JPH05273043A

JPH05273043A - 放射温度測定装置、放射率測定装置及び放射率累乗比−放射率相関決定の方法

Info

Publication number: JPH05273043A
Application number: JP926693A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Marui; 智敬丸井; Kazuo Arai; 和夫新井; Shinichi Takechi; 真一武智; Ichiro Maeda; 一郎前田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】プロセスの表面近傍の放射率及び温度を測定
する。【構成】この実施例は、単色式放射温度計１２０，２
色式放射温度計１３０，演算ユニット１４０で構成さ
れ、図１は、ローリングプロセス中の圧延鋼板又はアル
ミニウムを被測定物１１０とした場合の様子を示したも
のである。放射率が時間的にある一定の値をとる定常的
な状態（表面に酸化膜が形成されていないとき又は酸化
膜厚ｄが十分大きくなったとき）を検出し、その状態で
の測定誤差の見積（誤差範囲）を含めた温度をその状態
に対応した放射率を用いて測定するようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２波長以上の光から放
射率及び温度を測定する放射温度測定装置及び放射率測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料、金属材料等の製造プロセス
において、その被プロセス材料表面では酸化，合金化，
蒸着等の種々の反応が人工的あるいは自然発生的に起こ
り、この反応に伴って材料物性は著しく変化する。しか
しながら、そういった材料内部のセンシングは困難を極
め、また、多くのセンサーをとりつけ多くのデータを取
り込むことは実用上望ましくない。そのため、上記の物
性値、状態値の中で最も影響の大きなものとして表面温
度をパラメータに選定してこれをオンラインセンシン
グ、ないしは理論計算上の変化状態予測値して制御に利
用している。

【０００３】オンライン材料表面温度センシングに関し
ては、接触式と非接触式の温度センシング技術がある。
熱電対、サーミスタ等による接触式の温度センシング技
術は、温度限界があること、センシング点の位置の温度
しか測定されないこと、接触によるコンタミネーション
（不純物混入）等、問題がありすぎるため実用的に用い
られるプロセスがきわめて限定される。一方、非接触温
度計測としては「放射測温」がある。これは鉄鋼、アル
ミ等のメタル材料のプロセスラインでは実用技術であ
り、放射温度計が製品として市販されている。

【０００４】放射温度計の一種である単色式放射温度計
は、被測定材料５１０からの特定の波長λの光の強度か
ら輝度温度（単位Ｋ）Ｓを輻射センサ５２０で検出し温
度を測定するものである。被測定材料表面における波長
λの光の分光放射率εからつぎの式１で表面近傍の温度
が求められる（Ｃ₂は放射定数を示す）。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、分光放射率εは材料の材質，表面
状態によって決められる定数と仮定されている。この定
数は、図１８に示すように、被測定材料５１０を熱電対
による接触測温で測定してえられる温度Ｔ^*と、単色式
放射温度計５２０の輝度温度Ｓとから式２を用いて決め
られている（これをオフライン作業と呼ぶ）。

【０００７】

【数２】

【０００８】これに対して、２波長で温度Ｓを検出する
２色温度計がある。これら放射温度計の温度測定精度
は、測定する２波長での分光放射率がほぼ等しいか一定
の比例関係が成立する場合には問題ない。しかしなが
ら、熱物体の表面状態が酸化反応などで急変し、分光放
射率が上記の関係から外れるときには測定精度が著しく
悪くなる。特に、単色式放射温度計ではこれよりもさら
に誤差は大きいものとなる。そのため、分光放射率変化
に対応した温度計算方法が望まれ、この点に付いて現在
研究がなされていて、放射率が変動する場合でも使える
改良型２色温度計が考えられている。

【０００９】その技術として「特公平３−４８５５」記
載の方法、および「田中、D.P.Dewitt：Theory of a Ne
w Radiation Thermometry Method and an Experimental
Study Using Galvannealed Steel Specimens （計測自
動制御学会論文集第２５巻第１０号１０３１／１０３
７頁１９８９年１０月）」にて公開されているＴＲＡＣ
Ｅ（Thermometry Re-established by Automatic Compen
sation of Emissivity）法がある。両者は基本的に同一
の計算法であるので前者を説明する。

【００１０】プロセス材料から発せられる輻射エネルギ
ー（光）の分光放射率εは、Ｗｉｅｎ（ウィーン）の近
似則をもちいて得られ、波長λ1 ，λ2 においてつぎの
式３，４で表され、これらの式から温度Ｔを消去して式
５が求まる（これらの式に使われている記号を表１に示
す）。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【数３】

【００１３】

【数４】

【００１４】

【数５】

【００１５】この式５の左辺は「分光放射率の波長のべ
き乗」の比である。以下簡単のため、放射率累乗比と呼
ぶことにする。

【００１６】さて、特公平３−４８５５ではつぎの式６
に示すような分光放射率比（ε1 ／ε2 ）と放射率累乗
比の相関関数「ｆ」をあらかじめ測定によって決定して
おき、温度測定に際しては前述の式５で計算した放射率
累乗比から相関関数ｆによって分光放射率比をもとめ、
温度Ｔをつぎの式７で計算してもとめている。

【００１７】

【数６】

【００１８】

【数７】

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】単色式放射温度計で
は、図１８の分光放射率εの実測を行なわねば精度の高
い測温はできない。しかしながら、分光放射率εは材料
種，温度域，測定波長，輻射センサの測定角度等に依存
し、たとえば輻射センサの測定角度が異なれば分光放射
率εも異なった値をとる。このようなことから、放射率
εは厳密にあらゆるケースについて実測し、それに基づ
いて設定されることは少なく、データブックに載ってい
る値をうのみにして設定したり、勘と経験を頼りに適当
な値に設定している。そのため、測定温度は真の温度に
対し大きな誤差を有するものになることがある。

【００２０】金属材料やシリコン半導体の高温プロセス
では表面に酸化膜が形成され、この酸化膜で光学干渉な
どが生じることによってその酸化膜に依存した分光放射
率εの大きな変化が生じ、合金化プロセスのように材質
自体の変化，表面租度（あらさ）の変化でも同様であ
る。これらの分光放射率εの変化は、前述した放射温度
計（単色式，２色温度計）では検知されず、オンライン
プロセスでは分光放射率εの変化の有無やその変化幅，
それによる温度誤差範囲等はほとんどチェックされな
い。そのため、プロセス完了後の製品に温度制御ミスが
生じ、思わぬ不良品が出たりするのである。

【００２１】一方、改良型２色温度計は上述の問題を解
決しようとするものであるが、表面薄膜の形成過程の表
面温度計測に適用すると事前にオフライン作業で式５の
「ｆ」を決定しなければならないので、前述の単色温度
計の放射率の測定と同様、図１８に示したようなオフラ
イン作業で相関関数「ｆ」を決めている。この改良型２
色温度計でも、温度計測誤差範囲等は出力されない。

