JP2009047611A - 表面温度測定方法および表面温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物の表面についての放射率の高低に応じて演算を行うことができ、測定精度を向上させることができる表面温度測定方法を提供すること。
【解決手段】対象物の表面から放射される波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、前記分布の各要素について計測温度（見かけ温度）を測定温度（黒体温度）として変換する温度変換工程と、前記各波長帯に対応する前記測定温度（Ｔ_ｒｓ１、Ｔ_ｒｓ２、Ｔ_ｒｓ３）間の温度差の全てが設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定を行う判定工程と、前記温度差の全てがΔＴよりも小さい場合、前記測定温度の平均を表面温度Ｔ_ｓとして導出する表面温度導出工程と、前記温度差の全てがΔＴよりも小さくない場合、前記測定温度に基づいてＴ_ｓを三色法により算出する表面温度算出工程とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば鍛造用や鋳造用の金型の表面温度等の、放射率変動がある対象物の表面温度の測定に好適に用いられる表面温度測定方法および表面温度測定装置に関する。

従来、対象物の表面温度を測定する方法として、非接触式の表面温度測定方法が知られている。非接触式の表面温度測定方法の代表例としては、対象物から放射される赤外線が検出されることにより対象物の表面温度が測定される赤外線サーモグラフィが挙げられる。
赤外線サーモグラフィは、対象物の表面温度を非接触で測定できるという利点だけでなく、対象物表面の所定領域の温度（温度分布）をリアルタイムで測定できるという利点も有する。

しかし、赤外線サーモグラフィにより測定された温度分布は、対象物の放射率や反射率、あるいは周囲の温度等により大きく変動する。また、対象物の放射率や反射率は、たとえ同一の対象物であっても、その表面状態等により大きく変動し得る。これらの理由から、表面状態が時々刻々と変化する対象物については、赤外線サーモグラフィによる対象物表面の温度分布の測定精度を確保することが困難であった。

このような問題を解決する方法として、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィが提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載の如くである。

三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおいては、波長帯の異なる三種類の赤外線を検出可能な赤外線カメラ（例えば、フィルタを交換することにより波長帯の異なる赤外線をそれぞれ検出する赤外線カメラ、あるいはそれぞれ波長帯の異なる赤外線を検出する三台の赤外線カメラ）により、それぞれ対象物の表面温度の分布が測定される。これらの測定値（測定温度）が用いられて、（１）対象物の黒体温度（真の表面温度）、（２）対象物の放射率（反射率＝１−放射率）、および（３）周囲の温度、の三つを変数とする三つの方程式（エネルギー保存則に基づく式）が取得される。そして、これらの連立方程式が解かれることにより、対象物の黒体温度（真の表面温度）の分布が、所定の収束解として算出される。
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、精度良く測定することが困難な放射率や反射率、あるいは周囲の温度を必要とせずに、対象物の表面温度の分布を測定することが可能であり、作業性に優れる。

しかし、このような三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる表面温度測定方法（三色法）においては、次のような不具合がある。すなわち、三色法においては、前述のように対象物の表面についての放射率が必要とされないことから、対象物の表面の全放射率範囲について（対象物の表面の放射率にかかわらず）、三色法という共通の方法が用いられる。このため、三色法により算出される対象物の表面温度についての精度低下が生じる場合がある。

具体的には、対象物の表面の放射率は、その対象物である物体固有の値であるものの、対象物の表面状態などによって変動する。一方、三色法の演算では、前述したように赤外線カメラによって測定された対象物の測定温度が用いられる。この対象物の測定温度は、対象物の放射率が１またはそれに近似する値である場合、対象物の真の表面温度と同一またはそれに近似する温度となることが、実験等により判っている。対象物についての測定温度と真の表面温度とが同一または互いに近似する値となると、三色法の演算によって求められる解が、収束しにくくなる（発散しやすくなる）。このため、三色法により算出される対象物の表面温度が不安定となり、三色法によって得られる対象物の表面温度についての精度が低下する。
特開２００４−２１９１１４号公報 特開平７−１４６１７９号公報 非破壊検査第４８巻１０号（１９９９） ６７３頁

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物の表面についての放射率の高低に応じて演算を行うことができ、測定精度を向上させることができる表面温度測定方法および表面温度測定装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、表面温度測定方法であって、対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出工程により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換工程と、前記温度変換工程により得られた、前記複数種類の赤外線の各波長帯に対応する前記測定温度間の温度差の全てが、前記各波長帯に対応する前記測定温度に対して十分に小さい温度値として予め設定された所定の温度差値よりも小さいか否かの判定を行う判定工程と、前記判定工程により、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいとの判定結果が得られた場合、前記温度変換工程により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度のうちのいずれかの前記測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する前記測定温度の平均を、前記対象物の表面温度として導出する表面温度導出工程と、前記判定工程により、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さくないとの判定結果が得られた場合、前記温度変換工程により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて、前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出工程と、を備えるものである。

請求項２においては、請求項１に記載の表面温度測定方法において、前記判定工程により得られた、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいか否かの判定結果を用いて、前記対象物の表面が、該対象物の表面についての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であるか否かの判定を行うものである。

請求項３においては、表面温度測定装置であって、対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出手段により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換手段と、前記温度変換手段により得られた、前記複数種類の赤外線の各波長帯に対応する前記測定温度のうちのいずれかの前記測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する前記測定温度の平均を、前記対象物の表面温度として導出する表面温度導出手段と、前記温度変換手段により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて、前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出手段と、前記温度変換手段により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度間の温度差の全てが、前記各波長帯に対応する前記測定温度に対して十分に小さい温度値として予め設定された所定の温度差値よりも小さいか否かの判定を行い、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいと判定した場合は、前記表面温度導出手段により、前記対象物の表面温度を導出させ、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さくないと判定した場合は、前記表面温度算出手段により、前記対象物の表面温度を算出させる判定手段と、を備えるものである。

請求項４においては、請求項３に記載の表面温度測定装置において、前記判定手段は、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいか否かの判定結果を用いて、前記対象物の表面が、該対象物の表面についての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であるか否かの判定を行うものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物の表面についての放射率の高低に応じて演算を行うことができ、測定精度を向上させることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、図１〜図３を用いて、本発明に係る表面温度測定装置の一実施形態である表面温度測定装置１について説明する。

図１に示す如く、本実施形態に係る表面温度測定装置１は、鍛造用金型２の表面、特にキャビティ面（以下「金型キャビティ面」という。）２ａの温度の分布を測定する。表面温度測定装置１は、赤外線分布検出装置１０と、制御装置２０とを備える。

鍛造用金型２は、温度測定に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には、鍛造物（鍛造用金型２により所定の形状に鍛造されたもの）に対応する形状の金型キャビティ面２ａが形成される。

