WO2020105255A1 - 温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置 - Google Patents

温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置

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Definitions

  • a calibration device for a temperature measuring device that determines a measured object using a contact thermometer according to a temperature measurement value, the temperature measuring device before change and the temperature measuring device after change, Corresponding to the temperature measurement value by the contact type thermometer measured by the temperature measurement device before the change and the temperature measurement value by using the spectral spectrum information of the radiant energy of the black body furnace at different temperatures and the dark current data From the spectral spectrum information, a temperature measurement value using a contact thermometer for the temperature measurement device after the change and spectral spectrum information corresponding to the temperature measurement value are generated, and the temperature measurement device after the change is generated using the generated information. And a means for determining the standard spectrum and the calibration curve.
  • the calibration device of the temperature measuring device when determining the base spectrum, spectral spectrum information of the measurement object, a black body furnace of the same temperature as the temperature measurement value by the contact thermometer.
  • the emissivity is calculated from the ratio of the measured radiant energy to the spectral spectrum information, and the spectrum orthogonal to the principal component obtained by principal component analysis of the emissivity variation based on the emissivity is determined as the base spectrum.
  • the base spectrum is determined by applying a partial least squares method to the spectral spectrum information of the measurement target and the temperature measurement value obtained by the contact thermometer.
  • FIG. 4 shows the first principal component and the second principal component.
  • the first principal component shown in FIG. 4 the natural logarithm logL B of the black body radiation energy spectra for seven temperature (lambda, T) is the most representative spectrum waveform.
  • the essential component of the radiant energy is not affected by the emissivity variation.
  • Information can be retrieved.
  • As a specific procedure as shown in the following mathematical expression (14), with respect to a value obtained by excluding the first principal component v (i, 1) of the emissivity variation from the radiant energy x (i, j) in advance, And perform principal component analysis. As a result, the obtained principal components are orthogonal to the first principal component v (i, 1) of the emissivity variation.
  • the temperature measuring device 1 having such a configuration estimates the surface temperature of the steel plate 5 by executing the regression equation creating process and the temperature estimating process described below.
  • the operation of the temperature measuring device 1 when executing the regression equation creating process and the temperature estimating process will be described below with reference to the flowcharts shown in FIGS. 14 and 15.
  • the main component of the emissivity variation is obtained, and the basis not affected by the emissivity variation is extracted by obtaining the main component of the radiant energy orthogonal to the main component of the emissivity variation. It is not limited to this.
  • PLS Partial Least Squares
  • the base having the strongest correlation with the temperature instruction value of the contact thermometer 30 is directly obtained based on the spectral spectrum information acquired from the steel plate affected by the emissivity fluctuation.
