DE102004053659B3 - Non-contact measurement of the temperature profile of a surface, along a line, uses a rotating and transparent polygon scanner to pass emitted and/or reflected light from the surface to a focusing lens - Google Patents

Non-contact measurement of the temperature profile of a surface, along a line, uses a rotating and transparent polygon scanner to pass emitted and/or reflected light from the surface to a focusing lens Download PDF

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Abstract

For the non-contact detection of thermal characteristics of the surface of an object, along a line (24), emitted and/or reflected light is detected by a focusing lens (22) with a transparent and rotating polygon scanner (16). The scanner has an even number of paired facets so that, according to the angular lie of the scanner, the temperature-related emission and/or reflected light is detected continuously through the parallel offset of the lens. For the actual measurement position on the surface to be made visible, a multi-spectral light source (40) with a wavelength outside the measurement wavelength band is coupled coaxially to the light beam. A mechanism (28) determines the angular position of the polygon scanner and an integrated confocal distance measurement system (40,42,44,45) determines the geometric height profile of the surface along the line, using the multi-spectral light source (40) and a spectral analysis unit (44). The assembly has a rapid Ge detector (14) to detect temperatures from 300[deg]C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von thermischen Eigenschaften einer Objektoberfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.The The invention relates to a method and a device for non-contact Detection of thermal properties of an object surface after the The preamble of claim 1 or claim 4.

In vielen Bereichen der Technik kommt es darauf an, Temperaturprofile punktgenau zu erfassen. Dies ist im Prinzip auch mit diskreten punktförmigen Temperatursensoren möglich, die auf die zu erfassende Prüflingsoberfläche entlang einer gewünschten Linie appliziert werden. In der Regel setzt diese Vorgehensweise eine stationäre und hier nicht in Betracht gezogene möglicherweise einmalige Applikation voraus. Bei der vorliegenden Anwendung geht es um kontinuierliche Prozesse, so daß eine solche Lösung nicht in Frage kommt.In In many areas of technology, it depends on temperature profiles to pinpoint. This is in principle also with discrete point temperature sensors possible, along the surface of the specimen to be detected a desired one Line are applied. In general, this procedure sets a stationary one and possibly unparalleled application not considered here ahead. The present application is about continuous Processes, so that one such solution out of the question

Um die hier vorgeschlagene Messung möglichst lückenlos durchführen zu können, muß sie berührungslos und sehr schnell erfolgen.Around to carry out the measurement proposed here as completely as possible can, does she have to contactless and done very fast.

Es sind Sensoren bekannt, die die Temperatur eines Meßpunktes berührungslos erfassen. Mit den meisten bekannten Sensoren dieser Art lassen sich nur Temperaturprofile der abgetasteten Oberfläche entlang der Bewegungsrichtung des Prozesses erfassen. Die vorliegende Aufgabe ist, eine (nahezu) lückenlose und ortsauflösende Erfassung von Temperaturprofilen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Prozesses zu implementieren. Die bekannten Sensoren lassen eine solche Messung nicht zu, da sie entweder stationär angebracht sind und somit nur die im „Sichtfeld" des Sensor befindliche Werkstückoberfläche und entlang der Bewegungslinie die Temperatur erfassen können oder, wenn dieselben hin und her quer zur Bewegungslinie geschwenkt oder translatorisch mit einem übergeordneten elektromechanischen System bewegt werden, niemals bei schnell ablaufenden Prozessen wegen der vorhandenen mechanischen Trägheit des Sensors und des übergeordneten Bewegungssystems die gewünschte Werkstück-Oberflächentemperatur lükkenlos (oder nahezu lückenlos) erfassen können.It sensors are known which measure the temperature of a measuring point contactless to capture. With most known sensors of this kind can be only temperature profiles of the scanned surface along the direction of movement of the process. The task at hand is a (nearly) complete one and spatially resolving Detection of temperature profiles perpendicular to the direction of movement of the Process to implement. The known sensors leave one such measurements are not, since they are either stationary mounted and thus only in the "field of view" of the sensor located Workpiece surface and along the line of movement can capture the temperature or, when they are swung back and forth across the line of motion or translational with a parent electromechanical system to be moved, never at fast-running Processes due to the existing mechanical inertia of the sensor and the parent Movement system, the desired workpiece surface temperature lükkenlos (or almost completely) can capture.

Es sind beispielsweise auch Sensoren bekannt, bei denen nur der Meßstrahl über einen oder mehrere hin und her schwenkbaren Spiegel so umgelenkt wird, daß eine senkrecht (oder nahezu senkrecht) zur Bewegungslinie liegende Meßspur entsteht. Hier wird tatsächlich eine gewisse Ortsauflösung erzielt, aber das Verfahren hat weiterhin erhebliche Einschränkungen, da die schwenkbaren Spiegel aufgrund der eigenen mechanischen Trägheit keine lineare, sondern meistens eine sinusförmige Bewegung ausführen, so daß die Verweilzeit des Meßflecks auf der Werkstückoberfläche positionsabhängig ist und somit auch den erfaßten Meßwert beeinflußt. Zwar ist die erzielbare Meßgeschwindigkeit relativ hoch, aber durch die Spiegelträgheit trotzdem begrenzt, so daß die Messung bei sehr schnellen Prozessen nicht lückenlos erfolgen kann. Ein weiterer wichtiger Nachteil des erwähnten Verfahrens besteht darin, daß der Meßstrahl stets den Winkel und damit auch den Abstand zur Werkstückoberfläche während der Schwenkbewegung ändert und damit die Messung von der meist unbekannten Abstrahlcharakteristik der zu messenden Oberfläche stark beeinflußt wird. Hinzu kommt außerdem die „Feldwölbung" der Meßlinie, d.h. daß ohne eine teuere korrigierende Optik die Meßpunkte auf einer gekrümmten Linie in der Scanebene liegen. Die „punktförmig berührungslos messenden Temperatursensoren" messen außerdem die Oberflächentemperatur nicht in einem nahezu dimensionslosen Punkt, sondern üblicherweise in einem runden Meßfleck mit einem Durchmesser von ca. 3 bis 15mm. Diese Sensoren erfassen lückenlos das Integral der Temperatur einer breiten Spur gemäß dem Meßfleckdurchmesser entlang der Bewegungsrichtung der Werkstückoberfläche, wobei hier aufgrund von optischen Abbildungsnichtlinearitäten, aufgrund der Form des Meßflecks und aufgrund der zu erfassenden Temperaturprofilen quer zur Bewegungsrichtung systematische Meßfehler auftreten, die eine ortsauflösende Temperaturmessung unmöglich machen. Als Hinweis hierzu sei bemerkt, daß ein kreisförmiger Temperaturmeßfleck eine wesentlich höhere nichtlineare Meßempfindlichkeit in der Mitte als am Rande des Meßflecks aufweist, da die Länge der Meßstrecke in der Mitte des Meßflecks dem Durchmesser entspricht und am Rande des Meßflecks kürzer ist, daß der schließlich erfaßte temperaturabhängige Meßwert von der örtlichen Emissivität und von der vierten Potenz der ört lich vorhandenen Temperatur sowie von der ortsabhängigen Abstrahlcharakteristik des Werkstückoberfläche abhängt.It For example, sensors are known in which only the measuring beam via a or deflecting multiple reciprocating mirrors so that one perpendicular (or nearly perpendicular) to the line of motion lying measuring track is formed. Here is actually a certain spatial resolution achieved, but the process still has significant limitations, because the swivel mirrors due to its own mechanical inertia no linear, but mostly perform a sinusoidal motion, so that the Dwell time of the measuring spot is position dependent on the workpiece surface and thus also the detected measurement affected. Although the achievable measuring speed relatively high, but limited by the mirror inertia anyway, so that the Measurement in very fast processes can not be complete. One Another important disadvantage of the mentioned method is that that the measuring beam always the angle and thus the distance to the workpiece surface during the Swinging motion changes and thus the measurement of the most unknown emission characteristic strong to the surface to be measured affected becomes. Add to that the "field curvature" of the measuring line, i.e. that without an expensive corrective optics the measurement points on a curved line lie in the scan plane. The "punctiform contactless measuring temperature sensors " Furthermore the surface temperature is not in a nearly dimensionless point, but usually in a round one measuring spot with a diameter of about 3 to 15mm. Capture these sensors gapless the integral of the temperature of a wide trace according to the spot diameter along the direction of movement of the workpiece surface, here due to optical imaging nonlinearities, due to the shape of the measuring spot and due to the temperature profiles to be detected transversely to the direction of movement systematic measurement errors occur, which is a spatially resolving Temperature measurement impossible do. As an indication, it should be noted that a circular Temperaturmeßfleck a much higher nonlinear measuring sensitivity in the middle than at the edge of the measuring spot, since the length of the measuring distance in the middle of the measuring spot corresponds to the diameter and is shorter at the edge of the measuring spot, that the finally detected temperature-dependent measured value of the local emissivity and from the fourth power of the local Lich existing temperature as well as the location-dependent radiation characteristic depends on the workpiece surface.

