JP2017015596A - 液体中の温度分布測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】よりシンプルな構成にて液体の内部の温度分布を測定することができる、液体中の温度分布測定方法を提供する。【解決手段】測定対象の液体Ｑ中に浸漬された場合に表面の各位置に接触している液体の温度に応じた赤外線を赤外線撮像手段に向けて透過あるいは伝播する温度測定治具１０と、赤外線撮像手段２０と、画像処理手段と、を用い、温度測定治具を液体中に浸漬する治具浸漬ステップと、温度測定治具を透過あるいは伝播してきた赤外線を赤外線撮像手段を用いて撮像して温度分布画像データを得る赤外線撮像ステップと、温度分布画像データを赤外線撮像手段から画像処理手段へと転送するデータ転送ステップと、画像処理手段にて、転送された温度分布画像データに基づいて、液体中に浸漬された温度測定治具の表面の各位置の温度を求めることで、液体中における各深度の温度分布を求める温度分布測定ステップと、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、タンク等に蓄えられた液体中の温度分布を測定する、液体中の温度分布測定方法に関する。

近年、製品の焼入れ処理等の熱処理工程にて用いる冷却槽中の液体の最適温度管理や、工作機械等の潤滑油やクーラントを蓄えているタンク内の液体の温度管理等、製品や加工の品質管理を行ううえで、液体の温度管理の要求が高まっている。例えば製品の焼入れ処理を行うための冷却槽中の液体は、投入された製品の近傍の温度のほうが、製品から離れた位置の温度よりも高くなる。また通常、冷却槽の上層部の液体の温度のほうが、下層部の液体の温度よりも高い。このように、冷却槽内の液体の種々の位置で温度が異なるので、液体中の１個所の温度を測定しているだけでは、液体の温度管理を適切に行うことができない。また液体の温度を均一にする目的で、冷却槽内で液体を攪拌した場合、効果的に攪拌できているか否かを知りたい場合も、液体中の１個所の温度を測定しているだけでは、攪拌状態を把握することができない。そこで、液体中の温度分布を測定する要求が高まっている。

例えば特許文献１には、光学プローブを液体中に浸漬して、当該光学プローブの位置の液体の温度や成分濃度を測定することができる分光測定装置が開示されている。なお「浸漬」とは、液体内に物体を押し込み、当該物体を液体内の所定位置に保持することを指す。

また特許文献２には、試料にレーザ光を照射し、試料から放射される赤外線を赤外線放射温度計を用いて測定することで、被接触にて試料の温度を測定して、試料の熱拡散率を求める熱拡散率測定装置が開示されている。

特開２００６−０２３２００号公報 特開平３−１８９５４７号公報

特許文献１に記載の分光測定装置における光学プローブや、熱電対を用いた温度測定装置、抵抗式温度測定装置、バイメタル式温度測定装置など、液体中の温度の測定を所望する位置に光学プローブ等の温度検出手段の位置を一致させる温度測定装置は、一般的には接触式温度測定装置と呼ばれている。接触式温度測定装置では、各温度検出手段はその位置の「点」の温度を検出することしかできないため、「温度分布」の計測にはあまり適していない。接触式の温度測定装置で液体中の温度分布を求める場合には、大量の温度検出手段を、液体中の種々の位置に配置する必要があるので、温度測定装置が複雑化してあまり好ましくない。

また特許文献２に記載の赤外線放射温度計や、赤外線撮像手段（いわゆる赤外線カメラ）を用いた温度測定装置は、一般的には非接触式温度測定装置と呼ばれている。非接触式温度測定装置では、液体から離れた位置にて液体の温度を「点」ではなく「面」で測定できるが、「液体の『表面』の温度分布」を測定することしかできず、液体の内部の温度分布を測定することができない。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構成にて液体の内部の温度分布を測定することができる、液体中の温度分布測定方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る液体中の温度分布測定方法は、次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、測定対象の液体中に浸漬された場合に表面の各位置に接触している前記液体の温度に応じた赤外線を赤外線撮像手段に向けて透過あるいは伝播する温度測定治具と、前記赤外線撮像手段と、画像処理手段と、を用いた液体中の温度分布測定方法であって、測定対象の前記液体中における所望位置に前記温度測定治具を浸漬する治具浸漬ステップと、前記温度測定治具を透過あるいは伝播してきた赤外線を前記赤外線撮像手段を用いて撮像して温度分布画像データを得る赤外線撮像ステップと、前記温度分布画像データを前記赤外線撮像手段から前記画像処理手段へと転送するデータ転送ステップと、前記画像処理手段にて、転送された前記温度分布画像データに基づいて、前記液体中に浸漬された前記温度測定治具の表面の各位置の温度を求めることで、前記液体中における各深度の温度分布を求める温度分布測定ステップと、を有する。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る液体中の温度分布測定方法であって、前記温度測定治具は、下方に向かって延びる形状を有しており、
前記治具浸漬ステップにて、前記温度測定治具を前記液面から下方に向けて前記液体中に浸漬し、前記温度分布測定ステップにて、前記温度測定治具が前記液体中に浸漬された位置において前記温度測定治具の表面の各位置に対応する前記液体中の各深度の温度分布を同時に求める。