  • various mathematical statistical analysis methods can be used to extract the base.

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Abstract

本発明に係る温度測定装置の較正方法は、変更前の温度測定装置及び変更後の温度測定装置において、異なる複数の温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、測定された情報を用いて、変更前の温度測定装置において測定された接触式温度計による温度測定値と該温度測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の温度測定装置についての接触式温度計を用いた温度測定値及び該温度測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、生成した情報を用いて変更後の温度測定装置における基底スペクトル及び検量線を決定するステップを含む。

Description

温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置
　本発明は、本発明は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定する温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置に関する。
　測定対象物の温度を測定するための技術には様々なものがある。そのうち放射温度測定技術は、測定対象物からの放射光を利用して測定対象物の表面温度を非接触で測定する技術であり、放射温度計として実用化されている。放射温度計は、光電変換素子と光学フィルタとを備え、所定の波長帯域における測定対象物の放射エネルギーを測定し、測定された放射エネルギー値を温度に変換することにより、測定対象物の表面温度を測定する。測定対象物の放射エネルギーは、理想的な黒体からの放射エネルギーに測定対象物の放射率を乗じた値になるため、放射温度計を利用して測定対象物の表面温度を測定する際には、測定対象物の放射率の値が必要になる。しかしながら、測定対象物の放射率は測定対象物の状態に応じて変化し、測定対象物の放射率が時間的に変化する場合、温度測定誤差は大きくなる。
　このような背景から、特許文献１～３には、放射率変動の影響を受けることなく測定対象物の温度を高精度に測定する技術が提案されている。具体的には、特許文献１には、分光スペクトル情報を基底スペクトルへ基底分解し、基底スペクトルのスコアを係数として算出し、予め算出した検量線に従い係数を用いて、測定対象物の表面温度を算出する技術が記載されている。また、特許文献２には、接触式温度計を用いて測定対象物を測定した温度測定値に応じて基底スペクトル及び検量線を予め決定し、基底スペクトルのスコアと検量線によって測定対象物の表面温度を算出する技術が記載されている。また、特許文献３には、分光スペクトル情報を基底スペクトルへ基底分解し、基底スペクトルに乗ぜられる係数を用いて測定対象物の表面温度を算出する技術が記載されている。
特開２０１３－２３４９８４号公報 特開２０１３－２２１７８８号公報 特開２０１４－１６９９３５号公報
　しかしながら、特許文献１～３に記載の技術では、測定対象物の表面温度を測定するにあたっては、基底スペクトルや係数や検量線を何らかの方法で決定する必要がある。このため、既存の温度測定装置を新たな温度測定装置に変更する場合には、想定される誤差要因のスペクトル決定、接触式温度計を用いた温度測定、種々条件の加熱サンプルによる分光スペクトル測定等の調整作業を再度行う必要がある。また、高精度の温度測定を行うためには、多くの実験を行う必要があるために多くの労力及び時間がかかる。さらに、測定対象物によってはそのような実験を行うことができない場合がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置変更に伴う調整作業に要する労力及び時間を低減可能な温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置を提供することにある。
　本発明に係る温度測定装置の較正方法は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定し、前記表面温度の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、接触式温度計を用いて測定対象物を測定した温度測定値に応じて決定する温度測定装置の較正方法であって、変更前の温度測定装置及び変更後の温度測定装置において、異なる複数の温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、測定された情報を用いて、変更前の温度測定装置において測定された接触式温度計による温度測定値と該温度測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の温度測定装置についての接触式温度計を用いた温度測定値及び該温度測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、生成した情報を用いて変更後の温度測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定するステップを含むことを特徴とする。
　本発明に係る温度測定装置の較正方法は、上記発明において、前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値と同温度の黒体炉を測定して得た放射エネルギーの分光スペクトル情報との比から放射率を算出し、該放射率に基づく放射率変動を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする。
　本発明に係る温度測定装置の較正装置は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定し、前記表面温度の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、接触式温度計を用いて測定対象物を測定した温度測定値に応じて決定する温度測定装置の較正装置であって、変更前の温度測定装置及び変更後の温度測定装置において測定された、異なる複数の温度毎の黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを用いて、変更前の温度測定装置において測定された接触式温度計による温度測定値と該温度測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の温度測定装置についての接触式温度計を用いた温度測定値及び該温度測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、生成した情報を用いて変更後の温度測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定する手段を備えることを特徴とする。
　本発明に係る温度測定装置の較正装置は、上記発明において、前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値と同温度の黒体炉を測定して得た放射エネルギーの分光スペクトル情報との比から放射率を算出し、該放射率に基づく放射率変動を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする。
　本発明に係る物理量測定装置の較正方法は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の物理量を測定し、前記物理量の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、別の方法により測定した測定対象物の物理量測定値に応じて決定する物理量測定装置の較正方法であって、変更前の物理量測定装置及び変更後の物理量測定装置において、異なる複数の物理量毎に較正基準の対象物の分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、測定された情報を用いて、変更前の物理量測定装置において測定された前記物理量測定値と該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の物理量測定装置についての前記物理量測定値及び該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、生成した情報を用いて変更後の物理量測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定するステップを含むことを特徴とする。
