KR840002371B1 - 온도 패턴 계측방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

온도 패턴 계측방법

제1도는 본 발명 제1방식의 실시에 사용하는 장치의 전체적인 구성을 대략 표시하는 블럭도.

제2도는 광학필터의 패턴도.

제3도는 비데오 신호처리 회로의 블럭도.

제4도는 비데오 신호의 파형도.

제5도는 메모리장치의 기억내용 개념도.

제6도는 연산장치의 플로우 차아트.

제7도는 제6도의 일부 상세도.

제8도는 본 발명 제2방식의 실시에 사용하는 장치의 전체적인 구성을 대략 표시하는 블럭도.

제9도는 회전필터의 패턴도.

제10도는 메모리장치의 기억내용 개념도.

제11도는 본 발명 제3방식의 실시에 사용하는 장치의 전체적인 구성을 대략 표시하는 블럭도.

본 발명은 물체의 표면온도 분포를 구하는 온도 패턴 계측방법에 관한 것이다. 온도 패턴을 계측하는 수단으로서는 계측 대상의 물체가 발하는 적외선의 빛에너지를 적외선 걷출소자로서 2차원적으로 포착하고, 그 2차원 화상을 주사(走査)하는 것에 의하여 그 화상에 대응하는 물체의 표면영역의 온도 패턴을, 예컨대 음극선관에 도식적으로 표시하는 적외선식의 것이 많이 사용되고 있었다.

그러나 적외선식의 것은 1화면분의 주사에 2초 이상을 필요로 하여서 온도변화가 극심한 물체의 계측에는 부적당하다. 또 온도 정보로서 포착되는 적외선은 전파 광로(光路) 분위기의 영향을 받기 쉽고, 수증기, 먼지의 존재에 따라서 감도 정밀도가 저하된다.

그리고 이미지 가이드(image guide)를 사용하여 주위 분위기의 영향을 회피하는 것도 이미지 가이드 중의 적외영역에 있어서의 광량(光量)의 감쇠가 커서 사실상 불가능하다. 또한 최소 측정 시야가 10-20cm 각(角)으로서 비교적 크므로 미소한 영역의 온도 패턴을 계측할 수가 없었다. 따라서 제강소의 연속주조공정에 있어서의 강편(鋼片) 혹은 용접공정에 있는 전봉강관(電縫鋼管) 등 수증기, 먼지가 많아서 좋지않은 분위기하에 있어서 온도변화가 극심한 물체의 온도 패턴의 계측에는 적용할 수 없으며, 특히 전봉강관의 에이지(edge)의 가열부와 같이 미소한 영역의 온도 패턴을 계측하는 것은 전혀 불가능하였다.

한편 본 발명의 기초기술로 되어 있는 2색 온도계는 물체에서 발하여지는 가시영역의 특정의 2파장성분을 포착하여 물체표면 온도를 비접촉적으로 측정하는 것인 바, 이 2색 온도계로서 측정할 수 있는 것은 그 시야내의 대표온도로서 온도 패턴의 계측은 불가능하다. 이와 같은 형편이므로 제철, 제강공정에서는 온도 패턴의 필요가 많음에도 불구하고 이것에 대응할 수 없는 것이 실정이었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 실정에 비추어서 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은 2색 온도계의 기술과 화상정보 처리기술을 이용하는 것에 의하여 주위 분위기에 거의 영향 받는 일 없이 정밀도가 높고, 또한 고분해성능의 온도 패턴 계측이 가능한 온도 패턴계측방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이미지 가이드의 접속이 가능하여 미소한 영역 혹은 내부 깊은 부분에 존재하여 외부에서 직접 확인할 수 없는 영역에 대한 계측도 가능한 온도 패턴 계측방법을 제공함에 있다. 본 발명에 관한 온도 패턴 계측방법은, 계측 대상의 물체를 촬상장치로서 포착하고 촬상된 화상에 따라서 상기한 물체의 촬상부분의 온도분포를 구하는 온도 패턴 계측방법에 있어서, 상기한 물체에서 발하여진 빛을 선택된 파장성분이 서로 다른 제1 또는 제2광학 필터를 경유시켜서 포착하고, 제1 및 제2광학 필터를 각각 경유한 빛에 의하여 형성된 화상부분을 각 1개 이상 포함하는 영역마다 2색 온도연산을 행하여서 각 영역에 대응하는 물체 부분의 각각 그 온도를 산출하는 것에 의하여 온도 패턴을 구하는 것을 기본적인 특징으로 한다.