金型キャビティ面２ａには、鍛造物の鍛造用金型２からの取出しが容易とされるために予め離型剤が塗布される。離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度が高すぎると、離型剤が金型キャビティ面２ａに強固に固着し、鍛造物の取出しが容易にできなくなる場合がある。また、離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度が低すぎると、塗布された離型剤に水分が残留し、この水分が鍛造時に蒸発して鍛造物の品質低下を招く場合がある。
したがって、金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されるときには、金型キャビティ面２ａの温度が、離型剤が金型キャビティ面２ａに強固に固着することなく、かつ、塗布された離型剤から水分が十分に蒸発する所定の温度域にあることが確認される必要がある。

そこで、本実施形態に係る表面温度測定装置１は、金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度分布が、所定の温度域にあるか否かを判定するために用いられる。
なお、表面温度測定装置の用途は、本実施形態に限定されず、例えば鋳造用の金型など、種々の対象物の表面の温度分布を測定する用途に広く適用可能である。

赤外線分布検出装置１０は、赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布を検出する。
赤外線分布検出装置１０は、赤外線カメラ１１と、バンドパスフィルタである短波長フィルタ１２ａ、中波長フィルタ１２ｂ、および長波長フィルタ１２ｃと、切り替え装置１３とを備える。

赤外線カメラ１１は、赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。具体的には、赤外線カメラ１１は、赤外線サーモグラフィの本体となり、その検出した赤外線の強度分布（以下「赤外線強度分布」という。）に係る情報を、温度の分布を示す画像である熱画像として出力する。赤外線カメラ１１は、検出素子１１ａと、レンズ１１ｂとを備える。

本実施形態における検出素子１１ａは、５〜１５μｍ程度の波長の赤外線、即ち短波長帯から長波長帯までの全ての波長帯の赤外線を検出可能なＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子である。検出素子１１ａは、赤外線カメラ１１の視野内の所定領域における赤外線強度分布を検出することが可能である。
なお、本実施形態の赤外線カメラ１１における検出素子１１ａは、ＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、これに限定されず、他の検出素子が用いられても良い。
レンズ１１ｂは、所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１ａに収束するものである。本実施形態の場合、所定の領域（視野）内に金型キャビティ面２ａが配置されることにより、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線が検出素子１１ａに収束される。

短波長フィルタ１２ａ、中波長フィルタ１２ｂ、および長波長フィルタ１２ｃ（以下総称する場合、「三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃ」とする。）は、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過させるフィルタである。本実施形態においては、短波長フィルタ１２ａは、波長が７．４〜９．０μｍの赤外線を透過させる。また、中波長フィルタ１２ｂは、波長が９．３〜１１．３μｍの赤外線を透過させる。また、長波長フィルタ１２ｃは、波長が１０．９〜１４．３μｍの赤外線を透過させる。
なお、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃの各フィルタ（以下単に「各フィルタ」ともいう。）が透過させる赤外線の波長帯は、本実施形態に限定されない。また、各フィルタが透過させる赤外線の波長帯は、その一部が他のフィルタが透過させる赤外線の波長と重複しても良い。
また、本実施形態の赤外線分布検出装置１０は、透過させる赤外線の波長帯が異なる三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃを備える構成であるが、これに限定されず、透過させる赤外線の波長帯が異なる二つ、あるいは四つ以上フィルタを備える構成であっても良い。つまり、赤外線分布検出装置としては、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線強度分布を検出する構成を備えるものであればよい。

切り替え装置１３は、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタを切り替える。切り替え装置１３は、ディスク１３ａと、モータ１３ｂとを備える。

ディスク１３ａは、略円盤状の部材であり、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃがそれぞれ嵌め込まれるための孔部を有する。これらの孔部は、それぞれディスク１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に設けられる。ディスク１３ａは、モータ１３ｂにより回転可能に設けられる。ディスク１３ａは、その有する孔部に嵌め込まれた三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうちのいずれかのフィルタ（以下単に「いずれかのフィルタ」ともいう。）が、赤外線カメラ１１のレンズ１１ｂに対向する位置、即ち赤外線カメラ１１の視野を覆う位置となるように配置される。
モータ１３ｂは、回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク１３ａの中心に固定される。
モータ１３ｂの駆動により、ディスク１３ａが回転し、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタが切り替わる。

なお、本実施形態の赤外線分布検出装置１０は、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布を検出するための構成として、一台の赤外線カメラ１１と、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過させる三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃとを有し、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタが切り替わる構成を備えるが、これは次のような構成で代替可能である。すなわち、それぞれ異なる波長帯の赤外線の分布を検出することができる三台の赤外線カメラが用いられる構成である。つまり、赤外線分布検出装置が備えることとなる、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布を検出するための構成は、本実施形態に限定されるものではない。
また、一台の赤外線カメラに対して複数のフィルタが用いられる構成においても、その赤外線カメラの視野を覆うフィルタが切り替えられるための構成は、本実施形態に限定されるものではない。フィルタが切り替えられるための構成の他の例としては、複数のフィルタを並んだ状態で配置させる部材がスライドすることにより、赤外線カメラの視野を覆うフィルタが切り替わる構成などが考えられる。
なお、以下の説明においては、各フィルタついて、その赤外線カメラ１１の視野を覆う状態を「セットされた状態」という。

赤外線カメラ１１は、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのどのフィルタによっても視野が覆われてない状態において黒体校正される。
赤外線カメラ１１が測定する温度範囲は、測定対象たる金型キャビティ面２ａの温度変動範囲に対する各フィルタによる見かけの温度変動に合わせて設定される。本実施形態では、鍛造用金型２の温度の上限は約４５０℃であるが、各フィルタによる見かけの温度変動が考慮され、赤外線カメラ１１が測定する温度範囲の上限（黒体校正温度の上限）は約２５０℃に設定される。

制御装置２０は、制御部２１と、入力部２２と、表示部２３とを備える。

制御部２１は、表面温度測定装置１の一連の動作を制御する。
制御部２１は、実体的には、種々のプログラム等を格納する格納部、これらのプログラム等を展開する展開部、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果などを保管する保管部等を有する。前記格納部に格納されるプログラム等には、後述する温度変換プログラム、表面温度導出プログラム、表面温度算出プログラム、判定プログラム、および三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃによる赤外線の各波長帯での計測温度（見かけ温度）と対象物が黒体である場合に対応する温度（測定温度）との関係に基づくデータテーブルが含まれる。

制御部２１としては、より具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成や、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成が用いられる。
本実施形態の制御部２１は、専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等が格納されたものでも代替可能である。

制御部２１は、赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１に接続され、赤外線カメラ１１に対して赤外線カメラ１１を動作させるための信号を送信する。制御部２１は、赤外線カメラ１１により検出された金型キャビティ面２ａから放射される各波長帯における赤外線強度分布に係る情報を受信（取得）する。
また、制御部２１は、切り替え装置１３のモータ１３ｂに接続され、モータ１３ｂに対してモータ１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ１３ｂの動作を制御する。制御部２１は、モータ１３ｂの動作を制御することにより、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうちのいずれのフィルタがセットされた状態となるかを選択する。

