DE60028700T2

DE60028700T2 - Verfahren zum Messen einer Temperatur

Info

Publication number: DE60028700T2
Application number: DE60028700T
Authority: DE
Inventors: Stuart Francis Sheffield Metcalfe; Paul Sheffield Wright; Andrew David Dronfield Tune
Original assignee: Land Instruments International Ltd
Current assignee: Land Instruments International Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: DE60028700D1; ATE330212T1; EP1103801A1; EP1103801B1; GB9928171D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Aluminiumrohlings.
Wenn Rohlinge aus Aluminium zur anschließenden Bearbeitung an eine Extrusionspresse transportiert werden, ist es nützlich, die Temperatur des Rohlings bestimmen zu können. Derzeit wird dies durch Verwendung einer Thermoelementeinrichtung erreicht, die in Kontakt mit der Oberfläche des Rohlings platziert wird, um dadurch die Temperatur zu bestimmen.
Dieses Verfahren leidet jedoch unter einer Anzahl von Nachteilen. Zunächst muss der Rohling angehalten werden, um zu ermöglichen, dass eine Temperaturmessung vorgenommen wird. Dies kann zum Abkühlen des Rohlings wie auch zum Verlangsamen der Geschwindigkeit, mit der Rohlinge bearbeitet werden können, führen. Dies wird durch die Tatsache verschlimmert, dass es notwendig ist, Temperaturschwankungen entlang dem Rohling zu bestimmen, was bedeutet, dass Messungen an mehreren Stellen entlang der Rohlingsoberfläche wiederholt werden müssen. Zusätzlich dazu sind Thermoelemente allgemein nicht sehr verlässlich und erfordern häufigen Austausch, wodurch die Vorrichtung teuer zu unterhalten ist.
Im Zusammenhang mit kontinuierlichen Walzwerken ist die kontaktlose Temperaturüberwachung bekannt, wie sie in einer Vielfalt von Veröffentlichungen beschrieben ist. Diese umfassen Tychowsky, V W et al: "Development and Application of a Gold Cup Sensor for Measurement of Strip Temperatures on a Continuous Galvanizing Line", Iron and Steel Engineer, US, Association of Iron and Steel Engineers, Pittsburgh, Vol. 75, Nr. 9, 1. September 1998 (1988-09-01), Seiten 37–42; EP-A-0942269 (Land Instruments International Ltd), 15. September 1999 (1999-09-15); Kirby, P J: "Measuring Hot Metals on the Move", I & CS – Industrial and Process Control Magazine, US, Chilton Company, Radnor, Pennsylvania, Vol. 65, Nr. 6, 1. Juni 1992 (1992-06-01), Seiten 25–28; US-A-5326173; Dan Evans et al: "Non Contact Sensor for Aluminum Rolling Mills", Advances in Instrumentation and Control, US, Instrument Society of America, Research Triangle Park, Vol. 49, Nr. Teil 03, 23. Oktober 1994 (1994-10-23), Seiten 1153–1163; und Krapez, J C et al: "A Double-Wedge Reflector for Emissivity Enhanced Pyrometry", Measurement Science and Technology, GB, IOP Publishing, Bristol, Vol. 1, Nr. 9, 1. September 1990 (1990-09-01), Seiten 857–864.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung stellen wir ein Verfahren mit den durch Anspruch 1 definierten Schritten bereit.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung stellen wir eine Vorrichtung mit den durch Anspruch 5 definierten Merkmalen bereit.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fernmessen der Temperatur eines Aluminiumrohlings bereit. Dies wird durch Verwendung eines Emissionsgradverstärkers zum Verstärken der von dem Rohling emittierten Strahlung erreicht, was es einem Detektor ermöglicht, die Rohlingstemperatur durch Fernabfühlen der emittierten Strahlung zu bestimmen. Dies ist besonders wichtig für Aluminiumrohlinge, die einen variablen Emissionsgrad aufweisen und daher im Verhältnis zu ihrer Temperatur eine variable Strahlungsmenge emittieren. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur gemessen werden kann, während sich der Rohling bewegt, wodurch die Rate, mit der die Rohlinge bearbeitet werden können, erhöht wird.
Typischerweise ist die Oberfläche des Reflektors vergoldet, da dies zu einem hohen und stabilen Reflexionsvermögen führt. Alternative Materialien mit einem hohen und stabilen Reflexionsvermögen wie z.B. Silber oder Aluminium können jedoch auch verwendet werden.
