JP2018179814A - 情報処理装置、温度測定システム、情報処理装置の制御方法、および制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本開示の実施の一態様について、図1〜8を用いて説明する。なお、以降の説明では一例として、熱画像センサで石膏鋳造法での鋳造に用いる石膏型(被観測物)の温度を測定する場合について説明する。
図2は、石膏型鋳造機1およびその周辺機器の構成を示す図である。石膏型鋳造機1には、図示の通り制御盤2が接続され、そして赤外線カメラ(熱画像センサ)3が設置される。石膏型鋳造機1は、制御盤2の制御に従い鋳物を製造する装置である。石膏型鋳造機1は図示の通り、石膏型11と、湯道12と、石膏型ホルダー13と、上型15とを備える。石膏型11の凹部分にはキャビティ14が形成される。
制御盤2は、石膏型鋳造機1の石膏型ホルダー13に石膏型11がセットされると、油圧シリンダー18を動作させることで、上型15を石膏型11に向けて下降させる。制御盤2は、上型15が石膏型11に押し当てられた状態(石膏型11を加圧した状態)で、湯道12を介し石膏型11のキャビティ14に溶湯を充填させるとともに、上型15の冷却機構を稼働させる。溶湯は石膏型11や上型15の冷却機構(例えば冷却板)を介して抜熱されて固化する。これにより、キャビティ14に鋳造鋳物が形成される。
赤外線カメラ3は、石膏型11の2次元の熱画像(赤外線サーモグラフ)を、所定の時間間隔で取得する。なお、赤外線カメラ3は後述するロガー4から熱画像データを要求された場合に熱画像データを送信してもよい。
図3は、本実施形態に係る温度測定システム100の一例を示す図である。なお、本図において石膏型鋳造機1は図示しないが、石膏型鋳造機1は上述の通り制御盤2と接続されている。制御盤2、赤外線カメラ3、ロガー4、データベース(DB)サーバ(情報処理装置)5、パーソナルコンピュータ(PC、表示装置)6、および接点コンバータ7は、例えばLANネットワークにより図示のように接続される。
次に、DBサーバ5の構成についてより詳細に説明する。図1は、DBサーバ5の熱画像処理アプリケーションの要部構成を示すブロック図である。DBサーバ5には、取得した熱画像の測定温度を補正するためのアプリケーション(アプリ)がインストールされている。
θO =tan−1(LO/HO) (1)
また、熱画像の中心座標は、赤外線カメラ3の画素毎の視野角ξ、赤外線カメラ3の撮影する熱画像のX方向およびY方向それぞれに対する画素数m・n(個)、および赤外線カメラ3と石膏型11との位置関係から求められる。XY平面(基準面)上での赤外線カメラ3のX軸方向の視野角をαi、Y軸方向の視野角をθjとし、熱画像の画素(i,j)番目の位置をXY平面上の座標値で表わすと、該画素の中心座標P(Wi,j,Dj)のWi,jおよびDjは、式(2)および(3)で示される。
Wi,j=tan(αi)・√(Dj 2+HO 2) (2)
Dj=HO・tan(θj) (3)
ここで、
αi=(m+2i−1)・ξ/(2m) (4)
θj=θO+(n−2j+1)・ξ/(2n) (5)
i=1,2,3,・・・,m (6)
j=1,2,3,・・・,n (7)
と示すことができる。したがって、(i,j)番目の画素の観測角βi,jは、式(8)で示される。
βi,j=tan−1(√(Wi,j 2+Dj 2)/HO) (8)
第1算出部53は、情報取得部52から受信した(または記憶部57に記憶された)距離情報に含まれるHOと、赤外線カメラ3の視野角αi、およびθjとを上記式(2)および(3)に代入することにより、Wi,jおよびDjを求める。そして、第1算出部53は、Wi,jおよびDjを上記式(8)に代入することにより、赤外線カメラ3で取得する熱画像における、画素毎の観測角βi,jを算出する。
E’=f(t’)=ε・f(t) (9)
と表わせる。従って、以下の式(10)にて、被観測物の放射率εは、以下の式(10
)で示される。
ε=f(t’)/f(t) (10)
赤外線カメラ3の中心軸(中心画素)に対する観測角を変化させながら、事前に観測角に対する放射率を測定することで、被観測物の放射率の角度依存性を特定することができる。特定された放射率の角度依存性、すなわち指向放射率εi,jを、図6に示すようにグラフ化しておくことが望ましい。なお、このように事前に観測角に対する放射率を測定する場合、観測角を少なくとも数°から5°間隔で設定して測定を行うことが望ましい。
εi,j=1−A1・exp(A2・βi,j) (11)
ここで、A1およびA2は定数であり、例えばA1=7.4×10−4、A2=9.15×10−2である。第2算出部54は、第1算出部53が算出した画素毎の観測角(βi,j)を上述の式(11)に代入することで、画素毎の指向放射率(εi,j)を算出する。第2算出部54は、画素毎の観測角(βi,j)を第3算出部55に送信する。
