JPH04252925A - 温度測定方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は温度測定方法およびそれ
に用いる装置に関し、特に近赤外、可視、紫外の電磁放
射線が発生される液体、気体あるいは固体の温度測定方
法およびそれに用いる装置に関する。

【０００２】上記の液体としては、例えば、トリベ（ｌ
ａｄｌｅ）　溶鉱炉に保持されている溶融鋼、トリベ溶
鉱炉や湯だまりから注ぎ出される溶融鉄や溶融鋼、およ
び溶融ガラスや加熱容器内に保持されているアルミニウ
ムの溶融物等が含まれる。また、固体の例としては、鋼
スラブ、鋼、インゴットおよび連続鋳造金属ストランド
等が含まれる。また、石灰のような白熱粉体の流動物質
の温度も測定可能である。

【０００３】

【従来の技術】限定を付すためではなく、便宜上、本発
明はトリベ（ｌａｄｌｅ）　鋼製造を参照して紹介し記
述する。

【０００４】トリベ（ｌａｄｌｅ）　鋼製造方法は、加
熱しトリベ（ｌａｄｌｅ）　中の鋼の組成を調整して、
電気アーク炉や塩基性酸素容器内に鋼が製造される工程
を含んでいる。溶融鋼のトリベ（ｌａｄｌｅ）　は、覆
われて、例えば１以上の炭素電極により維持されるアー
クにより所定の温度に加熱されるような加熱位置に載置
される。スラグの層は、鋼を精製したり、アークから溶
融鋼へのエネルギー伝達効率を高めるために鋼表面に置
かれる。

【０００５】トリベ（ｌａｄｌｅ）　中の鋼は、不活性
ガス気泡あるいは電磁誘導により攪拌され、温度および
組成が均一に保たれる。この攪拌機構は、攪拌力に左右
されるが、トリベ（ｌａｄｌｅ）　内の鋼の局部的な柱
状部に上方への押上を付与し、スラグによる覆いの上方
へ鋼表面領域を持ち上げる。露出した鋼の領域は、一般
にスラグ層における鋼の“目”と呼ばれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、トリベ（ｌａｄ
ｌｅ）　鋼製造中の鋼の温度は、熱電対を溶融物中に浸
漬して処理の間に２乃至３回測定される。この方法は、
加熱工程に短時間の中断と、新しい熱電対への交換によ
る熱電対浸漬機構の修理とを必要とする。

【０００７】本発明の目的は、上記の問題を解消し、あ
るいは少なくとも軽減し、上述の製造方法のみではなく
、その表面から検出可能な放射線を発生するような温度
に加熱された液体、気体あるいは固体の温度測定にまで
広く応用できるような正確な温度測定用の改良された方
法および装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は物体から発せられる放射線の異なった
複数の色成分が、物体あるいはその一部の真のイメージ
を作り出すように照準が合わされたカメラにより割り出
され、そのイメージの選択された領域から色成分の大き
さに対応する多数の信号を引き出し、この信号を処理し
て物体の温度測定を行うような物体の温度測定方法であ
る。

【０００９】また、本発明は、物体の選択された領域か
ら発せられる放射線の異なった複数の色成分を割り出す
ために物体上に照準が合わされたカメラと、イメージ内
の複数の位置におけるこれらの色成分の大きさに対応す
る多数の信号を、カメラにより作成された真のイメージ
の選択された領域から引き出す手段と、物体の温度測定
を行うため信号を処理する手段とを有するような物体の
温度測定用の装置である。

【００１０】さらに本発明は、表面から放射線を発生す
る物体の温度測定の方法であり、物体表面に照準を合わ
したカメラによって真のイメージを作成する段階と、物
体表面上の選択された複数の位置での放射線の複数の色
成分の大きさに対応した電気信号をそのイメージの選択
された領域から引き出す段階と、物体の温度測定を行う
めにこれらの信号を処理する段階からなる方法である。

【００１１】

【作用】放射線を発生する物体に照準が合わされたカメ
ラにより、選択された領域から真のイメージが作成され
、このイメージから放射線の多数の色成分の強度に対応
して電気信号が引き出され、この引き出された信号は物
体温度測定のために処理される。

【００１２】

【実施例】本発明において対象となる物体は、溶融物の
ような液体、鋳造物スラブのような固体、気体あるいは
流動性微小物質等であってよい。

【００１３】好ましくは、物体から発せられる放射線の
３色成分はカメラにより割り出され、３色成分のすべて
に対応した多数の信号は処理されて物体温度測定が行わ
れる。

【００１４】色は、赤、緑および青（あるいはこれらの
補色）から選択することができるが、例えば可視、また
は赤外あるいは紫外スペクトルのような可視波長域外の
他の色成分が割り出されてもよい。

