AT500025A1 - DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF THE TEMPERATURE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes, mit einem Gehäuse, welches zumindest eine Eintrittsöffnung für elektromagnetische Strahlung aufweist, wobei in dem Gehäuse zumindest ein Quantendetektor, vorzugsweise eine Graustufen-CCD-Kamera, angeordnet ist, dem in Richtung auf die Eintrittsöffnung ein optisches System, sowie zumindest ein erstes Filterelement vorgeordnet sind, ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes, bei dem zumindest ein erster Wellenlängenbereich, der von einer definierten Fläche eines Objektes ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung, durch zumindest ein Filterelement selektiert wird und die elektromagnetische Strahlung dieses selektierten Wellenlängenbereichs über den Strahlengang eines optischen Systems einem Quantendetektor, vorzugsweise einer Graustufen-CCD-Kamera, zugeführt und in elektrische Signale umgewandelt wird, sowie die Verwendung der Vorrichtung zur Erstellung einer Emissionskarte einer Objektoberflä-che, zur Steuerung eines Ofens bzw. zur Mitverfolgung und gegebenenfalls Steuerung von thermischen Prozessen.The invention relates to a device for non-contact measurement of the temperature of an object, comprising a housing which has at least one inlet opening for electromagnetic radiation, wherein in the housing at least one quantum detector, preferably a grayscale CCD camera, is arranged in the direction of the Admission opening an optical system, as well as at least a first filter element are arranged upstream, a method for non-contact measurement of the temperature of an object, wherein at least a first wavelength range, the radiated from a defined surface of an object electromagnetic radiation is selected by at least one filter element and the electromagnetic Radiation of this selected wavelength range via the beam path of an optical system, a quantum detector, preferably a gray-scale CCD camera, supplied and converted into electrical signals, and the use of the device for the first time An emission map of a Objektoberflä- che, for controlling a furnace or for tracking and optionally controlling thermal processes.
Bekanntlich stehen zur Temperaturmessung verschiedenste Vorrichtungen beginnend um herkömmlichen Quecksilberthermometer bis zu diversen Thermoelementen zur Verfügung. Die Messung der Temperatur erfolgt dabei durch direkten Kontakt dieser Vorrichtungen mit dem zu vermessenden Objekt. Probleme entstehen bei dieser Art der Temperaturmessung immer dann, wenn die Temperatur so hoch ist, dass keine geeigneten Werkstoffe für die Thermometer zur Verfügung stehen, um den Kontakt mit dem zu vermessenden Objekt zu ermöglichen bzw. wenn die Herstellung eines Kontakts zwischen Thermometer und dem zu vermessenden Objekt aus verschiedensten, z.B. räumlichen Gründen nicht möglich ist. Für diesen Fall stehen dem Fachmann sogenannte Strahlungspyrometer zur Verfügung, mit denen zur Temperaturbestimmung die von dem zu vermessenden Objekt ausgehende N2003/16600 elektromagnetische Strahlung gemessen wird. Herkömmliche Infrarot-Strahlungspyrometer haben jedoch den Nachteil, dass sie relativ teuer sind bzw. im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 1100 nm keine bzw. keinen ausreichende Empfindlichkeit. Zur Umgehung des Kostennachteils wurden Messsysteme entwickelt, welche mit Standard CCD-Farbkameras arbeiten (CCD: Charge-Coupled-Device). Ein derartiges Pyrometer ist z.B. aus „Temperature mapping in heat treatment processes with a Standard colour - video-camera - by means of image processing; Gerald Zauner, Daniel Heim, Günther Hehndor-fer, Kurt Niel; Electronic Imaging Proceedings, Machine Visison Applications in Industrial Inspection XI, IS&T/SPIE Vol.5011,2003“ bekannt. Mit diesem System ist es nicht nur möglich, die Temperatur an sich zu messen, sondern auch die Temperaturverteilung, beispielsweise in einem Plasmareaktor. „A Multiwavelength Imaging Pyrometer for High-Temperature Material Testing; C. J. Fisher, P. M. Sherrouse, W. M. Ruyten; 11. AIAA/AAAF International Conference 29. September bis 4. Oktober 2002; Orleans, Frankreich; AIAA2002-5154“ beschreibt ebenfalls ein derartiges System, bei dem vier CCD-Kameras zur Erfassung von vier Wellenlängen (700, 800, 900 und 1050 nm) verwendet werden. Dieses Pyrometer hat weiters ein optisches System, durch welches die von dem zu vermessenden Objekt ausgehende elektromagnetische Strahlung auf den CCD-Sensor gelenkt wird. Als Kamerasensor wird eine Schwarz-Weiß-CCD-Kamera mit einem 10 Bit Digitizer verwendet. Zur Selektierung der zu vermessenden Wellenlängen umfasst dieses Pyrometer Interferenzfilter mit 10mm Bandbreite.As is known, various devices are available for temperature measurement, starting with conventional mercury thermometers up to various thermocouples. The measurement of the temperature is carried out by direct contact of these devices with the object to be measured. Problems arise in this type of temperature measurement whenever the temperature is so high that no suitable materials for the thermometer are available to allow contact with the object to be measured or when the establishment of a contact between the thermometer and the measuring object from different, eg spatial reasons is not possible. For this case, so-called radiation pyrometers are available to the person skilled in the art with which the N2003 / 16600 electromagnetic radiation emanating from the object to be measured is measured for temperature determination. However, conventional infrared radiation pyrometers have the disadvantage that they are relatively expensive or have no or insufficient sensitivity in the wavelength range between 400 nm and 1100 nm. To circumvent the cost disadvantage, measuring systems were developed which work with standard CCD color cameras (CCD: charge-coupled device). Such a pyrometer is e.g. from "Temperature mapping in heat treatment processes with a standard color" - video-camera - by means of image processing; Gerald Zauner, Daniel Heim, Günther Hehndorfer, Kurt Niel; Electronic Imaging Proceedings, Machine Visison Applications in Industrial Inspection XI, IS & T / SPIE Vol. 5011,2003 ". With this system, it is not only possible to measure the temperature per se, but also the temperature distribution, for example in a plasma reactor. A Multiwavelength Imaging Pyrometer for High-Temperature Material Testing; C.J. Fisher, P.M. Sherrouse, W.M. Ruyten; 11th AIAA / AAAF International Conference 29th September to 4th October 2002; Orleans, France; AIAA2002-5154 "also describes such a system, where four CCD cameras are used to acquire four wavelengths (700, 800, 900 and 1050 nm). This pyrometer also has an optical system by which the electromagnetic radiation emanating from the object to be measured is directed onto the CCD sensor. The camera sensor used is a black and white CCD camera with a 10-bit digitizer. To select the wavelengths to be measured, this pyrometer includes interference filters with 10mm bandwidth.
Auch in „Real Time Multispectral High Temperature Measurement: Application to control in the industry; F. Meriaudeau, A. C. Legrand, P. Gorria; Machine Vision Applications in Industrial Inspection XI, proceedings of SPIE-IS & T Elektronic Imaging, SPIE Vol. 5011 (2003), 2003 SPIE-IS & T.0277-786X/03“ ist ein Pyrometer unter Verwendung von zwei CCD-Kameras beschrieben. Zur Erfassung der Strahlung bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen wird ein Diprisma mit nachgeschalteten Spektralfiltem mit enger Bandbreite verwendet.Also in "Real Time Multispectral High Temperature Measurement: Application to Control in the Industry; F. Meriaudeau, A.C. Legrand, P. Gorria; Machine Vision Applications in Industrial Inspection XI, proceedings of SPIE-IS & T Electronic Imaging, SPIE Vol. 5011 (2003), 2003 SPIE-IS & T.0277-786X / 03 "is a pyrometer described using two CCD cameras. To detect the radiation at two different wavelengths, a narrow bandwidth diprism with downstream spectral filters is used.
Nachteilig an den obig beschriebenen Pyrometern ist, dass diese zum Teil apparativ aufwendig sind - es sind mehrere CCD-Kameras erforderlich - bzw. dass damit Temperaturen N2003/16600 • · · · · • · • · · · · · ···· * * · · ·· φ ·· φ Φ t« « • · · ^» · · · · φ ♦ * ·-·}·*·· ·· · unterhalb ca. 500°C nicht bzw. nicht mit hinreichender Genauigkeit der Messwerte gemessen werden können.A disadvantage of the above-described pyrometers is that they are sometimes expensive in terms of apparatus - several CCD cameras are required - or that temperatures with them are N2003 / 16600 • · · · · · · · · · · ···· * * ··································································································································································································································· Measurements can be measured.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, eine berührungslose Temperaturmessung in einem relativ großen Temperaturbereich durchfuhren zu können.It is an object of the invention to provide a way to perform a non-contact temperature measurement in a relatively large temperature range can.