Eine weitere bekannte Klasse von Sensoren, die eine ortsaufgelöste Temperaturmessung quer zur Bewegungsrichtung ermöglicht, besteht aus zeilenförmig angeordneten punktförmigen temperaturempfindlichen Sensoren (ähnlich wie Zeilenkameras). Diese Sensoren kommen der gestellten Aufgabe am nächsten, aber sie haben ebenfalls schwerwiegende Nachteile. So ist die Materialauswahl des Sensors eingeschränkt und somit hängt der meßbare Temperaturbereich von den verfügbaren Sensormaterialien ab. Ferner weist die Sensorzeile Lücken zwischen den einzelnen Sensoren auf, so daß bei scharf abbildenden Optiken die Lükkenlosigkeit der Messung nicht mehr gegeben ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der ungleichmäßigen Empfindlichkeit der einzelnen Punktsensoren der Zeile (Herstellungstoleranz). Das läßt sich in der Regel kalibrieren, aber stellt eine weitere Verkomplizierung und Verteuerung des Meßsystems dar. Die Kosten eines solchen Meßsystems sind sehr hoch und fast exponentiell abhängig von der Anzahl der Einzelsensoren der Zeile, wobei auch die komplizierte erforderliche Abbildungsoptik einen erheblichen Anteil hat. Bedingt durch die Zeilenkosten und verfügbaren Materialien sowie bedingt durch die Größe von solchen Komponenten ist die Realisierung von Zwei- oder Mehr-Wellenlängen-Pyrometern nicht denkbar und im industriellen Maßstab auch bislang nicht realisiert.Another known class of sensors, which allows a spatially resolved temperature measurement transverse to the direction of movement, consists of line-shaped point-shaped temperature-sensitive sensors (similar to line scan cameras). These sensors are closest to the task at hand, but they also have serious disadvantages. Thus, the material selection of the sensor is limited and thus the measurable temperature range depends on the available sensor materials. Furthermore, the sensor line has gaps between the individual sensors, so that the gaplessness of the measurement is no longer given with sharp imaging optics. Another disadvantage is the uneven sensitivity of the individual dot sensors of the line (manufacturing tolerance). This can usually be calibrated, but represents a further complication and increase in the cost of the measuring system. The cost of such a measuring system are very high and almost exponentially dependent on the number of individual sensors of the line, whereby the complicated required imaging optics has a significant share. Due to the line costs and available materials as well as due to the size of such components, the realization of two- or multi-wavelength pyrometers is unthinkable and not yet realized on an industrial scale.

Die einzige Temperatursensor-Klasse, die prinzipiell eine Lösung der gestellten Aufgabe ermöglicht, besteht aus Einzelsensoren, wobei der Meßstrahl über rotierende Spiegel (wie z.B. Polygonscannern) umgelenkt wird. In diesem Fall werden die Probleme aufgehoben, die mit der mechanischen Trägheit des Scanners zusammenhängen. Bei sehr großen Drehgeschwindigkeiten müssen zwar die Scanner ausgewuchtet und mit Luftlager (o.ä.) ausgestattet werden, aber mit dieser Technik können prinzipiell ausreichend große und konstante Meßgeschwindigkeiten erreicht werden. Problematisch bei Polygonscannern sind jedoch: a) die Polygon-Größe, b) das in der Drehachse des Polygons liegendes Antriebselement mit seiner Größe, c) die o.g. Feldwölbung, die nur mit teueren Objektiven kompensiert werden kann, d) der meist ungenutzte relativ große Meßwinkel und e) die ständige Änderung des Meßwinkels zur Werkstückoberfläche. Ausgehend von einer gängigen Facettengröße von 10mm × 10mm beträgt beispielsweise der Durchmesser eines 12-fachen Polygons bereits ca. 40mm. Die übrigen hier genannten Nachteile wurden bereits bei den anderen Sensorklassen behandelt.The only temperature sensor class, which in principle is a solution of task, consists of individual sensors, the measuring beam via rotating mirrors (such as e.g. Polygon scanners) is deflected. In this case, the Problems associated with the mechanical inertia of the scanner. at very big Must have rotational speeds Although the scanner balanced and equipped with air bearings (or similar) be, but with this technique can be sufficient in principle size and constant measuring speeds be achieved. However, problems with polygon scanners are: a) the polygon size, b) the in the axis of rotation of the polygon lying drive element with his Size, c) the above-mentioned Field curvature, which can only be compensated with expensive lenses, d) the most unused relatively large measuring angle and e) the constant change the measuring angle to the workpiece surface. outgoing from a common one Facet size of 10mm × 10mm, for example the diameter of a 12-fold polygon already about 40mm. The rest here mentioned disadvantages were already in the other sensor classes treated.

