CN106248147A - 一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置 - Google Patents

一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置 Download PDF

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李本强
王柏贺
白宇
杨清振
宣邵文
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Abstract

一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置，包括热窗口片，由等离子体射流中单个飞行粒子发出的热辐射光，通过热窗口片后经过分光镜分成两路光路，在透射光路上粒子热辐射光经过第一带通滤波片后由第一镜头聚焦到第一黑白CCD相机的芯片上，得到第一带通滤波片波段范围的粒子飞行轨迹；在反射光路上粒子热辐射光经过高反射率反射镜后，通过第二带通滤波片后，由第二镜头聚焦到第二黑白CCD相机的芯片上，得到第二带通滤波片波段范围的粒子飞行轨迹，两个黑白CCD相机与计算机连接，在线监测粒子的参数，本发明能够在线测量单个飞行粒子的温度、速度、粒径，单个粒子飞行过程中的温度变化的规律以及多个粒子的温度、速度、粒径的大小分布。

Description

一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置
技术领域
本发明涉及等离子体喷涂粒子参数测量技术领域，具体涉及一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置。
背景技术
等离子体喷涂制备的热障涂层和防护涂层被广泛应用到航空发动机和燃气轮机的叶片上，提高了叶片的使用寿命。影响等离子体喷涂制备的涂层的喷涂的工艺参数有很多且相互耦合，很难实现涂层质量的精确控制和可重复性生产。而影响涂层质量的本质参数是飞行粒子的温度、速度、粒径的大小，通过在线监测粒子的参数，可以将多工艺参数问题转化为控制粒子的温度、速度、粒径三个参数，大大提高了涂层的质量的可控性和可重复性，同时监测单个粒子飞行过程中的温度的变化规律，可以对等离子体与粉末粒子的反应过程进行研究。
现有的飞行粒子参数测量装置有两种：DPV2000每次只能测量单个粒子参数，测量周期长；SprayWatch 2i不能测量单个粒子的温度及温度的变化规律，只能测量温度的平均值，上述两种测量装置难以获得单个粒子飞行过程中的温度的变化规律，并且不能同时完成多个粒子的温度分布、速度分布、粒径分布的统计分析，而粒子在飞行过程中的温度变化规律对研究等离子体与粉末粒子的反应过程十分重要，同时监测多个粒子的温度分布、速度分布、粒径分布对涂层质量的控制也是十分重要的。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置，不仅能够在线测量等离子体喷涂射流中单个飞行粒子的温度、速度、粒径的大小，同时也能够获取单个粒子飞行过程中的温度变化的规律，还可以一次性统计分析多个粒子的温度、速度、粒径的大小分布。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置，包括热窗口片1，由等离子体射流中单个飞行粒子发出的热辐射光经热窗口片1后照射在分光镜2上，经过分光镜2的作用分成两路光路，一路为透射光路，一路为反射光路；
在分光镜2的透射光路上依次设置有第一带通滤波片3、第一镜头4、第一黑白CCD相机5，透过分光镜2的粒子自身热辐射的光经过第一带通滤波片3的过滤作用，将等离子体射流中强度强的等离子体自身及粒子表面蒸发的元素的线状光谱滤除后由第一镜头4聚焦到第一黑白CCD相机5的芯片上，得到第一带通滤波片3波段范围的粒子的飞行的轨迹，第一黑白CCD相机5与计算机6连接，在线监测粒子参数；
在分光镜2的反射光路上依次设置有高反射率反射镜7、第二带通滤波片8、第二镜头9、第二黑白CCD相机10，由分光镜2反射的粒子自身的热辐射光经过高反射率反射镜7的反射作用，在第二带通滤波片8的滤波的作用下，滤除了等离子体自身及粒子表面蒸发元素的线状光谱后，由第二镜头9聚焦到第二黑白CCD相机10的芯片上，得到第二带通滤波片8波段范围的粒子的飞行轨迹，第二黑白CCD相机10与计算机6连接，在线监测粒子参数。
所述的第一镜头4和第二镜头9型号相同，第一黑白CCD相机5和第二黑白CCD相机10型号相同，第一带通滤波片3和第二带通滤波片8中心波长选择不同的波段，波段选择基于光谱分析方法得到。
本发明的有益效果为：利用成像法测量等离子体喷涂粒子的参数，不仅能够在线测量等离子体喷涂射流中单个飞行粒子的温度、速度、粒径的大小，同时也能够获取单个粒子飞行过程中的温度变化的规律，还可以一次性统计分析多个粒子的温度、速度、粒径的大小分布，对研究等离子体与粉末粒子的反应过程及等离子体喷涂涂层的质量控制是十分重要的。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
参照图1，一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置，包括喷枪11，喷枪11在基片12的表面上喷涂粒子，由等离子体射流中单个飞行粒子发出的热辐射光经热窗口片1后照射在分光镜2上，经过分光镜2的作用分成两路光路，一路为透射光路，一路为反射光路；
在分光镜2的透射光路上依次设置有第一带通滤波片3、第一镜头4、第一黑白CCD相机5，透过分光镜2的粒子自身热辐射的光经过第一带通滤波片3的过滤作用，将等离子体射流中强度强的等离子体自身及粒子表面蒸发的元素的线状光谱滤除后由第一镜头4聚焦到第一黑白CCD相机5的芯片上，得到第一带通滤波片3波段范围的粒子的飞行的轨迹，第一黑白CCD相机5与计算机6连接，在线监测粒子参数；
在分光镜2的反射光路上依次设置有高反射率反射镜7、第二带通滤波片8、第二镜头9、第二黑白CCD相机10，由分光镜2反射的粒子自身的热辐射光经过高反射率反射镜7的反射作用，在第二带通滤波片8的滤波的作用下，滤除了等离子体自身及粒子表面蒸发元素的线状光谱后，由第二镜头9聚焦到第二黑白CCD相机10的芯片上，得到第二带通滤波片8波段范围的粒子的飞行轨迹，第二黑白CCD相机10与计算机6连接，在线监测粒子参数。
所述的第一镜头4和第二镜头9型号相同，第一黑白CCD相机5和第二黑白CCD相机10型号相同，第一带通滤波片3和第二带通滤波片8中心波长选择不同的波段，波段选择基于光谱分析方法得到。
本发明的工作原理为：
喷涂射流中飞行的粒子的自身的热辐射光，通过热窗口片1后经过分光镜2的透射光路、反射光路的不同中心波段的第一带通滤波片3、第二带通滤波片8后，聚焦成像到型号相同的第一黑白CCD相机5和第二黑白CCD相机10后，通过图像处理提取粒子轨迹对应相同位置的灰度强度，根据普朗克黑体辐射定律，应用比色式测温的方法得到粒子轨迹上每个像素点的温度，进而可以求得粒子在飞行过程中温度的变化规律，每次采集时可以采集焦平面上的大量的单个粒子的飞行轨迹，因此可以进行统计分析；根据飞行时间的方法，可以利用任一黑白CCD相机采集到的粒子的轨迹的长度信息和曝光时间信息，求得粒子的飞行速度；假设粒子是规则的球状，那么可以根据轨迹的宽度，求得粒子的粒径的大小，对粒子大小的分辨能力与镜头的放大率、黑白CCD相机的分辨率、像素的大小紧密相关，在保证镜头的放大率相同的条件下，随着分辨率的提高和像素的尺寸的降低可以测量粒径更小的粒子。

