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Title:
APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING A SPATIALLY RESOLVED TEMPERATURE DISTRIBUTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/095442
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a spatially resolved temperature distribution, wherein the apparatus has an imaging detector and a pyrometer, wherein the imaging detector is set up in such a manner that the latter provides a spatially resolved intensity distribution IL from the electromagnetic radiation coming from a region A of a measurement object, wherein the pyrometer, preferably a quotient pyrometer, has a radiation-sensitive sensor which is set up in such a manner that, during operation, said sensor provides a reference temperature θi for at least one predetermined measuring field i inside the region A, wherein the detector and the sensor are set up to measure electromagnetic radiation from at least partially overlapping wavelength ranges. In order to provide an imaging pyrometer which is suitable for measuring a spatially resolved temperature distribution and can be produced in a cost-effective manner, the invention proposes that a section i' of the spatially resolved intensity distribution IL and the predetermined measuring field i inside the section i' are associated with one another in such a manner that, during operation, the reference temperature θi and the maximum intensity Ii measured in the section i' form a pair of measured values (θi, Ii), wherein a calibration module is provided and, during operation, associates each value of the spatially resolved intensity distribution IL with a temperature θL on the basis of the at least one pair of measured values (θi, Ii) and a predetermined approximation function F(IL, (θi, Ii)).

Inventors:
SCHIEWE CHRISTIAN (DE)
KHREIM RAMI (DE)
HERWIG THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/075888
Publication Date:
June 26, 2014
Filing Date:
December 09, 2013
Export Citation:
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Assignee:
LUMASENSE TECHNOLOGIES GMBH (DE)
International Classes:
G01J5/10; G01J5/08; G01J5/60
Other References:
J. CHEN ET AL: "CCD near infrared temperature imaging in the steel industry", 1993 IEEE INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE, 1 January 1993 (1993-01-01), pages 299 - 303, XP055099342, ISBN: 978-0-78-031229-6, DOI: 10.1109/IMTC.1993.382631
JOHN M DENSMORE ET AL: "High-speed two-camera imaging pyrometer for mapping fireball temperatures", APPLIED OPTICS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, WASHINGTON, DC; US, vol. 50, no. 33, 20 November 2011 (2011-11-20), pages 6267 - 6271, XP001571285, ISSN: 0003-6935, [retrieved on 20111118], DOI: 10.1364/AO.50.006267
MERIAUDEAU ET AL: "Real time multispectral high temperature measurement: Application to control in the industry", IMAGE AND VISION COMPUTING, ELSEVIER, GUILDFORD, GB, vol. 25, no. 7, 6 May 2007 (2007-05-06), pages 1124 - 1133, XP022062614, ISSN: 0262-8856, DOI: 10.1016/J.IMAVIS.2006.04.019
GERALD ZAUNER ET AL: "CCD cameras as thermal imaging Devices in heat treatment processes", PROCEEDINGS OF SPIE, vol. 5303, 3 May 2004 (2004-05-03), pages 81 - 89, XP055099310, ISSN: 0277-786X, DOI: 10.1117/12.526339
Attorney, Agent or Firm:
LIEKE, Winfried et al. (DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