상술한 방법에 있어서 물체에서 발하여진 빛의 포착방법으로서는, 시야내의 물체의 각 부분에서 발하여지는 빛이 평면적으로 패턴화하여서 배열한 제1, 제2광학필터의 어느 것인가를 그 위치에 따라 또한 동시적으로 투과하도록 하는 제1방식, 시야내의 물체로부터의 빛이 어느 기간에는 제1광학필터를 경유하고, 다른 기간에는 제2광학필터를 경유하도록 하는 제2방식, 또는 시야내의 물체로부터의 빛을 제1, 제2광학필터를 각각 별개로 경유시켜서 별개의 촬상장치로서 포착하는 제3방식이 채택된다.

그리고 2색 온도연산을 행하는 영역(온도 패턴을 구하기 위한 분해 단위로 된다)에 포함되는 상기한 화상부분은 제1방식에 있어는 2차원적으로 서로 다른 부분으로 되는 바, 제2방식에 있어서는 2차원적으로 서로 다른 부분에 있어서도 또 시간적으로는 서로 틀리나 2차원적으로 보면 동일한 부분에 있어서도 좋고, 또한 제3방식에 있어서는 2차원적으로 시간적으로도 동일하거나, 서로 틀리거나 하는 제약은 전연없는 것이다.

본 발명에 대한 이상에 기재한 것과 그 이외의 목적들과 신규의 특징들은 이하의 설명과 함께 첨부된 각 도면에 의해서 한층 더 명백하게 될 것이다. 먼저 상기한 제1방식에 관한 본 발명의 온도 패턴 계측방법에 대하여 설명한다.

본 발명은 서로 다른 제1 및 제2파장성분을 각각에 투과시키는 제1 및 제2필터 세그먼트를 소정된 패턴으로 결합시켜서 이루어진 광학필터를 촬상장치의 내부 또는 외부의 광로 중에 배설하고, 촬상장치가 포착한 화상 중에서 제1 및 제2필터 세그먼트를 각각 투과한 부분을 각 1개 이상 포함하는 영역마다 2색 온도연산을 실시하며, 각 영역에 대응하는 물체부분의 각각 그 온도를 산출하는 것에 의하여 온도 패턴을 구하는 것을 특징으로 한다. 이하 본 방법을 그 실시에 사용하는 장치의 1예를 표시하는 도면에 따라서 그 장치의 구성과 함께 설명한다. 제1도에 있어서, (W)는 계측대상물,

(1)은 이것에 면하게한 촬상장치,

(2)는 촬상장치(1)의 촬상면에 근접 배치한 광학필터,

(3)은 촬상장치(21)가 포착한 계측대상물의 화상을 표시하기 위한 모니터용 음극선관,

(4)는 촬상장치(1)가 출력하는 비데오 신호를 데이터 처리하기 위하여 가공하는 비데오 신호처리회로,

(5)는 비데오 신호처리회로(4)가 출력하는 데이터를 기억하는 메모리장치,

(6)은 메모리장치(5)의 기억내용 및 비데오 신호처리회로(4)가 출력하는 신호에 따라서 2색 온도연산 등을 행하는 연산장치이다.

촬상장치(1)는 보통 사용하는 텔레비젼 카메라인 바, 이후에 상세히 설명하는 광학필터(2)가 투과하는 빛의 파장(λ₁)(λ₂)에 대한 촬상관 출력의 다이나믹 레인지가 넉넉히 잡히면 좋다. 예컨대 가시파장 영역에서는 실리콘비디콘, 카르니콘(도오교오 시바우라 전기의 상품명)을 사용한 것이 바람직하다. 이와 같은 촬상관에 한정하지 않고, CCD(Charge-Coupled device) 등의 고체 촬상소자를 사용한 것에 있어서도 분광감도 특성이 양호한 것은 이용 가능하다.

또한 내부 재어회로는 공지의 것과 동일하며, 화상신호, 수평등기신호, 수직동기신호를 포함하는 비데오 신호(합성영상신호)를 출력할 수 있으면 좋다. 광학필터(2)는 제2도에 표시하는 바와 같이 촬상장치(1)의 시야형상에 합치시킨 장방형을 이루며, 가로와 세로의 치수는 특히 한정되는 것은 아니나, 그 유효시야를 3 : 4로 하면 18mm×24mm 정도로 정할 수 있다.

이 광학필터(2)는 미소한 장방형 또는 정방형을 이루는 동일한 크기의 제1필터 세그먼트(백색으로 된 부분)(21) 및 제2필터 세그먼트(사선부분)(22)를 다수, 수평방향 및 수직방향으로 매트릭스 형상으로 교대로 배치하여서 구성되고, 제1, 제2필터 세그먼트 사이에는 빛의 투과를 금하는 폭이 좁은 딜형상의 차광영역(검정색으로 도말된 부분)(23)을 개재시키고 있다.