　本発明に係る物理量測定装置の較正方法は、上記発明において、前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報、前記物理量測定値、及び較正基準の対象物の分光スペクトル情報を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と前記物理量測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする。
　本発明に係る物理量測定装置の較正装置は、測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の物理量を測定し、前記物理量の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、別の方法により測定した測定対象物の物理量測定値に応じて決定する物理量測定装置の較正装置であって、変更前の物理量測定装置及び変更後の物理量測定装置において、異なる複数の物理量毎に較正基準の対象物の分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、測定された情報を用いて、変更前の物理量測定装置において測定された前記物理量測定値と該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の物理量測定装置についての前記物理量測定値及び該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、生成した情報を用いて変更後の物理量測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定する手段を備えることを特徴とする。
　本発明に係る物理量測定装置の較正装置は、上記発明において、前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報、前記物理量測定値、及び較正基準の対象物の分光スペクトル情報を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と前記物理量測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする。
　本発明に係る温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置によれば、装置変更に伴う調整作業に要する労力及び時間を低減することができる。
図１は、ある集団の構成員の身長と体重との関係を示す散布図である。 図２は、多点の波長情報と第１主成分との関係を示す図である。 図３Ａは、７段階の温度に対する黒体放射エネルギースペクトルを示す図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す黒体放射エネルギースペクトルに対して対数演算を施した結果を示す図である。 図４は、図３Ｂに示す放射エネルギーの対数演算値に対して主成分分析を実行することによって得られた第１主成分及び第２主成分を示す図である。 図５Ａは、第１主成分を用いた黒体放射エネルギースペクトルの再構成例を示す図である。 図５Ｂは、第１主成分と第２主成分とを用いた黒体放射エネルギースペクトルの再構成例を示す図である。 図６は、放射率変動の主成分ベクトルと放射エネルギーの主成分ベクトルとの関係を示す図である。 図７は、放射率変動の一例を示す図である。 図８は、測定対象物から取得された分光エネルギースペクトルを示す図である。 図９は、理想的な黒体放射エネルギースペクトルに対して主成分分析を実行することによって得られた第１主成分に対するスコアと測定対象物の温度との関係を示す図である。 図１０Ａは、図９に示す関係に基づいて測定対象物の表面温度を測定した結果を示す図である。 図１０Ｂは、従来技術を用いて測定対象物の表面温度を測定した結果を示す図である。 図１１は、本発明の一実施形態である温度測定装置の構成を示すブロック図である。 図１２は、図１１に示すＦＴＩＲの内部構成を示す模式図である。 図１３は、図１１に示す接触式温度計の構成を示す模式図である。 図１４は、本発明の一実施形態である回帰式作成処理の流れを示すフローチャートである。 図１５は、本発明の一実施形態である温度推定処理の流れを示すフローチャートである。 図１６は、本発明の他の実施形態である温度測定装置の構成を説明する模式図である。 図１７は、図１６に示す分光器の内部構成を示す模式図である。 図１８は、温度測定装置の較正装置の構成を示すブロック図である。 図１９は、変更前の温度測定装置において７００～１１００℃の範囲内の複数の異なる温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定した結果を示す図である。 図２０は、変更後の温度測定装置において７００～１１００℃の範囲内の複数の異なる温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定した結果を示す図である。 図２１は、変更前の温度測定装置の検量線と変更後の温度測定装置の検量線との関係の一例を示す図である。 図２２は、変更前の温度測定装置における基底スペクトルと変更後の温度測定装置における基底スペクトルとの関係の一例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である温度測定装置の較正方法について説明する。
　まず、本発明の一実施形態である温度測定装置の較正方法が適用される温度測定装置における表面温度測定の概念について説明する。
〔概念〕
　測定対象物の放射エネルギーを利用した測定対象物の表面温度測定においては、以下の数式（１）に示すように、黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）に予め仮定した放射率のスペクトルε（λ）を乗じた測定値Ｌ（λ，Ｔ）が測定される。なお、数式（１）中のパラメータλは放射エネルギーの測定波長を示し、パラメータＴは測定対象物の表面温度を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、数式（１）の両辺のｌｏｇ（自然対数）を取り変形すると、以下に示す数式（２）が得られる。従って、数式（２）の右辺に測定値Ｌ（λ，Ｔ）と放射率のスペクトルε（λ）とを代入することにより、黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）の推定値を算出することができる。なお、ここで“推定値”と表現する理由は、予め仮定した放射率のスペクトルε（λ）が正確かどうかわからないためである。すなわち、放射率のスペクトルε（λ）が仮定した値からずれている場合には、算出された黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）の値は正しい値ではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　但し、黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）は、本来、以下の数式（３）に示すプランクの放射則で表現される。なお、数式（３）中のパラメータｃ１，ｃ２は物理定数を示している。従って、黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）に放射率のスペクトルε（λ）に起因する誤差が含まれていたとしても、本来取りうる黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）の形は決まっているので、放射率のスペクトルε（λ）に関係なく黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）の真の形を推定できる可能性がある。そこで、黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）の形に着目するための一手法として、主成分分析（基底分解）を行うことを考える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　まず、図１を参照して、一般的な主成分分析手法について説明をする。図１は、ある集団の構成員の身長Ｘ１と体重Ｘ２との関係を示す散布図である。一般に、身長Ｘ１が大きい人は体重Ｘ２が重いと言えるので、図１に示す散布図は右上がりの分布を有している。図１中に挿入した右上がりの線分Ｌ１はこの分布の中心を通る線であり、いわば「体の大きさ」という尺度を表している。主成分分析手法とは、この身長Ｘ１と体重Ｘ２との組合せデータ（２次元情報）の本質的解釈が、「体の大きさｔ１」という１次元の尺度で代表されるということを統計的に導く手法である。数学的には、この「体の大きさ」は第１主成分であり、この第１主成分と直交する、第１主成分の次に本質的な情報が第２主成分となる。図１に示す例では、第２主成分は物理的には「肥満度ｔ２」なる尺度（線分Ｌ２）と言える。
