DE102007042750B4

DE102007042750B4 - Infrarot-Temperaturmessgerät

Info

Publication number: DE102007042750B4
Application number: DE102007042750A
Authority: DE
Inventors: Kerstin Tetzlaff; Wolfgang SCHWÖRER; Frank Eder
Original assignee: Testo SE and Co KGaA
Current assignee: Testo SE and Co KGaA
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-09-08
Also published as: DE102007042750A1

Abstract

Infrarot-Temperaturmessgerät, insbesondere Handmessgerät, mit einem Infrarot-Strahlungsdetektor und wenigstens einer Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) mit mindestens einem Visierstrahlgenerator (4), der eine Strahlquelle (11), eine Linse (13) und einen Strahlformer (14) aufweist, wobei die Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) eine den Messfleck (7) umrandende Messfleckmarkierung (8, 17) erzeugt, der Strahlformer (14) des Visierstrahlgenerators (4) wenigstens ein transmissives optisches Element (14) aufweist, der Infrarot-Strahlungs-Detektor einen kreisförmigen Messfleck (7) aufweist, die Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) koaxial um den Strahlungs-Detektor angeordnet ist und eine den Messfleck (7) umrandende im wesentlichen kreisförmige Messfleckmarkierung (8) erzeugt, die Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) N Visierstrahlgeneratoren (4) aufweist, wobei N eine positive ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, die den Messfleck (7) umrandende Messfleckmarkierung (8, 17) aus den N Visierstrahlen (5) zusammengesetzt ist, wobei die transmissiven optischen Elemente (14) der N Visierstrahlgeneratoren (4) jeweils ein Kreissegment (9) erzeugen, das im wesentlichen dem N ten Teil eines Kreises entspricht, und die Visierstrahlgeneratoren (4) gleichmäßig voneinander beabstandet, um jeweils...