Vorrichtung zur Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung, welche einen bildgebenden Detektor (2) und ein Pyrometer (3) aufweist, wobei der bildgebende Detektor (2) derart eingerichtet ist, dass er von der aus einer Region A eines Messobjektes stammenden elektromagnetischen Strahlung eine ortsaufgelöste Intensitätsverteiltung L bereitstellt, und wobei das Pyrometer (3) einen strahlungsempfindlichen Sensor (4) aufweist, der derart eingerichtet ist, dass er im Betrieb für mindestens ein vorbestimmtes, innerhalb der Region A liegendes Messfeld i eine Referenztemperatur Θ, bereitstellt, wobei der Detektor (2) und der Sensor (4) für die Messung elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise überlappender Wellenlängenbereiche eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem das vorbestimmte Messfeld i umfassenden Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k die maximale in dem Teilbereich i' liegende Intensität I, er- fasst und der Referenztemperatur Θ, zugeordnet wird, wobei ein Kalibriermodul (5) vorgesehen ist, das im Betrieb, basierend auf dem mindestens einen Messwertepaar (θ,, Ι,) und einer vorbestimmten Näherungsfunktion F(L, (θ,, I,)) jedem Wert der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L eine Temperatur θι_ zuordnet.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor dem bildgebenden Detektor (2) ein Spektralfilter (6) vorgesehen ist, dessen spektraler Durchlassbereich im Wesentlichen der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors (4) des Pyrometers entspricht, und/oder der bildgebende Detekor (2) eine spektrale Empfindlichkeit aufweist, die im Wesentlichen der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors (4) entspricht.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungsempfindliche Sensor (4) eine spektrale Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich von 0,3 μιη bis einschließlich 2,0 μιη, bevorzugtim Bereich 0,5 μιη bis einschließlich 1 ,5 μιη wobei das Pyrometer bevorzugt als Quotientenpyrometer ausgebildet ist und und einen ersten Teilsensor mit einer spektralen Empfindlichkeit im Bereich von 0,7 μιη bis einschließlich 1 ,1 μιη, und einen zweiten Teilsensor mit einer spektralen Empfindlichkeit im Bereich von 0,95 μιη bis einschließlich 1 ,1 μιη aufweist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Optik (7) vorgesehen ist, die die aus der Region A des Messobjektes stammende elektromagnetische Strahlung im senkrechten Strahlungseinfall auf den bildgebenden Detektor (2) und entsprechend dem Messfeld i auch im senkrechten Strahlungseinfall auf den strahlungsempfindlichen Sensor (4) des Pyrometers (3) abbildet. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriermodul (5) mit einem Bildverarbeitungsmodul derart verbunden ist, dass im Betrieb die ortsaufgelöste Temperaturverteilung θι_ bearbeitbar ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarmgeber vorgesehen ist, der derart eingerichtet ist, dass er im Betrieb für zumindest einen vorbestimmten Teilbereich (ROI) der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ eine Temperatur ermittelt und diese mit mindestens einem vorbestimmten Sollwert vergleicht, wobei bei einer vorbestimmten Abweichung zwischen Temperatur und Sollwert der Alarmgeber einen Alarmzustand signalisiert.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorbestimmtes Messfeld i und der zugeordnete Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L im Zentralbereich der Region A liegen.

Verfahren für die Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ mit einem bildgebenden Pyrometer (1 ), das einen bildgebenden Detektor (2) und ein einen strahlungsempfindlichen Sensor (4) umfassendes Pyrometer (3) aufweist, wobei der Detektor (2) und der Sensor (4) zur Messung elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise überlappender Wellenlängenbereiche eingerichtet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Bereitstellen einer ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L über die aus einer Region A eines Messobjektes stammenden elektromagnetischen Strahlung mit dem bildgebenden Detektor (2);

b) Bereitstellen einer Referenztemperatur Θ, für mindestens ein vorbestimmtes, innerhalb der Region A liegendes Messfeld i mit dem strahlungsempfindlichen Sensor (4); c) Bestimmen eines Teilbereiches i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k, welcher das Messfeld i umfasst;

d) Bilden eines Messwertepaares (θ,, Ι,) aus der Referenztemperatur Θ, und der maximalen, innerhalb dem Teilbereich i' gemessenen Intensität I,;

e) Zuordnen eines jeden Intensitätswertes der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k zu der entsprechenden Temperatur mit einem Kalibriermodul (5), basierend auf dem mindestens einen ermittelten Messwertepaar (θ,, Ι,) und einer vorbestimmten Näherungsfunk¬

Verfahren für die Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt aufweist: f) Bereitstellen eines Spektralfilters (6), dass die auf den bildgebenden Detektor (2) auftreffende elektromagnetische Strahlung auf einen Wellenlängenbereich beschränkt, der im Wesentlichen der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors (4) entspricht und/oder Auswahl eines bildgebendes Detektors (2) mit einer im Wesentlichen dem strahlungsempfindlichen Sensor (4) entsprechenden spektralen Empfindlichkeit.

Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt aufweist:

g) bildtechnisches Bearbeiten der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ mit einem Bildverarbeitungsmodul.

Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als maximale Intensität Ii der Durchschnitt der Intensität einer Gruppe von hellsten Pixeln des Teilbereiches i' bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein bildgebendes Pyrometer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung, welche einen bildgebenden Detektor und ein Pyrometer aufweist, wobei der bildgebende Detektor derart eingerichtet ist, dass er von der aus einer Region A eines Messobjektes stammenden elektromagnetischen Strahlung eine ortsaufgelöste Intensitätsverteilung k bereitstellt, wobei das Pyrometer einen strahlungsempfindlichen Sensor aufweist, der derart eingerichtet ist, dass er im Betrieb für mindestens ein vorbestimmtes, innerhalb der Region A liegendes Messfeld i eine Referenztemperatur Θ, bereitstellt, wobei der Detektor und der Sensor für die Messung elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise überlappender Wellenlängenbereiche eingerichtet sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren für die Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung GL.

Für die berührungslose Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung GL werden bisher Thermographiekameras verwendet, die die von einem Messobjekt emittierte elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich mit einem matrixartig aufgebauten Detektor erfassen. Dabei wird die Intensität von der auf das jeweilige Matrix- bzw. Detektorelement auftreffen- den elektromagnetischen Strahlung ermittelt. Der gemessenen Strahlungsintensität wird anschließend gemäß einem vorbestimmten physikalischen Modell eine Temperatur zugeordnet. Nachteilig ist jedoch, dass die auf diese Weise mit herkömmlichen Thermographiekameras ermittelte Temperatur stark von dem Emissionsgrad und der Oberflächenbeschaffenheit des Messobjektes abhängt. Auch eventuell zwischen Messobjekt und Kameraobjektiv befindliche Fremdkör- per, wie zum Beispiel Staubpartikel oder Wassertröpfchen, beeinflussen die Intensitäts- bzw. Temperaturmessung. Darüber hinaus ist die Temperatur eines Messobjektes häufig zeitlichen Variationen unterworfen, die oftmals von den langsam reagierenden Detektoren der Thermographiekameras nur unzureichend erfasst werden können. Dies führt häufig dazu, dass die mit herkömmlichen Thermographiekameras ermittelten Temperaturverteilungen sehr ungenau und für viele Anwendungen ungeeignet sind.

Genauer als mit Thermographiekameras kann eine Temperatur in der Regel mit an sich bekannten Pyrometern, insbesondere mit Ouotientenpyrometern, bestimmt werden, die nicht die absolu- te Intensität der Strahlung sondern das Verhältnis der Intensitäten in nahe benachbarten bzw. einander überlappenden Spektralbereichen ermitteln. Für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung kommen aber auch andere 2-kanalige oder mehrkanalige (Multispektral-) Pyrometer in Betracht. Lediglich beispielhaft wird aber die vorliegende Erfindung nachstehend vorwiegend unter Bezug auf ein Quotientenpyrometer beschrieben, welches jedenfalls eine bevorzugte Ausführungsform darstellt. Die Erfindung umfasst jedoch auch Vorrichtungen der oben genannte Art, bei denen ein anderer Pyrometertyp verwendet wird. Insbesondere geht es letztlich darum, dass Pyrometer einerseits sehr genaue Temperaturmessgeräte sind, andererseits Temperaturen immer nur mehr oder weniger punktuell erfassen, und damit als solche zur unmittelbaren Messung einer großflächigen Temperaturverteilung nicht geeignet sind.