【００２２】このように、従来の放射温度計は、測温値
を出力するもののその出力された温度がどの程度の信頼
度を持つのか即ち測温誤差については何ら出力されない
ものであった。そのため、プロセス制御などに用いる場
合、そういった測温外れによる予防措置、適応制御がで
きなかった。本案は上記問題を解決すべく、誤差予測値
を出力する放射温度計を提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の放射温度測定装置は、被測定物の表面から
放射された光を異なった少なくとも２波長で検出し検出
信号として出力する放射温度計と、少なくとも２の波長
の検出信号からから放射率累乗比に対応するパラメータ
を算出し、パラメータの時間的平均値を求め、パラメー
タが時間的平均値に対し所定の範囲にあるかを判定し、
パラメータが所定の範囲にある場合、パラメータから定
められる被測定物の表面の放射率又は放射率比に基づい
て検出信号から被測定物の表面近傍の温度を算出する演
算手段とを備えたことを特徴とする。

【００２４】演算手段は、少なくとも１の波長の検出信
号から或いは少なくとも２の波長の検出信号から被測定
物の表面近傍の温度を算出することを特徴としても良
い。

【００２５】演算手段は、放射率累乗比に対応するパラ
メータの最大値及び最小値から被測定物の表面近傍の誤
差の上限値及び下限値をさらに算出することを特徴とし
ても良い。

【００２６】放射率累乗比に対応するパラメータが所定
の範囲外にある場合、外部に放射率が不安定であること
を示すアラーム信号を出力することを特徴としても良
い。

【００２７】パラメータが２の波長の検出信号の値の逆
数の差であることを特徴としても良い。

【００２８】また、本発明の放射率測定装置は、被測定
物の表面から放射された光を異なった少なくとも２波長
で検出し検出信号として出力する放射温度計と、少なく
とも２の波長の検出信号から放射率累乗比又は放射率比
に対応するパラメータを算出し、パラメータの時間的平
均値を求め、パラメータが時間的平均値に対し所定の範
囲にあるかを判定し、パラメータが所定の範囲にある場
合、パラメータ或いは少なくとも２の波長の検出信号か
ら被測定物の表面から放射された光の放射率を算出する
演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００２９】ここで、パラメータが２の波長の検出信号
の値の逆数の差であることを特徴としても良い。

【００３０】さらに、本発明は上述のほかつぎのもので
も良い。すなわち、本発明の放射温度測定装置は、被測
定物の表面から放射された光を異なった少なくとも２波
長で検出し検出信号として出力する放射温度計と、少な
くとも２の波長の検出信号から放射率累乗比に対応する
パラメータを算出し、被測定物について予め測定された
パラメータと被測定物の放射率又は放射率比の相関に基
づいて、検出信号から被測定物の表面近傍の温度の上限
値及び下限値もしくは誤差範囲とを算出する演算手段と
を備える。

【００３１】相関は、パラメータと、放射率の中心値ε
₀，上限値ε_U，放射率の下限値ε_Lのいずれかとの相
関であることを特徴としても良い。或いは、相関は、パ
ラメータと、２波長の放射率比の中心値，上限値，放射
率の下限値のいずれかとの相関であることを特徴として
も良い。

【００３２】相関は、予めオフラインで前記被測定物に
ついて実測されたデータに基づいて定められたものであ
ることを特徴としても良い。

【００３３】相関を決める方法として、予めオフライン
で所定の被測定物について放射率累乗比及び放射率又は
放射率比を実測し、実測されたデータ群のうち頻度の高
い部分に付いて回帰して放射率又は放射率比の中心値の
回帰関数を定め、回帰関数による放射率又は放射率比の
中心値から所定の誤差範囲にデータ群がある場合、誤差
範囲の上限・下限を上限値・下限値の回帰関数として、
放射率累乗比と被測定物の放射率との相関を決定する。

【００３４】

【作用】本発明の放射温度測定装置では、放射温度計で
被測定物の表面から放射された光が検出され、演算手段
において放射率累乗比（［ε_iのλi 乗］／［ε_jのλ
j 乗］；ここでε_i，ε_jは波長λi ，λj における被
測定物の放射率）に対応するパラメータ（例えば、放射
率累乗比，２の波長の検出信号の値の逆数の差など）が
算出される。このパラメータは、被測定物の表面が定常
的な状態であるときほぼ一定の値をとる。このとき、被
測定物の表面から放射された光のうち１波長の光の検出
信号及びその波長をもちいて、或いは少なくとも２の波
長の検出信号をもちいて、その波長の放射率，被測定物
の表面近傍の温度を算出することが可能で、簡単な演算
処理で求められる。即ち、放射率累乗比に対応するパラ
メータ或いは少なくとも２の波長の検出信号から放射率
が容易に得られ、この放射率と少なくとも１の波長の検
出信号から被測定物の表面近傍の温度が簡単な演算処理
で求められる。

【００３５】ここで、被測定物の表面が定常的な状態に
おける放射率累乗比に対応するパラメータの変化から被
測定物の表面近傍の温度の誤差範囲が簡単な演算処理で
求められる。

【００３６】一方、放射率累乗比に対応するパラメータ
が所定の範囲にない場合には、被測定物の表面近傍の温
度が正確に求められていない旨のアラーム信号を出力で
きる。

【００３７】また、本発明の放射率測定装置では、上記
放射温度測定装置と同様にして、２の波長の検出信号か
ら被測定物の放射率が簡単な演算処理で求められる。

【００３８】本発明の放射温度測定装置が、被測定物に
ついて予め測定されたパラメータと被測定物の放射率の
相関に基づいて、被測定物の表面近傍の温度と、この温
度誤差の上限値及び下限値もしくは誤差範囲とを算出す
る、という構成をとるものである場合、つぎのようにな
る。

【００３９】放射温度計で被測定物の表面から放射され
た光が検出され、演算手段において放射率累乗比に対応
するパラメータが算出される。そして、温度とこの温度
誤差の上限値及び下限値もしくは誤差範囲とがもとめら
れるべく、このパラメータと、放射率や放射率比、最大
値及び最小値もしくは許容範囲などとの相関が予め測定
されており、この相関に基づいて検出信号から被測定物
の表面近傍の温度と、この温度誤差の上限値及び下限値
もしくは誤差範囲とが求められる。

【００４０】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の実施例の構成の概略が示されてい
る。この実施例は、２色式放射温度計１３０，演算ユニ
ット１４０で構成され、図１は、ローリングプロセス中
の圧延鋼板又はアルミニウムを被測定物１１０とした場
合の様子を示したものである。

【００４１】２色式放射温度計１３０は、既存のもの
で、被測定物１１０の表面から放射された光を異なった
少なくとも２波長λ₁，λ₂を内蔵された輻射センサに
て検出し、輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂として出力する。演算ユ
ニット１４０は、輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂から被測定物１１
０の表面近傍の温度を算出し、また、計測結果などをふ
くむデータＤ_in，Ｄ_outを外部とやり取りする。図２に
示すように、放射率累乗比演算ブロック２１０，判定ブ
ロック２２０，放射率累乗比の時間平均演算ブロック２
３０，放射率算出ブロック２５０，放射率の最大値・最
小値演算ブロック２４０，温度演算ブロック２６０を有
する。演算ユニット１４０は、コンピュータ、その入出
力インターフェイスとそのソフトウェアで構成される
（この点に付いては他の実施例も同じ）。

