JP3296223B2 - 物体の温度測定方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば、焼き付け塗
装されたカラー鋼板のように塗料によって反射率及び放
射率が変化する塗装表面の温度を、高精度、高速及び非
接触に測定する物体の温度の測定方法及びその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、物体の表面温度を非接触で測定
する時は放射温度計が用いられている。この放射温度計
は、被測定物体の表面から放射される放射光を検出し、
温度に換算するものであるが、その換算にあたっては、
放射率を正しく設定する必要がある。したがって、放射
温度計を用いて被測定物体の表面の温度を測定する場合
には、被測定物体の表面の放射率を正しく求めることが
極めて重要になる。

【０００３】しかし、通常、被測定物体の表面の放射率
を直接測定することは困難であるため、まず反射率を測
定し、次式に示すキルヒホッフの式を用いて被測定物体
の表面の放射率を求める方法が取られている。

【０００４】 反射率＋放射率＝１ …（１）

【０００５】そこで、入射光量に対する半球上の全反射
光量を直接測定し、反射率を求める装置として、次の文
献に記載されているものが知られている。

【０００６】図１８は文献「JOURNAL OF RESEARCH Vol.
89,No.1,1984」（以下、従来例１という）に記載されて
いる反射率測定装置の模式図である。この装置は、半円
状に複数並べられた検出器２３を、その半円の直径を軸
として１８０゜回転させることにより、被測定物体の表
面２２に対し、レーザ光源２１から斜めに入射され、被
測定物体の表面２２で反射されるレーザ光を、半球上の
全成分に対して光検出器アレイ２３で受光するものであ
る。しかし、測定データが多数になり、またそれらの測
定データを処理する必要があるため、測定及び演算に時
間がかかり、実用的ではない。また、測定装置と被測定
物体の表面２２とのリフトオフを取ることができないと
いう問題点がある。

【０００７】図１９は文献「OPTICAL SCATTERING Measu
rement and Analysis by JOHN C. STOVER,P140,1990 」
（以下、従来例２という）に記載されている反射率測定
装置の模式図である。この装置は、従来例１において、
半球方向全てについて個々に測定している反射光を、積
分球３１を使って集光し、測定しているため、全反射光
を瞬時に測定することができる。しかし、積分球３１を
被測定物体の表面３２に接触させないと十分な測定精度
が得られないため、非接触による測定には不向きであ
る。

【０００８】そこで、高速且つ非接触にオンラインで反
射率を測定し、それに基づいて被測定物体の表面の温度
を求める放射温度計として、次の公報に提案されている
ものがある。

【０００９】図２０は特開平４−４３９２８号公報（以
下、従来例３という）に記載された放射式温度測定装置
の模式図である。この装置は、検出器が取り付けられた
半球状のキャビティ４２と被測定物体の表面４３との距
離を２段階以上変化させ、データを測定しておく。放射
率が既知の物体を用いて測定した放射率と距離との関係
をあらかじめ演算しておき、その演算結果及び測定した
データから被測定物体の表面の放射率を求め、求めた放
射率を用いて被測定物体の表面の温度を測定するもので
ある。

【００１０】図２１は特開平５−２０９７９２号公報
（以下、従来例４という）に記載された放射式温度測定
装置の模式図である。この装置は発光源５１からのスポ
ット光を被測定物体の表面５２に斜めに入射し、その反
射光の１次元的な分布を、１次元ＣＣＤ５３で測定する
ことにより反射率を求め、この反射率を用いて被測定物
体の表面の温度を求めるものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
３又は４を塗装材に適用する場合には、次のような問題
点がある。その問題点を示す前に、まず塗装材表面にお
ける反射特性と、そのメカニズムについて説明する。塗
装材表面にレーザ光を照射し、その照射方向を含む被測
定面に垂直な面で測定した１次元反射パターンを図２２
（ａ）に示す。図に示すように、反射パターンは鏡面性
拡散反射と完全拡散反射とが合成された合成反射パター
ンとなる。図２２（ａ）のＢの部分を拡大したものが図
２２（ｂ）である。ここで鏡面性拡散反射とは、塗装さ
れた被測定物体の表面に入射された光が、図２３に示さ
れるように、入射された光の一部が塗装表面で反射され
たものである。鏡面性拡散反射は、正反射方向を中心と
する指向性を有した楕円体反射パターンを示す。また完
全拡散反射とは、塗装された被測定物体の表面に入射さ
れた光が、図２４に示されるように、照射された光の一
部が塗装表面で反射されず、塗装内部まで入射し、多重
反射及びレーリー散乱により外部へ放射されたものであ
る。完全拡散反射は、指向性のない球状反射パターン
（ランバーシャン）を示す。合成反射とは、このような
鏡面性拡散反射と完全拡散反射とが足し合わされた反射
である。