【００１５】カメラは、焦点の合った、あるいは焦点の
ずれたイメージを作成するように取り付けられたスチル
カメラ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのようなビデオ
カメラ、あるいはテレビジョンカメラ等であってよい。 このようなカメラは、固定されてもよく、また、物体表
面上を走査可能に設けられてもよい。

【００１６】本発明の一実施例において、物体は溶融物
である。この態様において、選択された表面領域は、カ
メラ“スクリーン”に描かれた真のイメージの分析から
決定された例えば鋼の露出溶融物の“目”であってよく
、“スクリーン”もまた上述の３色成分に比例した信号
を形成するために波長感知フィルターにより覆われた放
射線検出器の２次元マトリックスにより構成されるもの
でよい。

【００１７】この態様において、カメラは溶鉱炉の密閉
蓋の構造内に配置してよい。または、カメラは溶鉱炉か
ら離れたところに配置され、カメラの開口は光学的（例
えば、光ファイバーや反射鏡系、レンズ系により）に溶
鉱炉内部と接続される。

【００１８】温度測定は、放射率に影響を及ぼす要因を
考慮に入れて、選択された色成分の相対的大きさの分析
により行われる。カメラは、英国特許出願第２２２７０
８３号に記載されているように配置されるのが好都合で
ある。

【００１９】カメラを溶融体の目に向けることにより、
溶融塊体の移動により目が継続的に再生されるにもかか
わらず、溶融体の大部分において有力な温度に真に対応
した読取りが可能となる。また、赤色光と緑色光のスペ
クトル間の比の２色高温測定は公知であるが、本発明で
は例えば青色光のスペクトルのような第３成分からの情
報が、より信頼性の高い測定を可能とする。さらに、ト
リベ（ｌａｄｌｅ）　溶鉱炉内での処理時間内および一
つの処理から他の処理の間に、目の大きさと位置が変化
することが知られているが、本システムによれば、目の
位置は正確に割り出され、放射線はその光源から独立し
て分析される。

【００２０】さらに、目の荒れた表面の基本領域から受
け取られる放射強度は、カメラに与えられる表面要素の
角度により変化する。しかし、本発明で用いられるカメ
ラは０．００１秒間という短時間で放射線を捕るこがで
きるので、表面状態は測定の間ほとんど変化しない。こ
れらの要素に対応して、基本的温度を決定するためにイ
メージが分析され、すべての要素にもとづき算出された
温度は統計学的に分析されて、鋼バルクに対応した正確
な温度が決定される。各“フレーム”内の基本的測定の
数の増大は、継続的な“フレーム”からのデータの使用
が可能なとき、平均温度の測定の精度を高めるのに有用
である。

【００２１】上述の方法と装置は、カメラ装置とスラグ
／鋼表面との間の視野が製造により発生する煙霧によっ
て妨げられない時、および高温気体あるいはアークから
の反射された放射線が目の位置と一致しない時ならば、
いつでも使用可能である。

【００２２】これらの状態は、溶融鋼に添加物が添加さ
れるか否か、およびアークがスラグの上方に露出されて
いるか否かにより、鋼処理サイクルの間に変化する。し
たがって、温度測定のための状態の安定性は、例えばイ
メージ向上技術等を用いたカメライメージの分析により
継続的に評価されてもよい。適正な状態を達成するため
にアークを中止することが好ましい場合、信号は電極調
節機に送られ短時間の温度測定の間電極を自動的に引き
上げる。

【００２３】上述のように、本発明の方法および装置は
、鋼スラブあるいは回転ミルを出る鋼あるいは鋳造イン
ゴット等の固体の温度測定にも用いることができる。 したがって、回転ミルから出るスラブがたどる流路上に
照準が合わされた一または複数のカメラの真のイメージ
から得られた放射線の異なった複数の色成分は、多数の
信号を作るために引き出され、その後、多数の信号は物
体温度の測定を行うために処理される。例えば、鋼の連
続鋳造ストランドのために、ストランドに沿った種々の
位置におけるストランドの温度は、本発明に基づいて検
出される。

【００２４】ここで、本発明が充分に理解されるために
、図面を参照して一実施例について述べる。図１におい
て、電荷結合素子（ＣＣＤ）テレビジョンカメラ１は、
トリベ（ｌａｄｌｅ）　溶鉱炉３の屋根部２における密
閉セット中に装着され、トリベ（ｌａｄｌｅ）　溶鉱炉
３内には電極４が浸漬されている。しかし、他のテレビ
ジョンカメラ、ビデオカメラ、スチルカメラを用いるこ
ともできる。また、カメラは溶鉱炉の他の位置あるいは
溶鉱炉に接近した位置に配置されてもよい。そして、溶
鉱炉の鋼の液線レベルよりも上方あるいは下方の壁面に
形成された強靭な窓を介して照準が合わせられる。この
図示の態様では、トリベ（ｌａｄｌｅ）　内部のイメー
ジは、英国特許出願第２２２７０８３号に開示されるよ
うにガス排出ピンホールを介してカメラ１の光感知面上
に投影される。

