膜厚測定装置、表面温度測定装置、膜厚測定方法および表面温度測定方法
【課題】対象物の表面に形成された被膜の膜厚の分布を精度良く測定することが可能な膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供するとともに、表面に被膜が形成された対象物の表面温度の分布を当該被膜の膜厚の分布によらず精度良く測定することが可能な表面温度検査装置および表面温度検査方法を提供する。
【解決手段】波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する。また、被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正し、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布および補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布に基づいて鍛造用金型１０の表面温度分布を算出する。
【解決手段】波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する。また、被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正し、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布および補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布に基づいて鍛造用金型１０の表面温度分布を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の膜厚の分布を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の表面温度を測定する方法として、非接触式の表面温度測定方法が知られている。非接触式の表面温度測定方法の代表例としては、対象物から放射される赤外線を検出することにより対象物の表面温度を測定する赤外線サーモグラフィが挙げられる。
赤外線サーモグラフィは、対象物の表面温度を非接触で測定できるという利点だけでなく、対象物表面の所定領域の温度（温度分布）をリアルタイムで測定できるという利点も有する。
【０００３】
しかし、赤外線サーモグラフィにより測定された温度分布は、対象物の放射率や反射率、および周囲の温度により大きく変動するものであること、および、たとえ同一の対象物であっても、当該対象物の表面の状態等により放射率や反射率が大きく変動し得るものであることから、表面状態が時々刻々と変化する対象物については赤外線サーモグラフィによる対象物表面の温度分布測定の精度を確保することは困難であった。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィが提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載の如くである。
【０００５】
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、波長帯の異なる三種類の赤外線を検出可能な赤外線カメラ（例えば、フィルターを交換することにより波長帯の異なる赤外線をそれぞれ検出する赤外線カメラ、あるいはそれぞれ波長帯の異なる赤外線を検出する三台の赤外線カメラ）によりそれぞれ対象物の表面温度の分布を測定し、当該測定値を用いて、（１）対象物の黒体温度（真の表面温度）、（２）対象物の放射率（反射率＝１−放射率）、および（３）周囲の温度、の三つを変数とする三つの方程式（エネルギー保存則に基づく式）を取得し、これらの連立方程式を解くことにより対象物の黒体温度（真の表面温度）の分布を算出するものである。
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、精度良く測定することが困難な放射率や反射率、あるいは周囲の温度を必要とせずに対象物の表面温度の分布を測定することが可能であり、作業性に優れる。
【０００６】
しかし、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、表面に被膜が形成された対象物の表面温度を測定する場合には表面温度の測定精度が低下する場合があるという問題がある。
これは、赤外線サーモグラフィにおいては対象物のごく表面の部分を構成する材料が見かけの放射率に大きな影響を及ぼすため、対象物の見かけの放射率は膜厚が大きくなるほど対象物そのものではなく被膜を構成する材料の放射率に近くなる、すなわち、膜厚に応じて対象物の表面の見かけの放射率が変化するため膜厚が薄い部分と厚い部分とでは対象物の見かけの放射率が異なることによる。
従って、表面に被膜が形成された対象物について表面温度の分布を精度良く測定するためには、対象物の表面に形成された被膜の膜厚と見かけの放射率との関係を把握するとともに対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を測定することにより、被膜の膜厚が対象物の表面温度分布の測定に及ぼす影響を除去する（表面温度分布を膜厚分布に基づいて補正する）必要がある。
【０００７】
対象物の表面に形成された被膜の膜厚（の分布）を非接触で測定する方法としては、（Ａ）可視光を検出可能な可視カメラにより対象物の表面の画像情報を取得し、当該画像情報に所定の画像処理、例えば二値化処理を施すことにより対象物の表面に被膜が形成されている部分（被膜の膜厚が所定の閾値以上である部分）と被膜が形成されていない部分（被膜の膜厚が所定の閾値未満である部分）とを識別する方法、（Ｂ）二色温度計を用いて表面に被膜が形成された対象物の表面温度分布を測定し、各波長帯における測定温度分布から各波長帯における対象物の見かけの放射率の分布を求め、求められた放射率の値の大きさにより対象物の表面に被膜が形成されている部分（被膜の膜厚が所定の閾値以上である部分）と被膜が形成されていない部分（被膜の膜厚が所定の閾値未満である部分）とを識別する方法、が挙げられる。例えば、特許文献３に記載の如くである。
【０００８】
