CN104969044A - 用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动物体的温度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于非接触式地确定具有未知热辐射系数的运动的物体的温度的方法，所述物体特别是被沿其纵轴线输送的金属丝，所述方法包括以下步骤：引导所述物体通过至少一个发出热辐射的辐射源，其中所述物体大部分或完全由所述至少一个辐射源包围；利用至少一个辐射检测器在引导所述物体通过辐射源时物体(10)所穿过的区域中进行空间分辨的热辐射测量；以及以所述空间分辨的热辐射测量为基础确定所述运动物体的温度。本发明还涉及一种相应的装置。

Description

用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动物体的温度的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动物体的温度的方法和装置，所述物体特别是被沿其纵轴线输送的金属丝。这种金属丝例如用作电缆的导线。所述金属丝具有在0.1至100mm的直径并通过适当的导向装置沿其纵轴线例如向挤出装置输送，在所述挤出装置中，向金属丝上施加绝缘包皮。主要是对于挤出过程，但例如也在前面的预热、固化或硬化工艺中，要求运动的金属丝具有预先规定的温度。在制造芯线时重要的是，使绝缘体粘附在导线上。为此目的，在即将进入挤出机之前加热导线。此外，当导线的绝缘体发泡时，恒定的导线温度是特别重要的。特别是对于数据传输线路就是这种情况。因此存在这样的需求，即测量这种运动的物体的温度并在必要时将所述温度调节到额定值。

背景技术

利用所谓的高温计进行非接触式的温度测量，所述高温计检测来自要测量的物体的热辐射。已知的高温计例如在红外波长范围内工作，例如在2至15μm的波长范围内工作。已知根据以下等式通过三个参数确定热辐射：

e+r+t＝1   式(1)

其中e表示热辐射系数，r表示反射系数，而t表示透射率。在当前要测量的物体中可以认定，对于金属，例如在红外测量范围内，透射率基本上为零。因此上面的等式(1)简化为如下等式：

e+r＝1   式(2)

在理想的黑辐射体中，反射系数为零，就是说，这里有e＝1。相反，对于实际的物体，例如对于金属丝，反射系数r通常明显高于热辐射系数e。此外，热辐射系数还与一些因素，如表面特性或者还有温度相关地变化。因此在实践中要测量的物体的热辐射系数通常是未知的。

已知可以非接触地测量物体温度的方法，所述物体的热辐射系数是未知的。这里通过对要测量的物体进行外部辐射，从而通过外部辐射来补偿由于等式e+r＝1中的热辐射系数e<1而使1所缺少的部分。特别是由外部的辐射源向要测量的物体传送的热辐射由所述物体基于其反射系数r反射，从而通过外部的辐射将热辐射缺少的部分类似于“补足”为1。以此为基础，非接触式的温度传感器在辐射式高温计中用能重现的例如以℃为单位的温度测量值校正。

这种利用外部辐射的方法例如由DE 691 03 207 T2已知。在这种已知的方法中，测量静态地设置在处理腔中的大面积的晶片。然而，在对小物体、例如细金属丝进行非接触式的温度测量时，使温度传感器对准要测量的物体就是有问题的。特别是在要测量的物体不是固定的，而是运动的情况下，就会出现这个问题。这种运动特别是可能导致，要测量的物体移动离开温度传感器的测量区域，可能使完全或部分离开。在这两种情况下会出现错误测量。当运动的物体不是位于非接触式温度传感器的最佳图像清晰度(焦点)平面中时并且由此测量点(Messfleck)可能大于要测量的物体时，也会出现错误测量。在US 4 409 042 A中记载了一种用于对沿其纵向运动的铜丝进行非接触的温度测量的方法，其中，引导铜丝通过抛物线反射装置。抛物线反射装置具有高反射的内表面并且将辐射反射到其焦点或其焦点轴上。红外检测器对焦到所述焦点或焦点轴上的点处。以这种方式，在运动的物体发生振动时也能实现可靠的温度测量。但这种方法的耗费较高。在实践中还显示，这种温度测量不是总能提供必要的精度。

发明内容

由所述现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种前面所述类型的方法和装置，利用所述方法和装置可以以在任意时刻都可靠的方式对即使具有小直径的运动物体进行精确的非接触温度测量。

本发明通过独立权利要求1和18的主题来实现所述目的。有利的实施形式在从属权利要求、说明书和附图中给出。

本发明一方面通过一种用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动的物体的温度的方法来实现，所述物体特别是被沿其纵轴线输送的金属丝，所述方法包括以下步骤：引导所述物体通过至少一个发出热辐射的辐射源，其中所述物体大部分或完全由所述至少一个辐射源包围，利用至少一个辐射检测器在当引导所述物体通过辐射源时物体所穿过的区域中进行空间分辨的热辐射测量，以空间分辨的热辐射测量为基础确定所述运动物体的温度。