【００１２】単位立体角当たりの完全拡散反射の光の成
分は、鏡面性拡散反射の成分に比べて非常に弱いため、
正反射方向を中心とする狭角の反射パターンによる測定
では、完全拡散反射成分を測定するどころか、その存在
すら確認することが困難である。しかし、完全拡散反射
は半球方向全てに反射成分を持つため、それらが積分さ
れ、算出された完全拡散反射成分は鏡面性拡散反射より
大きくなる場合があり、無視することはできない。した
がって、完全拡散反射を合成反射から分離して評価し、
全反射光量を精度良く求めなければ、精度の良い反射率
を求めることはできない。

【００１３】以上の特性を考慮して、従来例３又は４で
の塗装材反射光量測定の問題点について説明する。従来
例３（特開平４−４３９２８号公報）の技術は、キャビ
ティ４１内における多重反射強の距離による変化と、事
前に求めてある放射率との関係が常に一定であることを
前提としている。しかし、この関係は反射特性が鏡面性
拡散反射のみ、あるいは完全拡散反射のみの場合には成
立するが、両者が合成された合成反射では両特性の組み
合わせが被測定物体により様々に変化するため関係が成
立しない。したがって、その分測定精度が低くなる。

【００１４】従来例４（特開平５−２０９７９２号公
報）の技術は、点光源を用いて測定物体の表面における
正反射方向を中心とする狭角の１次元反射パターンを測
定することにより全反射光量を求めている。しかし、こ
のような狭角の１次元反射パターン測定では半球状に拡
散する完全拡散反射成分を演算することはできない。ま
た、反射パターンの測定方向が正反射方向を中心とし、
且つ狭角であるため、鏡面性反射と完全拡散反射が重な
りあった合成反射パターンから両者を分離して評価する
ことも困難である。

【００１５】さらにまた、計測に際してパスラインが変
動した場合には、演算結果に誤差が含まれることにな
る、という問題点がある。

【００１６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、塗装材のように鏡面反射成
分と完全拡散反射成分が合成された反射特性を有する被
測定物体の反射率を、パスラインに変動がある状態にお
いても高精度に求めることを可能にするとともに、被測
定物体の表面温度を高精度に算出することを可能にした
物体の温度の測定方法及びその装置を得ることを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】（１）本発明に係る物体
の温度測定方法は、被測定物体の表面から放射される放
射光を検出し温度に換算するものであり、かつ、その温
度換算にあたって放射率を設定するものであって、前記
被測定物体の表面の放射率を求めるのに反射率を測定し
てキルヒホッフの式を適用する物体の温度測定方法にお
いて、放射源により前記被測定物体の表面に光を照射す
る工程と、前記反射率を求めるために、光検出器により
反射光の強度を測定する工程と、前記放射源及び前記光
検出器に対し所定の位置関係で配置された距離計によ
り、当該距離計と前記被測定物体の表面との距離を求め
る工程と、前記被測定物体の表面が変動したときに生じ
る誤差を、前記距離計の出力に基づいて補正演算する工
程とを有する。

【００１８】（２）本発明に係る物体の温度測定方法
は、前記距離計の出力に基づいて補正演算する工程にお
いては、前記距離計と前記被測定物体の表面との距離に
基づいて、放射源と前記被測定物体との最小距離、被測
定物体の走査点及び前記光検出器の見込み角をそれぞれ
求め、これを用いて前記被測定物体の表面が変動したと
きに生じる誤差を補正演算する。 （３）本発明に係る物体の温度測定方法は、前記被測定
物体の表面上の複数の点を含む範囲に光を照射して、前
記複数の点からの反射光を受光する。