次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る液体中の温度分布測定方法であって、前記温度測定治具として、赤外線を透過する材質にて中実状に形成されている前記温度測定治具を用いる。

次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る液体中の温度分布測定方法であって、前記温度測定治具として、赤外線を透過する材質あるいは熱伝導率が所定伝導率以上である材質にて中空状に形成され、内面には赤外線の放射率が所定放射率以上である黒体が塗布されている前記温度測定治具を用いる。

次に、本発明の第５の発明は、上記第１の発明〜第４の発明のいずれか１つに係る液体中の温度分布測定方法であって、前記温度測定治具として、所定高さを有してそれぞれ異なる径とされた複数の円柱または多角柱が、鉛直方向を軸として同軸に重ねられて配置されているとともに下方に向かって徐々に小さな径の円柱または多角柱となるように配置された外観形状を有している前記温度測定治具を用いる。

第１の発明によれば、液体中に浸漬された場合に表面の各位置に接触している液体の温度に応じた赤外線を赤外線撮像手段に向けて透過あるいは伝播する温度測定治具を用いて赤外線撮像手段で温度分布画像データを取得する。これにより、液体の「表面」の温度分布画像データではなく、液体の「内部」の温度分布画像データを取得することができる。従って、非常にシンプルな構成にて液体の内部の温度分布を測定することができる。

第２の発明によれば、温度測定治具の形状を、下方に向かって延びる形状とすることで、液体中の各深度の温度分布を同時に求めることができる。従って、非常にシンプルな構成にて液体の内部の温度分布を測定することができる。

第３の発明によれば、温度測定治具を、適切な材料で成形するとともに、中実状とすることで、温度測定治具の表面の各位置に接触している液体の温度に応じた赤外線を赤外線撮像手段に向けて効率よく透過することができる温度測定治具を、適切に実現することができる。

第４の発明によれば、温度測定治具を、適切な材料で成形するとともに、中空状として内面に黒体を塗布することで、温度測定治具の表面の各位置に接触している液体の温度に応じた赤外線を赤外線撮像手段に向けて効率よく伝播することができる温度測定治具を、適切に実現することができる。

第５の発明によれば、下方に向かって徐々に小さな径の円柱または多角柱となるように複数の円柱または多角柱を同軸に配置することで、温度測定治具の外観形状を、下方に向かって各円柱または各多角柱の底面が順に並ぶ形状とする。この形状を有することで、各円柱または各多角柱の底面から、当該底面の位置に対応する液体中の深度の位置の温度を「面」で取得することができるので、液体中の温度分布をより適切に測定することができる。

液体中の温度分布測定方法を実施するための温度測定システムの全体構成を説明する図である。 温度測定治具の外観形状の例を説明する斜視図である。 中実状の温度測定治具の例を説明する断面図である。 画像処理手段の処理手順の例を説明するフローチャートである。 液体中に浸漬した温度測定治具からの赤外線を、赤外線撮像手段を用いて撮像する様子を説明する図である。 図５の状態にて赤外線撮像手段にて撮像した温度分布画像データの例を説明する図である。 本実施の形態にて説明した温度測定システムと、攪拌手段と、を焼入れ処理の冷却槽内に配置した例を説明する図である。 中空状の温度測定治具の例を説明する断面図である。 温度測定治具の外観形状の他の例（１）を説明する図である。 温度測定治具の外観形状の他の例（２）を説明する図である。 温度測定治具の外観形状の他の例（３）を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。なおＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている図では、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｚ軸方向は上方に向かう鉛直方向を示している。