Description

Die Erfindung betrifft ein Infrarot-Temperaturmessgerät, insbesondere Handmessgerät, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 der vorliegenden Anmeldung.
Solche Infrarot-Temperaturmessgeräte werden überall dort eingesetzt, wo kontaktlos die Temperatur eines Objekts bestimmt werden soll.
Dazu weist der Infrarot-Strahlungsdetektor im wesentlichen eine Optik und einen Sensor auf. Die Optik bildet dabei die von einem Messfleck des zu messenden Objekts ausgehende Strahlung auf den Sensor ab. Durch das Abbildungsverhältnis der Optik ist die Größe des Messflecks vom Abstand zwischen Sensor und Messobjekt abhängig; je weiter das Objekt entfernt ist, desto größer ist der Messfleck der auf den Sensor abgebildet wird.
Zur Visualisierung des Messflecks sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die zumeist mit Hilfe eines Laser-Strahls eine Markierung in den Messfleck projizieren. Im einfachsten Falle ist ein einzelner Laserstrahl vorgesehen, der einen Punkt im Zentrum des Messflecks darstellt. Da insbesondere bei größerem Messabstand der Messfleck erheblich größer als der Punkt ist, ist eine gezielte Messung damit nahezu unmöglich.
Andere bekannte Messfleckmarkierungen weisen zwei oder drei Laserpunkte auf, wobei zwei Punkte auf dem Messfleckumfang liegen und ein dritter das Zentrum markieren kann oder weisen Strahlformer zur linienförmigen Aufweitung der Laserpunkte auf, so dass ein kreuzförmiger Visierstrahl entsteht, wobei hier der Umkreis um die Visierstrahlen dem Messfleck entspricht. Keine dieser Markierungen zeigt aber direkt den vollen Umfang des Messflecks, so dass der Benutzer sich den Messfleck immer noch in etwa vorstellen muss, was insbesondere schwierig oder unmöglich ist, wenn sich im Messfleck, mehrere in der Tiefe gestaffelte Objekte befinden.
Es ist weiterhin ein System bekannt, das mit einem Laserscanner-Ablenkspiegel eine Messfleckmarkierung auf das Messobjekt projiziert, jedoch ist allein der Platzbedarf der Mechanik so groß, dass eine Unterbringung in einem Handgerät schwierig ist. Zusätzlich ist das System empfindlich gegenüber Bewegungen, und somit für ein Handgerät, völlig ungeeignet.
Aus der DE 195 28 590 A1 ist eine Vorrichtung zur Temperaturmessung bekannt, bei der die von einem Messfleck auf einem Messobjekt ausgehende Wärmestrahlung durch ein optisches System auf einen Detektor abgebildet wird, wobei eine Visiereinrichtung mit einer diffraktiven Optik vorgesehen ist, durch die eine Lichtintensitätsverteilung erzeugt wird, die der Lage und Größe des Messflecks auf dem Messobjekt entspricht.
Aus der DE 100 36 720 A1 ist eine Vorrichtung zur Infrarot-Temperaturmessung bekannt, bei der eine Detektoreinrichtung mit einem Detektor und einer IR-Optik, die den Detektor entlang eines Messstrahlengangs mit einer optischen Achse auf einen Messfleck auf dem Objekt abbildet, und eine Visiereinrichtung zur Visualisierung des Messflecks mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von Markierungslicht und einer Ringoptik, die einen Markierungsstrahlengang abbildet, der den äußeren Umfang des Messstrahlengangs umgibt, vorgesehen ist, wobei das Markierungslicht dabei so ausgerichtet ist, dass an jedem Ort des Markierungsstrahlenganges dessen zur optischen Achse senkrechter Querschnitt eine Kreisringfläche bildet.
Aus der DE 103 43 258 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung bekannt, die einen Detektor hat, auf den von einem Messfleck auf einem Messobjekt ausgehende elektromagnetische Strahlung mittels einer Abbildungsoptik abbildbar ist, und die eine Visiereinrichtung zur Kennzeichnung der Position und/oder der Größe des Messflecks auf dem Messobjekt hat, wobei die Visiereinrichtung eine Lichtquelle zur Bereitstellung von mindestens zwei Visierstrahlen aufweist. Zur Bereitstellung jedes Visierstrahls ist jeweils eine unabhängige Lichtquelle vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Temperatur-Messgerät, insbesondere ein Handgerät, zu schaffen, das eine eindeutige und robuste Messfleckmarkierung aufweist und somit gezielte Messungen an einem Messobjekt ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere durch die vollständige Umrandung des Messflecks wird eine eindeutige Markierung des Messflecks erreicht. Ist beispielsweise der Messfleck ein Quadrat, so erscheint auch die Messfleckmarkierung als Quadrat. Ist nun das Messobjekt in der Tiefe gestaffelt, oder ragen Objekte zwischen Messgerät und Messobjekt in den Messfleck hinein, so ist bei der erfindungsgemäßen Messfleckmarkierung eine eindeutige Identifizierung möglich, da in diesem Falle ein Teil der Messfleckmarkierung auf dem störenden Objekt abgebildet wird. Anders ausgedrückt bedeutet das, wenn auf dem Messobjekt nicht die vollständige Messfleckmarkierung sichtbar ist, ist eine korrekte Messung nicht möglich.