【００４２】放射率累乗比演算ブロック２１０は、輝度
温度Ｓ₁，Ｓ₂から放射率累乗比（［ε_iのλi 乗］／
［ε_jのλj 乗］）に対応するパラメータＫｕ（ｔ）を
算出する。ここで、パラメータＫｕ（ｔ）として放射率
累乗比そのものを用い、前述の式５の演算にて求める。
放射率累乗比の時間平均演算ブロック２３０は、パラメ
ータＫｕ（ｔ）を順次加重平均して時間的平均値〈Ｋｕ
（ｔ）〉を求める。これは式８で示され、一定の周期
（Ｍ／ｍ）でサンプリングされたパラメータＫｕ（ｔ）
をｍ個を平均化してもとめられる。

【００４３】

【数８】

【００４４】判定ブロック２２０は、放射率累乗比の時
間平均演算ブロック２３０で求められたパラメータＫｕ
（ｔ）の時間的平均値〈Ｋｕ（ｔ）〉に対して、サンプ
リングされたパラメータＫｕ（ｔ）が所定の範囲にある
かを判定する。例えば、１０００度近傍で温度誤差±５
度とするとき、±５％の範囲にあるかを判定する。この
範囲設定については後述する。パラメータＫｕ（ｔ）が
所定の範囲外にある場合には、アラーム信号を出力し放
射率が不安定であることを知らせる。パラメータＫｕ
（ｔ）が所定の範囲にある場合、ほかの各部で被測定物
１１０の表面近傍の温度Ｔ及びこの温度の最大値
Ｔ_max，最小値Ｔ_minがもとめられる。

【００４５】放射率算出ブロック２５０は、時間的平均
値〈Ｋｕ（ｔ）〉から平均化された放射率ε（ｔ）を算
出する（式９参照）。また、最大値・最小値演算ブロッ
ク２４０は、サンプリングされたパラメータＫｕ（ｔ）
の最大値・最小値から放射率ε（ｔ）の最大値ε
_max（ｔ），最小値ε_min（ｔ）を算出する（式１０
ａ，１０ｂ参照）。

【００４６】

【数９】

【００４７】

【数１０】

【００４８】放射率累乗比演算ブロック２１０，判定ブ
ロック２２０，放射率累乗比の時間平均演算ブロック２
３０，放射率算出ブロック２５０，放射率の最大値・最
小値演算ブロック２４０で放射率測定部２７０を構成
し、この部分で放射率を算出することが可能である。

【００４９】温度演算ブロック２６０は、平均化された
放射率ε（ｔ），検出波長λ₁と輝度温度Ｓ₁（又は、
検出波長λ₂と輝度温度Ｓ₂）から被測定物１１０の表
面近傍の温度Ｔを求め、放射率ε（ｔ）の最大値ε
（ｔ）_max，最小値ε（ｔ）_min，検出波長λ₁と輝度
温度Ｓ₁（又は、検出波長λ₂と輝度温度Ｓ₂）から最
大値Ｔ_max，最小値Ｔ_minをもとめる。これらは前述の
式１と同じ演算で求められるが、念の為これらの演算式
を式１１〜１３に示しておく。ここで、式１１は、
λ₁，Ｓ₁について示したが、検出波長λ₂，輝度温度
Ｓ₂についても、全く同様に前述の式１に代入したもの
で求められる。

【００５０】

【数１１】

【００５１】

【数１２】

【００５２】

【数１３】

【００５３】つぎにこの装置の原理的な点に付いて説明
する。

【００５４】被測定物１１０の分光放射率εは、前述し
たようにその表面状態に左右される。例えば、表面に酸
化膜が形成される場合、被測定物−酸化膜の反射，酸化
膜−大気の反射などによって被測定物からの光は干渉
し、それらの反射率，酸化膜厚ｄ，酸化膜の複素屈折
率，波長，光が放射される角度（即ち輻射センサと被測
定物表面法線とがなす角（設置角））などに応じて分光
放射率εが変化することが知られている。この一例を示
すと、図３または図５のような変化になる。これらの図
において、縦軸は放射率εを、横軸は表面にできる酸化
膜厚ｄを示す。ここで、図３は被測定物１１０として普
通鋼を用いた場合、図５は被測定物１１０としてアルミ
ニウムを用いた場合を示したものである。また、輻射セ
ンサは、被測定物表面法線上にある。そして、輻射セン
サにはＳｉ（検出波長λ₁＝１μｍ），Ｇｅ（検出波長
λ₂＝１．６μｍ），ＰｂＳ（検出波長λ₃＝２μ
ｍ），ＰｂＳｅ（検出波長λ₄＝４μｍ）を用いること
ができ、放射率ε₁〜ε₄はそれらの波長に対する放射
率をそれぞれ示している。

【００５５】表面に酸化膜が形成されていないとき（ｄ
＝０のとき）、放射率ε₁〜ε₄は、所定の値を示し、
酸化膜厚ｄが大きくなるにつれて変化する。この変化は
各波長λ₁〜λ₄によって異なっており、単色式，２色
放射温度計ではこれが前述した誤差の原因になってい
る。また、放射率累乗比Ｋｕ_ij（Ｋｕ_ij＝［ε_iのλi
乗］／［ε_jのλj 乗］；ここでε_i，ε_jは波長λi
，λj における被測定物の放射率）も変化する。図４
は図３の放射率に対する放射率累乗比Ｋｕ₁₂，Ｋｕ₃₄の
変化を、図６は図５に対する放射率累乗比の変化を示し
たものである。

【００５６】酸化膜厚ｄがある程度大きくなると、放射
率ε₁〜ε₄はある一定の値に収束するようになる。こ
れは、被測定物からの光は酸化膜で吸収され（複素屈折
率の複素成分による。）、酸化膜をバルクの酸化物とし
て良い程度に厚くなることによる。放射率がある一定の
値になることから、単色式の放射温度計で温度を測定す
ることが可能になる。単色温度計の計測では、放射率が
安定であることを仮定しており、この放射率は予め求め
られている必要がある。放射率を予め求める方法は、前
述の従来の技術で述べたように簡便なものがなく、図７
の方法によっていたのである。

【００５７】本発明はこの点に着目し、放射率が時間的
にある一定の値をとる定常的な状態（表面に酸化膜が形
成されていないとき又は酸化膜厚ｄが十分大きくなった
とき）をオンラインで検出し、その状態での温度やその
状態に対応した放射率や用いてオンラインで測定するよ
うにしたものである。この状態では、放射率累乗比は一
定の値を示し、特に、２色式放射温度計１３０の検出波
長λ₁，λ₂に対する放射率ε₁，ε₂（又はε₃，ε
₄）が図３，図５のように等しくなる場合、パラメータ
Ｋｕ（ｔ）として放射率累乗比を用いれば、パラメータ
Ｋｕ（ｔ）は式１４で示される。放射率ε₀（＝ε₁＝
ε₂）は式１５で求められる。放射率ε ₀の時間的に平
均化された放射率ε（ｔ）は式１６で示される。これは
アナログ的な平均を示しており、サンプリングして平均
した場合は前述の式８になる。ここで、式８は式１６の
厳密な平均式を実用的な式に書き直したものである。