Diese Aufgabe der Erfindung wird jeweils eigenständig durch die eingangs genannte Vorrichtung, bei der das zumindest eine Filterelement für elektromagnetische Strahlung aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von zumindest 600nm und einer oberen Grenze von zumindest 750nm durchlässig ist, sowie durch das eingangs erwähnte Verfahren zur berührungslosen Messung der Temperatur, bei dem der selektierte Wellenlängenbereich ausgewählt wird aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von zumindest 600nm und einer oberen Grenze von zumindest 750nm, gelöst. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Erfassung und Auswertung der elektromagnetischen Strahlung eines großen Wellenlängenbereichs die Temperaturmessung bis zu einer unteren Grenze von ca. 200°C erfolgen kann. Es wird damit möglich, technische bzw. thermische Prozesse, wie beispielsweise Härtungs- oder Beschichtungsverfahren in Plasmareaktoren, nicht nur visuell über die charakteristische Temperaturstrahlung mitzuverfolgen, sondern kann bei entsprechender Auswertung der von der Vorrichtung erhaltenen Messdaten auch die Steuerung des Prozesses, z.B. des Plasmareaktors, erfolgen, und zwar schon in einem Stadium, in dem der thermische Prozess, z.B. der Härtungs- oder Beschichtungsvorgang, einsetzt, also bei niedrigeren Temperaturen und nicht erst wenn der Prozess bereits läuft bzw. großteils schon beendet ist. Von Vorteil ist weiters, dass die Temperaturmessung optisch durch die Aufnahme von Bildern der zu vermessenden Oberfläche erfolgt, wodurch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere dadurch, dass ein Quantendetektor, vorzugsweise eine Graustu-fen-CCD-Kamera verwendet wird, nicht nur Temperaturwerte erhalten werden, sondern gleichzeitig auch durch die Möglichkeit der Anwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen, die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes, z.B. während des gesamten Prozessablaufes, dargestellt werden kann, sodass, insbesondere durch die Erstellung von E-missionskarten, die Beurteilung des Prozessverlaufs nicht ausschließlich auf Erfahrungswerten von Fachleuten in Hinblick auf die Veränderung der Oberfläche des Gegenstandes basiert, sondern diese Werte bzw. die ausgewerteten Bilder direkt in die Steuerung des Prozesses einfließen können. Es ist damit ein höherer Grad an Automatisierung von derar- N2003/16600 • · • · · I ···· • · • · · · · · • l « ····· ·· · # « · · f · • * · - «f * · · ·· Φ tigen Prozessen möglich. Von Vorteil ist zudem, dass, insbesondere bei Verwendung eines Silizium-CCD-Chips, dessen Empfindlichkeit gegenüber Lichtquanten aufgrund des verwendeten großen Wellenlängenbereiches besser ausgenutzt wird, wodurch die Genauigkeit der Messung steigt.This object of the invention is in each case independent of the above-mentioned device in which the at least one filter element for electromagnetic radiation from a range with a lower limit of at least 600nm and an upper limit of at least 750nm is permeable, and by the initially mentioned method for non-contact Measurement of the temperature at which the selected wavelength range is selected from a range with a lower limit of at least 600 nm and an upper limit of at least 750 nm. The advantage here is that by measuring and evaluating the electromagnetic radiation of a large wavelength range, the temperature measurement can be up to a lower limit of about 200 ° C. It is thus possible not only to track technical or thermal processes, such as hardening or coating processes in plasma reactors, visually via the characteristic temperature radiation, but, with appropriate evaluation of the measurement data obtained by the device, it is also possible to control the process, e.g. of the plasma reactor, even at a stage when the thermal process, e.g. the hardening or coating process, ie at lower temperatures and not only when the process is already running or has largely already finished. It is furthermore advantageous that the temperature measurement is performed optically by taking pictures of the surface to be measured, whereby not only temperature values are obtained with the device according to the invention, in particular by using a quantum detector, preferably a gray-scale CCD camera but at the same time by the possibility of using image processing algorithms, the surface of the object to be measured, eg During the entire process, it can be shown that, especially through the creation of e-missions, the evaluation of the process is not based exclusively on experience of experts with regard to the change of the surface of the object, but these values or the evaluated images directly can be incorporated into the control of the process. There is thus a higher degree of automation of this kind of application. N2003 / 16600 ························································································. * · - «f * ···· Φ possible processes possible. Another advantage is that, especially when using a silicon CCD chip, its sensitivity to light quanta is better utilized due to the large wavelength range used, whereby the accuracy of the measurement increases.
Gemäß Weiterbildungen ist vorgesehen, dass das erste Filterelement bis zu einer oberen Grenze von 1 lOOnm bzw. bis zu einer oberen Grenze von 3pm für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, wodurch zum einen die Kosten der Vorrichtung weiter gesenkt werden können, da die Anforderungen an das Filterelement bezüglich Wellenlängenselektion geringer sind und zum anderen, dass damit ein noch größerer Wellenlängenbereich zur Auswertung zur Verfügung steht, wodurch die Genauigkeit der Temperaturmessung steigt.According to further developments, it is provided that the first filter element is permeable to electromagnetic radiation up to an upper limit of 1 nm or up to an upper limit of 3 pm, whereby on the one hand the cost of the device can be further reduced, since the requirements for the filter element with regard to wavelength selection, and secondly that an even greater wavelength range is available for evaluation, as a result of which the accuracy of the temperature measurement increases.
Das erste Filterelement kann als Kantenfilter ausgebildet sein, wodurch auf kostengünstige Filterelemente zurückgegriffen werden kann.The first filter element may be formed as an edge filter, which can be used on cost-effective filter elements.
Weiters ist es möglich, dass das erste Filterelement als Interferenzfilter ausgebildet ist, womit aus dem vom Objekt ausgesandtem Spektralbereich jede gewünschte Transmissionskurve erhalten werden kann.Furthermore, it is possible that the first filter element is designed as an interference filter, with which any desired transmission curve can be obtained from the spectral range emitted by the object.
Weiters ist es möglich, dass im Strahlengang zumindest ein weiteres Filterelement mit zum ersten Filterelement unterschiedlicher Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung anordenbar ist. Damit wird es möglich, die vom Objekt emittierte Strahlung bei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu detektieren, sodass damit eine Quotientenbildung möglich ist und eine höhere Genauigkeit des Messwertes, beispielsweise durch Ausschaltung der jeweils spezifischen Emissionskoeffizienten, welche die Abweichung vom ideal schwarzen Strahler beschreiben, erhalten werden kann.Furthermore, it is possible that in the beam path at least one further filter element can be arranged with the first filter element of different transmittance for electromagnetic radiation. This makes it possible to detect the radiation emitted by the object at different wavelength ranges, so that thus a quotient formation is possible and a higher accuracy of the measured value, for example by elimination of each specific emission coefficient, which describe the deviation from the ideal black radiator, can be obtained.
Das weitere Filterelement kann bis zu einer oberen Grenze von 750 nm für elektromagnetische Strahlung durchlässig sein wodurch eine ausreichende Signalstärke bei vemachlässig-barer Überlappung der beiden Spektralbereiche ermöglicht wird.The further filter element can be permeable to electromagnetic radiation up to an upper limit of 750 nm, whereby a sufficient signal strength with negligible overlapping of the two spectral ranges is made possible.
Das erste und/oder die weiteren Filterelemente können als Farbfilter ausgebildet sein, bzw. kann gemäß einer Ausführungsvariante vorgesehen werden kann, dass das erste Filterelement als „Rotfilter“, d.h. für rotes Licht durchlässig und das weitere Filterelement als N2003/16600The first and / or the further filter elements can be embodied as color filters, or, according to an embodiment variant, it can be provided that the first filter element is designed as a "red filter", i. permeable to red light and the additional filter element as N2003 / 16600
• · · · « · • · · · · · · I ♦ · · J · · • ♦ * . <ya · · • · „Grünfilter“, d.h. für grünes Licht durchlässig ausgebildet ist. Damit stehen für die Messung einfach aufgebaute kostengünstige Filterelemente zur Verfügung.• · · · «· · · · · · · · · I · · · · · · <ya · · · · "green filter", i. is formed permeable to green light. This means that cost-effective filter elements of simple construction are available for the measurement.
Nach einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass vor dem optischen System ein Filterrad angeordnet ist, auf bzw. in dem die Filterelemente angeordnet sind. Es ist damit ein schneller Wechsel zwischen den gewünschten zu detektierenden Spektralbereichen möglich.According to one embodiment, it is provided that a filter wheel is arranged in front of the optical system, on or in which the filter elements are arranged. It is thus a quick change between the desired spectral ranges to be detected possible.
Dieses Filterrad kann mit einem Schrittmotor wirkungsverbunden sein, wodurch die Au-tomatisierbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöht werden kann.This filter wheel can be operatively connected to a stepping motor, whereby the Au-automatizability of the device according to the invention can be further increased.
Es ist auch möglich, dass dem Filterrad ein Sensorelement zur Erkennung der relativen Winkellage des Filterrades zugeordnet ist, wobei dieses Sensorelement in Wirkverbindung mit dem Schrittmotor einer Datenverarbeitungsanlage, z.B. einem PC, stehen kann, sodass die jeweilige Stellung des Filterrades automatisch erkannt wird und damit ein positionsgenaues Verfahren des Filterrades in die gewünschte Stellung, z.B. beim Einschalten der er-fmdungsgemäßen Vorrichtung, erfolgen kann und damit beispielsweise ein vorgegebener zeitlicher Ablauf in Bezug auf Verwendung der Filterelemente automatisch möglich ist.It is also possible that the filter wheel is associated with a sensor element for detecting the relative angular position of the filter wheel, said sensor element being operatively connected to the stepper motor of a data processing system, e.g. a PC, can stand so that the respective position of the filter wheel is automatically detected and thus a position-accurate method of the filter wheel in the desired position, e.g. when switching on the device according to the invention, it can take place and thus, for example, a predetermined time sequence in relation to the use of the filter elements is automatically possible.