Im Bereich der berührungslosen Temperaturmeßtechnik sind zahlreiche Patente angemeldet worden, die aber gegenüber der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere Nachteile aufweisen, wobei das vorliegende Verfahren und die Beispielvorrichtung nicht die Temperaturmessung selbst, sondern die erfindungsgemäße Ortsauflösung der Messung und die technisch vorteilhafte Lösung beansprucht. Für die Ein- oder Zwei-Wellenlängen-Pyrometer mit und/oder ohne Verwendung einer Referenzstrahlungsquelle werden im Einzelnen folgende Patentanmeldungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit zitiert: US 3,433,052 / US 3,442,591 / US 3,611,806 / US 3,619,059 / US 3,796,099 / US 4,225,230 / US 4,465,382 / US 4,470,710 / US 4,647,774 / US 4,647,775 / US 4,924,478 / US 5,231,595 A . Für die multispektralen Meßmethoden mit und ohne Verwendung einer Referenzmessung werden folgende Patentanmeldungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit zitiert: US 3,822,098 / US 4,708,493 / US 4,880,314 / US 5,868,496 A .In the field of non-contact temperature measuring numerous patents have been filed, but compared to the present invention have one or more disadvantages, the present method and the exemplary device not the temperature measurement itself, but claimed the spatial resolution of the measurement and the technically advantageous solution. For the one- or two-wavelength pyrometers with and / or without the use of a reference radiation source, the following patent applications are cited in detail without being exhaustive: US 3,433,052 / US 3,442,591 / US 3,611,806 / US 3,619,059 / US 3,796,099 / US 4,225,230 / US 4,465,382 / US 4,470,710 / US 4,647,774 / US 4,647,775 / US 4,924,478 / US 5,231,595 A , For the multispectral measurement methods with and without the use of a reference measurement, the following patent applications are cited without any claim to completeness: US 3,822,098 / US 4,708,493 / US 4,880,314 / US 5,868,496 A ,

Für Meßmethoden mit gezielter Messung der Oberflächenreflektivität werden folgende Patentanmeldungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit zitiert: US 4,417,822 / US 4,579,463 . Für Temperaturscanner wird die US 4,439,049 zitiert. Für Meßmethoden zur Ermittlung der Lage der Planck-Kurve wird die US 4,605,314 und schließlich werden die US 4,605,314 und US 5,231,595 A für die wellenlängenabhängigen Trennung der Meßsignale zitiert. Für die konfokale Entfernungsmessung werden folgende Patentanmeldungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit zitiert: US 3,788,741 / US 4,081,215 /
US 4,600,831 / US 4,711,578 / US 5,033,856 und GB 2 077 421 A . Die zitierten Schutzrechte weisen starke Abweichungen von der hier beanspruchten Vorrichtung und insbesondere durch das beanspruchte Scannverfahren auf. Vollständigkeitshalber werden hier in Bezug auf das beanspruchte Profilmeßverfahren der Objektoberfläche die Klasse der Triangulationsmeßmethoden mit fester Strahlprofil-Projektion oder der mit Hilfe von bewegten Umlenkspiegel erzeugten Projektion genannt, ohne konkrete Schutzrechte zu zitieren, da sie gegenüber der beanspruchten Meßmethode wesentliche Nachteile aufweisen und außerdem prinzipiell im Stand der Technik beschrieben wurden.
For measuring methods with targeted measurement of surface reflectivity, the following patent applications are cited without any claim to completeness: US 4,417,822 / US 4,579,463 , For temperature scanners, the US 4,439,049 cited. For measuring methods for determining the position of the Planck curve, the US 4,605,314 and finally the US 4,605,314 and US 5,231,595 A cited for the wavelength-dependent separation of the measured signals. For the confocal distance measurement, the following patent applications are cited without any claim to completeness: US 3,788,741 / U.S. 4,081,215 /
US 4,600,831 / US 4,711,578 / US 5,033,856 and GB 2 077 421 A , The cited protective rights have strong deviations from the device claimed here and in particular by the claimed scanning method. For completeness, the class of Triangulationsmeßmethoden with fixed beam profile projection or the projection generated by means of moving deflecting mirror called here with respect to the claimed Profilmeßverfahren the object surface without citing specific property rights, since they have significant disadvantages compared to the claimed method of measurement and also in principle in State of the art have been described.

Aus dem Stand der Technik ist das Prinzip der Planparallelen-Platte zur Korrektur des Versatzes eines Strahlenganges bekannt. Dies wird meistens stationär als manuelle Feinjustage verwendet. Der erzeugte parallele Strahlversatz hängt vom Winkel der verwendeten Platte zur optischen Achse, von der Dicke und vom Brechungsindex der Platte ab.Out The prior art is the principle of the plane-parallel plate to correct the offset of a beam path known. this will mostly stationary used as manual fine adjustment. The generated parallel beam offset depends on Angle of the plate used to the optical axis, of the thickness and the refractive index of the plate.

Eine schnelle Profil-Messung läßt sich nur realisieren, indem in erster Linie die Trägheit aus dem mechanischen Scannersystem minimiert oder eliminiert wird. Dies läßt sich am einfachsten durch die Umwandlung der hin und her Bewegung in eine Drehbewegung mit konstanter Geschwindigkeit realisieren. Ferner sind die geometrischen Bedingungen einer Temperaturmessung für die Genauigkeit der Messung entscheidend, d.h. der Meßwinkel zur Objektoberfläche muß für eine genaue Messung gleich sein, denn die Emissivität ist meßwinkelabhängig und sollte daher beim Scannen möglichst gleich sein. In der Annahme, daß die meisten technischen zu messenden Flächen flach sind, müßte daher eine entsprechende Profilmessung sicher stellen, daß der Meßstrahl in jedem Punkt der Profilmessung diese Bedingung erfüllt, d.h. es wird eine telezentrische Meßanordnung benötigt. Ferner ist die Aufgabe dieser Erfindung, die Begrenzung des Scannwinkels auf den erforderlichen Bereich zu begrenzen.A fast profile measurement can be only realize, in the first place, the inertia of the mechanical Scanner system is minimized or eliminated. This can be easiest by transforming the back and forth movement in realize a rotational movement at a constant speed. Further are the geometric conditions of a temperature measurement for accuracy the measurement crucial, i. the measuring angle to the object surface must be accurate Measurement be the same, because the emissivity is dependent on the measuring angle and should therefore be Scan as possible be equal. In the assumption that the Therefore, most of the technical surfaces to be measured are flat ensure a corresponding profile measurement that the measuring beam in each point of the profile measurement satisfies this condition, i. it becomes a telecentric measuring arrangement needed. Further, the object of this invention is to limit the scan angle to limit to the required range.

