JPH0674831A - 鋼板の温度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋼板の温度を測定環境に左右されずに高精度に
測定することにある。 【構成】既知の放射率及び温度の放射熱源３より被測定
鋼板１の表面に放射エネルギを放射し、その鋼板表面で
反射される放射エネルギと被測定鋼板１からの放射エネ
ルギを走査形放射温度計２によりその検出面を鋼板表面
に対して所定角度走査しながら測定し、この走査形放射
温度計２により測定された放射エネルギと被測定鋼板１
からの放射エネルギとの差から得られる反射エネルギ及
び放射熱源３、走査形放射温度計２及び被測定鋼板１の
位置関係から鋼板表面での放射エネルギの拡散反射状態
を求め、この拡散反射状態と放射熱源３の放射率及び温
度から求められる放射エネルギとから拡散反射の角度成
分を含めた鋼板表面の反射率を求めると共に、この反射
率をもとに被測定鋼板１の放射率を求め、この放射率か
ら被測定鋼板１の温度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被測定鋼板の放射率及び
温度を非接触にて同時に測定する鋼板の温度測定方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋼板の表面温度を非接触にて測定
するには、放射温度計が用いられている。この放射温度
計は、測定対象物から放射される放射エネルギを検出し
て温度に換算するものであるが、その換算に当たっては
放射率を正しく設定する必要がある。従って、放射温度
計により鋼板の温度を測定する場合には、鋼板表面の放
射率を求めることが極めて重要である。従来、放射率を
考慮した放射温度計としては、例えば特開昭６２−２８
７１２４号公報に見られるようなものがある。

【０００３】この放射温度計は、測定対象に対して放射
源から３つの異なった状態（シャッター全開、半開、全
閉）で光放射エネルギを放射して、それぞれの状態で、
測定対象からの放射エネルギと放射源からの放射エネル
ギが測定対象で反射したものの和のエネルギを測定す
る。そして、これらのうち、２つの出力から放射源の寄
与率の差を求め、事前に求めてある寄与率の差と比の関
係に基き、寄与率の差から寄与率の比を求め、この寄与
率の比より拡散反射を考慮した測定対象の反射率を求
め、この反射率から放射率を求め、これを用いて測定対
象の温度を求めるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この放射温度
計においては、次のような不具合がある。

【０００５】まず、この放射温度計において、放射率が
未知の測定対象の温度を正確に求めるには、測定対象の
放射率測定にあたって補助熱源からの放射エネルギが測
定対象表面で拡散反射するとき、その拡散反射の状態を
熱源の面積を２段階に変化させてそのときの放射温度計
の出力の変化から、放射エネルギの寄与率の比を求め、
事前に求めてある寄与率の差と比の関係から寄与率の比
を求め、この寄与率の比より測定対象の反射率を求める
ようにしている。このとき寄与率の差と比の関係が、事
前にオフラインで求めた関係が実使用のオンライン測定
でも成立することを前提としているが、オンラインとオ
フラインの環境が異なることにより、表面性状が必ずし
も同じになるという保証はない。従って、このような従
来の放射温度計では、上述した関係が成り立つことが前
提であり、これが成り立たないときには適用することは
できない。

【０００６】本発明は上記のような不具合を解消するた
めになされたもので、その目的は鋼板の温度を鋼板の表
面性状の変化、すなわち鋼板の放射率、拡散反射状態に
左右されることなく高精度に測定できる鋼板の温度測定
方法及び装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、既知の放射率及び温度の放射熱源より前記
被測定鋼板の表面に放射エネルギを放射し、その鋼板表
面で反射される放射エネルギと前記被測定鋼板からの放
射エネルギを走査形放射温度計によりその検出面を前記
鋼板表面に対して所定角度走査しながら測定し、この走
査形放射温度計により測定された放射エネルギと前記被
測定鋼板からの放射エネルギとの差から得られる反射エ
ネルギ及び前記放射熱源、走査形放射温度計及び測定対
象の位置関係から前記鋼板表面での放射エネルギの拡散
反射状態を求め、この拡散反射状態と前記放射熱源の放
射率及び温度から求められる前記放射熱源の放射エネル
ギとから拡散反射の角度成分を含めた鋼板表面の反射率
を求めると共にこの反射率をもとに前記被測定鋼板の放
射率を求め、この放射率から前記被測定鋼板の温度を求
めるものである。

