專利名稱：用于測量片材溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過檢測物體所發(fā)出的輻射來測量物體特別是片材的溫度的方 法和裝置。
背景技術(shù)：
熱像儀提供了場景的二維溫度圖像。一般，這樣的裝置觀察并測量來自場景的紅 外發(fā)射，因而在不接觸發(fā)射源的情況下提供溫度的測量。紅外能量在高于絕對零度的溫度 處由所有的材料發(fā)射。該能量以具有一般在0. 7微米到20微米范圍內(nèi)的波長的電磁波的 形式傳播。當(dāng)紅外線被對紅外光譜不透明的主體攔截時，它引發(fā)了電子躍遷，或其能量轉(zhuǎn)換 成熱且紅外線可被觀察到。紅外成像系統(tǒng)將在紅外光譜中透射的能量轉(zhuǎn)換成可見光圖像。當(dāng)紅外能量射在材料表面上時，其中一部分將被吸收，一些將被反射，而剩余部分 通過物體被透射。在被材料吸收的能量中，一部分可被重新發(fā)射。共同地，這些現(xiàn)象確定 材料的“發(fā)射率”，其被定義為在相同的溫度時材料所輻射的能量與黑體所輻射的能量的比 率。“黑體”是假想的物體或系統(tǒng)，其不反射或透射入射在它上面的任何紅外能量。所有這 樣的輻射被吸收，且黑體僅僅再次輻射其溫度的能量特征。真正的黑體發(fā)射率為1，但使用 具有小孔徑的紅外不透明腔，實(shí)際上可獲得的最接近的發(fā)射率為大約0. 998。紅外溫度測量常常必須在具有低或可變發(fā)射率的目標(biāo)上進(jìn)行。這可能導(dǎo)致相當(dāng)多 的誤差。減輕這樣的誤差的一種方法是將紅外溫度計瞄準(zhǔn)到目標(biāo)中的“腔”內(nèi)。該腔在或 大或小的程度上充當(dāng)“黑體”腔。發(fā)射率的有效值通過腔內(nèi)的反射升高并穩(wěn)定。測量誤差 因此減少了。這個想法的一種重要實(shí)現(xiàn)方式是，其中帶型產(chǎn)品在輥?zhàn)?其可為心軸的形式)上 通過或卷繞在輥?zhàn)由?。腔采用在帶和輥?zhàn)?或線圈)之間界定的“楔形物”的形式，并可充 當(dāng)非常有效的黑體腔。圖1示意性示出兩個例子，并指示每種情況中的腔的位置圖Ia示 出在連續(xù)退火機(jī)組中的鋼帶，而圖Ib示出在帶材軋機(jī)中的鋁帶的卷繞。使用單點(diǎn)紅外溫度計，這種類型的安裝已進(jìn)行了一些年。單點(diǎn)溫度計具有只監(jiān)控帶上的一個“軌跡”(例如，中心線)的限制。正確地瞄準(zhǔn) 儀器(以便獲得最大發(fā)射率增強(qiáng))并維持該瞄準(zhǔn)(以便維持穩(wěn)定的發(fā)射率增強(qiáng))也相當(dāng)難?？梢钥蛇x地使用紅外行掃描儀。這允許在整個待監(jiān)控的帶上的溫度分布。然而， 對準(zhǔn)甚至比對單點(diǎn)溫度計更難。較新的方法是使熱像儀瞄準(zhǔn)楔形物。如上所述，熱成像裝置產(chǎn)生場景的二維圖像， 所以這允許在不精確地對準(zhǔn)儀器的情況下顯示腔的溫度圖像。腔中的最佳增強(qiáng)的發(fā)射率的區(qū)域可由眼睛從熱圖識別。例如，圖2示出由被卷到 心軸上的鋁帶形成的“楔形物”腔的熱圖的例子，且所關(guān)注的區(qū)域是包括最亮的像素(事實(shí) 上它們可表現(xiàn)為例如紅色)的區(qū)域。然而，由于幾個原因，從該區(qū)域?qū)崟r地提取溫度并不容 易
■成像儀通常遠(yuǎn)離生產(chǎn)線的側(cè)面安裝-所以對于成像儀的視場，楔形物不是“正方形的”。使熱成像裝置“正方形”與腔對準(zhǔn)通常很難或不可能，因?yàn)樗鼘⒆璧K 工藝線?！鲈趫D像內(nèi)的腔的位置不是事先已知的。替代地，它取決于腔的精確對準(zhǔn)和成像 儀的精確對準(zhǔn)?！龀上駜x對準(zhǔn)中的微小變化使腔在圖像內(nèi)“漂移”?！鲈谝恍┣闆r下，腔在空間中甚至相對于成像儀并不是大致固定的。例子是上面 的圖Ib和2中所示的鋁卷繞情況。在這里，當(dāng)帶纏繞在心軸上時，線圈“增長”，且當(dāng)成像儀 保持固定時，“楔形物”腔在空間中移動。楔形物因此在圖像內(nèi)略微移動。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，測量片材溫度的方法包括下列步驟，該片材布置成使得片材在腔的 至少一側(cè)形成，以便增強(qiáng)在腔附近的片材的有效發(fā)射率a)使用熱成像裝置來產(chǎn)生腔內(nèi)部的至少一部分的熱圖，以探測腔所發(fā)出的輻射， 熱圖包括多個像素，每個像素具有表示由腔的對應(yīng)區(qū)域發(fā)出的輻射的像素值；b)識別多個像素的第一子集，所述第一子集的像素的像素值滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)；c)使用被識別的所述子集的像素來確定在熱圖上的表示腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng)的 線；以及d)根據(jù)所確定的線選擇多個像素的第二子集，并產(chǎn)生沿著所確定的線的的溫度分 布，其中所述溫度分布從與所述第二子集的像素中的每個像素相關(guān)的像素值中獲得。通過以這種方式確定最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線并使用它來產(chǎn)生溫度分布，本發(fā)明極大 地增加了片材的溫度可被監(jiān)控的精確度。該技術(shù)準(zhǔn)確地“發(fā)現(xiàn)”并“跟蹤”圖像中的最佳增 強(qiáng)的發(fā)射率的線，所以克服了在圖像中“漂移”的問題以及對腔和成像儀的精確定位的依賴 性。進(jìn)一步地，本發(fā)明確保溫度分布是基于從腔的區(qū)域獲得的數(shù)據(jù)，這提供了高的而且一致 的發(fā)射率增強(qiáng)。使用靜止的熱圖可應(yīng)用本發(fā)明的方法。然而，優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以預(yù)定的 幀率重復(fù)步驟a)到d)。例如，熱成像裝置可優(yōu)選地以產(chǎn)生帶料的基本上實(shí)時的視頻的速率 周期性地更新熱圖。處理步驟b)到d)也可基本上實(shí)時地被執(zhí)行，或每個熱圖可被緩存，用 于隨后的處理。步驟b)可用很多不同的方法來執(zhí)行，取決于例如可用處理能力、腔的幾何結(jié)構(gòu)和 /或成像儀的視場。如果有充足的處理能力且成像裝置只觀察到腔，則可能通過選擇具有比 某個閾值大的或在限制范圍內(nèi)的像素值的圖像中的那些像素中的全部或通過選擇具有最 高像素值的N個像素來識別第一子集的像素。預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)不需要導(dǎo)致具有最高像素值的像 素的選擇例如，可選擇圖像中的具有最高像素值的大約50%的像素值的像素。