●［温度測定システム１の全体構成（図１）と温度測定治具１０の構造（図２、図３）］
温度測定システム１は、図１に示すように、基台２上に載置した液体槽３内の液体Ｑ内に浸漬する温度測定治具１０と、赤外線撮像装置２０と、移動装置３０と、画像処理装置５０等にて構成されている。液体槽３内には、測定対象の液体Ｑが蓄えられている。

温度測定治具１０は、図２に示すように、所定高さを有してそれぞれ異なる径とされた複数の円柱１１〜１５が、鉛直方向の軸１０Ｚを軸として同軸に重ねられて配置されている。各円柱の高さ及び径は、適宜設定されている。また円柱１１〜１５は、下方に向かって徐々に径が小さくなるように配置されている。このように温度測定治具１０は、下方に向かって延びる形状を有している。従って、温度測定治具１０が図５の例に示すように液体Ｑ中に浸漬された場合、円柱１１の側面１１Ｓ及び底面１１Ｍ、円柱１２の側面１２Ｓ及び底面１２Ｍ、円柱１３の側面１３Ｓ及び底面１３Ｍ、円柱１４の側面１４Ｓ及び底面１４Ｍ、円柱１５の側面１５Ｓ及び底面１５Ｍ、が液体Ｑと接触する。また図１〜図３、及び図５〜図７に示す例では、例えばフッ化カルシウム等の赤外線を透過する材料を用いて、温度測定治具１０を中実状に形成した例を示している。

温度測定治具１０を図５の例に示すように液体Ｑ中に浸漬した場合、温度測定治具１０の表面の各位置（円柱１１の底面１４Ｍ、円柱１２の底面１３Ｍ等）に、各位置が接触している液体から、当該位置の液体の温度に応じた赤外線が入射される。そして図３に示すように、温度測定治具１０の表面の各位置に入射された赤外線Ｒ１１〜Ｒ１５は、温度測定治具１０内を透過して、温度測定治具１０の上面１０Ｍから出射される。なお図３の例では、各円柱１１〜１５の側面から入射される赤外線については図示を省略している。なお図５に示すように、温度測定治具１０の全体を液体Ｑ中に浸漬した場合に温度測定治具１０と赤外線撮像装置２０との間に空間を形成するための円筒状の補助部材１８を温度測定治具１０に取り付ける。補助部材１８を用いることで、温度測定治具１０の上面１０Ｍが液体Ｑの液面より低い位置であっても、温度測定治具１０の上面１０Ｍと赤外線撮像装置２０との間に液体Ｑが浸入することを防止できる。上面１０Ｍが液体Ｑで覆われてしまうと、赤外線撮像装置２０は液体Ｑの表面の温度分布を測定してしまうためである。

赤外線撮像装置２０（赤外線撮像手段に相当）は、いわゆる赤外線カメラであり、赤外線撮像装置２０で撮像された画像データは、色彩や輝度の変化等で温度分布を識別可能とされている。赤外線撮像装置２０は、測定対象物の表面の温度分布を非接触で測定することができる。赤外線撮像装置２０は、図５の例に示すように温度測定治具１０の上方に接触または離れた位置に配置され、温度測定治具１０の上面１０Ｍから出射された赤外線に基づいた画像データ（温度分布画像データに相当）を作成する。また赤外線撮像装置２０は、ケーブルＣ２０Ａを介して画像処理装置５０から入力された制御信号に基づいて画像データを作成し、作成した画像データを、ケーブルＣ２０Ｂを介して画像処理装置５０に出力する。赤外線撮像装置２０は、図５に示す画角θ範囲内の画像データを作成可能であるとともに、ピントが合う範囲である被写界深度Ｄ１を有している。従って、温度測定治具１０に対する赤外線撮像装置２０の位置は、この画角θと被写界深度Ｄ１の双方の範囲内に、温度測定治具１０の底面１１Ｍ〜１５Ｍが入るように調整されている。

移動装置３０は、Ｘテーブル３３、Ｙテーブル３４、支持部材３２、アーム３１等にて構成されている。Ｘテーブル３３には電動モータ３３Ｘが設けられており、電動モータ３３Ｘには図示省略したエンコーダが設けられている。電動モータ３３Ｘは、ケーブルＣ３３Ａを介して画像処理装置５０から入力された制御信号に基づいて、基台２に対してＸテーブル３３をＸ軸方向に沿って移動させ、移動量に応じた検出信号を、ケーブルＣ３３Ｂを介してエンコーダから画像処理装置５０へ出力する。