Es ist auch möglich, dass der Quantendetektor mit der Datenverarbeitungsanlage, beispielsweise dem PC, leitungsverbunden ist, sodass nicht nur die automatische Aufzeichnung der Messwerte bzw. der gemessenen Bilder der Oberfläche des zu vermessenden Objektes ermöglicht wird, sondern auch mit Hilfe eines in der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten Bildverarbeitungsalgorithmus die Auswertung dieser Bilder erfolgt und die Steuerung eines Prozesses ermöglicht wird.It is also possible that the quantum detector is connected to the data processing system, for example the PC, so that not only the automatic recording of the measured values or the measured images of the surface of the object to be measured is made possible, but also with the aid of a data processing system Image processing algorithm, the evaluation of these images takes place and the control of a process is enabled.
Von Vorteil ist es weiters, wenn die CCD-Kamera über den einzelnen CCD-Sensoren für NIR-optimierte Mikrolinsen aufweist, da sich damit die Genauigkeit der Temperaturmessung bei niederen Temperaturen erhöht lässt.It is also advantageous if the CCD camera has NIR-optimized microlenses above the individual CCD sensors, since this allows the accuracy of the temperature measurement to be increased at low temperatures.
Gemäß Weiterbildungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das optische System, insbesondere dessen Objektiv, mit einer Verstelleinrichtung, z.B. einem Schrittmotor, leitungsverbunden ist, dass weiters die Verstelleinrichtung des optischen Systems mit der Datenverarbeitungsanlage und/oder dem Sensorelement bzw. dem Schrittmotor des Filterrades leitungsverbunden ist bzw. dass an zumindest einem Filterelement zumindest eine N2003/16600According to developments of the invention it can be provided that the optical system, in particular its lens, with an adjusting device, e.g. a stepper motor is conductively connected, that further the adjustment of the optical system with the data processing system and / or the sensor element or the stepper motor of the filter wheel is conductively connected or that at least one filter element at least one N2003 / 16600
Korrekturlinse zum Ausgleich der wellenlängenabhängigen Lichtbrechung angeordnet ist sowie dass in das optische System zumindest eine Korrekturlinse zum Ausgleich der wellenlängenabhängigen Lichtbrechung einschiebbar ist. Es wird damit eine größere Genauigkeit der Messwerte durch Berücksichtigung des Fokusdifferenzfehlers, d.h. der wellenlängenabhängigen Lichtbrechung, erreicht.Correction lens is arranged to compensate for the wavelength-dependent refraction of light and that at least one correction lens for compensating the wavelength-dependent refraction of light can be inserted into the optical system. It is thus a greater accuracy of the measured values by taking into account the focus difference error, i. the wavelength-dependent refraction of light reached.
Nach Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass für den selektierten Wellenlängenbereich eine obere Grenze von 1 lOOnm bzw. 3 pm ausgewählt wird, wodurch wiederum, wie bereits erwähnt, eine Auswertung der Messwerte mit höherer Genauigkeit ermöglicht wird.According to further developments of the method according to the invention, it is provided that an upper limit of 1 μm or 3 μm is selected for the selected wavelength range, which in turn allows, as already mentioned, an evaluation of the measured values with higher accuracy.
Es ist weiters möglich, dass für die definierte, betrachtete Fläche des Objektes eine Größe ausgewählt wird, die einer Pixelanzahl im Quantendetektor entspricht, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 3000 Pixel und einer oberen Grenze von 7000 Pixel bzw. mit einer unteren Grenze von 4000 Pixel und einer oberen Grenze von 6000 Pixel bzw. dass die definierte Fläche des Objektes eine Größe aufweist, die 5000 Pixel im Quantendetektor entspricht, wodurch die Temperaturauflösung je nach Erfordernissen gestaltet werden kann und damit auch Einfluss auf die Datenmenge, die verarbeitet werden muss und somit auch auf die Geschwindigkeit der Messung, Einfluss genommen werden kann.It is also possible that a size is selected for the defined, considered area of the object which corresponds to a number of pixels in the quantum detector which is selected from a region with a lower limit of 3000 pixels and an upper limit of 7000 pixels or with one lower limit of 4000 pixels and an upper limit of 6000 pixels or that the defined area of the object has a size corresponding to 5000 pixels in the quantum detector, whereby the temperature resolution can be designed as required and thus influence the amount of data that processes and thus also on the speed of the measurement, can be influenced.
Aus dem gesamten vom Objekt ausgesandten Wellenlängenbereich kann gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ein weiterer Wellenlängenbereich selektiert und über den Strahlengang des optischen Systems dem Quantendetektor zeitlich verschoben zum ersten Wellenlängenbereich zugeführt und in elektrische Signale umgewandelt werden, wobei für jedes Pixel der Quotient der jeweiligen Signale aus dem ersten und dem weiteren Wellenlängenbereich gebildet werden kann. Damit können zum einen diverse Störfaktoren, wie beispielsweise die besagten Emissionskoeffizienten, ausgeschalten werden, zum anderen ist es damit auch möglich, Kalibrierkurven zu erstellen, sodass eine bessere Temperaturzuordnung möglich ist. N2003/16600According to a development of the method, a further wavelength range can be selected from the entire wavelength range emitted by the object and transmitted to the quantum detector via the beam path of the optical system to the first wavelength range and converted into electrical signals, wherein the quotient of the respective signals from the first and the other wavelength range can be formed. Thus, on the one hand various interference factors, such as the said emission coefficients, can be switched off, on the other hand it is thus also possible to create calibration curves, so that a better temperature allocation is possible. N2003 / 16600
Pro Wellenlängenbereich können mehrere Messungen hintereinander durchgefuhrt werden und die jeweiligen pixelbezogenen Messwerte addiert werden, wodurch ein gegebenenfalls auftretendes Untergrundrauschen im Hinblick auf die Messwerte minimiert werden kann.For each wavelength range, several measurements can be carried out in succession and the respective pixel-related measured values can be added together, whereby an optionally occurring background noise with regard to the measured values can be minimized.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Fig. näher erläutert. Es zeigen:For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vereinfachter Darstellung;Fig. 1 is an exploded view of the device according to the invention in a simplified representation;
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Signalstärken von zwei Spektralbereichen bei verschiedenen Objekttemperaturen.Fig. 2 shows the time course of the signal strengths of two spectral ranges at different object temperatures.
Einführend sei festgehalten, dass die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen sind und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen werden können. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen des gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiels für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.By way of introduction, it should be noted that the location information chosen in the description, such as the top, bottom, side, etc. are related to the immediately described and illustrated figure and can be transferred to the new situation mutatis mutandis in a change in position. Furthermore, individual features or combinations of features of the exemplary embodiment shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie sie in den Patentansprüchen charakterisiert ist, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellte Ausführungsvariante beschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse weitere Ausbildungen der Erfindung möglich sind und liegt diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mitumfasst.The embodiment shows a possible embodiment of the device according to the invention as characterized in the claims, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiment, but rather various other embodiments of the invention are possible and is this variation possibility due to the doctrine of technical action by objective invention in the skill of those skilled in this technical field. There are therefore also all possible embodiments, which are possible by combinations of individual details of the illustrated and described embodiment, the scope of protection.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Objektes, z.B. eines metallischen Gegenstandes, dargestellt. Diese Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches mit Ausnahme einer Eintrittsöffnung 3 für die elektromagnetische Strahlung in das Gehäuse 2 zumindest weitestgehend lichtundurchlässig sein sollte, um Streulichteffekte zu vermeiden. N2003/16600 • · • • · · · · • · • • • • • · I • • • • • • • • · • · • · • • • • · • · • ♦ • * · t • • • o· · · • • • • 1 • ft·* ♦· • · •In Fig. 1, a device 1 for non-contact measurement of the temperature of an object, e.g. a metallic object shown. This device 1 comprises a housing 2 which, with the exception of an inlet opening 3 for the electromagnetic radiation in the housing 2 should be at least largely opaque, in order to avoid stray light effects. N2003 / 16600 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • o · · · · · · · • 1 · ft · * ♦ · · · •
Im Gehäuse 2 ist ein Quantendetektor 4 oberhalb der Eintrittsöffnung 3 für die Erfassung und Umwandlung der vom zu messenden Objekt ausgesandte elektromagnetische Strahlung in elektrisch verarbeitbare Signale angeordnet. Vorzugsweise ist dieser Quantendetektor durch eine Graustufen-CCD-Kamera gebildet, welche dem Stand der Technik entsprechend aufgebaut ist, also beispielsweise ein optisches System, d.h. eine Anordnung verschiedener optischer Linsen, sowie einen oder mehrere CCD-Sensoren umfasst. Selbstverständlich kann das optische System für sich eine vom Detektor, z.B. einem CCD-Chip, unabhängige Baugruppe bilden.In the housing 2, a quantum detector 4 is arranged above the inlet opening 3 for detecting and converting the electromagnetic radiation emitted by the object to be measured into electrically processable signals. Preferably, this quantum detector is constituted by a grayscale CCD camera constructed in accordance with the prior art, for example an optical system, i. an array of different optical lenses, as well as one or more CCD sensors. Of course, the optical system may take care of itself from the detector, e.g. a CCD chip, independent assembly form.
Es können selbstverständlich auch andere Quantendetektoren 4 zum Einsatz kommen, beispielsweise Farbvideokameras oder ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Vidi-con-Kameras.Of course, other quantum detectors 4 may also be used, for example color video cameras or vidi-con cameras also known from the prior art.
Vorzugsweise umfasst der Quantendetektor 4 zumindest ein Halbleiterbauelement, basierend auf Silizium oder Germanium, da letztere, insbesondere Silizium, eine große Empfindlichkeit im Infrarotbereich aufweisen.Preferably, the quantum detector 4 comprises at least one semiconductor component based on silicon or germanium, since the latter, in particular silicon, have a high sensitivity in the infrared range.