此外，本发明通过一种用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动的物体的温度的装置来实现所述目的，所述物体特别是被沿其纵轴线输送的金属丝，所述装置包括：至少一个发出热辐射的辐射源和导向装置，利用所述导向装置能够引导运动的物体通过所述至少一个辐射源，所述物体大部分或完全由所述至少一个辐射源包围；至少一个辐射检测器，所述辐射检测器构造成，用于在当引导所述物体通过辐射源时物体所穿过的区域中进行空间分辨的热辐射测量；分析评估装置，所述分析评估装置构造成，基于空间分辨的热辐射测量确定运动的物体的温度。

根据本发明的方法或根据本发明的装置用于例如确定或测量运动的金属丝的温度。如前面所述，这种金属丝可能例如是用于电缆的电导线。所述金属丝相应地例如可以是铜丝或类似物。这种金属丝例如沿其纵向被输送，以便被引导通过挤出装置，在挤出装置中在金属丝上挤出由塑料制成的绝缘包皮。同样如前面所述，重要的是，测量这种运动的物体的温度并且必要时将温度调节到额定值。根据本发明要测量的物体的热辐射系数是未知的。因为所述物体不是黑辐射体，所述热辐射系数无论如何是小于1的。例如对于铜丝热辐射系数明显低于0.1。由于对于金属、如铜至少在红外测量范围内透射率接近零，因此存在非常高的反射系数。

根据本发明由要测量的运动的物体反射的热辐射来自至少一个(外部的)辐射源。所述辐射源可以通过适当的加热装置加热并与其温度相关地确定地和能校正地发出热辐射。运动的物体被引导通过辐射源并且在引导所述物体通过辐射源时，所述物体至少大部分、特别是基本上完全由辐射源包围。当然，例如对于运动的金属丝，总是当前被引导通过辐射源的部段大部分或完全被辐射源包围。大部分在这种情况下是指，运动的物体的表面的绝大部分被辐射源包围。在周边上对于光学功能不重要的位置设置用于导入金属丝的缝隙预计会产生的干扰较小。运动的物体与其要确定的温度相关地发出红外范围内的热辐射。此外，所述物体还反射由辐射源发出的热辐射。就是说，在上面的等式2中的反射项按本身已知的方式用由因此用作补偿辐射源的辐射源发出的热辐射“补足”以得到1。

所述至少一个辐射检测器特别可以是高温计，所述辐射检测器检测全部热辐射，即一方面检测由所述至少一个辐射源发出的(以及如果涉及非黑色的辐射体也存在的反射的)热辐射。另一方面，所述至少一个辐射检测器还检测由运动的物体发出和反射的热辐射。因此，根据本发明，即使对于小尺寸的运动物体也提供了清楚限定和能校准的测量环境，在这种测量环境中，即使在热辐射系数未知的情况下也可以实现温度测量。

此外，根据本发明进行非接触的、空间分辨的热辐射测量。为了进行空间分辨的测量，所述至少一个辐射检测器对要测量的物体预期会出现的区域进行扫描/探测。空间分辨的热辐射测量可以利用至少一个红外辐射检测器或类似设备进行。相应地，所述至少一个辐射检测器可以包括至少一个红外辐射检测器或类似设备。扫描例如可以通过所述至少一个辐射检测器的运动、特别是摆动来实现。空间分辨的热辐射测量也可以通过空间分辨的辐射检测器、特别是热图像摄像机进行。空间分辨的辐射检测器例如可以是一维的行传感器或者是二维的测辐射热的传感器阵列。

就是说，已知可以测量包围要测量的物体的辐射源的温度。当要测量的物体的温度与周围的辐射源的温度一致时，所述物体在空间分辨的测量中、例如在热图像传感器(行传感器或图像传感器)的视频信号中是不可见的。在空间分辨的热辐射测量中，根据要测量的物体的温度时低于还是高于周围的辐射源的温度，有偏差的温度以较低或较高的测量水平(Messpegel)显示。在空间分辨的测量中，在确定条状产品、例如金属丝的温度时，可以确保，所述产品由于其沿纵向的延展至少会暂时处于最佳清晰度的平面中(辐射传感器的测量焦点)。因此根据本发明也可以精确和可靠地确定这种具有未知热辐射系数的物体的温度，所述物体的尺寸较小，特别是小于辐射检测器的测量区，所述测量区例如对于热图像摄像机由像素面积和光学的成像比例得出。

所述至少一个辐射源优选应构造成黑体。黑辐射体已知是一种理想化状态，其中所存在的热辐射系数为1。根据这个实施形式，只要在实践上是可能的以及合理的，应对这种黑辐射体进行近似。已知所谓的空腔辐射体构成黑辐射体的一种良好的近似方案，所述空腔辐射体的内表面设有黑色的涂层。相应地可以设定，所述至少一个辐射源包括空腔辐射体，所述空腔辐射体具有入口和出口，其中物体通过入口和出口被引导穿过所述空腔辐射体，并且空腔辐射体包括至少一个测量口，通过所述测量口进行空间分辨的热辐射测量。在这种实施形式中，通过入口将要测量的物体导入空腔辐射体中，并通过出口将其重新导出。此外，空腔辐射体具有至少一个测量口，所述测量口特别是与入口和出口分开地构成。空腔辐射体例如可以是空心圆柱形的。入口和出口此时可以设置在空心圆柱形的空腔辐射体的否则封闭的、彼此对置的端侧上。所述至少一个测量口此时在空心圆柱形的空腔辐射体的圆柱面的区域内可以确保辐射检测器能够向空腔辐射体的内腔进行必要的观测。