Somit dient die vollständig umrandende Messfleckmarkierung nicht nur zur eindeutigen Darstellung des Messflecks sondern ermöglicht auch eine direkte Kontrolle des Messflecks und erlaubt dem Benutzer gegebenenfalls eine Zielkorrektur vorzunehmen.
Das transmissive optische Element weist bevorzugt ein diffraktives Element, beispielsweise eine Beugungsstruktur, insbesondere ein Beugungsgitter oder ein computergeneriertes Hologram, auf. Durch numerische Methoden ist es möglich Beugungsstrukturen rückwärts zu berechnen, so dass ausgehend von einem gewünschten Ergebnis, die dafür notwendige Beugungsstruktur ermittelt werden kann. Somit ist für jede denkbare Form des Messflecks eine entsprechende Messfleckmarkierung einfach herstellbar.
Alternativ kann das transmissive optische Element auch ein refraktives Element, beispielsweise ein Linsenarray oder ein Linse mit kontinuierlichem Oberflächenprofil, aufweisen. Auch refraktive optische Elemente sind rückwärts berechenbar, so dass auch damit beliebige Strukturen abbildbar sind. Der Vorteil der refraktiven Elemente ist zudem, dass das eingestrahlte Licht nahezu vollständig in die gewünschte Verteilung eingeht, während bei den diffraktive Elementen durch destruktive Interferenzen ein Teil des Lichts verloren geht.
Bevorzugt weist die Messfleck-Markierungsvorrichtung N Visierstrahlgeneratoren auf, wobei N eine positive ganze Zahl ist und eine den Messfleck umrandende Messfleck-Markierung aus den N Visierstrahlen zusammengesetzt ist. Prinzipiell ist es möglich einen Visierstrahl als Kreis oder Quadrat auszugestalten, jedoch ist es schwierig diesen Visierstrahl auf die optische Achse des Sensors auszurichten, sofern der Visierstrahlgenerator nicht selbst auf der optischen Achse angeordnet ist. Dort würde er aber im Messbereich liegen, weshalb es sinnvoll ist mindestens zwei Visierstrahlgeneratoren zu verwenden. Dadurch ist es einfacher die einzelnen Visierstrahlgeneratoren koaxial entlang der optischen Achse des Sensors auszurichten. Mit der Anzahl der Visierstrahlgeneratoren steigt zudem auch die Helligkeit der Messfleckmarkierung, so dass eine bessere Sichtbarkeit auch in schwierigen Lichtverhältnissen möglich ist.
Praktisch ist die Messfleckmarkierung durch mehrere Visierstrahlen gebildet, die sich überlappen oder auch voneinander beabstandet sein können. Beispielsweise kann ein kreisförmiger Messfleck durch zwei halbkreisförmige Visierstrahlen gebildet werden oder durch zwei Kreissegmente die mehr oder weniger als einen Halbkreis überdecken. Im zweiten Fall ergibt sich eine Unterbrechung des Kreises, wobei je nach Größe der Unterbrechung der Kreis immer noch gut erkennbar bleibt. Analog wäre ein quadratischer Messfleck beispielsweise einfach durch vier linienförmige Visierstrahlen zusammensetzbar.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Messfleck-Markierungsvorrichtung N ≥ 2 Visierstrahlgeneratoren aufweist. Insbesondere zwei bis vier Visierstrahlen stellen einen guten Kompromiss aus Helligkeit und Formtreue gegenüber dem Montage- und Justageaufwand und den Kosten dar.
Bedingt durch die Optik des Detektors, die die Strahlung des Messobjekts auf den Sensor abbildet, ist der Messfleck zumeist kreisförmig. Die Messfleck-Markierungsvorrichtung mit N Visierstrahlgeneratoren ist daher bevorzugt koaxial um den Strahlungs-Detektor, zumindest um die optische Achse, angeordnet und erzeugt eine den Messfleck umrandende im wesentlichen kreisförmige Messfleckmarkierung.
Dabei erzeugen die transmissiven optischen Elemente der N Visierstrahlgeneratoren jeweils ein Kreissegment das im wesentlichen dem N ten Teil eines Kreises entspricht. Die Visierstrahlgeneratoren sind zweckmäßigerweise gleichmäßig voneinander beabstandet, um jeweils 360°/N gegeneinander verdreht, in der Messfleck-Markierungsvorrichtung angeordnet. Dadurch entsteht insgesamt eine kreisförmige, den Messfleck umrandende Messfleckmarkierung.