入力部２２は、制御部２１に接続され、制御部２１に表面温度測定装置１の動作に係る種々の情報・指示等を入力する。
本実施形態の入力部２２は、専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等でも代替可能である。
表示部２３は、表面温度測定装置１の動作状況、入力部２２から制御部２１への入力内容、表面温度測定装置１による測定結果（熱画像等）等を表示する。
本実施形態の表示部２３は、専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等でも代替可能である。
なお、入力部２２と表示部２３とは、市販のタッチパネル等を用いることにより、両者の機能を有する一体の構成品とすることができる。

以下では、制御部２１の詳細構成について説明する。
制御部２１は、機能的には、温度変換部２１ａと、表面温度導出部２１ｂと、表面温度算出部２１ｃと、判定部２１ｄとを備える。

温度変換部２１ａは、温度変換手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素について、赤外線分布検出装置１０により検出された三種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された温度変換プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、温度変換部２１ａとしての機能を果たす。

ここで、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素とは、赤外線強度分布に基づく、温度の分布を示す画像（熱画像）の各画素（ピクセル）に対応する。すなわち、本実施形態においては、赤外線強度分布についての情報は、前述したように赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１によって熱画像として出力される。この赤外線カメラ１１によって出力される熱画像を構成する各画素（以下単に「各画素」ともいう。）が、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素となる。

また、温度変換部２１ａによる変換後の温度である、前記の対象物が黒体である場合に対応する測定温度とは、本実施形態では、温度測定の対象物である鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）が、黒体である場合に対応する温度となる。
すなわち、赤外線カメラ１１により検出される赤外線の強度は、いずれかのフィルタを介した（透過した）所定の波長帯の赤外線の強度となる。したがって、温度変換部２１ａにおいて算出される各画素についての計測温度は、いずれかのフィルタに対応する波長帯の赤外線の強度に基づく「見かけ温度」となる。そこで、温度変換部２１ａは、その算出した計測温度（見かけ温度）を、対象物が黒体である場合に対応する温度、言い換えると対象物の放射率が１（またはそれに近似する値）である場合に対応する温度（測定温度）に変換する。つまり、温度変換部２１ａは、計測温度を黒体校正することにより変換する。この温度変換部２１ａにおいて計測温度（見かけ温度）が変換された温度が、前記の対象物が黒体である場合に対応する測定温度とされる。なお、ここで得られる測定温度は、前記のとおり計測温度（見かけ温度）が黒体校正された温度であるため、計測温度よりも高い温度となる。

このように、温度変換部２１ａでは、いずれかのフィルタを介した赤外線の強度を検出する赤外線カメラ１１により得られる、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃに対応する熱画像の各画素について、前述した計測温度が算出され、その算出された計測温度が、前述した測定温度として変換される。
温度変換部２１ａによる計測温度の測定温度への変換は、具体的には次のようにして行われる。

温度変換部２１ａは、まず、赤外線分布検出装置１０によって取得された赤外線強度分布について、赤外線カメラ１１から出力される熱画像の各画素に対応する赤外線の強度に基づき、計測温度を算出する。赤外線カメラ１１から出力される熱画像におけるある一つの画素は、例えば、図１に示すように、温度測定の対象である金型キャビティ面２ａにおけるある測定点部２ｂに対応する。

そして、温度変換部２１ａは、各画素について算出した計測温度を、対象物が黒体である場合に対応する測定温度に変換する。温度変換部２１ａは、計測温度の測定温度への変換に際し、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃによる赤外線の各波長帯での計測温度と対象物が黒体である場合に対応する温度（測定温度）との関係に基づくデータテーブルを参照する。

図２に、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフの一例を示す。図２において、三角形状の各点１６ａは、短波長フィルタ１２ａによる赤外線の波長帯での計測温度と測定温度との関係を表す点である。これら短波長フィルタ１２ａについての各点１６ａの軌跡が、直線あるいは曲線により近似されることで、短波長フィルタ１２ａについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフ１７ａが導かれる。同様に、四角形状の各点１６ｂで示されるグラフ１７ｂは、中波長フィルタ１２ｂについてのグラフであり、丸形状の各点１６ｃで示されるグラフ１７ｃは、長波長フィルタ１２ｃについてのグラフである。これらのグラフから分かるように、各フィルタによって（赤外線の波長帯によって）、計測温度の変化にともなう測定温度の変化の態様（変化量）が異なる。
このような各フィルタについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフに基づき、前記データテーブルが作成される。具体的には、図２に示すような各フィルタについてのグラフ１７ａ・１７ｂ・１７ｃに基づいて、計測温度に対応する測定温度が定められ、計測温度とこれに対応する（変換先の）測定温度とがテーブル化されて関連づけられる。

このように、温度変換部２１ａは、各フィルタがセットされた状態で得られる各熱画像の各画素についての測定温度（黒体温度）を導く。
すなわち、温度変換部２１ａは、短波長フィルタ１２ａがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、短波長フィルタ１２ａについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフ１７ａに基づいて作成されるデータテーブルを参照して、算出した計測温度を測定温度に変換する。同様に、温度変換部２１ａは、計測温度の測定温度への変換に際しては、中波長フィルタ１２ｂがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、中波長フィルタ１２ｂについてのグラフ１７ｂに基づいて作成されるデータテーブルを参照し、長波長フィルタ１２ｃがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、長波長フィルタ１２ｃについてのグラフ１７ｃに基づいて作成されるデータテーブルを参照する。

このようにして、温度変換部２１ａにおいて得られる測定温度は、赤外線サーモグラフィ（赤外線カメラ１１ａ）の指示値となる。以下の説明においては、温度変換部２１ａによって得られる測定温度について、その測定温度が得られる際にセットされた状態となっている各フィルタ（各波長帯）によって区別して指す場合は、短波長フィルタ１２ａがセットされた状態で得られる測定温度（短波長帯に対応する測定温度）を「第一測定温度」とし、中波長フィルタ１２ｂがセットされた状態で得られる測定温度（中波長帯に対応する測定温度）を「第二測定温度」とし、長波長フィルタ１２ｃがセットされた状態で得られる測定温度（長波長帯に対応する測定温度）を「第三測定温度」とする。

表面温度導出部２１ｂは、表面温度導出手段の実施の一形態であり、温度変換部２１ａにより得られた、三種類の赤外線の各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度、第二測定温度、および第三測定温度）のうちのいずれかの測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する測定温度の平均を、鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）として導出する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された表面温度導出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、表面温度導出部２１ｂとしての機能を果たす。