【０００８】また、被測定鋼板上方の予め設定された高
さ位置に設置され、且つ前記被測定鋼板の表面に放射エ
ネルギを放射する既知の放射率及び温度の放射熱源と、
前記被測定鋼板上方の予め設定された高さ位置に前記鋼
板表面に対して検出面が所定角度走査可能に設置され、
且つ走査角度に応じた前記被測定鋼板からの放射エネル
ギ及び鋼板表面で反射される前記放射熱源からの放射エ
ネルギを測定する走査形放射温度計と、この走査形放射
温度計で測定された出力信号が入力され、前記走査形放
射温度計により測定された放射エネルギと前記被測定鋼
板からの放射エネルギとの差から得られる反射エネルギ
及び前記放射熱源、走査形放射温度計、被測定鋼板の位
置関係から前記鋼板表面での放射エネルギの拡散反射状
態を求める第１の演算手段と、前記放射熱源の放射率と
温度とから求められる前記放射熱源の放射エネルギと前
記第１の演算手段で求められた拡散反射状態とから拡散
反射の角度成分を含めた鋼板表面の反射率を求めると共
に、この反射率をもとに前記被測定鋼板の放射率を求
め、この放射率から前記被測定鋼板の温度を求める第２
の演算手段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】このような鋼板の温度測定方法及び装置にあっ
ては、被測定鋼板の上方に設置された放射熱源からの放
射エネルギと被測定鋼板からの放射エネルギのパターン
を被測定鋼板の上方に設置された走査形放射温度計によ
りその検出面を所定角度走査しながら測定し、その測定
値と被測定鋼板からの放射エネルギとの差から得られる
反射エネルギ及び放射熱源、走査形放射温度計、被測定
鋼板の位置関係から鋼板表面での放射エネルギの拡散反
射状態を求め、さらにこの拡散反射の角度成分を含めた
鋼板表面の反射率を求めると共に、この反射率をもとに
被測定鋼板の放射率を求めているので、この放射率を用
いることにより被測定鋼板の表面温度を鋼板表面の放射
率の変化、拡散状態の変化に影響されずに精度良く測定
することが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１１】図１は本発明による鋼板の温度測定装置の
構成例を示すものである。図１において、１は測定対象
となる鋼板、２はこの鋼板１の上方の設定位置に設置さ
れた走査形放射温度計（１次元走査形放射検出器）、３
はこの走査形放射温度計２の走査面上で、且つ鋼板１の
上方の設定位置に設置された放射率が既知の放射熱源で
ある。また、４はこの放射熱源３の前方に設けられたシ
ャッタ装置、５は放射熱源３の温度を測定する温度測定
機能を有し、且つ放射熱源３を任意の一定の温度に保つ
温度制御装置である。

【００１２】一方、６は熱源放射率εが与えられると共
に、走査形放射温度計２からの走査出力波形（測定輝度
出力）Ｅ、放射熱源３の温度Ｔ及びシャッタ装置４のシ
ャッタ開閉信号Ｓがそれぞれ入力される演算装置で、こ
の演算装置６はこれら走査出力波形Ｅ、熱源の温度Ｔ、
放射率ε及び鋼板１、放射熱源３、走査形放射温度計２
の位置関係から鋼板表面での放射エネルギの拡散反射状
態、反射率、放射率及び温度を演算するものである。次
に上記のように構成された鋼板の温度測定装置の作用に
ついて述べる。

【００１３】いま、放射熱源３より鋼板１上に放射エネ
ルギが放射され、また走査形放射温度計２が鋼板１の表
面に対して検出面が所定角度走査されているものとすれ
ば、この走査形放射温度計２によりそのときの鋼板１か
らの放射エネルギと、鋼板表面で反射される放射熱源３
からの放射エネルギの和のエネルギが測定され、その走
査出力波形が演算装置６に入力される。