【００１９】（４）本発明に係る物体の温度測定装置
は、被測定物体の表面から放射される放射光を検出し温
度に換算するものであり、かつ、その温度換算にあたっ
て放射率を設定するものであって、前記被測定物体の表
面の放射率を求めるのに反射率を測定する物体の温度測
定装置において、前記被測定物体の表面に光を照射する
放射源と、前記反射率を求めるために、反射光の強度を
測定する光検出器と、前記放射源及び前記光検出器に対
し所定の位置関係で配置され、前記被測定物体の表面と
の距離を測定する距離計とを備え、前記被測定物体の表
面が変動したときに生じる誤差を、前記距離計の出力に
基づいて補正演算するものである。 （５）本発明に係る物体の温度測定装置は、前記被測定
物体の表面上の複数の点を含む範囲に光を照射して、前
記複数の点からの反射光を受光する。 （６）本発明に係る物体の温度測定装置において、前記
放射源は、前記被測定物体に平行に配置された棒状放射
源であって、被測定物体における棒状放射源の長手方向
の傾きを求め、前記傾きが所定の角度を超えると警報を
発生させる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係る
物体の放射率及び温度を測定するための装置の構成図で
あり、図２はその平面配置図である。図において、被測
定物体の表面１は塗装材によって塗装されている。棒状
放射源３は電源５と接続され、被測定物体の表面１と平
行に配設される。棒状放射源３の照射光の強度を直接測
定するために、棒状放射源３の放射方向と平行に光検出
器９が配設され、その照射強度の信号はリレースイッチ
１４に送られる。また、棒状放射源３と被測定物体の表
面１との間には、棒状放射源３から被測定物体の表面１
上の反射光測定範囲に照射される照射光を遮断できるよ
うに遮断装置４が配設されている。遮断装置４の動作
は、コントローラ１３により制御され、この制御データ
はシャッター信号として演算器８に送られる。走査型光
検出器２は、棒状放射源３を法線とし、棒状放射源３の
中心を含む平面上で、しかも棒状放射源３から被測定物
体の表面１に斜めに照射される照射光の正反射方向が走
査角の中心付近となるように配設される。走査型光検出
器２からは、演算器８に対して角度トリガ信号が出力さ
れる。

【００２１】また、走査型光検出器２からの反射光信号
がリレースイッチ１４に出力される。リレースイッチ１
４では、光検出器９から入力されたデータ信号と、走査
型光検出器２から入力された反射光信号を切り換えて増
幅器７に出力し、増幅器７は入力された信号を増幅して
演算器８に出力する。また、リレースイッチ１４は切り
換え信号を演算器８に送出し、どちらの信号を送出した
かを演算器８が分かるようにする。なお、棒状放射源３
の光の照射光の強度測定は必ずしも光検出器９を使う必
要はなく、走査型光検出器２の走査範囲に棒状放射源３
を設置し、走査型光検出器２が棒状放射源３の照射光の
強度を直接測定するようにしてもよい。

【００２２】また、レーザ距離計１５，１６が、図示の
ように、棒状放射源３の長手方向に対して直交する方向
に配置されており、被測定物体の表面１との距離をそれ
ぞれ求めることにより、後述するように、棒状放射源３
と被測定物体との最小距離、被測定物体の走査点及び走
査型光検出器の見込み角がそれぞれ求められる。さら
に、レーザ距離計の１５に対して棒状放射源３の長手方
向に離れた位置にレーザ距離計１７が配置されており、
このレーザ距離計１７とレーザ距離計１５とによって、
被測定物体の表面１の棒状放射源３の長手方向の傾きが
求められる。これらのレーザ距離計１５，１６，１７の
出力は、いずれも演算器８に入力する。