【００５８】

【数１４】

【００５９】

【数１５】

【００６０】

【数１６】

【００６１】また、放射率が時間的に変化する過渡的な
状態では、改良型２色温度計で温度を測定することを可
能としている。この点に付いては、判定ブロックの判定
結果（アラーム信号出力）をトリガとして改良型２色温
度計として処理するルーチンを起動させることで容易に
実現する。このルーチンに付いては、パラメータＫｕ
（ｔ）と放射率比（ε₁／ε₂）との相関ブロック２９
０から放射率を求めるようにする（図２の点線の部分を
参照）。そして、温度演算ブロック２６０に放射率比か
ら式７を用いて温度Ｔを求めるルーチンを追加すれば足
りる。

【００６２】上述のようにして得られた放射率から式１
（即ち式１１）の演算で温度が求められる。或いは、式
１と等価な演算でも求め得る。式７においてε₁＝ε₂
とした式１７にても温度が求められる。この式１７はε
₁＝ε₂のとき式１１と同値である。

【００６３】

【数１７】

【００６４】ここで、温度誤差ΔＴは式１８で示される
（ε^*は真の放射率εに対する誤差である）。この放射
率誤差ε^*と、時間的平均値〈Ｋｕ（ｔ）〉に対する放
射率累乗比の変動ΔＫｕとの関係は式１９に示される。
検出波長λ₁＝１μｍ，検出波長λ₂＝１．６μｍとし
たとき、温度誤差ΔＴ−放射率累乗比の変動ΔＫｕは図
７のチャート図で示される。判定ブロックでは、これら
の関係を用いてパラメータＫｕ（ｔ）の範囲を決めて判
定を行っている。例えば、図のＡ，Ａ’は１０００度近
傍で温度誤差±５度となる範囲（温度誤差±５％の範
囲）の限界を示しており、判定ブロックでは、この範囲
になるパラメータＫｕがおよそ±４％の範囲にあるかを
判定する。

【００６５】

【数１８】

【００６６】

【数１９】

【００６７】つぎに、この装置の動作について説明す
る。

【００６８】被測定物１１０からは、温度Ｔ，酸化膜の
反射率，酸化膜厚ｄ，酸化膜の複素屈折率，波長，光が
放射される角度に応じた波長分布の光が放射される。こ
の光のうち、波長λ₁，λ₂の光が２色式放射温度計１
３０で測定され、輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂として出力され
る。ここで、輻射センサにＳｉ，Ｇｅを用いた場合、
「検出波長λ₁＝１μｍ，検出波長λ₂＝１．６μｍ」
である。

【００６９】演算ユニット１４０では、放射率累乗比演
算ブロック２１０にて輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂からパラメー
タＫｕ（ｔ）が算出され、時間平均演算ブロック２３０
で時間Ｍの間の時間的平均値〈Ｋｕ（ｔ）〉が求められ
る。判定ブロックでは、時間的平均値〈Ｋｕ（ｔ）〉と
パラメータＫｕ（ｔ）とから過渡的な状態か定常的な状
態かが判定される。酸化膜厚ｄが時間が経つにつれて大
きくなるような場合、パラメータＫｕ（ｔ）は、図４又
は図６においてパラメータＫｕ（ｔ）の変化（Ｋｕ₁₂の
変化）が大きいとき（例えばｄ＝０．６μｍ近傍（図
４），０．１μｍ近傍（図６）のとき）は過渡的な状態
と判定され、変化が小さいとき（例えばｄ＝２．２μｍ
近傍（図４），０．２μｍ近傍（図６）のとき）、定常
的な状態と判定される。パラメータＫｕ（ｔ）が定常的
な状態な値になってから時間Ｍの後に安定な時間的平均
値〈Ｋｕ（ｔ）〉になる。

【００７０】定常的な状態では、放射率算出ブロック２
５０で平均化された放射率ε（ｔ）が算出され、最大値
・最小値演算ブロック２４０で放射率ε（ｔ）の最大値
ε_max（ｔ），最小値ε_min（ｔ）が算出される。温度
演算ブロック２６０では、輝度温度Ｓ₁またはＳ₂から
被測定物１１０の表面近傍の温度Ｔと最大値Ｔ_max，最
小値Ｔ_minとが求められる。十分に酸化膜が厚くなった
とき（普通鋼（図３，４）の場合「ｄ＝５μｍ」、アル
ミニウム（図５，６）の場合「ｄ＝０．４μｍ」）、普
通鋼の場合「Ｋｕ（ｔ）＝０．７８９，ε（ｔ）＝０．
７８９」、アルミニウムの場合「Ｋｕ（ｔ）＝０．２７
２〜０．２７３５，ε（ｔ）＝０．２７２〜０．２７３
５」となり、これらの値は実際の値とほぼ同じものにな
っている。

【００７１】一方、過渡的な状態では、アラーム信号を
出力して警報を行うとともに改良型２色温度計として動
作する。また、ＰｂＳ，ＰｂＳｅを用いた場合、「検出
波長λ₁（λ₃）＝２μｍ，検出波長λ₂（λ₄）＝４
μｍ」であり、パラメータＫｕ（ｔ）の変化はＫｕ₃₄の
変化になる。

【００７２】このように、定常的な状態かどうかをオン
ラインで判定することにより、その状態に応じた計測が
可能になっている。特に、定常的な状態では単色式放射
温度計として動作しているため、簡単な演算で温度を測
定し動作が非常に早くなっている。また、測定感度も向
上している。参考までにこの点に付いて説明するとつぎ
のようになる。単色式放射温度計の波長λi における感
度ｎ_iは式１１を偏微分して得られる（式２０）。一
方、２色測温の場合は、近似的に式２１で示される（ｎ
₁₂は２の輻射センサの検出波長ｎ₁，ｎ₂の差）。これ
らの式から明らかなように単色測温の場合の方が感度が
良くなっていることが分かる。

【００７３】

【数２０】

【００７４】

【数２１】

【００７５】図３ないし図６では、設置角を０度として
いるが、この角度を変えると、パラメータＫｕ（ｔ），
放射率ε（ｔ）は異なった変化をする。この場合におい
ても、これらの値は、定常的な状態では輝度温度Ｓ₁，
Ｓ₂，検出波長値を用いてオンラインで同様に求められ
る。そのため、設置状態にかかわりなく被測定物の表面
近傍の温度ＴやパラメータＫｕ（ｔ），放射率ε（ｔ）
を測定できる。また、被測定物の素材がかわっても同様
である。