제1 및 제2필터 세그멘트는 각각 투과파장성분의 피이크(Peak)를 이루는 파장이 각각 λ₁및 λ₂인 광학적밴드 패스필터로서, 측정 정밀도를 높이기 위하여 투과율을 높이고, 폭을 절반으로 좁게하는 것이 요구되므로 흡수형 필터보다도 간섭필터를 사용하는 것이 적당하다. 그리고 이러한 광학필터(2)는 λ₁<λ₂이라고 하면, 제1필터 세그먼트(21)의 영역에서는 λ₁보다 약간 긴 파장이하를 투과시키는 로우패스필터를, 또 제2필터 세그먼트(22)의 영역에서는 λ₂보다 약간 짧은 파장 이상을 투과시키는 하이패스 필터를 각각 선택형성하여서 이루어지며, 전체영역에 λ₁보다 약간 짧은 파장에서 λ₂보다 약간 긴 파장까지를 투과시키는 밴드 패스필터를 형성한 복합적층구조에 의하여 실현되고 있다.

또한 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)의 배열패턴은 위에서 설명한 예에 국한하지 않고, 세로 또는 가로의 스트라이프 형상 등 다른 형태이어도 좋은 것은 물론이다. 또 뒤에서 설명하는 바에서 명백한 바와 같이 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)의 크기는 분해성능을 좌우하므로 가급적 작게하는 것이 소망스러우나, 실제로는 광학 필터(2)의 제작기술상의 한계에 규제되고 또 메모리장치(5)의 기억용량, 연산장치(6)의 연산속도와의 균형으로서 결정된다.

이 실시예에 있어서는 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)를 장방형으로 하고, 양 세그먼트의 합계로서 가로 세로 128×128개로 하며, 또 차광영역(23)의 폭을 약 40㎛로 하고 있다. 그리고 앞에서 설명한 파장(λ₁),(λ₂)로서는 촬상장치의 분광감도 특성과 계측대상물(W)의 온도, 주위 분위기에 따라서 적당하게 선택된다.

다음에 비데오 신호처리회로(4)는 촬상장치(1)에서 입력된 비데오 신호 중의 화상신호를 제1 및 제2필터 세그먼트를 각각 투과한 빛에 각각 대응하는 화상신호 부분으로 판별하여서 출력함과 아울러, 비데오 신호에 따라서 각 화상신호 성분과 각 필터세그먼트와의 대응시키는 것을 가능하게 하는 2차원 위치신호를 출력하는 것이다. 제3도는 비데오 신호처리회로(4) 구성의 1예를 개략 표시하는 블럭도, 제4도는 부변조(負變調)의 비데오 신호(VDS)의 파형도이다.

비데오 신호(VDS) 중에는 1화면에 대하여 1회(순차 주사의 경우) 또는 2회(비월(飛越)주사의 경우) 나타나는 수직동기신호(VS), 주사선 1개에 대하여 1회 나타나는 수평동기신호(HS) 및 촬상화상의 명암에 대응하여 레벨이 대소로 변화하는 화상신호(PS)가 포함된다. 이 화상신호(PS)에는 제1, 제2필터 세그먼트를 각각 투과하여서 형성된 각 화상부분의 주사기간에 얻어지는 그 화상부분에 대응하는 계측대상물(W)의 표면부분의 명암정보 즉, 상기한 각 표면부분의 방사 에너지를 얻기 위한 데이터로 되는 투광 신호성분(PS1)(PS2)의 차광영역(23)이 존재하였기 때문에 어두운 부분으로 되어 있는 화상 중의 차광영역(23)에 대응하는 부분을 주사하고 있는 기간에 얻어지는 세그먼트 간(間) 신호성분(PS3)이 포함되어 있다. 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)는 수평방향으로 교대로 배열되어 있으며, 그 사이에 차광영역(23)이 개재하고 있으므로 화상신호(PS)는…(PS1)(PS3)(PS2)(PS1)…의 순서로 나타나는 것으로 된다.

그리고 세그먼트 간 신호성분(PS3)의 레벨은 HS,VS 보다도 작은 검정 레벨로 되도록하여서 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)를 투과하는 빛이 약간이라도 있으면 세그먼트 간 신호성분(PS3)이 투광신호성분(PS1)(PS2)보다도 높은 레벨로 되게 하도록 차광영역(23)의 투과율을 선택하고 있다. 그리고 위에서 설명한 바와 같은 비데오 신호(VDS)가 입력되는 비데오 신호처리회로(4)에 있어서, (41)은 수직동기신호(VS)를 선별하여서 화면을 새로 바꿀 때마다 화면변경신호(TP)를 출력하는 제어신호 생성회로이며, 화면변경신호(TP)는 연산장치(6)에 입력된다. 비데오 신호(VDS)는 또 상기한 2차원 위치신호(TS) 및 게이트 제어신호(TG)를 출력하는 제어신호 생성회로(42), 게이트(43)(44)에 입력된다. 게이트 제어신호(TG)는 게이트(43)(44)에 각각 다른 형태로 입력된다.