【００２３】この実施形態は、走査型光検出器２を用い
て、鏡面性拡散反射を含む範囲よりも広角の反射光の強
度を測定することにより、反射パターンの一部から完全
拡散反射の光量を求め、鏡面性拡散反射成分と合わせて
半球上の全反射光量を求めるものである。また、パスラ
インが変動して被測定物体の表面１が上下方向に変した
場合には誤差が生じるが、そのような誤差が生じないよ
うに後述するような補正演算を施す。

【００２４】図３は図１の演算器８の構成の一例を示す
ブロック図である。図において、タイミングスイッチ９
１は、入力された反射光信号又は照射光の強度のデータ
信号を角度トリガ信号に基づいてサンプリングする。タ
イミングスイッチ９１からサンプリングされて出力され
た光の強度のデータは、Ａ／Ｄ変換器９２によりアナロ
グデータからデジタルデータに変換されて、メモリ切り
換えスイッチ９３に送られる。メモリ切り換えスイッチ
９３は、コントローラ１３から送られたシャッター信
号、及びリレースイッチ１４から送られた切り換え信号
により、入力されたデータをメモリ９４、メモリ９５又
はメモリ９６の該当するメモリに出力する。メモリ９４
は、遮断装置４を開いた状態で測定された反射光＋放射
光の強度の信号がデータとしてサンプリング毎に記憶さ
れる。メモリ９５は、遮断装置４を閉じた状態で測定さ
れた放射光のみの強度の信号がデータとしてサンプリン
グ毎に記憶される。メモリ９６は、光検出器９により測
定された棒状放射源３の放射光の強度の信号がデータと
して記憶される。このとき、メモリ９７，９８，９９に
も、タイミングスイッチ９１、Ａ／Ｄ変換器９２及びメ
モリ切換スイッチ９３を介してレーザ距離計１５，１
６，１７からの計測値が入力して記憶される。メモリ９
４〜９９に記憶されたデータは演算部１００により必要
に応じて読み出されて、後述する演算処理が施される。

【００２５】図４は演算部１００の演算手順を示した図
である。また、図５は全反射光量を求める演算過程の図
である。ここでは被測定物体の表面１の反射率を求め、
その反射率から放射率及び被測定物体の表面１の温度を
求める方法について説明する。演算部１００は、メモリ
９４及びメモリ９５からデータを入力し、メモリ９５の
値とメモリ９４の値との差をとる（Ｓ１）。これによ
り、反射光のみの光の強度が求められる。これを走査角
毎に演算することで反射強度分布が求められる。走査角
に対応した反射強度分布から１点での反射パターンを合
成するためには、被測定物体の表面１、放射温度計２及
び棒状放射源３の位置関係を考慮し、被測定物体の表面
１上のそれぞれの位置に応じて反射強度補正を行う必要
がある（Ｓ２）。

【００２６】そこで、先程求めた反射強度分布から完全
拡散反射パターンを求めるための補正を行う。図６は被
測定物体の表面１、走査型光検出器２及び棒状放射源３
の位置関係を示す図であり、図７は被測定物体の表面１
と棒状放射源３との位置関係を示す図である。被測定物
体の表面１をｘｚ平面とし、棒状放射源３の中心を通る
ｘｚ平面の垂線をｙ軸とする。完全拡散反射の強度補正
項目は次の４項目となる。 （１）棒状放射源３と被測定物体の表面１との距離補正
… l² （２）棒状放射源３から対象への入射角補正… COSθ₂
(X_O ) （３）棒状放射源３の長さ補正…２・ｚ₀ （４）走査型光検出器２の見込み角の補正… COSθ
(X_O )

【００２７】まず、（１）〜（３）の要件を加味した補
正について説明する。走査型光検出器２はＸ軸上をスキ
ャンするものとし、棒状放射源３の長さを２・Ｚ₀ 、棒
状放射源３上のある点（ 0, h ₁ ,z )から被測定物体の
表面１上の点（ X₀ , 0 ,0）までの距離を l、棒状放射
源３と被測定物体の表面１との最小距離をh ₁ とし、図
のようにθ₁ 、θ₂ を定義する。棒状放射源３の単位長
さ当たりの輝度をk とすると、( X ₀ ,0 ,0 ）方向への
輝度は次式で表される。