Ein Quotientenpyrometer weist mindestens zwei Sensorelemente bzw. Teilsensoren auf, die für die Messung je eines Wellenlängenbereiches ausgelegt sind. Aus dem Verhältnis der mit den Sensorelementen ermittelten Werte und dem Planckschen Strahlungsgesetz kann auf die Tem- peratur des Messobjektes zurückgeschlossen werden, wobei anstelle des Planckschen Strahlungsgesetzes bzw. zusätzlich hierzu Korrekturfunktionen und Abwandlungen bzw. Näherungen, wie beispielsweise das Wiensche Verschiebungsgesetz, das Rayleigh-Jeans-Gesetz oder das Stefan-Boltzmann-Gesetz berücksichtigt werden können. Sofern Variationen im Emissionsgrad und in der Oberflächenbeschaffenheit des Messobjektes in gleichen Maßen in beiden gemesse- nen Wellenlängenbereichen wirken, also weilenlängen- bzw. farbneutral sind, kann mit einem Quotientenpyrometer eine korrekte, von sonstigen Eigenschaften des Messobjektes unabhängige Temperatur gemessen werden. Die Sensorelemente bzw. Teilsensoren eines Quotientenpyrometers werden im Folgenden, soweit es auf eine Unterscheidung der Sensorelemente nicht ankommt, zusammenfassend als„Sensor" des Quotientenpyrometers beschrieben.

Herkömmliche Pyrometer sind für die Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung größerer Flächen bzw. Objekte allerdings ungeeignet, da sie die Temperatur zwar relativ genau, aber lokal nur sehr begrenzt messen. Eine abtastende Messung eines größeren Objektes mit einem Pyrometer, insbesondere einem Quotientenpyrometer, zur Erstellung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung ist aber nicht sinnvoll, da eine entsprechende Scanvorrichtung hierfür aufwendig und teuer und die jeweilige Messung zeitintensiv ist. Der Aufwand wäre noch höher für eine Messanordnung, bei welcher eine Vielzahl von Quotientenpyrometern zu einem matrixartig aufgebauten Flächendetektor zusammengefasst werden müsste. Es ist deshalb anzustreben, eine bildgebende Vorrichtung zur Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, das zur Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung geeignet und kostengünstig herzustellen ist. Zudem sollte die Anzahl der für die Realisierung einer solchen Vorrichtung notwendigen Komponenten redu- ziert werden. Darüber hinaus ist ein zu erreichendes Ziel, dass die Vorrichtung eine schnelle bzw. quasi kontinuierliche Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung ermöglicht.

Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest eines der vorstehenden Prob- lerne zu bewältigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen gelöst, welche in einem das vorbestimmte Messfeld i umfassenden Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung li_ die maximale Intensität 1, in dem Teilbereich i' erfasst und der Referenztempera- tur θί zuordnet, wobei ein Kalibriermodul vorgesehen ist, das im Betrieb, basierend auf dem mindestens einen Messwertepaar (θ,, Ι,) und einer vorbestimmten Näherungsfunktion F(k, (θ,, I,)) jedem Wert der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k eine Temperatur θι_ zuordnet.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene bildgebende Vorrichtung kombiniert die Vorteile eines bildgebenden Detektors für die Messung einer ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L mit den Vorteilen eines (Quotienten)pyrometers, welches punktuell eine exakte Temperatur Θ, ermittelt. Sowohl ein aufwändiges Abtasten des Messobjektes mit einem einzelnen Quotientenpyrometer als auch die Verwendung einer Vielzahl von Quotientenpyrometern kann so vermieden werden. Die aus einer Region A eines Messobjektes stammende elektromagnetische Strahlung wird mit dem bildgebenden Detektor erfasst, der im Betrieb eine ortsaufgelöste Intensitätsverteilung k von dieser Strahlung bereitstellt. Die ortsaufgelöste Intensitätsverteilung k entspricht einem Abbild der Region A des Messobjektes. Als bildgebender Detektor kann ein Kamerachip, beispielsweise ein CCD-Chip, verwendet werden.

Mit dem strahlungsempfindlichen Sensor des ebenfalls vorgesehenen Pyrometers kann im Betrieb für mindestens ein vorbestimmtes, innerhalb der Region A liegendes Messfeld i eine Referenztemperatur θί gemessen und bereitgestellt werden. Entsprechend der Funktionsweise eines Quotientenpyrometers entspricht die gemessene Referenztemperatur Θ, der maximalen Tempera- tur in dem Messfeld i, die mit einem Quotientenpyrometer mit einer hohen Genauigkeit messbar ist. Somit ist eine zeitgleiche Messung von sowohl der Intensitätsverteilung L als auch zumindest einer Referenztemperatur Θ, möglich.