즉, 게이트(43)(또는 게이트(44)에는 제1필터 세그먼트(21)(또는 제2필터 세그먼트(22))를 투과한 빛에 의하여 형성된 화상부분을 주사하고 있는 사이에 하이레벨로 되는 형태로서 주어진다. 그리고 게이트(43)(44)는 각각 게이트 제어신호가 하이레벨로 되어 있는 사이에 비데오신호(VDS)를 통과시키므로 각각의 후단(後段)에 접속된 데이터 생성회로(45)(46)에는 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)를 각각 투과한 빛에 의화여 형성된 화상부분에 대응하는 화상신호부분, 즉 각각 투광 신호부분(PS1)(PS2)만이 입력되는 것으로 된다.

이 데이터 생성회로(45)(46)은 피이크 홀드회로, A/D 변환회로 등으로 이루어지며, 게이트(43)(44)가 각각 열려있는 사이에 입력된 투광신호성분(PS1)(PS2)의 각각 그 극소값(백색 레벨로서의 피이크 값)을 유지하고, 게이트(43)(44)가 각각 닫혀질 때마다 이것을 상기한 A/D 변환회로를 개재하여 메모리장치(5)로 기입데이터(WD1)(WD2)로서 출력한다. 따라서 이 기입데이터(WD1)(WD2)는 각각 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)에 각각 관련되는 상기한 화상부분에 상당하는 계측대상물(W)의 표면부분으로부터의 파장(λ₁)(λ₂)에 각각 대응하는 방사 에너지의 값을 표시하는 내용으로 되어 있다. 2차원 위치신호(TS)는 실질적으로는 신호성분(PS3)에 상당하는 펄스 신호로서, 연산장치(6)에 기입 어드레스 정보로서 입력된다. 그리고 위에서 설명한 바와 같은 2차원 위치신호(TS) 및 게이트 제어신호(TG)는 수평동기신호(HS) 및 화상신호(PS)의 세그먼트 간 신호성분(PS3)에의하여 얻을 수가 있다.

연산장치(6)에 의하여 메모리장치(5)에의 데이터 기입이 허용되는 상태로 되면 메모리장치(5)에는 1화면분의 데이터가 기입되는 바, 데이터 기입의 허용은 화면 변경신호(TP)의 입력에 의하여 행해진다. 그리고 메모리장치(5)는 2차원 위치신호(TS)의 내용에 따라서 기입 데이터(WD1)(WD2)를 각각 소정된 어드레스에 기입하여 간다. 이 기입은 예컨대 다음과 같이하여 행해진다.

즉, 제2도에 표시한 광학 필터(2)의 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)의 배열패턴이 촬상장치(1) 쪽에서 계측대상물(W) 쪽을 본 도면이라고 하면 화상변경신호(TP), 즉 수직동기신호(VS)가 얻어져서 메모리장치(5)가 기입가능한 상태로 된 후에는 최초로 좌측상부모서리(제1행, 제1열)의 제1필터 세그먼트(21)를 투과한 빛으로서 형성된 화상부분이 주사되는 것으로 되므로, 이것에 대응하는 기입데이터(WD1)가 입력되며, 또한 2차원 위치신호(TS)에 의하여 이것이 상기한 제1필터 세그먼트(21)에 관한 데이터인 것이 인식되어서 이 좌측상부모서리의 제1필터 세그먼트(21)에 할당된 소정 어드레스에 상기한 기입데이터(WD1)가 기입된다.

다음에 그 우측옆(제1행, 제2열)의 제2필터 세그먼트(22)를 투과한 빛으로서 형성된 화상부분이 주사되면 이것에 대응하는 기입데이터(WD2)가 입력되며, 또한 2차원 위치신호(TS)에 의하여 이것이 상기한 제2필터 세그먼트(22)에 관한 데이터인 것이 인식되어서 이 제2필터 세그먼트(22)에 할당된 어드레스에 상기한 기입데이터(WD2)가 기입된다. 이와 같이 하여 1개의 주사선에 대한 기입이 완료되면 수평동기신호(HS)가 나타나서 전자 비임주사는 재차 화상의 좌측 끝으로 되돌아 온다.

그리고 다음의 주사가 상기한 좌측 상부모서리의 제1필터 세그먼트(21)에 관한 화상부분에 대하여 행하여지든가 또는 그 아래(제2행 제1열)의 제2필터 세그먼트(22)에 관한 화상부분에 대하여 행하여지는 가는 필터 세그먼트의 크기, 주사선갯수, 순차주사 또는 비월주사의 구별 등으로서 결정되는 바, 본 실시예에서는 주사선갯수(또는 주사밀도) 및 필터 세그먼트의 크기를 각 필터 세그먼트의 행이 1화면에 대해서 1회만 주사되도록 선택하고 있다.