Die DE-OS 2 310 472 offenbart eine Anordnung, mit der ein Infratorbild eines Objekts zeilenweise abgetastet und auf einem Videomonitor dargestellt wird.The DE-OS 2 310 472 discloses an arrangement with which an infrared image an object scanned line by line and on a video monitor is pictured.

Die JP 05 026 733 A offenbart ein Thermometer mit einem rotierenden Spiegel.The JP 05 026 733 A discloses a thermo meter with a rotating mirror.

Die EP 1 118 848 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächentemperatur eines Heizelements, dessen Wärmestrahlung mit Hilfe eines rotierenden Reflektors auf ein Pyrometer gerichtet wird.The EP 1 118 848 A2 discloses a device for detecting the surface temperature of a heating element whose thermal radiation is directed onto a pyrometer by means of a rotating reflector.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln und hoher Genauigkeit eine (nahezu) lückenlose und ortsauflösende Erfassung von Temperaturprofilen erzielt werden kann.task The invention is a method and an apparatus of the initially mentioned type to improve such that with simple means and high Accuracy one (almost) complete and spatially resolving Acquisition of temperature profiles can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4.Is solved This object is achieved by a method according to claim 1 or by a Device according to claim 4th

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Darin zeigen:One embodiment The invention results from the following description in FIG Connection with the drawings. Show:

1 Prinzipdarstellung eines Temperaturscanners gemäß der Erfindung; 1 Schematic representation of a temperature scanner according to the invention;

2 perspektivische Darstellung eines Scannerkäfigs mit Luftantriebstaschen und Haltern mit Luftdüsen; 2 perspective view of a scanner cage with air drive pockets and holders with air nozzles;

3 Prinzipdarstellung einer Justagevorrichtung mit einer sichtbaren Laserdiode; 3 Schematic representation of an adjustment device with a visible laser diode;

4 Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Temperaturscanners mit integriertem konfokalen Abstandsmesser; 4 Schematic representation of an embodiment of a temperature scanner with integrated confocal distance meter;

5 perspektivische Darstellung eines transparenten Standard-Würfelscanners; 5 perspective view of a standard transparent cube scanner;

6 Seitenansicht des in der 5 gezeigten Würfelscanners, in der die Erzeugung eines Versatzes des Strahlengangs senkrecht auf die Scanebene erkennbar ist. 6 Side view of in the 5 shown cube scanner, in which the generation of an offset of the beam path is perpendicular to the scan plane recognizable.

Zur Umsetzung des Meßverfahrens gemäß der Erfindung ist hier ein Sensorsystem 10 vorgeschlagen, in dem ein Meßstrahl 12 zwischen einem Meßpunkt auf der Objektoberfläche und einer Detektoreinrichtung 14 zur Erfassung der Objektoberflächentemperatur über einen für die Meßwellenlängen transparenten Polygonscanner 16 mit einer gerade Anzahl von Facetten A, AA, B, BB (siehe 5) in einem drehbar gelagerten und luftangetriebenen Käfig 18 (siehe 2) montiert ist, so daß der Meßstrahl 12 gemäß dem Planparalellen-Platten-Prinzip vom drehenden Polygonscanner 16 umgelenkt wird, wobei zur Erfassung der aktuellen Scanner-Winkellage eine zweite Meßvorrichtung 20 verwendet wird, die vorzugsweise optisch (wie eine Lichtschranke) funktioniert und quer zur optischen Achse OA des Sen sorsystems 10 angeordnet ist. Die Winkellageerfassung des Polygons kann natürlich auch mit anderen Mitteln erfolgen.To implement the measuring method according to the invention, here is a sensor system 10 proposed in which a measuring beam 12 between a measuring point on the object surface and a detector device 14 for detecting the surface temperature of the object via a transparent polygon scanner for the measuring wavelengths 16 with an even number of facets A, AA, B, BB (see 5 ) in a rotatably mounted and air driven cage 18 (please refer 2 ) is mounted, so that the measuring beam 12 according to the plan parallel plate principle of rotating polygon scanner 16 is deflected, wherein for detecting the current scanner angular position, a second measuring device 20 is used, which preferably optically (like a light barrier) works and transverse to the optical axis OA of Sen sorsystems 10 is arranged. The angular position detection of the polygon can of course be done by other means.

In der 1 ist mit 21 eine Blende und mit 23 ein Filter angedeutet.In the 1 is with 21 a screen and with 23 a filter indicated.

Der Käfig 18 verfügt über die gleiche gerade Anzahl von Öffnungen wie der transparente Polygonscanner 16, und die Lage der Käfigöffnungen entspricht der Lage der Polygonfacetten. Die gegenüber liegenden Facetten sind parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Polygonfacetten 4, d.h. der transparente Polygonscanner 16 ist ein transparenter Würfelscanner. Im folgenden wird nur auf den Würfelscanner Bezug genommen. Die übrig bleibenden Stege zwischen den Käfigöffnungen der zylindrischen Außenwand dienen der Befestigung des transparenten Würfels (an den Ecken) und zur Abdeckung des optisch unwirksamen Winkels des Scanners (s. 1 und 2).The cage 18 has the same even number of openings as the transparent polygon scanner 16 , and the position of the cage openings corresponds to the position of the polygon facets. The opposing facets are arranged parallel to each other. Preferably, the number of polygon facets 4 ie the transparent polygon scanner 16 is a transparent cube scanner. In the following, only the cube scanner will be referred to. The remaining webs between the cage openings of the cylindrical outer wall are used to attach the transparent cube (at the corners) and to cover the optically ineffective angle of the scanner (s. 1 and 2 ).

Durch den Würfelscanner wird die Brennweite einer Fokussierlinse 22 etwas verkürzt, und es entsteht außerdem eine kleine, für normale Applikationen vernachlässigbare Feldwölbung von ca. 50μm bei einer Meßlinienlänge der Meßstrecke 24 von ±2 mm. Gleichzeitig ändert sich die Transmission des Würfelscanners in Abhängigkeit vom augenblicklichen Winkel der durchstrahlten optischen Flächen zur optischen Achse OA der Meßvorrichtung und ist maximal bei 90° (senkrecht auf die optischen Achse OA).The cube scanner becomes the focal length of a focusing lens 22 somewhat shortened, and it also creates a small, for normal applications negligible field curvature of about 50 .mu.m at a measuring line length of the test section 24 of ± 2 mm. At the same time, the transmission of the cube scanner changes depending on the instantaneous angle of the irradiated optical surfaces to the optical axis OA of the measuring device and is at most 90 ° (perpendicular to the optical axis OA).

