放射による温度測定方法及び温度測定装置
【課題】測定対象物の表面が振動していたりしたとしても、精確な遠隔温度測定を可能とする。
【解決部】本発明に係る放射による温度測定方法は、被測定物Ｗから放射される電磁波の異なる２つの偏光成分を用いて被測定物Ｗの温度を計測する温度測定方法であって、２つの偏光成分を測定すると共に、被測定物Ｗの振動状況を測定すべく設けられた振動測定部４の出力を検出して、２つの偏光成分のそれぞれについて、振動測定部４の出力を基に当該偏光成分に含まれる振動による外乱を除去し、外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物Ｗの温度を算出する。
【解決部】本発明に係る放射による温度測定方法は、被測定物Ｗから放射される電磁波の異なる２つの偏光成分を用いて被測定物Ｗの温度を計測する温度測定方法であって、２つの偏光成分を測定すると共に、被測定物Ｗの振動状況を測定すべく設けられた振動測定部４の出力を検出して、２つの偏光成分のそれぞれについて、振動測定部４の出力を基に当該偏光成分に含まれる振動による外乱を除去し、外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物Ｗの温度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射による温度測定方法及びこの方法を用いた温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧延工程や熱処理工程において、走行する圧延材の表面温度の測定を行うに際しては、圧延材から放射される電磁波を利用した放射温度計が用いられることが多い。放射温度計は、圧延材に非接触でその表面温度を計測可能であり、非常に有益な温度計である。
ところが、被測定物である圧延材の放射率が未知であったり、材質、熱処理温度、酸化、表面粗さ等の影響を受けて放射強度が変動したりするため、圧延材の温度測定に放射温度計の適用が困難であったり、又はその測定精度が低いという問題があった。
【０００３】
この課題を解決するものとして、放射電磁波の２つ偏光成分を利用した放射温度測定法が開発されている（特許文献１，特許文献２を参照）。
特許文献１は、放射温度計による鋼板の温度測定方法おいて、異なる２つの偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記異なる２つの偏光成分での放射率とを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度を求める鋼板の温度測定方法を開示する。
特許文献２は、表面に薄膜を有する鋼板の温度測定方法において、測定対象鋼板からの放射光のうち測定対象鋼板上の薄膜固有の偏光角方向へ放射される放射光であって測定面の法線に平行な偏光成分（Ｐ偏光）を測定する温度測定方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０７９３９号公報
【特許文献２】特開平２−２０８５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧延ラインを走行する圧延材の表面は必ずしも平坦ではなく、プロセス変動等により板そり（凹凸）が発生したり、搬送ラインで圧延材が波打ったり上下に振動したりし、表面からの放射強度が様々な要因により変動し、その結果、計測される放射強度が必ずしも圧延材の表面温度の変動と関連しているとは言い難い状況が発生している。
このような状況下においては、特許文献１に開示される「異なる２つの偏光成分について測定される圧延材の２つ偏光成分の輝度から鋼板の温度を測定する方法」であっても、特許文献２に開示される「Ｐ偏光を利用した放射温度測定方法」であっても精確な温度計測を行うことはできない。それどころか、Ｐ偏光、Ｓ偏光は放射率の角度依存性があり、圧延材の法線方向からの角度をθとした場合、Ｐ偏光の放射率はθ＝８０°あたりに極大値を持ち、Ｓ偏光はθが減少すると共にその放射率も緩やかに減少する（後述する図１３を参照）。
【０００６】
つまり、Ｐ偏光、Ｓ偏光を用いた特許文献１や特許文献２の温度計測方法は、圧延材が波打ったり上下に振動したりし、表面からの放射輝度が様々な要因により変動する状況下では、その精度は極端に低下する可能性が大であり、温度測定の信頼性が著しく低下するという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、被測定物から放射される電磁波の異なる２つの偏光成分を用いて被測定物の温度を計測する温度測定方法において、測定対象物の表面が振動していたりしたとしても精確な温度測定が可能な、放射による温度測定方法およびこの方法を用いた温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る放射による温度測定方法は、被測定物から放射される放射波の異なる２つの偏光成分を用いて前記被測定物の温度を計測する温度測定方法であって、前記２つの偏光成分を測定すると共に、前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部の出力を検出して、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去し、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出することを特徴とする。
【０００８】
本願発明者らは、被測定物に反りが発生したり、被測定物がバタついていたり（波打ったり上下に振動したり）している状況を考察してみた。
図１２（ａ）は、被測定物（圧延材）が平坦な状態における、被測定物と放射計測部との光学的な位置関係を示したものである。被測定物が平坦でバタつきがなければ、測定角度θiは一定である。ところが、図１２（ｂ）に示すように被測定物がバタついている場合、被測定物と放射計測部との光学的な位置関係はバタつきに応じて変化することになる。被測定物の表面の傾きをθmとすれば、測定角度は、θ＝（θi−θｍ）と変化する。
【０００９】
ここで、２つの偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）の測定角度θと放射率との関係について考えてみる。
図１３（ａ）は、異なる２つの偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）の測定角度θに対するアルミ板材の放射率の理論値を示したものである。この図から明らかなように、Ｐ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に増大し、８０°近傍で極大値を持つ。また、Ｓ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に減少する。
以上のことから判るように、被測定物が振動しバタつくことで、被測定物と放射計測部との光学的な位置関係が変化した場合、Ｓ偏光強度Ｖｓはあまり変化しないものの、Ｐ偏光強度Ｖｐに関しては、被測定物の傾き（振動に起因する被測定物の傾き）に起因する外乱を含むこととなり、その値Ｖｐは大きく変化する。その結果、計測される放射輝度が必ずしも圧延材の表面温度の変動と関連しているとは言い難い状況が発生する。
【００１０】
そこで、本願発明者らは、被測定物の振動状況を測定すべく別途設けられた振動測定部の出力を検出し、２つの偏光成分のそれぞれについて、振動測定部の出力を基に当該偏光成分に含まれる振動の影響（バタつきの影響）を除去する処理に想到するに至った。そして、外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出することとした。
この温度測定方法を用いることで、測定対象物の表面が振動していたりしたとしても精確な温度測定が可能となる。
【００１１】
好ましくは、前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出するとよい。
さらに好ましくは、前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定すべく音波測定部を配備しておき、前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出するとよい。