在特別優(yōu)選的例子中，通過從熱圖的至少兩列、優(yōu)選地大約一半的列、更優(yōu)選地大 約每10列的1列中的每個中選擇具有最高像素值的像素來識別所述第一子集的像素。在另一優(yōu)選的例子中，通過從熱圖的至少兩行、優(yōu)選地大約一半的行、更優(yōu)選地大 約每10行的1行中的每個中選擇具有最高像素值的像素來識別所述第一子集的像素。這些方法可擴(kuò)展為使用熱圖中的所有列/行，然而，優(yōu)選的方法是限制所使用的數(shù)量以便減小處理量。在腔幾何結(jié)構(gòu)使得已知最佳增強(qiáng)的發(fā)射率的線將分別名義上平行于 圖像的行(水平)或名義上平行于圖像的列(垂直)的情況下，這些方法是特別優(yōu)選的。在步驟c)中，可例如根據(jù)腔的幾何結(jié)構(gòu)和選擇第一子集的像素的方式以很多方 法確定表示最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線。在一些情況下，表示腔中的最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線可包括 第一子集的像素。這可能是從每列/行或從緊密間隔開的列/行選擇像素使得只有連接這 些像素精確地限定期望線的情況。然而，優(yōu)選地，通過產(chǎn)生最佳擬合第一子集的像素的線優(yōu)選地使用最小二乘擬合 法來確定表示腔中的最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線。這有助于確保線不被任何異常像素變形。步驟c)的方法也可涉及腔幾何結(jié)構(gòu)的知識例如，其中腔由如上所述的“楔形物” 形成，已知最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線應(yīng)是直的，所以可使用直線擬合。然而，表示腔中最佳發(fā)射 率增強(qiáng)的線不需要直線的，而是可為多項(xiàng)式或可包括多于一個的線性部分的曲線。應(yīng)注意，表示最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線是一個近似在步驟d)中(使用該線)選擇溫 度分布提取自其中的實(shí)際像素。然而，如下所述，第二子集的像素可以不完全符合在步驟C) 中確定的線。還應(yīng)注意，雖然“最佳”發(fā)射率增強(qiáng)通常被認(rèn)為對應(yīng)于“最大”發(fā)射率增強(qiáng)，但不需 要是這種情況。可能發(fā)現(xiàn)，例如，另一區(qū)域給出更穩(wěn)定的增強(qiáng)，且在一些情況下，這可能被認(rèn) 為是優(yōu)選的。在步驟d)中，可使用各種技術(shù)選擇第二子集的像素。在優(yōu)選的例子中，選擇第二 子集的像素包括(i)識別最接近于確定的線的像素，被識別的像素形成第二子集。這可包括選擇在該線的某個距離內(nèi)的所有像素，或挑選最接近于該線的N個像 素。選定的像素此外可彼此間隔開某個距離。第二子集的像素可與第一子集的像素相同。在特定的例子中，通過從熱圖的至少一些列、優(yōu)選地所有列中的每個選擇最接近 于確定的線的像素來選擇最接近于確定的線的像素?？蛇x地，通過從熱圖的至少一些行、優(yōu) 選地所有行中的每個選擇最接近于確定的線的像素來選擇最接近于確定的線的像素。如在 選擇像素的第一子集中的，可在該步驟中使用少于全部的行/列，例如使用每10列/行中 的1列/行，以便減小處理量。在另一優(yōu)選的例子中，該方法被進(jìn)一步改進(jìn)，且在步驟d)中，選擇第二子集的像 素還包括(ii)對于在步驟⑴中被識別的像素中的至少一些中的每個，限定包括所述被識 別的像素的像素陣列，比較陣列內(nèi)的像素的像素值，以定位在陣列內(nèi)具有最高像素值的像 素，并用在第二子集中定位的像素代替在步驟(i)中被識別的像素。發(fā)現(xiàn)這個額外的步驟明顯改進(jìn)了最終溫度圖數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。優(yōu)選地，陣列具有nXm個像素的預(yù)定尺寸，η和m是可調(diào)節(jié)的，例如是用戶可選擇 的。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，陣列具有5X5個像素的預(yù)定尺寸。有利地，陣列以所述被識 別的像素為中心，雖然不需要是這種情況。根據(jù)在步驟d)中使用的技術(shù)，確定的線可自動位于在熱圖中所描繪的片材的邊 界內(nèi)。然而在其它例子中，它可向遠(yuǎn)處擴(kuò)展，且所產(chǎn)生的溫度分布因此可包括不直接與片材 相關(guān)的部分。在很多情況下，這可能是可接受的。然而，為了減少所執(zhí)行的處理量，優(yōu)選地，該方法還應(yīng)包括dl)將與像素的第二子集相關(guān)的像素值與閾值進(jìn)行比較，以識別片材的一個或多 個邊緣，終止所確定的線以便不擴(kuò)展到任何所述被識別的邊緣之外，并根據(jù)被終止線修改
第二子集的像素。溫度分布(根據(jù)這個修改的第二子集)將接著只顯示從帶料本身接收的值。優(yōu)選地，閾值是可調(diào)節(jié)的，例如是用戶設(shè)置的。在有利的可選方案中，閾值基于與 在前面圖像幀中的修改的第二子集的像素相關(guān)的像素值的函數(shù)。這使閾值能夠被動態(tài)地更 新，所以考慮材料的溫度隨著時間的變化。函數(shù)也可考慮用戶置信值?？捎煤芏喾绞绞褂盟a(chǎn)生的溫度分布。例如，可對超過規(guī)定限制的值的分布進(jìn)行 監(jiān)控，一旦該限制被超過則響起警報?？蛇x地，該分布可用于給出片材溫度的變化的指示。 然而，在很多情況下，能夠有直接與片材上的位置相關(guān)的溫度分布是有用的。因此優(yōu)選地， 該方法還應(yīng)包括e)執(zhí)行坐標(biāo)變換以根據(jù)腔和熱成像裝置的已知幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與沿著片材上的方 向的真實(shí)位置相關(guān)的第二溫度分布。補(bǔ)償觀察幾何結(jié)構(gòu)的這樣的分布可用于例如探測片材中的異常并精確地將其定 位。在大多數(shù)情況下，當(dāng)熱圖被獲得且產(chǎn)生溫度分布時，片材將是移動的。優(yōu)選地，片 材包括具有橫穿其運(yùn)動方向的寬度的帶，且第二溫度分布沿著帶的寬度。為了使溫度測量與在運(yùn)動方向上的片材上的位置相關(guān)，有材料的二維熱“圖”是有 利的。有利地，該方法因此還包括f)根據(jù)對每個幀產(chǎn)生的第二溫度分布來產(chǎn)生片材的時間熱圖，該圖具有時間與位 置的關(guān)系曲線的坐標(biāo)，其中所述位置沿著片材的方向，優(yōu)選地沿著寬度方向。更優(yōu)選的將是直接與片材上的真實(shí)空間位置相關(guān)的圖。