JP2016501378A - 未知の放射率を有する移動物体の温度を非接触的に求めるための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、未知の放射率を有する移動物体、特に、その縦軸に沿って搬送されている金属ワイヤの温度を非接触的に求めるための方法に関し、方法は以下のステップを含む、すなわち、物体は、熱放射を放出する少なくとも１つの放射源を通じて誘導され、物体は、少なくとも１つの放射源によってほとんどまたは完全に包囲されるステップと、放射源を通じて誘導されるときに物体が通過する領域において、少なくとも１つの放射検出器を用いて空間分解熱放射測定が実施されるステップと、移動物体の温度は、空間分解熱放射測定に基づいて求められるステップ。その上、本発明は、対応するデバイスに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、未知の放射率を有する移動物体、特に、その縦軸に沿って搬送されている金属ワイヤの温度を非接触的に求めるための方法およびデバイスに関する。そのような金属ワイヤは、たとえば、電気ケーブルの導体としての役割を果たす。金属ワイヤは、０．１〜１００ｍｍの範囲内の直径を有し、適切な誘導装置によって、その縦方向に沿って、たとえば、押し出しデバイスへと搬送され、押し出しデバイスにおいて、絶縁シースが金属ワイヤに被着される。とりわけ押し出し工程について、しかしたとえば、先行する予熱、焼き付けまたは硬化工程についても、移動される金属ワイヤが設定温度を有することが必要である。芯の製造において、絶縁材がコネクタに付着することが重要である。この目的のために、導体が、押し出し機に入る直前に加熱される。加えて、導体の絶縁材が泡で覆われるときに、導体温度が一定であることが特に重要である。これはデータ伝送線に特に当てはまる。それゆえ、そのような移動物体の温度を測定し、必要な場合に温度を設定点に調整することが必要とされる。

測定されるべき物体によって放出される熱放射を検出することができる、いわゆるパイロメータを用いて、非接触式温度測定が実施される。既知のパイロメータは、たとえば、２〜１５μｍのような赤外線波長範囲内で動作する。既知であるように、熱放射は、以下の式に従って３つのパラメータを使用して求められる。
ｅ＋ｒ＋ｔ＝１ ・・・式（１）

式中、ｅは放射率を示し、ｒは反射率を示し、ｔは透過率を示す。ここでの測定されるべき物体では、金属の透過率は、赤外線測定範囲内では基本的にゼロであると仮定され得る。それゆえ、上記式（１）は以下のように単純化することができる。
ｅ＋ｒ＝１ ・・・式（２）

理想的な黒体放射体では、反射ではゼロであり、すなわち、ｅ＝１である。金属ワイヤのような現実の物体では、反射率ｒは一般に、放射率ｅよりもはるかに大きい。加えて、放射率は、表面品質または温度のような要因に応じて変化する。それゆえ、実際には、測定されるべき移動物体の放射率は分からないことが多い。

放射率ｅが分からない物体の温度を非接触的に測定することができる方法が既知である。測定されるべき物体を外部から照射することによって、式ｅ＋ｒ＝１における放射率ｅ＜１を所与として、１未満である放射量が外部放射によって補償される。特に、外部放射源から測定されるべき物体に向けられる熱放射は、物体の反射率ｒに従って物体によって反射され、それによって、熱放射の失われた部分は、外部放射によって多かれ少なかれ１まで「満たされる」。これに基づいて、放射パイロメータ内の非接触式温度センサは、℃などの再現可能な測定温度値に較正することができる。

外部放射を用いるそのような方法は、たとえば、ドイツ特許第６９１０３２０７号明細書から既知である。既知の方法において、固定して配置された表面の大きいウェハが処理チャンバ内で測定される。しかしながら、細い金属ワイヤなどの小さい物体の非接触式温度測定において、測定されるべき物体に対する温度センサの位置合わせは問題がある。これは、測定されるべき物体が固定されず、移動しているときに特に当てはまる。特に、そのような移動は、測定されるべき物体を、完全にまたは部分的のいずれにせよ、温度センサの測定領域から出るようにする可能性がある。両方の事例において、不正確な測定値が生じる。これは、移動物体が非接触式温度センサの最適な解像（合焦）の面内になく、それゆえ、測定スポットが測定されるべき物体よりも大きくなる可能性がある場合にも当てはまる。米国特許第４４０９０４２号明細書は、銅ワイヤが放物面反射鏡装置を通じて誘導される、その縦方向に沿って移動される銅ワイヤの温度の非接触式測定のための方法を記載している。放物面反射鏡装置は、高反射性の表面を有し、その焦点またはその焦点軸内の放射を反射する。赤外線検出器がこの焦点、または焦点軸上の点上に合焦される。このように、振動を受ける移動している銅ワイヤであっても、その信頼可能な温度測定が可能である。しかしながら、この方法は著しく複雑である。この方法は、実際に実施すると、温度測定が常に必要な精度を提供するとは限らないことが分かった。

ドイツ特許第６９１０３２０７号明細書 米国特許第４４０９０４２号明細書

説明した従来技術に基づいて、本発明の目的は、直径が小さくても移動物体の正確で常に信頼可能な非接触式測定が実現可能である、上述したタイプの方法およびデバイスを提供することである。