同様に、Ｙテーブル３４には電動モータ３４Ｙが設けられており、電動モータ３４Ｙには図示省略したエンコーダが設けられている。電動モータ３４Ｙは、ケーブルＣ３４Ａを介して画像処理装置５０から入力された制御信号に基づいて、Ｘテーブル３３に対してＹテーブル３４をＹ軸方向に沿って移動させ、移動量に応じた検出信号を、ケーブルＣ３４Ｂを介してエンコーダから画像処理装置５０へ出力する。

支持部材３２は、Ｙテーブル３４に固定されている。支持部材３２には電動モータ３１Ｚが設けられており、電動モータ３１Ｚには図示省略したエンコーダが設けられている。電動モータ３１Ｚは、ケーブルＣ３１Ａを介して画像処理装置５０から入力された制御信号に基づいて、支持部材３２に対してアーム３１をＺ軸方向に沿って移動させ、移動量に応じた検出信号を、ケーブルＣ３１Ｂを介してエンコーダから画像処理装置５０へ出力する。アーム３１の先端には、温度測定治具１０と赤外線撮像装置２０とが取り付けられている。従って、移動装置３０は、温度測定治具１０と赤外線撮像装置２０とを、液体Ｑ中の任意の位置へと配置することができる。

画像処理装置５０は、例えばパーソナルコンピュータであり、上記に説明したように、移動装置３０を制御して温度測定治具１０と赤外線撮像装置２０とを液体Ｑ中の任意の位置へと配置し、赤外線撮像装置２０にて画像データを作成し、作成した画像データを取得する。なお、画像処理装置５０の処理手順の詳細については、フローチャートを用いて後述する。

●［画像処理装置５０の処理手順（図４）］
次に図４に示すフローチャートを用いて、画像処理装置５０の処理手順の例を説明する。画像処理装置５０は、ユーザから起動されて液体Ｑ中の温度分布の測定の実行が指示されると、図４に示す処理を開始し、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０にて画像処理装置５０は、予め画像処理装置５０の記憶装置に記憶されている目標位置、またはユーザから画像処理装置５０に入力された目標位置、に温度測定治具１０（及び赤外線撮像装置２０）を移動させ、温度測定治具１０が目標位置となるように、温度測定治具１０（及び赤外線撮像装置２０）を液体Ｑ中に浸漬し、ステップＳ２０に進む。浸漬の際は、温度測定治具１０を液体Ｑの液面から下方に向けて浸漬する。ステップＳ１０の処理は、測定対象の液体Ｑ中における所定位置に温度測定治具１０を浸漬する治具浸漬ステップに相当している。

ステップＳ２０にて画像処理装置５０は、赤外線撮像装置２０に制御信号を出力して、赤外線撮像装置２０を用いて画像データを作成してステップＳ３０に進む。ステップＳ２０の処理は、温度測定治具１０を透過あるいは伝播してきた赤外線を、赤外線撮像装置２０を用いて撮像して画像データ（温度分布画像データ）を得る赤外線撮像ステップに相当している。

ステップＳ３０にて画像処理装置５０は、赤外線撮像装置２０から出力された画像データを取得してステップＳ４０に進む。ステップＳ３０の処理は、画像データ（温度分布画像データ）を赤外線撮像装置２０から画像処理装置５０へと転送するデータ転送ステップに相当している。

ステップＳ４０にて画像処理装置５０は、転送された画像データ（温度分布画像データ）に基づいて、液体Ｑ中に浸漬された温度測定治具１０の表面の各位置の温度を求めることで、液体Ｑ中の各深度の温度分布求め、ステップＳ５０に進む。例えば図６に示す画像データＧ１における領域１５ＭＡに表れている温度は、図５に示す底面１５Ｍの位置の液体Ｑの温度を表しており、図５に示す液体槽３の底面から距離Ｄ１５の深度の液体Ｑの温度を表している。同様に、図６に示す画像データＧ１における領域１４ＭＡに表れている温度は、図５に示す底面１４Ｍの位置の液体Ｑの温度を表しており、図５に示す液体槽３の底面から距離Ｄ１４の深度の液体Ｑの温度を表している。以下同様に、図６に示す画像データＧ１における領域１３ＭＡに表れている温度は、図５に示す液体槽３の底面から距離Ｄ１３の深度の液体Ｑの温度を表している。なお図５は、移動装置３０と画像処理装置５０の記載を省略している。

