JP2013195357A - 非接触式温度測定装置及び非接触式温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワーク表面の性状が異なる場合であっても、精度良くワークの温度を測定する。
【解決手段】 測定対象となるワークＷと同種のワークについて、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率εｏを用いて、放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定する。これにより、放射促進剤が塗布された部位の放射率εが高くなるので、測定対象外からの放射された熱放射が当該部位にて反射しても、当該部位から現実に放射された熱放射量に対する割合が小さくなり、測定対象外からの熱放射の影響を小さくすることができる。さらに、放射促進剤が塗布されると、ワーク表面性状の相違を吸収できるので、放射率εの変動を抑制できる。したがって、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率εｏを用いて、放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定すれば、ワーク表面性状が異なる場合であっても、精度良くワークＷの温度を測定することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触式温度測定装置及び非接触式温度測定方法に関するものである。

例えば、特許文献１に記載の発明では、その段落００７３に記載されているように、放射温度計が有する視野角範囲を囲むフードを配設して測定対象外からの放射熱をフードで遮ることにより、温度測定の精度を向上させている。

特開２００３−２８７４６３号公報

ところで、非接触式温度計は、測定対象であるワークから熱放射される温度エネルギーに基づいてワークの温度を測定するものである。このため、ワーク表面の性質及び状態（以下、表面性状という。）が異なると、測定対象となるワークと同種のワークであっても、真の温度に対して測定温度が大きく相違してしまう。

これに対して、特許文献１に記載の発明では、測定対象外からの放射熱をフードで遮るのみであるので、ワーク表面の性状が異なることに起因する測定温度精度の低下を防ぐことができない。

本発明は、上記点に鑑み、ワーク表面の性状が異なる場合であっても、精度良くワークの温度を測定することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、ワークから熱放射される温度エネルギーに基づいてワークの温度を測定する非接触式の温度測定装置であって、熱放射の放射率を高める放射促進剤をワークに塗布する塗布ユニット（５）と、放射率（εｏ）が記憶された記憶部（７）と、測定対象となるワークからの熱放射、及び記憶部（７）に記憶されている放射率（εｏ）に基づいて、測定対象となるワークのうち塗布ユニット（５）にて放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定する非接触式の温度測定ユニット（９）とを備え、記憶部（７）に記憶されている放射率（εｏ）は、測定対象となるワークと同種のワークについて、放射促進剤が塗布された状態で測定された放射率であることを特徴とする。

これにより、本発明では、測定対象となるワークと同種のワークについて、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率を用いて、放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定することとなる。

そして、放射促進剤が塗布された部位の放射率が高くなるので、測定対象外からの放射された熱放射が当該部位にて反射しても、当該部位から現実に放射された熱放射量に対する割合が小さくなり、測定対象外からの熱放射の影響を小さくすることができる。さらに、放射促進剤が塗布されると、ワーク表面性状の相違を吸収できるので、放射率の変動を抑制できる。

したがって、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率を用いて、放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定すれば、ワーク表面性状が異なる場合であっても、精度良くワークの温度を測定することが可能となる。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る温度測定装置１の模式図である。 本発明の実施形態に係る温度測定方法の概略を示す工程図表である。 本発明の実施形態に係る温度測定装置１及び温度測定方法の特徴を説明するための図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

そして、本実施形態は、コイルばね等の湾曲した金属製品（以下、ワークという。）の温度を測定する温度測定装置に本発明に係る非接触式温度測定装置及び非接触式温度測定方法を適用したものである。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。

（第１実施形態）
１．温度測定装置の概略構成
１．１ 温度測定装置の概要
図１は、本実施形態に係る温度測定装置１の概要を示す図である。そして、本実施形態に係る温度測定装置１は、ワークＷに対して成形時の加工歪除去や焼鈍等の熱処理を行う際にワークＷの温度を測定する。このため、本実施形態に係る温度測定装置１は、熱処理を行うための加熱装置３と一体化されている。

加熱装置３は、通電加熱器や誘導加熱器等の加熱手段（図示せず。）を有し、その加熱出力は加熱制御装置３Ａにより制御される。加熱制御装置３Ａは、温度測定装置１により測定された温度に基づいて、ワークＷの温度が予め設定された温度となるように、加熱装置３の加熱出力を制御する。