Der Quantendetektor 4 ist über der Eintrittsöffnung 3 derart angeordnet, dass wiederum keine Streulichtbildung zwischen dem Quantendetektor 4 und der Eintrittsöffnung 3 bzw. dem optischen System und der Eintrittsöffnung möglich ist. Vorzugsweise weist die Eintrittsöffnung 3 hierzu eine Größe, beispielsweise einen Durchmesser, auf, welche der Größe bzw. dem Durchmesser eines Anschlussbereiches 5 des Quantendetektors 4 entspricht, sodass also vorzugsweise der Anschlussbereich 5 direkt von der Eintrittsöffnung 3 aufgenommen wird. Bei größeren Durchmessern der Eintrittsöffnung 3 ist es selbstverständlich möglich, diverse Dichtelemente bzw. Adapter in dieser Eintrittsöffnung 3 anzuordnen, um damit eine zumindest annähernd lichtundurchlässige Anbindung des Quantendetektors 4 in bzw. an der Eintrittsöffnung 3 in einem Gehäuseboden 6 zu ermöglichen. Dies hat zudem den Vorteil, dass unterschiedlichste Quantendetektoren in das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 einsetzbar sind.The quantum detector 4 is arranged above the inlet opening 3 in such a way that in turn no stray light is formed between the quantum detector 4 and the inlet opening 3 or the optical system and the inlet opening. For this purpose, the inlet opening 3 preferably has a size, for example a diameter, which corresponds to the size or the diameter of a connection region 5 of the quantum detector 4, so that therefore preferably the connection region 5 is received directly from the inlet opening 3. For larger diameters of the inlet opening 3, it is of course possible to arrange various sealing elements or adapters in this inlet opening 3, so as to allow an at least approximately opaque connection of the quantum detector 4 in or at the inlet opening 3 in a housing bottom 6. This also has the advantage that a wide variety of quantum detectors can be inserted into the housing 2 of the device 1.
In Richtung auf das zu vermessende Objekt ist dem Quantendetektor 4, beispielsweise dem optischen System einer Graustufen-CCD-Kamera, ein erstes Filterelement 7 vorgeordnet. N2003/16600In the direction of the object to be measured, the quantum detector 4, for example the optical system of a grayscale CCD camera, is preceded by a first filter element 7. N2003 / 16600
• · « ·• · «·
Gemäß der Ausbildung der Erfindung nach Fig. 1 ist dieses Filterelement 7 auf bzw. in einem Filterrad 8 angeordnet, wobei dieses Filterrad 8 auch weitere Filterelemente 7 aufweisen kann. Obwohl in Fig. 1 nur vier Filterelemente 7 dargestellt sind, ist es selbstverständlich möglich, eine dazu unterschiedliche Anzahl an Filterelementen 7 anzuordnen. Beispielsweise kann ausschließlich das erste Filterelement 7 in der Vorrichtung 1 verwendet werden.According to the embodiment of the invention according to FIG. 1, this filter element 7 is arranged on or in a filter wheel 8, wherein this filter wheel 8 can also have further filter elements 7. Although only four filter elements 7 are shown in Fig. 1, it is of course possible to arrange a different number of filter elements 7. For example, only the first filter element 7 can be used in the device 1.
Das Filterrad 8 bzw. generell das Filterelement 7 kann vor oder nach der Eintrittsöffnung 3 vorgesehen werden, also in oder außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet werden.The filter wheel 8 or generally the filter element 7 can be provided before or after the inlet opening 3, that is to say arranged in or outside the housing 2.
Die Anordnung der Filterelemente 7 auf dem Filterrad 8 hat den Vorteil, dass rasch und einfach zwischen unterschiedlichen Filterelementen 7 gewechselt werden kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, anstelle des Filterrades 8 andere Filterhalterungen, beispielsweise Einschubhalterungen, zu verwenden und die Filterelemente 7 händisch je nach Bedarf auszutauschen.The arrangement of the filter elements 7 on the filter wheel 8 has the advantage that it can be changed quickly and easily between different filter elements 7. Of course, it is also possible, instead of the filter wheel 8, to use other filter holders, for example insert holders, and to replace the filter elements 7 manually as required.
Nach der Ausführungsvariante der Erfindung nach Fig. 1 ist dem Filterrad 8 ein Sensorelement 9 zugeordnet und steht mit diesem in Wirkverbindung. Diese Sensorelement 9 dient dazu, die relative Winkellage des Filterrades 8 zur Eintrittsöffnung 3 zu erkennen und wird es damit möglich, die Filterelement 7 positionsgenau unter diese Eintrittsöffnung 3 zu verbringen. Insbesondere hat dies den Vorteil beim Einschalten der Vorrichtung 1, da damit automatisch die richtige Position des Filterrades 8 angefahren wird. Das Sensorelement 9 kann beispielsweise als Lichtschranke ausgebildet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Sensorelemente 9 zu verwenden, die eine derartige Funktion erlauben. Beispielsweise kann an dem Filterrad 8 am äußeren Umfang eine Strichmarkierung angebracht sein die mechanisch oder optisch abgetastet wird. Andere Sensorelemente 9 zur Erkennung der Winkellage des Filterrades 8 sind aus dem Stand der Technik bekannt und ebenfalls verwendbar.According to the embodiment of the invention according to FIG. 1, the filter wheel 8 is associated with a sensor element 9 and is in operative connection with this. This sensor element 9 serves to detect the relative angular position of the filter wheel 8 to the inlet opening 3 and it is thus possible to spend the filter element 7 exactly under this inlet opening 3. In particular, this has the advantage when switching on the device 1, since it automatically the correct position of the filter wheel 8 is approached. The sensor element 9 may be formed, for example, as a light barrier. Of course, it is also possible to use other sensor elements 9, which allow such a function. For example, may be attached to the filter wheel 8 at the outer periphery of a bar code which is scanned mechanically or optically. Other sensor elements 9 for detecting the angular position of the filter wheel 8 are known from the prior art and also usable.
Um das Filterrad 8 in die richtige Winkellage zu verbringen, kann dieses mit einem Motor, insbesondere einem Schrittmotor 10, leitungsverbunden. Dieser Schrittmotor 10 ist vorzugsweise ebenfalls im Gehäuse 2 angeordnet, kann aber selbstverständlich auch außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet werden. Letzteres hat den Vorteil, dass damit das Gehäuse 2 kleiner dimensioniert werden kann und somit die Vorrichtung 1 auch bei beengten Raum- N2003/16600 • »Ml ·· · • · « · · · • * * Μ I · •· ♦ · · ·#·«·To spend the filter wheel 8 in the correct angular position, this can with a motor, in particular a stepper motor 10, line connected. This stepping motor 10 is preferably also arranged in the housing 2, but can of course also be arranged outside the housing 2. The latter has the advantage that it allows the housing 2 to be dimensioned smaller, and thus the device 1 can be used even in confined spaces. · # · "·
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Verhältnissen Anwendung finden kann. Durch den Einbau des Schrittmotors 10 in das Gehäuse 2 wird der Vorrichtung 1 andererseits eine größere Kompaktheit verliehen. Der Schrittmotor 10 kann mit dem Filterrad 8, beispielsweise über eine Welle 11, wirkungsverbunden sein.Conditions can apply. By incorporating the stepping motor 10 into the housing 2, on the other hand, the device 1 is given greater compactness. The stepper motor 10 may be operatively connected to the filter wheel 8, for example via a shaft 11.
Andererseits ist es möglich, dass anstelle der direkten Leitungsverbindung zwischen dem Sensorelement 9 und dem Schrittmotor 10 das Sensorelement 9 mit einer Datenverarbeitungsanlage 12, z.B. einem PC, leitungsverbunden ist und diese Datenverarbeitungsanlage 12 die Steuerung des Motors für das Filterrad 8 übernimmt. Dazu und zur Datenübertragung vom Quantendetektor 4 kann im bzw. am Gehäuse 2 entsprechendes elektrisches Anschlusselement 13, z.B. ein USB-Stecker, vorhanden sein.On the other hand, it is possible that instead of the direct line connection between the sensor element 9 and the stepper motor 10, the sensor element 9 with a data processing system 12, e.g. a PC, line connected and this data processing system 12 takes over the control of the motor for the filter wheel 8. For this purpose and for data transmission from the quantum detector 4, in or on the housing 2 corresponding electrical connection element 13, e.g. a USB plug, be present.
Als Datenverarbeitungsanlage 12 kann jeder herkömmliche PC verwendet werden.As a data processing system 12, any conventional PC can be used.
Um die Vorrichtung 1 an einem in Fig. 1 andeutungsweise dargestellten Reaktor 14 lichterdicht anordnen zu können, ist in Richtung auf den Reaktor 14 unterhalb des Filterrades 8 der Ausführungsvariante nach Fig. lein Adapterelement 15 angeordnet, welches beispielsweise im Bereich um eine Durchlassöffnung 16 für die vom Messobjekt ausgesandte elektromagnetische Strahlung in Rohrstutzen 17 aufweisen kann, welcher in bzw. um einen entsprechenden Rohrstutzen 18 am Reaktor 14 anordenbar ist. Dieser letztgenannte Rohrstutzen 18 kann beispielsweise der Rohrstutzen 18 für ein am Reaktor vorhandenes Schauglas sein. Zur besseren Einführbarkeit des Rohrstutzens 17 des Adapterelementes 15 kann dieser zumindest geringfügig konisch ausgebildet sein.In order to be able to arrange the device 1 in a light-tight manner on a reactor 14 shown schematically in FIG. 1, an adapter element 15 is arranged in the direction of the reactor 14 below the filter wheel 8 of the embodiment variant according to FIG emitted by the measurement object electromagnetic radiation in pipe socket 17 may have, which can be arranged in or around a corresponding pipe socket 18 on the reactor 14. This latter pipe socket 18 may, for example, be the pipe socket 18 for a sight glass present on the reactor. For better insertion of the pipe socket 17 of the adapter element 15, this may be at least slightly conical.
