DE2401105A1 - Verfahren zur feststellung einer optischen markierung auf einem eine hohe temperatur aufweisenden gegenstand - Google Patents

Description

1. NIPPON KOKEN KABUSHIKI KAISHA, TOKYO / JAPAN

2. FUJI TOYUKI KABUSHIKI-KAISHA, TAKAMATSU-SHI / JAPAN

Verfahren zur Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Gegenstand

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Gegenstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Wenn ein Material auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, dann ergibt sich eins bekanntermaßen entsprechend der Planck'sehen Formel thermische Strahlung. Diese thermische Strahlung erzeugt Licht, welches mit der Temperatur sich verändert. Bei niedrigen Temperaturen liegt die thermische Strahlung im Infrarotbereich. Im Temperatur-'

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bereich zwischen 5oo und 600 C ergibt sich hingegen ein rötliches Licht. Wenn die Temperatur jedoch v/eiter auf 1.100 C erhöht wird, ändert sich die Farbe des Lichtes in Richtung von Gelb, während bei Temperaturen von 1.3oo und 1.5oo C weißes Licht ausgesandt wird. Die thermische Strahlung eines Materials weist dabei ein kontinuierliches Spektrum auf, welches der bestimmten Temperatur des Materials entspricht. Bei Tekperaturen oberhalb von 7oo°C gelangt das Wellenlängenspektrum in den sichtbaren Bereich. Wenn demzufolge beispielsweise ein auf einer hohen Temperatur befindliches Materials wie ein rotglühender Stahlstab auf einer Temperatur oberhalb von 1.000 C für die Weiterverarbeitung in einem Walzwerk einer kontaktlosen Messung unter Verwendung einer optischen Markierung als Referenzpunkt ausgesetzt wird, dann ist die Temperatur des Materials so hoch, daß die thermische Strahlung innerhalb des sichtbaren Bereiches des Spektrums liegt. Wenn dabei eine optische Markierung im Bereich des sichtbaren Lichtes auf ein derartiges erhitztes Material projiziert wird, dann wird die optische Markierung durch die im sichtbaren Bereich liegende thermische Strahlung verdrängt, sodaß es äußerst schwierig ist, die betreffende optische Markierung festzustellen.

Es können zwar Filter verwendet werden, um die Durchlässigkeit der thermischen Strahlung von einem eine hohe Temperatur aufweisenden Material abzuschirmen. Es ergeben sich jedoch dabei keine zufriedenstellenden Resultate, weil das Filter ebenfalls im Bereich der Wellenlänge der optischen Markierung liegt.

Zur Unterscheidung einer optischen Markierung wird demzufolge im allgemeinen das menschliche Auge oder eine Detektoreinrichtung - beispielsweise ein im sichtbaren Bereich arbeitendes Vidikon - verwendet, wobei die Wellenlängen des Lichtes auf den sichtbaren Bereich des Spektrums

ο im Wellenlängenbereich zwischen 4.00 und 7.000 A beschränkt

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waren. Unabhängig davon in welcher Art und Weise die Lichtquelle, das Filter und der Detektor kombiniert v/erden, war es dabei unmöglich, den Einfluß der thermischen Strahlung eines eine hohe Temperatur aufweisenden Materials vollkommen zu eliminieren. Demzufolge war es unmöglich, die gewünschte Feststellung mit einem guten Signalrauschverhältnis durchzuführen.

In diesem Zusammenhang sind verschiedene Verfahren und Vorrichtunge bekannt, um eine optische Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Material festzustellen, indem beispielsweise als Lichtquelle eine Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe verwendet wird, während die Feststellung mit Hilfe des menschlichen Auges oder eines im sichtbaren Bereich liegenden Vidikon unter Verwendung eines Bandpaßfilters durchgeführt wird, dessen

ο maximale Durchlaßeinpfindlichkeit bei 5.47o oder 6.480 A liegt. Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden jedoch durch die thermische Strahlung des eine hohe Temperatur aufv/eisenden Materials sehr beeinflußt, sodaß die Genauigkeit einer Feststellung einer optischen Markierung notgedrungenermaßen unzureichend ist.

Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Material zu schaffen, bei welchem die Feststellung der Markierung unter. Aufrechterhaltung eines hohen Signalrauschverhältnisses im wesentlichen ohne Störung durch die thermische Strahlung durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils entsprechend dem Anspruch 1 erreicht.

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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens

und der Vorrichtung zur Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Materials ergeben sich anhand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1

ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2

eine grafische Darstellung der Spektralverteilung einer als Lichtquelle gemäß der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe,

Fig. 3

eine grafische Darstellung der Durchlaßcharakteristik eines in Verbindung mit der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Bandpaßfilters, und

Fig. 4

ein grafisches Diagramm der Empfindlichkeitscharakteristik der in Verbindung mit der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Kameraröhre.