【００１２】
前記２つの偏光成分の比率を求め、前記比率の時間変動量が、所定の閾値を越えた場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が低いものとし、所定の閾値を越えない場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が高いものとするとよい。
本発明に係る放射による温度測定装置は、被測定物から放射される放射波の２つの偏光成分を計測する放射計測部と、前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部と、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去する外乱除去部と、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出する測温部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記外乱除去部は、前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されているとよい。
また、前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定する音波測定部が設けられ、前記外乱除去部は、前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されているとよい。
【００１４】
前記外乱除去部が出力した２つの偏光成分に関し、その比率を求める比率算出部を備え、前記比率算出部は、前記比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、前記測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が高いものと判定するように構成されていることは、非常に好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の放射による温度測定方法及び温度測定装置によれば、測定対象物の表面が振動していたりしたとしても、精確な温度測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】温度測定装置の設置状況を示した図である。
【図２】放射計測部の構造を示した図である。
【図３】第１実施形態に係る温度測定装置の構造を示した図である。
【図４】振動計測部（ロックインアンプ）を示した図である。
【図５】第１実施形態に係る温度測定方法のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係る温度測定方法のフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る温度測定装置の構造を示した図である。
【図８】第３実施形態に係る温度測定装置の構造を示した図である。
【図９】Ｐ偏光及びＳ偏光の時系列データ、及び「Ｐ偏光強度／Ｓ偏光強度」の時系列データを示した図である。
【図１０】第３実施形態に係る温度測定方法のブロック図である。
【図１１】第３実施形態に係る温度測定方法のフローチャートである。
【図１２】被測定物と放射計測部との光学的な位置関係を示したものである
【図１３】Ｐ偏光・Ｓ偏光のそれぞれに関し、入射角と放射率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る放射による温度測定方法及び温度測定装置の実施の形態を、図をもとに説明する。
［第１実施形態］
図１，図３は、本実施形態にかかる温度測定装置１を示した図である。
温度測定装置１は、被測定物から放射される電磁波（放射光）に含まれる２つの偏光成分を測定し、その後２つの偏光成分のそれぞれについて、被測定物の振動による外乱を除去して、外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の表面温度を算出するものである。
【００１８】
なお、被測定物としては、圧延工程や熱処理工程における圧延材Ｗ、特に帯状のアルミ箔材などを念頭におき説明を進める。
温度測定装置１は、圧延材Ｗから放射される電磁波の２つの偏光成分を計測する放射計測部２と、圧延材Ｗの温度を算出する測温部３とを有している。
さらに、温度測定装置１は、圧延材Ｗの振動状況を測定すべく設けられた振動測定部４と、放射計測部２が計測した２つの偏光成分のそれぞれについて、振動測定部４の出力を基に当該偏光成分に含まれる振動による外乱を除去する外乱除去部５と、を有している。
【００１９】
測温部３は、外乱除去部５により外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に圧延材Ｗの温度を算出する。
測温部３、外乱除去部５は信号処理装置６の中に設けられており、信号処理装置６はパソコンや電子回路などで構成されている。この信号処理装置６には、計測結果を表示する表示装置７が外部入出力部８を介して繋がっていると共に、計測結果などをネットワークを通じ外部に転送可能となっている。
図２には、放射計測部２の内部構造が示されている。
【００２０】
本実施形態の放射計測部２は、走行する圧延材Ｗに対して、その表面の法線となす角度θの位置に配備されており、圧延材Ｗから放射される電磁波（放射光）に含まれる異なる２つの偏光成分の強度を計測する。
放射計測部２は、圧延材Ｗの表面を向き、圧延材Ｗ上の計測点からの放射光を取り込むレンズ１０と、取り込まれた放射光から２つの偏光成分（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を取り出すコリメートレンズ１１及びプリズム等で構成された偏光分離素子１２とを有している。
偏光分離素子１２で分離されたＰ偏光、Ｓ偏光は、ＣＣＤ等で構成された光検出素子１３に取り込まれ、アンプ１４で増幅され電圧出力Ｖｐ，Ｖｓとして外部に出力される。
【００２１】
なお、本明細書において、Ｐ偏光は、圧延材Ｗの表面すなわち被測定物表面法線と測定光軸とが作る平面に平行な方向に電界成分をもつ偏光のこととし、Ｓ偏光は、圧延材Ｗの表面すなわち被測定物表面法線と測定光軸とが作る平面に垂直な方向に電界成分をもつ偏光とする。
振動測定部４は、圧延材Ｗの下側に配備されたレーザ変位計から構成される。レーザ変位計は、レーザ変位計〜圧延材Ｗの下面側の距離を数ｎｍ〜数十μｍオーダで検出できるものであり、圧延材Ｗの板反り（凹凸）状況や搬送ラインでのバタつき（圧延材Ｗが波打ったり上下に振動することをいう）を検出可能である。ゆえに、振動測定部４の出力が変動したり、周期的に変化している場合には、圧延材Ｗに板反りやバタつきが発生していることになる。
【００２２】
図３に示す如く、放射計測部２から出力されるＰ偏光強度ＶｐとＳ偏光強度Ｖｓとは、信号処理装置６内に設けられた外乱除去部５へ入力される。
外乱除去部５では、振動測定部４の出力から圧延材Ｗの振動周波数を推定し、推定された振動周波数に対応する２つの偏光成分の変動成分（外乱成分）を、各偏光成分から除去する。
圧延材Ｗが振動しバタついていた場合、振動測定部４の出力のある周波数帯（例えば５〜１０Ｈｚ）に振動のピークが発生する。圧延材Ｗの温度変動は数秒オーダー（例えば０．１〜１Ｈｚ）より大きなレンジで変わることが実績として知られており、周波数空間におけるＶｐ，Ｖｓにおいて、１０Ｈｚ程度の変動ピークがあった場合、その変動ピークは、外乱すなわち圧延材Ｗのバタつきに起因するものと思われる。
【００２３】
そこで、外乱除去部５における処理としては、例えば、Ｐ偏光強度ＶｐとＳ偏光強度Ｖｓをフーリエ変換し周波数空間へ移行する。同様に、振動測定部４の出力もフーリエ変換し周波数空間へ移行する。その後、周波数空間におけるＶｐ，Ｖｓから、外乱に対応する周波数ピークを取り除き、取り除いた後のＶｐ，Ｖｓを逆フーリエ変換して実空間に戻し、それを出力値として出力することが考えられる。
この外乱除去部５の処理は、処理時間がかかりリアルタイムの処理に不向きであるため、本実施形態の外乱除去部５では、ロックインアンプ１５等のフィルタリング回路を採用し、外乱の周波数部分を除去し、圧延材Ｗの板温度変動に起因する周波数のみを出力するようにしている。
【００２４】
図４にロックインアンプ１５の概略を示している。