Typischerweise umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Schutzelement zum Umgeben des geformten Strahlungsreflektors des Emissionsgradverstärkers, wobei das Schutzelement für die Strahlung durchlässig ist. Das Schutzelement ist besonders vorteilhaft, weil es verhindert, dass die Reflexionsoberfläche schmutzig wird. Eine Alternative zur Verwendung eines Schutzelements ist jedoch, einfach die Oberfläche des Reflektors in regelmäßigen Abständen zu reinigen.
Typischerweise umfasst das Schutzelement ein Fenster, das sich über den geformten Strahlungsreflektor erstreckt. Das Schutzelement kann wahlweise jedoch einen Oberflächenüberzug auf der Oberfläche des Reflektors umfassen.
Das Schutzelement weist eine Innenfläche auf, die dem geformten Strahlungsreflektor zugewandt ist, und eine Außenfläche, die dem Rohling in Verwendung zugewandt ist. In diesem Fall umfasst die Vorrichtung üblicherweise weiterhin eine Luftreinigungseinrichtung zum Lenken von Luft über die Außenfläche des Schutzelements. Dies hilft, den Aufbau von Schmutz auf dem Schutzelement zu verringern, wodurch die Frequenz verringert wird, mit der das Schutzelement gereinigt werden muss.
Typischerweise umfasst der Detektor eine oder mehrere Photodioden. Daher kann ein Germaniumdetektor, ein Indiumgalliumarsenid(InGaAs)- oder ein Siliziumdetektor verwendet werden. Im letzteren Fall wäre der Detektor nur mit Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von sichtbar bis 1,1 Mikrometer verwendbar, was die niedrigste erfassbare Temperatur auf etwa 350°C begrenzen würde.
Vorzugsweise umfasst die Angabe der Temperatur des Rohlings eine graphische Anzeige des Temperaturprofils entlang der Länge des Rohlings. Es kann jedoch eine numerische Angabe der Temperatur des Rohlings an verschiedenen Punkten wie auch eine Angabe der minimalen und/oder maximalen Temperatur vorgesehen sein.
Die Vorrichtung wird verwendet, um die Temperatur von Aluminiumrohlingen zu erfassen. Dies liegt daran, dass Aluminiumrohlinge einen variablen Emissionsgrad aufweisen und ihre Temperatur daher schwierig zu erfassen ist.
Typischerweise umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Filter, das zwischen dem Detektor und dem Emissionsgradverstärker positioniert ist, um die Strahlungserfassung auf den Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1,8 Mikrometer zu begrenzen.
Die Erfassung von Strahlung in den Wellenlängenbändern 0,8 bis 1,8 Mikrometer kann jedoch wahlweise durch Platzieren einer Anordnung von Erfassungselementen hinter einem Dispersionselement erreicht werden, wie z.B. einem Prisma oder Beugungsgitter, oder durch Verwendung mehrfacher Erfassungselemente und Spektralfilter in Kombination mit einem optischen Strahlungsteiler, oder durch Anbringen von zwei Erfassungselementen mit unterschiedlichen Spektralempfindlichkeiten in "Tandemanordnung", so dass Strahlung, die durch das erste Elemente hindurchtritt, durch das zweite erfasst wird, oder durch Anbringen eines rotierenden Rades, das verschiedene Spektralfilter vor ein einzelnes Erfassungselement hält.
Genauer ist der Detektor vorzugsweise eingerichtet, um ein einzelnes Wellenband von 1,6 Mikrometer zu erfassen, da dies die verlässlichsten Ablesungen bereitstellt.
Der Detektor erzeugt üblicherweise analoge Signale. In diesem Fall umfasst das Abfragen der Signale weiterhin die Schritte des Verstärkens von durch den Detektor erzeugten Signalen und Digitalisieren der verstärkten Signale zu vorbestimmten Zeitintervallen. Es ist jedoch verständlich, dass die Bearbeitung direkt an den analogen Signalen ausgeführt werden kann, wobei der Digitalisierungsschritt in diesem Fall nicht erforderlich ist.
Vorzugsweise wird die Temperatur in regelmäßigen Intervallen entlang der Länge des Rohlings bestimmt. Entsprechend kann ein Temperaturprofil erzeugt werden, das Temperaturschwankungen entlang der Länge des Rohlings wiedergibt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Erzeugen und Anzeigen einer graphischen Wiedergabe des Temperaturprofils. Wahlweise kann jedoch eine Sequenz von numerischen Werten ausgegeben werden, die die Temperaturschwankung entlang der Länge des Rohlings wiedergibt.