本発明は、独立請求項１および１８の主題によってこの目的を達成する。従属請求項、本明細書および図面において有利な実施形態を見出すことができる。

本発明は、一方では、未知の放射率を有する移動物体、特に、その縦軸に沿って搬送されている金属ワイヤの温度を非接触的に求めるための方法によってこの目的を達成し、方法は、以下のステップ、すなわち、物体は、熱放射を放出する少なくとも１つの放射源を通じて誘導され、物体は、少なくとも１つの放射源によってほとんどまたは完全に包囲されるステップと、放射源を通じて誘導されるときに物体が通過する領域において、少なくとも１つの放射検出器を用いて空間分解熱放射測定が実施されるステップと、移動物体の温度は、空間分解熱放射測定に基づいて求められるステップとを含む。

さらに、本発明は、未知の放射率を有する移動物体、特に、その縦軸に沿って搬送されている金属ワイヤの温度を非接触的に求めるためのデバイスによってこの目的を達成し、デバイスは、熱放射を放出する少なくとも１つの放射源および誘導デバイスであって、誘導デバイスによって、移動物体は、少なくとも１つの放射源を通じて誘導され得、物体は、少なくとも１つの放射源によってほとんどまたは完全に包囲される、少なくとも１つの放射源および誘導デバイスと、放射源を通じて誘導されるときに物体が通過する領域において、空間分解熱放射測定を実施するように設計されている少なくとも１つの放射検出器と、空間分解熱放射測定に基づいて移動物体の温度を求めるように設計されている評価装置とを備える。

本発明による方法または、それぞれ本発明によるデバイスはたとえば、移動している金属の温度を求めまたは、それぞれ特に測定する役割を果たす。上記で説明したように、そのような金属ワイヤはたとえば、ケーブルの導電体であってもよい。これに応じて、金属ワイヤは、たとえば、銅ワイヤなどであってもよい。そのような金属ワイヤは、たとえば、押し出しデバイスに沿って誘導されるように金属ワイヤの縦方向に沿って搬送され、押し出しデバイスにおいて、プラスチックから作製される絶縁シースが金属ワイヤ上に押し出される。同じく上述したように、そのような移動物体の温度を測定し、必要な場合に温度を設定点に調整することが重要である。本発明による測定されるべき物体の放射率は分かっていない。測定されるべき物体は黒体放射体ではないため、放射率はいずれにせよ１未満である。たとえば、銅ワイヤの放射率は０．１よりも大幅に小さい。少なくとも銅などの金属の赤外線測定範囲内では、透過率はゼロに近づくため、反射率は非常に高い。

本発明によれば、測定されるべき移動物体から反射される熱放射は、少なくとも１つの（外部）放射源から発する。放射源は、適切な加熱装置によって加熱され得、その温度に応じて特定の較正可能な熱放射を放出する。移動物体は放射源を通じて誘導され、放射源を通じた誘導中に、少なくともほとんど、特定的にはほぼ完全に、放射源によって包囲される。無論、これは常に、たとえば、放射源によってほとんどまたは完全に包囲される、移動している金属ワイヤの放射源を通じて誘導されている部分である。この文脈において、「ほとんど」は、表面の大部分が放射源によって包囲されることを意味する。光学的機能に無関係な周縁の箇所において金属ワイヤを導入するためのスリットは、実際には重要でない可能性がある。移動物体は、その求められるべき温度に応じて、赤外線範囲内の熱放射を放出する。加えて、物体は、放射源によって放出される熱放射を反射する。上記式２における反射される部分は、補償放射源としての役割を果たす放射源によって放出される熱放射によって、既知のように１まで「満たされる」。

特にパイロメータであってもよい少なくとも１つの放射検出器が、一方では少なくとも１つの放射源によって放出される（また、非黒体放射体を所与として反射される）熱放射であるすべての熱放射を検出する。他方では、少なくとも１つの反射検出器は、移動物体によって放出および反射される熱放射を検出する。したがって、本発明によれば、直径が小さい移動物体についてさえ、明瞭に規定された較正可能な測定環境が生成され、この測定環境においては、放射率が分かっていない場合でさえ、温度測定も実現可能である。

さらに、本発明によれば、熱放射の非接触式空間分解測定が行われる。空間分解測定について、少なくとも１つの放射検出器は、測定されるべき物体が予期される領域を走査する。空間分解熱放射測定は、少なくとも１つの赤外線放射検出器などを用いて実行されてもよい。これに応じて、少なくとも１つの放射線検出器は、少なくとも１つの赤外線放射検出器などを含んでもよい。走査は、たとえば、少なくとも１つの放射線検出器を動かすこと、特に搖動することによって実行されてもよい。空間分解放射検出器、特に熱探知カメラによって空間分解熱放射測定を実施することも可能である。空間分解放射検出器は、たとえば、１次元ラインセンサ、または２次元ボロメータセンサアレイであってもよい。

測定されるべき物体を包囲する放射源の温度は測定することができ、それゆえ既知である。熱画像センサ（ラインまたは画像センサ）のビデオ信号におけるような、空間分解測定において測定されるべき物体は、その温度が周囲の放射源に対応するときに見えなくなる。逸脱している温度は、測定されるべき物体の温度が周囲の放射源の温度よりも低いかまたは高いかに応じて決まる空間分解熱放射測定におけるより低いまたはより高い測定レベルによって表される。空間分解測定における金属ワイヤのようなストランド状の製品の温度の判定において、それらの製品が縦方向に延伸していることを所与として、それらの製品は少なくとも一時的に、最適な鮮明度の平面（放射検出器の測定フォーカス）内にあることが保証され得る。したがって、本発明によれば、直径が小さい、特に、たとえば、熱探知カメラについてピクセル面積および光学画像スケールからもたらされる放射検出器の測定領域よりも小さい未知の放射率を有する物体でさえ精密かつ信頼可能に、非接触的に温度を測定することが可能である。