因みに、熱処理前の工程は、例えば、線材を螺旋状に成形するコイリング工程であり、熱処理後の工程は、例えば、螺旋状に成形された線材を圧縮変形させるセッチング工程である。

１．２ 温度測定装置の構成（図１参照）
温度測定装置１は、塗布ユニット５、放射率記憶部７及び温度測定ユニット９等を有して構成されている。

塗布ユニット５は、温度測定装置１に搬入されたワークＷのうち予め決められた特定の部位に放射促進剤を塗布する。放射促進剤とは、塗布された部位における熱放射の放射率εを高める塗料である。つまり、放射促進剤が塗布された部位は、放射促進剤が塗布されていない部位に比べて熱放射の放射率が高まる。

なお、本実施形態では、放射促進剤として、黒色系の耐熱塗料を採用している。このため、本実施形態では、放射促進剤が塗布された部位は、放射促進剤が塗布されていない部位に比べて、他のワーク等からの熱放射が反射してしまうことも抑制できる。

因みに、放射促進剤の塗布方法は不問であるが、本実施形態では、液体状の放射促進剤を噴霧することにより放射促進剤をワークＷに塗布している。このため、塗布ユニット５には、放射促進剤を噴霧するインジェクタ５Ａ、及びインジェクタ５Ａの噴霧タイミング等を制御する塗布制御器５Ｂを有している。

放射率記憶部７は、温度を測定・演算する際に用いる放射率εｏが記憶された記憶部である。この放射率記憶部７に記憶されている放射率εｏは、測定対象となるワークＷと同種のワークについて、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率である。

温度測定ユニット９は、赤外線サーモグラフィ装置や放射温度計等の非接触式の温度計（以下、放射温度計９Ａという。）を用いてワークＷの温度を測定する。放射温度計９Ａは、測定対象となるワークＷからの熱放射を測定し、この測定値及び放射率記憶部７に記憶されている放射率εｏに基づいてワークＷの温度を測定・演算する。

また、放射温度計９Ａは、測定対象となるワークＷのうち、塗布ユニット５にて放射促進剤が塗布されるべき第１部位（以下、塗布部という。）、及び第１部位と異なる第２部位（非塗布部という。）からの熱放射を測定する。そして、塗布部の測定値及び非塗布部の測定値のいずれに対しても同一の放射率εｏを用いて温度を演算する。

１．３ 温度測定装置の作動
図２は、温度測定装置１の作動、つまり温度測定方法の概略を示す工程表である。
放射温度計９Ａにて温度を測定する際には、物質毎に異なる熱放射の放射率εが必要である。そこで、本実施形態では、測定対象となるワークＷと同種のワークについて、放射促進剤が塗布された状態で放射率εが予め測定され、その測定された放射率εが放射率記憶部７に記憶される（記憶工程：Ｓ１）。

塗布ユニット５にて測定対象となるワークＷの塗布部に放射促進剤が塗布された後（塗布工程：Ｓ３）、温度測定ユニット９にて塗布部及び非塗布部の温度が測定される（測定工程：Ｓ５）。

そして、塗布部の測定温度と非塗布部の測定温度との温度差の絶対値が所定温度差以下であるか否かが判定され（Ｓ７）、温度差の絶対値が所定温度差以下である場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、作業員に対して警告信号が発せられるとともに、加熱制御装置３Ａにも警告信号が送信される（Ｓ９）。

なお、温度差の絶対値が所定温度差以下であるか否かの判定、及び警告信号の発信は、温度測定ユニット９により実行される。因みに、本実施形態に係る加熱制御装置３Ａは、上記警告信号を受信すると、加熱装置３を停止するとともに、加熱装置３を停止した旨の警告を作業員に対して発する。また、上記警告信号を受けて加熱装置３が停止すると、加熱装置３は、警告対象のワークＷを加熱装置３から排出する。

一方、温度差の絶対値が所定温度差より大きい場合には、測定温度を示す信号が加熱制御装置３Ａに送信される（Ｓ１１）。そして、加熱制御装置３Ａは、上述したように、温度測定装置１により測定された温度に基づいて、ワークＷの温度が予め設定された温度となるように、加熱装置３の加熱出力を制御する。