因此，該方法有利地還包 括g)監(jiān)控片材的運(yùn)動，并根據(jù)對每個幀產(chǎn)生的第二溫度分布和在幀之間的片材移動 的距離來產(chǎn)生片材的空間熱圖，該圖具有距離與位置的關(guān)系曲線的坐標(biāo)，其中所述距離沿 著片材的運(yùn)動方向，所述位置沿著片材的方向，優(yōu)選地沿著寬度方向。提供運(yùn)動傳感器來測 量材料的速度。在時間或空間熱圖的情況下，可按需要僅僅對片材的一部分產(chǎn)生圖。另外從發(fā)射率增強(qiáng)的區(qū)域外部例如在腔外部進(jìn)行溫度測量也可能是有利的。在這 里，所測量的溫度是“表觀”溫度，因?yàn)椴牧系陌l(fā)射率沒有被增強(qiáng)或穩(wěn)定。因此，優(yōu)選地，該方法還包括h)限定與表示腔中的最佳發(fā)射率增強(qiáng)的確定的線間隔開并以確定的線為基準(zhǔn)的 熱圖中的第二條線；根據(jù)第二條線選擇多個像素的第三子集，并產(chǎn)生沿著第二條線的表觀 溫度分布，其中所述表觀溫度分布從與第三子集的像素的每個像素相關(guān)的像素值中獲得。有利地，第二條線表示在發(fā)射率增強(qiáng)的區(qū)域外部的片材的區(qū)域。因?yàn)榈诙l線的位置取決于確定的線的位置(步驟C)，由于例如未對準(zhǔn)或線圈增 長，它也“跟蹤”圖像內(nèi)的運(yùn)動。第二條線可在帶邊緣處終止，并用于產(chǎn)生直接與帶寬度相關(guān)的表觀分布，并以與對在步驟c)中確定的線相同的方法產(chǎn)生時間和空間熱圖。從第一條確定的線獲得的數(shù)據(jù)可結(jié)合從第二條線獲得的數(shù)據(jù)來使用，以計算發(fā)射 率分布或圖。有利地，該方法還包括I)根據(jù)第一或第二溫度分布或從在步驟C)中確定的線獲得的時間或空間熱圖與 從在步驟h)中限定的第二條線獲得的相應(yīng)的表觀分布或圖的比較，產(chǎn)生發(fā)射率分布或發(fā) 射率圖。可用很多方法執(zhí)行該步驟。在第一個例子中，對于溫度分布/熱圖中的每個溫度 值，使用普朗克函數(shù)和已知的波長頻帶來計算相等的黑體輻射率。對表觀溫度分布/表觀 熱圖中的每個表觀溫度值執(zhí)行相同的計算。發(fā)射率是兩個黑體輻射值的比率，并可對沿著 該分布或在該圖中的每個點(diǎn)進(jìn)行計算。可選地，為了減小處理量，可在轉(zhuǎn)換到溫度以前或在 沒有轉(zhuǎn)換到溫度的情況下通過直接對沿著第一和第二條線所觀察的輻射率求比值來計算 發(fā)射率。使用這些方法中的任一個，可通過比較從相同的熱圖(即，在相同的幀中)或從不 同的幀中獲得的第一和第二條線來執(zhí)行該計算。例如，可比較來自第一幀中的第二條線的 數(shù)據(jù)與來自在適當(dāng)?shù)拈g隔之后獲取的隨后的幀中的第一條線的數(shù)據(jù)，使得這兩條線都直接 與帶料上的相同位置相關(guān)。優(yōu)選地，該方法還包括m)將所產(chǎn)生的溫度分布、表觀溫度分布、發(fā)射率分布、熱圖或發(fā)射率圖與預(yù)定的限 制進(jìn)行比較，并且如果值(例如，溫度、輻射率或發(fā)射率)落在預(yù)定的限制之外，則觸發(fā)警報 信號。這可被應(yīng)用，例如用于避免工廠火災(zāi)。有利地，該方法還包括η)對所產(chǎn)生的溫度分布、表觀溫度分布、發(fā)射率分布、熱圖或發(fā)射率圖執(zhí)行模式進(jìn) 行識別，以探測異常模式，并且如果探測到異常模式，則觸發(fā)警報信號。這可被應(yīng)用，例如用 于識別帶上的污染或異物?？杀徊檎业漠惓ＤＪ桨ɡ缭谄闹械牡蜏氐摹翱住?。優(yōu)選地，探測到的輻射是優(yōu)選地具有大約3到5微米或8到14微米、更優(yōu)選地大 約3. 3到3. 5微米、3. 8到4. 0微米、4. 6到5. 4微米、7. 6到8. 4微米或7. 8到8. 0微米的 波長的紅外輻射。其中帶料很熱(高于大約200°C )時優(yōu)選相對低的波長(3到5微米)和 其中帶料很冷(低于大約200°C )時優(yōu)選相對較高的波長(大約8到14微米)?？商峁┹?射濾波器，以便選擇工作帶寬。這可能特別有用，取決于目標(biāo)材料和大氣。優(yōu)選地，像素值對應(yīng)于輻射率，且步驟d)包括使用普朗克函數(shù)和輻射的已知波長 頻帶將至少像素的第二子集的輻射率值轉(zhuǎn)換成溫度值。這最小化了熱成像裝置執(zhí)行的必要 處理，但在可選的例子中，成像儀可將輻射率值轉(zhuǎn)換成溫度并輸出這些作為像素值。有利地，腔被限定在片材和支持片材的輥?zhàn)又g。然而，可通過按需要操縱片材來 以很多其它方法構(gòu)造適當(dāng)?shù)那弧?yōu)選地，片材纏繞在輥?zhàn)由?，輥?zhàn)觾?yōu)選地包括心軸，更優(yōu)選地包括具有可調(diào)節(jié)的直 徑的分離的心軸，以便于從所纏繞的片材中移除。一般，該方法有利地用于測量金屬片材例如金屬或合金的溫度，但優(yōu)選地，片材是 鋁帶、鋼帶或亮鋼帶。本發(fā)明還提供了適合于執(zhí)行上述方法的溫度測量系統(tǒng)，包括熱成像裝置，其布置成觀察腔的至少一部分并適合于探測腔所發(fā)出的輻射，從而產(chǎn)生腔內(nèi)部的至少一部分的熱圖，其中片材形成腔的至少一側(cè)，熱圖包括多個像素，每個像 素具有表示腔的對應(yīng)區(qū)域所發(fā)出的輻射的像素值；以及處理器，其適合于識別多個像素的第一子集，所述第一子集的像素的像素值滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)；使用被識別的所述第一子集的像素來確定熱圖上的表示腔中最佳發(fā)射率增強(qiáng)的 線；以及根據(jù)確定的線選擇多個像素的第二子集，并產(chǎn)生沿著確定的線的溫度分布，其中 所述溫度分布從與第二子集的像素的每個像素相關(guān)的像素值中獲得。優(yōu)選地，熱成像裝置包括未冷卻的微輻射熱測量計探測器陣列。方便地，系統(tǒng)還包括適合于支撐熱成像裝置的支架，支架優(yōu)選地布置成能夠使熱 成像裝置繞著至少一個軸、優(yōu)選地兩個垂直軸旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，支架使熱成像裝置能夠繞著兩個垂直軸旋轉(zhuǎn)，其中一個軸基本上垂直于 片材的運(yùn)動方向。在一些例子中，支架布置成能夠使熱成像裝置繞著三個垂直軸旋轉(zhuǎn)。有利地，熱成像裝置被容納在保護(hù)殼體中。處理器可按獨(dú)立的方式操作，但優(yōu)選地，系統(tǒng)還包括工廠計算機(jī)，處理器的結(jié)果被 輸出到該工廠計算機(jī)。工廠計算機(jī)可進(jìn)一步從連接到位于工廠周圍的成像儀的很多這樣的 處理器接收結(jié)果。優(yōu)選地，處理器優(yōu)選地通過以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP、0PC協(xié)議、串行端口連 接或無線連接之一連接到熱成像裝置。有利地，處理器優(yōu)選地通過以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP、0PC協(xié)議、串行端口連 接或無線連接之一連接到工廠計算機(jī)。