【００７６】このように、良好な測定を可能としている
ので、この装置をオンラインプロセスに用いると、その
プロセスの温度制御性が向上し、品質が大きく向上す
る。

【００７７】つぎに、本発明の第２実施例について説明
する。

【００７８】前述の第１実施例では、放射率累乗比に対
応するパラメータＫｕ（ｔ）として放射率累乗比そのも
のを用いたが、このほかの数学的に等価的なパラメータ
を用いても動作する。表１には、その例として式５のを
両辺（表のＡ）を変形したもの（表のＢ，Ｃ）を示して
いる。

【００７９】

【表２】

【００８０】また、温度演算ブロックについても数学的
な等価な変換が可能で、式２２でも求め得る。

【００８１】

【数２２】

【００８２】第２実施例は、パラメータＫｕ（ｔ）とし
て輝度信号の逆数の差「１／Ｓ₁−１／Ｓ₂」を用い、
温度演算ブロックを式２２によるものとした場合のもの
である。前述の第１実施例とは、ほぼ同等だが、演算ユ
ニット１４０において放射率測定部２７０の構成が若干
異なっており、図８には、第２実施例の演算ユニット１
４０及び放射率測定部３７０の構成を示す（相関ブロッ
ク２９０については省略）。異なっている点を示すとつ
ぎのようになる。

【００８３】放射率累乗比演算ブロック３１０は、輝度
温度Ｓ₁，Ｓ₂から「１／Ｓ₁−１／Ｓ₂」の演算でパ
ラメータＫｕ（ｔ）を求め、時間平均演算ブロック２３
０は式８でこのパラメータＫｕ（ｔ）の時間的平均値
〈Ｋｕ（ｔ）〉を求める。判定ブロックは、パラメータ
Ｋｕ（ｔ）が所定の範囲にあるかを判定する。この範囲
は、許容される温度誤差ΔＴから前述の式１８と式２３
に基づいて決められる。

【００８４】

【数２３】

【００８５】放射率算出ブロック２５０は、式２２で輝
度温度Ｓ₁，Ｓ₂から放射率ε（ｔ）を求め、また、最
大値・最小値演算ブロック２４０は、式２４ａ，２４ｂ
でサンプリングされたパラメータＫｕ（ｔ）の最大値・
最小値から放射率ε（ｔ）の最大値ε_max（ｔ），最小
値ε_min（ｔ）を算出する。ここで、放射率算出ブロッ
ク２５０は、式２３でパラメータＫｕ（ｔ）又は時間的
平均値〈Ｋｕ（ｔ）〉から放射率ε（ｔ）を求めること
も可能である。

【００８６】

【数２４】

【００８７】この装置は、前述の第１実施例と比較して
パラメータＫｕ（ｔ）の値が異なるだけで同じ動作をす
る。ただし、指数演算をしない分動作速度が速くなる。

【００８８】つぎに、本発明の第３実施例について説明
する。

【００８９】プロセスラインにおいては、単色式放射温
度計で良いような測定箇所があり、このような箇所には
単色式放射温度計を設置しておくのがコスト上有利であ
る。しかし、プロセス材料がかわったりすると放射率が
変化するため、前述したようにオフライン作業でこの放
射率を測定することになる。この作業を簡単化するため
の装置が、図９に示すような、２色式放射温度計１３
０，演算ユニット４４０で構成された放射率測定装置で
ある。単色式放射温度計１２０は、プロセスラインに設
けられ、被測定物１１０の表面から放射された波長λ₀
の光を検出し輝度温度Ｓ₀として図示せぬプロセスコン
トローラに出力する既存のオンライン放射温度計であ
る。

【００９０】２色式放射温度計１３０は前述の実施例と
同様のものである。演算ユニット４４０は、前述の実施
例の放射率測定部２７０又は３７０で構成され、測定さ
れた放射率を図示せぬプロセスコントローラに出力す
る。ここで、これらの検出波長には「λ₁〈λ
₀〈λ₂」という関係をもたせている。また、演算ユニ
ット４４０は測定結果を保持するための記憶手段（ディ
スク装置とそのインターフェイスなど）を有し、測定結
果を保持する。

【００９１】放射率を測定する際、この装置を単色式放
射温度計１２０近傍に仮設置し、プロセスコントローラ
に接続する。このとき、単色式放射温度計１２０の測定
角度とできるだけ一致するようにする。そしてこの装置
を動作させる。前述の実施例と同じ動作で放射率ε₀が
算出され、プロセスコントローラに出力されて保持され
る。その後、この仮設置した装置を取り外す。ほかに測
定すべき箇所がある場合、同様にして順次測定して行
く。前述したように、定常的な状態では、波長λ₀，λ
₁，λ₂の放射率は等しく、測定された放射率は単色式
放射温度計１２０の放射率である。プロセスコントロー
ラは、この放射率と単色式放射温度計１２０の輝度温度
Ｓ₀とから被測定物１１０の表面近傍の温度を測定す
る。

【００９２】このように、材料がかわるごとに、プロセ
スラインに設けられた単色式放射温度計それぞれの放射
率が測定され、オンラインで材料やプロセスの相違など
による放射率の変化に対応することが可能になる。この
測定結果は、プロセスコントローラまたはディスクに保
持され、放射率のデータベースができることになる。次
回同じ材料を加工するときはこのデータベースから放射
率のデータを呼び出せば、再度測定せずにプロセス制御
が可能になる。

【００９３】こうして得られたデータベースは、放射率
の上限値・下限値といった測定誤差に関するデータを含
むものであるので、このデータベースを利用することに
より新たな放射温度測定装置を構成することができる。
この放射温度測定装置の場合でも、測定温度の測定誤差
を得ることができ、測定誤差が得られることはプロセス
の品質管理上重要な意義を持つ。また、データベースを
用いた相関テーブルに基づいて測定温度及び測定誤差を
得るものであるので、非常に高速に測定することが可能
になる。そのため、プロセスの高速処理に寄与し、生産
性の向上に役立つものである。以下、この放射温度測定
装置を第４の実施例として説明する。

【００９４】図１０は、本発明の放射温度測定装置の第
４の実施例を示したものである。この装置は、前述の実
施例と同様の２色式放射温度計１３０と、演算ユニット
４７０とを有し、演算ユニット４７０において放射率累
乗比と放射率又は放射率比との相関から測定温度及び測
定誤差を得ている点に特徴がある。放射率との相関によ
る場合と、放射率比との相関による場合とでは処理が若
干異なるが、まず、放射率との相関によるものとして、
各部について説明する。

【００９５】放射率累乗比演算ブロック４１０は、前述
の実施例と同様であり、輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂から放射率
累乗比を算出する（改めて式２５として示す。以下同
様）。この例でも、放射率累乗比ＥＰＲそのものでな
く、上述したパラメータＫｕ（ｔ）のように放射率累乗
比に対応するパラメータでもよい。ここでは、放射率累
乗比（又は対応するパラメータ）を「ＥＰＲ」で示して
区別する。

