JP2002310802A - 赤熱物体の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定方向に走行する赤熱物体の検出を精度良
く行い得るようにすること。 【解決手段】 赤外線センサ１２は、加熱された状態の
ワーク１１の進行方向と直交する方向に列状に設定され
た複数のスポット状検出点Ｂ１〜Ｂｎからの赤外線を、
レンズ光学系１３及び光学フィルタ１４を介して受光す
る赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎを有する。これら赤外線検
出素子ｂ１〜ｂｎによる検出出力を受ける演算処理回路
は、赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎのうち、検出赤外線量が
予め設定された目標温度に対応した目標赤外線量以上と
なった素子の数が予め設定された基準数以上となったと
きに検出信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工設備などにお
いて赤熱した状態のワークの有無を検出する用途に使用
される赤熱物体の検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鉄鋼設備においては、加熱炉に
より加熱した状態のワーク（スラブ、ブルーム、ビレッ
トなどの鋼材）を、圧延・切断などの工程を経て厚板、
線材、形鋼、棒鋼などの製品に加工することが行われて
いる。このような加工設備には、搬送ライン上を走行す
る赤熱状態のワークを検出して各工程での位置決めなど
を行う必要があるため、そのワークからの赤外線量（輻
射熱）を検出する方式の検出装置が使用されている。図
４には、このような検出装置の従来構成例が模式的に示
されている。

【０００３】この図４において、ワーク１が矢印Ｆ方向
へ走行する搬送経路上には、赤外線センサ２による計測
視野に対応した検出エリアがＡの場合には、上記赤外線
センサ２は、検出エリアＡに位置したワーク１から放射
される赤外線（輻射熱）をレンズ光学系３を介して受光
するように配置されており、その検出赤外線量（つまり
検出熱エネルギ）に応じた大きさの電圧信号Ｖｄを出力
する構成となっている。レベル比較器４は、赤外線セン
サ２からの電圧信号Ｖｄを、レベル設定器５に予め設定
されている基準電圧Ｖｒと比較し、Ｖｄ＞Ｖｒの関係と
なったときにワークの存在を示す検出信号Ｓｄを出力す
る構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成によれば、検
出エリアＡに赤熱状態のワーク１が進行してきたときに
レベル比較器４から検出信号Ｓｄを得ることができる。
但し、実際には、ワーク１の表面は、その加熱の際に生
成される鉄酸化物によるスケールが堆積されるなどして
部分的に黒化した状態（表面温度にむらがある状態）と
なることが避けられないため、前記検出エリアＡ内にお
いて均一に赤外線が放射されないことがある。このた
め、図５に模式的に示すように、ワーク１の表面にスケ
ールが付着していない場合（ａ）と、ワーク１の表面に
スケールＳが付着している場合（ｂ）とでは、ワーク１
の検出位置（前記検出信号Ｓｄが出力される位置）がば
らつくことになる。つまり、図５（ａ）のように、ワー
ク１にスケールが付着していない場合には、ワーク１の
先端が検出エリアＡに対し寸法Ｄａだけ入り込んだとき
に検出信号Ｓｄを出力できるが、図５（ｂ）のように、
スケールＳが付着したワーク１の場合は、赤外線センサ
２が検出する熱エネルギ（赤外線量）が減るため、その
先端が検出エリアＡに対し前記寸法Ｄａより大きな寸法
Ｄｂ分だけ入り込んだときに初めて検出信号Ｓｄが出力
されるものである。

【０００５】要するに、一つの赤外線センサ２により検
出エリアＡをカバーするようにした従来構成の検出装置
では、所定方向に走行するワーク１を検出する位置がば
らつくことになってその検出精度が低下または未検出と
なるものであり、この点が未解決の課題となっていた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、所定方向に走行する赤熱物体の検出
を精度良く行い得るなど、検出信頼性の向上を実現でき
る赤熱物体の検出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した手段を採用できる。この手段は、
赤熱物体の進行方向と直交する方向に列状に設定された
複数の検出点からの赤外線量（熱エネルギ）をそれぞれ
検出するように複数の赤外線検出素子を配置すると共
に、これら赤外線検出素子のうち、検出赤外線量が予め
設定された目標赤外線量以上となった素子の数が予め設
定された基準数以上となったときに検出信号を発生する
検出制御手段を設けた構成に特徴を有する。