ロックインアンプ１５とは、参照信号と測定信号とを乗算器にかけ、ローパスフィルタを通すことにより、特定の周波数成分の信号を除去する回路である。乗算器により参照信号と等しい成分のみが直流となり、ローパスフィルタを通過するようになる。
このロックインアンプ１５で、測定信号を放射計測部２から出力されたＶｐ，Ｖｓとし、参照信号を振動測定部４から得られた圧延材Ｗの振動周波数より低い周波数帯、又は、過去の実績より判っている「圧延材Ｗの温度変動」の周波数帯とする。こうすることで、振動測定部４からの信号の周波数成分を参照しＶｐ，Ｖｓそれぞれの温度変動周波数成分の帯域のみフィルタリング処理し、それ以外の成分を除去することにより、圧延材Ｗの振動による外乱を除去した精度の高い放射強度信号Ｖｐ’，Ｖｓ’が得られる。
【００２５】
外乱除去部５からの出力、すなわち外乱が除去されたＰ偏光強度Ｖｐ’とＳ偏光強度Ｖｓ’は、測温部３へ入力される。
測温部３では、式（１）に示すプランクの法則を基にして、圧延材Ｗの表面温度が算出される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
なお、式（１）に基づく計算をリアルタイムで行うと処理時間が長くなる可能性があるため、本実施形態では、式（１）をテーブル化し記憶部１６内に記憶させている。このテーブルを用いて、Ｖｐ’及びＶｓ’から圧延材Ｗの表面温度を算出する。
以上述べた、温度測定装置１内での処理（放射による温度測定方法）を、図５に示すブロック図、図６に示すフローチャートを基に説明する。
まず、圧延材Ｗ上のある測定点を放射計測部２で一定時間測定し、Ｐ偏光、Ｓ偏光の強度を計測する。（Ｓ１０１）。
【００２８】
その一方で、振動測定部４（レーザ変位計）により、圧延材Ｗの振動状況を計測する。（Ｓ１０２）
振動測定部４で測定した振動信号に関し、予め設定した周波数以上か否かを判断し、一定以上であれば（Ｓ１０３でＹｅｓ）、振動測定部４の出力信号における振動信号範囲（圧延材Ｗの振動周波数範囲）を読み出し信号処理装置６へ送信する。（Ｓ１０４，Ｓ１０５）
Ｓ１０３でＮｏであれば、圧延材Ｗにバタつきが無いものとし、後述するＳ１０８，Ｓ１１０へと進む。（Ｓ１０９）
信号処理装置６では、振動測定部４から入力された振動信号範囲より低い周波数帯、又は、過去の実績より判っている「圧延材Ｗの温度変動」の周波数帯を、外乱処理部（ロックインアンプ１５）へ送信し、外乱処理部で外乱を除去する。（Ｓ１０６）
外乱処理部の出力Ｖｐ’，Ｖｓ’は測温部３へ送られ、Ｖｐ’，Ｖｓ’とから、記憶部１６にある放射率温度対応データより温度データを読み出し圧延材Ｗの温度を推定する。（Ｓ１０７，Ｓ１０８）
その後、推定された圧延材Ｗの温度、すなわち読み出した温度データを記憶部１６へ保存する。（Ｓ１１０）
この温度測定方法によれば、例えば、圧延材Ｗに角度５°の板形状変動成分があり、その周波数が振動測定部４からの信号で５Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度あると計測され、一方で、過去の実績より、圧延材Ｗの温度変動成分が１Ｈｚであると判明していたとすると、外乱処理部（ロックインアンプ１５）によるフィルタリングで遮断周波数成分を５Ｈｚ〜１０Ｈｚにすることにより、０Ｈｚ〜５Ｈｚの周波数を持つ温度変動を有する放射強度信号を検出できる。
【００２９】
圧延材Ｗを対象とした５１０℃近辺の温度測定で、傾き５°の板形状変動があると、（Ｖｐ／Ｖｓ）の値は約８％変動するが、このことは、傾き５°の板形状変動で約４℃の温度変動を生じることになる。しかしフィルタリング処理によりこの成分を９０％除去できる場合、板形状の変動によるノイズは８％から０．８％と半減し温度変動誤差も４℃から０．４℃に低減することができる。
つまり、振動測定部４により検出した振動周波数成分が５Ｈｚ〜１０Ｈｚのバンドパスフィルタで除去することにより、８％の変動が無くなることにより、温度変動による放射輝度変化のみを抽出し正確な放射温度測定ができる。
【００３０】
また、偏光成分の外乱は、板のバタつき成分以外に、工場内照明・外部太陽光・散乱光反射源の機械的振動などのさまざまな雑音もあるため、測定成分除去にこれらの周波数の信号成分をフィルタ処理することにより、より高精度な遠隔非接触温度計測ができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について述べる。
図７に示す如く、第２実施形態が第１実施形態と大きく異なる点は、温度測定装置１に、圧延材Ｗが配備される空間に発生する音波（雑音）を測定すべく設けられた音波測定部２０が設けられていることである。
【００３１】
圧延材Ｗが薄箔の場合、例えば、圧延ローラを回転させるモータの回転音に呼応して、圧延材Ｗが振動することが考えられる。本実施形態では、かかる雑音に起因する圧延材Ｗの振動を検出し、温度測定の精度を上げるものである。
詳しくは、音波測定部２０は、例えば、集音マイクと音声アンプとから構成され、その出力は、圧延材Ｗが配備されている空間に発生する雑音の強度、周波数に対応した信号である。音波測定部２０の出力は外乱除去部５に入力される。
外乱除去部５では、音波測定部２０の出力から圧延材Ｗの振動周波数を推定し、推定された振動周波数に対応する２つの偏光成分の変動成分を各偏光成分から除去する処理が行われる。
【００３２】
具体的には、第１実施形態と同じ処理を行えばよく、例えば、外乱除去部５を図４のようなロックインアンプ１５で構成する。その上で、ロックインアンプ１５の測定信号を放射計測部２から出力されたＶｐ，Ｖｓとし、参照信号を、音波測定部２０から得られた雑音の周波数より低い周波数帯とする。こうすることで、Ｖｐ，Ｖｓそれぞれの温度変動信号の周波数成分の帯域のみフィルタリング処理し、それ以外の成分を除去することにより圧延材Ｗ振動による外乱を除去した精度の高い放射輝度信号を得られる。
他の構成やその作動態様は、第１実施形態と略同様であるため、説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について述べる。
【００３３】
第３実施形態が第１実施形態又は第２実施形態と大きく異なる点は、温度測定装置１に、外乱除去部５が出力した２つの偏光成分に関しその比率を求める比率算出部３０を備えている点にある。
この比率算出部３０は、２つの偏光成分の比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が高いものと判定するように構成されている。
【００３４】
まずここで、比率算出部３０で行われる処理の考え方となっている事象について説明する。
図１３は、異なる２つの偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）の測定角度θに対するアルミ板材の放射率の理論値（図１３（ａ））及び実験値（図１３（ｂ））を示したものである。実験条件は、放射温度計の観測波長：λ＝９６０ｎｍ、圧延材Ｗ（アルミ材）の温度：ｔｍ＝５１０℃である。
これらの図から明らかなように、Ｐ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に増大し、８０°近傍で極大値を持つ。また、Ｓ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に減少もしくはθ＝０°の時の値とほぼ一定（実験値）となっている。
【００３５】
ゆえに、図１２に示すように、圧延材Ｗがバタついたりして圧延材Ｗと放射測定部との光学的な位置関係が変化した場合、Ｓ偏光強度Ｖｓはあまり変化しないものの、Ｐ偏光強度Ｖｐは大きく変化し、Ｖｐ／Ｖｓの値が大きく変化するようになる。つまり、測定対象である圧延材Ｗが大きくバタついたりした場合には、Ｖｐ／Ｖｓの値が時系列的に大きく変動することとなる。なお、圧延材Ｗに温度変動がある場合、ＶｐとＶｓに温度変化に対する放射輝度の検出感度に違いがあるが、信号レベルの増減割合は、同位相で変化するため、Ｖｐ／Ｖｓの時系列変化への寄与はほとんどないと考えられる。
【００３６】
詳しくは、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すような時系列変化をとることとなる。
図９（ａ）の左図は、温度変動がなく、板形状変動がない場合のＶｐ、Ｖｓの時系列信号波形であり、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ａ）の右図のようになる。