現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的例子，其中圖Ia示出布置成用于本發(fā)明中的裝置的第一實(shí)施例；圖Ib示出布置成用于本發(fā)明中的裝置的第二實(shí)施例；圖Ic是圖Ib的平面圖；圖2示出熱圖的例子；圖3示出熱圖和其上確定的線的例子；圖4a、b、c和d示出形成熱圖的一部分的像素和可在確定像素的第一子集中涉及 的步驟的示意圖，該線表示最佳發(fā)射率增強(qiáng)和像素的第二子集；圖5示出可在識別第二子集的像素中使用的像素陣列的圖示；圖6a示出基于所確定的線的溫度分布；圖6b示出沿著片材的寬度的溫度分布；圖6c示出片材的時間熱圖；圖6d示出片材的空間熱圖；圖7a示出布置成用于本發(fā)明中的裝置的第三實(shí)施例；以及圖7b示出在圖7a中所示的片材的熱圖和相關(guān)的溫度分布(i)到(iv)。
具體實(shí)施例方式在圖1中示意性示出用于執(zhí)行本發(fā)明的適當(dāng)?shù)难b置。圖Ia示出在諸如退火的工 藝期間支撐在輥?zhàn)?4周圍的片材10，例如鋼。片材如箭頭ν所示移動。圖Ib給出第二個 例子，其中片材10例如鋁帶纏繞在心軸16上。心軸可被分開，使得它可在盤繞期間擴(kuò)展， 接著隨后折疊以便于線圈11的移除。在這兩種情況下，腔12在片材和輥?zhàn)?4(或心軸16)之間形成。在圖Ia中，片材 10只形成腔的一側(cè)，而在圖Ib的情況下，兩側(cè)都由片材提供，因?yàn)樗p繞在心軸16上。腔 12根據(jù)腔的變化的尺寸將片材的有效發(fā)射率增強(qiáng)到較大或較小的程度。熱成像裝置20布置成觀察腔12的至少一部分，如箭頭1所示。實(shí)際上，成像儀20 可從片路徑偏移，如在圖Ic中最佳示出的。成像儀以角度θ觀察腔12。成像儀優(yōu)選地基 于未冷卻的微輻射熱測量計探測器，包括微輻射熱測量計陣列。每個微輻射熱測量計產(chǎn)生 對應(yīng)于輸出圖像的一個像素的信號。探測器在大約8-14微米的波長頻帶內(nèi)操作以用于安 裝，其中目標(biāo)通常低于大約200°C ；它在大約3-5微米的波長頻帶中操作，用于對通常高于 200°C的目標(biāo)的測量。更有限波帶的濾波器例如3. 8-4. 0微米或4. 6-5. 4微米可能是有利 的，取決于目標(biāo)材料、溫度和視線路徑大氣。熱成像裝置20可被支撐在支架(未示出)內(nèi)，支架優(yōu)選地包括柱子，套環(huán)繞該軸 旋轉(zhuǎn)；以及通過繞著垂直軸的樞軸固定到該套環(huán)的成像儀的保護(hù)殼體。這使成像儀能夠繞 著兩個垂直軸旋轉(zhuǎn)，且在一些例子中成像儀可另外繞著第三垂直軸旋轉(zhuǎn)。在一般安裝中，柱子被對準(zhǔn)成基本上與帶表面垂直例如，其中帶表面名義上是水 平的，柱子是垂直的。通常，旋轉(zhuǎn)軸被對準(zhǔn)成名義上垂直和平行于帶運(yùn)動的方向。攝像機(jī)20優(yōu)選地通過以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP、OPC協(xié)議、串行端口連接或 無線連接將以數(shù)字信息形式的熱圖輸出到處理數(shù)據(jù)的處理器22 (例如基于PC的計算機(jī))。 來自攝像機(jī)20的數(shù)字信息包括輻射率的2維陣列，S卩，輻射率與圖像中的X，y位置的關(guān)系 曲線?？蛇x地，輻射率值可在成像儀中被轉(zhuǎn)換成溫度值。在這種情況下，所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是溫 度與X，y位置的關(guān)系曲線。優(yōu)選輸出輻射率而不是溫度，因?yàn)檩椛渎试跀z像機(jī)中需要較少 的信號處理輻射率到溫度的轉(zhuǎn)換接著稍后在處理器中發(fā)生。處理器22還可通過用于接收處理結(jié)果的上述連接裝置中的任何一個連接到工廠 計算機(jī)24。處理器22和工廠計算機(jī)24中的任一個或兩個可設(shè)置有輸出裝置，例如監(jiān)控器 或揚(yáng)聲器，以及用于從用戶接收命令的輸入裝置。圖2和3示出由攝像機(jī)20捕獲的熱圖30。熱成像裝置20優(yōu)選地被瞄準(zhǔn)，使得楔 形物腔12名義上平行于熱圖30中的χ或y軸，并且也使得楔形物腔12在任何預(yù)期運(yùn)動中 始終保持在圖像30內(nèi)。在下面的例子中，我們將假定腔12名義上平行于圖像30中的“X”軸，即，平行于 像素行而不是列。如上所述，它可以其它方式存在。圖4和5是示出單獨(dú)的像素31的熱圖30的示圖。應(yīng)注意，為了清楚起見，像素的 粗糙度在附圖中被極大地放大。實(shí)際上，在每個圖像幀中一般有320X240個像素。進(jìn)一步 地，不是對整個圖像執(zhí)行下列步驟，可對圖像30內(nèi)用戶定義的區(qū)域執(zhí)行該過程。我們將假定熱圖像素31表示輻射率。如上所述，它們可能已經(jīng)在攝像機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)換成溫度。在第一步驟中，處理器根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)識別圖像30中的像素的第一子集。第一子 集像素在圖4a和4b中以灰度示出，并被標(biāo)為32。在本例中，處理器通過分析圖像中的多列 像素來選擇第一子集。數(shù)量在這里是可調(diào)節(jié)的，以適合特定的應(yīng)用，例如是選定列之間的間 隔_但一般在240X320像素圖像內(nèi)分析大約30個相等間隔的列。例如，每第N列可被分 析，其中N是用戶可選擇的且一般為大約10。在圖4所示的例子中，選擇每第六列。該方法 在每個選定的列中找到最高值像素，并識別對應(yīng)的x，y坐標(biāo)。這些形成第一子集32。對于 上下文，圖2指示第一子集相對于楔形物的大致位置。在下一步驟中，處理器使用選定的第一子集32來確定圖像中的線34，其表示腔中 的最佳發(fā)射率增強(qiáng)。在本例中，這使用最小二乘擬合法通過擬合經(jīng)過被識別的X，y坐標(biāo)的 線34來實(shí)現(xiàn)。這在圖3和4b中示出。通常使用直線，但在一些情況下，更復(fù)雜的線(例如， 由多項(xiàng)式方程描述)可能是適當(dāng)?shù)摹＿x定的線的形狀可取決于腔的幾何結(jié)構(gòu)。例如，在如 圖1所示的楔形腔中，最佳發(fā)射率增強(qiáng)的區(qū)域一般遵循輥?zhàn)雍推g的接觸(直)線。