【００９６】

【数２５】

【００９７】相関データ参照テーブル４５２には、放射
率累乗比と放射率又は放射率比との相関から回帰関数を
予め求めておき、これらが記憶される。回帰関数は、予
めオフラインで被測定物１１０について実測されたデー
タに基づいて定められ、放射率累乗比及び放射率の実測
値をプロットし、これらのデータ群を回帰した回帰式で
ある。実測する際単色式温度計であった場合、放射率累
乗比と放射率との相関がとられる。中心回帰関数ｆ，上
限回帰関数ｆ_U，下限回帰関数ｆ_Lは、放射率累乗比Ｅ
ＰＲと放射率の中心値ε₀との相関，放射率の上限値ε
_Uとの相関，放射率の下限値ε_Lとの相関をそれぞれ示
すもので、関数ｆ，ｆ_U，ｆ_Lを式２６，式２７，式２
８で示される。

【００９８】

【数２６】

【００９９】

【数２７】

【０１００】

【数２８】

【０１０１】相関データ参照テーブル４５２には、簡単
に温度誤差が求められるように、中心値と上限値，下限
値との比ε_U／ε₀，ε_L／ε₀をそれぞれバラツキ関
数ｖ_U，ｖ_Lとして定義し、放射率累乗比から中心値と
上限値，下限値との比を得るようにしている（この点に
付いては放射率比の場合も同様である）。関数ｖ_U，ｖ
_Lは、温度誤差を求める際に必要な推定値を与えるもの
であり、測定データの比をとれば良いので容易に定める
ことができる。

【０１０２】放射率算定ブロック４５０は、相関データ
参照テーブル４５２を用いて放射率累乗比演算ブロック
４１０で得た放射率累乗比ＥＰＲの実測値からそれに対
応する放射率の中心値ε₀，比ε_U／ε₀，ε_L／ε₀
を算出する。温度演算ブロック４６０は、輝度温度Ｓ₁
及び放射率の中心値ε₀から測定温度Ｔ^*を求める。こ
の演算は、前述の式１に示した単色温度計のものと同様
であるが、改めて式２９に示す。

【０１０３】

【数２９】

【０１０４】また、温度誤差演算ブロック４６２は、測
定温度Ｔ^*と比ε_U／ε₀，ε_L／ε₀とから式３０に
基づいて温度誤差ΔＴの上限誤差ΔＴ_U，下限誤差ΔＴ
_Lを求める。式３０は、前述の式１について上限値ε_U
を代入した上限温度Ｔ_Uを求める式と、測定温度Ｔ^*の
式２９とから輝度温度Ｓを消去して得られたものであ
る。（ε^*／ε）の値を（ε_U／ε₀）から（ε_L／ε
₀）にかえると、下限温度Ｔ_Lも同様の関係になる。

【０１０５】

【数３０】

【０１０６】つぎに、関数ｆ，ｆ_U，ｆ_L或いは関数ｖ
_U，ｖ_Lについて説明する。

【０１０７】バラツキ関数ｖ_U，ｖ_Lは、その定義から
式３１，３２で示される（関数ｆ，ｆ_U，ｆ_Lは式２６
〜２８又は後述する式３４〜３６のいずれの場合も含
む）。

【０１０８】

【数３１】

【０１０９】

【数３２】

【０１１０】このような関数ｖ_U，ｖ_Lが決まれば、任
意の放射率累乗比ＥＰＲに対して、放射率又は放射率比
の予測値（オフライン関数ｆ，ｆ_U，ｆ_Lによる回帰推
定値）がどの程度の誤差をはらむかが得られることにな
る。図１１はその様子を示したもので、測定された放射
率累乗比ＥＰＲ₀に対して放射率又は放射率比ｆ（ＥＰ
Ｒ₀），その下限値ｆ_U（ＥＰＲ₀），上限値ｆ_L（Ｅ
ＰＲ₀）が得られる様子を示したものである。関数ｆ，
ｆ_U，ｆ_L或いは関数ｖ_U，ｖ_Lをつぎの手順で決めて
行く。

【０１１１】まず、予めオフラインで所定の被測定物１
１０について放射率累乗比及び放射率又は放射率比を実
測し、この実測値をプロットする。これらのデータ群の
うち頻度の高い部分に付いて回帰して関数ｆとする。

【０１１２】こうして得られた「放射率累乗比に対する
放射率の中心値ε₀又は放射率比の中心値（ε₁／
ε₂）₀」の関数ｆに対して、中心値ε₀又は（ε₁／
ε₂）₀が±１５％，±１０％，±５％など誤差が典型
値をとるものを関数ｆ_U，ｆ_Lとする。ここで、データ
群のうちレアケース（３σ値）になるものは外しておく
（図１２のプロットＡ）。この時、関数ｖ_U，ｖ_Lは一
定値になり、１±０．１５，１±０．１０，１±０．０
５などの値をとる。関数ｆ_U，ｆ_Lで囲まれた領域のな
かに実測データが入っていることを確認してこれを関数
ｖ_U，ｖ_Lとする（図１３）。

【０１１３】この場合、図１４にしめすように、ある範
囲については実測データがばらつき、この範囲の放射率
累乗比ＥＰＲだけが大きなバラツキを与える場合があ
る。これはある特定の表面状態になると放射率の変動が
大きいことを示し、それに対応して大きなバラツキが現
れるのである。この場合についても関数ｖ_U，ｖ_Lでし
めされることになり、適応的な放射率変動のための計算
誤差の見積もり対応ができる。このように相関データ参
照テーブル４５２は、バラツキ情報を保持したものにな
る。

【０１１４】こうして、関数ｖ_Uは、放射率累乗比ＥＰ
Ｒに対する放射率又は放射率比の最小値をオフラインデ
ータに基づいて与えられ、１．０以下の値をとる。ま
た、関数ｖ_Lは、放射率累乗比ＥＰＲに対する放射率又
は放射率比の最大値をオフラインデータに基づいて与え
られ、１．０以上の値をとる。例えば、誤差±１０％で
あれば、関数ｖ_U，ｖ_Lは式３３のようになる。

【０１１５】

【数３３】

【０１１６】つぎにこの装置の動作について説明する。

【０１１７】２色式放射温度計１３０の信号即ち輝度温
度Ｓ₁，Ｓ₂から放射率累乗比演算ブロック４１０によ
り放射率累乗比ＥＰＲが得られる。この放射率累乗比Ｅ
ＰＲは、放射率算定ブロック４５０にて相関データ参照
テーブル４５２を用いて放射率累乗比ＥＰＲに対応する
放射率の中心値ε₀に変換される。また、比（ε_U／ε
₀）若しくは（ε_L／ε₀）が得られる。このとき誤差
が典型値をとるものであれば、その値は一定のものであ
る。また、図１４のような場合、誤差範囲に応じた比
（ε_U／ε₀）若しくは（ε_L／ε₀）が得られる。

