一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪

本发明涉及红外测温，具体为一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪。

背景技术：

1、在自然界中，当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在，就会不断地向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0.75～100μm的红外线，红外辐射测温仪正是利用这一原理制作而成。

2、激光软钎焊在焊锡过程中，能量密度集中，加热光斑影响区域小，焊料加热速度极快，激光加热过程中，通过红外辐射测温仪采集测量焊点温度，并反馈到主控制器的pid控制系统中，来实时调节激光器的输出功率，若温度测量误差过大或测量速度过慢，会造成焊点焦灼或虚焊假焊的现象。

3、现有技术中的红外辐射测温仪具有以下缺陷：不具有垂直于焊点的红外辐射检测光路；红外辐射测温仪计算速率较慢，无法及时测量焊点实时温度并传输给激光功率pid控制器；不具备滤波器或滤波器去除噪声效果较差，无法最大程度消除红外辐射测温过程中不可避免的误差和噪声信号。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明采用了巴特沃斯滤波器，具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等许多突出的优点。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，包括光学结构、电路结构和巴特沃斯低通滤波器部分，所述光学结构组成部分分为光学元件和光学器件，且光学器件包括工业ccd相机与激光光学指示器组件、激光器和红外测温仪，所述激光器发生的光束通过光学元件系统后形成无影光，红外辐射光束、激光器发出光束在一定区域内同轴传输；所述电路结构包括运算放大电路、单端转差分电路、模数转换电路、电源电路以及通讯电路接口，该红外辐射测温仪内部设置有巴特沃斯滤波器。

3、进一步的，所述光学器件中的透镜组材料选择为优质光学玻璃，材料增透处理，所述激光光源为940半导体激光器。

4、进一步的，所述光学元件包括准直透镜、分光镜、聚焦透镜等，作为光束传播的介质。

5、进一步的，所述光学器件通过ingaas探测器完成熔焊接点的温度检测，通过光学元件改变红外辐射光束，使红外辐射光束、激光器发出光束在一定区域内同轴传输，最终同时作用于焊接点。

6、进一步的，所述运算放大电路中，ingaas探测器探测的数据经过光电转换后，对产生的电流信号进行运算放大后被模数转换模块识别。

7、进一步的，所述单端转差分电路中，ingaas探测器检测到的红外辐射强度产生的-1v～+1v的输入电压，通过ad8138芯片转换成差分信号，差分信号的共模电平由模数转换模块的cml管脚决定。

8、进一步的，所述模数转换电路亚德诺半导体ad9238芯片。

9、进一步的，线性降压芯片ams1117-3.3将输入的5v电压转化为3.3v，为微控制器fpga模数转换芯片ad9238供电。

10、进一步的，dc-dc转换芯片mc34063a通过buck-boost电路实现正负压转换功能，为单端转差分电路提供负电压供电。

11、进一步的，所述通讯电路接口使用cyusb3014 usb3.0接口芯片进行高速数据传输，并提供的通用可编程接口，其中slcs#信号为芯片片选信号，必须激活；pktend#信号激活后可以给接口发送短数据包；flaga、flagb、flagc、flagd为芯片的标志输出。

12、进一步的，其中具体程序执行流程为：

13、s1，初始化参数；

14、s2，激光软钎焊预备；

15、s3，ingaas探测器采集数据辐射强度；

16、s4，通过运算放大模块放大ingaas探测器探测的数据经过光电转换后产生的电流信号；

17、s5，通过模数转换电路将ingaas探测器检测到的辐射强度转化成数字信号；

18、s6，通过巴特沃斯低通滤波器对测量信号进行滤波；

19、s7，fpga数据运算；

20、s8，数据传输；

21、s9，判断激光加工是否完毕

22、本发明的有益效果：

23、1.该用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪能够将红外辐射光路与激光光路同轴，实现测量光路与被测焊点垂直，提高了测量的精度，消除了测量视场不能完全覆盖焊点带来的误差。

24、2.该用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪能够实现最高65mhz的红外辐射采样频率；能够利用高速模数转换电路与fpga控制运算与usb3.0高速通信实现温度的采集计算和传输。

25、3.该用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪通过使用巴特沃斯滤波器，大大降低了噪声信号和干扰带来的温度误差，使温度测量误差约为0.5％，在激光软钎焊的参考温度220℃时，测温结果最大误差为1.1℃，平均误差约为±1℃。

技术特征：

1.一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：包括光学结构、电路结构和巴特沃斯低通滤波器部分，所述光学结构组成部分包括光学元件和光学器件，且光学器件包括工业ccd相机与激光光学指示器组件(1)、激光器(2)和红外测温仪(3)，所述激光器(2)发生的光束通过光学元件系统后形成无影光(4)，红外辐射光束、激光器(2)发出光束在一定区域内同轴传输；所述电路结构包括运算放大电路、单端转差分电路、模数转换电路、电源电路以及通讯电路接口，所述红外辐射测温仪内部设置有巴特沃斯滤波器。

2.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述光学器件中的透镜组材料选择为优质光学玻璃，且材料增透处理，所述激光光源为940半导体激光器。

3.根据权利要求2所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述光学元件包括作为光束传播的介质的准直透镜、分光镜、聚焦透镜。

4.根据权利要求3所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述光学器件通过ingaas探测器完成熔焊接点的温度检测，通过光学元件改变红外辐射光束，使红外辐射光束、激光器(2)发出光束在一定区域内同轴传输，最终同时作用于焊接点。

5.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述运算放大电路中，ingaas探测器探测的数据经过光电转换后，对产生的电流信号进行运算放大后被模数转换模块识别。

6.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述单端转差分电路中，ingaas探测器检测到的红外辐射强度产生的-1v～+1v的输入电压，通过ad8138芯片转换成差分信号，所述差分信号的共模电平由模数转换模块的cml管脚决定。

7.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述模数转换电路采用亚德诺半导体ad9238芯片。

8.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：线性降压芯片ams1117-3.3将输入的5v电压转化为3.3v。

9.根据权利要求8所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：dc-dc转换芯片mc34063a通过buck-boost电路实现正负压转换。

10.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：所述通讯电路接口使用cyusb3014 usb3.0接口芯片进行高速数据传输，并提供的通用可编程接口，其中slcs#信号为芯片片选信号，必须激活；pktend#信号激活后可以给接口发送短数据包；flaga、flagb、flagc、flagd为芯片的标志输出。

11.根据权利要求1所述的一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，其特征在于：其中具体程序执行流程为：

技术总结
本发明提供一种用于精密激光锡焊装备的红外辐射测温仪，包括光学结构、电路结构和巴特沃斯低通滤波器部分，所述光学结构组成部分分为光学元件和光学器件，且光学器件包括工业CCD相机与激光光学指示器组件、激光器和红外测温仪，所述激光器发生的光束通过光学元件系统后形成无影光，红外辐射光束、激光器发出光束在一定区域内同轴传输，该红外辐射测温仪内部设置有巴特沃斯滤波器，能够将红外辐射光路与激光光路同轴，实现测量光路与被测焊点垂直，提高了测量的精度，消除了测量视场不能完全覆盖焊点带来的误差；利用高速模数转换电路与FPGA控制运算与USB3.0高速通信实现温度的采集计算和传输。

技术研发人员：张聪,闫宽,潘前锋,欧锴,李飞,胡记伟,陈绪兵,曹鹏彬,李明超,张余豪
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15