然 而，可能并不總是這種情況。一旦確定了最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線，處理器就認(rèn)為輻射率值是沿著線34的多個點(diǎn) (第二子集的像素)。這可用很多方法執(zhí)行。在第一個例子中，選擇最接近于線34的像素 的輻射率值，如圖4c所示。選定的像素被標(biāo)為35，并形成第二子集。這些輻射率值接著通 過參考普朗克函數(shù)和已知波長頻帶以及熱成像儀的校準(zhǔn)常數(shù)來轉(zhuǎn)換成相等的溫度。輸出是 溫度T與沿著線34的位置s的關(guān)系曲線的表。這在圖6a中以溫度分布42的形式用圖形 示出。如現(xiàn)在定義的，整個線34可用于選擇第二子集的像素(并因此產(chǎn)生溫度分布)。 然而，在本例中，在選定的像素值落在對應(yīng)于熱產(chǎn)品上最小可接受的輻射率的閾值之下時， 線34終止，即，該線現(xiàn)在表示越過楔形物腔的最佳增強(qiáng)的發(fā)射率的線并在由圖3中的點(diǎn)36 和38表示的帶邊緣處終止。在圖4d中示出了像素的終止的第二子集。上面的閾值優(yōu)選地被動態(tài)地更新。用戶設(shè)置(或以另外的方式可調(diào)節(jié)的)初始值 用于第一幀。如上所述對于第一幀，該線被識別并終止。沿著該線的輻射率值的函數(shù)被計 算并用作對下一幀的閾值。該函數(shù)一般是乘以用戶設(shè)置的“置信度”分?jǐn)?shù)所得出的平均值。 例如，如果置信度分?jǐn)?shù)是0.5，則連續(xù)幀的閾值輻射率被設(shè)置為在前面的幀中的平均線內(nèi)輻 射率的50%。上面的技術(shù)提供了表示最佳發(fā)射率增強(qiáng)的適當(dāng)輸出，而在另一實(shí)施例中，這可進(jìn) 一步通過將第二級添加到用于識別像素35的第二子集的程序中來改進(jìn)。上述方法輸出最 接近于線34的被識別的像素35的像素值和地址的表。在圖5(示出屬于第二子集的示例 性像素35a)所示的可選的第二步驟中，對每個被識別的像素(即，表中的每個像素)執(zhí)行 下面的操作■限定在被識別的像素35a周圍的像素37的陣列。陣列37可為尺寸為nXm個 像素的陣列。在本例中，使用5X5陣列。陣列37應(yīng)包括被識別的像素35a，并優(yōu)選地以其 為中心?！鍪龟嚵?7中的像素值彼此比較，以定位具有最高值的像素。在本例中，這是最 初被識別的像素35a，雖然常常不是這種情況。
■用所定位的像素(具有陣列中的最高像素值)代替被識別的像素35a，以形成像 素的新的第二子集。nXm陣列的尺寸優(yōu)選地是可調(diào)節(jié)的；例如，它可為用戶定義的或由調(diào)試工程師設(shè) 置。存在可合并這樣的可調(diào)節(jié)性的幾種方法，包括a)以處理器代碼容易被修改的方式寫處理器代碼；b)將可調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)放到代碼訪問的可編輯數(shù)據(jù)文件中；c)有用戶設(shè)置的參數(shù)，但將其隱藏在“只有工程師”訪問口令后；或者d)有可在屏幕上訪問的用戶設(shè)置的參數(shù)。類似的技術(shù)可應(yīng)用于初始閾值的調(diào)節(jié)。在一些情況下，可能希望只對形成第二子集(例如，每第M個像素)的一些像素執(zhí) 行這個第二改進(jìn)階段。像素值和地址的修改的表接著被輸出并用于產(chǎn)生溫度分布。如在前 面的例子中的，這組像素可通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)拈撝翟趲У拿總€邊緣處被“終止”。這可在第二 改進(jìn)階段之前或之后執(zhí)行。上述額外的步驟被發(fā)現(xiàn)在出現(xiàn)最終溫度圖數(shù)據(jù)時提供明顯的改進(jìn)。它被認(rèn)為是以 下內(nèi)容的結(jié)果i)像素在尺寸上是有限的最佳測量的斜線導(dǎo)致“最近的”像素的“交錯”陣列-見 圖4c。當(dāng)線緩慢移動時，交錯快速地改變，這給出數(shù)據(jù)表中的波動，當(dāng)以產(chǎn)品為基準(zhǔn)時導(dǎo)致 固定的溫度模式。波動具有合理地低的振幅，所以該模式對測量的實(shí)際質(zhì)量有很小的影響， 但模式對用戶是可見的而不是系統(tǒng)的明顯的假象。ii)在像素探測器陣列中總是有某個水平的固定模式噪聲。這是信號增益和偏移 中的變化，并往往一行接一行而不是隨機(jī)散射。特別是，如果有奇偶線變化，這將導(dǎo)致上述 效應(yīng)惡化。Iii) 一般，最佳測量的直線是擬合數(shù)據(jù)的良好選擇，但最佳測量的真實(shí)線可能不 確切地是直線-在現(xiàn)實(shí)中或由于光學(xué)系統(tǒng)中的失真。當(dāng)目標(biāo)在圖像內(nèi)移動時，“擬合優(yōu)度” 可能隨之改變。上述兩階段“擺動”方法在某個程度上補(bǔ)償所有這三個問題。無論采用上面技術(shù)中的哪個，對于從成像攝像機(jī)接收的每個幀，都頻繁地重復(fù)計 算。線因此“跟蹤”圖像內(nèi)楔形物腔的移動。按照圖3的圖像通?？蓪S操作人員顯示，提供系統(tǒng)“鎖定”并“跟蹤”楔形物 腔的非常強(qiáng)大的保證。為了簡單和清楚起見，所顯示的圖像一般顯示線34而不是顯示像素 35的第二子集。所顯示的圖像優(yōu)選地對每個幀更新，以實(shí)時地顯示腔。溫度分布42可直接用在很多應(yīng)用中，包括警報情況的識別和對隨著時間改變的 溫度變化的一般監(jiān)控。然而，在本例中，處理器22使用安裝的已知幾何結(jié)構(gòu)(例如，角Θ) 來將坐標(biāo)s (其是穿過被投影在圖像中的楔形物腔的距離)變換為坐標(biāo)w，其是穿過楔形物 腔的真實(shí)距離(即，在大致垂直于其運(yùn)動方向上穿過帶的寬度，)。輸出是溫度表(分布)T 與w的關(guān)系曲線。一般w以帶中心線為基準(zhǔn)，中心線位置被取為在線端部36和38之間的 半程。圖6b以溫度分布44的形式用圖形示出這個輸出。在很多應(yīng)用中，能夠在傳輸方向上將溫度分布與片材的位置相結(jié)合是有利的。因 此，在本例中，處理器產(chǎn)生帶的時間溫度“圖”，其中一個軸穿過帶被定位，而另一時刻，通過記錄每個溫度分布44并彼此放在一起顯示，表示溫度的像素顏色根據(jù)對應(yīng)的熱圖被獲取 的點(diǎn)之間的時間間隔被間隔開。這在圖6c中被示為圖46。如果(任何已知類型的)帶速傳感器被連接到系統(tǒng)，則可重新繪制該圖，軸對應(yīng)于 穿過帶的距離并沿著帶方向。這在圖6d中被示為圖48?？筛鶕?jù)已知的限制和如果超過該限制則啟動警報來分析分布42、44或圖46、48。 可根據(jù)對應(yīng)于帶上的污染或異物以及所啟動的警報的異常特征_ “孔”(低溫區(qū)域)_分析 分布或圖。