JP3296224B2

JP3296224B2 - 物体の放射率測定方法及び温度測定装置

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Publication number: JP3296224B2
Application number: JP34877996A
Authority: JP
Inventors: 善郎山田; 大二郎湯浅
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JPH10185693A

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反射率、放射率及び温度を、
高精度、高速及び非接触に測定する物体の放射率測定方
法及び温度測定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１２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１３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１４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１５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１６
（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１６（ａ）のＢの部分を拡大したものが図
１６（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１７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１８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、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】本発明は、上記のような問題を解決するた
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・表面温度を高精度に算出することを可
能にし、且つそのための構成の簡素化を可能にした物体
の放射率測定方法及び温度測定装置を得ることを目的と
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る物体の放射
率測定方法は、被測定物体の表面に光を放射源により照
射する工程と、前記被測定物体の表面の或る１点からの
鏡面性拡散反射を含まない方向への完全拡散反射光を含
む反射光（以下、第１の受信光という）を光検出器によ
り受光する工程と、前記被測定物体の表面の鏡面性拡散
反射を含むより広角の視野で鏡面性拡散反射光及び完全
拡散反射光を含む反射光（以下、第２の受信光という）
を同時に受光する工程と、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こと
で、放射源と前記被測定物体との最小距離計、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補正
演算する工程と、前記第１の受光信号並びに前記最小距
離及び前記見込み角から完全拡散反射成分を求める工程
と、前記完全拡散反射成分から前記第２の受光信号に含
まれる鏡面性拡散反射成分を求める工程と、前記完全拡
散反射成分と鏡面性拡散反射成分との和から前記被測定
物体の表面の全反射光量を算出する工程と、該全反射光
量に基づいて反射率を求め、前記反射率と放射率との関
係に基づいて前記被測定物体の放射率を算出する工程と
を有する。

【００１７】また、本発明に係る物体の放射率測定方法
は、被測定物体の表面に光を放射源により照射する工程
と、前記被測定物体の裏面の或る１点からの鏡面性拡散
反射を含まない方向への完全拡散反射光を含む反射光
（以下、第１の受信光という）を光検出器により受光す
る工程と、前記被測定物体の表面の鏡面性拡散反射を含
むより広角の視野で鏡面性拡散反射光及び完全拡散反射
光を含む反射光（以下、第２受信光という）を同時に受
光する工程と、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ことで、前記被測
定物体の表面、光検出器及び放射源の位置関係を補正演
算する工程と、前記第１の受光信号並びに前記位置関係
から完全拡散反射成分を求める工程と、前記完全拡散反
射成分から前記第２の受光信号に含まれる鏡面性拡散反
射成分を求める工程と、前記完全拡散反射成分と鏡面性
拡散反射成分との和から前記被測定物体の表面の全反射
光量を算出する工程と、該全反射光量に基づいて反射率
を求め、該反射率と放射率との関係に基づいて前記被測
定物体の放射率を算出する工程とを有する。

【００１８】また、本発明に係る物体の温度測定装置
は、被測定物体の表面に光を照射する放射光源と、前記
被測定物体の表面の或る１点からの鏡面性拡散反射を含
まない方向への完全拡散反射光を含む反射光（以下、第
１の受信光という）を受光するとともに、前記被測定物
体からの放射光を受光する第１の光検出器と、前記被測
定物体の表面の鏡面性拡散反射を含むより広角の視野で
鏡面性拡散反射光及び完全拡散反射光を含む反射光（以
下、第２の受信光という）を同時に受光するとともに、
前記被測定物体からの放射光を受光する第２の光検出器
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、前記第１の受光信号から完全拡散反射成分を
求め、前記完全拡散反射成分から前記第２の受光信号に
含まれる鏡面性拡散反射成分を求め、前記完全拡散反射
成分と鏡面性拡散反射成分との和から前記被測定物体の
表面の全反射光量を算出し、該全反射光量に基づいて反
射率を求め、前記反射率と放射率との関係に基づいて前
記被測定物体の放射率を算出し、前記放射率及び前記被
測定物体からの放射光の強さに基づいて前記被測定物体
の表面温度を演算するものであって、前記被測定物体の
表面が変動したときに生じる誤差を、前記距離計の出力
に基づいて補正演算する演算手段とを有する。