Die Vorrichtung 10 ist so ausgelegt, daß die Feldwölbung in Bezug auf den erfaßten Temperaturmeßwert bei einer flachen Objektoberfläche die winkelabhängige Transmission des Würfelscanners zumindest teilweise kompensiert. Diese Kompensation läßt sich auch für anders geformte Objektoberflächen realisieren.The device 10 is designed so that the field curvature with respect to the detected Temperaturmeßwert at a flat object surface compensates for the angle-dependent transmission of the cube scanner at least partially. This compensation can also be realized for differently shaped object surfaces.

In einer vorteilhaften Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist mindestens ein Paar der o.g. Polygonfacetten nicht parallel mit der Scanner-Rotationsachse 29 ausgelegt, wodurch der Strahlengang aus der Drehebene des Scanners austritt, so daß auf der Objektoberfläche zwei oder mehr Meßlinien versetzt in der Richtung der Prozeßbewegung, bzw. senkrecht auf die Scannebene entstehen (s. 6). Dies ist vorteilhaft, da die Messung ein quasistationäres Gesamtbild der zu messenden Stelle auf der Objektoberfläche anbietet.In an advantageous variant of the device according to the invention, at least one pair of the above-mentioned polygon facets is not parallel to the scanner rotation axis 29 designed so that the beam path exits the plane of rotation of the scanner, so that on the object surface two or more measuring lines offset in the direction of the process movement, or perpendicular to the scanning plane arise (s. 6 ). This is advantageous since the measurement is a quasi-stationary overall picture of the item to be measured le on the object surface.

Falls erforderlich (z.B. begrenzte Platzverhältnisse für den Sensoreinbau), kann der Strahlengang zwischen dem Würfelscanner und der Objektoberfläche über weitere Spiegel umgelenkt werden (ohne Abbildung).If required (e.g., limited space for sensor mounting), the Beam path between the dice scanner and the object surface over another Mirror to be deflected (not shown).

Der Luftantrieb wurde hierzu vorgesehen, um die Größe des Scanners möglichst klein zu halten. Die Scannerdrehzahl läßt sich über den Luftdruck einstellen und wird aus Kosten- und Platzgründen nicht geregelt. Es sind auch andere konstruktive Varianten für den Antrieb des Scanners denkbar. Beispielsweise kann der hier benötigte Antrieb elektromagnetisch, berührungslos wie ein Rührstab in der chemischen Industrie wirken. Der hier genannte Luftantrieb besteht aus einer oder mehreren Düsen, die tangential auf die seitlichen Endflächen des Käfigs blasen, wo kleine Taschen 25 in der Außenwand des Käfigs ausgeformt sind. Vorzugsweise werden zwei Luftdüsen 27 (eine auf jeder Seite des Käfigs) verwendet (s. 2).The air drive was designed to keep the size of the scanner as small as possible. The scanner speed can be adjusted via the air pressure and is not regulated for cost and space reasons. There are also other constructive variants for driving the scanner conceivable. For example, the drive required here can act electromagnetically, without contact, like a stir bar in the chemical industry. The air drive mentioned here consists of one or more nozzles that blow tangentially on the side end faces of the cage, where small pockets 25 are formed in the outer wall of the cage. Preferably, two air nozzles 27 (one on each side of the cage) used (s. 2 ).

Da die Drehzahl des Scanners erfaßt wird, kann im Falle von höheren Ansprüchen an die Genauigkeit der Einhaltung einer konstanten Drehzahl der Luftdruck des Scannerantriebes über eine steuerbare Drossel oder über ein Ventil und einem entsprechenden Regler so geregelt werden, daß eine gewünschte Drehzahl eingestellt und gehalten wird.There detects the speed of the scanner can, in the case of higher claims to the accuracy of maintaining a constant speed of Air pressure of the scanner drive via a controllable throttle or over a valve and a corresponding controller are controlled so that a desired speed is set and held.

Die Winkellage des Würfelscanners entspricht indirekt der Lage des Temperaturmeßflecks in der Drehebene des Scanners. Als Lichtquelle für die Winkellageerfassung ist vorzugsweise eine fasergekoppelte LED 26 und zur Positionserfassung eine positionsempfindliche Diode (PSD) 28 verwendet. Die Auflösung der Referenzmessung ist praktisch unendlich, da die PSD 28 mikrometergenau die Lage des Schwerpunktes des auftreffenden Lichtstrahls bildet. Durch die Verwendung eines kurzen Stücks einer optischen Faser wurde der Referenzstrahl ausreichend gut geformt, so daß er homogen und vollständig auf die Fläche der PSD 28 projiziert wurde (s. 1). Der oder die erfaßten Meßwert(e) werden mit der jeweiligen Winkellage des Wür felscanners korreliert und entsprechend durch eine übergeordnete Auswerteeinrichtung berücksichtigt.The angular position of the cube scanner indirectly corresponds to the position of the temperature measuring spot in the plane of rotation of the scanner. As a light source for the angular position detection is preferably a fiber-coupled LED 26 and for position detection a position sensitive diode (PSD) 28 used. The resolution of the reference measurement is virtually infinite since the PSD 28 micrometer accurate forms the position of the center of gravity of the incident light beam. By using a short piece of optical fiber, the reference beam was sufficiently well shaped to be homogeneous and completely on the face of the PSD 28 was projected (s. 1 ). The measured value (s) detected are correlated with the respective angular position of the rock scanner and correspondingly taken into account by a higher-level evaluation device.

Der Aufbau wurde beispielsweise mit einem schnellen Ge-Detektor 14 ausgestattet, wodurch Temperaturen ab ca. 300°C erfaßt werden können. Eine zwei-Wellenlängen-Temperaturmessung läßt sich auch in der vorgestellten Art realisieren. Durch die Chopperwirkung des Würfelscanners lassen sich auch preiswerte IR-Pyrodetektoren als Sensoren zur Erfassung der Objektoberflächentemperatur einsetzen.The setup was done, for example, with a fast Ge detector 14 equipped, whereby temperatures from about 300 ° C can be detected. A two-wavelength temperature measurement can also be realized in the manner presented. The chopping effect of the cube scanner also makes it possible to use inexpensive IR pyrodetectors as sensors for detecting the surface temperature of the object.