少なくとも１つの放射源は好ましくは、黒体として設計されるべきである。既知であるように、黒体放射体は、１の放射率を有する理想化されたものである。この実施形態によれば、そのような黒体放射体は、実際に実現可能であり有用である限りにおいて近似される。既知であるように、黒体放射体の良好な近似は、黒色被膜を設けられ得る内面を有する、いわゆる空洞放射体である。これに応じて、少なくとも１つの放射源は、入口開口および出口開口を有する空洞放射体を含んでもよく、物体は入口開口および出口開口を通って空洞放射体を通じて誘導され、空洞放射体は、それによって空間分解熱放射測定が行われる少なくとも１つの測定開口を備える。この実施形態において、測定されるべき物体は、入口開口を通じて空洞放射体内へ誘導され、出口開口を通じて誘導し出される。加えて、空洞放射体は、特に入口開口および出口開口とは別個に形成される少なくとも１つの測定開口を有する。空洞放射体は、たとえば、中空円筒体であってもよい。このとき、入口開口および出口開口は、そうでなければシールされる中空円筒空洞放射体の対向する面内に配置されてもよい。このとき、少なくとも１つの測定開口は、放射検出器に対して、中空円筒空洞放射体の円筒面の領域における空洞放射体の内部への必要な視野を提供する。

別の実施形態によれば、空間分解熱放射測定は、空洞放射体を通じた物体の移動方向に通常対応する物体の縦軸に対する一定の角度、特に３０°〜６０°の角度にある方向にある少なくとも１つの測定開口を通じたものであってもよい。測定の方向は、放射検出器、たとえば、熱探知カメラの位置合わせによって規定される。測定の主方向も指定される。合焦レンズ系が使用されるとき、測定の主方向は、特に合焦レンズ系の光軸に沿う。熱探知カメラなどの放射検出器が２次元センサアレイを備えるとき、測定の主方向は一般に、センサアレイのアレイ面の中央に垂直に存在する。少なくとも１つの放射検出器が旋回軸を中心として搖動される限りにおいて、旋回軸と測定開口との間の接続が、測定の主方向を形成する。物体の移動方向において斜め方向の位置合わせが作動し得る。さらに、少なくとも物体の移動方向に対して横断方向に空間分解温度測定が行われるように、空間分解熱探知カメラなどの少なくとも１つの放射検出器が位置合わせされ得る。測定されるべき移動物体に加えて、放射検出器はまた、物体を包囲するいわゆる黒体放射体として設計される放射源も検出する。

移動物体の移動方向に対する放射検出器の斜め方向の位置合わせによって、空洞放射体の不可避の測定開口が測定結果に対して望ましくない影響を与えることが防止される。特に、物体の移動方向における実際の測定部位に対する測定開口オフセットは、黒体空洞放射体の非常に近密に近似される特性を損なうことはない。約４５°などの、３０°〜６０°の角度範囲が、これに関して特に適していることが証明されている。加えて、測定されるべき物体はまた、測定されるべき物体が依然として熱探知カメラのような放射検出器の視野範囲内に位置する限りにおいて、物体が放射検出器の見通し線に対して水平方向または垂直方向に逸脱するときにも、信頼可能に検出される。測定されるべき物体に加えて、熱探知カメラは、その背景における空洞放射体の放射を検出し、一方で、測定されるべき物体は、空洞放射体によって同時に照射され、それゆえ、反射ｒ＝１−ｅに対する必要な増補を受ける。それゆえ、この実施形態においても同様に、測定されるべき物体は、その温度が空洞放射体の温度に対応すると見えなくなる。たとえば、そこにおいて測定されるべき物体が熱探知カメラの視野を通過する中軸からの水平方向または垂直方向オフセットにかかわりなく、測定されるべき物体は常に、前進し続けながら、少なくとも一時的に最適値の面内で検出される。

別の実施形態によれば、移動物体の温度は、少なくとも１つの放射源によって放出および場合によって反射される測定熱放射と、移動物体によって放出および反射される測定熱放射との間の差を評価することによって求められ得る。この差は、空間および時間の両方において測定することができる。測定されるべき物体と、物体を包囲する放射源との間に温度差があるとき、空間分解温度測定によって、測定されるべき物体の領域内に測定強度の逸脱がもたらされる。同じく測定される放射源の熱放射の強度に対する負または正であるこの測定強度の逸脱は、空間分解能を所与として評価され得る。それゆえ、強度の空間分解測定中に記録されるダイアグラムにおいて最小値と最大値との間の差を評価することが可能である。放射源の温度が分かると、その温度から測定されるべき物体の温度を決定することができる。たとえば、経時的な測定差という意味で測定差測定領域にわたる平均強度を連続して求め、測定されるべき物体がこの測定領域に入るときにこの平均の変化を求めることも可能である。この平均の逸脱が、たとえば０である場合、測定されるべき物体は、周囲の放射源と同じ温度を有する。

別の実施形態によれば、空間分解熱放射測定のための放射検出器は、空洞検出器の測定開口、および、空洞検出器の外面の、特に測定開口を画定する区画に向けられ得、空洞放射体の外面のその区画において空洞放射体によって放出および場合によって反射される熱放射が、差を形成するのに使用される。この方法は、故意でなはない移動物体からの熱放射ではなく、実際に空洞放射体によって放出および場合によって反射される熱放射のみが、移動物体によって放射および反射される熱放射からの差を形成するのに使用されることを保証する。振動に起因して、たとえば、２０ｍ／ｓよりも速く移動する導電体などの迅速に移動する物体の正確な位置は、十分な精度では分からない。