例えば、図６に示す画像データＧ１（温度分布画像データ）における領域１２ＭＡに表れている温度は、図５に示す液体槽３の底面から距離Ｄ１２の深度である底面１２Ｍの位置の液体Ｑの温度を表しており、図６に示す画像データＧ１における領域１１ＭＡに表れている温度は、図５に示す液体槽３の底面から距離Ｄ１１の深度である底面１１Ｍの位置の液体Ｑの温度を表している。従って、温度測定治具１０が浸漬された位置において、温度測定治具１０の表面の各位置に対応する液体Ｑ中の各深度の温度分布を同時に測定することができる。なお、図６の画像データＧ１中に点線にて示す温度測定治具１０に関する形状の情報は、予め画像処理装置５０に記憶されている。ステップＳ４０の処理は、転送された画像データに基づいて、液体Ｑ中に浸漬された温度測定治具１０の表面の各位置の温度を求めることで、液体Ｑ中の各深度の温度分布求める温度分布測定ステップに相当している。なお、求めた温度分布を画像処理装置５０の表示手段（モニタ画面等）に表示してもよい。

ステップＳ５０にて画像処理装置５０は、ユーザからの終了指示の有無を判定し、終了指示がある場合（Ｙｅｓ）は処理を終了し、終了指示が無い場合（Ｎｏ）はステップＳ２０に戻り、温度分布の測定（及び表示）を繰り返す。

●［焼入れ処理の冷却槽３Ａへの適用例（図７）］
図７は、焼入れ処理の冷却槽３Ａ内の液体Ｑ内に、焼入れ対象物７５を出し入れし、冷却槽３Ａ内に攪拌手段７０を設け、焼入れ対象物７５の近傍に、温度測定システム１の温度測定治具１０と赤外線撮像装置２０とを配置した様子を説明する図である。なお図７は、移動装置３０と画像処理装置５０の記載を省略している。この場合、非常に高温の焼入れ対象物７５を液体Ｑ内に浸漬すると、焼入れ対象物７５の周囲の温度が急激に上昇するとともに焼入れ対象物７５の周囲で下層から上層に向かう対流７５Ｔが発生する。従って、焼入れ対象物７５の近傍の液体Ｑの温度と、焼入れ対象物７５から離れた位置の液体Ｑの温度との温度差が大きくなる。また焼入れ対象物７５の近傍の液体Ｑの温度であっても、下層の温度と上層の温度では温度差が大きくなる。このように種々の位置での温度差が大きい場合、品質確保のための温度管理を行うことが困難である。そこで、液体Ｑの温度が均一となるように、攪拌手段７０を用いて液体Ｑを攪拌する。しかし、攪拌手段７０で攪拌しても期待したとおりに液体Ｑ内で温度が均一とならない場合も考えられる。そこで、本実施の形態にて説明した温度測定システム１を用いて、液体Ｑ中の温度分布を測定し、攪拌された液体Ｑ中の温度がほぼ均一となっているか否かを（リアルタイムに）測定する。そして測定した液体Ｑ中の各深度の温度分布のばらつきが所定温度範囲以内に収まるように、図示省略した画像処理装置から攪拌手段７０の攪拌量を調整する（図７の例の場合、攪拌手段７０の回転速度を調整する）。

例えば熱電対を用いた従来の温度測定装置では、熱電対の耐熱温度が比較的低いので、焼入れ処理等には適用できない（また、温度の「分布」も測定できない）。また例えば超音波センサを用いた従来の温度測定装置では、熱電対と同様、超音波センサの耐熱温度が比較的低いので、焼入れ処理等には適用できない。しかも焼入れ処理等、液体中に泡が発生する場合では、超音波センサで正しい測定結果を得ることができない。これに対して本願の温度測定システム１では、焼入れ処理等、比較的高温な場合や、液体中に泡が発生する場合であっても、適切に液体中の温度分布を測定することができる。