Das vorbestimmte Messfeld i entspricht einem Ausschnitt aus der Region A des Messobjektes und ist daher in der Regel wesentlich kleiner als die Region A. Dem Messfeld i ist weiter ein Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k zugeordnet, der das Messfeld i umfasst und vorzugsweise mit diesem übereinstimmt und somit in etwa den gleichen Ausschnitt der Region A des Messobjektes abbildet. Dabei ist es sinnvoll, wenn der Teilbereich i' und das Messfeld i im Wesentlichen gleich groß sind, sodass deren Messwerte in etwa dem gleichen Ursprungsort der elektromagnetischen Strahlung zu zuordnen sind. Jedenfalls sollte das vorbestimmte Messfeld i innerhalb des Teilbereiches i' liegen. Die Zuordnung von Messfeld i und Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L kann dabei optisch, mechanisch, elektrotechnisch und/oder bild- verarbeitungstechnisch realisiert sein, solange gewährleistet ist, dass diese zumindest annähernd denselben Ursprungsort der Strahlung abbilden. Im Betrieb kann so aus der für das Messfeld i bestimmten Referenztemperatur Θ, und der maximalen in dem Teilbereich i' gemessenen Intensität I, der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L ein Messwertepaar (θ,, Ι,) gebildet werden. Basierend auf dem mindestens einem Messwertepaar (θ,, Ι,) und einer vorbestimmten Nähe- rungsfunktion F(L, (θ,, I,)) kann mit einem Kalibriermodul jedem Wert der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L eine Temperatur zugeordnet werden, sodass die ortsaufgelöste Intensitätsverteilung L in eine ortsaufgelöste Temperaturverteilung θι_ überführt wird.

Als Näherungsfunktion F können beispielsweise das Plancksche Strahlungsgesetz und/oder Ab- Wandlungen hiervon verwendet werden. Andere Näherungen, Korrekturfunktionen, physikalische und/oder mathematische Modelle, die einen Zusammenhang zwischen Strahlungsintensität und Temperatur beschreiben und wie sie eingangs erläutert wurden, können ebenfalls verwendet werden. Es versteht sich, dass die Verwendung von genau einem vorbestimmten Messfeld i und einem dazugehörigen Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L, also genau ein Messwertepaar (θί, Ii) ausreicht, um mit der vorbestimmten Näherungsfunktion F die ortsaufgelöste Intensitätsverteilung k in eine ortsaufgelöste Temperaturverteilung θι_ zu überführen. Allerdings können auch zusätzlich weitere Messwertepaare zur Kalibrierung verwendet werden, um die Genau- igkeit der Näherung zu erhöhen. Einzelne Messfelder i und deren korrespondierende Teilbereiche i' können dabei auch überlappen.