【００１９】

【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
ある。図において、被測定物体の表面１には塗装材によ
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。

【００２０】また、光検出器２は、スポット視野を持
ち、鏡面性拡散反射を含まない方向から完全拡散反射光
を受光する。光検出器２０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
光の正反射方向が視野の中心となるように配設され、走
鏡面性拡散反射光を含むより広角の視野の広がりを持
ち、正反射を含む方向から鏡面性拡散反射光及び完全拡
散反射光を同時に受光する。なお、光検出器２の受光部
は例えば光ファイバの先端に円形のレンズを配置して被
測定物体の表面１上の１点からの反射光を受光し、光検
出器２０の受光部には例えばシリンドカルレンズを軸方
向が棒状光源３と直交するよう配置する。

【００２１】また、光検出器２，２０からの反射光信号
もリレースイッチ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、光検
出器２から入力された反射光信号と、光検出器２０から
入力された反射光信号と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、光検出
器２０の視野範囲に棒状放射源３を設置し、光検出器２
０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光
検出器２の見込み角がそれぞれ補正される。これらのレ
ーザ距離計１５，１６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、光検出器２０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
定し、光検出器２を用いて任意の１点における完全拡散
反射に対応した反射光の強度を測定することにより、光
検出器２０の反射強度分布から完全拡散反射成分を差し
引いて鏡面性拡散反射成分を求め、その鏡面性拡散反射
成分と完全拡散反射成分とを合わせて半球上の全反射光
量を求めるものである。そして、また、棒状放射源３の
照射むらがあると、パスラインが変動して被測定物体の
表面１が上下方向に変動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２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
信号を所定の時間間隔でサンプリングする。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９４，９４ａ、メモリ９５，９
５ａ、メモリ９６〜９８の該当するメモリに出力する。

【００２５】メモリ９４は、遮断装置４を開いた状態で
光検出器２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９４
ａは、遮断装置４を閉じた状態で光検出器２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９５は、遮断装置４を開いた状
態で光検出器２０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９５ａは、遮断装置４を閉じた状態で光検出器２０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１５，１６
からの計測値が入力して記憶される。メモリ９４〜９８
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。

【００２６】図３は演算部１００の演算手順を示したフ
ローチャートである。また、図４は全反射光量を求める
際の概念図である。ここでは被測定物体の表面１の反射
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。

【００２７】演算部１００は、メモリ９４，９４ａ及び
メモリ９５，９５ａからデータを入力し、メモリ９４ａ
の値とメモリ９４の値との差を求めるともに、メモリ９
５ａの値とメモリ９５の値との差を求める（Ｓ１，Ｓ
２）。これにより、反射光のみの光の強度が求められ
る。ここで得られたメモリ９４ａの値とメモリ９４の値
との差は、任意の１点の完全拡散反射の光検出器２の見
込み角に対応するものであり、この１点の反射光から完
全拡散反射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、その反射点の位置に応じた反射強度補正を
行う必要がある（Ｓ３）。

【００２８】そこで、先程求めたスポットの反射強度か
ら完全拡散反射の補正を行う。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… COSθ_2'
(X_O) （３）棒状放射源３の長さ補正…２・ｚ₀ （４）光検出器２の見込み角の補正… COSθ(X_O)

【００２９】まず、（１）〜（３）の要件を加味した補
正について説明する。図６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。光検出器２はＸ
軸上の１点（X _0,0,0 ）からの反射光を受光するものと
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, h₁,z) から被測定物体の表面１上の点（X
_0,0,0 ）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、θ_2'
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、(X₀,0,0）方向への輝度は次式で表される。

【００３０】

【数１】

【００３１】したがって、点（X ₀,0,0）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。

【００３２】

【数２】

【００３３】したがって(X₀,0,0）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。

【００３４】

【数３】

【００３５】これを計算したものが、次式となる。

【００３６】

【数４】

【００３７】さらに（４）の要件を含む最終的な強度補
正式は、Ｘ₀の関数として光検出器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。

【００３８】

【数５】

【００３９】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（４）式及び（５）式における補正係数
（θ，Ｘ₀，ｈ₁）をレーザ距離計１５，１６の計測値
から求めて補正をする必要がある。