図９（ｂ）の左図は、温度変動があり、板形状変動がない場合のＶｐ、Ｖｓの時系列信号波形であり、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ｂ）の右図のようになる。
図９（ｃ）の左図は、温度変動がなく、板形状変動がある場合のＶｐ、Ｖｓの時系列信号波形を示しており、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ｃ）の右図のようになる。
【００３７】
図９（ｄ）の左図は、温度変動があり、板形状変動がある場合の(Ｖｐ/Ｖｓ)の時系列信号波形であり、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ｄ）の右図のようになる。
すなわち、温度変動がある場合、ＶｐとＶｓに検出感度(ゲイン〉の違いはあるが、信号レベルの増減は同位相で変化する(図９（ｂ）)。板変動がある場合（温度変動があってもなくても）、Ｖｓは測定角度の依存性が小さい(無視できる)ことから、Ｖｓには板形状変動の影響がほとんど出てこない（図９（ｃ））。その一方で、Ｖｐ信号には板形状変動の影響が重畳されて出てくる（図９（ｃ）（ｄ））。
【００３８】
以上の結果が２信号の比(Ｖｐ/Ｖｓ）の出力に反映される。つまり、圧延材Ｗの振動がある場合は、(Ｖｐ/Ｖｓ）が所定の値で変動するようになり、２つの偏光成分の比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が高いものと判定するのが妥当である。
本実施形態の信号処理装置６内に設けられる比率算出部３０は、上記考えに基づき、２つの偏光成分の比率を求め、それに基づき、測定温度の信頼性を判定する処理を行う。処理結果は、表示装置７などに表示されオペレータに通達される。
【００３９】
前述の如く、圧延材Ｗを対象とした５１０℃近辺の温度測定で、傾き５°の板形状変動があると、（Ｖｐ／Ｖｓ）の値は約８％変動するが、このことは、傾き５°の板形状変動で約４℃の温度変動を生じることになる。
この温度誤差４℃が無視できない量と考えると、温度測定の信頼度の評価指標として、（Ｖｐ／Ｖｓ）の値の変動量をモニタし、その変動量が４％（許容値８％の半分）を超えると板形状変動の影響があり、温度測定の信頼度に欠けると推定し、温度測定中にアラームを発するなり、その間の温度測定データは無効にするなどの温度制御に反映することで、温度測定の信頼性を高めた温度測定が可能となる。
【００４０】
以上述べた、放射を基にした圧延材Ｗの温度計測を、図１０に示すブロック図、図１１に示すフローチャートを基に説明する。
まず、圧延材Ｗ上のある測定点を放射測定部で一定時間測定し、Ｐ偏光、Ｓ偏光の強度を計測する。（Ｓ２０１）。
その一方で、振動測定部４（レーザ変位計）により、圧延材Ｗの振動状況を計測する。（Ｓ２０２）
振動測定部４で測定した振動信号に関し、予め設定した周波数以上か否かを判断し、一定以上であれば（Ｓ２０３でＹｅｓ）、振動測定部４の出力信号における振動信号範囲（圧延材Ｗの振動周波数範囲）を読み出し信号処理装置６へ送信する。（Ｓ２０４，Ｓ２０５）
Ｓ２０３でＮｏであれば、圧延材Ｗにバタつきが無いものとし、後述するＳ２１１へと進む。（Ｓ２０９）
信号処理装置６では、振動測定部４から入力された振動信号範囲より低い周波数帯、又は、過去の実績より判っている「圧延材Ｗの温度変動」の周波数帯を、外乱処理部（ロックインアンプ１５）へ送信し、外乱処理部で外乱を除去する。（Ｓ２０６）
次に外乱処理部の出力信号を比率算出部３０へ送り、外乱が除去されたＰ偏光強度、Ｓ偏光強度の比（Ｖｐ’／Ｖｓ’）を算出する。（Ｓ２０７，Ｓ２０８）
Ｓ２０８の処理後は、信号比（Ｖｐ’／Ｖｓ’）が一定値以下かを判断し、一定値以下なら、Ｓ２１１へと進む。（Ｓ２１０でＹｅｓ）
Ｓ２１１では、Ｖｐ’，Ｖｓ’とから、記憶部１６にある放射率温度対応データより温度データを読み出し圧延材Ｗの温度を推定する。その後、推定された圧延材Ｗの温度、すなわち読み出した温度データを記憶部１６へ保存する。（Ｓ２１２）
信号比（Ｖｐ’／Ｖｓ’）が一定値以上なら（Ｓ２１０でＮｏ）、測定温度の信頼性が低いとして外部入力装置を介して表示装置７、またはネットワークへ情報を送信する（Ｓ２１３）。
【００４１】
以上述べたように、比率算出部３０で２つの偏光成分に関しその比率を求め、比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が高いするようにすることで、第１実施形態の温度測定方法よりも更に高精度な非接触温度計測が可能となる。
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１ 温度測定装置
２ 放射計測部
３ 測温部
４ 振動測定部
５ 外乱除去部
６ 信号処理装置
７ 表示装置
８ 外部入出力部
１０ レンズ
１１ コリメートレンズ
１２ 偏光分離素子
１３ 光検出素子
１４ アンプ
１５ ロックインアンプ
１６ 記憶部
２０ 音波測定部
３０ 比率算出部
Ｗ 圧延材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射による温度測定方法及びこの方法を用いた温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧延工程や熱処理工程において、走行する圧延材の表面温度の測定を行うに際しては、圧延材から放射される電磁波を利用した放射温度計が用いられることが多い。放射温度計は、圧延材に非接触でその表面温度を計測可能であり、非常に有益な温度計である。
ところが、被測定物である圧延材の放射率が未知であったり、材質、熱処理温度、酸化、表面粗さ等の影響を受けて放射強度が変動したりするため、圧延材の温度測定に放射温度計の適用が困難であったり、又はその測定精度が低いという問題があった。
【０００３】
この課題を解決するものとして、放射電磁波の２つ偏光成分を利用した放射温度測定法が開発されている（特許文献１，特許文献２を参照）。
特許文献１は、放射温度計による鋼板の温度測定方法おいて、異なる２つの偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記異なる２つの偏光成分での放射率とを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度を求める鋼板の温度測定方法を開示する。
特許文献２は、表面に薄膜を有する鋼板の温度測定方法において、測定対象鋼板からの放射光のうち測定対象鋼板上の薄膜固有の偏光角方向へ放射される放射光であって測定面の法線に平行な偏光成分（Ｐ偏光）を測定する温度測定方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０７９３９号公報
【特許文献２】特開平２−２０８５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧延ラインを走行する圧延材の表面は必ずしも平坦ではなく、プロセス変動等により板そり（凹凸）が発生したり、搬送ラインで圧延材が波打ったり上下に振動したりし、表面からの放射強度が様々な要因により変動し、その結果、計測される放射強度が必ずしも圧延材の表面温度の変動と関連しているとは言い難い状況が発生している。
このような状況下においては、特許文献１に開示される「異なる２つの偏光成分について測定される圧延材の２つ偏光成分の輝度から鋼板の温度を測定する方法」であっても、特許文献２に開示される「Ｐ偏光を利用した放射温度測定方法」であっても精確な温度計測を行うことはできない。それどころか、Ｐ偏光、Ｓ偏光は放射率の角度依存性があり、圧延材の法線方向からの角度をθとした場合、Ｐ偏光の放射率はθ＝８０°あたりに極大値を持ち、Ｓ偏光はθが減少すると共にその放射率も緩やかに減少する（後述する図１３を参照）。
【０００６】