根据另一个实施形式可以设定，通过所述至少一个测量口在这样的方向上进行空间分辨的热辐射测量，所述方向相对于物体的纵轴线倾斜，特别是以30°至60°的角度相对于物体的纵轴线倾斜，物体的纵轴线通常对应于物体通过空腔辐射体的运动方向。测量的方向通过辐射检测器、例如热图像摄像机的定向确定。所述测量的方向也称为主测量方向。在使用对焦光学装置时，主测量方向特别是沿对焦光学装置的光轴延伸。当辐射检测器、例如热图像摄像机包括二维的传感器阵列时，所述主测量方向通常在中央垂直于传感器阵列的阵列平面。如果所述至少一个辐射检测器绕摆动轴线摆动，则摆动轴线和测量口之间的连线构成主测量方向。所述倾斜的定向可以沿物体的运动方向延伸。此外，所述至少一个辐射检测器、例如空间分辨的热图像摄像机可以构造成，使得空间分辨的温度测量至少横向于物体的运动方向进行。就是说，所述辐射检测器除了要测量的运动的物体以外还对包围物体的辐射源进行检测，所述辐射源构造成所谓的黑辐射体。

通过辐射检测器相对于运动的物体的运动方向的倾斜定向避免了，空腔辐射体不可避免的测量口对测量结果产生不希望的影响。特别是不会由于相对于实际的测量地点沿物体的运动方向偏移的测量口对对黑体空腔辐射体尽可能好地近似的特性造成干扰。在这个方面已经证明30°至60°、例如约45°的角度范围是特别合适的。此外，即使当要测量的物体相对于辐射检测器的观察方向有水平或竖直的偏差时，只要要测量的物体仍处于辐射检测器、例如热图像摄像机的观测范围内，就能够可靠地对要测量的物体进行检测。因此，热图像摄像机除了要测量的物体以外还在所述物体的背景中检测空腔辐射体的辐射，而要测量的物体同时通过空腔辐射体照射并由此得到了针对反射r＝1-e的必要补充。在这个实施形式中，当物体的温度与空腔辐射体的温度一致时，所述要测量的物体也是不可见的。无论要测量的物体相对于例如热图像摄像机的中轴线以怎样的水平或竖直偏差通过其观测范围，要测量的物体在其前进运动过程中都始终至少暂时地在最佳清晰度(测量焦点)的平面内受到检测。

根据另一个实施形式可以设定，对所测得的、由所述至少一个辐射源发出的和可能反射的热辐射与所测得的、由运动的物体发出和反射的热辐射之间的差进行分析评估，由此确定运动的物体的温度。既可以进行空间上的也可以进行时间上的差值测量。在要测量的物体与包围该物体的辐射源之间存在温度差时，空间分辨的温度测量会引起在要测量的物体的区域内出现所测得的强度的偏差。基于空间分辨对所测得的强度相对于辐射源的热辐射同时测得的强度的这种偏差进行分析评估，所述偏差可能是正的或负的。由此例如可以在空间分辨的强度测量过程中记录的图线上对最小值和最大值之间的差别进行分析评估。在辐射源的温度已知时，由此可以确定要测量的物体的温度。例如也可以在分别以时间上的差值测量的方式在所测量的位置范围上持续地确定强度平均值，并且在要测量的物体进入测量区时确定平均值的变化。如果这种偏差的平均值例如为零，则要测量的物体具有与周围的辐射源相同的温度。

根据另一个实施形式可以设定，用于空间分辨的热辐射测量的辐射检测器对准空腔辐射体的测量口和对准空腔辐射体外表面的特别是限定测量口的部分，将在空腔辐射体外表面的所述部分中由空腔辐射体发出的和可能反射的热辐射用于求差。以这种方式确保了，为了求得与要测量的物体发出和反射的热辐射的差，实际上仅使用由空腔辐射体发出和可能反射的热辐射，而不会无意中也使用运动的物体的热辐射。特别是对于快速运动的物体，如以高于20m/s的速度运动的电导线，由于存在振动不能足够精确地获知精确的位置。

根据另一个实施形式设定，用于空间分辨的测量的辐射检测器通过测量口既对一第一区域进行检测，也对一第二区域进行检测，在第一区域中，垂直于物体的运动方向观察，运动的物体位于测量口的下方，在第二区域中，垂直于物体的运动方向观察，运动的物体不是位于测量口的下方。此时可以根据第一区域中的测量值确定运动的物体的位置，并由此得出运动的物体在第二区域中的位置，此时将在第二区域的该位置中测得的、由运动的物体发出和反射的热辐射用于求差。在运动的物体垂直于其运动方向观察位于测量口的下方的区域中，所述物体没有受到所述至少一个空腔辐射体的热辐射。因此，辐射检测器可以明显感知到在该区域中物体较冷并且在空间分辨的测量中可以非常好地将物体相对于周围环境分辨出来。特别是对于快速运动的物体不能充分精确地获知的位置可以以这种方式精确地确定。利用这种位置信息，此时可以在第二区域中可靠地得出物体必然所在的测量部段。此时对于求差对所述测量部段加以考虑。

