[发明专利]用于测量片材温度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过检测物体所发出的辐射来测量物体特别是片材的温度的方法和装置。

背景技术

热像仪提供了场景的二维温度图像。一般，这样的装置观察并测量来自场景的红外发射，因而在不接触发射源的情况下提供温度的测量。红外能量在高于绝对零度的温度处由所有的材料发射。该能量以具有一般在0.7微米到20微米范围内的波长的电磁波的形式传播。当红外线被对红外光谱不透明的主体拦截时，它引发了电子跃迁，或其能量转换成热且红外线可被观察到。红外成像系统将在红外光谱中透射的能量转换成可见光图像。

当红外能量射在材料表面上时，其中一部分将被吸收，一些将被反射，而剩余部分通过物体被透射。在被材料吸收的能量中，一部分可被重新发射。共同地，这些现象确定材料的“发射率”，其被定义为在相同的温度时材料所辐射的能量与黑体所辐射的能量的比率。“黑体”是假想的物体或系统，其不反射或透射入射在它上面的任何红外能量。所有这样的辐射被吸收，且黑体仅仅再次辐射其温度的能量特征。真正的黑体发射率为1，但使用具有小孔径的红外不透明腔，实际上可获得的最接近的发射率为大约0.998。

红外温度测量常常必须在具有低或可变发射率的目标上进行。这可能导致相当多的误差。

减轻这样的误差的一种方法是将红外温度计瞄准到目标中的“腔”内。该腔在或大或小的程度上充当“黑体”腔。发射率的有效值通过腔内的反射升高并稳定。测量误差因此减少了。

这个想法的一种重要实现方式是，其中带型产品在辊子(其可为心轴的形式)上通过或卷绕在辊子上。腔采用在带和辊子(或线圈)之间界定的“楔形物”的形式，并可充当非常有效的黑体腔。图1示意性示出两个例子，并指示每种情况中的腔的位置：图1a示出在连续退火机组中的钢带，而图1b示出在带材轧机中的铝带的卷绕。

使用单点红外温度计，这种类型的安装已进行了一些年。

单点温度计具有只监控带上的一个“轨迹”(例如，中心线)的限制。正确地瞄准仪器(以便获得最大发射率增强)并维持该瞄准(以便维持稳定的发射率增强)也相当难。

可以可选地使用红外行扫描仪。这允许在整个待监控的带上的温度分布。然而，对准甚至比对单点温度计更难。

较新的方法是使热像仪瞄准楔形物。如上所述，热成像装置产生场景的二维图像，所以这允许在不精确地对准仪器的情况下显示腔的温度图像。

腔中的最佳增强的发射率的区域可由眼睛从热图识别。例如，图2示出由被卷到心轴上的铝带形成的“楔形物”腔的热图的例子，且所关注的区域是包括最亮的像素(事实上它们可表现为例如红色)的区域。然而，由于几个原因，从该区域实时地提取温度并不容易：

■成像仪通常远离生产线的侧面安装-所以对于成像仪的视场，楔形物不是

“正方形的”。使热成像装置“正方形”与腔对准通常很难或不可能，因为它将阻碍工艺线。

■在图像内的腔的位置不是事先已知的。替代地，它取决于腔的精确对准和成像仪的精确对准。

■成像仪对准中的微小变化使腔在图像内“漂移”。

■在一些情况下，腔在空间中甚至相对于成像仪并不是大致固定的。例子是上面的图1b和2中所示的铝卷绕情况。在这里，当带缠绕在心轴上时，线圈“增长”，且当成像仪保持固定时，“楔形物”腔在空间中移动。楔形物因此在图像内略微移动。

发明内容

根据本发明，测量片材温度的方法包括下列步骤，该片材布置成使得片材在腔的至少一侧形成，以便增强在腔附近的片材的有效发射率：

a)使用热成像装置来产生腔内部的至少一部分的热图，以探测腔所发出的辐射，热图包括多个像素，每个像素具有表示由腔的对应区域发出的辐射的像素值；

b)识别多个像素的第一子集，所述第一子集的像素的像素值满足预定的标准；

c)使用被识别的所述子集的像素来确定在热图上的表示腔内最佳发射率增强的线；以及

d)根据所确定的线选择多个像素的第二子集，并产生沿着所确定的线的的温度分布，其中所述温度分布从与所述第二子集的像素中的每个像素相关的像素值中获得。

通过以这种方式确定最佳发射率增强的线并使用它来产生温度分布，本发明极大地增加了片材的温度可被监控的精确度。该技术准确地“发现”并“跟踪”图像中的最佳增强的发射率的线，所以克服了在图像中“漂移”的问题以及对腔和成像仪的精确定位的依赖性。进一步地，本发明确保温度分布是基于从腔的区域获得的数据，这提供了高的而且一致的发射率增强。