【００２８】

【数１】

【００２９】したがって、（ X₀ ,0 ,0 ）における棒状
放射源３の単位長の照度ΔＥは、次式のようになる。

【００３０】

【数２】

【００３１】したがって( X ₀ ,0 ,0 ）における棒状放
射源３全体からの照度ＥはＺの関数として次式で表され
る。

【００３２】

【数３】

【００３３】これを計算したものが、次式となる。

【００３４】

【数４】

【００３５】さらに（４）の要件を含む最終的な強度補
正式は、走査型光検出器２の各画素がＸ₀ の関数として
走査型光検出器２の見込み角θ（対象の法線方向を０
度）で対象を見込む場合には次式により補正される。な
お、ここでは、走査型光検出器２の見込み角θが変わる
とそれに対応する棒状放射源３によるＸ₀ の地点も変わ
り、その地点の照度も変わることになるので、地点Ｘ₀
の理論上の照度Ｅ（Ｘ₀）によって各画素の生データを
基準化することで、各画素の補正データを生成してい
る。

【００３６】

【数５】

【００３７】ところで上述の演算はパスラインに変動が
ない場合の例であるが、パスラインに変動がある場合に
は、上記の（５）式及び（６）式における補正係数
（θ，Ｘ₀ ，ｈ₁ ）を距離計測器１５，１６の計測値か
ら求める必要がある。

【００３８】図８は補正係数を求める際の走査型光検出
器２と距離計測器１５，１６との相対的な位置関係を示
した説明図である。 （ａ）基準線：棒状光源を通る直線ＡＢ、及びそれに垂
直に棒状光源を通る直線ＣＤ。 （ｂ）走査型光検出器２の位置：棒状光源からの距離Ｒ
DS及び直線ＡＢとのなす角β （ｃ）鋼板位置：棒状放射光源からの距離ｈ１及び直線
ＡＢとのなす角α （ｄ）レーザ距離計の位置：直線ＡＢからの距離ｈa ，
ｈb 及び直線ＡＢへ下ろした垂線の足の棒状光源からの
距離ｋa ，ｋb （ｅ）距離補正用パラメータ：ｈ１，Ｘ₀ （θ’），θ
（θ’） θ’：走査角 （ｆ）計算に使用する中間パラメータ： ＬS ’：直線ＡＢに垂直に計った棒状光源から鋼板まで
の距離 ＬD ’：直線ＡＢに垂直に計った走査型光検出器から鋼
板までの距離 ｈ2 ：鋼板に垂直に測った走査型光検出器から鋼板ま
での距離

【００３９】図９は図８の位置関係に基づいて補正係数
を求める際の処理過程を示したフローチャートである。
ここでは、測定値ｌa ，ｌb 及び既知の定数Ｒ_DS，β，
ｈa ，ｈb ，ｋa ，ｋb に基づいて鋼板位置のパラメー
タα，ｈ1 を求め、次にこれらのパラメータに基づいて
補正用パラメータｈ１，Ｘ₀ ，θを求める。 ステップＳ２ａ：計測値ｌa ，ｌb から次式により中間
パラメータＬS ’，ＬD ’を求める。

【００４０】

【数６】

【００４１】ステップＳ２ｂ：中間パラメータＬS ’，
ＬD ’から次式に基づいて鋼板位置α，ｈ１（，ｈ２）
を求める。

【００４２】

【数７】

【００４３】ステップＳ２ｃ：鋼板位置α，ｈ１及び走
査角θ’から次式基づいて距離補正用パラメータθ，Ｘ
₀ を求める。

【００４４】

【数８】

【００４５】以上のようにして求められた補正係数
（θ，Ｘ₀ ，ｈ₁ ）を上記の（５）式及び（６）式に代
入することにより、照度Ｅ及び各画素の補正データを得
る際に、パスラインの変動による影響を排除することが
できる。