如上所述，所述至少一个辐射源的温度同样可以利用另一个温度传感器测量。也可以利用所述另一个温度传感器将所述至少一个辐射源的温度调节到预先规定的温度值。关于所述至少一个辐射源的温度的信息特别是对于确定要测量的物体的绝对温度，特别是在差值测量中是重要的。还可以将所述至少一个辐射源调整到要测量的运动的物体的额定温度。当测量得出，所述物体具有与辐射源的温度并由此与额定温度不同的温度时，例如可以输出信号。以此为基础，可以通过适当的调节装置将运动的物体的温度调整到例如相同大小的额定值。

也可以设想，所述至少一个辐射源的温度通过适当的加热装置改变，直到所测得的、由所述至少一个辐射源发出的和可能反射的热辐射与所测得的、由运动的物体发出和反射的热辐射之间的差尽可能为零。就是说，空间分辨地测得的强度信号此时在所检测的位置范围上基本上是恒定的。特别是在运动的物体的区域内所述信号没有明显的偏差。此外，这里可以通过温度传感器测量所述至少一个辐射源的温度。此时可以由在强度信号恒定时测得的辐射源的温度得出运动的物体的温度。

当热辐射系数已知时，热图像摄像机通常可以测量温度，对于所谓的黑体存在约为1的热辐射系数。例如根据本发明设置的热图像摄像机也可以测量热辐射体的温度，并且必要时能调节热辐射体的温度。黑体在实践中例如可能由于湿度、污物或磨损而退化。在这种情况下由热图像摄像机检测到的温度小于实际存在的温度。热图像摄像机的物镜发生污染也可能导致完全类似的测量错误。因此适宜地通过温度传感器对辐射源进行调节。借助于辐射检测器检测到的辐射源的温度的所述偏差在辐射源受到污染时也可以用于修正测量值检测并且在偏差过大时生成错误报告。

根据另一个实施形式可以设定，由所测得的由所述至少一个辐射源发出的热辐射与所测得的由运动的物体发出和反射的热辐射之间的差确定运动的物体的尺寸、特别是直径。只要辐射源和运动通过辐射源的物体之间存在温度差，通过根据本发明的空间分辨的测量使得可以确定运动的物体的尺寸、特别是金属丝的直径。为了确定这种尺寸或直径，对在空间上分辨的对热辐射强度的测量进行分析评估。为了能够进行这种测量，可以有目的地调整要测量的物体和所述至少一个辐射源之间的温度差。

根据另一个实施形式，所述至少一个辐射源可以具有通过加热源加热的罩壳，所述罩壳包围包围一个轮子，在所述轮子的滚动面上构成沟槽，通过所述沟槽引导所述运动的物体。轮子可以能旋转地支承。也可以通过适当驱动装置驱动轮子旋转。通过加热源可以将轮子带到额定温度并且必要时调节到额定温度。这个实施形式在物体、如细金属丝强烈振动时是特别有利的。沟槽在物体到温度传感器的距离上实现了物体位置的稳定化，这又使得确定温度变得容易。同时也可以通过沟槽足够的深度使得运动的物体至少大部分由辐射源包围，从而也存在根据本发明的确定的测量环境。为此沟槽具有这样的深度，所述深度是沟槽宽度的两倍。但所述深度也可以至少是宽度三倍或至少四倍。只要沟槽在其深度上具有不均匀的宽度，例如具有V形或U形的横截面，则用于比较的宽度是指平均宽度，就是说特别是在沟槽的深度上求得的宽度的平均值。滚动面和沟槽此外可以设有黑色的涂层，以便也尽可能好地近似黑辐射体。空间分辨的测量可以至少横向于物体的运动方向进行。就是说，所述至少一个辐射检测器相应地运动或定向，使得例如其一维的传感器行垂直于物体的运动方向延伸。由于向外定向的并且没有由沟槽包围的金属丝表面而可能缺失的热辐射部分可以通过附加的辐射源从轮子的外部补足。为此，滚动面和沟槽可以至少局部地由另一个辐射源、特别是在横截面中为U形的辐射源覆盖。所述另外的尽可能黑的辐射体可以罩壳式地覆盖带有沟槽和在沟槽中被引导的运动的物体、例如金属丝的滚动面。由此进一步改进了对运动的物体的包围，并且提供了进一步确定的并且无干扰的测量环境。在这种实施形式中也可以沿相对于要测量的物体的运动方向倾斜的主测量方向进行测量。

基于所确定的运动物体的温度可以将运动的物体的温度调整到额定值。也可以借助于温度传感器或侧向安装的附加的非接触式的温度传感器精确地测量和调节辐射源、例如受加热的盘件的温度，并且这里特别是滚动面(沟槽)的温度。