Damit die Messwerte des bildgebenden Detektors und die mit dem strahlungsempfindlichen Sensor gemessene Referenztemperatur besser zueinander in Beziehung gesetzt werden können, ist es von Vorteil, wenn der bildgebende Detektor und der strahlungsempfindliche Sensor des Quotientenpyrometers jeweils für die Messung zumindest teilweise überlappender Wellenlängenbereiche ausgelegt sind, also eine zumindest teilweise überlappende spektrale Empfindlichkeit aufweisen. Je größer die Übereinstimmung zwischen den messbaren Wellenlängenbereichen des bildgebenden Detektors und des strahlungsempfindlichen Sensors des Quotientenpyrometers ist, desto genauer können die gemessenen Intensitäten entsprechenden Temperaturwerten zugeordnet werden. In einer Ausführungsform ist daher im Strahlengang vor dem bildgebenden Detektor ein Spektralfilter vorgesehen, dessen spektraler Durchlassbereich im Wesentlichen der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors des Quotientenpyrometers entspricht. Zusätzlich oder alternativ kann der bildgebende Detektor derart ausgewählt werden, dass er eine spektrale Empfindlichkeit aufweist, die im Wesentlichen der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors entspricht. Der Spektralfilter kann auch ein Tageslichtfilter zum Herausfiltern des Tageslichtes bzw. des Umgebungslichtes sein.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der strahlungsempfindliche Sensor eine spektrale Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich von 0,3 μιη bis einschließlich 2,0 μιη, bevorzugt einen ersten Teilsensor mit einer spektralen Empfindlichkeit im Bereich von 0,7 μιτι bis einschließlich 1 , 1 μιη, und einen zweiten Teilsensor mit einer spektralen Empfindlichkeit im Bereich von 0,95 μιτι bis einschließlich 1 , 1 μιτι aufweist. Weiter kann die Genauigkeit der ortsaufgelösten Temperaturverteilung OL verbessert werden, wenn, wie in einer Ausführungsform, eine Optik vorgesehen ist, die die aus der Region A des Messobjektes stammende elektromagnetische Strahlung im senkrechten Strahlungseinfall auf den bildgebenden Detektor und entsprechend dem vorbestimmten Messfeld i auch im senkrechten Strahlungseinfall auf den strahlungsempfindlichen Sensor des Quotientenpyrometers abbil- det. Eine Optik für die Abbildung mit einem zur Sensoroberfläche senkrechten Strahlungseinfall gewährleistet, dass die Abbildungen auf dem bildgebenden Detektor und dem strahlungsempfindlichen Sensor im Wesentlichen verzerrungsfrei sind.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kalibriermodul mit einem Bildverar- beitungsmodul derart verbunden ist, dass im Betrieb die ortsaufgelöste Temperaturverteilung OL nachbearbeitet werden kann. Insbesondere kann mit dem Bildverarbeitungsmodul das zumindest eine Messfeld i einem Teilbereich i' der mit dem bildgebenden Detektor ermittelten, ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L zugeordnet bzw. die Zuordnung korrigiert und/oder angepasst werden. Darüber hinaus kann die ortsaufgelöste Temperaturverteilung OL, die ortsaufgelöste Intensitäts- Verteilung k und/oder Bereiche hiervon bildverarbeitungstechnisch, beispielsweise mit Bildfiltern, nachbearbeitet und z. B. in eine Falschfarbendarstellung umgewandelt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Kalibriermodul und/oder das Bildverarbeitungsmodul für die fortlaufende Bereitstellung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung OL, wie zum Beispiel in Form eines Videosignals, geeignet.

Das Kalibriermodul und/oder das Bildverarbeitungsmodul einer weiteren Ausführungsform ist/sind derart eingerichtet, dass im Betrieb der Vorrichtung, zumindest ein vorbestimmter Bereich der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ über die Zeit beobachtbar, auswertbar und/oder dokumentierbar ist. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn Kalibriermodul und/oder Bildverarbeitungsmodul eine über kurze Zeiten gemittelte ortsaufgelöste Temperaturverteilung 6> L bereitstellen. Mit einer über kurze Zeiten (zum Beispiel bis zu 5 Sekunden) gemittelten Temperaturverteilung 6> L können Messungenauigkeiten reduziert bzw. ausgeglichen werden. Dabei kann eine Mittelwertbildung oder eine Glättung der Messwerte mit dem Bildverarbeitungsmodul nicht nur während der Messung sondern auch nach Abschluss der Messung durchgeführt werden. Wahlweise kann auch der zeitliche Verlauf der Intensitäts- bzw. Temperaturverteilung erfasst werden. Überdies ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Kalibriermodul und/oder das Bildverarbeitungsmodul derart eingerichtet ist/sind, dass im Betrieb der Vorrichtung zumindest ein Bereich der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L bildtechnisch verarbeitbar ist.

Insbesondere ist es der Vorteil einer Ausführungsform, dass die mit dem strahlungsempfindlichen Sensor des Pyrometers gemessene Temperatur θ,, die ortsaufgelöste Intensitätsverteilung L und/oder die ortsaufgelöste Temperaturverteilung θι_ getrennt voneinander darstellbar und bearbeitbar sind.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Alarmgeber vorgesehen, der derart eingerichtet ist, dass er im Betrieb für zumindest einen vorbestimmten Teilbereich ROI (ROI = Region of Interest) der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ eine Temperatur ermittelt und diese mit zumindest einem vorbestimmten Sollwert vergleicht, wobei bei einer vorbestimmten Abweichung zwischen Temperatur und Sollwert der Alarmgeber einen Alarmzustand signalisiert. Temperaturen aus einem oder mehreren Teilbereichen der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ können so mit einem oder mehreren Sollwerten verglichen werden, um beispielsweise Prozessabläufe zu steuern. Einzelne Alarmzustände können dabei haptisch, optisch und/oder akustisch von dem Alarmgeber signalisiert werden. Auch kann der Alarmgeber einen Endschalter aufweisen, der bei Erreichen einer vorbestimmten Abweichung auslöst und so beispielsweise einen Prozessablauf unterbricht.