【０１１８】温度演算ブロック４６０では放射率の中心
値ε₀から測定温度Ｔ^*が求められ、また、温度誤差演
算ブロック４６２では測定温度Ｔ^*と比ε_U／ε₀，ε
_L／ε₀とから上限誤差ΔＴ_U，下限誤差ΔＴ_Lを求め
られる。このとき、比ε_U／ε₀，ε_L／ε₀はすでに
与えられており、これを用いて式３０に基づいて誤差が
求められるので、この演算は非常に簡単なものになる。

【０１１９】このようにして、測定対象の表面の測定温
度を得ることができ、また、上限誤差ΔＴ_U，下限誤差
ΔＴ_Lも同時に得ることができる。そのため、どの程度
測定温度Ｔ^*が誤差を持つかを知ることができ、プロセ
スの温度管理を有効に行うことができる。これによっ
て、プロセスの品質管理を良好に行うことができ、生産
性の向上に役立たせることができる。特に、前述した実
施例のように平均値を採ることをしないので応答性が非
常に良いものになる。

【０１２０】予めオフラインで被測定物１１０について
実測する際に２色式温度計であった場合、放射率比（ε
₁／ε₂）との相関がとられる。中心回帰関数ｆ，上限
回帰関数ｆ_U，下限回帰関数ｆ_Lを予め求めておき、こ
れらが記憶される。これらの関数は、放射率累乗比ＥＰ
Ｒと放射率比の中心値（ε₁／ε₂）₀，上限放射率比
（ε₁／ε₂）_U，下限放射率比（ε₁／ε₂）_Lとの
相関をそれぞれ示すもので、式３４，式３５，式３６で
示される。

【０１２１】

【数３４】

【０１２２】

【数３５】

【０１２３】

【数３６】

【０１２４】相関データ参照テーブル４５２には、上述
の場合と同様、簡単に温度誤差が求められるようにバラ
ツキ関数ｖ_U，ｖ_Lとして定義し、中心値と上限値との
比「（ε₁／ε₂）_U／（ε₁／ε₂）₀」，中心値と
下限値との比「（ε₁／ε₂）_L／（ε₁／ε₂）₀」
を得るようにしている。

【０１２５】図１５は、関数ｆ，ｆ_U，ｆ_Lの一例を示
したものであり、図のプロットは予めオフラインで所定
の材質（川崎製鉄製低炭素鋼ＣＡＬ材）で実測したもの
である。オンラインプロセス上確率的に発生するすべて
の放射率変動を網羅するようなヒートパターン変化，材
質変化，表面状態の変化を想定した場合の一例であり、
妥当と思える誤差範囲ですべての放射率や放射率比の変
動を網羅するものになっている。関数ｆ_U，ｆ_Lはそれ
ぞれこれらの実測データのうちレアケース（３σ値）を
外したものについて上限，下限の境界を示すものとして
いる。

【０１２６】放射率算定ブロック４５０は、相関データ
参照テーブル４５２を用いて放射率累乗比演算ブロック
４１０で得た放射率累乗比ＥＰＲの実測値からそれに対
応する放射率比の中心値（ε₁／ε₂）₀，上限放射率
比（ε₁／ε₂）_U，下限放射率比（ε₁／ε₂）_Lを
算出する。温度演算ブロック４６０は、放射率比の中心
値（ε₁／ε₂）₀から測定温度Ｔ^*を求める。この演
算は、前述した２色式温度計のものと同様であるが、改
めて式３７に示す。

【０１２７】

【数３７】

【０１２８】また、温度誤差演算ブロックは、輝度温度
Ｓ₁，Ｓ₂及び放射率比の中心値（ε₁／ε₂）₀，上
限放射率比（ε₁／ε₂）_U，下限放射率比（ε₁／ε
₂）_Lから式３８に基づいて温度誤差ΔＴの上限誤差Δ
Ｔ_U，下限誤差ΔＴ_Lを求める。式３８は、前述の式３
４について上限値ε_Uを代入した上限温度Ｔ_Uを求める
式と、測定温度Ｔ^*の式３４とから輝度温度Ｓを消去し
て得られたものである（式３８において「λ^*」は２波
長式測温での見掛けの測定波長を示す）。「（ε^*／
ε）／（ε₁／ε₂）」の値を「（ε₁／ε₂）_U／
（ε₁／ε₂）₀」から「（ε₁／ε₂）_L／（ε₁／
ε₂）₀」にかえると、下限温度Ｔ_Lも同様の関係にな
る。

【０１２９】

【数３８】

【０１３０】この場合も同様にして測定温度Ｔ^*，上限
誤差ΔＴ_U，下限誤差ΔＴ_Lを得ることができる。

【０１３１】上記実施例においては、式３０の（ε^*／
ε）または式３８の「（ε^*／ε）／（ε₁／ε₂）」
の値が直接得られるようにしたが、中心値ε₀，上限値
ε_U，下限値ε_L（または、（ε₁／ε₂）₀，（ε₁
／ε₂）_U，（ε₁／ε₂）_L）をすべて求めるように
しても良いし、いずれか２つから測定温度Ｔ^*などを求
めるようにしても良い。

【０１３２】図１６は、放射率の上限値ε_U，下限値ε
_Lから測定温度Ｔ^*などを求めるようにした場合の一例
である。この装置では、相関データ参照テーブル４５２
には、放射率累乗比ＥＰＲの実測値から放射率の上限値
ε_U，下限値ε_Lを得るようにしている。放射率の中央
値算出ブロック４５５は、上限値ε_U，下限値ε_Lを平
均して中心値ε₀を求める。この中心値ε₀から温度演
算ブロック４６０で得られた測定温度Ｔ^*と上限値ε_U
とから、測定温度Ｔ^*の最小値演算ブロック４６２ａは
前述の式３０にて測定温度の最小値Ｔ^*min を求め、測
定温度Ｔ^*と下限値ε_Lとから、測定温度Ｔ^*の最大値
演算ブロック４６２ｂは前述の式３０にて測定温度の最
小値Ｔ^*max を求める。

【０１３３】輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂から放射率累乗比演算
ブロック４１０により放射率累乗比ＥＰＲが得られ、放
射率累乗比ＥＰＲは放射率算定ブロック４５０にて相関
データ参照テーブル４５２を用いて上限値ε_U，下限値
ε_Lに変換される。これらの値を用いて測定温度Ｔ^*，
これの最小値Ｔ^*min 及び最小値Ｔ^*max が求められ
る。

【０１３４】図１７は、上限誤差ΔＴ_U，下限誤差ΔＴ
_Lを得るようにしたもので、比ε_U／ε₀，ε_L／ε₀
をのもとめて（演算ブロック４６４）、これから図１の
実施例と同様にして上限誤差ΔＴ_U，下限誤差ΔＴ_Lを
得ている。

【０１３５】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。

【０１３６】例えば、過渡的な状態で改良型２色温度計
として動作するようにしたが、改良型２色温度計にかえ
て、キャビティ法やＴＲＡＣＥ温度計など他の放射率変
動に対応可能なセンサで構成するようにしても良い。被
測定物の素材についても、鋼板又はアルミニウムに限ら
れず、シリコンなど他の素材でも良い。