圖6示出異常特征52和54以及限制Tmax和Tmin的例子。如果任何特征超過Tmax 且警報可被觸發(fā)，或在另一例子中，操作人員可被提醒來做進(jìn)一步調(diào)查。在一些例子中，這 些限制可用于觸發(fā)產(chǎn)生超過該限制的片材的相關(guān)區(qū)域的熱圖。圖7示出第三實(shí)施例，其中第二條線60以第一條線34為基準(zhǔn)被限定。如圖7a所 示，第二條線60對應(yīng)于與第一條線34間隔開某個距離d的位置。例如，第二條線60可在 帶10進(jìn)入線圈11之前穿過帶10大約2米。正如對第一條線34 —樣，第二條線60可采取 任何形狀且不需要是直線的，雖然它優(yōu)選地是與第一條線34相同的形狀。在熱圖中以第一條線34為基準(zhǔn)的第二條線60 “跟蹤”圖像內(nèi)的移動(由于例如 成像儀未對準(zhǔn)或線圈“增長”)。輻射率和對應(yīng)的溫度可被測量并沿著第二條線60獲得，正如對第一條線34 —樣。 然而，溫度現(xiàn)在是“表觀”溫度(Ta)，因?yàn)榈诙l線60位于發(fā)射率增強(qiáng)的區(qū)域之外。可設(shè)置 對輻射率或表觀溫度可接受的閾值，且第二條線以與第一條線34相同的方式在帶邊緣處 終止。表觀溫度Ta沿著第二條線被繪制為分布或圖，正如對第一條線一樣。圖7b示出 從與典型溫度分布44和表觀溫度分布62 —起示出的第一條線34獲得的(時間或空間) 熱圖，表觀溫度分布62從第二條線60中獲得。系統(tǒng)可尋找在表觀溫度分布或圖中的異常模式并使警報發(fā)聲，正如在第一和第二 實(shí)施例中的一樣。對某些類型的異常，在表觀溫度工作是有利的。例如，如果在鋁帶上濺有輕油56， 它將達(dá)到帶溫度，但輕油有比帶高得多的發(fā)射率。因此，輕油的存在被視為表觀溫度中的大 的正性異常，如從取自第二條線60的數(shù)據(jù)中獲得的(在圖7b(i)的表觀溫度分布62中被 示為56)。可選擇成像儀工作波長，以便更充分地使用這樣的效應(yīng)。例如，大多數(shù)碳?xì)浠衔?在接近3. 4微米波長具有高發(fā)射率，所以例如大約3. 3到3. 5微米的窄工作波帶將給這些 材料提供高敏感度。在識別異常中，可利用大多數(shù)真實(shí)帶溫度特征被延長的事實(shí)，如圖7b所示。因此， 每個特征出現(xiàn)在很多連續(xù)的分布(幀)中。相反，物體例如帶上的雜散螺栓58將也許只以 一個分布(幀)為特征。給定來自第一條線34的真實(shí)溫度分布和來自第二條線60的表觀溫度圖，可計算 發(fā)射率圖。這實(shí)際上是帶的表面處理的圖，并可能被用作監(jiān)控表面處理的方式。類似地，可計算并基本上實(shí)時地監(jiān)控發(fā)射率分布?？捎煤芏喾椒ㄓ嬎惆l(fā)射率。在一個例子中，根據(jù)第二溫度分布44和表觀溫度分布62計算發(fā)射率分布，這些分布從攝像機(jī)20所產(chǎn)生的熱圖的相同幀獲得。對于分布44的每 個溫度值和分布62的每個表觀溫度值，普朗克函數(shù)和已知的輻射波帶被用于計算對應(yīng)的 黑體輻射率。對于沿著分布的每個點(diǎn)，其發(fā)射率可通過對所計算的輻射率求比值來確定。時 間或空間發(fā)射率圖可使用在每個幀中產(chǎn)生的發(fā)射率分布來逐步建立。
可選地，發(fā)射率可根據(jù)從攝像機(jī)20收集的并存在于原始熱圖中的輻射信息直接 計算?？稍跀?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度之前或在不轉(zhuǎn)換成溫度的情況下，對在兩條線34和62上觀察 到的輻射求比值，以給出發(fā)射率。 如果添加帶速傳感器，則可確切地正確計算發(fā)射率分布和圖，即，使用來自一個幀 的第一線數(shù)據(jù)和來自另一幀的第二線數(shù)據(jù)，以使溫度和表觀溫度線偏移，并為沿著帶的每 個位置正確計算發(fā)射率。然而，給定大多數(shù)特征的延長性質(zhì)，這可能不是必要的，且它可足 以從取自同一幀的第一條線34和第二條線60的數(shù)據(jù)計算發(fā)射率。
來自系統(tǒng)的輸出包括如上所述的溫度分布和/或圖以及任何警報信號。數(shù)據(jù)優(yōu)選 地通過到工廠計算機(jī)24的以太網(wǎng)連接被傳輸。優(yōu)選地使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，例如OPC協(xié)議。 分布和/或圖數(shù)據(jù)優(yōu)選地也顯示在屏幕上。
權(quán)利要求
一種測量片材溫度的方法，所述片材布置成使得所述片材在腔的至少一側(cè)形成，以便增強(qiáng)在所述腔附近的所述片材的有效發(fā)射率，所述方法包括a)使用熱成像裝置來產(chǎn)生所述腔內(nèi)部的至少一部分的熱圖，以探測所述腔發(fā)出的輻射，所述熱圖包括多個像素，每個所述像素具有表示由所述腔的對應(yīng)區(qū)域發(fā)出的輻射的像素值；b)識別所述多個像素的第一子集，所述第一子集的像素的像素值滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)；c)使用被識別的所述第一子集的像素來確定在所述熱圖上的表示所述腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線；以及d)根據(jù)所確定的線選擇所述多個像素的第二子集，并產(chǎn)生沿著所確定的線的溫度分布，其中所述溫度分布從與所述第二子集的像素中的每個像素相關(guān)的像素值中獲得。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以預(yù)定的幀率重復(fù)步驟a)到d)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過從所述熱圖的至少兩列、優(yōu)選地一半的列、 更優(yōu)選地每10列的1列中的每個中選擇具有最高像素值的像素來識別所述第一子集的像素。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過從所述熱圖的至少兩行、優(yōu)選地一半的行、 更優(yōu)選地每10行的1行中的每個中選擇具有最高像素值的像素來識別所述第一子集的像素。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述表示所述腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng) 的線包括所述第一子集的像素。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，通過產(chǎn)生最佳擬合所述第一子集的 像素的線，優(yōu)選地使用最小二乘擬合法，來確定所述表示所述腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述表示所述腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng) 的線是直線的。