【００２５】トリベ（ｌａｄｌｅ）　３内にある溶融鋼
５は、トリベ（ｌａｄｌｅ）　の床部に設けられた多孔
質プラグ６を通して射出するガスにより攪拌される。鋼
の表面は気泡の上昇によりに鋼表面上のスラグ７の層の
上方へ押し上げられる。露出した鋼の表面は“目”８と
して知られ、この鋼表面は継続的に再生されるので、こ
の温度は鋼バルクの温度に極めて近く対応した温度であ
る。

【００２６】テレビジョンカメラ１上に投影されたイメ
ージはスラグ中の“目”８に相当する領域を含んでおり
、この領域を割り出すための技術は、以下に述べるよう
なものである。カメラの視野は、点線９で示されている
。

【００２７】イメージが投影されるテレビジョンカメラ
の表面は、赤、緑、あるいは青の放射線に独立して反応
する放射線感知素子のマトリックスを有し、カメラ内部
の電気回路は異なったカラーセンサーの出力を分離して
、カメラの視野９からの赤、緑、青の放射線に対応して
イメージの３つのアナログ電気表示を発生する。

【００２８】図２において、赤、緑、青のイメージに対
応するカメラ１からの３つの電気出力は、ビデオ検索グ
ラフィック（ＶＣＧ）モジュール１０に接続される。こ
のＶＣＧモジュール１０は電気信号をデジタル化し、カ
メラの視野の基本領域からの赤、緑、青の放射線強度に
対応したデータ値の３つの２次元マトリックスを形成す
る。

【００２９】このイメージデータは、例えばＩＢＭ互換
性プロセッサーによりホストされているコンピュータシ
ステム１１に送られ、ここで、データは分析され下記の
機能をはたすように操作される。 （ａ）“目”検出 “目”８の領域に関するイメージデータは、はじめにデ
ジタルフィルター技術を用いてイメージ全体を高め、つ
ぎに、イメージ処理方法、くりこみ操作、限界ビットマ
ッピング、“拡張（ｄｉｌａｔｉｏｎ）”と“浸蝕（ｅ
ｒｏｓｉｏｎ）　”を用いて目的物の境界を探査する、
一連の公知の端線検出データ処理により割り出される。 （ｂ）鋼温度の計算 各画像セル（ピクセル）用の赤、緑、青の放射線振幅測
定に関するイメージデータは、カメラセンサーの放射強
度に応答して非線形を補正するカメラ固有の較正定数に
より修正され、それぞれの波長帯にわたる平均的鋼放射
率に対応するファクターにより分割される。得られた各
ピクセルに対応する赤、緑、青データは、各色データと
３つのデータ値の合計との比の計算により正規化される
。

【００３０】図３に示すように、正規化された赤、緑、
青データ値は、鋼温度に対してプロットされる。色に対
応している線形化、正規化された値−１０−の各組は、
典型的な３次の多項式により温度に関係づけられる。

【００３１】温度の他のファンクションおよびデータ精
度用クロスチェックは、１以上の下記の方法により必要
な赤、緑、青データから生ぜられる。全ての場合におい
て、既知の温度の溶融鋼源の観察により得られたデータ
を参照することによってアルゴリズムを較正することが
可能である。 （ｉ）２つの温度値が赤および緑データ値から個々に計
算されて平均温度値が得られる。各温度値が接近してい
るこが温度測定の信頼を示している。 （ｉｉ）赤／緑データ値と緑／青データ値との比から２
つの温度値が個々に計算されて平均温度値が得られる。 各温度値が接近しているこが温度測定の信頼を示してい
る。 （ｉｉｉ）全３項を含む温度のファンクションは下記式
から導かれる。

【００３２】 ｆ（Ｔ）　＝（ｋ１　×ｒ）＋（ｋ２　×ｇ）＋（ｋ３
　×ｂ）ここで、ｒ，ｇ，ｂはそれぞれ赤、緑、青デー
タ値であり、ｋ１　，ｋ２，ｋ３　はｒ，ｇ，ｂをｕお
よびｖ中にマッピングするためのマッピング定数であり
、ｕ，ｖは色度座標である。

【００３３】特に、マッピング定数ｋ１　，ｋ２　，ｋ
３　は、ｕが温度のファンクションであり、ｖが黒体放
射に関連した全てのｒ，ｇ，ｂ値に対して一定であるよ
うな２つのファンクションｕ，ｖを与えるように選択さ
れる。したがって、ｕの値は温度の計算に用いられ、ｖ
とその理論値との近似は温度測定の信頼を示している。