Der Schritt des Bestimmens der Temperatur umfasst typischerweise das Modifizieren der digitalisierten Signale in Übereinstimmung mit einer Anzahl von vorbestimmten Koeffizienten, so dass die modifizierten Signale die Temperatur des Rohlings wiedergeben. Koeffizienten können daher vorbestimmt werden, wenn die Vorrichtung anfänglich konfiguriert wird, wodurch sichergestellt wird, dass die bestimmte Temperatur eine präzise Wiedergabe der Temperatur des Rohlings ist. Es können jedoch auch andere Verfahren verwendet werden, wie z.B. das Verwenden der digitalisierten Signale, um auf eine Nachschlagtabelle zuzugreifen, die eine Angabe der Temperatur bereitstellt, die durch das Signal wiedergegeben wird.
Es ist verständlich, dass das Verfahren des zweiten Aspekts der Erfindung durchgeführt werden kann, indem die Vorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung verwendet wird.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines ersten Beispiels der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erfassen der Temperatur eines Rohlings ist;
2 ein schematisches Diagramm eines zweiten Beispiels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erfassen der Temperatur eines Rohlings ist;
3 ein schematisches Diagramm einer modifizierten Ausführung der Vorrichtung der 1 ist;
4 ein schematisches Diagramm eines alternativen Oberflächenreflektors zur Verwendung in der Vorrichtung der 1 bis 3 ist;
5 ein schematisches Diagramm des in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Prozessors ist; und
6 ein schematisches Diagramm einer modifizierten Ausführung der Vorrichtung der 1 ist, die eine alternative Bearbeitungsanordnung verwendet.
1 zeigt ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung, das einen Emissionsgradverstärker umfasst, allgemein bei 1 mit einem Detektor 2 gekoppelt gezeigt, der wiederum mit einem Prozessor 3 und einer Anzeige 4 gekoppelt ist.
In Betrieb wird ein Aluminiumrohling 5 unter Verwendung einer Transportvorrichtung (nicht gezeigt) in Richtung des Pfeils 6 an dem Emissionsgradverstärker 1 vorbei transportiert. Wenn der Rohling den Emissionsgradverstärker 1 passiert, wird Strahlung durch den Emissionsgradverstärker gesammelt und an den Detektor 2 übermittelt.
Der Detektor 2 erzeugt elektrische Signale, die die Menge der Infrarotstrahlung darstellen, die darauf auftrifft. Während der Detektor 2 eingerichtet sein kann, um Strahlung nur bei einer einzelnen Wellenlänge zu erfassen, arbeitet der Detektor in dem vorliegenden Beispiel, um Strahlung bei mehreren verschiedenen Wellenlängen zu erfassen. Dies wird durch Verwendung einer Anordnung von Detektorelementen (nicht gezeigt) erreicht, wie z.B. Germanium-Photodioden, von denen jede eingerichtet ist, um Strahlung bei einer unterschiedlichen Wellenlänge zu erfassen. Die Dioden sind neben einem Prisma oder einem Beugungsgitter positioniert, so dass Strahlung des zu erfassenden Wellenbandes auf die entsprechende Diode gerichtet wird.
Die durch den Detektor erzeugten Signale werden von dem Prozessor 3 verwendet, um die Temperatur des Aluminiumrohlings 5 zu bestimmen. Der Prozessor 3, der detaillierter in 5 gezeigt ist, umfasst einen Verstärker 60, der mit dem Detektor 2 und einem Analog-Digital-Wandler 61 gekoppelt ist. Der Ausgang des Wandlers 61 ist mit einem Multiplizierer 62 gekoppelt, der auch mit einem Speicher 63 und der Anzeige 4 gekoppelt ist, wie gezeigt.
Von dem Detektor empfangene Signale werden durch den Verstärker 60 verstärkt und dann in regelmäßigen Intervallen durch den Wandler 61 digitalisiert. Die digitalisierten Signale werden durch den Multiplizierer 62 in Übereinstimmung mit im Speicher 63 gespeicherten Koeffizienten skaliert, bevor sie auf der Anzeige 4 angezeigt werden.
Die Anzeige 4 kann eine graphische Anzeige umfassen, wobei in diesem Fall eine graphische Wiedergabe des Temperaturprofils entlang der Länge des Rohlings 5 erzeugt wird. Wahlweise kann die Anzeige 4 einfach eine Textanzeige sein, wobei in diesem Fall eine Angabe der maximalen, minimalen und/oder mittleren Temperaturen angezeigt werden kann.