●［中空状の温度測定治具６０の構造（図８）と、その他の構造の温度測定治具（図９〜図１１）］
図８の断面図に示す温度測定治具６０は、外観は図２に示す温度測定治具１０と同様であり、所定高さを有してそれぞれ異なる径とされた複数の円柱６１〜６５が、鉛直方向の軸６０Ｚを軸として同軸に重ねられて配置されている。また円柱６１〜６５は、下方に向かって徐々に径が小さくなるように配置されている。ただし、温度測定治具６０の内部構造等は、図３に示した温度測定治具１０とは異なる。以下、温度測定治具６０において、図３に示した温度測定治具１０との相違点について主に説明する。

温度測定治具６０は、図８の断面図に示すように、中空状に形成されている、また中空状に形成された内面には、赤外線の放射率が所定放射率以上である黒体６６（図８中に太点線にて示す）が塗布されている。また黒体６６を除いた温度測定治具６０である治具本体６８は、例えばフッ化カルシウム等の赤外線を透過する材料、または例えば銅等の熱伝導率が所定伝導率以上である材料、にて中空状に形成されている。黒体６６の赤外線の放射率、材料が銅の場合の熱伝導率は、高いほど好ましい。

赤外線を透過する材料で治具本体６８が形成されている場合、例えば温度測定治具６０の底面６１Ｍに接触している液体からの熱に応じた赤外線Ｒ６１は、治具本体６８を透過して黒体６６に達し、黒体６６から赤外線撮像装置２０に向けて放射される。温度測定治具６０の底面６２Ｍに接触している液体からの赤外線Ｒ６２、温度測定治具６０の底面６３Ｍに接触している液体からの赤外線Ｒ６３、温度測定治具６０の底面６４Ｍに接触している液体からの赤外線Ｒ６４、温度測定治具６０の底面６５Ｍに接触している液体からの赤外線Ｒ６５も同様である。

所定伝導率以上の熱伝導率の材料で治具本体６８が形成されている場合、例えば温度測定治具６０の底面６１Ｍに接触している液体からの熱は、治具本体６８内を伝播して黒体６６に達し、黒体６６から赤外線Ｒ６１として赤外線撮像装置２０に向けて放射される。温度測定治具６０の底面６２Ｍに接触している液体からの熱、温度測定治具６０の底面６３Ｍに接触している液体からの熱、温度測定治具６０の底面６４Ｍに接触している液体からの熱、温度測定治具６０の底面６５Ｍに接触している液体からの熱も同様である。なお、所定伝導率以上の熱伝導率の材料で治具本体６８が形成されている場合、熱が伝播する時間を必要とするので、赤外線を透過する材料で治具本体６８を形成した場合のほうが、リアルタイムな温度分布の測定に適している。

図９に示す温度測定治具８１は、外観形状の他の例（１）を説明する図である。温度測定治具８１の外観は、円錐台の形状であり、下方に向かって広がる形状である。この場合、図９中の［］内にて一点鎖線にて示す温度分布測定エリアＡ８１の各深度の温度分布を測定することができる。

図１０に示す温度測定治具８２は、外観形状の他の例（２）を説明する図である。温度測定治具８２の外観は、円錐台の形状であり、上方に向かって広がる形状である。この場合、図１０中の［］内にて一点鎖線にて示す温度分布測定エリアＡ８２の各深度の温度分布を測定することができる。

図１１に示す温度測定治具８３は、外観形状の他の例（３）を説明する図である。温度測定治具８３の外観は、円柱状の形状であり、径がほぼ一定の形状である。この場合、図１１中の［］内にて一点鎖線にて示す温度分布測定エリアＡ８３の各深度の温度分布を測定することができる。

温度測定治具８１、８２、８３の内部構造は、中実状であってもよいし、中空状であってもよい。中実状である場合は、図３を用いて説明したように、赤外線を透過する材料で形成されている。また中空状である場合は、図８を用いて説明したように、赤外線を透過する材料または所定伝導率以上の熱伝導率を有する材料で形成されて内面には黒体が塗布されている。

本発明の液体中の温度分布測定方法は、本実施の形態にて説明した測定方法等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。また本実施の形態にて説明した温度測定システム１の構成、外観や、温度測定治具の構成、構造、外観、材料等は、本実施の形態にて説明したものに限定されるものではない。