つまり、Ｐ偏光、Ｓ偏光を用いた特許文献１や特許文献２の温度計測方法は、圧延材が波打ったり上下に振動したりし、表面からの放射輝度が様々な要因により変動する状況下では、その精度は極端に低下する可能性が大であり、温度測定の信頼性が著しく低下するという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、被測定物から放射される電磁波の異なる２つの偏光成分を用いて被測定物の温度を計測する温度測定方法において、測定対象物の表面が振動していたりしたとしても精確な温度測定が可能な、放射による温度測定方法およびこの方法を用いた温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る放射による温度測定方法は、被測定物から放射される放射波の異なる２つの偏光成分を用いて前記被測定物の温度を計測する温度測定方法であって、前記２つの偏光成分を測定すると共に、前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部の出力を検出して、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去し、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出することを特徴とする。
【０００８】
本願発明者らは、被測定物に反りが発生したり、被測定物がバタついていたり（波打ったり上下に振動したり）している状況を考察してみた。
図１２（ａ）は、被測定物（圧延材）が平坦な状態における、被測定物と放射計測部との光学的な位置関係を示したものである。被測定物が平坦でバタつきがなければ、測定角度θiは一定である。ところが、図１２（ｂ）に示すように被測定物がバタついている場合、被測定物と放射計測部との光学的な位置関係はバタつきに応じて変化することになる。被測定物の表面の傾きをθmとすれば、測定角度は、θ＝（θi−θｍ）と変化する。
【０００９】
ここで、２つの偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）の測定角度θと放射率との関係について考えてみる。
図１３（ａ）は、異なる２つの偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）の測定角度θに対するアルミ板材の放射率の理論値を示したものである。この図から明らかなように、Ｐ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に増大し、８０°近傍で極大値を持つ。また、Ｓ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に減少する。
以上のことから判るように、被測定物が振動しバタつくことで、被測定物と放射計測部との光学的な位置関係が変化した場合、Ｓ偏光強度Ｖｓはあまり変化しないものの、Ｐ偏光強度Ｖｐに関しては、被測定物の傾き（振動に起因する被測定物の傾き）に起因する外乱を含むこととなり、その値Ｖｐは大きく変化する。その結果、計測される放射輝度が必ずしも圧延材の表面温度の変動と関連しているとは言い難い状況が発生する。
【００１０】
そこで、本願発明者らは、被測定物の振動状況を測定すべく別途設けられた振動測定部の出力を検出し、２つの偏光成分のそれぞれについて、振動測定部の出力を基に当該偏光成分に含まれる振動の影響（バタつきの影響）を除去する処理に想到するに至った。そして、外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出することとした。
この温度測定方法を用いることで、測定対象物の表面が振動していたりしたとしても精確な温度測定が可能となる。
【００１１】
好ましくは、前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出するとよい。
さらに好ましくは、前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定すべく音波測定部を配備しておき、前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出するとよい。
【００１２】
前記２つの偏光成分の比率を求め、前記比率の時間変動量が、所定の閾値を越えた場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が低いものとし、所定の閾値を越えない場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が高いものとするとよい。
本発明に係る放射による温度測定装置は、被測定物から放射される放射波の２つの偏光成分を計測する放射計測部と、前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部と、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去する外乱除去部と、外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出する測温部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記外乱除去部は、前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されているとよい。
また、前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定する音波測定部が設けられ、前記外乱除去部は、前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されているとよい。
【００１４】
前記外乱除去部が出力した２つの偏光成分に関し、その比率を求める比率算出部を備え、前記比率算出部は、前記比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、前記測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が高いものと判定するように構成されていることは、非常に好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の放射による温度測定方法及び温度測定装置によれば、測定対象物の表面が振動していたりしたとしても、精確な温度測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】温度測定装置の設置状況を示した図である。
【図２】放射計測部の構造を示した図である。
【図３】第１実施形態に係る温度測定装置の構造を示した図である。
【図４】振動計測部（ロックインアンプ）を示した図である。
【図５】第１実施形態に係る温度測定方法のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係る温度測定方法のフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る温度測定装置の構造を示した図である。
【図８】第３実施形態に係る温度測定装置の構造を示した図である。
【図９】Ｐ偏光及びＳ偏光の時系列データ、及び「Ｐ偏光強度／Ｓ偏光強度」の時系列データを示した図である。
【図１０】第３実施形態に係る温度測定方法のブロック図である。
【図１１】第３実施形態に係る温度測定方法のフローチャートである。
【図１２】被測定物と放射計測部との光学的な位置関係を示したものである
【図１３】Ｐ偏光・Ｓ偏光のそれぞれに関し、入射角と放射率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る放射による温度測定方法及び温度測定装置の実施の形態を、図をもとに説明する。
［第１実施形態］
図１，図３は、本実施形態にかかる温度測定装置１を示した図である。
温度測定装置１は、被測定物から放射される電磁波（放射光）に含まれる２つの偏光成分を測定し、その後２つの偏光成分のそれぞれについて、被測定物の振動による外乱を除去して、外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の表面温度を算出するものである。
【００１８】
なお、被測定物としては、圧延工程や熱処理工程における圧延材Ｗ、特に帯状のアルミ箔材などを念頭におき説明を進める。
温度測定装置１は、圧延材Ｗから放射される電磁波の２つの偏光成分を計測する放射計測部２と、圧延材Ｗの温度を算出する測温部３とを有している。