Die einzelnen Bauteile der Vorrichtung 1 sollten so miteinander verbunden sein, dass kein die Messung störendes Streulicht aus der Umgebung in das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 eindringen kann. Weiters ist es möglich, dass das Adapterelement 15 den Boden des Gehäuses 2 bildet, sodass u.U. auf den oben beschriebenen Gehäuseboden 6 verzichtet werden kann. In diesem Fall entspricht die Eintrittsöffnung 3 der Durchtrittsöffnung 16 im Adapterelement 15.The individual components of the device 1 should be connected to one another such that no stray light disturbing the measurement can penetrate from the environment into the housing 2 of the device 1. Furthermore, it is possible that the adapter element 15 forms the bottom of the housing 2, so u.U. can be dispensed with the housing bottom 6 described above. In this case, the inlet opening 3 corresponds to the passage opening 16 in the adapter element 15th
Die Verwendung ausschließlich optischer Elemente - mit Ausnahme des Quantendetektors, der - wie bereits erwähnt - vorzugsweise einen Halbleitersensor aufweist - können nicht nur die Kosten für die Vorrichtung 1 gesenkt werden, sondern wirkt sich damit auch N2003/16600 besagtes Schauglas des Reaktors 14 nicht störend auf die Messung aus - diese sind normalerweise zumindest bis in den NIR-Bereich Lichtdurchlässig sodass eine einfache Anschlussmöglichkeit der Vorrichtung 1 am Reaktor 14 gegeben ist bzw. unter Umständen keine speziellen Vorkehrungen am Reaktor hierzu getroffen werden müssen.The use of only optical elements - with the exception of the quantum detector, which - as already mentioned - preferably has a semiconductor sensor - not only the cost of the device 1 can be reduced, but also affects N2003 / 16600 said sight glass of the reactor 14 is not disturbing the measurement - these are usually translucent at least up to the NIR range so that a simple connection possibility of the device 1 is given to the reactor 14 or under certain circumstances, no special provisions on the reactor must be made for this purpose.
Erfindungsgemäß wird in der Vorrichtung 1 ein erstes Filterelement 7 verwendet, welches für elektromagnetische Strahlung, die vom zu vermessenden Objekt aufgrund der erhöhten Temperatur ausgesandt wird, eine Durchlässigkeit aufweist, die ausgewählt ist aus einem Bereich, mit einer unteren Grenze von zumindest 600nm und einer oberen Grenze von zumindest 750 nm. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann die obere Grenze für den durchgelassenen Wellenlängenbereich bis auf 1 lOOnm bzw. 3 pm erweitert werden, ebenso ist es möglich, die untere Grenze zumindest bis in den Orangebereich des sichtbaren Licht zu erweitern.According to the invention, a first filter element 7 is used in the device 1, which has a permeability selected for electromagnetic radiation, which is emitted from the object to be measured due to the elevated temperature, which is selected from a range having a lower limit of at least 600 nm and an upper Limit of at least 750 nm. To increase the accuracy of measurement, the upper limit for the transmitted wavelength range can be extended to 1 lOOnm or 3 pm, it is also possible to extend the lower limit at least to the orange range of visible light.
Dieses Filterelement 7 ist für den gesamten Spektralbereich innerhalb der gewählten Grenzen durchlässig, wodurch bei Verwendung eine Silizium-CCD-Chips, dessen Empfindlichkeit besser ausgenutzt werden kann und kann somit durch die Erfassung des vom Objekt ausgesandten Spektrums bestehend aus sichtbaren Licht, d.h. des Rotanteils, sowie durch die gleichzeitige Erfassung des Infrarotbereichs, insbesondere des NIR-Bereichs (Nahes Infrarot), die Messung tiefer Temperaturen im Sinne der Erfindung, d.h. Temperaturen bis zu einer unteren Grenze von ca. 200°C durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann die Ausdehnung des zu vermessenden bzw. des vom ersten Filterelement 7 durchgelassenen Spektralbereichs auf den mittleren Infrarotbereich (3pm bis 6pm) bzw. den Feminfrarotbe-reich (6μιη bis 15pm) eine Verbesserung der Genauigkeit des Messergebnisses ermöglichen. Es wird damit ein vorzeitiges Abschneiden von langwelligen Signalen durch das Filter vermieden.This filter element 7 is transmissive to the entire spectral range within the selected limits, whereby, when used, a silicon CCD chip, the sensitivity of which can be better utilized, and thus can be detected by detecting the spectrum emitted by the object consisting of visible light, i. of the red portion, as well as by the simultaneous detection of the infrared range, in particular the NIR range (near infrared), the measurement of low temperatures in the sense of the invention, i. Temperatures up to a lower limit of about 200 ° C are performed. Optionally, the expansion of the spectral range to be measured or transmitted by the first filter element 7 to the middle infrared range (3 pm to 6 pm) or the femin-infrared range (6 to 15 pm) can improve the accuracy of the measurement result. This avoids premature truncation of longwave signals through the filter.
Dieser Umstand, dass in Abkehr der üblichen Vorgangsweise, nämlich Erhöhung der Genauigkeit eines Messergebnisses durch weitere Eingrenzung des zu messenden Spektralbereichs bis in Richtung auf monochromatische Strahlung, und durch die Verwendung eines Filterelementes 7, welches für einen sehr breiten Spektralbereich durchlässig ist, ist für einen auf diesem Gebiet tätigen Fachmann überraschend. N2003/16600 • · · · · · • · · · · · • · • · > ♦ * k · · ^ 1 r\ ·.This fact, that in contrast to the usual procedure, namely increasing the accuracy of a measurement result by further narrowing of the spectral range to be measured in the direction of monochromatic radiation, and by the use of a filter element 7, which is transparent to a very wide spectral range, is for a expert in this field is surprising. N2003 / 16600 • · · · · · · · · · · · · · · · · > ♦ * k · · ^ 1 r \ ·.
Zum Unterschied zum Stand der Technik werden bei der Erfindung somit keine Filterelemente als erstes Filterelement 7 eingesetzt, welche eine schmalbandige Bandpasscharakteristik aufweisen. Vielmehr können als Filterelemente 7 sogenannte Kantenfilter verwendet werden. Alternativ hierzu können auch Filterelemente 7, die als Interferenzfilter ausgebildet sind, verwendet werden.In contrast to the prior art, no filter elements are thus used in the invention as the first filter element 7, which have a narrow-band bandpass characteristic. Rather, so-called edge filters can be used as filter elements 7. Alternatively, filter elements 7, which are designed as interference filters, can also be used.
Wie bereits oben erwähnt, ist es möglich, dass ein weiteres Filterelement 7 angeordnet ist, insbesondere am Filterrad 8, um damit eine Messung der von dem zu messenden Objekt ausgesandten elektromagnetischen Strahlung bei einem anderen Wellenlängenbereich zu ermöglichen. Vorzugsweise wird hierzu ein Filterelement 7 ausgewählt, welches für Wellenlängen aus dem Grünbereich des sichtbaren Lichtes durchlässig ist.As already mentioned above, it is possible for a further filter element 7 to be arranged, in particular on the filter wheel 8, in order thereby to enable a measurement of the electromagnetic radiation emitted by the object to be measured at a different wavelength range. Preferably, a filter element 7 is selected for this purpose, which is transparent to wavelengths from the green region of the visible light.
Die Filterelemente 7 können als Farbfilter ausgebildet sein. Hierzu ist es möglich, dass erste Filterelement 7 als „Rotfilter“ und das weitere Filterelement als „Grünfilter“ auszubilden, wobei „Rotfilter“ und „Grünfilter“ in Sinne der Erfindung bedeuten, dass diese Filter für diesen Farbbereich durchlässig sind (Rotfilter einschließlich des Infrarotbereiches, wie oben ausgeführt). Es ist also der in Folge bezeichnete „Grünfilter“ keineswegs grün sowie der „Rotfilter“ nicht rot. Diese Bezeichnung wird jedoch zur besseren Unterscheidung im folgenden fortgefuhrt.The filter elements 7 may be formed as a color filter. For this purpose, it is possible to form the first filter element 7 as a "red filter" and the further filter element as a "green filter", where "red filter" and "green filter" in the sense of the invention mean that these filters are permeable to this color range (red filter including the infrared range as stated above). So it is by no means green and the "red filter" is not red. However, this name will be continued below for better distinction.
Der Sinn des sogenannten „Grünfilters“ ist grundsätzlich eine Aufnahme der Szene in einem anderen Spektralbereich als jenem des „Rotfilters“. Es ist also auch möglich, anstelle des „Grünfilters“ ein Filter zu verwenden, welches in einem zu genanntem „Grünfilter“ verschiedenen Spektralbereich durchlässig ist. Die beiden Sektralbereiche sollen jedoch idealerweise nicht überlappen, um die Genauigkeit der Temperaturmessung in Bezug auf eine weitgehende Emissionsfaktorunabhängigkeit zu erhöhen.The meaning of the so-called "green filter" is basically a recording of the scene in a different spectral range than that of the "red filter". It is therefore also possible to use a filter instead of the "green filter" which is permeable to a different spectral range in a "green filter". Ideally, however, the two sectors should not overlap in order to increase the accuracy of the temperature measurement with respect to substantial emission factor independence.