Es wird nun der Emissionsgradverstärker 1 detaillierter beschrieben. Der Emissionsgradverstärker umfasst eine geformte Reflektoroberfläche 10, die durch Vergolden der Oberfläche eines Hauptgehäuses 11 gebildet wird. Eine Blende 12 ist in dem hinteren Abschnitt der Reflektoroberfläche 10 vorgesehen, und darin ist eine Hülse 13 angeordnet. Die Hülse wird verwendet, um ein Glasfaserkabel 14 anzubringen, das die Blende 12 mit dem Detektor 2 koppelt. Das Glasfaserkabel ist allgemein von einem Schutzgummimantel 15 umgeben.
Über die Vorderseite des Gehäuses 11 ist ein Schutzfenster 16 angebracht, das allgemein aus Pyrexglas oder dergleichen gebildet ist. Das Schutzfenster wird verwendet, um den vergoldeten Oberflächenreflektor 10 vor den Auswirkungen von Schmutz zu schützen, sowie auch, um die Reflektoroberflächen davor zu schützen, zerkratzt oder beschädigt zu werden.
Wahlweise kann ein Filter 21 zwischen der Blende 12 und dem Detektor 2 positioniert werden, um Strahlungswellenlängen wie z.B. sichtbare oder UV-Strahlung auszufiltern, die nicht zu Erfassungszwecken verwendet werden. Das Filter ist üblicherweise ein Bandpassfilter, das so konstruiert ist, dass es Strahlung mit Wellenlängen in dem Bereich von 0,8 bis 1,8 Mikrometer durchlässt. In diesem Fall ist das Filter 21 zwischen dem Glasfaserkabel 14 und dem Detektor 2 angebracht, wie gezeigt.
An einem Rand des Gehäuses 11 ist ein Luftreinigungssystem angebracht, das aus einem Gehäuse 17 gebildet ist, das über ein Rohr 18 mit einer Luftpumpe 19 verbunden ist. Dies wird verwendet, um zu unterbinden, dass das Schutzfenster 16 des Emissionsgradverstärkers 1 mit der Zeit schmutzig wird, was die Strahlungsmenge reduzieren würde, die durch das Schutzfenster 16 durchgelassen werden kann. Dies wird erreicht, indem man die Luftpumpe 19 über das Rohr 18 saubere Luft in das Gehäuse 17 pumpen lässt. Diese Luft wird dann, wie durch die Pfeile 20 gezeigt, über die Oberfläche des Fensters 16 gelenkt. Dies hilft, Schmutz aus dem Bereich direkt vor dem Fenster 16 zu entfernen, wodurch geholfen wird, den Aufbau von Schmutz auf dem Fenster zu verhindern.
Es wird nun die Arbeitsweise des Systems beschrieben. Die von dem Rohling 5 emittierte Strahlungsmenge hängt von seiner Temperatur, seinem Emissionsgrad und dem betrachteten Wellenlängenband ab.
Für den Fall, in dem der Detektor eine einzelne Strahlungswellenlänge λ erfasst, kann das von dem Detektor 2 ausgegebene Signal (S) daher als S = e·f(T) (1)geschrieben werden, wobei

e: – Emissionsgrad bei der Wellenlänge λ
f(t): – Signal, das für einen idealen "schwarzen" Rohling bei der Wellenlänge λ erhalten werden würde.

Wenn die Erfassung in zwei Wellenbändern λ₁, λ₂ erfolgt, umfasst das von dem Detektor ausgegebene Signal zwei Komponenten S₁, S₂, deren Werte durch folgende Gleichungen gegeben werden: S1 = e1·f1(T) (2) S2 = e2·f2(T) (3) wobei:

e₁: – Emissionsgradwert bei der Wellenlänge λ₁
e₂: – Emissionsgradwert bei der Wellenlänge λ₂
f₁(T): – Signal, das für einen idealen "schwarzen" Rohling bei der Wellenlänge λ₁ erhalten werden würde
f₂(T): – Signal, das für einen idealen "schwarzen" Rohling bei der Wellenlänge λ₂ erhalten werden würde.

Die Funktionen f(T), f₁(T), f₂(T) werden leicht empirisch bestimmt, indem man das Instrument Kalibrationsquellen schwarzer Körper von bekannter Temperatur betrachten lässt.