【００１４】この演算装置６では、この和のエネルギか
ら反射エネルギを得るため、放射熱源３の前方に設けら
れているシャッタ装置４を開、閉したときの測定値の差
を求める。この場合、放射熱源３からの放射エネルギ
は、走査形放射温度計２の走査角度（測定角度）によっ
て正反射方向および正反射方向から外れた反射（拡散反
射）エネルギが測定される。なお、反射エネルギが微小
となり、無視できる走査端での測定値は鋼板からの放射
光のみなので、測定値からこの放射エネルギを差引いて
も良い。

【００１５】次に演算装置６では、この反射エネルギと
走査形放射温度計２の走査角度をもとに放射熱源３、走
査形放射温度計２、鋼板１の位置関係から、走査角度に
対応する反射エネルギの拡散角度を求め、この拡散角度
と反射エネルギより反射エネルギの拡散反射状態を次の
ようにして求める。

【００１６】即ち、拡散反射の性質に着目すると、鋼板
上を走査する走査形放射温度計２に入射する放射エネル
ギのうち、放射熱源３からの放射光の拡散反射成分は、
図２に示すように走査形放射温度計２の検出面を鋼板表
面に対して所定角度走査することによって拡散反射の角
度成分が得られる。この走査形放射温度計２の出力のう
ち、その最大値の位置は正反射成分が得られているの
で、その点から走査形温度計２を走査端方向へ走査して
行くことにより、拡散反射の角度成分を測定することが
できる。このように演算装置６で走査角度と放射エネル
ギの関係が求められると、次にこれらの関係と、走査形
放射温度計、熱源、鋼板の位置関係から図３に示すよう
な２次元的な拡散反射状態を求める。さらに、この２次
元的な拡散反射状態を正反射軸を中心に３６０°回転さ
せる、つまり周積分することにより３次元拡散反射状態
を求めることができる。

【００１７】かくして演算装置６により走査形温度計２
の出力から３次元のあらゆる方向へ拡散する拡散反射成
分を包括して求めると、演算装置６では放射熱源３の放
射率εと温度Ｔとから放射熱源３からの放射エネルギを
求め、この放射熱源３の放射エネルギにより前述した拡
散反射状態の反射エネルギを除算することで鋼板１の反
射率を求める。そして、この鋼板１の反射率をもとに、
キルヒホッフの法則により ｛放射率｝＝１−｛反射率｝

【００１８】を求め、この放射率及び放射熱源前方に設
置されたシャッタ装置４により放射熱源３の放射エネル
ギをしゃ断したときの鋼板１の放射エネルギとから鋼板
の温度を正確に求めることができる。

【００１９】このように本実施例では、既知の放射率及
び温度の放射熱源３から放射エネルギを鋼板に放射し、
この鋼板表面で反射する放射エネルギを鋼板からの放射
エネルギと共に走査形放射温度計２によりその検出面を
所定角度走査しながら測定し、その測定信号を演算装置
６に入力してあらゆる方向へ拡散する拡散反射成分を包
括して求めることにより、放射熱源３からの放射エネル
ギと鋼板表面で反射した放射エネルギから鋼板の反射率
を求めると共に、この反射率から放射率を求めるように
しているので、鋼板の放射率の変化及び拡散状態の変化
に影響されることなく、鋼板表面の温度を精度良く測定
することができる。特に溶融メッキ後加熱によって合金
化を行う合金化溶融亜鉛メッキラインの合金化温度管理
（合金化途中であり、表面の放射率及び拡散状態が大き
く変化するため、従来の測温法では正確な温度測定がで
きない）に有効であり、製品品質の向上に多大な効果を
得ることができる。ここで、本実施例による鋼板の温度
測定装置を用いてオフラインにてテストした結果につい
て述べる。

【００２０】図４に示すように熱源３として球状の熱源
を用い、これを鋼板１から200mm の位置に設置し、温度
を一定に制御すると共に温度を実測し、放射量の計算に
用いた。また、走査形温度計２は走査角５０°のものを
使用し、鋼板１から600mm の位置に設置し、測定される
正反射成分が鋼板１に２０°の角度で入射するようにし
た。さらに、鋼板１はヒータにて200 ℃〜300 ℃に加熱
した。一方、反射エネルギは、熱源を設置したときの測
定パターンから、熱源を取除いたときの測定パターンの
差を取り、反射エネルギとした。

