JPH0656329B2 - 移動物体の温度測定装置 - Google Patents

移動物体の温度測定装置

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JPH0656329B2
JPH0656329B2 JP4998685A JP4998685A JPH0656329B2 JP H0656329 B2 JPH0656329 B2 JP H0656329B2 JP 4998685 A JP4998685 A JP 4998685A JP 4998685 A JP4998685 A JP 4998685A JP H0656329 B2 JPH0656329 B2 JP H0656329B2
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英一 真壁
直樹 原田
清隆 今井
義郎 細田
彰 加藤
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日本鋼管株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0022—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation of moving bodies

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば真空再溶解装置内の粒滴状溶解金属の
ように落下する移動物体の温度を測定する移動物体の温
度測定装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕
真空再溶解装置は、真空容器内に被溶解材をセットし、
この被溶接材にアーク,プラズマ,電子等のエネルギー
を与えて溶解させ、この溶解した粒滴状の金属を下部に
設けられた鋳型に落下させて凝固させることによりイン
ゴットを製造するものであり、与えるエネルギーの種類
により真空アーク再溶解法(Vacuum Arc R
emelting,VAR)、真空プラズマビーム再溶
解法(Vacuum Plasma Beem Rem
elting,VPBR)、電子ビーム再溶解法(El
ectron Beem Remelting,EB
R)などがある。
第4図は前記電子ビーム再溶解装置の構成を示す断面図
である。同図において1は透明の真空容器であり、この
真空容器1の上部には電子銃2が設けられ、下部には水
冷銅モール3が設けられている。また、真空容器1の側
部には被溶解材4がセットされており、前記電子銃2か
ら電子ビーム2aが照射されると、被溶解材4は加熱溶
解され、粒滴状の溶解金属4aが水冷銅モールド3に落
下し、この水冷銅モールド3において凝固され、インゴ
ット5が製造されるものとなっている。
ところで、上記溶解金属4aの温度は、インゴット5が
凝固形成されるときの内部組織を支配するものであり、
インゴット5の品質を決定する重要な因子となってい
る。したがって、上記溶解金属4aの温度を測定して制
御することにより、高品質で均一なインゴット5が安定
して鋳造されることになる。
一般に、上記溶解金属4aの温度を測定する手段として
は、溶解金属4aに熱電対を浸透させ、熱電対に発生す
る熱起電力により温度を測定する手段、あるいは溶解金
属4aが放射する熱エネルギーを熱エネルギーセンサに
て検出することにより温度を測定する手段等がある。し
かしながら、これらの手段では、粒滴状の溶解金属4a
の大きさが10〜15mm程度と非常に小さく、しかも、
これが自然落下運動をしており、さらには溶解金属4a
が真空容器内に存在するので、溶解金属4aの温度を測
定することはできなかった。
したがって従来は、被溶解材4に照射する電子ビーム2
aの出力と被溶解材4の挿入速度とから定性的に推定す
るしかなかった。このため、溶解金属4aの温度を正確
に測定することができず、高品質で均一なインゴット5
を安定して製造することは困難であった。
また、粒滴状の溶解金属4aの温度を測定する手段とし
て、溶解金属4aの落下位置に高温で蒸気圧の小さな冷
媒を入れた容器を設置し、この容器にて溶解金属4aを
受け、上記冷媒の温度上昇により溶解金属4aのもつ熱
量を検出して温度を測定する手段もある。しかるに、こ
の手段では、真空容器1内において任意のタイミング
(任意の時刻)で、あるいは連続的に溶解金属4aの温
度を測定することは不可能であった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情に基いてなされたものであり、
その目的とするところは、移動物体の温度を正確に、か
つ任意のタイミングあるいは連続的に測定し得る移動物