別の実施形態によれば、空間分解測定のための放射検出器は、測定開口を通じて、移動物体がその移動方向に対して測定開口の下に位置する第１の領域、および、移動物体が、その移動方向に対して垂直に見たときに測定開口の下にない第２の領域を検出することができる。このとき、第１の領域からの測定値を使用して移動物体の位置を検出し、この測定値から第２の領域における移動物体の位置を推定することも可能であり、この第２の領域の位置において測定される移動物体によって放出および反射された熱放射が、差を形成するのに使用される。移動物体が、その移動方向に対して垂直に見たときに測定開口の下にあるこの領域において、移動物体は、少なくとも１つの空洞放射体の熱放射に曝されていない。その結果として、この領域内の物体は、放射検出器によって著しく低温であるものとして感知され、空間分解測定において周囲に対して非常に区別しやすい。このように、特に迅速に移動する物体の十分な精度では分かっていない位置を正確に求めることができる。この位置が分かることによって、物体が必然的に位置特定される、第２の領域内の測定区画を信頼可能に推測することができる。このとき、この測定区画は差の形成において考慮される。

すでに説明したように、最も小さい放射源の温度も、追加の温度センサを用いて測定することができる。この追加の温度センサを用いて、最も小さい放射源を設定温度に調整することも可能である。少なくとも１つの放射源の温度が分かっていることは、測定されるべき物体の絶対温度の測定、特に差の測定に取って特に重要である。少なくとも１つの放射源を、測定されるべき移動物体の目標温度に調整することも可能である。ここで、物体が放射源の温度から、したがって目標温度から逸脱している温度を有することを測定が示すとき、たとえば、信号が出力され得る。これに基づいて、適切な調整装置によって、移動物体の温度を、たとえば同じサイズの設定点に調整することができる。

少なくとも１つの放射源によって放出および場合によって反射される測定熱放射と、移動物体によって放出および反射される測定熱放射との間の差が可能な限りゼロに近くなるまで、適切な加熱装置によって少なくとも１つの放射源の温度を変化させることも想定される。このとき、空間分解測定強度信号は、検出された領域にわたって概して一定である。特に、信号は、移動物体の領域において有意な逸脱を一切有しない。さらに、少なくとも１つの放射源の温度は、温度センサによって測定することができる。このとき、移動物体の温度が、強度信号が一定である間に測定された放射源の温度から推測され得る。

熱探知カメラは一般に、放射率が分かっているときに温度を測定することができ、これは、放射率が約１であるいわゆる黒体に特に当てはまる。本発明に従って提供される熱探知カメラは、たとえばまた、熱放射体の温度も測定し、また場合によって調整もし得る。黒体は実際には、たとえば、湿気、塵または摩耗から変質している可能性がある。この事例において、熱探知カメラによって検出される温度は、実際に存在するものよりも低くなる。熱探知カメラのレンズが汚れることによっても、非常に類似した測定誤差が生じる。それゆえ、放射源は通常、温度センサによって調整される。放射源が汚れているときに放射検出器を用いて検出される放射源の温度の逸脱はまた、測定値の検出を補正し、逸脱が大きすぎるときにエラーメッセージを生成するのにも使用され得る。

別の実施形態によれば、移動物体の寸法、特に直径が、少なくとも１つの放射源によって放出される測定熱放射と、移動物体によって放出および反射される測定熱放射との間の差から求められ得る。移動物体の寸法、特に金属ワイヤの直径を求めることは、放射源と、放射源を通じて移動する物体との間に温度の差がある限り、本発明による空間分解測定によって可能になる。そのような寸法または直径を求めるために、熱放射強度の空間分解測定値が評価される。測定を可能にするために、測定されるべき物体と少なくとも１つの放射源との間の温度の差が、目標とされる様式で調整され得る。

別の実施形態によれば、少なくとも１つの放射源は、ホイールを包囲する熱源によって加熱されるフードであってもよく、ホイールの作動面内に、移動物体がその中で誘導される溝が形成される。ホイールは回転可能に取り付けられ得る。ホイールはまた、適切な駆動装置によって回転するように駆動される。熱源によって、ホイールは目標温度にされ得、また、妥当な場合にこの温度まで調整され得る。この実施形態は、細い金属ワイヤなどの強く振動する物体に特に有利である。溝は、物体の、温度センサからのその距離に関する位置を安定させ、これによって、温度を求めることが容易になる。同時に、十分に溝が深いことを所与として、移動物体は、本発明に従って規定される測定環境をもたらすために、１つの放射源によって少なくともほとんど包囲され得る。溝は、溝の幅の２倍ほどに大きい深さを有し得る。しかしながら、溝はまた、その幅よりも少なくとも３倍、または少なくとも４倍大きくてもよい。溝の深さが不均一な深さを有する、たとえば、溝がＶ字状またはＵ字状の断面を有する限りにおいて、基準となる幅は、平均幅、すなわち、特に溝の深さの上に形成される幅の平均である。作動面および溝にはさらに、黒体放射体を非常に近密に近似するために、黒色被膜が設けられてもよい。空間分解測定は少なくとも、物体の移動方向に対して横断方向に行われてもよい。少なくとも１つの放射検出器がそれに応じて移動またはそれぞれ位置合わせされ、それによって、たとえば、放射検出器の１次元センサラインが物体の移動方向に対して垂直になる。溝によって包囲されていない外向きのワイヤ面を所与として熱放射の失われている可能性がある部分を、ホイールの外部から追加の放射源によって補償することができる。この目的のために、作動面および溝は、別の放射源によって、特にＵ字状の断面を有する放射源によって少なくとも部分的に覆われ得る。黒体放射体を可能な限り近密に近似するこの追加の放射源は、フードのように、溝、および金属ワイヤなどの中で誘導される移動物体を有する作動面を覆うことができる。これによって、移動物体の封止がさらに改善され、さらに明確に規定された問題のない測定環境が提供される。この実施形態によってまた、測定されるべき物体の移動方向に対して斜めの測定の主方法に沿って測定を行うことができる。