　図１に示す例では、元々の２次元情報（身長、体重）が主成分分析によって「体の大きさ」という１次元情報に縮約される。従って、この本質を抜き出すという情報処理を表面温度推定における放射エネルギースペクトル波形に適用すれば、多点の波長情報から本質を抽出することができる。この場合、多点の波長情報は、図２に示すように測定波長の数と同じ次元数の空間上の１点として表現される。例えば７つの温度に対するｎ波長の分光スペクトルデータが与えられたとすると、ｎ次元空間上の７つの点が与えられることになる。従って、この７つの点のｎ次元空間における分布の広がりを考えて、最も広がりの大きな方向が第１主成分の方向となり、これが前述の７つの点を区別する、つまり７つの温度を区別する最も有力な手がかりとなる。
　ここで、図３Ａに示す７つの温度に対する黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）（これは黒体炉を測定することにより得られる）に対数演算を施した結果であるｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）（図３Ｂ）に対して主成分分析を行ったときに得られた第１主成分及び第２主成分を図４に示す。図４に示す第１主成分は、７つの温度に対する黒体放射エネルギースペクトルの自然対数ｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）を最も代表するスペクトル波形である。黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）に対数演算を施した理由は、測定対象物の表面温度を実際に測定した場合に黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）に乗じた形で影響する放射率ε（λ）をｌｏｇε（λ）の加算という形で分離するためである。
　次に、この第１主成分に直交するベクトル空間で７点のばらつきが２番目に大きな方向を取り出したものが第２主成分であり、これを同図に示す。直観的には、第１主成分が、温度とともに増大する平均的なエネルギーを表現する基底で、第２主成分が、細かな形を表現するための基底のように見える。以降、同様にして第３主成分以降の主成分も求めることができる。これら低次の主成分情報は、元の７つの黒体放射エネルギースペクトルｌｏｇＬＢ（λ，Ｔ）の本質的なスペクトル情報（基底スペクトル）である。
　これら低次の主成分情報が、確かに元の７つの黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）の本質的なスペクトル情報（基底スペクトル）であるということを検証するため、基底スペクトルから元の７つの黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）を再構成した際の当てはまり具合を図５Ａ，図５Ｂに示す。再構成とは基底ベクトルを係数倍して足し合わせるという積和演算、つまり線形操作を行うことによって元のスペクトルを構成するものである。元の７つの黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）に、低次の基底ベクトル情報がどの位含まれているかにより再構成した際の当てはまり具合が変化する。図５Ａは第１主成分のみで再構成した結果、図５Ｂは第２主成分までで再構成した結果を示している。
　図５Ｂから明らかなように、第２主成分までを使用することによって、７つの黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）のどれもが非常に良く再構成されていることがわかる。これは、１つ１つの黒体放射エネルギースペクトルＬＢ（λ，Ｔ）はＮ点の波長情報、つまりＮ次元の各座標で表現する必要はなく、２つの基底ベクトルの線形和という２つの係数分の２点の情報だけで表現できるということを意味している。換言すれば、Ｎ次元データが２次元データに圧縮されたとも言える。この際、次元数は大幅に圧縮されてはいるが、「基底ベクトル」という本質的なスペクトル形で再構成されているということが重要で、先に述べた放射率変動といった外乱には影響されにくいことが想定される。
　図３Ｂに示す対数演算結果を改めて数式の形で補足する。図３Ｂに示す対数演算結果は、例えば波長２～１０μｍの波長範囲内で０．３２μｍ毎に測定された波長方向（横軸）Ｎ＝２５０点における放射エネルギーに対数演算を施したものである。ここで、放射エネルギーのｌｏｇ値をｘ（ｉ，ｊ）として表すことにする。なお、パラメータｉ（＝１～２５０）は、測定波長番号を表し、パラメータｊ（＝１～７）は温度番号を示す。パラメータｊに対する温度はｙ（ｊ）であるとする。さらに、放射エネルギーのｌｏｇ値ｘ（ｉ，ｊ）に対して主成分分析を実施した結果得られた主成分ベクトルをｗ（ｉ，ｋ）とする。主成分ベクトルｗ（ｉ，ｋ）の決め方の説明は主成分解析の一般的文献に譲るが、簡単に説明すると、以下に示す数式（４）中のパラメータｊについてのばらつきが最大になるように第１主成分ｗ（ｉ，１）が決定され、第１主成分ｗ（ｉ，１）と直交するベクトルの中で以下に示す数式（５）中のパラメータｊについてのばらつきが最大になるように第２主成分ｗ（ｉ，２）が決定されるといった具合である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　各主成分ベクトルの大きさ（ｉ＝１～Ｎの各成分の二乗和の平方根）は１とする。主成分ベクトルｗ（ｉ，ｋ）において、パラメータｉは１～２５０の範囲、パラメータｋは数学的には１～Ｎの範囲で考えることができるが、本例ではｋ＝１，２の範囲で考える。一般に、パラメータｋがより小さい（低次の主成分）場合がより放射エネルギーのｌｏｇ値ｘ（ｉ，ｊ）の本質を表すことになるが、パラメータｋの範囲の選び方に関しては本発明では特に限定しない。なお、第１主成分ｗ（ｉ，１）のみで元の放射エネルギーデータを再構築した値は以下に示す数式（６）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　数式（６）中のパラメータａ（ｋ，ｊ）は数学的には主成分得点若しくはスコアと呼ばれる定数（スカラー）である。そして、数式（６）を対数演算を施す前の状態、すなわち、以下に示す数式（７）で表される値として表示したものが図５Ａに示した再構築例である。なお、数式（７）中のｅは自然対数の底を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　同様に、第１主成分ｗ（ｉ，１）に第２主成分ｗ（ｉ，２）を加えて元の放射エネルギーデータを再構築した値は以下に示す数式（８）によって表される。そして、同様に、数式（８）を対数演算を施す前の状態で表示したものが図５Ｂに示した再構築例である。この第２主成分ｗ（ｉ，２）までを使って再構築した放射エネルギーデータでほぼ元の放射エネルギーのｌｏｇ値ｘ（ｉ，ｊ）を再現することができる。このことは、実温度を推定する場合、２５０点のデータから構成される放射エネルギーのｌｏｇ値ｘ（ｉ，ｊ）を使用する代わりに、たかだか２点のデータであるスコアａ（ｋ，ｊ）を使用しても情報の質が落ちないということを意味している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　なお、スコアａ（ｋ，ｊ）は、主成分ベクトルｗ（ｉ，ｋ）と元の放射エネルギーのｌｏｇ値ｘ（ｉ，ｊ）との内積を算出することによって導出され、個々の成分は、以下に示す数式（９）によって導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　以上が、分光スペクトルデータに対して主成分分析を行う際の基本的な考え方である。