なお、本実施形態に係る温度測定方法では、温度測定を開始する時点で放射率記憶部７に放射率εｏが記憶されていれば十分である。つまり、温度測定を開始する前、又は次回の温度測定に備えて今回の温度測定終了後に記憶工程を実行すればよい。

また、放射率εは物性値であるので、原則として不変な値である。しかし、ワークＷ及び放射促進剤の成分ばらつき等の影響を受け、放射率記憶部７に記憶されている放射率εｏを用いると、温度測定誤差が大きくなってしまう場合があり得る。

そこで、本実施形態では、温度測定時毎に記憶工程を実行するのではなく、塗布ユニット５に放射促進剤を補充するタイミングや温度測定装置１の定期点検のタイミング等に合わせて定期的に記憶工程を実行している。

２．本実施形態に係る非接触式温度測定装置及び非接触式温度測定方法の特徴
本実施形態では、測定対象となるワークＷと同種のワークについて、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率εｏを用いて、放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定する。

そして、放射促進剤が塗布された部位の放射率εが高くなるので、測定対象外からの放射された熱放射が当該部位にて反射しても、当該部位から現実に放射された熱放射量に対する割合が小さくなり、測定対象外からの熱放射の影響を小さくすることができる。さらに、放射促進剤が塗布されると、ワーク表面性状の相違を吸収できるので、放射率εの変動を抑制できる。

したがって、放射促進剤が塗布された状態で予め測定された放射率εｏを用いて、放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定すれば、ワーク表面性状が異なる場合であっても、精度良くワークＷの温度を測定することが可能となる。

なお、コイルばね等の湾曲した金属製品は、表面性状の相違等が生じ易いので、本実施形態のごとく、コイルばねの温度測定に本発明を適用すると、特に好適である。
ところで、本実施形態は、上述のように、放射促進剤が塗布された部位の温度を測定することにより、ワーク表面性状の相違を吸収して温度測定精度を向上させることを特徴の１つとする発明であるので、仮に、放射促進剤が塗布されていない部位の温度を測定すると、真の温度に対して測定温度が大きく相違してしまう。

そこで、本実施形態では、塗布部及び非塗布部について温度を測定することを特徴としている。すなわち、放射促進剤が塗布された部位の測定温度は、図３に示すように、通常、放射促進剤が塗布されていない部位の測定温度より高くなる。このため、本実施形態のごとく、塗布部及び非塗布部を測定すれば、放射促進剤が塗布されているか否かを容易に判定することができる。

つまり、塗布部に放射促進剤が塗布されていれば、塗布部の測定温度と非塗布部の測定温度との温度差の絶対値が大きくなり、逆に、塗布部に放射促進剤が塗布されていなければ、塗布部の測定温度と非塗布部の測定温度との温度差の絶対値が小さくなる。

したがって、塗布部の測定温度と非塗布部の測定温度との温度差の絶対値が所定温度差以下の場合に、その旨の警告信号を発すれば、ワークＷの温度を誤測定してしまうことを未然に防ぐことが可能となる。

なお、上記「所定温度差」は、ワークＷの種類毎、つまりワークＷの材質及び形状、並びに放射温度計９Ａの種類等により異なる値である。そこで、本実施形態では、試験にて妥当な「所定温度差」を求めるとともに、定期的にその妥当性を試験にて確認している。

（その他の実施形態）
本発明に係る放射促進剤は、特許請求の範囲に定義されているように、熱放射の放射率を高めるものである。つまり、放射促進剤とは、放射促進剤を塗布することにより、ワークＷそれ自身の放射率より放射率が大きくなる塗料等である。

したがって、上述の実施形態では放射促進剤として、黒色系の耐熱塗料を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、黒色系の顔料を含む塗料や塗布することにより放射率を０．５以上、若しくは０．７以上、より好ましくは０．９以上とすることが可能な塗料であればよい。

また、上述の実施形態では、放射促進剤をワークＷの一部に塗布したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ワークＷ全体に放射促進剤を塗布してもよい。なお、放射促進剤の塗布方法は噴霧に限定されるものではなく、例えば、刷毛にて塗布する又は放射促進剤内に浸漬する等の塗布方法であってもよい。