移動物体の検出温度に基づいて、移動物体の温度を設定点に調整することができる。温度センサまたはその側に取り付けられている追加の非接触式温度センサによって、加熱円板などの放射源の温度、特に、その箇所において作動面（溝）の温度を正確に測定および調整することも可能である。

本発明の夜デバイスは、本発明による方法を実行するのに適し得る。したがって、本発明による方法は、本発明によるデバイスによって実行されてもよい。

本発明の例示的な実施形態を、下記に図面を参照してより詳細に説明する。図面は、以下を概略的に示す。

第１の例示的な実施形態による、本発明による方法を実施するための本発明によるデバイスの図である。 第２の例示的な実施形態による、本発明による方法を実施するための本発明によるデバイスの断面図である。 図２からのデバイスを示す追加の断面図である。 本発明によるデバイスによって記録することができる例示的なダイアグラムの図である。 本発明によるデバイスによって記録することができる追加の例示的なダイアグラムの図である。 本発明によるデバイスによって記録することができる追加の例示的なダイアグラムの図である。 追加の例示的な実施形態による図１からのデバイスの断面図である。 図５からの設定を用いて行われる空間分解熱放射測定の画像の図である。 図６のダイアグラムの図である。

図１に概略的に示す本発明によるデバイスは、移動物体１０、本発明の事例においては、図１における矢印によって示すようにその縦方向に沿って搬送される金属ワイヤ１０の温度を非接触的に測定するためのものである。測定されるべき物体１０の進行の方向は重要ではない。金属ワイヤ１０は、たとえば、押し出しデバイスまで誘導され得、押し出しデバイスにおいて、プラスチックから作製される絶縁シースが金属ワイヤ上に押し出される。デバイスは、放射源１２、本発明の事例においては、黒体放射体を非常に近密に近似する中空円筒空洞放射体をさらに備える。この目的のために、空洞放射体１２の内面は、黒色被膜が設けられ、図１の右にあり、そこ以外はシールされている面内に設けられている、金属ワイヤ１０のための入口開口、および、同じくそこ以外はシールされている反対の面内に設けられている、金属ワイヤ１０のための出口開口を有する。さらに、空洞放射体１２は、その横面の領域内に設けられている測定開口１４を有する。測定開口１４を通じて、放射検出器１６、本発明の事例においては、空間分解熱探知カメラ１６が、空洞放射体１２の内部において測定を実施することができる。熱探知カメラの中心ピクセル、または、パイロメータの単一の走査センサの中心位置の測定領域が参照符号１８で示されており、熱探知カメラ１６の結像レンズ系が、参照符号２０で示されている。参照符号２２は、熱探知カメラ１６の測定の主方向を破線で示し、これは同時に、結像レンズ系の光軸でもある。表現された例におけるこの測定の主方向２２は、同時に金属ワイヤの縦軸でもある金属ワイヤ１０の移動方向に対して約４５°の角度で延伸している。

参照符号２４によって示されている温度センサは、空洞放射体１２に割り当てられている。温度センサ２４の測定データは、接続線２６を介してデバイスの評価および制御装置２８に供給される。接続線３０によって、評価および制御装置２８はまた、熱探知カメラ１６からの測定値も供給される。空洞放射体１２の加熱装置（図示せず）は、空洞放射体１２を設定温度にするために、接続線３４および３６を介して評価および制御装置２８を通じて半導体リレー３２、光リレーまたは任意の他のアクチュエータ３２によって作動することができる。デバイスは、熱探知カメラ１６によって求められる金属ワイヤ１０の温度を表示する表示ユニット３８と、たとえば、金属ワイヤ１０の温度を正確に検出するために空洞放射体１２の温度の設定点を調整することができる制御ユニット４０とをさらに備える。これに関連して接続線４２および４４が設けられる。

図１に見てとれるように、金属ワイヤ１０は、その移動中に空洞放射体１２を通じて誘導され、その間、金属ワイヤの、空洞放射体１２を通じて誘導される区画は、空洞放射体によってほぼ完全に包囲される。熱探知カメラ１６は、測定開口１４を通じて空間分解熱放射測定を行う。同時に、熱探知カメラ１６は、金属ワイヤ１０がその移動中に常に熱探知カメラ１６の測定領域内に留まるように位置合わせされる。温度センサ２４によって測定される空洞放射体１２の温度に基づいて、たとえ金属ワイヤ１０の放射率ｅが分かっていないときでも、熱放射の記録された空間分解強度曲線を評価することによって金属ワイヤ１０の温度を非接触的に求めることができる。特に、空洞放射体１２によって放出される熱放射は、金属ワイヤ１０によって反射され、それによって、失われた放射量ｒ＝１−ｅが補償される。金属ワイヤ１０の温度は、たとえば、上記で説明したように差分測定値に基づいて求めることができる。金属ワイヤ１０の縦方向に対して、測定開口１４を通じた熱探知カメラ１６の主測定方向２２が斜めになっていることによって、測定開口１４が測定に及ぼす影響が可能な限り小さく、したがって、黒体放射体に非常に近密に近似された特性が空洞放射体１２について保持されることが補償される。