In noch einer weiteren Ausführungsform ist d die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass ein vorbestimmtes Messfeld i und der zugeordnete Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L in einem zentralen Bereich der Region A liegen. Insbesondere für Anwendungen bei denen die maximale Temperatur im Zentralbereich der Region A zu erwarten ist, können so die maximale Temperatur der Region A und die entsprechend ermittelte maximale Intensität als Messwertepaar (θί, Ii) in der Näherungsfunktion berücksichtigt werden. Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Messung einer ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ mit eine Vorrichtung gelöst, die einen bildgebenden Detektor und ein einen strahlungsempfindlichen Sensor umfassendes Pyrometer aufweist, wobei der Detektor und der Sensor zur Messung elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise überlappender Wel- lenlängenbereiche eingerichtet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Erfassen einer ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k aus einer Region A eines Messobjektes stammenden elektromagnetischen Strahlung mit dem bildgebenden Detektor; b) Erfassen einer Referenztemperatur Θ, für mindestens ein vorbestimmtes, innerhalb der Region A liegendes Messfeld i mit dem strahlungsempfindlichen Sensor;

c) Bestimmen eines Teilbereiches i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L, welcher das Messfeld i umfasst;

d) Bilden eines Messwertepaares (θ,, Ι,) aus der Referenztemperatur Θ, und der maximalen innerhalb des Teilbereiches i' gemessenen Intensität 1,;

e) Zuordnen eines jeden Intensitätswertes der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L zu der entsprechenden Temperatur mit einem Kalibriermodul, basierend auf dem mindestens einen ermittelten Messwertepaar (θ,, Ι,) und einer vorbestimmten Näherungsfunktion F(I L,

In einer weiteren erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt auf:

f) Bereitstellen eines Spektralfilters, dass die auf den bildgebenden Detektor auftreffende elektromagnetische Strahlung auf einen Wellenlängenbereich beschränkt, der im Wesentlichen der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors entspricht und/oder Auswahl eines bildgebendes Detektors mit einer im Wesentlichen dem strah- lungsempfindlichen Sensor entsprechenden spektralen Empfindlichkeit.

Des Weiteren ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Verfahren den zusätzlichen Schritt aufweist:

g) bildtechnisches Bearbeiten der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ mit einem Bild- Verarbeitungsmodul.

Insbesondere können verschiedene Einzelbilder der ortsaufgelösten Temperaturverteilung θι_ subtrahiert, addiert und/oder über die Zeit gemittelt werden, wobei auch die Verarbeitung und/oder Erstellung von Videosequenzen mit dem Bildverarbeitungsmodul möglich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist in der bevorzugten Variante weiterhin das Merkmal auf, dass als maximale Intensität l,;der Durchschnitt der Intensität einer Gruppe von hellsten Pixeln des Teilbereiches i' bestimmt wird. Dies ist deshalb sinnvoll, weil in einem Quotientenpyrometer naturgemäß ebenfalls vorwiegend der hellste Bereich innerhalb des Messfeldes den Wert des Intensitätsquotienten und damit den Wert der daraus ermittelten Temperatur bestimmt. Dadurch wird eine besonders gute Zuordnung der Quotiententemperatur zu der Helligkeit der entsprechenden Pixel des bildgebenden Detektors erreicht.

Beispielsweise könnte die Gruppe aus den 10% hellsten Pixeln des Teilbereiches i' bestehen.