表面温度導出部２１ｂにより金型キャビティ面２ａの温度として導出される測定温度が、前記各波長帯に対応する測定温度のうちのいずれかの測定温度である場合は、第一測定温度、第二測定温度、および第三測定温度のうちのいずれかの測定温度が、金型キャビティ面２ａの温度として導出される。

ここで、表面温度導出部２１ｂによる、金型キャビティ面２ａの温度の導出（測定温度の選択）に際しては、例えば、前記三つの測定温度のうち、最大値（最高温度）のものが導出されたり、最小値（最低温度）のものが導出されたりする。言い換えると、この場合、表面温度導出部２１ｂにおいては、金型キャビティ面２ａの温度として導出する測定温度の選択の基準として、例えば、前記三つの測定温度のうち、最大値（最高温度）であることや、最小値（最低温度）であることが用いられる。

また、表面温度導出部２１ｂにより金型キャビティ面２ａの温度として導出される測定温度が、前記各波長帯に対応する測定温度の平均である場合は、第一測定温度、第二測定温度、および第三測定温度の平均温度が、金型キャビティ面２ａの温度として導出される。

ここで、表面温度導出部２１ｂによる、金型キャビティ面２ａの温度の導出（測定温度の平均の算出）に際しては、例えば、前記三つの測定温度の相加平均や相乗平均が算出される。言い換えると、この場合、表面温度導出部２１ｂにおいては、金型キャビティ面２ａの温度として導出する測定温度の平均として、例えば、前記三つの測定温度の相加平均や相乗平均が用いられる。

このように、表面温度導出部２１ｂは、温度変換部２１ａにより得られた第一測定温度、第二測定温度、および第三測定温度から選択することにより、あるいはこれら三つの測定温度を用いて平均を算出することにより、金型キャビティ面２ａの温度を導出する。

表面温度導出部２１ｂにおいて、金型キャビティ面２ａの温度の導出に際して用いられる方法、即ち、前述したように、前記三つの測定温度から、最大値や最小値のものが選択される方法や、前記三つの測定温度の平均が算出される方法のうち、いずれの方法が用いられるかは、例えば、実験等により判明した、温度変換部２１ａにより得られる測定温度と、金型キャビティ面２ａの真の温度との関係等による。

具体的には、例えば、温度変換部２１ａにより得られる測定温度が、金型キャビティ面２ａの真の温度に対して低くなる傾向がある場合は、表面温度導出部２１ｂにおける金型キャビティ面２ａの温度の導出に際して、前記三つの測定温度から最大値のものが選択される方法が採用される。

また、表面温度導出部２１ｂにおいて、金型キャビティ面２ａの温度の導出に際して用いられる方法が、任意に選択可能な構成であってもよい。この場合、金型キャビティ面２ａの温度の導出に際して、例えば、前記三つの測定温度のうち最大値のものが導出されるパターン、同じく最小値のものが導出されるパターン、および前記三つの測定温度の平均が算出されるパターンの三種類のパターンが任意に選択可能とされる。こうしたパターンの選択が、例えば入力部２２における操作によって行われる。そして、このような金型キャビティ面２ａの温度の導出に際して用いられる方法の選択が、例えば、金型キャビティ面２ａの温度状況等に応じて行われる。

表面温度算出部２１ｃは、表面温度算出手段の実施の一形態であり、温度変換部２１ａにより得られた、前記各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度、第二測定温度、および第三測定温度）に基づいて、鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）を算出する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された表面温度算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、表面温度算出部２１ｃとしての機能を果たす。

一般的な三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる対象物の真の表面温度の計算方法（三色法）においては、各波長帯の赤外線の強度に基づいて測定される温度、つまり本実施形態では前述の測定温度が、赤外線カメラ１１のセンサ（検出素子１１ａ）周りに成立するエネルギー保存式から仮定される次の数１の式が基礎式となる（非特許文献１参照）。

ここで、Ｔ_ｒｓは前述したように計測温度（見かけ温度）が変換された測定温度、Ｔ_ｓは対象物の表面温度（真値）、Ｔ_ａは周囲温度、εは放射率である。また、乗数ｎは、赤外線の波長帯および赤外線カメラ１１の検出素子１１ａの種類により決まる指数である。なお、添字ｉはフィルタ番号である。本実施形態では、ｉ＝１が短波長フィルタ１２ａに、ｉ＝２が中波長フィルタ１２ｂに、ｉ＝３が長波長フィルタ１２ｃにそれぞれ対応することとする。したがって、第一測定温度はＴ_ｒｓ１、第二測定温度はＴ_ｒｓ２、第三測定温度はＴ_ｒｓ３と表される。以下の説明において、「第一フィルタ」は短波長フィルタ１２ａを、「第二フィルタ」は中波長フィルタ１２ｂを、「第三フィルタ」は長波長フィルタ１２ｃをそれぞれ差す。
上記数１の式から、各フィルタについての基礎式は、次の数２〜４の式となる。

上記数２〜４の式において、三種類の赤外線の各波長帯について、つまり各フィルタが用いられる場合について、ε_１＝ε_２＝ε_３＝εの仮定が代入され（対象物についての放射率が一定と仮定され）、キルヒホッフの法則が適用されながら、εが消去されることにより、以下の六つの式（数５〜１０の式）が求まる（非特許文献１参照）。

三色法においては、上記の数５〜７の式、および数８〜１０の式のそれぞれから、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならない一式ずつが選択され、二分法、ニュートン法あるいはニュートンラプソン法等が適用されて収束解が得られる（Ｆ（Ｔ_ｓ）＝Ｆ（Ｔ_ａ）＝０となるＴ_ｓが求められる）ことにより、表面温度Ｔ_ｓが決定される（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは、数５の式と数９の式、数５の式と数１０の式、数６の式と数８の式、数６の式と数９の式、数７の式と数８の式、数７の式と数１０の式、の計６通りである。

そして、金型キャビティ面２ａの表面温度の収束解が求められる際には、次のような判定が行われる。すなわち、（ａ）計算の繰り返し回数とともに表面温度Ｔ_ｓと周囲温度Ｔ_ａがともに収束する場合、および（ｂ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で、表面温度Ｔ_ｓは収束するが周囲温度Ｔ_ａが発散する場合には、算出された表面温度Ｔ_ｓが正常であると判定される。一方、（ｃ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で、周囲温度Ｔ_ａは収束するが表面温度Ｔ_ｓが発散する場合には、算出された表面温度Ｔ_ｓが異常であると判定される。
本実施形態では、上記６通りの式の選択パターンの全てについて計算が行われ、表面温度Ｔ_ｓが異常であると判定された場合が除かれた残りの表面温度Ｔ_ｓの計算結果に基づいて、Ｔ_ｓが決定される。ここで、例えば、正常であると判定されたＴ_ｓの平均値または中央値が、最終的なＴ_ｓの計算値とされる。また、表面温度Ｔ_ｓおよび周囲温度Ｔ_ａについて、収束する場合の数値解析条件としては、残差１Ｅ−６で収束と判断される。