【０００８】この構成によれば、検出赤外線量が目標赤
外線量以上となった赤外線検出素子の数が、赤熱物体に
おいて目標赤外線量以上となった赤熱部分の幅寸法（赤
熱物体の進行方向と直交した方向の幅寸法）に対応する
ことになる。このため、上記のように検出赤外線量が目
標赤外線量以上となった赤外線検出素子の数が予め設定
された基準数以上となったときに検出信号を発生する構
成を採用した場合には、その基準数を適宜に設定するこ
とにより、部分的に放散赤外線量が少ない部分を有した
赤熱物体（表面温度にむらがある赤熱物体）が列状検出
点に対応した検出エリアに進入してきた場合でも、その
進入時点で検出信号を発生できることになる。つまり、
赤熱物体の存在の有無を、検出赤外線量が目標赤外線量
以上となった赤外線検出素子の数に基づいてデジタル的
に行い得るから、所定方向に走行する赤熱物体を検出す
る位置が従来構成のようにばらつくことがなくなるもの
であり、結果的に、赤熱物体の検出を精度良く行い得る
ようになって検出信頼性の向上を実現できるようにな
る。

【０００９】請求項２記載の手段によれば、前記目標赤
外線量の設定を、目標温度設定器において赤熱物体の検
出指標となる目標温度を設定するだけ行い得るから、そ
の設定を検出対象の赤熱物体の温度状態や特性に基づい
てきわめて簡単に行い得るようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図１〜図３を参照しながら説明する。図１には、本実施
例による検出装置の基本概念図が模式的に示されてい
る。この図１において、検出対象の赤熱物体であるワー
ク１１は、例えば鉄鋼設備において加熱炉で加熱された
後に圧延・切断などの工程に供される鋼材であり、搬送
経路上を図１中の矢印Ｆ方向へ走行する。このワーク１
１の搬送経路上には、当該ワーク１１の進行方向（矢印
Ｆ方向）と直交する方向に列状に設定された複数のスポ
ット状検出点Ｂ１〜Ｂｎ（ｎは「２」以上の自然数）よ
り成る検出エリアＢが設定される。

【００１１】上記検出エリアＢ内の検出点Ｂ１〜Ｂｎ
は、複数個の赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎを一列状に配置
した多光軸赤外線センサ１２の計測視野に対応したもの
であり、各検出点Ｂ１〜Ｂｎからの赤外線（輻射熱）が
レンズ光学系１３及び光学フィルタ１４を介して対応す
る赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎで受光される構成となって
いる。この場合、赤外線センサ１２を構成する各赤外線
検出素子ｂ１〜ｂｎからは、その検出赤外線量（つまり
検出点Ｂ１〜Ｂｎで検出されるワーク１１からの熱エネ
ルギ）に応じた大きさの電圧信号Ｖd1〜Ｖdnが出力され
るものである。尚、光学フィルタ１４は、レンズ光学系
１３の前に配置しても良い。

【００１２】図２には、赤外線センサ１２からの電圧信
号Ｖd1〜Ｖdnの処理動作を行うための演算処理回路１５
（本発明でいう検出制御手段に相当）の構成が機能ブロ
ックの組み合わせにより示されており、以下これについ
て説明する。図２において、信号入力回路１６は、複数
のアナログ入力信号を時系列化して逐次的に出力すると
いうシフトレジスタ機能を備えたもので、赤外線センサ
１２からの電圧信号Ｖd1〜ＶdnをＡ／Ｄ変換器１７に順
次与える。Ａ／Ｄ変換器１７においてデジタルデータに
変換された各電圧信号Ｖd1〜Ｖdnは、零補正部１８及び
零補正データメモリ１９に順番に与えられる。

【００１３】上記零補正データメモリ１９には、例え
ば、赤外線センサ１２による計測視野にワーク１及びそ
の他の熱源が存在しない状態において各赤外線検出素子
ｂ１〜ｂｎから出力される電圧信号Ｖd1〜Ｖdnのレベル
が、当該電圧信号Ｖd1〜Ｖdnの零点補正用データとして
予め記憶されており、電圧信号Ｖd1〜Ｖdnの入力毎に対
応する零点補正用データを零補正部１８に与える。そし
て、零補正部１８は、Ａ／Ｄ変換器１７から入力された
電圧信号Ｖd1〜Ｖdnを零補正データメモリ１９からの零
点補正用データに基づいて順次補正し、その補正後の電
圧信号Ｖd1〜Ｖdnを温度コンパレータ２０へ送る。