Um das Instrument zur Bestimmung der Temperatur des Rohlings 5 zu verwenden, ist es nötig, etwas über die Emissionsgradwerte des Rohlings zu wissen. Wenn nur ein Detektionswellenband verwendet wird, ist es nötig, den Emissionsgradwert zu kennen, der zu dem Wellenband zugehörig ist. Wenn jedoch zwei Wellenbänder verwendet werden, reicht es aus, eine funktionale Beziehung zwischen dem Emissionsgrad in den beiden Wellenbändern zu kennen, die durch die folgende Gleichung gegeben wird: e2 = F(e1) (4)
In diesem Fall werden drei Gleichungen (2), (3) und (4) zur Verfügung gestellt, die die Unbekannten e₁, e₂, T miteinander in Beziehung bringen. Dies ermöglicht das Eliminieren der unbekannten Werte aus den Gleichungen, so dass die Temperatur bestimmt werden kann.
Man beachte jedoch, das fehlerhafte Annahmen über die Emissionsgrade zu Fehlern in den abgeleiteten Temperaturen führen können.
In Abwesenheit des geformten Reflektors sind die effektiven Emissionsgradwerte einfach die Oberflächenemissionsgrade des Rohlings 5. Diese können aufgrund von Abweichungen im chemischen Aufbau und Oberflächenzuständen von Rohling zu Rohling deutlich variieren.
Die Reflektoroberfläche 10 verstärkt die effektiven Emissionsgradwerte jedoch auf den eines isothermischen Hohlraums (oder eines idealen "schwarzen" Körpers) hin, in welchem Fall der Emissionsgrad gegen eins geht.
Dies wird erreicht, indem eine Situation von mehreren Strahlungsreflexionen zwischen der Oberfläche des Rohlings 5 und der Reflektoroberfläche 10 geschaffen wird. In dem begrenzenden Fall (in der Praxis nicht erreicht), in dem die Strahlung vollständig zwischen einer perfekten Reflektoroberfläche 10 und der Oberfläche des Rohlings 5 eingefangen wird, wird der effektive Emissionsgrad dann ungeachtet der Wellenlänge der emittierten Strahlung und ungeachtet des Oberflächenzustands des Rohlings eins.
In der Praxis ist die Reflektoroberfläche 10 nicht perfekt, und es gibt ein "Lecken" von Strahlung, so dass die effektiven Emissionsgradwerte von genau eins nicht erreicht werden. Die Abweichungen von Rohling zu Rohling werden jedoch sehr stark unterdrückt.
Das bedeutet, dass trotz deutlicher Abweichungen im chemischen Aufbau und im Oberflächenzustand von Rohling zu Rohling beständig sehr präzise Temperaturen erhalten werden, wenn sinnvolle Emissionsgradwerte basierend auf vorherigen Versuchen in das Instrument eingebaut werden.
Entsprechend wird wenigstens ein Teil der in dem Hohlraum zwischen dem Rohling 5 und der Reflektoroberfläche 10 eingeschlossenen Strahlung durch das Schutzfenster 16 durchgelassen und trifft auf die Blende 12. Diese wird dann von dem Glasfaserkabel 14 zu dem Detektor 2 geleitet.
Wie oben erwähnt, werden die von dem Detektor 2 ausgegebenen Signale durch den Verstärker 60 verstärkt, bevor sie durch den Analog-Digital-Wandler 61 digitalisiert werden. Der Wandler 61 ist üblicherweise ein 16-Bit-Analog-Digital-Wandler, der so betrieben wird, dass er die verstärkten Signale periodisch abfragt. Der Wandler 61 gibt daher ein digitales 16-Bit-Signal aus, das die von dem Detektor 2 zur Zeit des Abfragens erfasste Größe der Strahlung wiedergibt.
Die digitalisierten Signale werden an den Multiplizierer 62 übermittelt, der arbeitet, um die Signale in Übereinstimmung mit in dem Speicher 63 gespeicherten Koeffizienten zu multiplizieren. Diese Koeffizienten sind als Responsivitätskorrekturfaktor(RCF)-Koeffizienten bekannt und werden so ausgewählt, dass das von dem Detektor erhaltene Signal wie durch Gleichungen (1), (2), (3), (4) gefordert modifiziert wird, so dass das von dem Multiplizierer 62 ausgegebene Signal die Temperatur des Rohlings 5 wiedergibt.
Wie der Fachmann verstehen wird, werden die RCF-Koeffizienten anfänglich durch Kalibrieren des Detektors während eines Initialisierungsvorgangs bestimmt. In diesem Fall würde der Detektor 2 verwendet werden, um von schwarzen Körpern mit bekannter Temperatur und bekanntem Emissionsgrad emittierte Strahlung zu erfassen. Die RCF-Koeffizienten werden dann basierend auf Gleichungen (1), (2), (3), (4) berechnet, um sicherzustellen, dass die korrekte Temperatur von dem Multiplizierer 62 ausgegeben wird.