このように、表面温度算出部２１ｃは、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下、温度変換部２１ａにより得られた三つの熱画像における各画素についての測定温度Ｔ_ｒｓ、つまり第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３に基づいて三色法の演算を行うことにより、熱画像の各画素についての表面温度Ｔ_ｓを導く。
結果として、表面温度算出部２１ｃにより、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔ_ｓの分布が算出され、表面温度Ｔ_ｓの分布を示す画像となる一つの熱画像が得られる。

判定部２１ｄは、判定手段の実施の一形態であり、温度変換部２１ａにより得られた、前記各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）間の温度差の全てが、前記各波長帯に対応する測定温度に対して十分に小さい温度値として予め設定された所定の温度差値よりも小さいか否かの判定を行う。そして、判定部２１ｄは、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいと判定した場合は、表面温度導出部２１ｂにより、鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）を導出させる。また、判定部２１ｄは、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さくないと判定した場合は、表面温度算出部２１ｃにより、金型キャビティ面２ａの温度を算出させる。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された判定プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、判定部２１ｄとしての機能を果たす。

前記各波長帯に対応する測定温度間の温度差（以下単に「測定温度間の温度差」ともいう。）とは、ある波長帯に対応する測定温度と、その波長帯とは異なる波長帯に対応する測定温度との差の値（絶対値、以下同じ）である。したがって、本実施形態において、温度変換部２１ａにより得られた、前記各波長帯に対応する測定温度間の温度差の全てとは、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１と第二測定温度Ｔ_ｒｓ２との差の値、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２と第三測定温度Ｔ_ｒｓ３との差の値、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３と第一測定温度Ｔ_ｒｓ１との差の値となる。

そして、これらの測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいか否かの判定が行われる。この測定温度間の温度差に対する比較対象として用いられる所定の温度差値は、前記のとおり各波長帯に対応する測定温度に対して十分に小さい温度値として予め設定される。具体的には、例えば、各波長帯に対応する測定温度の温度値が２００℃程度であるのに対して、前記所定の温度差値は、５℃程度あるいは１０℃程度の温度値として設定される。以下では、この測定温度間の温度差に対する比較対象となる予め設定される所定の温度差値を、「設定温度差値ΔＴ」とする。

これらのことから、判定部２１ｄにて行われる判定は、次の数１１〜１３の式の全てが満たされるか否かの判定となる。

すなわち、判定部２１ｄにおいては、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１と第二測定温度Ｔ_ｒｓ２との差の値が算出され、その算出された差の値と、設定温度差値ΔＴとの比較が行われる。同様にして、判定部２１ｄにおいては、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２と第三測定温度Ｔ_ｒｓ３との差の値、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３と第一測定温度Ｔ_ｒｓ１との差の値が算出され、その算出された各差の値と、設定温度差値ΔＴとの比較が行われる。

そして、判定部２１ｄにより、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいとの判定結果が得られた場合、つまり上記の数１１〜１３の式が全て満たされるとの判定結果が得られた場合は、判定部２１ｄは、表面温度導出部２１ｂにより、金型キャビティ面２ａの温度を導出させる。この場合、判定部２１ｄから表面温度導出部２１ｂに対して、金型キャビティ面２ａの温度を導出させるための指令が送られる。したがって、この場合、金型キャビティ面２ａの温度として、温度変換部２１ａにより得られた、前記各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）のうちのいずれかの測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する測定温度の平均が導出されることとなる。

すなわち、判定部２１ｄにより、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいと判定された場合は、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３が、互いに略同じ値となる。つまり、前記三つの測定温度の互いの差が、いずれも、その測定温度に対して十分に小さい温度値である設定温度差値ΔＴよりも小さいということは、前記三つの測定温度が、互いに略同じ値であると言える。そして、この略同じ値となる各測定温度は、鍛造用金型２の表面温度（真温度）Ｔ_ｓに近い（略同じ）値となる。つまり、Ｔ_ｒｓ１≒Ｔ_ｒｓ２≒Ｔ_ｒｓ３≒Ｔ_ｓとなる。

このように、互いに略同じ値となる測定温度が表面温度Ｔ_ｓに近い（略同じ）値となるということは、金型キャビティ面２ａが高放射率状態であることに対応する。なお、ここでいう表面温度Ｔ_ｓに近い（略同じ）値には、表面温度Ｔ_ｓと同一である場合も含まれる。つまり、Ｔ_ｒｓ１＝Ｔ_ｓ、Ｔ_ｒｓ２＝Ｔ_ｓ、Ｔ_ｒｓ３＝Ｔ_ｓとなる場合も含まれる。
すなわち、三色法による温度測定に際しては、各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）が互いに近似する場合は、それらの各測定温度が、金型キャビティ面２ａの真の温度（表面温度Ｔ_ｓ）に近いこと（略同じであること）、つまり金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあることが、実験等により判っている。

放射率について、図３を用いて説明する。図３（ａ）はある温度での黒体および対象物の放射エネルギーの分光特性を示す図、同図（ｂ）は（ａ）に示す分光特性のグラフを用いた放射率の概念を示す説明図である。

図３（ａ）において、実線で表すグラフ１８ａは、黒体についての放射エネルギー（黒体放射）の分光特性を示す。また、同じく図３（ａ）において、破線で示すグラフ１８ｂは、対象物、つまり本実施形態における金型キャビティ面２ａについての放射エネルギー（対象物の放射）の分光特性を示す。そして、本実施形態では、各フィルタが透過させる赤外線の波長帯について、短波長フィルタ１２ａが透過させる短波長帯は、７．４〜９．０μｍであり（Δλａ参照）、中波長フィルタ１２ｂが透過させる中波長帯は、９．３〜１１．３μｍであり（Δλｂ参照）、長波長フィルタ１２ｃが透過させる長波長帯は、１０．９〜１４．３μｍである（Δλｃ参照）。したがって、短波長帯Δλａの放射エネルギーから得られる測定温度が、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１となり、中波長帯Δλｂの放射率エネルギーから得られる測定温度が、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２となり、長波長帯Δλｃの放射エネルギーから得られる測定温度が、第三測定温度Ｔ_ｒｓ３となる。

そして、図３に示すように、本実施形態に係る金型キャビティ面２ａについての放射率は、例えば短波長帯から長波長帯までの全ての波長帯（７．４〜１４．３μｍ）でみると、その波長帯において、黒体放射についてのエネルギー量（斜線領域１９ａ）を１としたときの、対象物の放射についてのエネルギー量（斜線領域１９ｂ参照）の比率となる（図３（ｂ）参照）。