Weiterhin ist es denkbar, innerhalb der umrandenden Messfleckmarkierung eine Art Fadenkreuz oder eine zweite konzentrische Struktur darzustellen, so dass auch das Zentrum des Messflecks markiert wird. Dadurch, dass die transmissiven optischen Elemente beliebige Strahlformen ohne zusätzlichen Aufwand ermöglichen, ist aber auch jede erdenkliche andere Messfleckmarkierung sehr einfach zu realisieren.
Dabei ist es auch denkbar, den inneren Kreis beispielsweise auf einen umschaltbaren Scharfpunkt der Sensor-Optik abzustimmen, so dass bei der Scharfpunktumschaltung einfach der innere Kreis als Markierung dient. Dadurch kann man sich eine zweite Messfleck-Markierungsvorrichtung für den zweiten Scharfpunkt sparen, so dass das Gerät insgesamt kostengünstiger und auch einfacher herstellbar wird.
Insbesondere stromsparend ist es, wenn die einzelnen Visierstrahlgeneratoren sequentiell, in schneller Abfolge angesteuert werden, so dass zu jedem Zeitpunkt jeweils nur ein Segment der Messfleckmarkierung dargestellt wird. Dabei ist zu beachten, dass insgesamt mindestens 25 mal die volle Messfleckmarkierung dargestellt wird, damit, wegen der Trägheit des Auges, die Segmente nicht einzeln wahrgenommen werden.
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen können sich aus den Unteransprüchen oder Kombinationen daraus ergeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Messfleck-Markierungsvorrichtung mit angedeuteten Visierstrahlen,
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Visierstrahlgenerators, und
3 Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen der Messfleckmarkierung.
1 zeigt eine Messfleck-Markierungsvorrichtung 1 als Teil eines Hand-Temperaturmessgerätes (nicht gezeigt). Koaxial um die optische Achse 2 des Strahlungs-Detektors 3 sind vier Visierstrahlgeneratoren 4 angeordnet, deren Visierstrahlen 5 sich in dem Scharfpunkt 6 der Sensoroptik schneiden und damit die Abbildung dem Messfleck 7 entspricht. Die kreisförmige Messfleckmarkierung 8, die im gezeigten Beispiel aus vier Kreissegmenten 9 zusammengesetzt ist, umrandet auf dem Messobjekt 10 genau den Messfleck 7. Somit ist eine gezielte und genaue Messung möglich, ohne dass ungewünschte Objekte versehentlich mitgemessen werden.
Der in 2 schematisch dargestellte Visierstrahlgenerator 4 weist an einem Ende eine Laserstrahlquelle 11 auf. Der Laserstrahl 12 wird durch eine Linse 13 zur Strahlvorbereitung geleitet, um am anderen Ende des Visierstrahlgenerators 4 auf ein transmissives, optisches Element 14 zu treffen, in dem der Laserstrahl geformt wird und im gezeigten Beispiel als Viertelkreis-Segment 9 den Visierstrahlgenerator 4 verlässt.
3 zeigt mehrere mögliche Ausführungen einer Messfleckmarkierung. Die kreisförmige Messfleckmarkierung 8 in 3(a) ist dabei aus vier Kreissegmenten 9, die sich nicht berühren zusammengesetzt. Die entstehenden Lücken 15 sind jedoch für die Wahrnehmung des ganzen Kreises nicht störend. Wegen der vier Segmente erscheint es naheliegend diese Messfleckmarkierung mit vier Visierstrahlgeneratoren 4 zu erzeugen. Durch die Möglichkeit, mit dem Strahlformer 14 beliebige Formen darzustellen, ist es jedoch genauso möglich diese Messfleckmarkierung mit einem, zwei, oder einer beliebigen Anzahl an Visierstrahlgeneratoren 4 zu erzeugen.
Die in 3(b) gezeigte Messfleckmarkierung 8 besteht aus drei Segmenten 9, die sich nahezu berühren und somit den kreisförmigen Messfleck 7 fast vollständig umrandet. Auch diese Messfleckmarkierung 8 kann prinzipiell aus einer beliebigen Anzahl von Visierstrahlgeneratoren 4 erzeugt werden.
Zur Kennzeichnung der Mitte des Messflecks 7 ist bei der Messfleckmarkierung 8, die in 3(c) gezeigt ist, eine zweite konzentrische Markierung 16 in der Nähe des Zentrums des Messflecks angeordnet. Denkbar wäre eine Darstellung durch zwei Visierstrahlgeneratoren 4, jeweils für den inneren und äußeren Kreis. Zweckmäßig sind jedoch vier Visierstrahlgeneratoren zu verwenden, die jeweils ein Kreissegment mit innerer und äußerer Linie erzeugen, wobei die äußeren Segmente hier überlappen, so dass ein geschlossener Kreis entsteht.
Die 3(d) zeigt eine quadratische Messfleckmarkierung 17, die aus zwei Segmenten zusammengesetzt erscheint. Die in 3(e) dargestellte quadratische Messfleckmarkierung 17 weist zusätzlich zu der Umrandung ein zentrales Fadenkreuz 18 zur Markierung des Zentrums des Messflecks auf.
Diese beispielhafte Darstellung der Messfleckmarkierungen ist nur eine Auswahl der vielfältigen Möglichkeiten und dient lediglich zur Erläuterung. Die Erfindung ist in keiner Weise darauf beschränkt.