体の温度測定装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、1つまたは複数の移動物体を、移動方向に対
して垂直方向からこの垂直方向を含む平面の視野を有す
る二次元撮像手段により撮像し、この二次元撮像手段に
より出力される映像信号から、輝度レベル算出手段によ
り一走査毎の最大輝度レベルを検出し、さらに、これら
最大輝度レベルのうち設定時間内における最大輝度レベ
ルを最終最大輝度レベルとして演算して求め、この求め
られた最終最大輝度レベルを温度変換手段により温度信
号に変換するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明を電子ビーム再溶解装置に適用した一実
施例の全体構成を示す図である。なお、第4図と同一部
分には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。第1図
において10は二次元撮像手段としての撮像装置であ
り、被溶解材4から溶解金属4aの移動方向、すなわち
落下方向に対して垂直方向から撮像し、上記落下方向に
距離lだけ下方の点を中心にして平面の視野10aを有
するものとなっている。そして、この撮像装置10は、
溶解金属4aから発生される放射輝度を、真空容器1に
設けられた窓ガラス(不図示)を通して撮像し、その映
像信号を出力するものとなっている。また上記撮像装置
10は、ロータリーシャッタ等のような高速度シャッタ
を設けた高感度撮像管により構成されている。この高速
度シャッタは、落下する溶解金属4aからの放射輝度を
ぶれがなく正確に検出するものであり、本実施例ではシ
ャッタ速度1/1000秒の高速度シャッタを用いてい
る。
図中20は温度測定制御装置であり、前記撮像装置10
からの映像信号を入力し、この映像信号から一走査毎の
最大輝度レベルを検出し、さらに、これら最大輝度レベ
ルのうち所定の設定時間内における最大輝度レベル、す
なわち最終最大輝度レベルを演算して求める輝度レベル
演算手段としての機能と、この機能によって求められた
最終最大輝度レベルを温度信号に変換する温度信号変換
手段としての機能とを有したものとなっている。
第2図は前記撮像装置10と温度測定制御装置20との
具体的な構成を示すブロック図である。撮像装置10
は、外乱光を取除くための光学フィルタ11と、レンズ
12と、高感度シャッタ付撮像管からなる撮像部13と
により構成されている。上記レンズ12は、空間的分解
能の向上をはかるために焦点距離の長いものが用いられ
ている。また、撮像部13の撮像管は、ビジコン,シリ
コンビジコン,CCD二次元固体撮像素子等のように近
赤外線領域に感度を有するものが用いられている。そし
て、この撮像部13において、高速度シャッタにより1
/1000秒間シャッタを開放し、その間の溶解金属4
aから発生させる放射輝度を検出し、1/30秒間隔で
放射輝度分布画像を示す映像信号を温度測定制御装置2
0に送出するものとなっている。
一方、温度測定制御装置20は次のように構成されてい
る。すなわち、前記撮像装置10から1/30秒間隔で
送られてくる映像信号の収差を補正する収差補正回路2
1と、収差補正が行なわれた映像信号から一走査毎の最
大輝度レベルを検出する最大輝度レベル検出部22と、
この検出部22により検出された最大輝度レベルを予め
設定された時間(本実施例では1秒)内で次々と比較演
算し、この設定時間内における最大輝度レベルを最終最
大輝度レベルとして求める最終最大輝度レベル検出部2
3と、この検出部23にて求められた最終最大輝度レベ
ルを温度信号に変換する温度信号変換部24と、この変
換部24にて変換された温度信号の放射率補正を行なう
放射率補正部25とから構成されている。なお、上記温
度変換部24には、予め黒体炉を用いて得られた撮像装
置10の温度と出力値との関係が記憶されている。ま
た、放射率測定部25には、予め真空雰囲気において溶
かされた被溶解材4の温度と、撮像装置10からの温度
出力値とから計算された放射率値が記憶されている。本
実施例では溶解金属4aは真空中にあるので、その表面
は酸化せず放射率は安定している。したがって、上記オ
フラインにより求められた放射率値によって補正するこ
とにより、高精度で溶解金属4aの温度が得られるもの
となる。
ここで、一走査毎の最大輝度レベルを検出する理由につ
いて説明する。被溶解材4から溶けて落下する溶解金属
4aのタイミングおよびその落下軌道は一定ではない。
また上記溶解金属4aの落下開始時点から下方距離lの
位置において、上記溶解金属4aの自然落下速度vは となる。ただし、gは重力加速度である。
したがって、シャッタ速度1/1000秒の場合、溶解
金属4aを円とすると、第3図に示すように、シャッタ