In dem Folgenden soll auf die Zeichnung Bezug genommen werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren v/ird ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge im nahen Ultraviolettbereich auf das eine hohe Temperatur aufweisende Material projiziert. Das reflektierte Licht bzw. im Fall einer gerin-

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gen Dicke des Materials das durchgelassene Licht/ wird durch ein nur das betreffende Wellenband durchlassende Bandpaßfilter von einer Kameraröhre festgestellt bzw. gemessen.

Fig. 1 zeigt schematisch die Konstruktion einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche bei Verwendung von Wellenlängen im nahen Ultraviolettbereich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Gemäß, Fig. 1 ist zu diesem Zweck eine Lichtquelle 1 vorgesehen, welche aus einer Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe besteht.

Ferner ist ein Metallinterferenzfilter 2 vorgesehen, dessen

ο maximale Durchlaßempfindlichkeit in der Nähe von 4.358 A

liegt. Ferner ist eine Kameraröhre 3, beispielsweise ein Vidikon, vorhanden, dessen maximale Empfindlichkeit in der

Nähe von 4.35o A liegt. Ferner ist ein Anzeigegerät 4 vorgesehen, welches beispielsweise ein Fernsehgerät sein kann. Schließlich zeigt Fig. 1 das eine hohe Temperatur aufweisende Material 1, welches beispielsweise ein rotglühender Stahlblock sein kann.

Die Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe der Lichtquelle 1 hat eine Spektralverteilung so wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Wie dies durch den Pfeil angedeutet ist, tritt bei einer derartigen Lichtquelle 1 im Bereich zwischen

ο
4.3OO und 4.4oo A eine Strahlungsspitze auf. Die bisher weitgehend verwendeten Xenonlampen weisen hingegen bei

ο
Wellenlängen größer als 8.000 A eine Maximalstrahlung auf, sodaß sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht besonders geeignet sind.

Durch das Filter 2 wird sowohl das von der Lichtquelle 1 ausgestrahlte und von dem Stahlblock 5 reflektierte der optischen Markierung entsprechende Licht als auch die thermische Strahlung des rotglühenden Stahlblockes 5 zugeführt. Das Filter 2 hat jedoch eine derartige Bandpaßcharakte-

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ristik, daß von dem einfallenden Licht nur jenes durchgelassen wird, welches in dem Wellenbandbereich entsprechend dem Pfeil von Fig. 2 liegt. Das Filter 2 ist dabei vorzugsweise ein Metallinterferenzfilter, welches die in Fig. 3 dargestellte Durchlaßcharakteristik aufweist. Gemäß Fig. 3 weist ein derartiges Filter eine maximale Durchlässigkeit

ο bei Wellenlängen in dem Bereich von 4.358 A auf.

Die Kameraröhre 3 besteht im wesentlichen aus einem Vidikon, dessen frequenzmäßige Empfindlichkeit durch das Filter 2, d.h. den Wellenlängenbereich zwischen

ο
4.3oo und 4.4oo A festgelegt ist. Ein derartiges Vidicon

sollte dabei eine Empfindlichkeitscharakteristik gemäß Fig. 4 aufweisen, gemäß welcher eine maximale "Empfindlich-

o
keit bei 4.35ο Α auftritt. Als Kameraröhre können jedoch ebenfalls Abtaströhren mit einer eine niedrige Geschwindigkeit aufweisenden Strahl, beispielsweise· ein Ortikon oder ein Bildortikon oder Abtaströhren mit einem eine hohe Abtastgeschwindigkeit aufweisenden Strahl wie ein Ikonoskop oder ein Bildikonoskop verwendet werden.

Falls anstelle eines rotglühenden Stahlblockes 5 das eine hohe Temperatur aufweisende Material -.beispielsweise eine Folie oder ein dünnes Metallblech ist - kann die optische Markierung ebenfalls unter Verwendung des durchgelassenen Lichtes festgestellt v/erden. In diesem Fall sind das Filter und die Kameraröhre im Vergleich zu dem eine hohe Temperatur auf v/eisenden. Material auf der gegenüberliegenden Seite der Lichtquelle angeordnet.

Da zur Feststellung einer optischen Markierung auf dem eine hohe Temperatur aufweisenden Material nur jene Komponenten der optischen Markierung, welche im nahen ültraviolett-Wellenlängenbereich liegen, als einfallendes Licht der Kameraröhre 3 zugeführt werden, kann die thermische

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Strahlung des eine hohe Temperatur aufweisenden Materials 5 nur in sehr geringem Maße ebenfalls in die Kameraröhre 3 gelangen. Das das Ausgangssignal der Kameraröhre 3 anzeigende Anzeigegerät 4 erlaubt somit eine sehr genaue Feststellung der optischen Markierung, wobei das Signalrauschverhältnis gegenüber konventionellen Verfahren und Vorrichtungen wesentlich verbessert ist.

Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung Licht im nahen Ultraviolettbereich für die Feststellung der optischen Markierung verwendet wird, ist eine Beobachtung der optischen Markierung mit dem menschlichen Auge nicht möglich. Dies führt jedoch in praktischer Hinsicht zu keinen weiteren· Schwierigkeiten, weil die Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Material im sichtbaren Bereich sowieso nicht mit großer Genauigkeit durchgeführt werden kann und weil die Verwendung eines optischen Instrumentes - beispielsweise einer Fernsehkamera - wegen den eine hohe Temperatur "aufweisenden Gasen sowieso zweckmäßig erscheint.

Die vorliegende Erfindung hat einen weiten Anwendungsbereich für die Durchführung optischer Messungen von eine hohe Temperatur aufweisenden Materialien. So kann die vorliegende Erfindung beispielsweise bei einem Verfahren verwendet werden, bei welchem als Lichtempfänger ein Rotglutbarrendetektor verwendet wird, der für die Feststellung des Durchlaufs die thermische Strahlung von rotglühenden Barren feststellt. Fernerhin können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Moire-Randmessungen an eine hohe Temperatur aufweisenden Materialien durchgeführt werden. Schließlich kann die Anbringung einer Referenzmarkierung in Verbindung mit einer berührungslosen Messung - beispielsweise für die Bestimmung der Breite von auf Rotglut^gehaltenen Rohlingen verwendet werden.

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Die vorliegende Erfindung v/eist erhebliche

Vorteile auf, welche darin liegen, daß eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit der Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Material durchgeführt werden kann. Dadurch erweitet sich der Anwendungsbereich v:on kontaktlosen Messungen an eine hohe Temperatur aufweisenden Materialien. Dies wiederum erleichtert die Automation von bestimmten Verfahrensabläufen in Verbindung mit eine hohe Temperatur aufweisenden Materialien.

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Claims (4)

24 886 J Patentansprüche

1.^Verfahren zur Feststellung einer optischen Markierung auf einem eine hohe Temperatur aufweisenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a) Projizieren eines Lichtstrahles"mit einer Wellenlänge im nahen Ultraviolettbereich auf ein eine hohe Temperatur aufweisendes Material unter gleichzeitiger Ausbildung einer optischen Markierung,

b) Übermittlung der optischen Markierung als einfallendes Licht einem Bandpaßfilter, welches nur Wellenlängen innerhalb des betreffenden Wellenlängenbereiches durchläßt, und

c) Feststellung der durch das Bandpaßfilter durchgelassenen Markierung mit Hilfe einer Kameraröhre, welche innerhalb des betreffenden Wellenlängenbereiches empfindlich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängenbereich zwischen 4.3oo und

ο
4.4oo A liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die auf das erhitzte Material projizierte optische Markierung in Form einer reflektierten Welle dem Bandpaßfilter zugeführt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem erhitzten Material projizierte optische. Markierung als durchgelassene Welle dem Bandpaßfilter zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der optischen Markierung durch Wiedergabe des Ausgangssignals der Kameraröhre auf einer Kathodenstrahlröhre erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Elemente vorgesehen sind:

a) eine gegenüberliegend dem erhitzten Material angeordnete Lichtquelle (1), welche einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge im nahen Ultraviolettbereich auf das erhitzte Material (5) projiziert und auf demselben eine optische Markierung bildet,

b) ein gegenüberliegend von dem erhitzten Material (5) angeordnetes Bandpaßfilter (2), welches die optische Markierung inForm von reflektiertem oder durchgelassenem Licht zugeführt wird, wobei der Durchlaßbereich des Bandpaßfilters 2 dem betreffenden Wellenlängenbereich entspricht,

c) eine eine Empfindlichkeit im betreffenden Wellenlängenbereich aufweisende Kameraröhre (3), welcherdie optische Markierung nach Durchlaß durch das Bandpaßfilter (2) zugeführt ist, und

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d) eine das Ausgangssignal der Kameraröhre (3) empfangende Anzeigeeinrichtung (4), welche die optische Markierung auf einer Kathodenstrahlröhre wiedergibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtquelle (1) eine Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe aufweist, v/elche im Wellenlängenbereich zwischen

4.3oo und 4.4oo A eine gute Strahlungscharakteristik aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, .dadurch' gekennzeichnet, daß das Bandpaßfilter (2) ein Metallinterferenzfilter ist, dessen maximale Durchlaßempfindlich -

o keit im Wellenlängenbereich zwischen 4.3oo und 4.4oo A

liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kameraröhre (3) ein Vidikon ist, welches im Wellenlängenbereich zwischen

ο
4.3oo und 4.4oo A empfindlich ist.

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