Dies wird auch für eine Anzahl verschiedener Körper mit unterschiedlichen Emissionsgraden wiederholt. Dies erlaubt die Bestimmung eines jeweiligen Satzes von RCF-Koeffizienten für einen gegebenen Emissionsgrad. Beim Ausführen von Messungen kann der Emissionsgrad der zu messenden Probe entsprechend so spezifiziert werden, dass der passende Satz von RCF-Koeffizienten verwendet wird, wodurch sichergestellt wird, dass die korrekte Temperatur bestimmt wird.
Entsprechend ist im vorliegenden Beispiel die Gesamtstrahlungsmenge, die auf den Detektor 2 auftrifft, größer als die, die aufgetreten wäre, wenn der Emissionsgradverstärker 1 nicht vorhanden gewesen wäre. Daher wird der effektive Emissionsgrad des Körpers verstärkt. Entsprechend werden die von dem Multiplizierer 62 verwendeten RCF-Koeffizienten in Übereinstimmung mit dem effektiven Emissionsgrad des Rohlings ausgewählt. Dieser Wert hängt von dem verwendeten Emissionsgradverstärker und insbesondere der Form des Reflektorprofils und dem Abstand zwischen dem Rohling 5 und dem Emissionsgradverstärker 1 ab. In dem vorliegenden Beispiel verwendet der Reflektor einen hyperbolisch geformten Reflektor mit einem Durchmesser an dem Schutzfenster 16 von etwa 50 mm. Der Rohling befindet sich etwa 15 mm von dem Schutzfenster 16 entfernt. Der Detektor arbeitet in einem einzelnen Wellenlängenband von etwa 0,8 bis 1,8 Mikrometer und bevorzugt bei 1,6 Mikrometer. Dies führt zu einem effektiven Emissionsgrad von σ = 0,95.
Entsprechend gibt der Bediener über einen Eingang (nicht gezeigt) einen Wert von 0,95 in den Prozessor 3 ein. Dies bewirkt, dass der Multiplizierer 62 den Satz von RCF- Koeffizienten auswählt, die zu einem Emissionsgrad von 0,95 gehören und die in dem Speicher 63 gespeichert sind. Wenn die von dem Wandler 61 ausgegebenen digitalisierten Signale von dem Multiplizierer 62 multipliziert werden, gibt das resultierende Signal entsprechend die Temperatur des Rohlings wieder. Diese Signale werden dann so auf der Anzeige 4 angezeigt, dass sie das Temperaturprofil entlang der Länge des Rohlings zu Zeiten wiedergeben, zu denen die verstärkten Signale durch den Wandler 6l digitalisiert wurden.
Die vergoldete Reflektoroberfläche 10 weist ein hyperbolisches Profil auf, das es dem Abstand zwischen dem Rohling 5 und dem Emissionsgradverstärker erlaubt, um einen erheblichen Betrag zu schwanken, ohne dass die erfasste Strahlungsgröße ungünstig beeinflusst wird.
Ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. In diesem Fall sind die Hülse 13, das Glasfaserkabel 14 und der Mantel 15 durch ein einfaches Sichtrohr 30 ersetzt. Das Sichtrohr arbeitet, um den Detektor 2 optisch mit der Blende 12 zu kuppeln.
Dies wird erreicht, indem man Strahlung durch die Blende 12 treten lässt, wie bei 32 angegeben, die durch eine in dem Sichtrohr 30 angeordnete Linse 31 fokussiert wird. Wie gezeigt, trifft diese fokussierte Strahlung dann auf den Detektor 2 auf. Das Filter kann auch in dem Sichtrohr 30 enthalten sein, wie gezeigt. Das System arbeitet dann wie mit Bezug auf 1 beschrieben.
Ein drittes Beispiel der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. In diesem Fall ist die Vorrichtung der 1 durch Entfernen des Luftreinigungssystems modifiziert. Der Emissionsgradverstärker 1 arbeitet immer noch wie mit Bezug auf 1 beschrieben, obwohl in diesem Fall ein häufigeres Reinigen des Schutzfensters 16 erforderlich wäre. Es ist verständlich, dass an der Vorrichtung der 2 eine ähnliche Modifikation vorgenommen werden könnte.