ここでは、さらに、測定対象物の放射率変動の影響を受けないようにするための、主成分分析の適用方法について考える。放射率の変動があった場合、放射率を予め既知の放射率値ε(λ)と操業条件等によって変化し得る放射率変動分δε(λ)とに分けて、数式（１）に対応する形で測定値Ｌ（λ，Ｔ）は以下に示す数式（１０）のように記述することができる。ここで、数式（１０）中のパラメータε0(λ)は設定値等の基準となる放射率、パラメータδε(λ)は種々の条件下での放射率の変動を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　上記数式（１０）両辺のｌｏｇ（自然対数）を取り変形すると、以下に示す数式（１１）が得られる。従来の放射温度測定では、測定波長における放射率ε0(λ)は既知として、単色温度計では以下に示す数式（１２）により表される仮定、２色温度計では以下に示す数式（１３）により表される仮定をおき、方程式を解くことによって表面温度を求めている。しかしながら、これらの仮定が厳密には成立せずに温度誤差が生じることが多い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　そこで、ここでは測定対象物の放射率変動の挙動が予めわかっているとして、その放射率変動データに対して主成分分析を行い、放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）を算出する。放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）は、測定対象物の放射率変動の統計的挙動を表現するものになる。換言すれば、この放射率変動の主成分ベクトルと直交するベクトルは全て、放射率変動を受けないベクトルと言える。図６に以上の説明の概念図を示す。すなわち、図６に示すように、放射率変動の主成分ベクトルＶ２と直行する放射エネルギーの主成分ベクトルＶ１は、放射率変動の影響を受けず、測定対象物の温度に対する感度が最大になる。
　従って、放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）に必ず直交するという制約の下、放射エネルギーの主成分分析を行うことにより、放射率変動の影響を受けずに放射エネルギーの本質的な情報を取り出すことができる。具体的な手順としては、以下の数式（１４）に示すように、放射エネルギーｘ（ｉ，ｊ）から予め放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）を除いておいた値に対して主成分分析を行う。これにより、求められる主成分は、いずれも放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）と直交するものとなる。また多くの場合、放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）はあくまで統計的なもので、実際の放射率変動は放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）とは完全には一致せずにずれがあることも考えられる。しかしながら、このような場合であっても、数式（１４）を利用して求めた主成分は放射率変動の第１主成分ｖ（ｉ，１）とはほぼ直交していると考えられるので、最も誤差が乗りにくい条件が実現できていると考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　上述の概念に基づいて、放射率の大きさが図７に示すように変化する測定対象物の温度測定シミュレーションを行った例について説明する。なお、本例は、放射率変動が定数倍、すなわち、パラメータＫを定数としたとき、以下に示す数式（１５）が成立する例である。従って、対数演算を施した後の放射率変動の主成分は、全ての波長成分が同一の値を持つ、いわゆる直流成分となる。このように放射率が変化する場合、測定される放射エネルギーは、図５Ａに示すような黒体放射エネルギーに放射率が乗じられた値として測定される。８００℃の場合の各放射率に対応して測定される分光エネルギースペクトルを図８に示す。図から明らかなように、８００℃で放射率が低い場合には、７５０℃で放射率が想定値通りであった場合と波形が類似しており、従来方式のうち、単色温度計ではこのように放射率が変化している測定対象物を精度よく測定することは難しい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　そこで、これらの波形を対数演算後、想定している放射率データであるｌｏｇε（λ）を減算した波形に対し、放射率変動を表現する基底（この場合は直流成分）と、放射率変動を表現する基底と直交し、且つ、黒体放射エネルギースペクトルを表現するのに本質的な基底（第１主成分）とを用いて表現する。そして、その第１主成分に乗ぜられる係数に着目する。その理由は、黒体放射エネルギースペクトルの第１主成分に対応する係数は放射率変動の影響を受けずに、黒体放射エネルギースペクトル波形を表現するために本質的な情報を有していると考えられるからである。
　ここで、放射率変動の主成分を除いた後の第１主成分の係数に注目して見ると、理想的な黒体放射エネルギースペクトルに主成分分析を適用した際の、第１主成分に対する係数（スコア）と測定対象の温度との関係が図９に示すような関係であることがわかる。このため、図９に示す関係から、第２主成分に対する係数と測定対象の温度との関係を表す検量線を計算しておき、放射率が増減した場合の測定放射エネルギースペクトルから計算した第１主成分に対する係数を用いて温度を推定した。その結果、図７に示したような放射率の増減があった場合でも、図１０Ａに示すような誤差に収まることが確認された。なお、２色温度計（この場合は波長２μｍと波長４μｍ）で測定を行った場合の誤差は、図１０Ｂに示すように、完全に放射率の比が等しい条件が成立している場合は誤差が小さいが、放射率の比が必ずしも等しくなく、変動しているような場合には大きい。
　従って、本発明の目的である温度推定のための元情報としては、多数の波長からなる分光情報に対して主成分分析を行い、低次の主成分で元分光情報を再構成した場合の、基底ベクトルの係数倍という情報（主成分得点）が有効であることが確認された。先の例に照らし合わせて換言すると、元のＮ点波長データから温度を推定する代わりに、Ｎ点波長データを第２主成分までのスコアである２点データに次元圧縮し、その２点情報から温度データを通常の重回帰手法で推定する。図５Ａ，５Ｂで示したように、この２点情報から十分にＮ点波長データを再現できることを考えると、この２点情報には温度を推定するための十分な情報が入っているからである。
　数式の形で補足すると、オリジナルのＮ点波長データから温度を推定する以下に示す数式（１６）の代わりに、第２主成分までのスコアである２点データから温度を推定する以下に示す数式（１７）を用いて温度を推定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　次に、上記の概念に基づき想到された本発明の一実施形態である温度測定装置及びその温度測定方法について詳しく説明する。
〔温度測定装置の構成〕
　まず、図１１～図１３を参照して、本発明の一実施形態である温度測定装置の構成について説明する。
　図１１は、本発明の一実施形態である温度測定装置の構成を示すブロック図である。図１２は、図１１に示すＦＴＩＲの内部構成を示す模式図である。図１３は、図１１に示す接触式温度計の構成を示す模式図である。図１１に示すように、本発明の一実施形態である温度測定装置１は、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）２、接触式温度計３０、エアシリンダ４０、回帰式作成部３、及び温度推定部４を備えている。
　ＦＴＩＲ２は、測定対象物である鋼板５からの放射エネルギーの分光スペクトルを測定するものである。図１２に示すように、ＦＴＩＲ２は、ミラー１１、ハーフミラー１２、可動ミラー１３、ミラー１４、ミラー１５，１６、及び検出器１７を備え、ミラー１１、ハーフミラー１２、可動ミラー１３、及びミラー１４～１６は干渉計１８を構成している。鋼板５から発せられた放射光は干渉計１８に導かれ、検出器１７が干渉計１８から出た光の光量を測定する。