Das weitere Filterelement 7 („Grünfilter“) kann prinzipiell beliebig gewählt werden (d.h. solange dieser nicht oder nur wenig mit dem „Rotfilter“ überlappt). Um diese Trennung idealerweise zu bewerkstelligen, ist es beispielsweise möglich, den Grünfilter so zu wählen, dass dieser das Licht z.B. erst unterhalb von 550nm durchlässt. Von Vorteil ist es allerdings, wenn die beiden Spektralbereiche so gewählt werden, dass ausreichend Photonen mit so hoher Energie emittiert werden, dass eine sichere und reproduzierbare Signalerfassung möglich ist. Dazu kann nun der „Grünfilter“ so gewählt werden, dass dessen Licht- N2003/16600 durchlässigkeit etwas weiter in den längerwelligen (roten bzw. NIR) Bereich verlagert wird, wobei jedoch darauf geachtet werden sollte, dass keine Überlappung mit dem eigentlichen „Rotfilter“ auftritt. Es wird damit möglich, eine emissionsfaktorunabhängige Messung bereits bei viel niedrigeren Temperaturen - im Vergleich zu Pyrometern, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind - durchzuführen.The further filter element 7 ("green filter") can in principle be chosen as desired (that is to say as long as it does not overlap or only slightly overlaps with the "red filter"). To accomplish this separation ideally, for example, it is possible to choose the green filter so that it can emit light, e.g. only let in below 550nm. It is advantageous, however, if the two spectral ranges are selected so that sufficient photons are emitted with such high energy that a secure and reproducible signal detection is possible. For this purpose, the "green filter" can now be chosen so that its light transmission is shifted a little further into the longer-wave (red or NIR) range, whereby, however, care should be taken that no overlap with the actual "red filter" occurs. It is thus possible to carry out an emission-factor-independent measurement even at much lower temperatures-in comparison to pyrometers which are known from the prior art.
Eine weitere Senkung der untere Temperaturempfindlichkeitsgrenze kann folglich dadurch erreicht werden, dass die beiden Filterelemente 7 derart gewählt werden, dass deren Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung weiter in den langwelligen Bereich verschoben wird. Dies ist allerdings auch vom verwendeten Quantendetektor 4 abhängig, d.h. dessen Empfindlichkeit für einfallende Photonen, also beispielsweise bei Verwendung von Silizium CCD-Chips bis etwa 1 lOOnm bzw. etwa 1700nm. Neuere Fertigungstechniken für derartige Chips ermöglichen eine noch weitere Verschiebung in den längerwelligen Spektralbereich, da bei diesen Quantendetektoren 4 die Quanteneffizienz größer ist.A further reduction in the lower temperature sensitivity limit can consequently be achieved by selecting the two filter elements 7 in such a way that their permeability to electromagnetic radiation is shifted further into the long-wave range. However, this is also dependent on the quantum detector 4 used, i. its sensitivity for incident photons, so for example when using silicon CCD chips to about 1 lOOnm or about 1700nm. Newer manufacturing techniques for such chips allow even further shift in the longer wavelength spectral range, since in these quantum detectors 4, the quantum efficiency is greater.
Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung kann als „Rotfilter“ ein Kantenfilter mit etwa 900nm Halbwerts-Wellenlänge eingesetzt werden. Damit werden unterhalb dieser Wellenlänge keine (oder kaum) Photonen registriert. Ab dieser Wellenlänge, z.B. bis 1100 nm stehen andererseits noch genügend Photonen zur Messung zur Verfügung. Für das weitere Filterelement 7, d.h. das „Grünfilter“ kann ein Kantenfilter mit einer Halbwerts-Wellenlänge von etwa 750nm verwendet werden. Damit ist eine klare Abgrenzung zum „Rotfilter“ möglich und ist zudem diese Filteranordnung relativ kostengünstig. Die Tatsache, dass dieser Filter dann das gesamte sichtbare Spektrum „unterhalb“ (also hin zu höheren Energien) durchlässt ist bei den zu messenden niedrigen Temperaturen vemachlässig-bar, da bei den diesen Temperaturen der Anteil an hochffequenten/kurzwelligen Photonen praktisch null ist.According to one embodiment of the invention can be used as a "red filter" an edge filter with about 900 nm half-wave wavelength. Thus, no (or hardly any) photons are registered below this wavelength. From this wavelength, e.g. On the other hand, enough photons are still available for measurement up to 1100 nm. For the further filter element 7, i. the "green filter" can use an edge filter with a half-wave wavelength of about 750 nm. This makes a clear distinction to the "red filter" possible and is also this filter arrangement relatively inexpensive. The fact that this filter then transmits the entire visible spectrum "below" (ie towards higher energies) is negligible at the low temperatures to be measured, since at these temperatures the proportion of high-frequency / short-wave photons is practically zero.
Zusammengefasst kann gesagt werden, dass der erste Spektralbereich nach oben (d.h. zu höheren Wellenlängen) durch das verwendete Detektormaterial des Quantendetektors 4 begrenzt wird und nach unten durch die Kantencharakteristik des „Rotfilters“. Der zweite Spektralbereich (der vorteilhafterweise so weit wie möglich im langwelligen Bereich liegen sollte, (siehe oben) ohne gleichzeitig mit dem ersten Spektralbereich zu überlagern) wird nach oben begrenzt durch die Kantencharakteristik des „Grünfilters“ und nach unten N2003/16600 einfach dadurch, dass bei den betrachteten Temperaturen praktisch keine kurzwelligen Photonen auftreten.In summary, it can be said that the first spectral range is bounded above (i.e., at higher wavelengths) by the detector material used by the quantum detector 4 and down by the edge characteristic of the "red filter". The second spectral range (which should advantageously be as long as possible in the long-wave range (see above) without simultaneously overlapping with the first spectral range) is bounded above by the edge characteristic of the "green filter" and downwards by N2003 / 16600 simply by practically no short-wave photons occur at the temperatures considered.
Mit oben genannter Filterkonfiguration wurden Versuche durchgeführt und konnte dabei festgestellt werden, dass Temperaturen ab ca. 220°C im „Rotkanal“ gemessen werden können (mit einer Varianz von etwa 5-10°C, die dann mit steigender Temperatur schnell kleiner wird und ab etwa 280°C unter 1°C fällt). Dazu ist in Fig. 2 der zeitliche Verlauf der Signalstärken (“Rotkanal” und “Grünkanal”) bei verschiedenen Objekttemperaturen an einem schwarzer Körper ohne Korrektur des Dunkelstroms dargestellt. Man sieht den parallelen Anstieg beider Signale aufgrund der Eigenerwärmung der Kamera. Die zu messenden Temperaturen am Temperaturstrahler betragen jeweils 190°C, 220°C und 250°C. Ab ca. 220°C beginnt der „Rotkanal“ sich eindeutig vom Dunkelstrom-Signal zu lösen, d.h. ab dieser Objekttemperatur kann eine direkte Messung beginnen, jedoch noch ohne Verhältnisbildung, da im „Grünkanal“ noch kein Licht-Signal vorhanden ist. Eine emissionsfaktorunabhängige Messung durch Verhältnisbildung kann mit dieser „Grünfiltercharakteristik“ ab ca. 300°C durchgeführt werden.With the above-mentioned filter configuration experiments were carried out and it was found that temperatures from about 220 ° C in the "red channel" can be measured (with a variance of about 5-10 ° C, which then rapidly decreases with increasing temperature and decreases about 280 ° C falls below 1 ° C). For this purpose, the time profile of the signal strengths ("red channel" and "green channel") at different object temperatures on a black body without correction of the dark current is shown in FIG. You can see the parallel rise of both signals due to the self-heating of the camera. The temperatures to be measured at the temperature radiator are respectively 190 ° C, 220 ° C and 250 ° C. From about 220 ° C, the "red channel" begins to clear the dark current signal, i. From this object temperature, a direct measurement can begin, but still without ratio formation, since there is no light signal in the "green channel". An emission-factor-independent measurement by ratio formation can be carried out with this "green filter characteristic" from approx. 300 ° C.
Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit ist es von Vorteil, wenn über den einzelnen CCD-Sensoren der CCD-Kamera sogenannte Mikrolinsen angeordnet sind, welche für den NIR-Bereich optimiert sind.To further increase the accuracy of measurement, it is advantageous if above the individual CCD sensors of the CCD camera so-called microlenses are arranged, which are optimized for the NIR range.
Durch die Verwendung eines zweiten Filterelementes 7 ist es möglich, anschließend eine Quotientenbildung zwischen den erhaltenen Signalen durchzuführen, wodurch die Temperaturmessung weitgehend unabhängig von Emissionsfaktoren wird. Damit kann auch das relativ schwache vom Messobjekt ausgesandte Licht bei niedrigen Temperaturen mit hinreichender Genauigkeit ausgewertet werden.By using a second filter element 7, it is then possible to perform a quotient formation between the signals obtained, whereby the temperature measurement becomes largely independent of emission factors. Thus, even the relatively weak emitted by the measurement object light at low temperatures can be evaluated with sufficient accuracy.
