專利名稱：材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像采集系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種為材料在超高溫射流環(huán)境下燒蝕試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控而開(kāi)發(fā)的專用圖像采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以交流等離子加熱器為核心的防熱材料地面模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠模擬材料在超高溫等環(huán)境下的燒蝕過(guò)程，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵參量進(jìn)行采集和分析，可以揭示材料的燒蝕機(jī)理，為材料與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。燒蝕試驗(yàn)過(guò)程中試件表面的燒蝕特征圖像的在線獲取是十分重要的。
目前，可用于高溫圖像采集和處理的設(shè)備為紅外熱像儀，具備圖像采集和溫度測(cè)量的功能。該設(shè)備將光學(xué)信號(hào)分成雙束，一部分進(jìn)入視頻攝像機(jī)而另一部分被送到掃描測(cè)溫儀，最終的圖像和溫度可在計(jì)算機(jī)顯示器上看到。紅外熱像儀采用紅外成像與光學(xué)測(cè)溫技術(shù)，構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠好的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括CCD相機(jī)，CCD相機(jī)通過(guò)連接件連接光學(xué)變焦鏡頭，光學(xué)變焦鏡頭前通過(guò)連接件連接套筒，在套筒中安裝偏振片組、窄帶濾光片、偏光片，偏光片靠近光學(xué)變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。
本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、窄帶濾光片通過(guò)偏光片與窄帶濾光片之間的定位套筒和定位膠墊軸向固定。
2、套筒上開(kāi)有偏振片組裝配口，偏振片組套筒內(nèi)的階梯臺(tái)及彈簧圈軸向定位。
3、窄帶濾光片的透光波長(zhǎng)在650-720nm，中心50nm范圍內(nèi)的透過(guò)率為50％，邊緣透過(guò)率為10％。
4、CCD相機(jī)為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進(jìn)的數(shù)字調(diào)節(jié)背光補(bǔ)償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機(jī)。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠好的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)可以有效地屏蔽超高溫等離子射流以及雜散光影響，在線獲取高質(zhì)量的材料燒蝕表面圖像，實(shí)現(xiàn)燒蝕試驗(yàn)過(guò)程重現(xiàn)，并根據(jù)采集的圖像計(jì)算材料的表面燒蝕速率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為碳/碳復(fù)合材料表面燒蝕特征圖；圖3為混雜碳/碳復(fù)合材料表面燒蝕特征圖；圖4為材料表面實(shí)時(shí)燒蝕后退率。
(五)具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1，材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)的組成包括CCD相機(jī)12。CCD相機(jī)通過(guò)連接件11連接光學(xué)變焦鏡頭10，光學(xué)變焦鏡頭前通過(guò)連接件8連接套筒1。在套筒中安裝偏振片組3、窄帶濾光片5、偏光片7。偏光片靠近光學(xué)變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。窄帶濾光片通過(guò)偏光片與窄帶濾光片之間的定位套筒6和定位膠墊4軸向固定。套筒上開(kāi)有偏振片組裝配口，偏振片組套筒內(nèi)的階梯臺(tái)及彈簧圈2軸向定位。窄帶濾光片的透光波長(zhǎng)在650-720nm，中心50nm范圍內(nèi)的透過(guò)率為50％，邊緣透過(guò)率為10％。CCD相機(jī)為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進(jìn)的數(shù)字調(diào)節(jié)背光補(bǔ)償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機(jī)。其中所述的連接件是連接環(huán)。連接環(huán)8通過(guò)禁固螺釘9固定在光學(xué)變焦鏡頭上。
由偏振片組、濾光片、偏光片和光學(xué)鏡頭組成光學(xué)成像系統(tǒng)，將試件的光學(xué)圖像投射到CCD相機(jī)的光電耦合陣列，形成數(shù)字圖像。偏振片組由2片偏振片組成，調(diào)節(jié)偏振片之間的角度，降低光強(qiáng)；窄帶濾光片只允許一定波長(zhǎng)(650-720nm)的可見(jiàn)光通過(guò)，中心范圍內(nèi)(50nm)的透過(guò)濾為50％，邊緣透過(guò)率為10％；偏光片用于濾除雜散光，消除光暈。CCD相機(jī)的有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進(jìn)的數(shù)字調(diào)節(jié)背光補(bǔ)償(BLC)功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)。然后，通過(guò)圖像采集卡和圖像采集軟件組成的圖像接受和存儲(chǔ)系統(tǒng)將數(shù)字圖像實(shí)時(shí)保存到計(jì)算機(jī)硬盤，圖像采集軟件具備圖像采集、存儲(chǔ)、回放和分析的功能，圖像采集速度為10～20幀/秒，采集時(shí)間與試驗(yàn)時(shí)間及計(jì)算機(jī)硬盤容量有關(guān)。過(guò)程回放時(shí)可以自由設(shè)定回放速度。燒蝕試驗(yàn)結(jié)束后，利用軟件的回放功能再現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試件表面的變化過(guò)程及燒蝕特征，并計(jì)算表面燒蝕速率。