　このとき、干渉計１８の可動ミラー１３を移動しながら時系列的に測定した検出器１７の信号をフーリエ変換することにより、鋼板５からの放射エネルギーの分光スペクトル情報が得られる。この場合、１つの分光スペクトル情報を得るために、可動ミラー１３を移動させるだけの時間を要するが、その間の温度変動が十分小さければ問題ない。分光スペクトルを測定する方法は、これ以外にも、回折格子を利用する方法、波長選択フィルタを利用する方法等種々考えられるが、いずれの方法を利用しても構わない。
　接触式温度計３０は、測定対象物である鋼板５に熱電対を接触させて鋼板５の温度を測定するものである。実際の製造プロセスにおける温度測定場面では、焼鈍炉等の炉内を所定速度で搬送されている状態の鋼板を対象に温度を測定する。このため、本実施形態では、接触式温度計３０は、移動体の温度を測定するものとして一般的に用いられるものを採用する。
　すなわち、例えば、図１３に示すように、接触式温度計３０は、所定速度で搬送される鋼板５上を安定追従するためのタッチロール３１を介してボディ３３が載上されてなり、このボディ３３に取り付けられたそり状の金属箔３５が鋼板５上を摺動するように構成されている。この金属箔３５の裏面側には、熱電対３７の感熱部３７１が配され、温度測定はこの感熱部３７１で行われる。ここで、ボディ３３は、熱電対３７を支持して感熱部３７１を金属箔３５の裏面側の所定位置に保持し、金属箔３５を介して温度を測定するように配置される。この接触式温度計３０は、ボディ３３に取り付けられたエアシリンダ４０を駆動することで、図１３中に矢印で示す上下方向に移動可能に構成され、温度測定時は金属箔３５を鋼板５と接触・摺動させる一方、測温しない場合には、鋼板５から離間して上方に退避するようになっている。この接触式温度計３０の温度指示値（温度測定値）は回帰式作成部３に随時出力される。
　回帰式作成部３及び温度推定部４は、マイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。回帰式作成部３は、後述する回帰式作成処理を実行することによって、温度推定部４が鋼板５の表面温度を推定する際に使用する基礎データ（基底スペクトル及び重回帰係数）を算出する。温度推定部４は、後述する温度推定処理を実行することによって、回帰式作成部３によって算出された基礎データを用いて鋼板５の表面温度を測定する。
　このような構成を有する温度測定装置１は、以下に示す回帰式作成処理及び温度推定処理を実行することによって、鋼板５の表面温度を推定する。以下、図１４及び図１５に示すフローチャートを参照して、回帰式作成処理及び温度推定処理を実行する際の温度測定装置１の動作について説明する。
〔回帰式作成処理〕
　始めに、図１４に示すフローチャートを参照して、回帰式作成処理を実行する際の温度測定装置１の動作について説明する。
　図１４は、本発明の一実施形態である回帰式作成処理の流れを示すフローチャートである。図１４に示すフローチャートは、鋼板５の表面温度を測定する前の調整過程における所定のタイミングで開始となり、回帰式作成処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この回帰式作成処理を実行する際、図１１に示す鋼板５は黒体炉に置き換えられるものとする。
　ステップＳ１の処理では、回帰式作成部３が、前述のように接触式温度計３０から随時入力される温度指示値に基づき、その温度と対応付けられた黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報を前述のデータベースから検索して、検量線作成用の分光スペクトル情報として取得する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、回帰式作成処理はステップＳ２の処理に進む。
　ここで、接触式温度計３０から入力される温度指示値は、その温度を測定した際の金属箔３５と鋼板５との接触具合によってばらつく場合が想定される。このため、接触式温度計３０から入力される温度指示値をそのまま用いる場合に限らず、例えば所定時間内に測定した複数の温度指示値の最大値や平均値等、二次的に算出される値を用いることとしてもよい。
　また、測定対象物の温度として想定される温度範囲が広範囲に亘る場合等、その温度範囲を網羅するように全ての温度について黒体炉の分光スペクトル情報を測定しておくことが困難な場合もある。このような場合には、予め温度範囲内の何点かの温度について測定した黒体炉の分光スペクトル情報を主成分分析してスコアを算出し、スコアと黒体炉温度との関係式を算出しておくようにしてもよい。そして、ステップＳ１の処理では、算出しておいた関係式から温度指示値の温度に対応するスコアを求め、求めたスコアを用いて温度指示値の温度における分光スペクトル情報を図５Ｂに示したのと同様の手法で再構成して、これを検量線作成用の分光スペクトル情報として取得するようにしてもよい。
　ステップＳ２の処理では、回帰式作成部３が、ステップＳ１の処理によって随時取得される検量線作成用の分光スペクトル情報と、該当する分光スペクトル情報の取得に用いた温度指示値の温度測定時にＦＴＩＲ２を介して取得された鋼板５の放射エネルギーの分光スペクトル情報との比演算を行うことにより、放射率データを蓄積していく。そして、蓄積した放射率データから得られる放射率変動データの対数演算を行う。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、回帰式作成処理はステップＳ３の処理に進む。
　ステップＳ３の処理では、回帰式作成部３が、ステップＳ２の処理によって算出された放射率変動データに対して主成分分析を実行する。予め、放射率変動の主成分が、おおよそ全ての成分の値が等しいいわゆる直流成分と仮定できる場合には、放射率変動データを用いずに、直流成分と決定してもよい。そして、さらに、回帰式作成部３は、同じくステップＳ２の処理によって算出された黒体炉の放射エネルギースペクトルに対して、放射率変動データの主成分と直交する条件のもとで主成分分析を実行する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、回帰式作成処理はステップＳ４の処理に進む。
　ステップＳ４の処理では、回帰式作成部３が、ステップＳ３の処理によって得られた主成分分析の結果から、使用する主成分を基底として抽出する。また、回帰式作成部３は、既述の数式（９）を利用して、本発明に係る係数に対応する各基底スペクトルのスコアａ（ｋ，ｊ）を算出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、回帰式作成処理はステップＳ５の処理に進む。
　ステップＳ５の処理では、回帰式作成部３が、ステップＳ４の処理によって算出されたスコアａ（ｋ，ｊ）と検量線作成用の分光スペクトル情報に対応した黒体炉の温度とを既述の数式（１７）に適用することによって既述の数式（１７）の重回帰式における重回帰係数ｃ（ｋ）を算出する。そして、回帰式作成部３は、基底スペクトル（主成分ｗ（ｉ，ｋ）、ｋ＝１，２）及び重回帰係数（ｃ（ｋ）、ｋ＝１，２）のデータを基礎データとして温度推定部４に出力する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連の回帰式作成処理は終了する。
　なお、ここでは、放射率変動の主成分を求め、この放射率変動の主成分と直交する放射エネルギーの主成分を求めることで放射率変動の影響を受けない基底を抽出することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ＰＬＳ（部分的最小二乗法）等を用い、放射率変動の影響を受けている鋼板から取得した分光スペクトル情報に基づき接触式温度計３０の温度指示値と最も相関の強い基底を直接求めるようにしてもよく、基底の抽出には種々の数理統計解析手法を用いることが可能である。
〔温度推定処理〕
　次に、図１５に示すフローチャートを参照して、温度推定作成処理を実行する際の温度測定装置１の動作について説明する。
　図１５は、本発明の一実施形態である温度推定処理の流れを示すフローチャートである。図１５に示すフローチャートは、回帰式作成処理が終了した後の所定のタイミングで開始となり、温度推定処理はステップＳ１１の処理に進む。
　ステップＳ１１の処理では、温度推定部４が、ＦＴＩＲ２を介して鋼板５からの放射エネルギーの分光スペクトル情報を取得する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、温度推定処理はステップＳ１２の処理に進む。