이와 같은 순서를 반복하여 메모리장치(5)에 1화면분의 데이터리 기억시킨다. 그러면 메로리장치(5)는 촬상화상을 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)의 배열패턴에 따라서 구획된 화상부분에 각각 상당하는 계측대상물(W)의 각 표면부분에 대하여 각 표면부분으로부터의 파장(λ₁) 또는 (λ₂)에 각각 대응하는 방사 에너지에 관한 값을 분류기억한 것으로 된다. 기억 데이터 그 자체는 라스터(Raster) 위의 최대 휘도에 상당하는 내용인 바, 이것을 전기한 방사 에너지의 값이라 간주하여도 무방하므로 메모리장치(5)의 기억내용은 제1, 제2필터 세그먼트(21)(22)의 배열패턴에 따르면, 제5도의 개념도와 같이 표시된다. 도면 중

ε_i,_j(i,j=1,2... n 단 n=128)

광학필터(2)의 제i행 제j열의 필터 세그먼트를 투과한 파장(λ₁) 또는 (λ₂)에 각각 대응하는 방사 에너지의 값을 표시하고 있다. 연산장치(6)는 이와 같은 기억내용을 판독하여 인접하는 부분의 데이터마다 2색 은도연산을 행한다.

예컨대,

ε_i,_j가 파장(λ₁)에 대한 데이터라고 하면

ε_i,_j+1은 파장(λ₂)에 대한 데이터로 되므로, 이 2데이터에 대응하는 화상부분을 포함하는 영역의 온도(T[°K])는 공지의 2색 온도연산식(1)로서 산출된다.

(단 α,β는 λ₁,λ₂로서 결정되는 정수)

또한 (1)식이 성립하는 것은 양자의 에너지 비 ε_i,_j/ε_i,_j+1와 온도(T)와의 관계가 실제사용상 직선에 근사하게 할 수 있는 까닭이다. 연산장치(6)는 이와 같이하여 차례차례로 각 영역의 온도를 산출해가면서 촬상 화수(畵數)의 전체, 즉 계측대상물(W)의 시야내의 온도 패턴을 구한다.

그 결과는 도면 표시하지 않은 음극선과 디스플레이 등의 표시장치로 표시되거나 또는 프롯터, 프린터 등의 기록장치로서 기록되어 시각확인 정보로 된다. 제6도는 연산장치(6)의 플로우차아트를 표시하고 있다. 연산장치(6)는 화면변경신호(TP)를 받으면 내부의 어드레스 카운터에 메모리장치(5)의 최초의 어드레스를 설정한다. 그리고 위치신호(TS)가 입력될 때마다 데이터(WD1) 또는 (WD2)가 기입되어서 어드레스가 새로 바꾸게 된다. ΣTS가 n²로 되면 즉, 전체 세그먼트가 주사되면 데이터 기입과정이 종료하고 온도 연산이 개시된다.

제7도는 이 연산의 플로우차아트를 표시한다. 또한 메모리장치(5)에 2화면분의 데이터의 기억용량을 보유하는 것을 사용하는 경우는 연산하기 위하여 선행화면의 데이터를 보전시킨 상태로서 다음 순위의 화면의 데이터 기입을 행할 수가 있으므로 영상수 매초 30장의 텔레비젼 시스템의 경우 1/30초에 대하여 1회의 비율로서 계측을 행할 수 있다.

또 프롯터, 프린터에 의한 기록을 행하는 경우는 복수화면에 대해서의 평균적 계측결과에 대하여 프린트 아웃되도록 구성하는 것이 합리적이다. 또한 위에서 설명한 실시예로서는 λ₁,λ₂에 관한 데이터 각 1개에 대하여 2색 온도연산을 행하는 것으로 하였으나, 보다 넓은 영역의 대표온도에 대한 분포를 구하는 것으로서 족한 경우는 각 복수개의 데이터의 평균값, 또는 최대값에 따라 2색 온도연산을 행하는 것으로 하여도 좋다. 또 필터 세그먼트의 수가 몇개 정도인 경우는 연산장치를 아나로그 연산회로로서 구성하는 것도 가능하다. 다음에 상기한 제2방식에 관한 본 발명의 온도 패턴 계측방법에 대하여 설명한다.

본 방법은 촬상장치의 내부 또는 외부의 광로 중에 서로 다른 제1 및 제2파장성분을 각각에 투과시키는 제1 및 제2광학 필터를 일정한 주기로서 교대적으로 배설하고, 상기한 주기에 관련하는 데이터에 따라서 제1 및 제2광학 필터를 각각 투과한 빛에 의하여 형성된 화상부분을 각 1개 이상 포함하는 영역마다 2색 온도연산을 행하며, 각 영역에 대응하는 각 물체부분의 각각 그 영역마다의 온도를 산출하는 것에 의하여 온도 패턴을 구하는 것을 특징으로 한다. 이하 본 방법을 그 실시에 사용하는 장치의 개략을 표시하는 제8도에 따라서 설명한다.