首先根據(jù)地面燒蝕模擬系統(tǒng)的要求將燒蝕材料試件裝配到位，通過(guò)連接環(huán)11將光學(xué)變焦鏡頭10與CCD相機(jī)12連接，調(diào)節(jié)鏡頭焦距和CCD相機(jī)焦距，得到一定倍數(shù)的清晰物像。連接環(huán)8與鏡頭之間通過(guò)緊固螺釘9固定，連接環(huán)外接套筒1，套筒中安裝偏光片7，用鎢帶燈作為參考光源，照射試件表面，調(diào)節(jié)偏光片角度濾除散射光。連接偏振片組3和窄帶濾光片5，窄帶濾光片通過(guò)定位套筒6和定位膠墊4軸向定位，偏振片組通過(guò)套筒1和彈簧圈2進(jìn)行軸向定位，調(diào)節(jié)偏振片之間的角度(80-95度)，降低光強(qiáng)，獲得滿意的圖像。將CCD相機(jī)與高速圖像采集卡連接，驅(qū)動(dòng)圖像采集軟件。運(yùn)行交流等離子加熱器對(duì)試件進(jìn)行地面模擬燒蝕試驗(yàn)，將試件燒蝕表面的圖像實(shí)時(shí)地采集并保存到計(jì)算機(jī)硬盤。燒蝕試驗(yàn)結(jié)束后，利用軟件的回放功能再現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試件表面的變化過(guò)程以及燒蝕特征，并計(jì)算試件表面實(shí)時(shí)燒蝕后退率。
試驗(yàn)測(cè)試表明，本發(fā)明可以有效地屏蔽溫度超過(guò)4000K的等離子射流以及雜散光影響，在線獲取高質(zhì)量(分辨率0.01mm)的防熱材料燒蝕表面(溫度3000K)圖像及燒蝕特征，如圖2、3所示，混雜碳/碳復(fù)合材料表面熔化物流淌，如圖3所示，材料表面燒蝕率隨時(shí)間的變化過(guò)程，如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，它包括CCD相機(jī)，CCD相機(jī)通過(guò)連接件連接光學(xué)變焦鏡頭，其特征是光學(xué)變焦鏡頭前通過(guò)連接件連接套筒，在套筒中安裝偏振片組、窄帶濾光片、偏光片，偏光片靠近光學(xué)變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是窄帶濾光片通過(guò)偏光片與窄帶濾光片之間的定位套筒和定位膠墊軸向固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是套筒上開(kāi)有偏振片組裝配口，偏振片組套筒內(nèi)的階梯臺(tái)及彈簧圈軸向定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是窄帶濾光片的透光波長(zhǎng)在650-720nm，中心50nm范圍內(nèi)的透過(guò)率為50％，邊緣透過(guò)率為10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是窄帶濾光片的透光波長(zhǎng)在650-720nm，中心50nm范圍內(nèi)的透過(guò)率為50％，邊緣透過(guò)率為10％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是CCD相機(jī)為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進(jìn)的數(shù)字調(diào)節(jié)背光補(bǔ)償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是CCD相機(jī)為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進(jìn)的數(shù)字調(diào)節(jié)背光補(bǔ)償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)，其特征是CCD相機(jī)為有效像素768(H)×582(V)，水平清晰度570線，具有先進(jìn)的數(shù)字調(diào)節(jié)背光補(bǔ)償功能，最低照度為0.81ux(0.008fc)的CCD相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種材料超高溫?zé)g圖像采集系統(tǒng)。它包括CCD相機(jī)，CCD相機(jī)通過(guò)連接件連接光學(xué)變焦鏡頭，光學(xué)變焦鏡頭前通過(guò)連接件連接套筒，在套筒中安裝偏振片組、窄帶濾光片、偏光片，偏光片靠近光學(xué)變焦鏡頭，窄帶濾光片位于偏光片與偏振片組之間。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠好的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)可以有效地屏蔽超高溫等離子射流以及雜散光影響，在線獲取高質(zhì)量的材料燒蝕表面圖像，實(shí)現(xiàn)燒蝕試驗(yàn)過(guò)程重現(xiàn)，并根據(jù)采集的圖像計(jì)算材料的表面燒蝕速率。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1727935SQ20051001020
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者易法軍, 白光輝, 張博明 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)