根据本发明的装置可以适于执行根据本发明的方法。相应地，根据本发明的方法可以利用根据本发明的装置执行。

附图说明

下面根据附图来详细说明本发明的实施例。其中示意性地：

图1示出根据第一实施例的用于执行根据本发明的方法的根据本发明的装置，

图2示出根据第二实施例的用于执行根据本发明的方法的根据本发明的装置的剖视图，

图3示出图2的装置的另一个剖视图，

图4a示出利用根据本发明的装置可以记录的示例性图线，

图4b示出利用根据本发明的装置可以记录的另一个示例性图线，

图4c示出利用根据本发明的装置可以记录的另一个示例性图线，

图5示出根据另一个实施例的图1的装置的剖视图，

图6示出利用图5的结构获得的空间分辨的热辐射测量的记录，以及

图7用图形示出图6。

具体实施方式

利用在图1中示意性示出的根据本发明的装置应非接触地测量运动的物体10的温度，在当前情况下是测量如图1中的箭头所示沿其纵向输送的金属丝10的温度。要测量的物体10的行进方向这里并不重要。金属丝10例如可以被导向挤出装置，在所述挤出装置中向金属丝上挤出由塑料构成的绝缘包皮。所述装置此外还包括辐射源12，在当前情况下是空心圆柱形的空腔辐射体，所述空腔辐射体应尽可能好地模拟黑辐射体。空腔辐射体12为此在其内表面上设有黑色的涂层并且具有设置在其在图1中右边的、否则封闭的端侧上的、用于金属丝10的入口和设置在相对置的、同样否则封闭的端侧上的、用于金属丝10的出口。此外，空腔辐射体12还具有设置在其外周面上的测量口14。辐射检测器16，在当前情况下是空间分辨的热图像摄像机16可以通过测量口16在空腔辐射体12的内腔中进行测量。热图像摄像机的中央像素的测量区或者高温计的进行扫描的单传感器的中央位置在附图标记18处示出，热图像摄像机16的成像光学装置在附图标记20处示出。在附图标记22处用虚线示出热图像摄像机16的主测量方向，所述主测量方向同时还是成像光学装置的光轴。主测量方向22在所示实施例中以相对于金属丝10的运动方向约为45°的角度延伸，所述运动方向同时是所述物体的纵轴线。

给空腔辐射体12配设在附图标记24处示出的温度传感器。温度传感器24的测量数据通过连接导线26供应给所述装置的分析评估和控制装置28。通过连接导线30还向分析评估和控制装置28输送热图像摄像机16的测量值。通过半导体继电器32、光学继电器或任意其他调节元件32可以通过分析评估和控制装置28经由连接导线34和36控制空腔辐射体12的未详细示出的加热装置，以便将空腔辐射体12带至规定的温度。所述装置此外还包括显示单元38和操作单元40，所述显示单元显示由热图像摄像机16确定的金属丝10的温度，利用所述操作单元例如能够调整到空腔辐射体12的温度的额定值，以便精确地检测金属丝10的温度。为此设有连接导线42和44。

如图1所示，金属丝10在其运动过程中被引导穿过空腔辐射体12，并且此时以其通过空腔辐射体12的部段基本上完全被空腔辐射体包围。热图像摄像机16此时通过测量口14进行空间分辨的热辐射测量。这里，热图像摄像机16这样定向，使得金属丝10在其运动过程中在随时保持在热图像摄像机16的测量区之内。基于通过温度传感器24测得的空腔辐射体12的温度，即使金属丝10的热辐射系数e是未知的，也可以通过对热辐射所记录的空间分辨的强度分布进行分析评估而非接触地确定金属丝10的温度。特别是从空腔辐射体12发出的热辐射由金属丝10反射并且由此补足缺失的辐射部分r＝1-e。金属丝10温度的确定例如可以基于差值测量进行，如上面所述的那样。由于热图像摄像机16通过测量口14的主测量方向22相对于金属丝10的纵向倾斜而确保了，测量口14尽可能对于测量不产生影响并且由此对于空腔辐射体12保持尽可能好地近似黑辐射体的特性。

此外，例如可以将空腔辐射体12的温度带至金属丝10的额定温度。在这种情况下，例如当金属丝10具有与空腔辐射体12不同的温度时，则显示单元38输出信号，在空间分辨的强度测量中，这可以通过向上或向下的强度偏差来识别。以此为基础，例如可以通过操作单元40或也可以自动地控制未示出的加热装置，利用所述加热装置能将金属丝10带至额定温度。