In 4 ist ein Beispiel eines alternativen Emissionsgradverstärkers zur Verwendung in einem beliebigen der oben beschriebenen Beispiele gezeigt. In diesem Fall wurde das Schutzfenster 16 entfernt und durch eine Schutzschicht 50 ersetzt, die wie gezeigt über die Reflektoroberfläche 10 gelegt ist. Dies ist im Aufbau einem versilberten Spiegel ähnlich und erlaubt daher ein Reinigen der Reflektoroberfläche, ohne die vergoldete Reflektoroberfläche 10 zu beschädigen.
In diesem Beispiel ist das Luftreinigungssystem durch Verwendung eines alternativen Gehäuses 57 modifiziert, das Luft über die Schutzschicht 50 lenkt, wie durch den Pfeil 58 gezeigt. Wahlweise kann das Luftreinigungssystem jedoch weggelassen und die Schutzschicht 50 von Hand gereinigt werden.
Es wird nun ein alternatives Verfahren zum Bearbeiten von Signalen mit Bezug auf 6 beschrieben, die eine modifizierte Ausführung der Vorrichtung der 1 ist. In diesem Beispiel umfasst der Detektor 74 ein Detektorelement 71, das mit einem Analogprozessor gekoppelt ist, üblicherweise als "Multifunktionswandler" 72 bezeichnet.
Das Detektorelement 71 ist aus einer Germanium-Photodiode gebildet, die als Reaktion auf auftreffende Strahlung ein kleines analoges Spannungssignal erzeugt. Die Photodiode ist typischerweise so konfiguriert, dass sie ein einzelnes Wellenband erfasst, obwohl auch mehrere Wellenbänder erfasst werden können.
Die von dem Detektorelement 71 ausgegebenen Signale werden an den Wandler 72 übermittelt, der arbeitet, um das Signal in ein Spannungssignal von ordentlicher Größe zu verstärken. Dieses Spannungssignal wird dann mit einem Verstärkungsfaktor 1/e multipliziert, wobei e der Emissionsgradwert ist (typischerweise 0,95). Dieser Wert muss durch den Benutzer unter Verwendung eines Eingangs (nicht gezeigt) eingestellt werden.
Das modifizierte Signal wird dann in Übereinstimmung mit der Gleichung T = a·Sα + blogarithmisch komprimiert, wobei

S: – Eingangssignal;
T: – Ausgangssignal;
a: – Konstante
b: – Konstante
α: – Konstante

Die Konstanten a, b, α sind in Form von Widerstandswerten in den Wandler eingebaut, die abhängig von dem zu messenden Temperaturbereich ausgewählt werden. Vorzugsweise können die Widerstände so eingestellt werden, dass für die obere und untere Hälfte des Messbereichs unterschiedliche Werte verwendet werden.
Als Ergebnis gibt der Wandler 72 ein Spannungssignal aus, das etwa proportional zur Rohlingstemperatur ist (obwohl es einige Verzerrung aufweisen kann, weil die obige Gleichung nur eine Näherung von Plancks Gleichung ist).
Die Ausgabe von dem Wandler wird an einen Prozessor 73 übermittelt, der in Intervallen von etwa 10 mS eine 16-Bit-Analog-Digital-Wandlung durchführt. Dann berechnet er die Rohlingstemperatur unter Verwendung einer Nachschlagtabelle, die die bekannte Verzerrung in dem empfangenen Signal korrigiert.
Der Prozessor 73 zeigt die Rohlingstemperatur dann auf die normale Weise auf der Anzeige 4 an. Diese kann deshalb eine Angabe der Temperatur oder ein Temperaturprofil umfassen, das Abweichungen in dem Temperaturprofil entlang der Länge des Rohlings wiedergibt.