【００１４】目標温度設定器２１は、ワーク１１を検出
するときの指標となる目標温度ｔを設定するためのもの
であり、その設定目標温度ｔを温度／エネルギ変換器２
２に与える。尚、この目標温度ｔは、例えば、ワーク１
１の赤熱部分における平均的な温度より若干低い値に設
定される。

【００１５】上記温度／エネルギ変換器２２は、プラン
クの放射則を利用して上記目標温度ｔを熱エネルギ相当
の基準信号Ｖｆに変換する機能を備えたものである。具
体的には、プランクの放射則によれば、目標温度ｔの絶
対温度がＴ（Ｋ）、光学フィルタ１４の通過帯域の波長
をλ（ｍ）とした場合、その目標温度ｔに対応した熱エ
ネルギ量Ｑは次式（１）で与えられる。

【００１６】 Ｑ＝Ｃ1 ・λ^-5・｛exp （Ｃ2 ／（λ・Ｔ) ) −１｝^-1 ［Ｗ・ｍ³ ］ ………（１） 但し、Ｃ1 ＝２πｈｃ² ＝３．７４１５０×１０^-16
［Ｗ・ｍ² ］ Ｃ2 ＝ｈｃ／ｋ＝１．４３８７９×１０^-2 ［ｍ・Ｋ］ ｈ：プランク定数、ｋ：ボルツマン定数、ｃ：真空中の
光速 そして、温度／エネルギ変換器２２では、上式（１）に
基づいて算出した熱エネルギ量Ｑを、検出赤外線量を示
す前記電圧信号Ｖd1〜Ｖdnと同じディメンジョンの基準
信号Ｖｆに変換して温度コンパレータ２０に与える。

【００１７】温度コンパレータ２０は、逐次入力される
電圧信号Ｖd1〜Ｖdnを温度／エネルギ変換器２２から与
えられる基準信号Ｖｆと順番に比較し、Ｖd1〜Ｖdn＞Ｖ
ｆの状態を呈する毎にカウンタ２３のカウント値を
「１」だけインクリメントする。

【００１８】この場合、上記カウンタ２３は、温度コン
パレータ２０において電圧信号Ｖd1〜Ｖdnと基準電圧Ｖ
ｆとの比較が全部済んだとき（列状に配置された赤外線
検出素子ｂ１〜ｂｎの１回分のスキャンが終了した状態
に相当）にリセットされる構成となっている。要する
に、カウンタ２３の計数値ΔＮは、前記目標温度ｔに対
応した赤外線量（熱エネルギ）を検知した赤外線検出素
子ｂ１〜ｂｎの個数に相当することになり、結果的に、
ワーク１１における前記検出エリアＢとの対応領域にお
いて目標温度ｔ以上となった赤熱部分の幅寸法（赤熱部
分が散在している場合はその部分の幅寸法の合計値）を
示すことになる。

【００１９】上記カウンタ２３の計数値ΔＮを受ける比
較器２４は、その計数値ΔＮを、目標幅設定器２５に予
め設定された基準目標幅に対応した基準数Ｎと比較し、
ΔＮ≧Ｎとなったときに、ワーク１１が検出エリアＢに
進入したことを示す検出信号Ｓｄを出力するものであ
り、この検出信号Ｓｄは出力回路２６を通じて外部に出
力される。つまり、上記検出信号Ｓｄは、赤外線検出素
子ｂ１〜ｂｎのうち、その検出赤外線量が設定目標温度
ｔに対応した赤外線量以上となった素子の数が、予め設
定された基準数Ｎ以上となったときに出力されることに
なる。

【００２０】一方、前記温度コンパレータ２０は、入力
された電圧信号Ｖd1〜Ｖdnのうち最高温度に対応した信
号をエネルギ／温度変換器２７に与えるようになってい
る。このエネルギ／温度変換器２７は、与えられた電圧
信号により示される赤外線量（熱エネルギ）を前記
（１）式の関係を利用して温度データに逆変換するもの
であり、その温度データは、Ｄ／Ａ変換器２８を通じて
デジタルデータに変換された後にピーク温度表示器３０
に表示される。

【００２１】また、前記カウンタ２３による計数値ΔＮ
（ワーク１１における検出エリアＢとの対応領域での赤
熱部分（目標温度ｔ以上となった部分）の幅寸法を示す
データ）は、Ｄ／Ａ変換器３１を通じてデジタルデータ
に変換された後に赤熱幅表示器３２に表示される。