【００４６】図１０は被測定物体の表面１上の完全拡散
反射の角度変換について示した図である。完全拡散反射
は、その反射パターンがランバーシャンであるため、走
査角に対応した被測定物体の表面１上の各反射点におい
て、被測定物体の表面１の垂直方向と測定方向とに挟ま
れる角をそれぞれ求め、それらを合成して、被測定物体
の表面１上の１点（ X₀ ,0 ,0 ）における反射パターン
を算出する。この反射パターンには鏡面性拡散反射によ
る反射パターンも含まれている。完全拡散反射パターン
は円として合成されているので、反射パターンの内、円
に対応する部分が完全拡散反射による反射パターンであ
る。したがって、この円に対応する部分を完全拡散反射
パターンとして把握し、この完全拡散反射パターンをθ
の関数として積分し、完全拡散反射成分の反射強度を算
出する（Ｓ３）。なお、ここでは、反射パターンの円に
相当する部分（：明らかに鏡面性拡散反射部分を含んで
いない箇所）を選んで、その部分から円の直径を求め
て、その直径によって特定される円、即ちについて上述
のように積分（−π／２〜＋π／２）をすることによ
り、完全拡散反射成分反射強度を算出している。

【００４７】上記のようにして完全拡散反射成分強度が
導き出されると、次に鏡面性拡散反射パターンを求める
ための反射強度補正を行う。先に求めた反射強度分
布（：Ｓ１において求めた反射強度分布）から、完全拡
散反射パターンである円に対応する部分を分離する。こ
こでは、完全拡散反射パターンが完全拡散反射のための
補正がされているので、その完全拡散反射パターンを、
上記の（６）式において、完全拡散反射の逆補正を行っ
て、完全拡散反射に相当する各画素の生データを生成
し、走査型光検出器２で計測される反射強度分布（図５
のＳ４の斜線部分参照）に戻してから上記の分離処理を
行う（Ｓ４）。

【００４８】ところで、鏡面性拡散反射の場合には、走
査型光検出器２で検出される反射光は棒状放射源３の中
心部から照射された光による寄与がほとんどのため、放
射源は点放射源として扱うことにして強度補正を行う
（Ｓ５）。点（ X₀ ,0 ,0 ）における照度は、放射源輝
度をｋとして次式で表される。

【００４９】

【数９】

【００５０】ここでの補正項目は （１）棒状放射源３と被測定物体の表面１との距離補正
… L² （２）棒状放射源３から被測定物体の表面１への入射角
補正… COSθ_2a(X_O ) である。さらに次の補正を加える。 （３）被測定物体の表面１から走査型光検出器２への出
射角補正… COSθ(X_O ) 以上（１）〜（３）の要件を加味した補正式は次式のよ
うになる。なお、次式において、各画素の光量生データ
とは、先に求めた反射強度分布（：Ｓ１において求めた
反射強度分布）から完全拡散反射パターンである円に対
応する部分を分離して求められた、鏡面拡散反射に対応
する画素データを示すものとする。

【００５１】

【数１０】

【００５２】図１１は被測定物体の表面１上の鏡面性拡
散反射の角度変換について示した図である。走査角に対
応した被測定物体上の各反射点における正反射方向と測
定方向の挟む角を求めて合成して、前記の各画素の光量
生データに基づいて被測定物体の表面１の１点(X₀ ,0,
0) における鏡面性拡散反射パターンを算出する。

【００５３】鏡面性拡散反射パターンが求められると、
これをθの関数として積分する（Ｓ６）。これにより鏡
面性拡散反射成分の反射強度が導かれる。先程求めた完
全拡散反射成分の反射強度と鏡面性拡散反射成分の反射
強度との和が全反射光量（全反射強度）となる（Ｓ
７）。

【００５４】メモリ９６に記憶される棒状放射源３の放
射強度を演算し（Ｓ８）、これと全反射光量との比から
反射率を求める。また、求めた放射率と、上述したキル
ヒホッフの式から放射率を求めることができる（Ｓ
９）。メモリ９５に入力された放射光のみの光の強度及
び放射率に基づいて、被測定物体の表面１の温度が求め
られる（Ｓ１０）。