Claims

Infrarot-Temperaturmessgerät, insbesondere Handmessgerät, mit einem Infrarot-Strahlungsdetektor und wenigstens einer Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) mit mindestens einem Visierstrahlgenerator (4), der eine Strahlquelle (11), eine Linse (13) und einen Strahlformer (14) aufweist, wobei die Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) eine den Messfleck (7) umrandende Messfleckmarkierung (8, 17) erzeugt, der Strahlformer (14) des Visierstrahlgenerators (4) wenigstens ein transmissives optisches Element (14) aufweist, der Infrarot-Strahlungs-Detektor einen kreisförmigen Messfleck (7) aufweist, die Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) koaxial um den Strahlungs-Detektor angeordnet ist und eine den Messfleck (7) umrandende im wesentlichen kreisförmige Messfleckmarkierung (8) erzeugt, die Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) N Visierstrahlgeneratoren (4) aufweist, wobei N eine positive ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, die den Messfleck (7) umrandende Messfleckmarkierung (8, 17) aus den N Visierstrahlen (5) zusammengesetzt ist, wobei die transmissiven optischen Elemente (14) der N Visierstrahlgeneratoren (4) jeweils ein Kreissegment (9) erzeugen, das im wesentlichen dem N ten Teil eines Kreises entspricht, und die Visierstrahlgeneratoren (4) gleichmäßig voneinander beabstandet, um jeweils 360°/N gegeneinander verdreht, in der Messfleck-Markierungsvorrichtung (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik des Infrarotstrahlungsdetektors einen umschaltbaren Scharfpunkt hat, dass eine zweite konzentrische Markierung (16) in der Nähe des Zentrums der Messfleckmarkierung (8) angeordnet ist und einen inneren Kreis beschreibt, der auf den umschaltbaren Scharfpunkt der Optik des Infrarotstrahlungsdetektors so abgestimmt ist, dass nach der Scharfpunktumstellung der innere Kreis als Markierung des Messflecks (7) dient und dass die äußeren Segmente der Messfleckmarkierung (8, 16) einander überlappen, so dass ein geschlossener Kreis entsteht.
Infrarot-Temperaturmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transmissive optische Element (14) ein diffraktives Element, beispielsweise eine Beugungsstruktur, insbesondere ein Beugungsgitter oder ein computergeneriertes Hologramm, aufweist.
Infrarot-Temperaturmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transmissive optische Element (14) ein refraktives Element, beispielsweise ein Linsenarray oder eine Linse mit kontinuierlichem Oberflächenprofil, aufweist.
Infrarot-Temperaturmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Visierstrahlgenerator (4) ein axialsymmetrisches, beispielsweise zylindrisches, Gehäuse aufweist.
Infrarot-Temperaturmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquelle (11) ein Halbleiterlaser, insbesondere eine Laser-Diode, ist.
Infrarot-Temperaturmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigemittel zur Darstellung des gemessenen Temperatursignals vorgesehen sind.