제8도에 있어서,

(1)은 제2도에 표시한 것과 동일한 촬상장치, (4')는 뒤에서 설명하는 기능을 나타내는 비데오 신호처리회로, (3),(5),(6)은 각각 제2도의 것과 동일한 모니터용 음극선관, 메모리장치, 연산장치이다. 그리고 (2')는 제9도에 표시한 바와 같이 원판형상의 회전 필터로서, 반원부분이 투과 파장성분의 피이크로 되는 파장을 λ₁으로 하는 제1광학 필터(21'), 또 다른 반원부분이 투과 파장성분의 피이크로 되는 파장을 λ₂로 하는 제2광학 필터(22')로 되어 있다.

이 회전필터(2')는 촬상장치(1)의 앞면에 그 대물렌즈(도면 표시하지 않음)와 평행적으로 되도록 하여서 그 중심과 외주면과의 대략 중간 부분이 대물렌즈의 광축에 일치하도록 배치된다. (7)은 회전필터(2')를 그 중심축 주위에 회전시키기 위하여 설치한 모우터, (8)은 모우터(7)에 연동 연결되어 그 회전량에 따른 수의 펄스를 출력하는 펄스 발진기 등으로 이루어진 회전위치 검출기로서, 그 출력신호는 비데오 신호처리회로(4')에 입력된다. 촬상장치(1)를 계측대상물(W)에 면하게 하면 이것이 발하는 빛은 회전 필터(2')를 투과하여서 촬상장치(1)에 입사되는 것으로 되는 바, 이 실시예에서는 계측대상물(W)과 회전필터(2')와의 사이에 보조렌즈(9)를 개재시켜서 계측대상물(W)로부터의 빛을 모아서 효율좋게 촬상장치(1)로 인도하도록 하고 있다.

그런데, 이 방법에 있어서는 화면변경주기(예컨대 1/30초)와 촬상장치(1)의 앞면에 위치시키는 제1광학필터(21') 또는 제2광학 필터(22')의 변경주기를 일치시키도록 예컨대, 15회전/초로서 회전필터(2')를 모우터(7)로서 회전 구동한다. 그러면 촬상장치(1)는 제1광학 필터(21')를 투과한 빛에 의한 화상과, 제2광학필터(22')를 투과한 빛에 의한 화상을 교대로 얻는 것으로 된다.

비데오 신호처리회로(4')는 촬상장치(1)에서 발하여진 비데오 신호(VDS) 중의 수직동기신호를 1화면의 구획신호로 하고, 그 사이의 신호를 메모리장치(5)의 2개 지역에 교대로 기입한다. 이 기입은 비데오 신호(VDS) 중의 수평동기신호를 지표로 하여 1주사선에 특정한 어드레스군을 할당하고, 이 어드레스군 중의 각 어드레스에는 그 주사선에서 이산적(離散的)으로 샘플링한 상기한 어드레스군 중의 어드레스와 동일한 수의 데이터를 각각 격납하도록하여서 행하여진다.

비데오 신호처리회로(4')는 수평동기신호에 따라서 샘플링 타이밍을 결정하는 타이밍 신호를 만들고, 이것에 따라서 화상신호의 레벨을 샘플링하며, 이것을 파장(λ₁) 또는 (λ₂)에 대응하는 방사에너지에 관한 데이터로서 메모리장치(5)로 출력한다. 회전 위치 검출기(8)가 발하는 출력신호는 연산장치(6)에 대하여 파장(λ₁)(λ₂)의 각각에 관한 데이터가 메모리장치(5) 중에 있어서의 어느 지역내에 기입되어 있는가를 특정하기위한 정보로서 부여된다.

그러면 메모리장치(5)의 양 지역에 함께 데이터가 기입된 시점에 있어서는 연산장치(6)는 기억장치(5) 내의 기억내용을 제10도에 표시한 바와 같이 인식하고 있는 것으로 된다. 제10도는 제1, 제2광학 필터(21')(22')를 각각 투과한 빛에 의하여 촬상된 화상을 각각 n행 m열의 매트릭스 형상으로 배설한 영역으로 분할하여 표시한 것으로서 ε¹ _i,_j,ε² _i,_j(i=1,2…n, j=1,2…m)은 제1, 제2광학 필터(21')(22')를 각각 투과시켜서 얻은 각 화상들의 제i행, 제j열의 영역에서의 파장(λ₁)(λ₂)의 각각 그 방사에너지 값을 표시하고 있다. 또한, n은 1화면 중의 주사선수에, 또 m은 1주사선 중의 샘플링 갯수에 대응하고 있다.