さらに、温度測定装置１は、圧延材Ｗの振動状況を測定すべく設けられた振動測定部４と、放射計測部２が計測した２つの偏光成分のそれぞれについて、振動測定部４の出力を基に当該偏光成分に含まれる振動による外乱を除去する外乱除去部５と、を有している。
【００１９】
測温部３は、外乱除去部５により外乱が除去された後の２つの偏光成分を基に圧延材Ｗの温度を算出する。
測温部３、外乱除去部５は信号処理装置６の中に設けられており、信号処理装置６はパソコンや電子回路などで構成されている。この信号処理装置６には、計測結果を表示する表示装置７が外部入出力部８を介して繋がっていると共に、計測結果などをネットワークを通じ外部に転送可能となっている。
図２には、放射計測部２の内部構造が示されている。
【００２０】
本実施形態の放射計測部２は、走行する圧延材Ｗに対して、その表面の法線となす角度θの位置に配備されており、圧延材Ｗから放射される電磁波（放射光）に含まれる異なる２つの偏光成分の強度を計測する。
放射計測部２は、圧延材Ｗの表面を向き、圧延材Ｗ上の計測点からの放射光を取り込むレンズ１０と、取り込まれた放射光から２つの偏光成分（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を取り出すコリメートレンズ１１及びプリズム等で構成された偏光分離素子１２とを有している。
偏光分離素子１２で分離されたＰ偏光、Ｓ偏光は、ＣＣＤ等で構成された光検出素子１３に取り込まれ、アンプ１４で増幅され電圧出力Ｖｐ，Ｖｓとして外部に出力される。
【００２１】
なお、本明細書において、Ｐ偏光は、圧延材Ｗの表面すなわち被測定物表面法線と測定光軸とが作る平面に平行な方向に電界成分をもつ偏光のこととし、Ｓ偏光は、圧延材Ｗの表面すなわち被測定物表面法線と測定光軸とが作る平面に垂直な方向に電界成分をもつ偏光とする。
振動測定部４は、圧延材Ｗの下側に配備されたレーザ変位計から構成される。レーザ変位計は、レーザ変位計〜圧延材Ｗの下面側の距離を数ｎｍ〜数十μｍオーダで検出できるものであり、圧延材Ｗの板反り（凹凸）状況や搬送ラインでのバタつき（圧延材Ｗが波打ったり上下に振動することをいう）を検出可能である。ゆえに、振動測定部４の出力が変動したり、周期的に変化している場合には、圧延材Ｗに板反りやバタつきが発生していることになる。
【００２２】
図３に示す如く、放射計測部２から出力されるＰ偏光強度ＶｐとＳ偏光強度Ｖｓとは、信号処理装置６内に設けられた外乱除去部５へ入力される。
外乱除去部５では、振動測定部４の出力から圧延材Ｗの振動周波数を推定し、推定された振動周波数に対応する２つの偏光成分の変動成分（外乱成分）を、各偏光成分から除去する。
圧延材Ｗが振動しバタついていた場合、振動測定部４の出力のある周波数帯（例えば５〜１０Ｈｚ）に振動のピークが発生する。圧延材Ｗの温度変動は数秒オーダー（例えば０．１〜１Ｈｚ）より大きなレンジで変わることが実績として知られており、周波数空間におけるＶｐ，Ｖｓにおいて、１０Ｈｚ程度の変動ピークがあった場合、その変動ピークは、外乱すなわち圧延材Ｗのバタつきに起因するものと思われる。
【００２３】
そこで、外乱除去部５における処理としては、例えば、Ｐ偏光強度ＶｐとＳ偏光強度Ｖｓをフーリエ変換し周波数空間へ移行する。同様に、振動測定部４の出力もフーリエ変換し周波数空間へ移行する。その後、周波数空間におけるＶｐ，Ｖｓから、外乱に対応する周波数ピークを取り除き、取り除いた後のＶｐ，Ｖｓを逆フーリエ変換して実空間に戻し、それを出力値として出力することが考えられる。
この外乱除去部５の処理は、処理時間がかかりリアルタイムの処理に不向きであるため、本実施形態の外乱除去部５では、ロックインアンプ１５等のフィルタリング回路を採用し、外乱の周波数部分を除去し、圧延材Ｗの板温度変動に起因する周波数のみを出力するようにしている。
【００２４】
図４にロックインアンプ１５の概略を示している。
ロックインアンプ１５とは、参照信号と測定信号とを乗算器にかけ、ローパスフィルタを通すことにより、特定の周波数成分の信号を除去する回路である。乗算器により参照信号と等しい成分のみが直流となり、ローパスフィルタを通過するようになる。
このロックインアンプ１５で、測定信号を放射計測部２から出力されたＶｐ，Ｖｓとし、参照信号を振動測定部４から得られた圧延材Ｗの振動周波数より低い周波数帯、又は、過去の実績より判っている「圧延材Ｗの温度変動」の周波数帯とする。こうすることで、振動測定部４からの信号の周波数成分を参照しＶｐ，Ｖｓそれぞれの温度変動周波数成分の帯域のみフィルタリング処理し、それ以外の成分を除去することにより、圧延材Ｗの振動による外乱を除去した精度の高い放射強度信号Ｖｐ’，Ｖｓ’が得られる。
【００２５】
外乱除去部５からの出力、すなわち外乱が除去されたＰ偏光強度Ｖｐ’とＳ偏光強度Ｖｓ’は、測温部３へ入力される。
測温部３では、式（１）に示すプランクの法則を基にして、圧延材Ｗの表面温度が算出される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
なお、式（１）に基づく計算をリアルタイムで行うと処理時間が長くなる可能性があるため、本実施形態では、式（１）をテーブル化し記憶部１６内に記憶させている。このテーブルを用いて、Ｖｐ’及びＶｓ’から圧延材Ｗの表面温度を算出する。
以上述べた、温度測定装置１内での処理（放射による温度測定方法）を、図５に示すブロック図、図６に示すフローチャートを基に説明する。
まず、圧延材Ｗ上のある測定点を放射計測部２で一定時間測定し、Ｐ偏光、Ｓ偏光の強度を計測する。（Ｓ１０１）。
【００２８】
その一方で、振動測定部４（レーザ変位計）により、圧延材Ｗの振動状況を計測する。（Ｓ１０２）
振動測定部４で測定した振動信号に関し、予め設定した周波数以上か否かを判断し、一定以上であれば（Ｓ１０３でＹｅｓ）、振動測定部４の出力信号における振動信号範囲（圧延材Ｗの振動周波数範囲）を読み出し信号処理装置６へ送信する。（Ｓ１０４，Ｓ１０５）
Ｓ１０３でＮｏであれば、圧延材Ｗにバタつきが無いものとし、後述するＳ１０８，Ｓ１１０へと進む。（Ｓ１０９）
信号処理装置６では、振動測定部４から入力された振動信号範囲より低い周波数帯、又は、過去の実績より判っている「圧延材Ｗの温度変動」の周波数帯を、外乱処理部（ロックインアンプ１５）へ送信し、外乱処理部で外乱を除去する。（Ｓ１０６）
外乱処理部の出力Ｖｐ’，Ｖｓ’は測温部３へ送られ、Ｖｐ’，Ｖｓ’とから、記憶部１６にある放射率温度対応データより温度データを読み出し圧延材Ｗの温度を推定する。（Ｓ１０７，Ｓ１０８）
その後、推定された圧延材Ｗの温度、すなわち読み出した温度データを記憶部１６へ保存する。（Ｓ１１０）
この温度測定方法によれば、例えば、圧延材Ｗに角度５°の板形状変動成分があり、その周波数が振動測定部４からの信号で５Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度あると計測され、一方で、過去の実績より、圧延材Ｗの温度変動成分が１Ｈｚであると判明していたとすると、外乱処理部（ロックインアンプ１５）によるフィルタリングで遮断周波数成分を５Ｈｚ〜１０Ｈｚにすることにより、０Ｈｚ〜５Ｈｚの周波数を持つ温度変動を有する放射強度信号を検出できる。
【００２９】
圧延材Ｗを対象とした５１０℃近辺の温度測定で、傾き５°の板形状変動があると、（Ｖｐ／Ｖｓ）の値は約８％変動するが、このことは、傾き５°の板形状変動で約４℃の温度変動を生じることになる。しかしフィルタリング処理によりこの成分を９０％除去できる場合、板形状の変動によるノイズは８％から０．８％と半減し温度変動誤差も４℃から０．４℃に低減することができる。
つまり、振動測定部４により検出した振動周波数成分が５Ｈｚ〜１０Ｈｚのバンドパスフィルタで除去することにより、８％の変動が無くなることにより、温度変動による放射輝度変化のみを抽出し正確な放射温度測定ができる。
【００３０】
また、偏光成分の外乱は、板のバタつき成分以外に、工場内照明・外部太陽光・散乱光反射源の機械的振動などのさまざまな雑音もあるため、測定成分除去にこれらの周波数の信号成分をフィルタ処理することにより、より高精度な遠隔非接触温度計測ができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について述べる。
図７に示す如く、第２実施形態が第１実施形態と大きく異なる点は、温度測定装置１に、圧延材Ｗが配備される空間に発生する音波（雑音）を測定すべく設けられた音波測定部２０が設けられていることである。