在图2和3中示出根据本发明的装置的第二实施例。这里，图3示出图2的装置的一部分的放大细节。在图2和3中，要测量的物体、在当前情况下也是金属丝在附图标记10处示出。金属丝10也沿其纵向输送，在图2中从左向右输送。但与根据图1的实施例中不同，金属丝10在根据图2和3的实施例中通过利用未示出的加热源加热的轮子48引导。轮子48被驱动旋转，如在图2中用箭头50所显示的那样，并且必要时还设有驱动装置。要测量的物体的行进方向也是不重要的。就是说，在图2中示出的旋转方向只是示例性的，并且当导线从右侧进入图2时，所述旋转方向也可以反向地分布。为了引导金属丝10，轮子48具有在横截面中V形的沟槽，如图3中可以看到的那样，所述沟槽沿轮子的滚动面54构成。同样可能有益的是，可以使在图2中示出的金属丝10在整个圆周上绕测量轮48缠绕。沟槽52的表面以及必要时还有滚动面54可以设有黑色的涂层，以便也基本上近似黑辐射体。此外，在图2和3中可以看到，除了作为第一辐射源的加热的轮子48以外，还设有另一个辐射源，即在横截面中为U形的辐射源56，该辐射源局部地覆盖轮子48以及特别是其沟槽52(见图3)。所述另外的辐射源56同样设有黑色的涂层并且同样可以通过加热装置加热。该辐射源也应尽可能基本上近似黑辐射体。在附图标记58处示例性地标绘出沟槽52的平均宽度。在所示示例中，沟槽的深度，在图3中就是从滚动面54竖直向下直到沟槽52的顶端的深度大致为沟槽的平均宽度58的两倍。对于精确地测量金属丝10的温度重要的是容纳并引导金属丝的沟槽52的温度。

在图2中在附图标记16处也示出空间分辨的热图像摄像机，在附图标记18处可以看到其测量区，并且成像光学装置在附图标记20处示出。主测量方向22也以相对于金属丝10在测量区域中的运动方向的一定斜角延伸，并且延伸通过所述另一个辐射源56的测量口57。此外，热图像摄像机16可以这样定向，使得空间分辨的温度测量至少横向于金属丝10的运动方向进行，在图3中就是从以左向右或相反的方向进行。所述另一个辐射源56为此可以具有合适的测量口，从而热图像摄像机16的测量可以通过所述另一个辐射源56进行。热图像摄像机16此时检测轮子48，特别是检测滚动面54和沟槽52，包括在沟槽中引导的金属丝10。

根据图2和3的实施形式特别是适用于在运动过程中发生强烈振动的金属丝10。根据图2和3的实施形式实现了对金属丝10特别确定的引导。对金属丝10的温度测量和与此相关的分析评估以及必要时的调节可以与上面结合图1所述方式类似的方式进行。

在图4a中示例性示出可以利用在图1中或在图2和3中示出的根据本发明的装置记录的图线。在所述图线中，在位置x上绘制由空间分辨的热图像摄像机16记录的强度I。如图4a所示，在较大的位置范围上进行强度测量。热图像摄像机特别是检测要测量的金属丝10和在金属丝旁边在两侧还检测包围金属丝的空腔辐射体12或者包围金属丝的加热的带有沟槽52的轮子48。在图4a中所示的例子中，所测量的金属丝10的温度高于周围的辐射源、即空腔辐射体12或带有其沟槽52的轮子的温度。大致在空间分辨地测量过程检测的区域的中央，所测得的强度相应地提高。如图4a在附图标记60处示出的那样，由通过金属丝10引起的强度最大值的宽度还可以得出金属丝的直径。

在图4b中示出与图4a中所示图线类似的图线。但在这种情况下金属丝10具有与周围的辐射源、即特别是空腔辐射体12或加热的带有沟槽52的轮子48基本上相同的温度。在这种情况下，相应地在整个测量的位置范围上强度I基本上恒定。如果例如周围的辐射源被加热到金属丝10的额定温度，则在图4b中示出的测量意味着，金属丝也具有所述额定温度。一旦确认与基本上在整个位置范围上恒定的强度存在由金属丝10导致的偏差，则可以相应地对金属丝10的温度进行再调节。

在图4c中也示出与图4a和4b所示图线类似的图线，其中在这种情况下金属丝10的温度小于周围的辐射源、即特别是空腔辐射体12或加热的带有沟槽52的轮子48的温度。在这种情况下，相应地与在图4a中示出的强度最大值互补地构成强度最小值。如在附图标记60处示出的那样，由此可以得出金属丝10的直径。由图4a中的最大值或图4c中的最小值相对于同时测量的强度的偏差可以得到关于金属丝10的温度的结论，如上面所述的那样。

在图5中示出的实施例中，热图像摄像机16的成像光学装置20构造成，使得附加于通过测量口14进行的热辐射测量，空间分辨的热辐射测量还对空腔辐射器12的外表面的限定测量口14的部分62进行检测。此外，空间分辨的热辐射测量通过测量口14既对第一区域64也对第二区域66进行检测，在第一区域中，垂直于金属丝的运动方向观察(沿金属的纵向在图5中从由向左观察)，金属丝10位于测量口14的下方，在第二区域中，垂直于金属丝的运动方向观察，金属丝10不是位于测量口14的下方，而是完全由空腔辐射器12的内表面包围。