Die örtliche Auflösung der Temperatur-Messung ist in der Praxis < 0,1 mm. Am Rande des Meßbereiches nimmt die Sensorempfindlichkeit ab, da die Transparenz des Würfels bei großen Umlenkwinkeln abnimmt. Dieser systematische Fehler läßt sich jedoch wegkalibrieren. Der Arbeitsabstand des Scanners beträgt beispielsweise 130mm und die Scanstrecke auf der Objektoberfläche ±2 mm. Bei der maximal erreichbaren Drehzahl des Würfelscanners erreicht die tatsächliche Scangeschwindigkeit 120 m/s. Trotz des geringen Druckluftverbrauches sind Drehzahlen von bis zu 60.000min-1zuverlässig erzielt worden, d.h. 4.000 Temperaturprofile pro Sekunde (4 Profile pro Umdrehung). Für einen dauerhaften Einsatz bei dieser Drehzahl muß der Scanner ausgewuchtet und eventuell Luftlager verwendet werden. Die hier beispielhaft genannten Abmessungen lassen sich beliebig skalieren. Die verwendete Druckluft muß frei von Partikeln, Öl und Wasser sein.The local resolution the temperature measurement is in practice <0.1 mm. At the edge of the measuring range decreases the sensor sensitivity, since the transparency of the cube at huge Deflection angles decreases. However, this systematic mistake can be wegkalibrieren. For example, the working distance of the scanner is 130mm and the scanning distance on the object surface ± 2 mm. At the maximum achievable Speed of the dice scanner reaches the actual Scan speed 120 m / s. Despite the low compressed air consumption For example, speeds up to 60,000 rpm have been reliably achieved, i. 4000 Temperature profiles per second (4 profiles per revolution). For one permanent use at this speed, the scanner must be balanced and possibly air bearings are used. The example here These dimensions can be scaled arbitrarily. The used Compressed air must be free of particles, oil and be water.

Um den praktischen Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu verbessern, ist eine sichtbare Markierung auf der Objektoberfläche erforderlich, um die genaue Lage des Meßbereiches für Justagezwecke sichtbar zu machen. Aufgrund der Besonderheiten der Vorrichtung werden hier zwei prinzipielle applikationsabhängige Anordnungen für eine vorteilhafte Einkopplung der sichtbaren Strahlung einer Laserdiode in den Strahlengang des Scanners vorgeschlagen:

  • a) Falls ein unbeweglicher Punkt in der Mitte der Meßstrecke auf der zu messenden Objektoberfläche benötigt wird, so ist die Einkopplung zwischen Scanner und Objekt vorzunehmen, oder
  • b) Falls ein sichtbarer Strich im Bereich der Meßstrekke auf der Objektoberfläche benötigt wird, so ist die Einkopplung im kollimierten Teil des Strahlenganges zwischen Würfelscanner und Temperaturmeßvorrichtung vorzunehmen.
In order to improve the practical use of the device according to the invention, a visible marking on the object surface is required in order to make the exact position of the measuring area visible for adjustment purposes. Due to the special features of the device, two basic application-dependent arrangements are proposed here for advantageous coupling of the visible radiation of a laser diode into the beam path of the scanner:
  • a) If an immovable point in the middle of the measuring section on the object surface to be measured is required, then the coupling between scanner and object is to be made, or
  • b) If a visible line is required in the area of the measuring path on the object surface, the coupling in the collimated part of the beam path between the cube scanner and the temperature measuring device must be carried out.

Besonders vorteilhaft ist eine getrennte Anordnung, bei der die kollimierte Strahlung einer sichtbaren Laserdiode 30, der eine Kollimationsoptik zugeordnet ist, durch ein 90°-Prisma 32 zwei gleiche Strahlen geteilt wird, die mit Hilfe zweier einstellbarer Spiegel 34 symmetrisch zur optischen Achse der Meßvorrichtung derart umgelenkt werden, daß sie sich genau in der Mitte bei 36 der Scanner-Temperaturmeßstrecke kreuzen. Damit wird die genaue Lage der Meßstrecke 24 angezeigt (s. 3). Diese Vorrichtung kann entweder in der Scanebene oder im Befestigungsflansch des Scanners (ohne Abbildung) und derart geneigt zur optischen Achse des Scanners, daß der Schnittpunkt der beiden Markierungsstrahlen der sichtbaren Laserdiode genau in der Mitte der Scannerstrecke liegt.Particularly advantageous is a separate arrangement in which the collimated radiation of a visible laser diode 30 , which is associated with a Kollimationsoptik, by a 90 ° prism 32 two equal beams are shared, using two adjustable mirrors 34 be deflected symmetrically to the optical axis of the measuring device so that they are exactly in the middle at 36 cross the scanner temperature measuring section. This will be the exact location of the test section 24 displayed (s. 3 ). This device can be located either in the scanning plane or in the mounting flange of the scanner (not shown) and inclined to the optical axis of the scanner so that the intersection of the two marking beams of the visible laser diode is exactly in the middle of the scanner track.

Es kann die sichtbare Markierungsvorrichtung mit einer auf derselben Wellenlänge messenden Vorrichtung kombiniert werden, um den Rückreflex von der Objektoberfläche zwecks Gewinnung von weiteren Oberflächeninformationen zu messen. Unter anderem ist eine solche Messung zur Ermittlung der Oberflächenreflektivität und/oder Emissivität geeignet und kann für komplexe und unregelmäßige Verläufe der besagten Eigenschaften um eine oder mehreren sichtbaren und/oder unsichtbaren Wellenlängen erweitert werden. In diesem Fall ist eine sehr präzise und schnelle Messung der Temperatur entlang der Scanner-Temperaturmeßstrecke möglich.The visible marking device may be combined with a device measuring at the same wavelength to provide the back-reflection from the object surface for the purpose of obtaining further surface information. Among other things, such a measurement is suitable for determining the surface reflectivity and / or emissivity and can be extended by one or more visible and / or invisible wavelengths for complex and irregular courses of said properties. In this case, a very precise and rapid measurement of the temperature along the scanner Temperaturmeßstrecke is possible.

Ferner ist der Einbau einer Matrix-Kamera in den Strahlengan der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, um den praktischen Einsatz der Vorrichtung zu verbessern, wobei die Kamera stets an einer bestimmten vorwählbaren Winkelposition des Scannerwürfels getriggert wird, um ein stehendes Bild zu erhalten (ohne Abbildung). Da die Scannergeschwindigkeit viel größer als die Bildwiederholfrequenz der Matrix-Kamera ist, erfolgt der Triggerzeitpunkt der Kamera jeweils nach einer ein stellbaren Anzahl von Scannerumdrehungen. Vorzugsweise wird die Kamera in der 0-Position des Würfels getriggert, d.h. wenn die Scannerwürfelflächen senkrecht auf die optischen Achse der Vorrichtung stehen. Dabei ist der durch den Scannerwürfel erfaßte Bildausschnitt der Objektoberfläche groß genug, um den gesamten Meßbereich für Dokumentation und Kontrollzwecke sichtbar zu machen.Further is the incorporation of a matrix camera in the Strahlgan the device according to the invention provided to improve the practical use of the device, the camera always at a certain preselectable angular position of the scanner cube is triggered to get a stationary picture (not shown). Because the scanner speed is much larger than the refresh rate is the matrix camera, the trigger time of the camera takes place respectively after a settable number of scanner revolutions. Preferably the camera is triggered in the 0 position of the cube, i. if the scanner cube faces perpendicular stand on the optical axis of the device. It is the through the scanner cube captured image detail the object surface big enough, around the entire measuring range for documentation and control purposes.