Das der Erfindung zugrundeliegende Messprinzip basiert auf dem Strahlengesetz von Plank. Dieses beschreibt die Strahlungsleistung eines schwarzen Strahlers, als Funktion von Temperatur und Wellenlänge. Mit höherer Temperatur wächst die abgestrahlte Leistung und das Maximum der Wellenlänge verschiebt sich zu kürzen Wellenlängen. Die Lage des Maximums bestimmt sich dabei entsprechend dem Verschiebungsgesetz von Wien. Mit zunehmender Temperatur erhöht sich also der Anteil kurzwelliger Strahlung. Man N2003/16600 kann demnach den Farbeindruck der Gesamtstrahlung als Maß für die Temperatur verwenden.The measuring principle on which the invention is based is based on the law of radiation of Plank. This describes the radiant power of a black body as a function of temperature and wavelength. With higher temperature, the radiated power increases and the maximum of the wavelength shifts to shorter wavelengths. The position of the maximum is determined according to the displacement law of Vienna. As the temperature increases, so does the proportion of short-wave radiation. Man N2003 / 16600 can therefore use the color impression of the total radiation as a measure of the temperature.
Diese Gesetzmäßigkeiten sind hinlänglich bekannt und beispielsweise auch in den eingangs erwähnten Fachartikeln ausreichend dokumentiert, sodass sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle erübrigt und sei daher auf diese Publikationen bzw. die einschlägigeThese laws are well known and sufficiently documented, for example, in the technical articles mentioned above, so that a further discussion at this point is unnecessary and is therefore on these publications and the relevant
Fachliteratur hierzu verwiesen.Reference literature referenced.
Da üblicherweise Pyrometer auf den sogenannten idealen schwarzen Strahler geeicht sind und diese in der Praxis praktisch nicht auftreten, ist beim sogenannten grauen Strahler die Emission um einen konstanten Proportionalitätsfaktor kleiner als bei einem schwarzen Strahler. Um diese Fehlermöglichkeit auszuschließen, kann die Messung bei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfolgen und durch Quotientenbildung dieser Emissionsfaktor, wie oben beschrieben, ausgeschlossen werden, wodurch das Messergebnis an sich genauer wird.Since usually pyrometers are calibrated on the so-called ideal black emitter and these practically do not occur in practice, in the so-called gray emitter the emission is smaller by a constant proportionality factor than in a black emitter. In order to rule out this possibility of error, the measurement can take place at different wavelength ranges and, by quotient formation, this emission factor, as described above, can be ruled out, as a result of which the measurement result per se becomes more accurate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird gesteuert über den Schrittmotor und das Sensorelement 9, das Filterrad 8 in eine erste Position verbracht, in der das erste Filterelement 7, welches durchlässig ist für Rotstrahlung im Sinne der Erfindung, unterhalb der Eintrittsöffnung 3 des Gehäuses 1 und oberhalb der Durchlassöffnung 16 des Adapterelementes 15 liegt. Danach wird die vom zu vermessenden Objekt ausgesandte elektromagnetische Strahlung über das optische System des Quantendetektors 4, insbesondere der Graustufen-CCD-Kamera, den CCD-Sensoren zuge-fuhrt, dort in elektrische Signale umgewandelt und diese der Datenverarbeitungsanlage 12 übergeben. Vorzugsweise wird dabei nicht nur ein Bild des Messobjektes aufgenommen, sondern mehrere hintereinander, beispielsweise 25 bis 30 Bilder pro Sekunde. Die einzelnen Signale werden addiert, wodurch das sogenannte Untergrundrauschen verringert werden kann.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the filter wheel 8 is controlled via the stepping motor and the sensor element 9, spent in a first position in which the first filter element 7, which is permeable to red radiation in the context of the invention, below the inlet opening 3 of the housing 1 and above the passage opening 16 of the adapter element 15 is located. Thereafter, the electromagnetic radiation emitted by the object to be measured is supplied via the optical system of the quantum detector 4, in particular the grayscale CCD camera, to the CCD sensors, where it is converted into electrical signals and transferred to the data processing system 12. Preferably, not only an image of the measurement object is recorded, but several consecutive, for example, 25 to 30 images per second. The individual signals are added, whereby the so-called background noise can be reduced.
Danach wird das Filterrad 8, wiederum vorzugsweise gesteuert über das Sensorelement 9, in eine zweite Position verbracht, in der nunmehr das zweite Filterelement 7, also beispielsweise das Grünfilter im Sinne der Erfindung, im Bereich der besagten Öffnungen liegt und wird bei diesen zweiten Längenwellenbereich wiederum die elektromagnetische Strahlung vom Quantendetektor 4 in elektrische Signale umgewandelt und diese Signale N2003/16600 ebenfalls der Datenverarbeitungsanlage 12 übergeben. Wiederum ist es dabei von Vorteil, mehrere Bilder, beispielsweise 25 bis 30 Bilder pro Sekunde, aus genanntem Grund hintereinander aufzunehmen.Thereafter, the filter wheel 8, again preferably controlled by the sensor element 9, spent in a second position in which now the second filter element 7, so for example, the green filter in the context of the invention, in the region of said openings and is in turn at this second wavelength range the electromagnetic radiation from the quantum detector 4 converted into electrical signals and these signals N2003 / 16600 also the data processing system 12 passed. Again, it is advantageous to take several pictures, for example, 25 to 30 frames per second, for this reason in succession.
Aus diesen Signalen wird in der Folge pixelentsprechend der CCD-Kamera, der Quotient aus den Signalen von den unterschiedlichen Wellenlängen für jedes Pixel gebildet und damit auf die Temperatur des Messobjektes, gegebenenfalls unter Verwendung von Kalibrierkurven, rückgeschlossen. Es können dabei Bildverarbeitungsalgorithmen, welche in der Datenverarbeitungsanlage 12 hinterlegt sind, Anwendung finden.From these signals the pixel camera of the CCD camera, the quotient of the signals of the different wavelengths for each pixel is formed in the sequence and thus conclusions on the temperature of the measurement object, optionally using calibration curves. It image processing algorithms, which are stored in the data processing system 12, apply.
Zum Unterschied zu herkömmlichen Pyrometern dieser Art basiert die Vorrichtung 1 ausschließlich auf einem optischen System und nicht auf speziellen Infrarotdetektoren.Unlike conventional pyrometers of this type, the device 1 is based exclusively on an optical system and not on special infrared detectors.
Zur weiteren Steigerung der Messgenauigkeit ist es möglich, neben dem „Rotsignal“ und „Grünsignal“ im Sinne der Erfindung gleichzeitig durch Messung des Dunkelstromsignals, d.h. Intensität des Signals ohne Belichtung des Quantendetektors, insbesondere der CCD-Kamera unter vollständiger Dunkelheit, eine Korrektur dieser Werte durchzuführen, sodass der resultierende Verhältniswert der beiden Signale ausschließlich von den Lichtsignalen des zu messenden Objektes herrühren.To further increase the measurement accuracy, it is possible, in addition to the "red signal" and "green signal" within the meaning of the invention, to measure simultaneously by measuring the dark current signal, i. Intensity of the signal without exposure of the quantum detector, in particular the CCD camera in complete darkness, to perform a correction of these values, so that the resulting ratio of the two signals exclusively from the light signals of the object to be measured.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, die Genauigkeit des Messergebnisses weiter zu steigern, indem der sogenannte Fokusdifferenz-Fehler berücksichtigt wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Lichtbrechung wellenlängenabhängig ist (Dispersion), ist das aufgenommene Bild entweder im „Grünbereich“ oder im „Rotbereich“ scharf. Wenn man eine scharfe Abbildung durch den „Grünfilter“ will, muss man zuerst die Optik einstellen - d.h. der Abstand zw. Linse und Quantendetektor 4 muss so eingestellt sein, dass alle „grünen“ Lichtstrahlen auf die Detektorebene fokussieren (praktisch heißt das, man muss am Objektiv „drehen“, bis das Bild scharf ist). Die „gefundene“ Einstellung gilt aber infolge der Dispersion für „rotes“ Licht nicht mehr exakt. Die Folge ist, dass die „grüne“ Aufnahme scharf ist, die „rote“ Aufnahme hingegen verschwommen. Wie bei allen gängigen (nicht-militärischen) Standard-Infrarot-Kameras, spielt die Auflösung zur Zeit noch eine untergeordnete Rolle (ca. 320 x 240 Pixel bei ungekühlte Mikrobolometem). Bei diesen Auflösungen spielt der Fokusdifferenzfehler ebenfalls eine eher untergeordnete Rolle. Möchte man aber die volle Auflösung z.B. einer CCD-Kamera (800x600 Pixel bzw. N2003/16600 1000x1200 Pixel und darüber) ausnützen - besonders im Hinblick auf Visualisierung von Prozessvorgängen, wo Bildauflösung eine entscheidende Rolle spielt - ist es von Vorteil, wenn dieser Fehler korrigiert wird.According to a development of the invention, it is possible to further increase the accuracy of the measurement result by taking into account the so-called focus difference error. Due to the fact that the refraction is wavelength-dependent (dispersion), the captured image is in focus either in the "green area" or in the "red area". If you want a sharp image through the "green filter", you must first adjust the optics - i. The distance between the lens and the quantum detector 4 must be set so that all "green" light beams focus on the detector plane (in practice this means you have to "rotate" the lens until the image is in focus). However, the "found" setting is no longer exactly due to the dispersion for "red" light. The result is that the "green" recording is sharp, the "red" recording, however, blurred. As with all standard (non-military) standard infrared cameras, the resolution currently plays a minor role (about 320 x 240 pixels with uncooled Mikrobolometem). At these resolutions, the focus difference error also plays a minor role. But if you want the full resolution, e.g. Using a CCD camera (800x600 pixels or N2003 / 16600 1000x1200 pixels and above) - especially with regard to visualization of process operations, where image resolution plays a crucial role - it is advantageous if this error is corrected.
