излучений передней и задней поверхностей тела. По спектру и удалению и приближению его относительно фиксированных приемников определяют текущую температуру в реальных пространственно-временных координатах движущегося тела. Технический результат - повышение достоверности и производительности теплового контроля движущихся тел в литейном производстве и металлургии.
Изобретение относится к измерению и контролю теплофизического состояния нагретых тел в литье и металлургии и может быть использовано для автоматизированного теплового контроля изделий других отраслей со схожими задачами технологического контроля.
Известен способ теплового контроля нагретых тел, позволяющий бесконтактно производить замеры путем наведения чувствительного приемника на объект и регистрацию его сравнением с контрольным излучением [1, с.341-345].
Недостатками данного способа являются ограниченная зона излучений поверхности и, как следствие, необходимость в большом количестве чувствительных приемников, что снижает производительность и достоверность оценки теплофизических свойств нагретого тела.
Известен способ пассивного теплового контроля нагретых тел по температурному рельефу (тепловому изображению) тепловой картины. На основе «эффекта миража» осуществляются преобразования температурного распределения в соответствующий сигнал с последующей обработкой [2, с.18, с.196-197].
В динамике движущегося нагретого тела из-за изменяющейся теплопроводности пограничного слоя искажается тепловая картина распределения температуры поверхности, что снижает достоверность и производительность (точечный контроль в статике).
Известен способ оптико-электронного сканирования нагретой поверхности, когда с помощью сканирующих систем (механических устройств, оптико-электронных пространственно-временных модуляторов и т.д.) сканируют поверхность [3, с.170-172].
Однако устройства, реализующие такой способ, отличаются большими габаритами, невысокой разрешающей способностью и влиянием дестабилизирующих воздействий (дыма, паров и т.д.). Существенным ограничением достоверности результатов является условие жесткого визирования оптико-электронной системы.
Известен способ теплового контроля по спектральному отношению с использованием различных длин волн излучения нагретой поверхности или всего спектрального диапазона [4, с.175-180]. Однако для достоверной оценки теплового состояния поверхности необходимо знать спектральный коэффициент излучения и расстояние визирования приемника, что ограничивает достоверность и производительность контроля.
Известен способ оценки текущего состояния поверхности сканирующим тепловизором, обеспечивающим получение интегральной картины распределения температуры всей поверхности [6].
Недостатками данного способа являются значительное время на формирование и обработку информации (наличие большого количества кадров), что вносит разрыв в информационно-преобразовательный процесс, когда съем первичной информации и ее обработка производятся в различных пространственно-временных координатах, и снижает достоверность и производительность контроля движущихся нагретых тел.
По существу ни один из известных способов измерения температуры нагретых тел не позволяет непрерывно и оперативно измерять температуру движущихся нагретых тел, особенно в производственных условиях современных скоростных технологий литья и металлургии [3, 4, 5].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел, основанный на съемке объекта в инфракрасном и/или видимом диапазонах спектра излучения с разложением цветного изображения на компоненты, последующим покомпонентным цифровым преобразованием, сопоставлением их отображений с эталонными значениями и по ближайшим сходным с эталонными значениям идентифицирование температуры [7].
Однако спектральное разложение цветного изображения по трем стандартным компонентам при сложности цифрового отображения и сравнения с эталонными значениями производится в различных пространственно-временных координатах, что снижает достоверность и производительность контроля движущихся нагретых тел в процессах литья и металлургии.
Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение достоверности и производительности теплового контроля движущихся нагретых тел.
Задача достигается тем, что в способе теплового контроля движущихся нагретых тел, включающем сканирование нагретой поверхности тела, формирование воспринятого теплового изображения, выявление и анализ информативной составляющей излучения, отличающемся тем, что одновременно сканируют поверхность спереди и сзади по направлению движения тела, формируют лучистый поток излучения с радиально симметричным спектральным распределением по каждой поверхности, фокусируют спектральные компоненты воспринятого спереди и сзади потока излучения вдоль оси потока, спектрально разлагают излучение и определяют спектрально-энергетическое распределение в пространственно-распределенном спектре излучений передней и задней поверхностей тела, а по спектру, удалению и приближению его относительно приемников излучений определяют текущую температуру в реальных пространственно-временных координатах нагретого тела.
Способ теплового контроля движущихся нагретых тел заключается в том, что преобразование первичной информации по лучистому потоку каждой поверхности осуществляется путем создания дифракционного поля в виде совокупности асимметричных расходящихся парциальных пучков, каждой спектральной компоненте которых соответствует определенная длина волны. Из формируемого оптической системой изображения выделяется некоторая информативная часть его, содержащая сфокусированную компоненту с присутствием частичных потоков других длин волн, а в формируемой дифракционной картине в виде распределенного спектра выявляют экстремальные интенсивности воспринимаемых длин волн и по их соотношению информируют о температуре, а по положению максимума интенсивности в распределенном спектре учитывают влияние удаления от приемника передней и задней поверхностей.
Источники информации
1. Измерения в промышленности. Справ. изд. в 3-х кн. Кн.2. Способы измерения и аппаратура: пер. с нем. / Под ред. Профоса П. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990.
2. Неразрушающий контроль: в 5 кн. Кн.4. Контроль излучениями / Б.Н.Епифанцев, Е.А.Гусев, В.И.Матвеев и др. / Под ред. В.В.Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992.
3. Поскачей А.А. Оптико-электронные системы измерения температуры /2-е изд. перераб. и доп./ А.А.Поскачей, Е.П.Чубаров. - М.: Энергоатомиздат, 1998.
4. Марков А.П. Способы и средства оптико-электронной термоскопии /А.П.Марков, Е.И.Марукович, Е.М.Патук и др. // Литье и металлургия. №3(47), 2008. - С.175-181.
5. Патент RU №2149366 C1, МКИ 7 G01J 5/58. Способ бесконтактного измерения температуры.
6. Непрерывное измерение температуры в промышленности. Линейно-сканирующий термометр МР50. Raytek •//www.raytek.com.
7. Патент RU №2238529 C1, МКИ 7 G01J 5/60. Способ бесконтактного измерения температуры поверхности нагретых тел.
Способ теплового контроля движущихся нагретых тел, включающий сканирование нагретой поверхности тела, формирование воспринятого теплового изображения, выявление и анализ информативной составляющей излучения, отличающийся тем, что одновременно сканируют поверхность спереди и сзади по направлению движения тела, формируют лучистый поток излучения с радиально симметричным спектральным распределением по каждой поверхности, фокусируют спектральные компоненты воспринятого спереди и сзади потока излучения вдоль оси потока, спектрально разлагают излучение и определяют спектрально-энергетическое распределение в пространственно-распределенном спектре излучений передней и задней поверхностей тела, а по спектру, и удалению, и приближению его относительно приемников излучений, определяют текущую температуру в реальных пространственно-временных координатах нагретого тела.