Ein typisches Einsatzfeld einer solchen Meßvorrichtung ist die Erfassung der thermischen Eigenschaften einer gerade hergestellten Schweißnaht oder die Überwachung von thermischen Prozessen an endlosen Werkstücken wie beispielsweise das Ziehen von Draht.One typical field of application of such a measuring device is the detection the thermal properties of a weld just made or The supervision thermal processes on endless workpieces such as drawing of wire.

In diesen Fällen sind auch die geometrischen Eigenschaften der zu erfassenden Objekte in Verbindung und gleichzeitig mit deren thermischen Eigenschaften von größter Bedeutung. Zum einen bietet die beanspruchte Vorrichtung eine gute laterale Auflösung, so daß z.B. die Breite einer heißen Schweißnaht oder des Schmelzbades beim Schweißen oder der Drahtdurchmesser beim Drahtziehen zuverlässig und schnell erfaßt werden können.In these cases are also the geometric properties of the objects to be detected in conjunction and at the same time with their thermal properties of highest importance. On the one hand, the claimed device offers a good lateral Resolution, so that e.g. the width of a hot one Weld or the molten pool during welding or the wire diameter when wire drawing reliable and quickly detected can be.

Einfache Aufgaben lassen sich mit Hilfe der o.g. Markierungsvorrichtungen mit sichtbarem Licht realisieren, jedoch unregelmäßige Strukturen wie eine Schweißraupe lassen sich nur mit Hilfe einer zusätzlichen Erweiterung der Meßvorrichtung um eine konfokalen Entfernungsmessung ausreichend genau vermessen, wie dies in der 4 gezeigt ist. Eine konfokale Entfernungsmessung kann nach dem Rückreflex-Prinzip mit einer oder mehreren Wellenlängen, die vorzugsweise auch als sichtbare Lichtmarkierung dienen, durchgeführt werden. Dabei wird die Fokussierlinse 22 der beanspruchten Vorrichtung mit einem möglichst großen und linear verlaufenden chromatischen Fehler ausgelegt, so daß die Brennpunkte von unterschiedlichen Wellenlängen, die gleichzeitig auf das zu messende Objekt projiziert werden, in unterschiedlichen Entfernungen liegen. Es wird dann die o.g. Rückreflex-Meßvorrichtung mit einer spektralen Trenn- und Analysevorrichtung ergänzt, die in der Lage ist, die Wellenlänge und die Intensität des Rückreflexes außerhalb und/oder einschließlich des Wellenlängenmeßbereiches, in dem die Temperaturmessung erfolgt, kontinuierlich zu erfassen.Simple tasks can be realized with the help of the above-mentioned marking devices with visible light, but irregular structures such as a weld bead can be measured only with the help of an additional extension of the measuring device to a confocal distance measurement sufficiently accurate, as in the 4 is shown. A confocal distance measurement can be carried out according to the back-reflection principle with one or more wavelengths, which preferably also serve as a visible light marking. This is the focus lens 22 the claimed device designed with the largest possible and linear chromatic aberration, so that the focal points of different wavelengths, which are simultaneously projected onto the object to be measured, are at different distances. The aforementioned back-reflection measuring device is then supplemented with a spectral separating and analyzing device which is capable of continuously detecting the wavelength and the intensity of the back-reflection outside and / or including the wavelength-measuring region in which the temperature measurement takes place.

Für einfache Aufgaben reichen zwei oder drei diskrete Wellenlängen zur Ermittlung eines groben geometrischen Höhenprofils aus dem Fokus der beanspruchten Vorrichtung aus. Für komplexe Aufgaben kann weißes Licht verwendet werden, wobei die Fokussierlinse der beanspruchten Vorrichtung das vorhandene Spektrum der Weißlichtquelle im Bereich der Temperaturmeßlinie in spektrale Bestandteile zerlegt, so daß eine in diesem Bereich liegende Oberfläche nur die Lichtanteile zurückreflektiert, die exakt auf die zu messenden Oberfläche fokussiert sind. Demnach entspricht die Wellenlänge des Rückreflexes der Lage der Objektoberfläche im Fokus, so daß in Verbindung mit der Scannerbewegung die gesamte Profilform der Objektoberfläche im Fokus vier Mal pro Scannerumdrehung gemessen wird.For simple Tasks range from two or three discrete wavelengths to determining a coarse one geometric height profile from the focus of the claimed device. For complex Tasks can be white Light can be used, wherein the focusing lens claimed Device the existing spectrum of white light source in the field of Temperaturmeßlinie decomposed into spectral components, so that a lying in this area surface only the light components reflected back, which are focused exactly on the surface to be measured. Therefore corresponds to the wavelength the return reflex the position of the object surface in focus, so that in Connection with the scanner movement the entire profile shape of the object surface in focus is measured four times per scanner revolution.

Da der Strahlenversatz durch den Würfelscanner wellenlängenabhängig ist, entsteht ein kleiner winkelabhängiger systematischer Meßfehler, der in Bezug auf die augenblickliche Winkellage des Würfelscanners berechnet und kompensiert werden kann.There the beam offset by the cube scanner is wavelength dependent, creates a small angle-dependent systematic measurement error, in relation to the instantaneous angular position of the cube scanner can be calculated and compensated.

Bei dem in der 4 gezeigten Sensorsystem 10' wird über die Fokussierlinse 22 wird mit Hilfe der berührungslosen Temperaturmeßeinrichtung 14 punktuell die temperaturbedingte Emission einer Objektoberfläche im Bereich 24 erfaßt. Um die räumliche Auflösung der Temperaturmessung zu erhöhen, ist der drehbar gelagerter transparenter Polygonscanner 16 in den Strahlengang integriert, so daß durch den entstandenen Parallelversatz des Strahlenganges, der in der 6 mit d bezeichnet ist, die Oberflächenemission entlang der Meßlinie 24 erfaßt wird.In the in the 4 shown sensor system 10 ' is via the focusing lens 22 is using the non-contact temperature measuring device 14 occasionally the temperature-induced emission of an object surface in the area 24 detected. To increase the spatial resolution of the temperature measurement is the rotatably mounted transparent polygon scanner 16 integrated into the beam path, so that by the resulting parallel offset of the beam path, in the 6 Denoted by d, the surface emission along the measuring line 24 is detected.