【００５５】ところで、被測定物体の表面１が棒状放射
源３の長手方向に傾斜した場合にはは走査画素と合成角
の対応も変化しなければ、照度や見込み角の変化もない
ので補正は不要である。しかし、傾きが大きいと、棒状
放射源の長さが有限であるため、図１２に示されるよう
に、走査型光検出器２から見た正反射方向が棒状放射源
３からはずれてしまい、測定不能となる。このため、レ
ーザ距離計１５，１７の各出力により被測定物体の傾き
θｃを求め、この傾きθｃが Ｚ₀ ＜ｈ１×ｔａｎ（２θｃ） …（１２） となった時に傾きはずれの警報を発生させる。

【００５６】図１３は図１の測定装置によりカラー鋼板
の１次元反射パターンを測定したときの結果を示す図で
ある。サンプルは図２２で測定したものと同じものを用
いている。反射パターンの一部に完全拡散反射が現れて
いるのが分かる。また、棒状放射源３を使用するため、
上記の（４）式で表される棒状光源の長手方向の積分効
果があるため、図２２と比較して、完全拡散反射が強調
されている。これにより完全拡散反射の測定精度が向上
し、反射率測定精度が向上する。

【００５７】また、図１４は図１の測定装置により、カ
ラー鋼板の温度をオフライン測定したときの結果を示す
図である。温度測定値の比較には、カラー鋼板に溶接し
た熱電対の指示値を用いた。また、温度測定値は測定し
た反射率値及び放射率値を用いて求めた値である。測定
の結果、±１℃の温度精度であり、高精度な温度測定が
可能である。

【００５８】また、図１５は図１の測定装置によりパス
ラインが変動させときの実験結果の一例を示す図であ
る。カラー鋼板サンプルを距離２００〜４００ｍｍの範
囲で距離変動させたときの放射率測定結果の変化を、距
離３００ｍｍの時の測定値を基準に評価し、そこから２
００℃の鋼板の温度測定に適用した場合の誤差を評価し
た。補正が十分働いていずれも十分な精度が得られてい
る。

【００５９】また、図１６は図１５と同様にして距離は
３００ｍｍに固定したまま、棒状放射源長手方向とは垂
直方向に傾きを変化させた場合の同様に評価した誤差を
示した図である。

【００６０】更に、図１７は棒状放射源長手方向に傾き
を変化させた時の同様に評価した誤差を示した図であ
る。傾きが６度程度までは誤差が全く乗らないが、それ
より大きくなると急激に誤差が大きくなることが分か
る。このときの棒状放射源の実効長さは約１６０ｍｍで
あり、（１２）式とはほぼ対応しており、この状態にお
いて警報が発生することになる。

【００６１】ところで、本発明は塗装された物体だけで
なく、塗装前の物体についても適用可能である。

【００６２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る物体の放射率及び温
度の測定装置の構成図である。

【図２】図１の測定装置の平面配置図である。

【図３】図１の演算器の一構成例を示すブロック図であ
る。

【図４】図３の演算部の演算手順を示した図である。

【図５】全反射光量を求める演算過程の図である。

【図６】被測定物体の表面１上の点、走査型光検出器及
び棒状放射源の位置関係を示す図である。

【図７】被測定物体の表面１上の点と棒状放射源との位
置関係を示す図である。

【図８】パスラインが変動した際に、棒状放射源と被測
定物体との最小距離、被測定物体の走査点及び走査型光
検出器の見込み角の補正値を求めるの関係を示した図で
ある。