为了进行分析评估，在当前情况下，分析评估在部分62中由空腔辐射体12发出和可能反射的热辐射与由金属丝10在第二区域中发出或反射的热辐射之间的差。第一区域64这里用于精确地确定金属丝10在热图像摄像机16的测量区中的位置。这借助于图6来说明。第一区域64在图6中设置在热辐射分布的左侧部分中，其中，在第一区域64中的金属丝10在图6中作为深色的斑点68示出。其原因在于，在第一区域64中，金属丝10在测量口14的区域中没有受到空腔辐射体12的热辐射并且因此在热图像中表现为深色的、即较冷的区域。以此为基础可以可靠地确定金属丝10在测量区中的位置。现在可以在图6中的对应于图5的第二区域的中间部分中得出金属丝10的位置。在所示实施例中，导线处于在图6中用70标注的区域中。在该区域中获得的热辐射值作为由金属丝10发出和反射的热辐射用于所述求差。

图7用图形示出图6的状况。在图7中的位置68处可以看到一部分导线，所述导线接近垂直地位于测量口的下方，并且仅受到减少的辐射。在图5中，这个位置用64表示。在图6的右侧部分中，检测器(热图像摄像机)探测空腔辐射体的外表面(对此见图5中的62)。在图7中，该位置用71表示。

对空腔辐射体的外表面的温度进行检测的优点是，所述表面在很长的时间段上保持没有污物或刮痕。空腔辐射体的内表面由于制造条件导致地受到完全不同的污染。铜导体会导致铜粉尘，所述铜粉尘有时会沉积在内表面上。

Claims (34)

1.用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动的物体(10)的温度的方法，所述物体特别是被沿其纵轴线输送的金属丝，所述方法包括以下步骤：

引导所述物体(10)通过至少一个发出热辐射的辐射源(12、48、56)，其中所述物体(10)大部分或完全由所述至少一个辐射源(12、48、56)包围，

利用至少一个辐射检测器(16)在当引导所述物体通过辐射源(12、48、56)时物体(10)所穿过的区域中进行空间分辨的热辐射测量，

以所述空间分辨的热辐射测量为基础确定所述运动物体(10)的温度。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述至少一个辐射源(12、48、56)包括至少一个尽可能黑的辐射体。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，空间分辨的热辐射测量通过所述至少一个辐射检测器(16)的运动、特别是摆动来进行。

4.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，空间分辨的热辐射测量通过空间分辨的辐射检测器(16)、特别是热图像摄像机来进行。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个辐射源(12、48、56)包括空腔辐射体(12)，所述空腔辐射体具有入口和出口，其中物体(10)被引导通过所述入口和出口穿过空腔辐射体(12)，并且空腔辐射体(12)包括至少一个测量口(14)，通过所述测量口进行空间分辨的热辐射测量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，空间分辨的热辐射测量通过所述至少一个测量口(14)在这样的方向(22)上进行，所述方向相对于物体(10)的纵轴线倾斜，特别是以30°至60°的角度相对于物体的纵轴线倾斜。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对所测得的、由所述至少一个辐射源(12、48、56)发出的和可能反射的热辐射与所测得的、由运动的物体(10)发出和反射的热辐射之间的差进行分析评估，由此确定运动的物体(10)的温度。

8.根据权利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，用于空间分辨的热辐射测量的辐射检测器(16)对准空腔辐射体(12)的测量口(14)并且对准空腔辐射体外表面的特别是限定测量口(14)的部分，将在空腔辐射体(12)外表面的所述部分中由空腔辐射体(12)发出的和可能反射的热辐射用于求差。

9.根据权利要求5至8之一所述的方法，其特征在于，用于空间分辨的测量的辐射检测器(16)通过测量口(14)既对一第一区域进行检测，也对一第二区域进行检测，在所述第一区域中，垂直于运动的物体的运动方向观察，运动的物体(10)位于测量口(14)的下方，在所述第二区域中，垂直于运动的物体的运动方向观察，运动的物体(10)不是位于测量口(14)的下方。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据在第一区域中的测量值确定运动的物体的位置并由此得出运动的物体在第二区域中的位置，其中，将在第二区域的所述位置中测得的、由运动的物体(10)发出和反射的热辐射用于求差。

11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，也测量所述至少一个辐射源(12、48、56)的温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述至少一个辐射源(12、48、56)的温度调节到预先规定的温度。

13.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由所测得的、由所述至少一个辐射源(12、48、56)发出的热辐射与所测得的、由运动的物体(10)发出和反射的热辐射之间的差来确定运动的物体(10)的尺寸、特别是直径。

14.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个辐射源(12、56)包括通过热源加热的罩壳(56)，所述罩壳部分地包围一个轮子(48)，在所述轮子的滚动面(54)上构成沟槽(52)，通过所述沟槽引导所述运动的物体(10)。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述沟槽(52)的深度至少为所述沟槽(52)的宽度(58)的两倍。

16.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，滚动面(54)和沟槽(52)至少局部地由另一个辐射源(56)、特别是横截面为U形的尽可能黑的辐射体覆盖。

17.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以所确定的、运动的物体(10)的温度为基础将运动的物体(10)的温度调节到额定值。