Dies kann durch ein insbesondere automatisches Verstellen der Optik (Brennebene), z.B. mittels Schrittmotor erfolgen, so dass für den jeweils zum Einsatz kommenden Filterelement 7, die entsprechende Objektiveinstellung vor der Aufnahme angefahren wird und somit durch jedes Spektralfenster eine „scharfe“ Aufnahme erfolgt. Dazu kann wiederum der Schrittmotor 10 bzw. das Sensorelement 9 des Filterrades 8 herangezogen werden, indem über diese Bauelemente das jeweils gerade verwendete Filterelement 7 bestimmt wird und in der Folge z.B. über die Datenverarbeitungsanlage 12 der Schrittmotor für die Ob-jektiveinstellung angesteuert und so das Bild scharf gestellt wird. Entsprechende Einstellungswerte hierfür können in der Datenverarbeitungsanlage 12 hinterlegt sein bzw. können nach einmaliger manueller Einstellung, vorzugsweise automatisch, in dieser gespeichert werden. Es ist aber auch möglich, das die Einstellungswerte bereits im (Schritt)Motor bzw. der Verstelleinrichtung für die Objektiveinstellung hinterlegt sind und über ein entsprechendes Signal entweder vom Sensorelement 9 bzw. dem Schrittmotor 10 des Filterrades 8 oder von der Datenverarbeitungsanlage 12 an die Verstellvorrichtung des Objektives der Einstellvorgang automatisch ausgelöst wird.This can be achieved by a particularly automatic adjustment of the optics (focal plane), e.g. take place by means of a stepping motor, so that for each filter element used 7, the corresponding lens adjustment is approached before recording and thus takes place through each spectral window a "sharp" recording. For this purpose, in turn, the stepping motor 10 or the sensor element 9 of the filter wheel 8 can be used by determining the respectively currently used filter element 7 via these components and subsequently producing e.g. via the data processing system 12, the stepper motor for object setting driven and so the image is focused. Corresponding setting values for this can be stored in the data processing system 12 or, after a single manual setting, preferably automatically, stored in this. However, it is also possible that the setting values are already stored in the (step) motor or the adjusting device for the lens adjustment and via a corresponding signal either from the sensor element 9 or the stepper motor 10 of the filter wheel 8 or from the data processing system 12 to the adjustment of the Objective the adjustment process is automatically triggered.
Alternativ dazu ist es möglich eine oder mehrere individuelle Korrekturlinsen bzw. Linsen-Kombinationen zu verwenden, die zwischen dem jeweiligen Filterelement und dem Objektiv positioniert wird bzw. werden. Dazu können z.B. diese Linsen bereits auf dem jeweiligen Filterelement 7 angeordnet sein, sodass bereits mit dem Verfahren des Filterrades 8 die jeweils richtige Korrekturlinse in den Strahlengang des optischen Systems der Vorrichtung 1 verbracht wird. Denkbar sind hierbei auch Varianten, bei denen diese Linsen wiederum über gesonderte Verstelleinrichtungen, z.B. mit einem Motor, in den Strahlengang eingeführt werden, beispielsweise - wie oben beschrieben - ebenfalls gesteuert über die Datenverarbeitungsanlage 12 bzw. das Sensorelement 9 oder den Schrittmotor 10, mit welchen das jeweils verwendete Filterlement 7 anhand der Stellung des Filterrades erkannt werden kann.Alternatively, it is possible to use one or more individual correction lenses or lens combinations positioned between the respective filter element and the lens. For this, e.g. These lenses may already be arranged on the respective filter element 7, so that the respective correcting lens is already moved into the beam path of the optical system of the device 1 with the method of the filter wheel 8. Also conceivable are variants in which these lenses are in turn connected via separate adjusting devices, e.g. with a motor, are introduced into the beam path, for example - as described above - also controlled by the data processing system 12 and the sensor element 9 or the stepping motor 10, with which the Filterelement 7 used in each case can be detected on the basis of the position of the filter wheel.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie dem erfmdungsgemäßen Verfahren ist es möglich, temperaturabhängige Prozesse nachzuverfolgen und gegebenenfalls zu steuern. N2003/16600With the device according to the invention and the method according to the invention, it is possible to track and optionally control temperature-dependent processes. N2003 / 16600
Beispielsweise kann durch die Erstellung einer Emissionskarte auf andere Prozessgrößen rückgeschlossen werden, wie z.B. den Nitrirzustand beim Härten von Metallen. Ebenso können Beschichtungsvorgänge an sich oder generell andere thermische Prozesse, wie beispielsweise Schweiß- und Lötvorgänge, z.B. Plasmaschweißen, mitverfolgt und gegebenenfalls gesteuert werden.For example, by creating an emissions map, it is possible to deduce other process variables, such as the nitrite state when hardening metals. Similarly, coating processes per se or in general other thermal processes, such as welding and soldering operations, e.g. Plasma welding, tracked and optionally controlled.
Anstelle des „Grünfilters“ im Sinne der Erfindung ist es möglich, andere Spektralbereiche aus dem sichtbaren Licht zu verwenden.Instead of the "green filter" in the sense of the invention, it is possible to use other spectral ranges from the visible light.
Zur Messung kann einerseits das gesamte Messobjekt herangezogen werden, ebenso ist es möglich, eine definierte Fläche des Messobjektes zu betrachten. Die Größe der Fläche kann dabei derart ausgewählt sein, dass diese einer Pixelanzahl im Quantendetektor 4 entspricht, die ausgewählt ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 3000 Pixel und einer oberen Grenze von 7000 Pixel. Dieser Messbereich kann eingeschränkt werden auf einen Bereich mit einer unteren Grenze von 4000 Pixel und einer oberen Grenze von 6000 Pixel bzw. kann die Fläche eine Größe aufweisen, die 5000 Pixel im Quantendetektor 4 entspricht. Bei Verwendung von 5000 Pixel können beispielsweise Temperaturen ab ca. 220°C gemessen werden, mit einer Auflösung von ca. 1 °C für das direkte Intensitätssignal im „Rotkanal“ im Sinne der Erfindung. Die Quotientenpyrometrie lieferte bei durchgeführte Versuchen ausreichend genaue Temperaturwerte ab ca. 350°C.On the one hand, the entire object to be measured can be used for the measurement, and it is also possible to observe a defined area of the object to be measured. The size of the area may be selected such that it corresponds to a number of pixels in the quantum detector 4, which is selected from an area with a lower limit of 3000 pixels and an upper limit of 7000 pixels. This measurement range can be restricted to an area having a lower limit of 4000 pixels and an upper limit of 6000 pixels, or the area may have a size corresponding to 5000 pixels in the quantum detector 4. When using 5000 pixels, for example, temperatures from about 220 ° C can be measured, with a resolution of about 1 ° C for the direct intensity signal in the "red channel" in the context of the invention. The quotient pyrometry provided sufficiently accurate temperature values from approx. 350 ° C on carried out experiments.
Die angeführten Zahlen für die notwendigen Pixelzahlen stellen lediglich vorteilhafte Bereiche dar. Zur zur Messung kann auch ein einzelnes Pixel herangezogen werden, wobei allerdings eine größere Unsicherheit bzgl. des gemessenen Signalwert auftreten kann. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn ein „Mittelwert“ von mehreren benachbarten Pixel berechnet wird (vorausgesetzt, der betrachtete Bildbereich ist gleich „hell“ bzw. hat die gleiche Temperatur). Das Wählen dieses Bildbereiches erfolgt manuell (ob dieser Bereich dann tatsächlich statistisch „gleich hell“ ist, kann durch Bildverarbeitungsanalysemethoden wie z.B. einer Histogramm-Analyse automatisch geklärt werden). Zusätzlich kann noch zeitlich gemittelt werden (d.h. durch Bildaddition und Normierung).The figures given for the necessary pixel numbers represent only advantageous ranges. For the measurement, a single pixel can also be used, although a greater uncertainty with respect to the measured signal value can occur. For this reason, it is advantageous if an "average" of several adjacent pixels is calculated (provided that the considered image area is equal to "bright" or has the same temperature). The selection of this image area is done manually (whether this area is actually statistically "equally bright" can then be automatically clarified by image processing analysis methods such as histogram analysis). In addition, time averaging (i.e., image addition and normalization) may be used.
Die jeweils vorteilhafte Pixelanzahl kann mittels einfacher Rausch-Charakterisierung für den verwendeten Quantendetektor 4 bestimmt werden. N2003/I6600The respectively advantageous number of pixels can be determined by means of simple noise characterization for the quantum detector 4 used. N2003 / I6600
Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Vorrichtung 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.For the sake of order, it should finally be pointed out that in order to better understand the structure of the device 1, these or their components have been shown partially unevenly and / or enlarged and / or reduced in size.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. N2003/16600The task underlying the independent inventive solutions can be taken from the description. N2003 / 16600
Claims (29)
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| AT0190103A AT500025A1 (en) | 2003-11-27 | 2003-11-27 | DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF THE TEMPERATURE |
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| US5822222A (en) * | 1995-04-05 | 1998-10-13 | New Jersey Institute Of Technology | Multi-wavelength imaging pyrometer |
| EP1302759A2 (en) * | 2001-10-11 | 2003-04-16 | Noritake Co., Limited | Temperature distribution measuring method and apparatus |
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-
2003
- 2003-11-27 AT AT0190103A patent/AT500025A1/en not_active Application Discontinuation
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Effective date: 20160515 |