非接触红外测温技术在快速成形领域的应用研究

　　快速成形技术被认为是“21世纪的维修技术”。美国、德国、加拿大等均大力投人了快速成形技术应用于维修领域的研究与开发，并且美国已初步建立了基于快速成形技术的可以实现野外快速直接成形金属零件、进行快速保障的“快速制造系统”。这是一种新型的野外快速制造平台，它集成了先进的金属零件快速成形技术、自动控制技术、新材料技术、信息技术等多种高新技术[1]。我国在快速成形技术方面的研究已有10余年的历史，在模具和模型等设计与制造应用领域已取得了应用成果圈。虽然目前的成形和制造工艺还不能与发达国家相比，但许多关键技术已取得突破。预计不久的将来，“快速制造系统”将能够加工更多种类的材料，具有更快的制造率和更高的精度。

　　在快速成形过程中，温度场及其变化与整个成形体系的残余应力、氧化物含量、组织结构、结合强度、内聚强度等有着非常密切的关系，会直接影响到成形质量[3.4]。此方面的研究大部分集中于理论和数值模拟分析，往往简化甚至忽略了热分析条件，从而缺乏对实践的指导意义。因此，瞬态温度场的实际测量及分析在快速成形过程中具有重要意义。

　　测温方法可分为接触测量和非接触测量。接触测量使用传感器与被测对象直接接触的方式，测量较为准确、实现容易、使用灵活，缺点是只能测量点温，测温元件容易在高温下受损，且会干扰测试区的温度场。非接触测量中测温元件不与被测物接触，其传热惯性小，不会破坏被测物的温度场和造成感温元件的耗损。若将该方法与图像处理技术相结合，能实现二维和三维温度场的快速实时测量，全面、形象地反映出快速成形过程中温度场的变化规律，因此非接触测温成为未来高温测量的发展方向，在快速成形温度场测量中得到越来越多的应用[5]。

　　非接触测温方法有红外辐射测温法和光学干涉测量法。红外辐射测温法技术较为成熟，抗干扰能力好，使用广泛，常用的检测设备主要包括亮度测温仪、比色测温仪、红外热像仪等，可用于4000K以下温度的测量。

　　1亮度测温仪

　　所以亮度测温仪一般工作在短波区，工作波段大都选择小于3μm，有的甚至选在0.4~0.5μm的可见光波段。因此，若测量高温目标，需选用短波亮度测温仪，其温度覆盖范围窄，易受外界干扰，在快速成形温度测量中存在很大的局限性[7.8]。

　　2比色测温仪

　　2.1工作原理

　　比色测温仪是根据2个波段辐射能量的比值来测定物体温度的。假定在这2个波段范围内发射率相等或变化缓慢，则这2个波段上辐射能量的比值就主要取决于被测物体的表面温度，而与被测目标的发射率无关。这可在一定程度上减小与发射率有关的误差[5.7.8]。