　ステップＳ１２の処理では、温度推定部４が、ステップＳ１１の処理によって取得した分光スペクトル情報に対して対数演算処理を実行し、既述の数式（２）を利用して対数演算値から想定している放射率のスペクトルε（λ）の対数値を減算する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、温度推定処理はステップＳ１３の処理に進む。
　ステップＳ１３の処理では、温度推定部４が、ステップＳ１２の減算処理結果ｘ（ｉ，ｊ）と回帰式作成部３から入力された基底スペクトル（主成分ｗ（ｉ，ｋ）、ｋ＝１，２）とを既述の数式（９）に代入することによって、測定対象物の基底スペクトルのスコアａ（ｋ，ｊ）を算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、温度推定処理はステップＳ１４の処理に進む。
　ステップＳ１４の処理では、温度推定部４が、ステップＳ１３の処理によって算出されたスコアａ（ｋ，ｊ）と回帰式作成部３から入力された重回帰係数（ｃ（ｋ）、ｋ＝１，２）とを既述の数式（１７）に適用することによって回帰演算を行い、鋼板５の表面温度を推定する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、一連の温度推定処理は終了する。
　以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である温度測定装置１では、回帰式作成部３が、検量線作成用の分光スペクトル情報を基底分解し、その基底のスコアａ（ｋ，ｊ）を算出し、スコアａ（ｋ，ｊ）と検量線作成用の分光スペクトル情報に対応した温度データとから重回帰係数（ｃ（ｋ）、ｋ＝１，２）を算出する。そして、温度推定部４が、測定対象物の分光スペクトル情報と回帰式作成部３によって算出された基底とに基づいて基底に掛かるスコアａ（ｋ，ｊ）を算出し、算出されたスコアａ（ｋ，ｊ）と重回帰係数（ｃ（ｋ）、ｋ＝１，２）とに基づいて測定対象物の温度を推定する。これにより、放射率の変動の影響を受けることなく測定対象物の温度を高精度に測定することができる。
　なお、本発明を実現するための温度測定装置の構成は、図１１に示した構成に限定されるものではない。図１６は、本発明の他の実施形態である温度測定装置１ａの構成及びこの温度測定装置１ａを適用した焼鈍炉の一部を切り欠いて内部を示した模式図である。図１７は、図１６に示す分光器８の内部構成を示す模式図である。なお、図１６において、上記した実施形態と同様の構成には、同一の符号を付する。
　この温度測定装置１ａは、製造プロセスにおいて焼鈍炉等の炉内で加熱される鋼板５ａの温度を測定するためのものであり、焼鈍炉の炉体９及びこの炉体９内面の断熱材９１を貫通する貫通穴９３に挿入された光ファイバ６、光ファイバ６の炉内側に位置する一端側に設置されたコリメートレンズ７、光ファイバ６の炉外側の他端に接続された分光器８、回帰式作成部３、及び温度推定部４を備えている。測定対象物である鋼板５ａからほぼ平行に放射される光（測定光）は、コリメートレンズ７及び光ファイバ６を経て分光器８に入射する。
　ここで、貫通穴９３に挿入された光ファイバ６の一端部及び一端側のコリメートレンズ７は、断熱材９１等から放射される光が測定光に混入しないよう、水冷遮光管９５によって周囲と区画されている。また、この水冷遮光管９５の内部空間は、レンズ部分等の汚染防止のため、配管９７を介して充填される窒素によってパージされる。
　分光器８は、例えばクロスチェルニーターナー型の分光器で実現され、コリメートミラー８１、回折格子８２、フォーカスミラー８３、及び検出器８４を備えている。この分光器８において、光ファイバ６の他端から入射する測定光は、コリメートミラー８１で平行光とされた後、回折格子８２に入射して分光される。そして、分光された測定光は、フォーカスミラー８３を経由し、検出器８４にて全波長が同時に受光されて検出される。本例では、炉内の鋼板５ａを測定対象物とし、８００℃～１１００℃前後の比較的高温の温度を測定する。このため、検出器８４の検出素子としては、一次元アレイ状のＳｉのＣＣＤやフォトダイオードアレイ等を用い、比較的短い波長域、具体的には、０．４μｍ～０．８μｍや０．４μｍ～１．０μｍ等の波長域を検出するようにしている。
〔較正方法〕
　いま、既存の温度測定装置（以下、装置Ａと表記）について、接触式温度計３０を用いた複数の温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報が記憶されており、また、記憶されている情報に基づいて重回帰式が作成されているものとする。複数の温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報を得るためには、製造ラインにおいて適切な材料及びタイミングを選定し、また接触の際の疵等を検査する必要があるため、非常に多くの労力及び時間を要する。実際、３０例程度の情報を得るためには数ヶ月程度の時間を要する。この装置Ａを故障や較正等の理由により交換する場合には、新たな温度測定装置（以下、装置Ｂと表記）において同様の作業を行う必要あり、装置変更に伴う調整作業に多くの労力及び時間が必要である。そこで、本実施形態では、図１８に示すように、装置Ａ，Ｂ（温度測定装置１）に較正装置５０を接続し、以下に示す較正作業を行うことにより、装置変更に伴う調整作業に要する労力及び時間を低減する。
　具体的には、まず、較正装置５０が、装置Ａ及び装置Ｂにおいて、複数の異なる温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを測定する。図１９は、装置Ａにおいて７００～１１００℃の範囲内の複数の異なる温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定した結果を示す図である。図２０は、装置Ｂにおいて７００～１１００℃の範囲内の複数の異なる温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報を測定した結果を示す図である。次に、較正装置５０が、測定された黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを用いて、装置Ａにおける接触式温度計３０を用いた複数の温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報に対して以下の処理を実行することにより、装置Ｂにおける接触式温度計を用いた温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報を作成する。そして最後に、較正装置５０が、装置Ｂにおける接触式温度計を用いた温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報を用いて上述した回帰式作成処理を実行することにより、装置Ｂの検量線及び基底スペクトルを算出する。図２１は、装置Ａの検量線Ｌ１と装置Ｂの検量線Ｌ２との関係の一例を示す図である。図２２は、装置Ａにおける基底スペクトルＬ３と装置Ｂにおける基底スペクトルＬ３との関係の一例を示す図である。
　装置Ｂにおける接触式温度計を用いた温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報を作成する際は、まず、較正装置５０が、接触式温度計３０を用いた温度測定値における装置Ｂの黒体炉スの放射エネルギーのスペクトルを算出する。次に、較正装置５０は、接触式温度計３０を用いた温度測定値における装置Ｂの黒体炉スの放射エネルギーのスペクトルから装置Ｂの暗電流を減算した値を、接触式温度計３０を用いた温度測定値における装置Ａの黒体炉スの放射エネルギーのスペクトルから装置Ａの暗電流を減算した値で除算した値を感度補正係数として算出する。次に、較正装置５０は、接触式温度計３０を用いた温度測定値と共に装置Ａで測定した分光スペクトルから暗電流データを減算し、得られた分光スペクトルに感度補正係数を乗算する。そして最後に、較正装置５０は、得られた分光スペクトルに対して装置Ｂの暗電流データを加える。これにより、装置Ｂについての接触式温度計を用いた温度測定値とそれに対応する分光スペクトル情報を作成することができる。