이와 같이 연산장치(6)는 메모리장치(5)의 기억내용을 판독하고, 대응영역의 데이터내용을 결합시켜서 2색 온도연산을 행한다. 예컨대 제i행, 제j역에 대해서는 하기한 식(2)에서 이 대응영역에 상당하는 계측대상물(W)의 표면부분의 온도(T[°K])가 구하여진다.

즉, 제1방식에서는 시간적으로는 동일하나 장소적으로는 약간 다른 2개의 정보에 따라서 그 양쪽 장소의 대표온도를 구하는 것으로 하였으나, 이 제2방식에서는 장소적으로 동일하나 시간적으로는 약간 다른 2개의 정보에 따라서 그 양쪽 시간의 대표온도를 구하는 것으로 하고 있는 것이다. 물론 장소적으로도 약간 다른 정보에 대해서 온도를 구하도록 하는 것도 가능하다. 이와 같이 하여서 연산장치(6)는 차례차례로 각 영역의 온도를 산출하여 가면서 소요의 온도 패턴을 구하여 이것을 표시 또는 기록시킨다. 2화면 단위의 데이터 처리가 종료한 후는 다음 순서의 2화면의 데이터 기입이 개시되는 것은 물론이다.

상술한 방법은 상기한 제1방식의 것에 비하여 분해성능이 높고, 또 광학필터를 제작하기 용이하다고 하는 잇점이 있다. 또한 이 방법에 있어서는 이미지 가이드를 촬상장치(1)에 직결하는 것은 할 수 없으나, 제8도의 실시예와 같이 보조렌즈(9)를 사용하는 경우는, 그 대물면측에 이미지 가이드의 근거부의 끝 부분을 광학적으로 결합하는 것에 의하여 실질적으로 이미지 가이드를 사용하는 것이 가능하게 된다. 또한 회전 필터는 투과파장(λ₁)(λ₂)의 것을 4등분으로 배분하는 등, 보다 다수의 분할 형상으로 구성하여도 좋은 것은 물론이다.

다음에 상기한 제3방식에 관한 본 발명의 온도 패턴 계측방법에 대하여 설명한다. 본 방법은 측정 온도 대상의 물체에서 발하여진 빛을 투과파장 성분이 서로 다른 제1 및 제2광학필터를 각각 투과시켜서 제1 및 제2촬상장치로 각각 포착하고, 제1 및 제2촬상장치의 각각으로서 얻은 화상정보를 관련지워서 양쪽 화상의 대응하는 영역마다 2색 온도연산을 행하며, 각 영역에 대응하는 각 물체부분의 온도를 산출하는 것에 의하여 온도 패턴을 구하는 것을 특징으로 한다.

이하 이 방법을 그 실시예 사용하는 장치의 개략을 표시하는 제11도에 대해서 설명한다. 제11도에 있어서, (51)(52)는 각각 투과파장 성분의 피이크로 되는 파장이 λ₁,λ₂인 제1, 제2광학필터(31)(32)를 대물렌즈 앞면에 각각 장착한 촬상장치이며, 촬상장치(52)는 계측대상물(30)과의 사이에 촬상렌즈(34), N·D(neutral density) 필터(35)를 계측대상물 쪽에서 이 순서로 개재시켜서 이것과 정면 대향하여서 배치하고 있다.

N.D. 필터(35)는 계측대상물(30)에서 촬상장치(51)에 이르는 광축과 45°를 이루도록 하고 있으며, 그 N.D. 필터(35)에서 발사된 빛은 N.D. 필터(35)와 평행하게 배치된 전(全) 반사거울(36)에 반사되어서 상기한 광축과 평행하게 되고, 이것이 다른 쪽의 촬상장치(51)의 광축 중심에 일치하여서 그 촬상장치로 들어가게 되도록 하고 있다.

그리고 계측대상물(30)에서 촬상장치(51)(52)에의 광로길이는 같게 하고 있다. (53)는 촬상장치(51)(52)에 공통의 주사제어 회로로서, 양쪽 촬상장치(51)(52)의 전자비임은 동기(同期)하여서 주사된다. (61)(62)는 각각 촬상장치의 모니터용 음극선관이다. 각 촬상장치(51)(52)의 비데오신호(VDS1)(VDS2)는 그 수직동기신호, 수평동기신호가 동일한 다이밍으로서 나타낸다. 한편, 비데오신호(VDS1)(VDS2)의 화상신호는 동일 화상부분 위의 바꾸어 말하면, 계측대상물(30)의 동일 표면부분에 관한 데이터가 동일한 타이밍으로서 나타내는 것으로 되는 바, 한쪽은 파장(λ₁)에, 또 다른쪽은 파장(λ₂)에 대응하는 방사에너지 값을 표시하는 데이터로 되어 있다.