Zur Erfassung der Winkellage des Polygonscanners (hier als Würfel dargestellt) wird quer zur optischen Achse der Meßvorrichtung das kollimierte Licht der LED 26 durch den Polygonscanner auf die PSD 28 projiziert. Dadurch kann jeder Temperaturmeßwert einer Position entlang der Meßlinie 24 zugeordnet werden. Gleichzeitig wird das Licht einer multispektralen Lichtquelle 40 über eine optische Faser 45 koaxial in den Strahlengang der Meßvorrichtung eingekoppelt. Bedingt durch die chromatischen Aberrationen der Fokussierlinse 22 wird das Spektrum der Lichtquelle 40 zerlegt und in den Höhenmeßbereich 46 fokussiert. Beim Auftreffen des Lichtes auf der Objektoberfläche wird die exakt darauf fokussierte Wellenlänge zurückreflektiert und kann aus der Faser 45 über einen Verzweiger 42 ausgekoppelt und mit einem spektralen Analysator 44 ausgewertet werden. Die hier gemessene Wellenlänge entspricht der Position des Auftreffpunktes des Lichtes im Höhenmeßbereich 46. Somit läßt sich zu den gewonnenen Temperaturmeßdaten auch die geometrische Objektoberflächenform entlang der Meßlinie 24 ermitteln.To detect the angular position of the polygon scanner (shown here as a cube) is transverse to the optical axis of the measuring device, the collimated light of the LED 26 through the polygon scanner to the PSD 28 projected. This allows each Temperaturmeßwert a position along the measuring line 24 be assigned. At the same time, the light becomes a multispectral light source 40 over an optical fiber 45 Coaxially coupled into the beam path of the measuring device. Due to the chromatic aberrations of the focusing lens 22 will the spectrum of light source 40 disassembled and in the Höhenmeßbereich 46 focused. When the light strikes the surface of the object, the exactly focused wavelength is reflected back and can be removed from the fiber 45 over a branch 42 decoupled and with a spectral analyzer 44 be evaluated. The wavelength measured here corresponds to the position of the point of impact of the light in the height measuring range 46 , Thus, the geometrical object surface shape along the measurement line can be obtained from the obtained temperature measurement data 24 determine.

Claims (7)

Verfahren zur berührungslosen Erfassung von thermischen Eigenschaften einer Objektoberfläche entlang einer Linie (24), bei welchem von der Objektoberfläche emittiertes und/oder reflektiertes Licht erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang einer Fokussierlinse (22) zur Erfassung der temperaturbedingten Emission der Objektoberfläche ein transparenter drehbar gelagerter Polygonscanner (16) mit einer geraden Anzahl von paarweise gegenüberliegend parallel angeordneten Facetten (A, AA, B, BB) zwischengeschaltet wird, so daß entsprechend der Winkellage des Polygonscanners (16) kontinuierlich die temperaturbedingte Emission und/oder die reflektierte Strahlung der Objektoberfläche entlang der Linie (24) durch den vom Polygonscanner (16) verursachten parallelen Versatz (d) des Strahlengangs der Fokussierlinse (22) erfaßt wird.Method for non-contact detection of thermal properties of an object surface along a line ( 24 ), in which light emitted and / or reflected by the object surface is detected, characterized in that in the beam path of a focusing lens ( 22 ) for detecting the temperature-induced emission of the object surface, a transparent rotatably mounted polygon scanner ( 16 ) is interposed with an even number of pairwise opposite parallel arranged facets (A, AA, B, BB), so that according to the angular position of the polygon scanner ( 16 ) continuously the temperature-induced emission and / or the reflected radiation of the object surface along the line ( 24 ) by the polygon scanner ( 16 ) caused parallel offset (d) of the beam path of the focusing lens ( 22 ) is detected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sichtbarmachung der augenblicklichen Meßposition auf der Objektoberfläche das Licht einer multispektralen sichtbaren Lichtquelle (40) mit ei nem Wellenlängenbereich außerhalb des erfaßten Wellenlängenbereichs der Objektoberflächenemission in denselben Strahlengang koaxial eingekoppelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the light of a multispectral visible light source (16) is made visible for visualizing the instantaneous measuring position on the object surface ( 40 ) is coupled coaxially with a wavelength range outside the detected wavelength range of the object surface emission in the same beam path. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrische Höhenprofil der Objektoberfläche entlang der Linie (24) durch die spektrale und intensitätsmäßige Auswertung des Rückreflexes der multispektralen Lichtquelle (40) an der Objektoberfläche ort- und zeitgleich mit der Erfassung der temperaturbedingten Emission der Objektoberfläche erfaßt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the geometric height profile of the object surface along the line ( 24 ) by the spectral and intensity evaluation of the back reflection of the multispectral light source ( 40 ) is detected at the object surface and at the same time as the detection of the temperature-induced emission of the object surface. Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von thermischen Eigenschaften einer Objektoberfläche entlang einer Linie (24), bei welcher von der Objektoberfläche emittiertes und/oder reflektiertes Licht erfaßt wird, gekennzeichnet durch: a) eine Fokussierlinse (22), b) einen transparenten und drehbar gelagerten Polygonscanner (16) mit einer geraden Anzahl von paarweise gegenüberliegend parallel angeordneten Facetten (A, AA, B, BB), der zwischen der Fokussierlinse (22) und der Objekt- Oberfläche angeordnet ist, deren temperaturbedingten Emission erfaßt werden soll.Device for non-contact detection of thermal properties of an object surface along a line ( 24 ), in which light emitted and / or reflected by the object surface is detected, characterized by: a) a focusing lens ( 22 ), b) a transparent and rotatably mounted polygon scanner ( 16 ) with an even number of pairwise oppositely parallel facets (A, AA, B, BB) placed between the focusing lens ( 22 ) and the object surface is arranged, whose temperature-induced emission is to be detected. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel (26, 28) zur Bestimmung der Winkellage des Polygonscanners (16).Device according to claim 4, characterized by means ( 26 . 28 ) for determining the angular position of the polygon scanner ( 16 ). Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine integrierte konfokale Entfernungsmeßeinrichtung (40, 42, 44, 45) zur Bestimmung des geometrischen Höhenprofils der Objektoberfläche entlang der Linie (24).Apparatus according to claim 4 or 5, characterized by an integrated confocal distance measuring device ( 40 . 42 . 44 . 45 ) for determining the geometric height profile of the object surface along the line ( 24 ). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konfokale Entfernungsmeßeinrichtung eine multispektrale Lichtquelle (40) und einen spektralen Analysator (44) umfaßt.Device according to Claim 6, characterized in that the confocal distance-measuring device is a multispectral light source ( 40 ) and a spectral analyzer ( 44 ).
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