さらに、たとえば、空洞放射体１２の温度を金属ワイヤ１０の目標温度にすることが可能である。この事例において、表示ユニット３８は、たとえば、金属ワイヤ１０が空洞放射体１２の温度とは異なる温度を有すると信号を出力し得、これは、空間分解強度測定において、強度が上向きまたは下向きに逸脱することによって識別できる。これに基づいて、金属ワイヤ１０を目標温度にする加熱装置（図示せず）は、たとえば、制御ユニット４０によって、または、同様に自動的に制御され得る。

図２および図３は、本発明によるデバイスの第２の例示的な実施形態を示す。図３は、図２からのデバイスの一部分の拡大された詳細を示す。図２および図３において、測定されるべき物体、この事例ではここでも金属ワイヤは、参照符号１０で示されている。ここでも、金属ワイヤ１０は、図２において、その縦方向に沿って左から右へと搬送される。図１による例示的な実施形態とは異なり、図２および図３による例示的な実施形態における金属ワイヤ１０は、熱源（図示せず）によって加熱されるホイール４８によって誘導される。ホイール４８は、図２において矢印５０によって示すように回転するように駆動され、これはまた、駆動部をも設けられてもよい。ここでも、測定されるべき物体の進行の方向は重要ではない。したがって、図２に示す回転方向は一例に過ぎず、図２において導体が右から入るときは、反対の方向に延伸してもよい。金属ワイヤ１０を誘導するために、ホイール４８は、図３に見てとれるように、その作動面５４に沿って形成されるＶ字状の断面を有する溝５２を有する。測定ホイール４８の周全体にわたって、図２に示す金属ワイヤ１０がループすることも有用であり得る。溝５２の表面、およびまた場合によって作動面５４は、ここでも黒体放射体を概して近似するために黒色被膜を設けられてもよい。さらに、第１の放射源としての加熱ホイール４８の上に、追加の放射源、すなわち、ホイール４８、特にその溝５２を部分的に覆うＵ字状の断面を有する（図３参照）放射源５６が設けられることも、図２および図３に見てとれる。追加の放射源５６にも、黒色被膜が設けられ、これも、加熱装置によって加熱され得る。ここでも、これは黒体放射体を非常に近密に近似すべきである。参照符号５８は、溝５２の平均幅の一例をマークする。図示されている例において、溝の深さは、図３において作動面５４から溝５２の頂点へと垂直下向きに延伸する溝の平均幅５８の約２倍の大きさである。金属ワイヤを受け入れて誘導する溝５２の温度は、金属ワイヤ１０の温度の正確な測定にとって非常に重要である。

図２において、参照符号１６はここで、その測定領域が参照符号１８で示されている空間分解熱探知カメラを示し、結像レンズ系は参照符号２０で識別される。主測定方向２２はここでも、測定範囲にある金属ワイヤ１０の移動方向に対して一定の角度で斜めに、すなわち、追加の放射源５６内の測定開口５７を通じて延伸している。さらに、図３においては左から右またはその逆である金属ワイヤ１０の移動方向に対して、少なくとも横断方向に空間分解温度測定が行われるように、熱探知カメラ１６は位置合わせされ得る。追加の放射源５６は、熱探知カメラ１６が追加の放射源５６を通じて測定することができるように、適切な測定開口を有することができる。このとき、熱探知カメラ１６は、ホイール４８、特に、内部で誘導されている金属ワイヤ１０を含む作動面５４および溝５２を検出する。

図２および図３による実施形態は、移動しながら強く振動する金属ワイヤ１０に特に適している。図２および図３による実施形態は、金属ワイヤ１０の特に明確な誘導を達成する。金属ワイヤ１０の温度の測定およびその評価ならびに場合によって調整は、図１に関連して上記で説明したものと類似した様式で行われてもよい。

図４ａは、図１または図２および図３に示す本発明によるデバイスによって記録することができるダイアグラムの一例を示す。ダイアグラムにおいて、空間分解熱探知カメラ１６によって記録された強度Ｉが、位置ｘにわたってプロットされている。図４ａに見てとれるように、強度測定はより大きい領域にわたって行われる。特に、熱探知カメラは、測定されるべき金属ワイヤ１０、および、空洞放射体１２であって、空洞放射体を包囲する金属ワイヤに隣接した両側にある、空洞放射体１２、または、それぞれ加熱ホイール４８であって、加熱ホイールを包囲する溝５２を有する加熱ホイール４８を検出する。図４ａに示す例において、測定される金属ワイヤ１０の温度は、周囲の放射源、すなわち、空洞放射体１２または、それぞれ溝５２を有する加熱ホイール４８の温度よりも高い。測定される強度はそれに応じて、空間分解測定の間に検出される領域の中央に近接して上昇する。図４ａにおいて参照符号６０で示すように、金属ワイヤの直径は、金属ワイヤ１０によって生成される最大強度の幅から推測することができる。

図４ｂは、図４ａに示すものと同様のダイアグラムを示す。しかしながら、この事例では、金属ワイヤ１０は、周囲の放射源、すなわち、特に空洞放射体１２またはそれぞれ溝５２を有する加熱ホイール４８と実質的に同じ温度を有する。この事例における強度Ｉは、それに応じて、測定領域全体にわたって実質的に一定である。たとえば、周囲の放射源が金属ワイヤ１０の目標温度まで加熱される限りにおいて、図４ｂに示す温度は、金属ワイヤもこの目標温度を有することを意味する。領域全体にわたって実質的に一定である強度から金属ワイヤ１０によって引き起こされる逸脱が検出されると、金属ワイヤ１０の温度は、それに応じて調整され得る。