【００２１】このような条件下のもとで、鋼板１として
アルミニウム、ＣＧＬ、ブリキの反射率測定値と真の反
射率とをそれぞれグラフにて表すと図５に示すような結
果が得られた。上記グラフは本実施例装置で測定した 反射光積分値／熱源からの放射光

【００２２】の値と真の反射率をアルミ（拡散反射性
弱）、ＣＧＬ（拡散性強）、ブリキ（拡散性弱）につい
てアルミ時の値を１としてそれぞれ正規化（比を求め）
して比較したものである。正規化という作業によって等
しい値となるということは、反射率既知の校正板での校
正によって実測可能であると言える。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、拡散
反射の角度成分を含めた鋼板の反射率を求め、この反射
率から放射率を求めるようにしているで、鋼板表面の放
射率の変化や拡散状態の変化に左右されずに鋼板の温度
を高精度に測定できる鋼板の温度測定方法及び装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鋼板の温度測定装置の一実施例を
示す構成説明図

【図２】同実施例において、走査形放射温度計の走査に
よる拡散反射の角度成分の測定法の説明図。

【図３】同実施例において、鋼板表面での拡散反射の状
態を説明するための概念図。

【図４】本発明をテスト装置を用いてテストしたときの
概要を示す図。

【図５】同テスト装置によるテスト結果をグラフとして
示す図。

【符号の説明】

１……鋼板、２……走査形放射温度計、３……放射熱
源、４……シャッタ装置、５……熱源温度制御装置、６
……演算装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既知の放射率及び温度の放射熱源より被
   測定鋼板の表面に放射エネルギを放射し、その鋼板表面
   で反射される放射エネルギと前記被測定鋼板からの放射
   エネルギを走査形放射温度計によりその検出面を前記鋼
   板表面に対して所定角度走査しながら測定し、この走査
   形放射温度計により測定された放射エネルギと前記被測
   定鋼板からの放射エネルギとの差から得られる反射エネ
   ルギ及び前記放射熱源、走査形放射温度計及び測定対象
   の位置関係から前記鋼板表面での放射エネルギの拡散反
   射状態を求め、この拡散反射状態と前記放射熱源の放射
   率及び温度から求められる前記放射熱源の放射エネルギ
   とから拡散反射の角度成分を含めた鋼板表面の反射率を
   求めると共に、この反射率をもとに前記被測定鋼板の放
   射率を求め、この放射率から前記被測定鋼板の温度を求
   めるようにしたことを特徴とする鋼板の温度測定方法。
2. 【請求項２】 被測定鋼板上方の予め設定された高さ位
   置に設置され、且つ前記被測定鋼板の表面に放射エネル
   ギを放射する既知の放射率及び温度の放射熱源と、前記
   被測定鋼板上方の予め設定された高さ位置に前記鋼板表
   面に対して検出面が所定角度走査可能に設置され、且つ
   走査角度に応じた前記被測定鋼板からの放射エネルギ及
   び鋼板表面で反射される前記放射熱源からの放射エネル
   ギを測定する走査形放射温度計と、この走査形放射温度
   計で測定された出力信号が入力され、前記走査形放射温
   度計により測定された放射エネルギと前記被測定鋼板か
   らの放射エネルギとの差から得られる反射エネルギ及び
   前記放射熱源、走査形放射温度計、被測定鋼板の位置関
   係から前記鋼板表面での放射エネルギの拡散反射状態を
   求める第１の演算手段と、前記放射熱源の放射率と温度
   とから求められる前記放射熱源の放射エネルギと前記第
   １の演算手段で求められた拡散反射状態とから拡散反射
   の角度成分を含めた鋼板表面の反射率を求めると共に、
   この反射率をもとに前記被測定鋼板の放射率を求め、こ
   の放射率から前記被測定鋼板の温度を求める第２の演算
   手段とを備えたことを特徴とする鋼板の温度測定装置。