이와 같은 비데오신호(VDS1)(VDS2)는 비데오신호처리 처리회로(54)에 입력되며, 여기서 양자 동일의 수직동기신호, 수평동기호를 기준지표로 하여 각각의 화상신호로 동일한 타이밍으로서 다수 샘플링하고, 동일한 시점에 있어서의 양쪽 비데오신호의 화상신호의 샘플링 값을 병행적으로 연산장치(56)로 출력한다.

또, 비데오신호 처리회로(54)는 각 샘플링 값을 촬상장치(51)(52)의 촬상화면 위의 영역에, 따라서 또 계측대상물(30)의 상당한 부분에 대응시키기 위한 정보로서 수직동기회로, 수평동기회로, 또는 이들을 가공하여서 얻은 샘플링을 위한 타이밍신호 등을 동일하게 연산장치(56)로 출력한다.

즉, 이 방법에서는 동일 측정온도 영역의 파장(λ₁)(λ₂)에 각 대응하는 방사에너지 값이 동시에 병행적으로 연산장치(56)에 입력되는 것으로 된다. 바꾸어 말하면, 제10도에 있어서의 ε¹ _i,_j,ε² _i,_j(단, 동일한 타이밍으로서 얻어진 값)가 주사선의 진행에 대해서 차례차례로 입력되어 가는 것으로 된다. 연산장치는 상기한(2)식에 따라 실시간(real time)으로서 그 영역의 온도를 산출한다. 연산장치(6)는 이와 같이 하여서 각 영역의 온도를 산출하고 있을 때 소요의 온도 패턴을 구하여서 이것을 표시 또는 기록된다. 요컨대, 이 방법은 상기한 제2방식에 의한 방법의 파장(λ₁)(λ₂) 각각의 광학계(系) 및 신호처리계의 일부를 묘사한 것이라고 말할 수 있으나, 메모리장치를 사용할 필요가 없는 것, 실시간 처리가 가능하게한 것 등의 잇점이 있다.

물론, 메모리장치에 데이터를 격납한 후에 연산처리를 행하게 하는 것도 가능하고, 그 경우에는 양쪽 화상의 동일 영역의 데이터끼리를 결합한 것의 연산은 물론이며, 인접된 영역의 데이터를 결합한 것의 연산을 행하게 하는 것도 가능하다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 경우는 가시광선을 포착한 것으로 하고 있으므로 적당한 파장을 선택하면 적외선 방식의 것에 비해서 주위 분위기에 영향받는 일이 적어서 그만큼 측정 정밀도가 높고, 또 제3방식에 관한 방식 이외에서는 이미지 가이드의 사용이 가능하게 되며, 주위 분위기에 전혀 영향을 받지 않는 측정, 또는 미소한 영역, 내부 깊은 부분에 있으며, 외부에서는 직접 시각을 확인할 수 없는 영역에 대해서의 온도 패턴 계측도 가능하게 된다. 또, 분해성능이 극히 높아서 응답성에도 우수하다.

따라서, 예컨대 전봉강관 제조공정에 있어서의 용접점 전후의 피용접부 즉, 에이지의 가열부의 온도 패턴 측정은 품질관리상 그 필요성이 강조되어 있음에도 불구하고, 주위 분위기가 뒤떨어져서 좋지 못한 것, 계측영역이 좁은 것, 온도변동이 극심한 것, 스퀴이즈롤(Squeeze roll)에 은폐되어 바깥 쪽에서 관찰하기 어려운 것 등 때문에 불가능하게 된 것인 바, 본 발명에 의한 경우는 이미지 가이드를 사용하고, 그 앞쪽 끝부분을 스퀴이즈롤의 대향 설치간 국내의 적당한 장소에 위치시키며, 피용접부에 면하는 것에 의하여 위에서 설명한 방해요인을 단숨에 배제할 수 있어서 그 온도 패턴 계측이 실현될 수 있는 것으로 된다. 이와 같이 본 발명은 다수의 우수한 효과를 나타내어서 온도 패턴 계측의 비약적인 혁신을 가져온다.

Claims (1)

1. 계측대상의 물체(W),(30)을 촬상장치로서 포착하고 촬상화상에 따라서 상기한 물체의 촬상부분의 온도 분포를 구하는 온도 패턴 계측방법에 있어서, 상기한 물체에서 발하여진 빛을 선택파장(λ₁)(λ₂) 성분이 서로다른 제1 또는 제2광학필터(21)(22),(21')(22'),(31)(32)를 경유시켜서 포착하고, 제1 및 제2광학필터를 각각 경유한 빛에 의하여 형성된 화상부분을 각 1개 이상 포함하는 영역마다 2색 온도연산을 행하여서 각 영역에 대응하는 물체부분의 각각 그 온도를 산출하는 것에 의하여 온도 패턴을 구하는 것을 특징으로 하는 온도 패턴 계측방법.

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