開放開始時点t1からシャッタ開放終了時点t2までの
1/1000秒間に上記溶解金属4aは、 だけぶれを生じることになる。しかるに、このとき撮像
部13が受ける溶解金属4aの正確な放射輝度は、第3
図中Aで示す部分となり、他の部分はA部に比べてその
放射輝度が低いものとなっている。そこで、一走査毎の
最大輝度レベルを検出することにより上記A部の放射輝
度を検出する。この場合、撮像部13において上記A部
を少なくとも1フレーム検出するために、レンズ12は
前述したように焦点距離の長いものを用いる必要があ
る。また、撮像視野10a内を通過する溶解金属4aが
複数個の場合には、その視野10a内における最大輝度
レベルを代表の値としている。
一方、上記最大輝度レベルは撮像部13の画像出力時間
(本実施例ては1/30秒)でリアルタイムに得られる
が、前記溶解金属4a連続的に落下する場合もあり、前
記最大輝度レベルを求めただけではA部の正確な放射輝
度は得られない。そこで、一走査毎の最大輝度レベルを
予め設定された時間内で次々と比較することにより、こ
の設定時間内における最終最大輝度レベルを求め、この
最終最大輝度レベルから溶解金属4aの温度を求める。
こうすることにより、溶解金属4aの温度が正確に測定
される。
このように本実施例によれば、従来は困難であった電子
ビーム再溶解装置の真空容器1内における粒滴状の溶解
金属4aの温度を正確に測定することができる。したが
って、高品質で均一なインゴット5を安定して製造する
ことができる。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではない。
たとえば、前記実施例では電子ビーム再溶解装置に適用
した場合について説明したが、真空アーク再溶解法,真
空プラズマビーム再溶解法による装置に対しても、光学
フィルタ11を考慮することにより適用することができ
る上、真空容器内で自然落下運動等をする被測定体の温
度測定装置としても適用することができる。また、本実
施例では真空中を落下する被測定体の温度測定について
説明したが、既知気体雰囲気中における撮像装置の視野
内を移動する被測定体の温度測定装置としても適用でき
る。このほか本発明の要旨を越えない範囲で種々変形実
施可能であるのは勿論である。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、1つまたは複数の
移動物体を、移動方向に対して垂直方向からこの垂直方
向を含む平面の視野を有する二次元撮像手段により撮像
し、この二次元撮像手段により出力される映像信号か
ら、輝度レベル算出手段により一走査毎の最大輝度レベ
ルを検出し、さらに、これら最大輝度レベルのうち設定
時間内における最大輝度レベルを最終最大輝度レベルと
して演算して求め、この求められた最終最大輝度レベル
を温度変換手段により温度信号に変換するようにしたの
で、移動物体の温度を正確に、かつ任意のタイミングあ
るいは連続的に測定し得る移動物体の温度測定装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の一実施例を示す図で、第1図
は全体構成を示す図、第2図は撮像装置と温度測定制御
装置の具体的構成を示すブロック図、第3図は最大放射
輝度を説明するための図、第4図は従来例としての電子
ビーム再溶解装置の構成を示す断面図である。 1……真空容器、4……被溶解材、4a……溶解金属、
10……撮像装置、11……光学フィルタ、12……レ
ンズ、13……撮像部、20……温度測定制御装置、2
1……収差補正回路、22……最大輝度レベル検出部、
23……最終最大輝度レベル検出部、24……温度変換
部、25……放射率補正部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1つまたは複数の移動物体を移動方向に対
    して垂直方向から撮像するこの垂直方向を含む平面の視
    野を有する二次元撮像手段と、この二次元撮像手段によ
    り出力される映像信号から一走査毎の最大輝度レベルを
    検出し、さらにこれら最大輝度レベルのうち設定時間内
    における最大輝度レベルを最終最大輝度レベルとして演
    算して求める輝度レベル演算手段と、この輝度レベル演
    算手段により求められた最終最大輝度レベルを温度信号
    に変換する温度変換手段とを具備したことを特徴とする
    移動物体の温度測定装置。
JP4998685A 1985-03-13 1985-03-13 移動物体の温度測定装置 Expired - Lifetime JPH0656329B2 (ja)

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