このような金型キャビティ面２ａの放射率について、その放射率が高い状態となる、金型キャビティ面２ａが高放射率状態であることに対応して、短波長帯Δλａに対応する第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、中波長帯Δλｂに対応する第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および長波長帯Δλｃに対応する第三測定温度Ｔ_ｒｓ３が、互いに略同じ値となり、各測定温度が、鍛造用金型２の表面温度Ｔ_ｓに近い（略同じ）値となる。
このように、略同じ値となる各測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）が、表面温度Ｔ_ｓに近い（略同じ）値となると、前述した三色法の演算によって求められる解が、収束しにくくなる（発散しやすくなる）。

具体的には、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３が、表面温度Ｔ_ｓに近い（略同じ）値（同一の値も含む）となると、上記数８〜１０の式のそれぞれの式における、右辺第二項の分母の部分および分子の部分、ならびに右辺第三項の分母の部分が、０あるいは０に近い値となる。これにより、三色法の演算によって求められる解が収束しにくくなる。このように、三色法の演算によって求められる解が収束しにくくなることは、三色法により算出される金型キャビティ面２ａの温度についての不安定化を招き、三色法によって得られる表面温度についての測定精度の低下を招く。

そこで、判定部２１ｄは、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいと判定した場合は、表面温度導出部２１ｂにより、金型キャビティ面２ａの温度を導出させる。つまりこの場合、前述したように金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあることとなるので、表面温度算出部２１ｃによる三色法の演算による表面温度Ｔ_ｓの算出は行われず、表面温度導出部２１ｂにより、前記各波長帯に対応する測定温度のうちのいずれかの測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する測定温度の平均が導出される。そして、この表面温度導出部２１ｂにより導出された温度が、金型キャビティ面２ａの真の温度となる表面温度Ｔ_ｓとされる。

なお、ここでいう金型キャビティ面２ａについての「高放射率状態」とは、金型キャビティ面２ａの温度状態や表面状態等により異なるが、例えば、金型キャビティ面２ａが、その放射率が０．９程度以上となるような状態を指す。一方で、放射率の変化にともなう対象物の温度変化は、対象物の温度範囲によって異なる。
したがって、前記のとおり測定温度間の温度差に対する比較対象として用いられる設定温度差値ΔＴは、温度測定の対象となる金型キャビティ面２ａの温度範囲等に応じて、測定温度間の温度差の全てがその設定温度差値ΔＴよりも小さくなることが、金型キャビティ面２ａが高放射率状態（例えば放射率が０．９程度以上となるような状態）となることに対応するように、適宜設定される。

一方、判定部２１ｄにより、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さくないとの判定結果が得られた場合、つまり、上記の数１１〜１３の式のうち少なくともいずれかが満たされないとの判定結果が得られた場合は、判定部２１ｄは、表面温度算出部２１ｃにより、金型キャビティ面２ａの温度を算出させる。この場合、判定部２１ｄから表面温度算出部２１ｃに対して、金型キャビティ面２ａの温度を算出させるための指令が送られる。したがって、この場合、金型キャビティ面２ａの温度として、温度変換部２１ａにより得られた、前記各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度、第二測定温度、および第三測定温度）に基づいて行われる三色法の演算により、表面温度Ｔ_ｓが算出されることとなる。

すなわち、判定部２１ｄにより、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さくないと判定された場合は、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３が、互いに略同じ値でないこととなる。つまり、前記三つの測定温度の互いの差のうち、少なくともいずれかが、その測定温度に対して十分に小さい温度値である設定温度差値ΔＴよりも小さくないということは、前記三つの測定温度における少なくともいずれか二つの測定温度間において、所定の大きさ（設定温度差値ΔＴ）以上の温度差が存在すると言える。

このように、測定温度間において所定の大きさ（設定温度差値ΔＴ）以上の温度差が存在するということは、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にないことに対応する。
すなわち、三色法による温度測定に際しては、各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）間において所定の大きさ以上の温度差が存在する場合は、それら全ての測定温度が、金型キャビティ面２ａの真の温度（表面温度Ｔ_ｓ）に近くないこと、つまり金型キャビティ面２ａが高放射率状態にないことが、実験等により判っている。

このように、各測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）間において、所定の大きさ以上の温度差が存在する場合は、前述した三色法の演算において収束解が得られる。

そこで、判定部２１ｄは、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さくないと判定した場合は、表面温度算出部２１ｃにより、金型キャビティ面２ａの温度を算出させる。つまりこの場合、前述したように金型キャビティ面２ａが高放射率状態にないこととなるので、表面温度導出部２１ｂによる表面温度の導出は行われず、表面温度算出部２１ｃにより、三色法の演算によって表面温度Ｔ_ｓが算出される。

以上のように、判定部２１ｄにおいて用いられる設定温度差値ΔＴは、制御部２１においてその格納部等に予め設定され記憶される。

以上の構成を備える表面温度測定装置１においては、波長帯の異なる三種類の赤外線が検出されることで行われる鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）の測定に際し、金型キャビティ面２ａについての放射率の高低に応じて演算を行うことができ、測定精度を向上させることができる。

すなわち、表面温度測定装置１においては、金型キャビティ面２ａの放射率の高低の基準となる、各波長帯に対応する測定温度間の差が用いられた判定が行われることで、その判定結果に基づき、鍛造用金型２の表面温度Ｔ_ｓを導くための方法の選択が行われる。これにより、金型キャビティ面２ａの放射率の高低にかかわらず（高放射率状態であっても）、鍛造用金型２の表面温度Ｔ_ｓを精度良く測定することが可能となる。

次に、図４を加えて、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態について説明する。

本実施形態に係る表面温度測定方法は、上述の表面温度測定装置１が用いられ、鍛造用金型２の表面、特に金型キャビティ面２ａの温度の分布を測定する方法である。以下に説明する表面温度測定方法は、赤外線分布検出工程と、温度変換工程と、判定工程と、表面温度導出工程と、表面温度算出工程とを備える。
以下では、本発明に係る表面温度測定方法について、本実施の形態に即して説明する。なお、以下に説明する表面温度測定方法においては、前述したように表面温度導出部２１ｂによって金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔ_ｓとして導出される温度を、前記各波長帯に対応する測定温度の平均の温度とする。

図４のフロー図に示すように、本実施形態に係る表面温度測定方法では、まず、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布が検出される。つまり、金型キャビティ面２ａについての計測温度（見かけ温度）が取得される（Ｓ１００）。

具体的には、赤外線分布検出装置１０において、各フィルタがセットされた状態での赤外線強度分布の検出が行われ、赤外線カメラ１１により、各フィルタについての計測温度の熱画像が出力される。出力された各フィルタについての計測温度の熱画像は、制御装置２０の制御部２１へと転送される。これにより、制御部２１は、金型キャビティ面２ａについての計測温度を、各フィルタについての熱画像として（三つの熱画像の各画素について）取得する。
このステップＳ１００が、本実施形態における赤外線分布検出工程に対応する。