【図９】図８における補正値を求める処理過程を示した
ブロック図である。

【図１０】完全拡散反射の角度変換について示した図で
ある。

【図１１】鏡面性拡散反射の角度変換について示した図
である。

【図１２】棒状放射源の長手方向の被測定物体の傾きに
よる視野外れの影響を示した図である。

【図１３】カラー鋼板を測定した１次元反射パターン図
である。

【図１４】カラー鋼板の温度をオフライン測定した結果
を示す図である。

【図１５】パスラインを変動させときに図１の測定装置
により測定したときの結果の一例を示す図である。

【図１６】図１５と同様にして距離は３００ｍｍに固定
したまま、棒状放射源長手方向とは垂直方向に傾きを変
化させた場合の同様に評価した誤差を示した図である。

【図１７】棒状放射源長手方向に傾きを変化させた時の
同様に評価した誤差を示した図である。

【図１８】従来例１に係る反射率測定装置の模式図であ
る。

【図１９】従来例２に係る反射率測定装置の模式図であ
る。

【図２０】従来例３に係る放射式温度測定装置の模式図
である。

【図２１】従来例４に係る放射式温度測定装置の模式図
である。

【図２２】塗装表面にレーザ光を照射したときの１次元
反射パターン図と拡大図である。

【図２３】鏡面性拡散反射を示す図である。

【図２４】完全拡散反射を示す図である。

【符号の説明】

１ 被測定物体の表面 ２ 走査型光検出器 ３ 棒状放射源 ４ 遮光装置 ５ 電源 ７ 増幅器 ８ 演算器 ９ 光検出器 １３ コントローラ

フロントページの続き (72)発明者 真鍋 俊樹 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−209792（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−30923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6428（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−166494（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−138163（ＪＰ，Ａ) 計測自動制御学会学術講演会予稿集, Ｖｏｌ．35ｔｈ，Ｎｏ．Ｖｏｌ．１, ｐ．321−322 材料とプロセス，第９巻第５号，ｐ. 946 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/62 G01N 21/00 - 21/61 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物体の表面から放射される放射光
   を検出し温度に換算するものであり、かつ、その温度換
   算にあたって放射率を設定するものであって、前記被測
   定物体の表面の放射率を求めるのに反射率を測定してキ
   ルヒホッフの式を適用する物体の温度測定方法におい
   て、放射源により 前記被測定物体の表面に光を照射する工程
   と、前記反射率を求めるために、光検出器により反射光の強
   度を測定する工程と 、前記放射源及び前記光検出器に対し所定の位置関係で配
   置された距離計により、当該距離計と前記被測定物体の
   表面との距離を求める工程と 、前記被測定物体の表面が変動したときに生じる誤差を、
   前記距離計の出力に基づいて補正演算する工程と を有す
   ることを特徴とする物体の温度測定方法。
2. 【請求項２】 前記距離計の出力に基づいて補正演算す
   る工程においては、前記距離計と前記被測定物体の表面
   との距離に基づいて、放射源と前記被測定物体との最小
   距離、被測定物体の走査点及び前記光検出器の見込み角
   をそれぞれ求め、これを用いて前記被測定物体の表面が
   変動したときに生じる誤差を補正演算することを特徴と
   する請求項１記載の物体の温度測定方法。
3. 【請求項３】 前記被測定物体の表面上の複数の点を含
   む範囲に光を照射して、前記複数の点からの反射光を受
   光することを特徴とする請求項１又は２記載の物体の温
   度測定方法。
4. 【請求項４】 被測定物体の表面から放射される放射光
   を検出し温度に換算するものであり、かつ、その温度換
   算にあたって放射率を設定するものであって、前記被測
   定物体の表面の放射率を求めるのに反射率を測定する物
   体の温度測定装置において、 前記被測定物体の表面に光を照射する放射源と、前記反射率を求めるために、反射光の強度を測定する光
   検出器と 、前記放射源及び前記光検出器に対し所定の位置関係で配
   置され、前記被測定物体の表面との距離を測定する距離
   計とを備え 、前記被測定物体の表面が変動したときに生じる誤差を、
   前記距離計の出力に基 づいて補正演算することを特徴と
   する物体の温度測定装置 。
5. 【請求項５】 前記被測定物体の表面上の複数の点を含
   む範囲に光を照射して、前記複数の点からの反射光を受
   光することを特徴とする請求項４記載の物体の温度測定
   装置。
6. 【請求項６】 前記放射源は、前記被測定物体に平行に
   配置された棒状放射源であって、 被測定物体における棒状放射源の長手方向の傾きを求
   め、前記傾きが所定の角度を超えると警報を発生させる
   こと を特徴とする請求項４又は５に記載の物体の温度測
   定装置。