また、上述の実施形態では、塗布部及び非塗布部の温度を測定したが、塗布部のみの温度を測定してもよい。
また、上述の実施形態では、塗布部の測定温度と非塗布部の測定温度との温度差の絶対値が所定温度差以下である場合には、その旨の警告を発したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、温度差の絶対値が所定温度差以下のワークＷについては、再度、塗布工程を行った後、測定工程を実行してもよい。

また、放射率記憶部７に放射率εを記憶させるタイミングは、上述の実施形態に限定されるものではなく、測定工程を開始する時点で放射率記憶部７に放射率εが記憶されていれば十分である。

また、上述の実施形態では、コイルばね等の湾曲した金属製品の温度測定に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スタビライザ、トーションバー、リーフスプリング、トランクリッドトーションバー及び渦巻きばね等、その他の部材の温度測定にも適用することができる。

また、上述の実施形態では、温度測定装置１は、熱処理を行うための加熱装置３と一体化されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、温度測定装置のみとしてもよい。

また、上述の実施形態では、温度測定装置１の定期点検のタイミング等に合わせて記憶工程を実行したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば温度測定装置１又は加熱装置３の起動時、ワークＷの変更等に伴う段取り変更時、及び温度測定装置１又は加熱装置３の異常停止時等のうちいずれかタイミングに合わせて記憶工程を実行してもよい。なお、「異常停止」とは、作業終了による正常停止以外の停止をいう。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… 温度測定装置 ３… 加熱装置 ３Ａ… 加熱制御装置
５… 塗布ユニット ５Ａ… インジェクタ ５Ｂ… 塗布制御器
７… 放射率記憶部 ９… 温度測定ユニット ９Ａ… 放射温度計

Claims (10)

1. ワークから熱放射される温度エネルギーに基づいてワークの温度を測定する非接触式の温度測定装置であって、
   熱放射の放射率を高める放射促進剤をワークに塗布する塗布ユニットと、
   前記放射率が記憶された記憶部と、
   測定対象となるワークからの熱放射、及び前記記憶部に記憶されている放射率に基づいて、測定対象となるワークのうち前記塗布ユニットにて前記放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を測定する非接触式の温度測定ユニットとを備え、
   前記記憶部に記憶されている放射率は、測定対象となるワークと同種のワークについて、前記放射促進剤が塗布された状態で測定された放射率であることを特徴とする非接触式温度測定装置。
2. 前記温度測定ユニットは、測定対象となるワークのうち前記塗布ユニットにて前記放射促進剤が塗布されるべき第１部位、及び前記第１部位と異なる第２部位について温度を測定することを特徴とする請求項１に記載の非接触式温度測定装置。
3. 前記第１部位の測定温度と前記第２部位の測定温度との温度差の絶対値が所定温度差以下の場合に、その旨の警告信号を発する警告手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触式温度測定装置。
4. 前記温度測定ユニットは、赤外線サーモグラフィ装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の非接触式温度測定装置。
5. 前記温度測定ユニットは、放射温度計であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の非接触式温度測定装置。
6. ワークから熱放射される温度エネルギーに基づいてワークの温度を測定する非接触式の温度測定方法であって、
   熱放射の放射率を高める放射促進剤をワークに塗布する塗布工程と、
   測定対象となるワークと同種のワークについて、前記放射促進剤が塗布された状態で測定された放射率を記憶部に記憶させる記憶工程と、
   前記記憶部に記憶されている放射率を用いて、測定対象となるワークのうち前記塗布工程にて前記放射促進剤が塗布されるべき部位の温度を、非接触式の温度測定ユニットにて測定する測定工程と
   を備えることを特徴とする非接触式温度測定方法。
7. 前記測定工程では、測定対象となるワークのうち前記塗布工程にて前記放射促進剤が塗布されるべき第１部位、及び前記第１部位と異なる第２部位について温度を測定することを特徴とする請求項６に記載の非接触式温度測定方法。
8. 前記第１部位の測定温度と前記第２部位の測定温度との温度差の絶対値が所定温度差以下の場合には、その旨の警告信号を発することを特徴とする請求項７に記載の非接触式温度測定方法。
9. 前記温度測定ユニットとして、赤外線サーモグラフィ装置を用いることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の非接触式温度測定方法。
10. 前記温度測定ユニットとして、放射温度計を用いることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の非接触式温度測定方法。