【００４０】図７は補正係数を求める際の光検出器２と
レーザ距離計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）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に垂直に計った光検出器から鋼板まで
の距離ｈ2 ：鋼板に垂直に測った光検出器から鋼板までの距
離

【００４１】図８は図７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Ｓ３ａ：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。

【００４２】

【数６】

【００４３】ステップＳ３ｂ：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。

【００４４】

【数７】

【００４５】ステップＳ３ｃ：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。

【００４６】

【数８】

【００４７】以上のようにして求められた補正係数
（θ，Ｘ₀，ｈ₁）を上記の（４）式及び（５）式に代
入することにより、照度Ｅ及び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。

【００４８】図９は被測定物体の表面１上の完全拡散反
射と見込み角との関係について示した図である。完全拡
散反射は反射パターンがランバーシャンであることを前
提にして、被測定物体の表面１上の反射点(X₀,0,0) に
おける反射パターンを推定する。即ち、完全拡散反射は
円形の反射パターンになることを利用することにより、
走査型の測定を行わず、１点の測定点のデータに対して
（５）式の補正を行い、その大きさに基づいて、図９の
円の直径を決めることにより、完全拡散反射パターンを
推定する（Ｓ４）。例えば図９の例において、光検出器
２の見込み角がθ１ａのときには、そのときの（５）式
の補正データと見込み角θ１ａとに基づいて円の直径を
求めることにより完全拡散反射パターンを推定する。次
に、このようにして求められた完全拡散反射の反射パタ
ーン（：円形）を上記の（５）式により逆変換して、視
野角θを関数とする、生データに対応する値Ｄ’（θ）
を求める（Ｓ５）。但し、この時のθ（(X₀) は検出器
２０からの見込み角を用いる。この生データに対応する
値Ｄ’（θ）は、図４の斜線部分に相当するものであ
る。

【００４９】この値Ｄ’（θ）を光検出器２０の視野角
（θ１〜θ１’）について積分することで、光検出器２
０の視野（θ１〜θ１’）内における完全拡散反射成分
Ｐ’（図４の斜線部分の面積）を求める（Ｓ６）。

【００５０】

【数９】

【００５１】次に、光検出器２０の出力から完全拡散反
射成分Ｐ’を差し引いて、光検出器２０の視野（θ１〜
θ１’）内における鏡面性拡散反射成分を求める（Ｓ
７）。

【００５２】ところで、鏡面性拡散反射の場合には、光
検出器２０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（Ｓ
８）。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。

【００５３】

【数１０】

【００５４】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… COSθ₂(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、X _Oは反射強度ピーク
位置とする。なお、本来求めたい鏡面性拡散反射成分は
反射する対象上の各点ごとに次式により補正して求まる
データを角度で積分したものであるが、反射パターンが
十分鋭いときにはこの補正を行うにあたって反射ピーク
位置での補正係数を視野内各点にあてはめても、十分な
精度で鏡面性拡散反射成分が求められるため、走査を必
要としないこのような簡便な受光光学系での測定が実現
する。

【００５５】

【数１１】

【００５６】また、上記（Ｓ４）において求められた完
全拡散反射パターンＤ（θ）について、次式のように、
−π／２〜π／２の範囲において積分して、完全拡散反
射成分Ｐを求める（Ｓ９）。そして、この完全拡散成分
と先に求めた鏡面反射成分とを加算して全反射量を求め
る（Ｓ１０）。

【００５７】

【数１２】

【００５８】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（Ｓ１１）、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（Ｓ１
２）。そして、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（Ｓ１３）。

【００５９】図１０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２６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。

【００６０】また、図１１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、±３℃の温度精度であり、高精度な温度測定が
可能である。

【００６１】次の表１は、この実施形態による測定結果
を示した表である。５種類のカラー鋼板サンプルを２０
０℃に加熱し、鋼板表面に溶接した熱電対で測定した真
温度と本発明によって測定した温度指示値の誤差を評価
した。いずれも十分な精度が得られている。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【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の演算器の一構成例を示すブロック図であ
る。

【図３】図２の演算部の演算手順を示したフローチャー
トである。

【図４】全反射光量を求める際の概念図である。

【図５】被測定物体の表面１上の点、検出器及び棒状放
射源の位置関係を示す図である。

【図６】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７】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８】図７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９】被測定物体の表面１上の完全拡散反射と見込み
角との関係について示した図である。