8.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述表示所述腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng) 的線是多項(xiàng)式或包括多于一個的線性部分的曲線。
9.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟d)中，選擇所述第二子集的 像素包括(i)識別最接近于所確定的線的像素，被識別的像素形成所述 第二子集。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在步驟(i)中，通過從所述熱圖的至少一些列、優(yōu) 選地所有列中的每個中選擇最接近于所確定的線的像素來選擇最接近于所確定的線的像素。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在步驟(i)中，通過從所述熱圖的至少一些行、優(yōu) 選地所有行中的每個中選擇最接近于所確定的線的像素來選擇最接近于所確定的線的像素。
12.如權(quán)利要求9到11中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟d)中，選擇所述第二子集 的像素還包括(ii)對于在步驟(i)中被識別的像素中的至少一些中的每一個，限定包括所述被識別 的像素的像素陣列，比較所述陣列內(nèi)的像素的像素值，以定位在所述陣列內(nèi)具有最高像素 值的像素，并用在所述第二子集中定位的像素代替在步驟(i)中被識別的像素。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述陣列具有nXm個像素的預(yù)定尺寸，n和m是可調(diào)節(jié)的。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述陣列具有5X5個像素的預(yù)定尺寸。
15.如權(quán)利要求12到14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述陣列以所述被識別的像素 為中心。
16.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括dl)將與所述第二子集的像素相關(guān)的像素值與閾值進(jìn)行比較，以識別所述片材的一個 或多個邊緣，終止所確定的線以便不擴(kuò)展到任何被識別的邊緣之外，并根據(jù)被終止的線修 改所述第二子集的像素。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述閾值是可調(diào)節(jié)的。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述閾值是基于與在前面圖像幀中的修改的第 二子集的像素相關(guān)的像素值的函數(shù)。
19.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括e)執(zhí)行坐標(biāo)變換，以根據(jù)所述腔和所述熱成像裝置的已知幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與沿著所述片 材上的方向的真實(shí)位置相關(guān)的第二溫度分布。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述片材是移動的，并包括具有橫穿其運(yùn)動方向 的寬度的帶，且所述第二溫度分布沿著所述帶的寬度。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，還包括f)根據(jù)對每個幀產(chǎn)生的所述第二溫度分布來產(chǎn)生所述片材的時間熱圖，所述時間熱圖 具有時間與位置的關(guān)系曲線的坐標(biāo)，其中所述位置沿著所述片材的方向，優(yōu)選地沿著寬度 方向。
22.如權(quán)利要求19至21中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括g)監(jiān)控所述片材的運(yùn)動，并根據(jù)對每個幀產(chǎn)生的所述第二溫度分布和在所述幀之間的 所述片材移動的距離來產(chǎn)生所述片材的空間熱圖，所述空間熱圖具有距離與位置的關(guān)系曲 線的坐標(biāo)，其中所述距離沿著所述片材的運(yùn)動方向，所述位置沿著所述片材的方向，優(yōu)選地 沿著寬度方向。
23.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括h)限定與所述表示所述腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng)的確定的線間隔開并以所確定的線為基 準(zhǔn)的所述熱圖中的第二條線；根據(jù)所述第二條線選擇所述多個像素的第三子集，并產(chǎn)生沿 著所述第二條線的表觀溫度分布，其中所述表觀溫度分布從與所述第三子集的像素的每個 像素相關(guān)的像素值中獲得。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第二條線表示在發(fā)射率增強(qiáng)的區(qū)域外部的 所述片材的區(qū)域。
25.如權(quán)利要求23或24所述的方法，還包括i)執(zhí)行坐標(biāo)變換，以根據(jù)所述腔和所述熱成像裝置的已知幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與沿著所述片 材上的方向的真實(shí)位置相關(guān)的第二表觀溫度分布。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括j)根據(jù)對每個幀產(chǎn)生的所述第二表觀溫度分布來產(chǎn)生所述片材的時間表觀熱圖，所述 時間表觀熱圖具有時間與位置的關(guān)系曲線的坐標(biāo)，其中所述位置沿著所述片材的方向，優(yōu) 選地沿著寬度方向。3
27.如權(quán)利要求25或26所述的方法，還包括K)監(jiān)控所述片材的運(yùn)動，并根據(jù)對每個幀產(chǎn)生的所述第二表觀溫度分布和在所述幀之 間的所述片材移動的距離來產(chǎn)生所述片材的空間表觀熱圖，所述空間表觀熱圖具有距離與 位置的關(guān)系曲線的坐標(biāo)，其中所述距離沿著所述片材的運(yùn)動方向，所述位置沿著所述片材 的方向，優(yōu)選地沿著寬度方向。