Claims (2)

1.一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置，包括热窗口片(1)，其特征在于：由等离子体射流中单个飞行粒子发出的热辐射光经热窗口片(1)后照射在分光镜(2)上，经过分光镜(2)的作用分成两路光路，一路为透射光路，一路为反射光路；
在分光镜(2)的透射光路上依次设置有第一带通滤波片(3)、第一镜头(4)、第一黑白CCD相机(5)，透过分光镜(2)的粒子自身热辐射的光经过第一带通滤波片(3)的过滤作用，将等离子体射流中强度强的等离子体自身及粒子表面蒸发的元素的线状光谱滤除后由第一镜头(4)聚焦到第一黑白CCD相机(5)的芯片上，得到第一带通滤波片(3)波段范围的粒子的飞行的轨迹，第一黑白CCD相机(5)与计算机(6)连接，在线监测粒子参数；
在分光镜(2)的反射光路上依次设置有高反射率反射镜(7)、第二带通滤波片(8)、第二镜头(9)、第二黑白CCD相机(10)，由分光镜(2)反射的粒子自身的热辐射光经过高反射率反射镜(7)的反射作用，在第二带通滤波片(8)的滤波的作用下，滤除了等离子体自身及粒子表面蒸发元素的线状光谱后，由第二镜头(9)聚焦到第二黑白CCD相机(10)的芯片上，得到第二带通滤波片(8)波段范围的粒子的飞行轨迹，第二黑白CCD相机(10)与计算机(6)连接，在线监测粒子参数。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体喷涂粒子参数在线测量装置，其特征在于：所述的第一镜头(4)和第二镜头(9)型号相同，第一黑白CCD相机(5)和第二黑白CCD相机(10)型号相同，第一带通滤波片(3)和第二带通滤波片(8)中心波长选择不同的波段，波段选择基于光谱分析方法得到。
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