【図１０】カラー鋼板を測定した１次元反射パターン図
である。

【図１１】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１２】従来例１に係る反射率測定装置の模式図であ
る。

【図１３】従来例２に係る反射率測定装置の模式図であ
る。

【図１４】従来例３に係る放射式温度測定装置の模式図
である。

【図１５】従来例４に係る放射式温度測定装置の模式図
である。

【図１６】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１７】鏡面性拡散反射を示す図である。

【図１８】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２，２０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 (56)参考文献特開平６−26935（ＪＰ，Ａ) 特開平７−63613（ＪＰ，Ａ) 特開平８−122155（ＪＰ，Ａ) 特開平６−74831（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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物体の表面に光を放射源により照
射する工程と、前記被測定物体の表面の或る１点からの鏡面性拡散反射
を含まない方向への完全拡散反射光を含む反射光（以
下、第１の受信光という）を光検出器により受光する工
程と、前記被測定物体の表面の鏡面性拡散反射を含むより広角
の視野で鏡面性拡散反射光及び完全拡散反射光を含む反
射光（以下、第２の受信光という）を同時に受光する工
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ことで、放射源と前記被測定物体
との最小距離計、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補正演算する工程と、前記第１の受光信号並びに前記最小距離及び前記見込み
角から完全拡散反射成分を求める工程と、前記完全拡散反射成分から前記第２の受光信号に含まれ
る鏡面性拡散反射成分を求める工程と、前記完全拡散反射成分と鏡面性拡散反射成分との和から
前記被測定物体の表面の全反射光量を算出する工程と、該全反射光量に基づいて反射率を求め、前記反射率と放
射率との関係に基づいて前記被測定物体の放射率を算出
する工程とを有することを特徴とする物体の放射率測定
方法。
【請求項２】被測定物体の表面に光を放射源により照
射する工程と、前記被測定物体の裏面の或る１点からの鏡面性拡散反射
を含まない方向への完全拡散反射光を含む反射光（以
下、第１の受信光という）を光検出器により受光する工
程と、前記被測定物体の表面の鏡面性拡散反射を含むより広角
の視野で鏡面性拡散反射光及び完全拡散反射光を含む反
射光（以下、第２受信光という）を同時に受光する工程
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ことで、前記被測定物体の表面、
光検出器及び放射源の位置関係を補正演算する工程と、前記第１の受光信号並びに前記位置関係から完全拡散反
射成分を求める工程と、前記完全拡散反射成分から前記第２の受光信号に含まれ
る鏡面性拡散反射成分を求める工程と、前記完全拡散反射成分と鏡面性拡散反射成分との和から
前記被測定物体の表面の全反射光量を算出する工程と、該全反射光量に基づいて反射率を求め、該反射率と放射
率との関係に基づいて前記被測定物体の放射率を算出す
る工程とを有することを特徴とする物体の放射率測定方
法。
【請求項３】被測定物体の表面に光を照射する放射光
源と、前記被測定物体の表面の或る１点からの鏡面性拡散反射
を含まない方向への完全拡散反射光を含む反射光（以
下、第１の受信光という）を受光するとともに、前記被
測定物体からの放射光を受光する第１の光検出器と、前記被測定物体の表面の鏡面性拡散反射を含むより広角
の視野で鏡面性拡散反射光及び完全拡散反射光を含む反
射光（以下、第２の受信光という）を同時に受光すると
ともに、前記被測定物体からの放射光を受光する第２の
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、前記第１の受光信号から完全拡散反射成分を求め、前記
完全拡散反射成分から前記第２の受光信号に含まれる鏡
面性拡散反射成分を求め、前記完全拡散反射成分と鏡面
性拡散反射成分との和から前記被測定物体の表面の全反
射光量を算出し、該全反射光量に基づいて反射率を求
め、前記反射率と放射率との関係に基づいて前記被測定
物体の放射率を算出し、前記放射率及び前記被測定物体
からの放射光の強さに基づいて前記被測定物体の表面温
度を演算するものであって、前記被測定物体の表面が変
動したときに生じる誤差を、前記距離計の出力に基づい
て補正演算する演算手段とを有することを特徴とする物
体の温度測定装置。