18.用于非接触地确定具有未知热辐射系数的运动的物体(10)的温度的装置，所述物体特别是被沿其纵轴线输送的金属丝，所述装置包括：

至少一个发出热辐射的辐射源(12、48、56)和导向装置，利用所述导向装置能够引导运动的物体(10)通过所述至少一个辐射源，其中所述物体(10)大部分或完全由所述至少一个辐射源(12、48、56)包围，

至少一个辐射检测器(16)，所述辐射检测器构造成，用于在当引导所述物体通过辐射源(12、48、56)时物体(10)所穿过的区域中进行空间分辨的热辐射测量，

分析评估装置，所述分析评估装置构造成，以所述空间分辨的热辐射测量为基础确定运动的物体(10)的温度。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述至少一个辐射源(12、48、56)包括至少一个尽可能黑的辐射体。

20.根据权利要求18或19之一所述的装置，其特征在于，设有至少一个运动装置，利用所述运动装置用于空间分辨的热辐射测量的所述至少一个辐射检测器(16)能够运动、特别是能够摆动。

21.根据权利要求18或19之一所述的装置，其特征在于，所述至少一个辐射检测器(16)包括至少一个空间分辨的辐射检测器(16)、特别是热图像摄像机。

22.根据权利要求18至21之一所述的装置，其特征在于，所述至少一个辐射源(12、48、56)包括空腔辐射体(12)，所述空腔辐射体具有入口和出口，其中导向装置构造成，引导所述物体(10)通过所述入口和出口穿过空腔辐射体(12)，所述空腔辐射体(12)包括至少一个测量口(14)，所述至少一个辐射检测器(16)这样定向，通过所述至少一个测量口(14)进行空间分辨的热辐射测量。

23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述至少一个辐射检测器(16)构造成，通过所述至少一个测量口(14)在这样的方向(22)上进行空间分辨的热辐射测量，所述方向相对于物体(10)的纵轴线倾斜，特别是以30°至60°的角度相对于物体的纵轴线倾斜。

24.根据权利要求18至23之一所述的装置，其特征在于，所述分析评估装置构造成，对所测得的、由所述至少一个辐射源(12、48、56)发出的和可能反射的热辐射与测得的、由运动的物体(10)发出和反射的热辐射之间的差进行分析评估，由此确定运动的物体(10)的温度。

25.根据权利要求22至24之一所述的装置，其特征在于，用于空间分辨的热辐射测量的辐射检测器(16)对准空腔辐射体(12)的测量口(14)并且对准空腔辐射体外表面的特别是限定测量口(14)的部分，其中，分析评估装置将在空腔辐射体(12)外表面的所述部分中由空腔辐射体(12)发出的和可能反射的热辐射用于求差。

26.根据权利要求22至25之一所述的装置，其特征在于，用于空间分辨的测量的辐射检测器(16)通过测量口(14)既对一第一区域进行检测，也对一第二区域进行检测，在所述第一区域中，垂直于运动的物体的运动方向观察，运动的物体(10)位于测量口(14)的下方，在所述第二区域中，垂直于运动的物体的运动方向观察，运动的物体(10)不是位于测量口(14)的下方。

27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，分析评估装置根据在第一区域中的测量值确定运动的物体的位置并由此得出运动的物体在第二区域中的位置，其中，分析评估装置将在第二区域的所述位置中测得的、由运动的物体(10)发出和反射的热辐射用于求差。

28.根据权利要求18至27之一所述的装置，其特征在于，设有另一个温度测量装置(24)，用于测量所述至少一个辐射源(12、48、56)的温度。

29.根据权利要求28所述的装置，其特征在于，设有加热装置，用于加热所述至少一个辐射源(12、48、56)，并且设有调节装置，所述调节装置构造成，用于这样操控所述加热装置，使得所述至少一个辐射源(12、48、56)的温度具有额定温度值。

30.根据权利要求18至29之一所述的装置，其特征在于，所述分析评估装置构造成，用于由所测得的、由所述至少一个辐射源(12、48、56)发出和可能反射的热辐射与所测得的由运动的物体(10)发出和反射的热辐射之间的差确定运动的物体(10)的尺寸、特别是直径。

31.根据权利要求18至30之一所述的装置，其特征在于，所述至少一个辐射源(12、56)包括通过热源加热的轮子(48)，在所述轮子的滚动面(54)上构成沟槽(52)，通过所述沟槽引导所述运动的物体(10)。

32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述沟槽(52)的深度至少为所述沟槽(52)的宽度(58)的两倍。

33.根据权利要求31或32所述的装置，其特征在于，滚动面(54)和沟槽(52)至少局部地由另一个辐射源(56)、特别是横截面为U形的尽可能黑的辐射体覆盖。

34.根据权利要求18至33之一所述的装置，其特征在于，设有用于加热运动的物体(10)的加热装置以及设有调节装置，其中，所述调节装置构造成，以所确定的、运动的物体(10)的温度为基础操控所述加热装置，使得运动的物体(10)的温度具有额定温度值。