次に、各フィルタについての熱画像の各画素について、ステップＳ１００において検出された三種類の赤外線の強度から計測温度が算出され、この算出された計測温度が、鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）が黒体である場合に対応する測定温度として変換される。つまり、前記Ｓ１００にて取得された計測温度（見かけ温度）が、測定温度（黒体温度）に変換される（Ｓ２００）。

具体的には、制御装置２０の制御部２１における温度変換部２１ａにより、各フィルタについての熱画像（計測温度の熱画像）の各画素について、計測温度の算出、および算出した計測温度の測定温度（Ｔ_ｒｓ）への変換が行われる。計測温度の測定温度への変換に際しては、図２に示すような、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフに基づいて作成されるデータテーブルが用いられる。この計測温度の測定温度への変換により、各フィルタについて、測定温度の熱画像が得られる。

このように、温度変換部２１ａによって、計測温度の測定温度への変換が行われることで、各フィルタについての熱画像の各画素について、短波長帯に対応する測定温度である第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、中波長帯に対応する測定温度である第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および長波長帯に対応する測定温度である第三測定温度Ｔ_ｒｓ３が取得される（Ｓ３００）。
これらステップＳ２００およびステップＳ３００が、本実施形態における温度変換工程に対応する。

続いて、ステップＳ３００において得られた、三つの測定温度、つまり第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定が行われる（Ｓ４００）。

具体的には、制御装置２０の制御部２１における判定部２１ｄにより、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１と第二測定温度Ｔ_ｒｓ２との差の値、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２と第三測定温度Ｔ_ｒｓ３との差の値、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３と第一測定温度Ｔ_ｒｓ１との差の値が算出される。そして、これら差の値の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定が行われる。つまり、本ステップでは、上記の数１１〜１３の式の全てが満たされるか否かの判定が行われる。
このステップＳ４００が、本実施形態における判定工程に対応する。

ステップＳ４００において、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいとの判定結果が得られた場合、ステップＳ３００において得られた、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３の平均が、金型キャビティ面２ａの真の温度である表面温度Ｔ_ｓとして導出される。（Ｓ５００）。

この場合、具体的には、制御装置２０の制御部２１における表面温度導出部２１ｂにより、第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３の平均値が算出される。そして、この算出された測定温度の平均値が、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔ_ｓとして導出される。すなわち、この場合、前述したように金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあることとなるので、表面温度算出部２１ｃによる三色法の演算による表面温度Ｔ_ｓの算出は行われず、表面温度導出部２１ｂにより、各波長帯に対応する測定温度の平均が導出される。そして、この表面温度導出部２１ｂにより導出された温度が、金型キャビティ面２ａの真の温度となる表面温度Ｔ_ｓとされる。
このステップＳ５００が、本実施形態における表面温度導出工程に対応する。

一方、ステップＳ４００において、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さくないとの判定結果が得られた場合、ステップＳ３００において得られた各測定温度に基づいて、金型キャビティ面２ａの温度（表面温度Ｔ_ｓ）が算出される。つまり、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下、ステップＳ３００にて得られた第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３に基づいて、三色法の演算により金型キャビティ面２ａの真の温度である表面温度Ｔ_ｓが算出される（Ｓ６００）。

具体的には、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｃにより、各フィルタについての放射率ε_１、ε_２、ε_３が一定であるとの仮定の下、上記数２〜４の式から導かれる数５〜１０の式が用いられて、三色法の演算が行われ、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔ_ｓが算出される。つまり、各フィルタについての放射率が一定とされる三色法により、三つの熱画像について対応する画素、言い換えると熱画像における同じ位置についての三つの画素についての測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）から、その画素についての表面温度Ｔ_ｓが算出される。結果として、表面温度Ｔ_ｓの分布を示す画像となる一つの熱画像が得られる。
このステップＳ６００が、本実施形態における表面温度算出工程に対応する。

以上のような本実施形態に係る表面温度測定方法においては、表面温度測定装置１において得られる効果と同様の効果が得られる。すなわち、波長帯の異なる三種類の赤外線が検出されることで行われる鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）の測定に際し、金型キャビティ面２ａについての放射率の高低に応じて演算を行うことができ、測定精度を向上させることができる。

図５に、金型キャビティ面２ａの温度の測定結果である熱画像の一例（測定例）を示す。図５（ａ）は、上述の実施形態のような本発明に係る表面温度測定を採用した場合（以下「本発明の場合」という。）の測定例である。図５（ｂ）は、上述の実施形態のような本発明に係る表面温度測定を採用しなかった場合、つまり金型キャビティ面２ａの放射率の高低にかかわらず三色法の演算を用いて表面温度を測定した場合（以下「従来の場合」という。）の測定例である。なお、図５（ａ）に示す測定例は、上述の実施形態において、表面温度導出部２１ｂによって金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔ_ｓと導出される温度が、前記各波長帯に対応する測定温度の平均の温度である場合に対応するものである。

従来の場合、金型キャビティ面２ａの温度の測定に際し、各波長帯に対応する三つの測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）を用いた金型キャビティ面２ａの放射率状態の判定（判定部２１ｄによる判定、前記ステップＳ４００における判定）が行われることなく、つまり金型キャビティ面２ａの放射率の高低にかかわらず、前記三つの測定温度に基づく三色法の演算により、熱画像における各画素についての表面温度Ｔ_ｓが算出されることとなる。

このため、従来の場合においては、金型キャビティ面２ａが高放射率状態であるときに、前述したように、各波長帯に対応する測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）が、表面温度Ｔ_ｓに近い（略同じ）値となり、三色法の演算によって求められる解が、収束しにくくなる（発散しやすくなる）。そして、三色法の演算において、実際に収束解が得られなかった場合が、図５（ｂ）に示す熱画像において、黒い部分として表れている（例えば符号Ａ１や符号Ａ２で示す部分参照）。このように、熱画像において黒い部分として表れる部分は、その部分の画素について三色法の演算により算出された表面温度Ｔ_ｓが、例えば上記数８〜１０の式における右辺第二項の分母の部分が０あるいは０に近い値となること等によって、収束解とならず（発散し）、測定温度範囲を超えた場合等に対応する部分となる。

つまり、従来の場合においては、金型キャビティ面２ａにおいて高放射率状態となる部分については、その部分に対応する熱画像における画素の部分について三色法の演算による収束解が得られない（図５（ｂ）に示す測定例のように熱画像において黒い部分が生じる）ことがある。このため、金型キャビティ面２ａについて実際の温度状態に即した正確な温度測定が行われず、十分な測定精度が得られないこととなる。

これに対し、本発明の場合は、図５（ａ）に示す測定例である熱画像において、高放射率状態の部分（例えば図５（ｂ）における符号Ａ１や符号Ａ２で示す部分参照）についても、表面温度Ｔ_ｓが得られる（熱画像において黒い部分が生じない）こととなる。