【００３１】
圧延材Ｗが薄箔の場合、例えば、圧延ローラを回転させるモータの回転音に呼応して、圧延材Ｗが振動することが考えられる。本実施形態では、かかる雑音に起因する圧延材Ｗの振動を検出し、温度測定の精度を上げるものである。
詳しくは、音波測定部２０は、例えば、集音マイクと音声アンプとから構成され、その出力は、圧延材Ｗが配備されている空間に発生する雑音の強度、周波数に対応した信号である。音波測定部２０の出力は外乱除去部５に入力される。
外乱除去部５では、音波測定部２０の出力から圧延材Ｗの振動周波数を推定し、推定された振動周波数に対応する２つの偏光成分の変動成分を各偏光成分から除去する処理が行われる。
【００３２】
具体的には、第１実施形態と同じ処理を行えばよく、例えば、外乱除去部５を図４のようなロックインアンプ１５で構成する。その上で、ロックインアンプ１５の測定信号を放射計測部２から出力されたＶｐ，Ｖｓとし、参照信号を、音波測定部２０から得られた雑音の周波数より低い周波数帯とする。こうすることで、Ｖｐ，Ｖｓそれぞれの温度変動信号の周波数成分の帯域のみフィルタリング処理し、それ以外の成分を除去することにより圧延材Ｗ振動による外乱を除去した精度の高い放射輝度信号を得られる。
他の構成やその作動態様は、第１実施形態と略同様であるため、説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について述べる。
【００３３】
第３実施形態が第１実施形態又は第２実施形態と大きく異なる点は、温度測定装置１に、外乱除去部５が出力した２つの偏光成分に関しその比率を求める比率算出部３０を備えている点にある。
この比率算出部３０は、２つの偏光成分の比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が高いものと判定するように構成されている。
【００３４】
まずここで、比率算出部３０で行われる処理の考え方となっている事象について説明する。
図１３は、異なる２つの偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）の測定角度θに対するアルミ板材の放射率の理論値（図１３（ａ））及び実験値（図１３（ｂ））を示したものである。実験条件は、放射温度計の観測波長：λ＝９６０ｎｍ、圧延材Ｗ（アルミ材）の温度：ｔｍ＝５１０℃である。
これらの図から明らかなように、Ｐ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に増大し、８０°近傍で極大値を持つ。また、Ｓ偏光成分の放射率は、測定角度θと共に減少もしくはθ＝０°の時の値とほぼ一定（実験値）となっている。
【００３５】
ゆえに、図１２に示すように、圧延材Ｗがバタついたりして圧延材Ｗと放射測定部との光学的な位置関係が変化した場合、Ｓ偏光強度Ｖｓはあまり変化しないものの、Ｐ偏光強度Ｖｐは大きく変化し、Ｖｐ／Ｖｓの値が大きく変化するようになる。つまり、測定対象である圧延材Ｗが大きくバタついたりした場合には、Ｖｐ／Ｖｓの値が時系列的に大きく変動することとなる。なお、圧延材Ｗに温度変動がある場合、ＶｐとＶｓに温度変化に対する放射輝度の検出感度に違いがあるが、信号レベルの増減割合は、同位相で変化するため、Ｖｐ／Ｖｓの時系列変化への寄与はほとんどないと考えられる。
【００３６】
詳しくは、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すような時系列変化をとることとなる。
図９（ａ）の左図は、温度変動がなく、板形状変動がない場合のＶｐ、Ｖｓの時系列信号波形であり、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ａ）の右図のようになる。
図９（ｂ）の左図は、温度変動があり、板形状変動がない場合のＶｐ、Ｖｓの時系列信号波形であり、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ｂ）の右図のようになる。
図９（ｃ）の左図は、温度変動がなく、板形状変動がある場合のＶｐ、Ｖｓの時系列信号波形を示しており、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ｃ）の右図のようになる。
【００３７】
図９（ｄ）の左図は、温度変動があり、板形状変動がある場合の(Ｖｐ/Ｖｓ)の時系列信号波形であり、その場合のＶｐ／Ｖｓは、図９（ｄ）の右図のようになる。
すなわち、温度変動がある場合、ＶｐとＶｓに検出感度(ゲイン〉の違いはあるが、信号レベルの増減は同位相で変化する(図９（ｂ）)。板変動がある場合（温度変動があってもなくても）、Ｖｓは測定角度の依存性が小さい(無視できる)ことから、Ｖｓには板形状変動の影響がほとんど出てこない（図９（ｃ））。その一方で、Ｖｐ信号には板形状変動の影響が重畳されて出てくる（図９（ｃ）（ｄ））。
【００３８】
以上の結果が２信号の比(Ｖｐ/Ｖｓ）の出力に反映される。つまり、圧延材Ｗの振動がある場合は、(Ｖｐ/Ｖｓ）が所定の値で変動するようになり、２つの偏光成分の比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が高いものと判定するのが妥当である。
本実施形態の信号処理装置６内に設けられる比率算出部３０は、上記考えに基づき、２つの偏光成分の比率を求め、それに基づき、測定温度の信頼性を判定する処理を行う。処理結果は、表示装置７などに表示されオペレータに通達される。
【００３９】
前述の如く、圧延材Ｗを対象とした５１０℃近辺の温度測定で、傾き５°の板形状変動があると、（Ｖｐ／Ｖｓ）の値は約８％変動するが、このことは、傾き５°の板形状変動で約４℃の温度変動を生じることになる。
この温度誤差４℃が無視できない量と考えると、温度測定の信頼度の評価指標として、（Ｖｐ／Ｖｓ）の値の変動量をモニタし、その変動量が４％（許容値８％の半分）を超えると板形状変動の影響があり、温度測定の信頼度に欠けると推定し、温度測定中にアラームを発するなり、その間の温度測定データは無効にするなどの温度制御に反映することで、温度測定の信頼性を高めた温度測定が可能となる。
【００４０】
以上述べた、放射を基にした圧延材Ｗの温度計測を、図１０に示すブロック図、図１１に示すフローチャートを基に説明する。
まず、圧延材Ｗ上のある測定点を放射測定部で一定時間測定し、Ｐ偏光、Ｓ偏光の強度を計測する。（Ｓ２０１）。
その一方で、振動測定部４（レーザ変位計）により、圧延材Ｗの振動状況を計測する。（Ｓ２０２）
振動測定部４で測定した振動信号に関し、予め設定した周波数以上か否かを判断し、一定以上であれば（Ｓ２０３でＹｅｓ）、振動測定部４の出力信号における振動信号範囲（圧延材Ｗの振動周波数範囲）を読み出し信号処理装置６へ送信する。（Ｓ２０４，Ｓ２０５）
Ｓ２０３でＮｏであれば、圧延材Ｗにバタつきが無いものとし、後述するＳ２１１へと進む。（Ｓ２０９）
信号処理装置６では、振動測定部４から入力された振動信号範囲より低い周波数帯、又は、過去の実績より判っている「圧延材Ｗの温度変動」の周波数帯を、外乱処理部（ロックインアンプ１５）へ送信し、外乱処理部で外乱を除去する。（Ｓ２０６）
次に外乱処理部の出力信号を比率算出部３０へ送り、外乱が除去されたＰ偏光強度、Ｓ偏光強度の比（Ｖｐ’／Ｖｓ’）を算出する。（Ｓ２０７，Ｓ２０８）
Ｓ２０８の処理後は、信号比（Ｖｐ’／Ｖｓ’）が一定値以下かを判断し、一定値以下なら、Ｓ２１１へと進む。（Ｓ２１０でＹｅｓ）
Ｓ２１１では、Ｖｐ’，Ｖｓ’とから、記憶部１６にある放射率温度対応データより温度データを読み出し圧延材Ｗの温度を推定する。その後、推定された圧延材Ｗの温度、すなわち読み出した温度データを記憶部１６へ保存する。（Ｓ２１２）
信号比（Ｖｐ’／Ｖｓ’）が一定値以上なら（Ｓ２１０でＮｏ）、測定温度の信頼性が低いとして外部入力装置を介して表示装置７、またはネットワークへ情報を送信する（Ｓ２１３）。
【００４１】
以上述べたように、比率算出部３０で２つの偏光成分に関しその比率を求め、比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部３で算出された圧延材Ｗの温度の信頼性が高いするようにすることで、第１実施形態の温度測定方法よりも更に高精度な非接触温度計測が可能となる。