　以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態は、本発明を温度測定装置の較正に適用したものであるが、本発明の適用範囲は本実施形態に限定されることはなく、例えば酸化膜や化成処理皮膜等の金属材料表面に形成された薄膜の膜厚を計測する装置等、温度以外の物理量を計測する装置の較正にも適用できる。温度以外の物理量を計測する装置の較正に本発明を適用することにより、装置変更に伴う調整作業に要する労力及び時間を低減することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
　本発明によれば、装置変更に伴う調整作業に要する労力及び時間を低減可能な温度測定装置の較正方法、温度測定装置の較正装置、物理量測定装置の較正方法、及び物理量測定装置の較正装置を提供することができる。
　１，１ａ　温度測定装置
　２　ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）
　３　回帰式作成部
　４　温度推定部
　５，５ａ　鋼板
　６　光ファイバ
　７　コリメートレンズ
　８　分光器
　１１，１４，１５，１６　ミラー
　１２　ハーフミラー
　１３　可動ミラー
　１７　検出器
　１８　干渉計
　３０　接触式温度計
　３５　金属箔
　３７　熱電対
　４０　エアシリンダ
　５０　較正装置
　８１　コリメートミラー
　８２　回折格子
　８３　フォーカスミラー
　８４　検出器

Claims (8)

  1. 　測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定し、前記表面温度の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、接触式温度計を用いて測定対象物を測定した温度測定値に応じて決定する温度測定装置の較正方法であって、
    　変更前の温度測定装置及び変更後の温度測定装置において、異なる複数の温度毎に黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、
    　測定された情報を用いて、変更前の温度測定装置において測定された接触式温度計による温度測定値と該温度測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の温度測定装置についての接触式温度計を用いた温度測定値及び該温度測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、
    　生成した情報を用いて変更後の温度測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定するステップを含む
    　ことを特徴とする温度測定装置の較正方法。
  2. 　前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値と同温度の黒体炉を測定して得た放射エネルギーの分光スペクトル情報との比から放射率を算出し、該放射率に基づく放射率変動を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置の較正方法。
  3. 　測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の表面温度を測定し、前記表面温度の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、接触式温度計を用いて測定対象物を測定した温度測定値に応じて決定する温度測定装置の較正装置であって、
    　変更前の温度測定装置及び変更後の温度測定装置において測定された、異なる複数の温度毎の黒体炉の放射エネルギーの分光スペクトル情報及び暗電流データを用いて、変更前の温度測定装置において測定された接触式温度計による温度測定値と該温度測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の温度測定装置についての接触式温度計を用いた温度測定値及び該温度測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、
    　生成した情報を用いて変更後の温度測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定する手段を備える
    　ことを特徴とする温度測定装置の較正装置。
  4. 　前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値と同温度の黒体炉を測定して得た放射エネルギーの分光スペクトル情報との比から放射率を算出し、該放射率に基づく放射率変動を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と、前記接触式温度計による温度測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする請求項３に記載の温度測定装置の較正装置。
  5. 　測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の物理量を測定し、前記物理量の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、別の方法により測定した測定対象物の物理量測定値に応じて決定する物理量測定装置の較正方法であって、
    　変更前の物理量測定装置及び変更後の物理量測定装置において、異なる複数の物理量毎に較正基準の対象物の分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、
    　測定された情報を用いて、変更前の物理量測定装置において測定された前記物理量測定値と該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の物理量測定装置についての前記物理量測定値及び該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、
    　生成した情報を用いて変更後の物理量測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定するステップを含む
    　ことを特徴とする物理量測定装置の較正方法。
  6. 　前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報、前記物理量測定値、及び較正基準の対象物の分光スペクトル情報を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と前記物理量測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする請求項５に記載の物理量測定装置の較正方法。
  7. 　測定対象物から発せられる放射エネルギーを分光測定し、得られた分光スペクトル情報を信号処理して測定対象物の物理量を測定し、前記物理量の測定は、前記測定対象物から得られた分光スペクトル情報に基づき予め取得される基底スペクトルのスコアを算出し、予め取得される検量線に従って前記スコアを用いて行い、前記基底スペクトル及び前記検量線を、別の方法により測定した測定対象物の物理量測定値に応じて決定する物理量測定装置の較正装置であって、
    　変更前の物理量測定装置及び変更後の物理量測定装置において、異なる複数の物理量毎に較正基準の対象物の分光スペクトル情報及び暗電流データを測定し、
    　測定された情報を用いて、変更前の物理量測定装置において測定された前記物理量測定値と該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報から、変更後の物理量測定装置についての前記物理量測定値及び該物理量測定値に対応する分光スペクトル情報を生成し、
    　生成した情報を用いて変更後の物理量測定装置における前記基底スペクトル及び前記検量線を決定する手段を備える
    　ことを特徴とする物理量測定装置の較正装置。
  8. 　前記基底スペクトルを決定する際、測定対象物の分光スペクトル情報、前記物理量測定値、及び較正基準の対象物の分光スペクトル情報を主成分分析して得た主成分と直交するスペクトルを前記基底スペクトルとして決定する、又は、測定対象物の分光スペクトル情報と前記物理量測定値とに対して部分的最小二乗法を適用することにより前記基底スペクトルを決定することを特徴とする請求項７に記載の物理量測定装置の較正装置。
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