【００３４】上述の方法のいずれを用いても、温度測定
は溶融鋼のイメージに応じた全てのピクセルから計算さ
れた温度の統計的な分析によって更に確実なものとなる
。例えば、全ての温度値の標準偏差が予め定められた限
界を越えた場合、測定は無効とされる。平均温度測定の
精度は、各イメージ内の“フレーム”内での、および必
要ならば同一領域の連続するフレームの数からの、多数
の個々の温度測定を用いることにより高められる。 （ｃ）結果の表示 トリベ（ｌａｄｌｅ）　内の画質が向上されたイメージ
に対応するデジタル化された信号は、ＶＣＧモジュール
に戻され、ＶＣＧモジュールは信号をカラーテレビジョ
ンモニター１３に表示するのに適したアナログ形式に変
換する。追加データはＶＣＧモジュール１０に供給され
、このＶＣＧモジュール１０は例えば１５７０℃という
算出された鋼温度がこのカラーテレビジョンモニターに
表示されるようになし、図示のように“目”はモニター
スクリーン上に番号１４で示されるように描かれる。 （ｄ）カメラおよびＶＣＧモジュールの制御温度測定の
精度・正確さを適正化するために、カメラ１は目の中央
に向けることができ、目の画像を拡大してもよく、これ
により各イメージフレーム中の測定要素数が増大する。 さらに、ＶＣＧモジュールは、測定の精度を一定に保持
したり、必要に応じて変化させるためにフレームの数を
検索してもよい。

【００３５】上述した装置および方法は、本発明の装置
および方法の一例であり、特許請求の範囲に記載の範囲
から逸脱しない変更等は可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば放
射線を発生する物体に照準が合わされたカメラにより、
選択された領域から真のイメージが作成され、このイメ
ージから放射線の多数の色成分の強度に対応して電気信
号が引き出され、この引き出された信号は物体温度測定
のために処理されるので、表面から検出可能な放射線を
発生するような温度に加熱された液体、気体あるいは固
体等の物体の温度を正確に測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トリベ（ｌａｄｌｅ）　溶鉱炉でのテレビジョ
ンカメラの取り付けと、トリベ（ｌａｄｌｅ）　底部の
多孔質プラグを通過した泡状気体によりスラグ層に生じ
た鋼“目”を示す図である。

【図２】テレビジョンカメラからのイメージを分析する
のに使用する装置のブロック図である。

【図３】トリベ（ｌａｄｌｅ）　内の鋼表面の温度に対
応した赤、緑および青の波長帯における標準化された放
射線強度を示す図である。

【符号の説明】

１…カメラ ２…屋根部 ３…トリベ（ｌａｄｌｅ）　溶鉱炉 ４…電極 ５…溶融鋼 ６…多孔質プラグ ７…スラグ ８…目 ９…カメラの視野 １０…ＶＣＧモジュール １１…コンピュータシステム １３…カラーテレビジョンモニタ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面から放射線を発生する物体の温度
   測定の方法において、物体表面に照準を合わしたカメラ
   によって真のイメージを作成する段階と、前記物体表面
   上の選択された複数の位置での放射線の複数の色成分の
   大きさに対応した電気信号を前記イメージの選択された
   領域から引き出す段階と、物体の温度測定を行うために
   これらの信号を処理する段階と、からなることを特徴と
   する温度測定方法。
2. 【請求項２】　　前記物体から発せられる放射線の３色
   成分がカメラにより割り出され、全３色成分に対応する
   多数の信号は物体温度の測定を行うように処理されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。
3. 【請求項３】　　前記物体が溶融物であることを特徴と
   する請求項１または２に記載の温度測定方法。
4. 【請求項４】　　前記溶融物は溶融スラグの層により覆
   われ、溶融物表面に目を形成するように気体を溶融物中
   に射出し、この目は測定目的のための選択された領域で
   あることを特徴とする請求項３に記載の温度測定方法。
5. 【請求項５】　　物体の表面から発せられる放射線の異
   なった複数の色成分を割り出すために物体上に照準が合
   わされたカメラと、該カメラにより作成された真のイメ
   ージの選択された領域から、このイメージ内の前記選択
   された領域内の複数の位置におけるこれらの色成分の大
   きさに対応する多数の信号を引き出す手段と、物体の温
   度測定を行うため前記信号を処理する手段とを有するこ
   とを特徴とする物体の温度測定用の装置。
6. 【請求項６】　　前記カメラはビデオカメラを備えるこ
   とを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】　　前記カメラは電荷結合素子テレビジョ
   ンカメラであることを特徴とする請求項５に記載の装置
   。
8. 【請求項８】　　前記カメラは溶鉱炉の密閉蓋の構造内
   に配置されることを特徴とする請求項７に記載の装置。