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１ 温度測定装置
２ 放射計測部
３ 測温部
４ 振動測定部
５ 外乱除去部
６ 信号処理装置
７ 表示装置
８ 外部入出力部
１０ レンズ
１１ コリメートレンズ
１２ 偏光分離素子
１３ 光検出素子
１４ アンプ
１５ ロックインアンプ
１６ 記憶部
２０ 音波測定部
３０ 比率算出部
Ｗ 圧延材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物から放射される放射波の異なる２つの偏光成分を用いて前記被測定物の温度を計測する温度測定方法であって、
前記２つの偏光成分を測定すると共に、前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部の出力を検出して、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去し、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出することを特徴とする放射による温度測定方法。
【請求項２】
前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出することを特徴とする請求項１に記載の放射による温度測定方法。
【請求項３】
前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定すべく音波測定部を配備しておき、
前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射による温度測定方法。
【請求項４】
前記２つの偏光成分の比率を求め、
前記比率の時間変動量が、所定の閾値を越えた場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が低いものとし、所定の閾値を越えない場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が高いものとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射による温度測定方法。
【請求項５】
被測定物から放射される放射波の２つの偏光成分を計測する放射計測部と、
前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部と、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去する外乱除去部と、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出する測温部と、
を有することを特徴とする放射による温度測定装置。
【請求項６】
前記外乱除去部は、
前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の放射による温度測定装置。
【請求項７】
前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定する音波測定部が設けられ、
前記外乱除去部は、前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の放射による温度測定装置。
【請求項８】
前記外乱除去部が出力した２つの偏光成分に関し、その比率を求める比率算出部を備え、
前記比率算出部は、前記比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、前記測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が高いものと判定するように構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の放射による温度測定装置。
【請求項１】
被測定物から放射される放射波の異なる２つの偏光成分を用いて前記被測定物の温度を計測する温度測定方法であって、
前記２つの偏光成分を測定すると共に、前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部の出力を検出して、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去し、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出することを特徴とする放射による温度測定方法。
【請求項２】
前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出することを特徴とする請求項１に記載の放射による温度測定方法。
【請求項３】
前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定すべく音波測定部を配備しておき、
前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去し、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を用いて、被測定物の温度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射による温度測定方法。
【請求項４】
前記２つの偏光成分の比率を求め、
前記比率の時間変動量が、所定の閾値を越えた場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が低いものとし、所定の閾値を越えない場合は、算出された被測定物の温度の信頼性が高いものとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射による温度測定方法。
【請求項５】
被測定物から放射される放射波の２つの偏光成分を計測する放射計測部と、
前記被測定物の振動を測定すべく設けられた振動測定部と、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記振動測定部の出力を基に、当該偏光成分に含まれる前記被測定物の振動による外乱成分を除去する外乱除去部と、
外乱成分が除去された後の２つの偏光成分を基に、被測定物の温度を算出する測温部と、
を有することを特徴とする放射による温度測定装置。
【請求項６】
前記外乱除去部は、
前記振動測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、
前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の放射による温度測定装置。
【請求項７】
前記被測定物が配備される空間に発生する音波を測定する音波測定部が設けられ、
前記外乱除去部は、前記音波測定部の出力から被測定物の振動周波数を推定し、前記２つの偏光成分のそれぞれについて、前記推定された振動周波数に対応する外乱成分を各偏光成分から除去するように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の放射による温度測定装置。
【請求項８】
前記外乱除去部が出力した２つの偏光成分に関し、その比率を求める比率算出部を備え、
前記比率算出部は、前記比率の時間変動量が所定の閾値を越えた場合は、前記測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が低いものと判定し、所定の閾値を越えない場合は、測温部で算出された被測定物の温度の信頼性が高いものと判定するように構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の放射による温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−７７３０（Ｐ２０１１−７７３０Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３７２１（Ｐ２００９−１５３７２１）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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