摘要：随着增材制造技术（Additive Manufacturing, AM）在航空航天等高科技领域的广泛应用，精确的温度控制成为了确保零件质量和生产效率的关键因素。在NASA马歇尔太空飞行中心（MSFC）进行的电子束增材制造（EBAM）过程中，精确的温度测量是至关

引言

随着增材制造技术（Additive Manufacturing, AM）在航空航天等高科技领域的广泛应用，精确的温度控制成为了确保零件质量和生产效率的关键因素。在NASA马歇尔太空飞行中心（MSFC）进行的电子束增材制造（EBAM）过程中，精确的温度测量是至关重要的，因为这直接影响到构建材料的物理性质和最终产品的性能。为了实现高精度的温度监控，采用了LumaSense MCS640近红外热像仪，结合先进的镜头配置，通过S12 EBAM系统进行温度数据的实时采集。

设备与系统配置

EBAM系统是一款用于金属材料增材制造的设备，在NASA的应用中用于测试和验证增材制造工艺。该系统配备了一个127毫米直径的视窗，通过该视窗可以进行温度测量和图像采集。视窗由铅玻璃和高强度真空玻璃构成，这些玻璃材质在特定波长下会影响辐射的传输，因此，选择合适的测量工具和系统至关重要。

为了捕捉高精度的温度数据，采用了LumaSense MCS640热像仪。该热像仪的光谱范围为780nm至1080nm（上海明策电子），具有640×480的非冷却焦平面阵列（FPA）传感器，最大帧率为60Hz。它能够检测温度范围从600°C到3000°C，适应不同的工作条件和温度需求。该相机的校准范围包括三个不同的温度区间，分别针对不同的镜头配置。

镜头选择与校准

根据实际应用需求，选择了两种不同焦距的镜头来进行温度图像的捕获。

- 镜头A的工作距离为500mm，适用于较大视场的图像采集，其视场为31mm×23mm，空间分辨率为48µm，能够有效地捕捉较大区域的温度变化。

- 镜头B则是一款近焦镜头，工作距离为350mm，视场为5.3mm×4.0mm，空间分辨率为8.3µm，能够提供更精细的图像解析度，适用于更小区域的高精度测量。

为了确保测量结果的准确性，镜头A和镜头B在三个不同的温度区间内进行了校准。这些校准工作在不同的温度范围内进行，温度范围为：

- 对于镜头A：650°C - 900°C，850°C - 1250°C，1100°C - 1800°C

- 对于镜头B：750°C - 1100°C，915°C - 1400°C，1320°C - 2300°C

特别是镜头B的校准工作，还考虑了视窗玻璃对辐射传输的影响，进行了有无玻璃的测试，最终确定了透过率为0.54。这一校准过程确保了在真实测试环境下，所捕捉到的温度数据准确可靠。

热像仪集成与数据采集

为了进一步提高数据的准确性和采集效率，热像仪通过千兆以太网与数据采集系统连接，数据实时传输至笔记本电脑进行分析。该数据采集系统包括一个网络电缆和一个千兆以太网Express卡，确保了大数据量下的稳定传输和高速处理。

在图像采集过程中，系统的集成时间根据不同温度范围进行了调整：

- 温度范围1（低温）：16.25毫秒

- 温度范围2（中温）：1.7毫秒

- 温度范围3（高温）：50微秒

这些不同的集成时间设置确保了热像仪可以在不同的工作条件下精确捕捉到所需的温度数据。

实验环境与视角设置

实验中的热像仪安装在稳定的三脚架上，镜头被设置在靠近玻璃窗的位置，确保能够精准地对准增材制造过程中构建板区域。通过对图1和图2中的示意图的分析，热像仪的垂直倾斜角度大约为55°，且未进行水平偏航或翻滚调整。该设置确保了热像仪可以准确地捕捉到构建过程中温度分布的变化。

在NASA马歇尔太空飞行中心的EBAM增材制造实验中，采用的热像仪系统结合了先进的镜头选择与精准的校准技术，成功实现了高精度的温度测量。这一系统不仅能够提供不同温度区间的准确数据，还能够有效补偿视窗玻璃对辐射传输的影响，保证了测量结果的可靠性。随着增材制造技术的不断发展，类似的温度监控系统将对改进制造工艺、提高产品质量及优化生产流程发挥重要作用。

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来源：小孙科技频道