Selbstverständlich kann man anstelle von 10 % auch irgend einen anderen Anteil hellster Pixel des Teilbereiches i' für die Bestimmung des Wertes der maximalen Intensität I, verwenden.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein bildgebendes Pyrometer mit zumindest einem der vorgenannten erfindungswesentlichen Merkmale verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und den dazugehörigen Figuren deutlich. Es zeigen:

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines bildgebenden Pyrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2: einen schematischen Zusammenhang zwischen Intensität und Temperatur, wie er für die Zuordnung von Temperatur und Intensität basierend auf mindestens einem Messwertepaar verwendet werden kann. In der Figur 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zur Messung der aus einer Region A eines Messobjektes stammenden elektromagnetischen Strahlung weist die Vorrichtung 1 einen bildgebenden Detektor 2 auf, der im Betrieb eine ortsaufgelöste Intensitätsverteilung k über die Strahlung bereitstellt. Dabei entspricht die ortsaufgelöste Intensitätsverteilung L einem zweidimensionalen Intensitätenbild der Region A.

Weiter weist die Vorrichtung 1 ein Quotientenpyrometer 3 mit einem strahlungsempfindlichen Sensor 4 auf. Der Sensor 4 ermittelt im Betrieb für ein innerhalb der Region A liegendes Messfeld i eine Referenztemperatur θ,, die der maximalen Temperatur innerhalb des Messfeldes i entspricht. Dem Messfeld i ist ein Teilbereich i' der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung k zugeord- net, wobei das Messfeld i und der Teilbereich i' in etwa gleich groß sind und denselben Ursprungsort der Region A widerspiegeln. Der Teilbereich i' schließt dabei das Messfeld i mit ein. Die maximale, in dem Teilbereich i' gemessene Intensität I, und die gemessene Referenztemperatur θί bilden ein Messwertepaar (θ,, Ι,). Auf Basis dieses Wertepaares wird mit Hilfe einer vorbestimmten Näherungsfunktion F(L, (θ,, I,)) durch ein Kalibriermodul jedem Wert der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung L eine Temperatur zugeordnet und so die ortsaufgelöste Intensitätsvertei- lung L in eine ortsaufgelöste Temperaturverteilung θι_ überführt.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der bildgebende Detektor 2 und der strahlungsempfindliche Sensor 4 für die Messung elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise überlappender Wellenlängenbereiche ausgelegt sind, wobei im Strahlengang vor dem bildgebenden Detektor 2 ein Spektralfilter 6 angeordnet ist. Der Durchlassbereich des Spektralfilters entspricht dabei der spektralen Empfindlichkeit des strahlungsempfindlichen Sensors 4. Der strahlungsempfindliche Sensor 4 hat zum Beispiel zwei Teilsensoren mit einander überlappenden spektralen Empfindlichkeiten im Bereich von 0,7 μιη bis einschließlich 1 ,1 μιη. Grundsätzlich wäre eine Zuordnung der Intensität L zu eine Temperatur Θ, auch dann möglich, wenn die spektralen Empfindlichkeits- bereiche nicht oder nur zu einem geringen Teil überlappen, jedoch ist die Temperaturzuordnung dann im Allgemeinen nicht so genau wie dies bei einer Anpassung der spektralen Empfindlichkeiten möglich ist.

Darüber hinaus ist eine Optik 7 vorgesehen, die die aus der Region A stammende elektromagne- tische Strahlung im senkrechten Strahlungseinfall auf den Detektor 2 und auch, entsprechend dem Messfeld i, auf den strahlungsempfindlichen Sensor 4 abbildet.

In Figur 2 ist beispielhaft der Zusammenhang zwischen der ermittelten Referenztemperatur Θ, und der gemessenen Intensität I, dargestellt, die als Messwertepaar (θ,, Ι,) als Basis für die vorbe- stimmte Näherungsfunktion F(I L, (θ,, I,)) zur Überführung der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung li_ in eine ortsaufgelöste Temperaturverteilung θι_ verwendet werden.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denk- barer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der besseren Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. Bezugszeichenliste

1 bildgebendes Pyrometer 2 bildgebender Detektor

3 Quotientenpyrometer

4 strahlungsempfindlicher Sensor

5 Kalibriermodul

6 Spektralfilter

7 Optik