28.如權(quán)利要求23到27中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括1)根據(jù)所述第一溫度分布或所述第二溫度分布，或從在步驟c)中確定的線獲得的時 間或空間熱圖，與從在步驟h)中限定的第二條線獲得的相應(yīng)的表觀分布或圖的比較，產(chǎn)生 發(fā)射率分布或發(fā)射率圖。
29.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括m)將所產(chǎn)生的溫度分布、表觀溫度分布、發(fā)射率分布、熱圖或發(fā)射率圖與預(yù)定的限制進(jìn) 行比較，并且如果值落在預(yù)定的限制之外，則觸發(fā)警報信號。
30.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括n)對所產(chǎn)生的溫度分布、表觀溫度分布、發(fā)射率分布、熱圖或發(fā)射率圖執(zhí)行模式識別， 以探測異常模式，并且如果探測到異常模式，則觸發(fā)警報信號。
31.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，探測到的輻射是優(yōu)選地具有3到5 微米或8到14微米、更優(yōu)選地3. 3到3. 5微米、3. 8到4. 0微米、4. 6到5. 4微米、7. 6到8. 4 微米或7. 8到8. 0微米的波長的紅外輻射。
32.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述像素值對應(yīng)于輻射率，并且步 驟d)包括，使用普朗克函數(shù)和輻射的已知波長頻帶將至少所述第二子集的像素的輻射率 值轉(zhuǎn)換成溫度值。
33.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述腔被限定在所述片材和用以支 持所述片材的輥?zhàn)又g。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述片材被纏繞在所述輥?zhàn)由希鲚佔(zhàn)觾?yōu)選地 包括心軸，更優(yōu)選地包括具有可調(diào)節(jié)的直徑的分離的心軸，以便于從所纏繞的片材中移除。
35.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述片材是鋁帶、鋼帶或亮鋼帶。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述片材是鋼帶或亮鋼帶。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述片材是鋁帶。
38.一種溫度測量系統(tǒng)，所述溫度測量系統(tǒng)適合于執(zhí)行權(quán)利要求1到37中任何一項(xiàng)的 方法，包括熱成像裝置，其被布置用以觀察腔的至少一部分，并適合于探測所述腔發(fā)出的輻射，從 而產(chǎn)生所述腔內(nèi)部的至少一部分的熱圖，其中所述片材形成所述腔的至少一側(cè)，所述熱圖 包括多個像素，每個所述像素具有表示所示腔的對應(yīng)區(qū)域發(fā)出的輻射的像素值；以及處理器，其適合于識別所述多個像素的第一子集，所述第一子集的像素的像素值滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)；使用被識別的所述第一子集的像素來確定所述熱圖上的表示所述腔中最佳發(fā)射率增 強(qiáng)的線；以及根據(jù)所確定的線選擇所述多個像素的第二子集，并產(chǎn)生沿著所確定的線的溫度分布， 其中所述溫度分布從與所述第二子集的像素的每個像素相關(guān)的像素值中獲得。
39.如權(quán)利要求38所述的溫度測量系統(tǒng)，其中，所述熱成像裝置包括未冷卻的微輻射 熱測量計探測器陣列。
40.如權(quán)利要求38或39所述的溫度測量系統(tǒng)，還包括適合于支撐所述熱成像裝置的支 架，所述支架優(yōu)選地被布置成能夠使所述熱成像裝置繞著至少一個軸、優(yōu)選地兩個垂直軸 旋轉(zhuǎn)。
41.如權(quán)利要求40所述的溫度測量系統(tǒng)，其中，所述片材是移動的，且所述支架使所述 熱成像裝置能夠繞著兩個垂直軸旋轉(zhuǎn)，其中一個所述軸垂直于所述片材的運(yùn)動方向。
42.如權(quán)利要求40或41所述的溫度測量系統(tǒng)，其中，所述支架被布置成能夠使所述熱 成像裝置繞著三個垂直軸旋轉(zhuǎn)。
43.如權(quán)利要求38到42中任一項(xiàng)所述的溫度測量系統(tǒng)，其中，所述熱成像裝置被容納 在保護(hù)殼體中。
44.如權(quán)利要求38到43中任意一項(xiàng)所述的溫度測量系統(tǒng)，還包括工廠計算機(jī)，所述處 理器的結(jié)果被輸出到所述工廠計算機(jī)。
45.如權(quán)利要求38到44中任意一項(xiàng)所述的溫度測量系統(tǒng)，其中，所述處理器優(yōu)選地通 過以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP、0PC協(xié)議、串行端口連接或無線連接之一連接到所述熱 成像裝置。
46.如至少權(quán)利要求44所述的溫度測量系統(tǒng)，其中，所述處理器優(yōu)選地通過以太網(wǎng)、互 聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、TCP/IP、0PC協(xié)議、串行端口連接或無線連接之一連接到所述工廠計算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測量片材溫度的方法。片材布置成使得它在腔的至少一側(cè)形成，以便增強(qiáng)在腔附近的片材的有效發(fā)射率。該方法包括a)使用熱成像裝置來產(chǎn)生腔內(nèi)部的至少一部分的熱圖，以探測腔所發(fā)出的輻射，該熱圖包括多個像素，每個像素具有表示由腔的對應(yīng)區(qū)域發(fā)出的輻射的像素值；b)識別多個像素的第一子集，所述第一子集3的像素的像素值滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)；c)使用被識別的第一子集的像素來確定在該熱圖上的表示腔內(nèi)最佳發(fā)射率增強(qiáng)的線；以及d)根據(jù)所確定的線選擇多個像素的第二子集，并產(chǎn)生沿著所確定的線的溫度分布，其中所述溫度分布從與第二子集的像素中的每個像素相關(guān)的像素值中獲得。
文檔編號G01J5/00GK101932920SQ200980103930
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者伊恩·漢密爾頓·瑞德里, 安德魯·梅洛, 托馬斯·杰弗里·羅納德·貝農(nóng), 斯圖爾特·弗朗西斯·梅特卡夫, 本·威爾曼 申請人:蘭德國際儀器公司