Es ist verständlich, dass das mit Bezug auf 6 beschriebene Bearbeitungssystem auch in geeignetermaßen modifizierten Ausführungen der Vorrichtungen der 2, 3 und 4 implementiert werden kann.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Rohlings, umfassend das Messen der Temperatur eines Rohlings durch: Erfassen einer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich 0,8 bis 1,8 Mikrometer, die vom Rohling emittiert wird, unter Verwendung eines Detektors; Verstärken der von dem Rohling emittierten Strahlung unter Verwendung eines Emissionsgradverstärkers, wobei der Emissionsgradverstärker einen konkav geformten Strahlungsreflektor aufweist, der eine Blende umfasst, die dem Rohling in Verwendung zugewandt ist, wobei der Detektor über einen flexiblen Glasfaserlichtleiter mit der Blende gekoppelt ist; und Bearbeiten von Signalen, die von dem Detektor erzeugt werden, um dadurch eine Angabe der Temperatur des Rohlings zu bestimmen, wobei der Rohling ein Aluminiumrohling ist, der Detektor entfernt von dem Emissionsgradverstärker positioniert ist, der Strahlungsreflektor des Emissionsgradverstärkers dem Rohling benachbart positioniert und diesem zugewandt ist; der konkav geformte Reflektor als Hyperbel geformt ist und das Temperaturmessverfahren weiterhin umfasst Bewegen des Rohlings relativ zu dem Detektor; Abfragen der von dem Detektor erzeugten Signale; Bestimmen der Temperaturen, die von den abgefragten Signalen wiedergegeben werden; Erzeugen einer Angabe der bestimmten Temperaturen derart, dass eine Anzahl von Temperaturmessungen entlang der Länge des Rohlings erhalten wird, wenn sich der Rohling relativ zu dem Detektor bewegt; und wobei das Verfahren weiterhin das Transportieren der Rohlinge an eine Extrusionspresse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Detektor analoge Signale erzeugt und wobei der Schritt des Abfragens der Signale weiterhin folgende Schritte umfasst: Verstärken der von dem Detektor erzeugten Signale; und Digitalisieren der verstärkten Signale zu vorbestimmten Zeitintervallen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt des Erzeugens einer Angabe der bestimmten Temperatur das Erzeugen und Anzeigen einer graphischen Wiedergabe des Temperaturprofils entlang der Länge des Rohlings umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bestimmens der Temperatur ein solches Modifizieren der digitalisierten Signale in Übereinstimmung mit einer Anzahl von vorbestimmten Koeffizienten umfasst, dass die modifizierten Signale die Temperatur des Rohlings wiedergeben.
Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Aluminiumrohlings (5), wobei die Vorrichtung umfasst: einen Detektor (2) zum Erfassen von Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich 0,8 bis 1,8 Mikrometer, die von dem Rohling emittiert wird; einen Emissionsgradverstärker (1), der von dem Detektor entfernt ist, dem Rohling in Verwendung zugewandt ist und mit dem Detektor zum Verstärken der von dem Rohling emittierten Strahlung gekoppelt ist, wobei der Emissionsgradverstärker einen konkav geformten Strahlungsreflektor (10) aufweist, der eine Blende (12) umfasst, die dem Rohling in Verwendung zugewandt ist; einen Lichtleiter (14) zum Koppeln des Detektors (2) mit der Blende (12); einen Prozessor (3), der auf den Detektor reagiert, zum Erzeugen einer Angabe der Temperatur des Rohlings, wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel zum Bewegen des Rohlings relativ zu dem Detektor umfasst; und wobei der Lichtleiter (14) aus einem flexiblen Glasfaserkabel gebildet ist; und wobei die konkav geformte Oberfläche (10) hyperbolisch ist; und wobei der Prozessor eingerichtet ist, um die folgenden Schritte auszuführen: Abfragen der von dem Detektor erzeugten Signale, Bestimmen der von den abgefragten Signalen wiedergegebenen Temperaturen und Erzeugen einer Angabe der bestimmten Temperatur derart, dass eine Anzahl von Temperaturmessungen entlang der Länge des Rohlings erhalten wird, wenn sich der Rohling relativ zu dem Detektor bewegt; und wobei die Vorrichtung eine Aluminiumextrusionspresse umfasst, an die die Rohlinge transportiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Oberfläche des Reflektors (10) vergoldet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Vorrichtung weiterhin ein Schutzelement (16) zum Umgeben des geformten Strahlungsreflektors (10) des Emissionsgradverstärkers umfasst, wobei das Schutzelement für die Strahlung durchlässig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Schutzelement (16) ein Fenster umfasst, das sich über den geformten Strahlungsreflektor erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das Schutzelement (16) eine Innenfläche, die der reflektierenden Oberfläche (10) zugewandt ist, und eine Außenfläche, die dem Rohling (5) in Verwendung zugewandt ist, aufweist, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Luftreinigungseinrichtung (17) umfasst, um Luft über die Außenfläche des Schutzelements zu lenken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei de Detektor (2) eine oder mehrere Photodioden umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Angabe der Temperatur des Rohlings eine graphische Anzeige des Temperaturprofils entlang der Länge des Rohlings umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei der Detektor (2) eingerichtet ist, um ein einzelnes Wellenband von etwa 1,6 Mikrometer zu erfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der Detektor ein InGA- oder Germaniumdetektor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Filter umfasst, der zwischen dem Detektor und dem Emissionsgradverstärker positioniert ist, um die Strahlungserfassung auf den Wellenlängenbereich 0,8 bis 1,8 Mikrometer zu begrenzen.