ここで、図４ｃは、図４ａおよび図４ｂに示すものと同様のダイアグラムを示すが、この事例では、金属ワイヤ１０の温度は、周囲の放射源、すなわち、特に、空洞放射体１２または、それぞれ溝５２を有する加熱ホイール４８の温度よりも低い。この事例では、それに応じて、図４ａに示す最大強度に対して相補的である最小強度が形成される。参照符号６０によって示すように、金属ワイヤ１０の直径はここでも、その強度から推測することができる。上記で説明したように、金属ワイヤ１０の温度に関する結論は、図４ａにおける最大値または、それぞれ同じく測定される強度に対する図４ｃにおける最小値からの逸脱から引き出すことができる。

図５に示す例示的な実施形態において、熱探知カメラ１６の結像レンズ系２０は、測定開口１４を通じた熱放射測定に加えて、空間分解熱放射測定が、測定開口１４を画定する空洞放射体１２の外面の区画６２を検出するように設計される。加えて、測定開口１４を通じた空間分解熱放射測定は、金属ワイヤ１０がその移動方向（図５におけるその縦方向に沿って右から左）に垂直な測定開口１４の下に位置する第１の領域６４、および、金属ワイヤ１０がその移動方向に垂直な測定開口１４の下に位置せず、代わりに、空洞放射体１２の内面によって完全に包囲される第２の領域６６を検出する。

評価のために、本事例において、区画６２において空洞放射体１２によって放出および場合によって反射される熱放射と、第２の領域６６において金属ワイヤ１０によって放出および反射される熱放射との間の差が評価される。第１の領域６４は、熱探知カメラ１６の測定領域における金属ワイヤ１０の位置を正確に求めるのに使用される。これは、図６を参照して説明する。第１の領域６４は図６において熱放射分布の左部分に配置され、金属ワイヤ１０は、図６においては第１の領域６４内の暗いスポット６８として示されている。この理由は、第１の領域６４内の金属ワイヤ１０は、測定開口１４の領域内の空洞放射体１２の熱放射に曝されておらず、したがって、熱画像においては暗い、すなわち、比較的低温の領域に見えることである。これに基づいて、金属ワイヤ１０の位置は、測定領域において容易に求めることができる。ここで、金属ワイヤ１０の位置は、図５からの第２の領域６６に対応する、図６内の中心部分にあると推測することができる。図示されている例において、導体は、図６内で７０で識別されている領域内にある。この領域において検出される熱放射値が、金属ワイヤ１０によって放出および反射される熱放射の差を形成するのに使用される。

図７は、図６からの主題のダイアグラムである。図７内の位置６８において、導体の一部は、測定開口の下でほとんど垂直に位置し、低減された照射しか受けないと考えることができる。図５においてこの位置は６４と示されている。図６の右部分において、検出器（熱探知カメラ）は、空洞領域の外面に向けられている（図５内の６２参照）。図７においてこの位置は７１と示されている。

空洞放射体の外面の温度を検出することの利点は、この表面が、長い期間にわたって汚染または傷がないままであることである。空洞放射体の内面は、生成に関連する完全に異なる負荷に曝される。銅導体は、内面に部分的に集積する同粉末を生成する。

Claims (20)