【０１３７】また、２色式放射温度計の検出波長を切り
替えるようにすることも可能である。つまり、複数の輻
射センサ（例えば、Ｓｉ，Ｇｅ，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ）を
設け、このうち２つを選んで輝度温度Ｓ₁，Ｓ₂として
出力するようにしても良い。このとき、パラメータＫｕ
（ｔ）のカーブが変わり、定常的な状態が得やすくなる
ことがある。さらに放射率についても、パラメータＫｕ
と同様に、これに対応するパラメータとしても良い。

【０１３８】本発明の放射温度測定装置が、被測定物に
ついて予め測定されたパラメータと被測定物の放射率の
相関に基づいて、被測定物の表面近傍の温度などを算出
する、という構成をとるものである場合、相関に基づい
て検出信号から表面近傍の温度などが求められるので、
演算が非常に速いものであり、表面近傍の温度などを迅
速に得ることができる。また、表面近傍の温度だけでな
く、温度誤差の上限値及び下限値もしくは誤差範囲をも
迅速に得ることができる。

【０１３９】

【発明の効果】以上の通り本発明の放射温度測定装置に
よれば、被測定物の表面が定常的な状態であるかどうか
を検知することができるので、被測定物の表面が定常的
な状態である場合に、２色式温度計の検出信号から被測
定物の表面近傍の温度を簡単な演算処理で求められるた
め、被測定物の表面近傍の温度を迅速に感度良く検出す
ることが可能になる。また、本発明の放射率測定装置に
よれば、被測定物の表面が定常的な状態であるかどうか
を検知することができる。

【０１４０】本発明の放射率測定装置によれば、放射率
の変化を容易に測定することが可能になる。また、予め
測定された材料の放射率のバラツキが装置内に記憶され
ているので、そのバラツキ自体のオンライン予測及びそ
のバラツキに起因する温度バラツキのオンライン予測が
可能になる。こういったバラツキに対応すべくプロセス
制御をかけることができるようになり、測温外れによる
予防措置、適応制御並びに製品製造後の製品の温度コン
トロール外れによる注意部分の抽出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成図。

【図２】演算ブロックの構成図。

【図３】放射率の変化を示す図。

【図４】放射率累乗比の変化を示す図。

【図５】放射率の変化を示す図。

【図６】放射率累乗比の変化を示す図。

【図７】範囲を決めるチャート図。

【図８】第２の実施例の演算ブロックの構成図。

【図９】第３の実施例の構成図。

【図１０】第４の実施例の構成図。

【図１１】測定された放射率累乗比に対して放射率又は
放射率比，その下限値，上限値の相関を示す図。

【図１２】レアケースのプロットを示す図。

【図１３】関数ｖ_U，ｖ_Lが所定の値を持つときの関数
ｆ_U，ｆ_Lの態様を示す図。

【図１４】大きなバラツキを与える場合の関数ｆ_U，ｆ
_Lの態様を示す図。

【図１５】放射率累乗比と放射率比との相関の実測例を
示す図。

【図１６】第４の実施例の構成図。

【図１７】第５の実施例の構成図。

【図１８】従来例の構成図。

【符号の説明】

１１０…被測定物，１２０…単色式放射温度計，１３０
…２色式放射温度計，１４０…演算ユニット，２１０…
放射率累乗比演算ブロック，２２０…判定ブロック，２
３０…時間平均演算ブロック，２４０…最大値・最小値
演算ブロック，２５０…放射率算出ブロック，２６０…
温度演算ブロック，２７０…放射率測定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武智真一千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者前田一郎千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の表面から放射された光を異な
った少なくとも２波長で検出し検出信号として出力する
放射温度計と、少なくとも２の波長の前記検出信号から放射率累乗比に
対応するパラメータを算出し、前記パラメータの時間的
平均値を求め、前記パラメータが前記時間的平均値に対
し所定の範囲にあるかを判定し、前記パラメータが前記
所定の範囲にある場合、前記パラメータから定められる
前記被測定物の表面の放射率又は放射率比に基づいて前
記検出信号から前記被測定物の表面近傍の温度を算出す
る演算手段とを備えたことを特徴とする放射温度測定装
置。
【請求項２】前記演算手段は、少なくとも１の波長の
前記検出信号から或いは少なくとも２の波長の前記検出
信号から前記被測定物の表面近傍の温度を算出すること
を特徴とする請求項１記載の放射温度測定装置。
【請求項３】前記演算手段は、前記パラメータの最大
値及び最小値から前記被測定物の表面近傍の温度の上限
値及び下限値をさらに算出することを特徴とする請求項
１記載の放射温度測定装置。
【請求項４】前記パラメータが前記所定の範囲外にあ
る場合、外部に前記放射率が不安定であることを示すア
ラーム信号を出力することを特徴とする請求項１記載の
放射温度測定装置。
【請求項５】被測定物の表面から放射された光を異な
った少なくとも２波長で検出し検出信号として出力する
放射温度計と、少なくとも２の波長の前記検出信号から放射率累乗比に
対応するパラメータを算出し、前記パラメータの時間的
平均値を求め、前記パラメータが前記時間的平均値に対
し所定の範囲にあるかを判定し、前記パラメータが前記
所定の範囲にある場合、前記パラメータ或いは少なくと
も２の波長の前記検出信号から前記被測定物の表面から
放射された光の放射率又は放射率比を算出する演算手段
とを備えたことを特徴とする放射率測定装置。
【請求項６】被測定物の表面から放射された光を異な
った少なくとも２波長で検出し検出信号として出力する
放射温度計と、少なくとも２の波長の前記検出信号から放射率累乗比に
対応するパラメータを算出し、前記被測定物について予
め測定された前記パラメータと前記被測定物の少なくと
も１波長の放射率又は放射率比との相関に基づいて、前
記検出信号から前記被測定物の表面近傍の温度の上限値
及び下限値もしくは誤差範囲とを算出する演算手段とを
備えたことを特徴とする放射温度測定装置。
【請求項７】前記相関は、前記パラメータと、前記放
射率又は放射率比の中心値，上限値，放射率の下限値の
いずれかとの相関であることを特徴とする請求項６記載
の放射温度測定装置。
【請求項８】前記相関は、予めオフラインで前記被測
定物について実測されたデータに基づいて定められたも
のであることを特徴とする請求項６記載の放射温度測定
装置。
【請求項９】予めオフラインで所定の被測定物につい
て放射率累乗比及び放射率又は放射率比を実測し、実測
されたデータ群のうち頻度の高い部分に付いて回帰して
放射率又は放射率比の中心値の回帰関数を定め、前記回帰関数による放射率又は放射率比の中心値から所
定の誤差範囲に前記データ群がある場合、前記誤差範囲
の上限・下限を上限値・下限値の回帰関数として、放射
率累乗比と前記被測定物の放射率又は放射率比との相関
を決定する方法。