【００２２】以上要するに、上記した本実施例の構成に
よれば以下に述べるような作用・効果を奏するものであ
る。即ち、本実施例によれば、検出エリアＢから放射さ
れる赤外線量（熱エネルギ量）が目標温度ｔに対応した
目標赤外線量以上となった赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎの
数が、ワーク１１において目標赤温度ｔ以上となった赤
熱部分の幅寸法（ワーク１１の進行方向Ｆ（図１参照）
と直交した方向の幅寸法）に対応することになる。ま
た、上記のように検出赤外線量が目標赤外線量以上とな
った赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎの数が予め設定された基
準数Ｎ以上となったときに検出信号Ｓｄを発生する構成
となっているから、その基準数Ｎを適宜に設定すること
により、スケールの付着により部分的に放散赤外線量が
少ない部分を有したワーク１１（表面温度のむらがある
ワーク１１）が検出エリアＢに進入してきた場合でも、
その進入時点で検出信号Ｓｄを発生できることになる。
つまり、ワーク１１の存在の有無を、検出赤外線量が目
標赤外線量以上となった赤外線検出素子ｂ１〜ｂｎの数
に基づいてデジタル的に行い得るから、所定方向に走行
するワーク１１を検出する位置が従来構成のようにばら
つくことがなくなるものであり、結果的に、ワーク１１
の検出を精度良く行い得るようになって検出信頼性の向
上を実現できるようになる。

【００２３】因みに、本実施例の構成によれば、図３に
模式的に示すように、ワーク１１の表面にスケールが付
着していない場合（ａ）と、ワーク１１の表面にスケー
ルＳが付着している場合（ｂ）とにおけるワーク１１の
検出位置（検出信号Ｓｄが出力される位置）は、何れの
場合においても、ワーク１１の先端が検出エリアＢに対
し寸法Ｄｓだけ入り込んだときに限定されることにな
り、図５に示した従来構成の場合に比べてワーク１１の
検出精度が向上していることが分かる。

【００２４】しかも、本実施例においては、前記目標赤
外線量の設定を、目標温度設定器２１においてワーク１
１の検出指標となる目標温度ｔを設定するだけ行い得る
から、その設定を検出対象のワーク１１の温度状態や特
性に基づいてきわめて簡単に行い得るようになる。

【００２５】尚、本発明は上記実施例にのみ限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。温度／エネルギ変換器２２において目標温度ｔを熱
エネルギ相当の基準信号Ｖｆに変換するための演算式
（１）に対しては、必要に応じて種々の補正を加えても
良いものである。Ｄ／Ａ変換器２８、３０は、ＰＷＭ回
路などに置き換えることが可能である。検出対象のワー
クは、加熱された状態の鋼材に限らず、他の赤熱物体全
般に広く適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式的な基本概念図

【図２】演算処理回路の構成を示す機能ブロック図

【図３】作用説明用の模式図

【図４】従来構成例を示す図１相当図

【図５】図３相当図

【符号の説明】

１１はワーク（赤熱物体）、１２は赤外線センサ、ｂ１
〜ｂｎは赤外線検出素子、１３はレンズ光学系、１４は
光学フィルタ、１５は演算処理回路（検出制御手段）、
２１は目標温度設定器、２２は温度／エネルギ変換器を
示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に走行する赤熱物体の検出動作
   を当該赤熱物体からの赤外線量に基づいて行う検出装置
   において前記赤熱物体の進行方向と直交する方向に列状
   に設定された複数の検出点からの赤外線量をそれぞれ検
   出するように配置された複数の赤外線検出素子と、 これら赤外線検出素子のうち、検出赤外線量が予め設定
   された目標赤外線量以上となった素子の数が予め設定さ
   れた基準数以上となったときに検出信号を発生する検出
   制御手段とを備えたことを特徴とする赤熱物体の検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記検出制御手段は、 前記赤熱物体の検出指標となる目標温度を設定するため
   の目標温度設定器と、 この目標温度設定器により設定された目標温度を熱エネ
   ルギ量に変換する温度／エネルギ変換手段とを備え、 この温度／エネルギ変換手段により変換された熱エネル
   ギ量を前記目標赤外線量として設定することを特徴とす
   る請求項１記載の赤熱物体の検出装置。