ここで、A、A1、A2、およびA3は定数であり、例えば
A3=-2.304×10−6
A2=8.393×10−3
A1=−3.910
A=521.965
である。
f’i,j(T’i,j)=fi,j(Ti,j)/(εi,j・ε0) (13)
ここで、算出された、真の放射輝度分布f’i,j(T’i,j)をE’i,jとおく。E’i,jは黒体における温度と放射輝度の関係における逆関数g(E)を用いて、真の温度分布に変換できる。g(E)は式(14)の関係式で近似できる。なお、本例では近似精度を考慮し、g(E)を4次式で近似した。
B、B1、B2、B3、およびB4は定数であり、例えば
B4=−7.613×10−10
B3=1.727×10−6
B2=−1.553×10−3
B1=9.553×10−1
B=283.422
である。
図7は、熱画像を補正する処理(以降、補正処理と称する)の流れを示すフローチャートである。
上記実施形態では、DBサーバ5がロガー4から取得した熱画像を補正することとした。しかしながら、DBサーバ5ではなくロガー4が熱画像取得部51、情報取得部52、第1算出部53、第2算出部54、第3算出部、および補正画像作成部56を含み、ロガー4で取得した熱画像および各種値から補正後の熱画像を作成してもよい。そして、ロガー4は補正後の熱画像をDBサーバ5に送信し、記憶させてもよい。
DBサーバ5の制御ブロックは、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
11 石膏型(被観測物)
12 湯道
13 石膏型ホルダー
14 キャビティ
15 上型
2 制御盤
3 赤外線カメラ(熱画像センサ)
4 ロガー
5 DBサーバ(情報処理装置)
40 通信部
50 補正部
51 熱画像取得部
52 情報取得部
53 第1算出部
54 第2算出部
55 第3算出部
56 補正画像作成部(位置特定部、被観測物温度特定部)
57 記憶部
6 PC
7 接点コンバータ
Claims (7)
- 被観測物の放射熱を熱画像として撮影する熱画像センサが撮影した熱画像を取得する熱画像取得部と、
上記被観測物に設定された基準点から上記熱画像センサまでの水平および垂直方向の距離と、上記熱画像センサの画素毎の視野角とから、上記熱画像センサと、上記基準点を通る基準面とのなす観測角を上記熱画像センサの画素毎に算出する第1算出部と、
上記観測角による放射熱の変化率を示す指向放射率を上記画素毎に算出する第2算出部と、
上記熱画像取得部が取得した上記熱画像の各画素が示す測定温度を、上記画素毎の指向放射率でそれぞれ補正することで、真の測定温度を算出する第3算出部と、を備えることを特徴とする、情報処理装置。 - 上記被観測物の形状および寸法を示す寸法情報から、上記熱画像における上記被観測物の位置を特定する位置特定部と、
上記位置特定部の特定した位置と、上記第3算出部が算出した上記真の測定温度とから、上記基準面における真の測定温度を特定する被観測物温度特定部と、を備えることを特徴とする、請求項1に記載の情報処理装置。 - 上記第3算出部が算出した上記熱画像の真の測定温度を示す熱画像を作成する補正画像作成部を備えることを特徴とする、請求項1または2に記載の情報処理装置。
- 上記熱画像取得部は、上記熱画像を所定の時間間隔で取得し、
上記補正画像作成部が作成した上記真の測定温度を示す熱画像を、表示装置に所定の時間間隔で送信する通信部を備えることを特徴とする、請求項3に記載の情報処理装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の情報処理装置と、
上記熱画像センサと、を備えることを特徴とする、温度測定システム。 - 被観測物の放射熱を熱画像として撮影する熱画像センサが撮影した熱画像を取得する熱画像取得ステップと、
上記被観測物に設定された基準点から上記熱画像センサまでの水平および垂直方向の距離と、上記熱画像センサの画素毎の視野角とから、上記熱画像センサと、上記基準点を通る基準面とのなす観測角を上記熱画像センサの画素毎に算出する第1算出ステップと、
上記観測角による放射熱の変化率を示す指向放射率を上記画素毎に算出する第2算出ステップと、
上記熱画像取得ステップにて取得した上記熱画像の各画素が示す測定温度を、上記画素毎の指向放射率でそれぞれ補正することで、真の測定温度を算出する第3算出ステップと、を含むことを特徴とする、情報処理装置の制御方法。 - 請求項1に記載の情報処理装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記熱画像取得部、上記第1算出部、上記第2算出部、および上記第3算出部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
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