红外测温在车削工件温度场在线监测中的应用

精密车削时，旋转工件的温度相对较低，在0~50℃范围，对此类旋转工件的温度测量有一定困难，它无法利用常规和传统的方法实时监测旋转工件的温度。该文就红外测温仪在精密加工过程中在常温旋转曲面温度测量中的应用进行一些探讨。其主要内容包括：简要介绍红外测温的原理；设计在线监测温度系统，分析车削工件温度监测精度。

物体的温度与辐射功率的斯忒藩－玻耳兹曼定律给出

式中，W(T)为单位面积温度T下辐射的能量；Wl为物体在某一波段的辐射能；e为物体的发射率；l为物体的波长；T为热力学温度，单位K；s为斯忒藩－玻耳兹曼常数，s=5.67×10^-12W/(cm²·K⁴)。

图1 温度场在线监测系统框图

根据斯忒藩－玻耳兹曼常数定律，物体的温度越高，辐射强度就越大。只要知道了物体的温度及其发射率，就可以测出物体所发射的辐射强度。

如图1所示，利用红外测温仪监测工件的温度场，该装置采用快速移动传感器的方法对其工件进行匀速扫描来实现温度场的监测。利用车床的双刀架将传感头安装在一个刀架上，测量时，红外传感头随刀架匀速移动，其工件温度信号经运放后送入数据采集卡中。根据工件的长度、刀架移动的速度，得出在一个扫描周期内温度的变化，建立一个坐标，将工件长度与温度变化对应起来，假设对车削工件进行连续扫描，每次扫描时间为5s，这样就得到了以5s间隙的工件各个位置的温度，用计算机处理软件可绘出该工件的温度场。另外分析了红外测温的精度和可靠性，它受很多因素的影响，如大气吸收、大气尘埃及悬浮粒子、太阳光辐射、风力、测试背景、距离系数、物体辐射率、相邻设备热辐射、工作波长区域范围和瞬时视场角等。

从以上几个方面分析了对红外测温精度的影响。该文采用红外测温仪就车削工件在加工状态下的温度场进行监测。从监测结果来看：采用红外测温仪对车削工件的温度进行监测是可行而有效的；它能快速实时反映工件温度场的变化，其精度可达± 3℃，完全满足我们监测的要求。