1. 未知の放射率を有する移動物体（１０）、特に、その縦軸に沿って搬送されている金属ワイヤの温度を非接触的に求めるための方法であって、以下のステップ、すなわち、
   前記物体（１０）が、既知の温度の熱放射を放出する少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）を通じて誘導され、前記物体（１０）は、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）によってほとんどまたは完全に包囲されるステップと、
   少なくとも１つの放射検出器（１６）を用いて、前記物体（１０）が前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）を通じて誘導されるときに通過する領域において空間分解熱放射測定が実施され、前記少なくとも１つの放射検出器（１６）は、その背景において、前記測定されるべき物体に加えて、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）の前記放射を検出しするステップと、
   前記移動物体（１０）の温度が、前記空間分解熱放射測定に基づいて、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）によって放出および場合によって反射される前記測定熱放射と、前記移動物体（１０）によって放出および反射される前記測定熱放射との間の差を評価することによって求められるステップとを含み、
   前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）は、入口開口および出口開口を有する空洞放射体（１２）を含み、前記物体（１０）は前記入口開口および前記出口開口を通って前記空洞放射体（１２）を通じて誘導され、前記空洞放射体（１２）は、それによって前記空間分解熱放射測定が行われる少なくとも１つの測定開口（１４）を備え、
   前記空間分解測定のための前記放射検出器（１６）は、前記測定開口（１４）を通じて、前記移動物体（１０）がその移動方向に対して垂直に見たとき前記測定開口（１４）の下に位置する第１の領域、および、前記移動物体（１０）が、その移動方向に対して垂直に見たときに前記測定開口（１４）の下にない第２の領域を検出し、
   前記第１の領域からの測定値を使用して前記移動物体の位置が求められ、前記測定値から前記第２の領域における前記移動物体の位置が推定され、前記第２の領域のこの位置において測定される前記移動物体（１０）によって放出および反射された前記熱放射が、前記差を形成するのに使用される、方法。
2. 前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）は、可能な限り近密に黒体放射体を近似する少なくとも１つの放射体を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記空間分解熱放射測定は、前記少なくとも１つの放射検出器（１６）を動かす、特に搖動することによって行われることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記空間分解熱放射測定は、空間分解放射検出器（１６）、特に熱探知カメラによって実施されることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記空間分解熱放射測定は、前記物体（１０）の前記縦軸に対して一定の角度、特に３０°〜６０°の角度にある方向（２２）にある前記少なくとも１つの測定開口（１４）を通じて実施されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 空間分解熱放射測定のための前記放射検出器（１６）は、前記空洞検出器（１２）の前記測定開口（１４）、および、前記空洞検出器の外面の、特に前記測定開口（１４）を画定する区画に向けられ得、前記空洞放射体（１２）の前記外面の前記区画において前記空洞放射体（１２）によって放出および場合によって反射される前記熱放射が、前記差を形成するのに使用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）の温度も測定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）の温度が設定温度値に調整されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記移動物体（１０）の寸法、特に直径が、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）によって放出される前記測定熱放射と、前記移動物体（１０）によって放出および反射される前記測定熱放射との間の差から求められることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記移動物体（１０）の前記検出温度に基づいて、前記移動物体（１０）の温度が設定点に調整されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 未知の放射率を有する移動物体（１０）、特に、その縦軸に沿って搬送されている金属ワイヤの温度を非接触的に求めるためのデバイスであって、
    既知の温度の熱放射を放出する少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）、および、前記移動物体（１０）を前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）を通じて誘導することができる誘導装置であって、前記物体（１０）は、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）によってほとんどまたは完全に包囲される、放射源および誘導装置と、
    少なくとも１つの放射検出器（１６）であって、前記物体（１０）が前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）を通じて誘導されるときに通過する領域において空間分解熱放射測定を実施するように設計されており、前記少なくとも１つの放射検出器（１６）は、その背景において、前記測定されるべき物体に加えて、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）の前記放射を検出する、少なくとも１つの放射検出器と、
    前記移動物体（１０）の温度を、前記空間分解熱放射測定に基づいて、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）によって放出および場合によって反射される前記測定熱放射と、前記移動物体（１０）によって放出および反射される前記測定熱放射との間の差を評価することによって求めるように設計されている、評価装置と
    を備え、
    前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）は、入口開口および出口開口を有する空洞放射体（１２）を含み、前記誘導装置は、前記物体（１０）を、前記入口開口および前記出口開口を通って前記空洞放射体（１２）を通じて誘導するように設計されており、前記空洞放射体（１２）は少なくとも１つの測定開口（１４）を備え、前記少なくとも１つの放射検出器（１６）は、前記空間分解熱放射測定が、前記少なくとも１つの測定開口（１４）を通じて実施されるように位置合わせされており、
    前記空間分解熱放射測定のための前記放射検出器（１６）は、前記測定開口（１４）を通じて、前記移動物体（１０）がその移動方向に対して垂直に見たとき前記測定開口（１４）の下に位置する第１の領域、および、前記移動物体（１０）が、その移動方向に垂直な前記測定開口（１４）の下に位置しない第２の領域を検出し、
    前記評価装置は、前記第１の領域からの測定値を使用して前記移動物体の位置を求め、前記測定値から前記第２の領域における前記移動物体の位置が推定され、前記評価装置は、前記第２の領域のこの位置において測定される前記移動物体（１０）によって放出および反射された前記熱放射を、前記差を形成するのに使用する、デバイス。
12. 前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）は、可能な限り近密に黒体放射体を近似する少なくとも１つの放射体を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記空間分解熱放射測定のための前記少なくとも１つの放射検出器（１６）を動かす、特に搖動することができる運動デバイスが設けられることを特徴とする、請求項１１または１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記少なくとも１つの放射検出器（１６）は、少なくとも１つの空間分解放射検出器（１６）、特に熱探知カメラであることを特徴とする、請求項１１または１２のいずれか一項に記載のデバイス。
15. 前記少なくとも１つの放射検出器（１６）は、前記熱放射測定が、前記物体（１０）の前記縦軸に対して一定の角度、特に３０°〜６０°の角度にある方向（２２）にある前記少なくとも１つの測定開口（１４）を通じて実施されるように位置合わせされることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のデバイス。
16. 前記空間分解熱放射測定のための前記放射検出器（１６）は、前記空洞検出器（１２）の前記測定開口（１４）、および、前記空洞検出器の外面の、特に前記測定開口（１４）を画定する区画に向けられ、前記評価装置は、前記差を形成するために、前記空洞放射体（１２）の前記外面の前記区画において前記空洞放射体（１２）によって放出および場合によって反射される前記熱放射を使用することを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のデバイス。
17. 前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）の温度を測定するために、追加の温度測定デバイス（２４）が設けられることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
18. 前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）を加熱するための加熱装置が設けられ、調整装置が設けられ、前記調整装置は、前記少なくとも放射源（１２、４８、５６）が目標温度値を想定するように、前記加熱装置を制御するように設計されていることを特徴とする、請求項１７に記載のデバイス。
19. 前記評価装置が、前記移動物体（１０）の寸法、特に直径を、前記少なくとも１つの放射源（１２、４８、５６）によって放出および場合によって反射される前記測定熱放射と、前記移動物体（１０）によって放出および反射される前記測定熱放射との間の差から求めるように設計されていることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載のデバイス。
20. 前記移動物体（１０）を加熱するための加熱装置が設けられ、調整装置が設けられ、前記調整装置は、前記移動物体（１０）の温度が目標を想定するように、前記移動物体（１０）の前記求められた温度に基づいて前記加熱装置を制御するように設計されていることを特徴とする、請求項１１〜１９に記載のデバイス。
    
    

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