つまり、本発明の場合においては、金型キャビティ面２ａにおいて高放射率状態となる部分については、その部分に対応する熱画像における画素の部分について三色法の演算が行われず、各波長帯に対応する測定温度の平均が表面温度Ｔ_ｓとされる。このため、熱画像において三色法の演算による収束解が得られない部分（黒い部分）が生じることが防止される。結果として、金型キャビティ面２ａについて実際の温度状態に即した正確な温度測定を行うことができ、十分な測定精度が得られることとなる。

このように、本発明に係る表面温度測定が採用されることにより、波長帯の異なる三種類の赤外線が検出されることで行われる鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）の測定に際し、測定精度を向上させることができるという測定結果が得られている。

ところで、上述した実施形態において、各波長帯に対応する三つの測定温度（第一測定温度Ｔ_ｒｓ１、第二測定温度Ｔ_ｒｓ２、および第三測定温度Ｔ_ｒｓ３）が用いられて行われる判定、つまり測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定についての結果は、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあるか否かの判定に用いることができる。

このように、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定結果が、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあるか否かの判定に用いられる場合、本実施形態の表面温度測定装置１においては、判定部２１ｄが、次のように機能することとなる。

すなわち、この場合、判定部２１ｄは、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定結果を用いて、金型キャビティ面２ａが、この金型キャビティ面２ａについての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であるか否かの判定を行う。

判定部２１ｄによる判定結果について、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいとの判定結果が得られた場合、前述したように、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあることとなる。
また、同じく判定部２１ｄによる判定結果について、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さくないとの判定結果が得られた場合、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にないこととなる。

したがって、判定部２１ｄは、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいとの判定結果を得た場合は、金型キャビティ面２ａが、この金型キャビティ面２ａについての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であると判定する。
また、判定部２１ｄは、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さくないとの判定結果を得た場合は、金型キャビティ面２ａが、この金型キャビティ面２ａについての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態でないと判定する。

ここで、金型キャビティ面２ａの放射率について、１に近似する値には、金型キャビティ面２ａの温度状態や表面状態等により異なるが、例えば、金型キャビティ面２ａの放射率が０．９程度以上となるような値が含まれる。

そして、判定部２１ｄによる金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあるか否かの判定結果は、例えば制御装置２０において制御部２１から表示部２３に出力され、表示部２３において表示される。

このような金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあるか否かの判定が行われる場合、本実施形態の表面温度測定方法においては、次のような手順となる。

すなわち、この場合、図４に示すフロー図において、ステップＳ４００により得られた、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定結果が用いられて、金型キャビティ面２ａが、この金型キャビティ面２ａについての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であるか否かの判定が行われることとなる。

このように、測定温度間の温度差の全てが、設定温度差値ΔＴよりも小さいか否かの判定結果を用いて、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあるか否かの判定を行うことにより、金型キャビティ面２ａの温度状態（温度範囲）によって、その放射率を直接測定することができない場合であっても、金型キャビティ面２ａの放射率の高低、つまり金型キャビティ面２ａが高放射率状態であるか否かを判定することが可能となる。

そして、金型キャビティ面２ａが高放射率状態であるか否かの判定結果を用いることで、例えば次のような表面温度測定を行うことが可能となる。
すなわち、各波長帯について得られる熱画像の略全体部分について、金型キャビティ面２ａが高放射率状態にあるとの判定結果が得られた場合、三色法の演算を行うことなく、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔ_ｓとして、赤外線カメラ１１によって得られる測定温度（各フィルタ介することなく得られる測定温度）を採用することができる。この場合、三色法の演算に際して行われる金型キャビティ面２ａの放射率の設定等の作業を省略することができ、金型キャビティ面２ａの温度測定に際して、作業の簡略化が図れる。

以上の本実施形態では、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる表面温度測定方法（三色法）の場合について説明したが、これに限定されず、二色放射温度計が用いられる場合や、波長帯が異なる四種類以上の赤外線を検出可能な温度計が用いられる場合であってもよい。つまり、本発明は、波長帯が異なる複数種類の赤外線が検出されることにより行われる表面温度測定であれば適用可能である。

本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態を示す図。 計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフの一例を示す図。 放射率についての説明図。 本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態を示すフロー図。 金型キャビティ面の温度の測定結果である熱画像の一例を示す図。

符号の説明

１ 表面温度測定装置
２ 鍛造用金型（対象物）
２ａ 金型キャビティ面（対象物の表面）
１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１ 赤外線カメラ
１２ａ 短波長フィルタ
１２ｂ 中波長フィルタ
１２ｃ 長波長フィルタ
２１ 制御部
２１ａ 温度変換部
２１ｂ 表面温度導出部
２１ｃ 表面温度算出部
２１ｄ 判定部

Claims (4)

1. 対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
   前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出工程により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換工程と、
   前記温度変換工程により得られた、前記複数種類の赤外線の各波長帯に対応する前記測定温度間の温度差の全てが、前記各波長帯に対応する前記測定温度に対して十分に小さい温度値として予め設定された所定の温度差値よりも小さいか否かの判定を行う判定工程と、
   前記判定工程により、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいとの判定結果が得られた場合、前記温度変換工程により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度のうちのいずれかの前記測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する前記測定温度の平均を、前記対象物の表面温度として導出する表面温度導出工程と、
   前記判定工程により、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さくないとの判定結果が得られた場合、前記温度変換工程により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて、前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出工程と、
   を備える表面温度測定方法。
2. 前記判定工程により得られた、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいか否かの判定結果を用いて、前記対象物の表面が、該対象物の表面についての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であるか否かの判定を行う請求項１に記載の表面温度測定方法。
3. 対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
   前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出手段により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換手段と、
   前記温度変換手段により得られた、前記複数種類の赤外線の各波長帯に対応する前記測定温度のうちのいずれかの前記測定温度、あるいは前記各波長帯に対応する前記測定温度の平均を、前記対象物の表面温度として導出する表面温度導出手段と、
   前記温度変換手段により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて、前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出手段と、
   前記温度変換手段により得られた、前記各波長帯に対応する前記測定温度間の温度差の全てが、前記各波長帯に対応する前記測定温度に対して十分に小さい温度値として予め設定された所定の温度差値よりも小さいか否かの判定を行い、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいと判定した場合は、前記表面温度導出手段により、前記対象物の表面温度を導出させ、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さくないと判定した場合は、前記表面温度算出手段により、前記対象物の表面温度を算出させる判定手段と、
   を備える表面温度測定装置。
4. 前記判定手段は、前記測定温度間の温度差の全てが、前記所定の温度差値よりも小さいか否かの判定結果を用いて、前記対象物の表面が、該対象物の表面についての放射率が１またはそれに近似する値となる高放射率状態であるか否かの判定を行う請求項３に記載の表面温度測定装置。