また本実施の形態にて説明した画像処理装置の処理手順は、図４に示すフローチャートに限定されるものではない。

本実施の形態にて説明した液体中の温度分布測定方法は、焼入れ処理の冷却槽の中の液体の各深度の温度分布の測定に利用するだけでなく、各熱処理にて使用する槽内の液体の各深度の温度分布の測定や、工作機械の潤滑油の槽やクーラントの槽、の中の液体の各深度の温度分布の測定等にも適用することができる。

本実施の形態にて説明した温度測定治具１０、６０は、５個の円柱を重ねた形状とした例を示したが、円柱でなく多角柱であってもよいし、円柱と多角柱を混在させてもよいし、重ねる数は５個に限定されるものではない。また測定対象の液体Ｑとして、水や油等、種々の液体を使用することができる。

１ 温度測定システム
２ 基台
３ 液体槽
１０ 温度測定治具
１０Ｍ 上面
１０Ｚ 軸
１１〜１５ 円柱
１１Ｍ〜１５Ｍ 底面
１８ 補助部材
２０ 赤外線撮像装置（赤外線撮像手段）
３０ 移動装置
３１ アーム
３１Ｚ 電動モータ
３２ 支持部材
３３ Ｘテーブル
３３Ｘ 電動モータ
３４ Ｙテーブル
３４Ｙ 電動モータ
５０ 画像処理装置（画像処理手段）
６０、８１、８２、８３ 温度測定治具
６１〜６５ 円柱
６１Ｍ〜６５Ｍ 底面
６６ 黒体
Ｄ１ 被写界深度
Ｄ１１〜Ｄ１５ 距離
Ｇ１ 画像データ（温度分布画像データ）
Ｒ１１〜Ｒ１５、Ｒ６１〜Ｒ６５ 赤外線
Ｑ 液体
Ｃ２０Ａ、Ｃ２０Ｂ ケーブル
Ｃ３１Ａ、Ｃ３１Ｂ、Ｃ３３Ａ、Ｃ３３Ｂ、Ｃ３４Ａ、Ｃ３４Ｂ ケーブル

Claims (5)

1. 測定対象の液体中に浸漬された場合に表面の各位置に接触している前記液体の温度に応じた赤外線を赤外線撮像手段に向けて透過あるいは伝播する温度測定治具と、
   前記赤外線撮像手段と、
   画像処理手段と、を用いた液体中の温度分布測定方法であって、
   測定対象の前記液体中における所望位置に前記温度測定治具を浸漬する治具浸漬ステップと、
   前記温度測定治具を透過あるいは伝播してきた赤外線を前記赤外線撮像手段を用いて撮像して温度分布画像データを得る赤外線撮像ステップと、
   前記温度分布画像データを前記赤外線撮像手段から前記画像処理手段へと転送するデータ転送ステップと、
   前記画像処理手段にて、転送された前記温度分布画像データに基づいて、前記液体中に浸漬された前記温度測定治具の表面の各位置の温度を求めることで、前記液体中における各深度の温度分布を求める温度分布測定ステップと、を有する、
   液体中の温度分布測定方法。
2. 請求項１に記載の液体中の温度分布測定方法であって、
   前記温度測定治具は、下方に向かって延びる形状を有しており、
   前記治具浸漬ステップにて、前記温度測定治具を前記液面から下方に向けて前記液体中に浸漬し、
   前記温度分布測定ステップにて、前記温度測定治具が前記液体中に浸漬された位置において前記温度測定治具の表面の各位置に対応する前記液体中の各深度の温度分布を同時に求める、
   液体中の温度分布測定方法。
3. 請求項１または２に記載の液体中の温度分布測定方法であって、
   前記温度測定治具として、
   赤外線を透過する材質にて中実状に形成されている前記温度測定治具を用いる、
   液体中の温度分布測定方法。
4. 請求項１または２に記載の液体中の温度分布測定方法であって、
   前記温度測定治具として、
   赤外線を透過する材質あるいは熱伝導率が所定伝導率以上である材質にて中空状に形成され、内面には赤外線の放射率が所定放射率以上である黒体が塗布されている前記温度測定治具を用いる、
   液体中の温度分布測定方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体中の温度分布測定方法であって、
   前記温度測定治具として、
   所定高さを有してそれぞれ異なる径とされた複数の円柱または多角柱が、鉛直方向を軸として同軸に重ねられて配置されているとともに下方に向かって徐々に小さな径の円柱または多角柱となるように配置された外観形状を有している前記温度測定治具を用いる、
   液体中の温度分布測定方法。
   
   

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