しかし、（Ａ）の方法は周囲の測定環境（照明等）の影響を受けやすく膜厚の分布の測定精度（識別精度）が良くないこと、被膜の膜厚分布の測定を行う可視カメラと対象物の表面温度分布の測定を行う赤外線カメラとは別体であるために、両者の視野（測定領域）を同一とすることが困難、ひいては被膜の膜厚分布の測定と対象物の表面温度分布の測定とを同時に行うことが困難であること、設備コストが増大するとともに設備の設置スペースが大きくなること、といった問題がある。
また、（Ｂ）の方法は、市販されている二色温度計のうち短波長（２μｍ程度）の赤外線を用いるものは、通常は点計測のみ可能な構成であって一台で温度分布を測定することができず、温度分布を測定するためには複数台を要し設備コストが増大すること、といった問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２１９１１４号公報
【特許文献２】特開平７−１４６１７９号公報
【特許文献３】特開平２−５８７３１号公報
【非特許文献１】非破壊検査第４８巻１０号（１９９９） ６７３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の如き状況に鑑み、対象物の表面に形成された被膜の膜厚の分布を精度良く測定することが可能な膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供するとともに、表面に被膜が形成された対象物の表面温度の分布を当該被膜の膜厚の分布によらず精度良く測定することが可能な表面温度検査装置および表面温度検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項２においては、
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【００１３】
請求項３においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
前記膜厚分布手段により算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正手段により補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備するものである。
【００１４】
請求項４においては、
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【００１５】
請求項５においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
を具備するものである。
【００１６】
請求項６においては、
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【００１７】
請求項７においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
前記膜厚分布算出工程において算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正工程において補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備するものである。
【００１８】
請求項８においては、
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、請求項２、請求項５および請求項６に記載の発明は、対象物の表面に形成された被膜の膜厚の分布を精度良く測定することが可能であるという効果を奏する。
【００２０】
請求項３、請求項４、請求項７および請求項８に記載の発明は、表面に被膜が形成された対象物の表面温度の分布を当該被膜の膜厚の分布によらず精度良く測定することが可能であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、図１乃至図３を用いて本発明に係る膜厚測定装置の実施の一形態である膜厚測定装置１０１について説明する。
【００２２】
図１に示す如く、膜厚測定装置１０１は鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を測定するものである。膜厚測定装置１０１は主として赤外線分布検出装置１１０、制御装置１２０を具備する。
【００２３】
鍛造用金型１０は本発明に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には成形品（鍛造用金型１０により所定の形状に成形されたもの）に対応する形状のキャビティ面１０ａが形成される。
【００２４】
鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに被膜１１が形成される。
被膜１１は本発明に係る被膜の実施の一形態であり、鍛造用金型１０による鍛造の結果物たる成形品の原材料（例えば、鍛造用鋼からなるビレット等）が鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに沿って塑性変形する際の変形抵抗（摩擦）を低減するために塗布された水性の潤滑剤からなる。
水性の潤滑剤は、例えば黒鉛やフッ素樹脂、二酸化モリブデン、二硫化モリブデン等の微粒子と水とを混合したもの（あるいはこれに種々の分散剤等を添加したもの）であり、鍛造時には乾燥した状態（水分が蒸発した状態）で用いられる。本実施例の水性の潤滑剤は市販されているものであるが、専用品でも良い。
【００２５】
鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布は、本来の機能である塑性変形の抵抗を低減する観点からだけではなく、赤外光を用いたキャビティ面１０ａの表面温度の分布の測定精度を向上する観点からも略均一であることが望ましい。
すなわち、被膜１１が相対的に厚い部分と薄い部分とでは被膜１１の乾燥前に赤外線を用いた表面温度測定を行う際にキャビティ面１０ａの見かけの放射率が異なるため、三色放射温度計による各波長帯における鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの測定温度に誤差が生じ、ひいては三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおける表面温度の測定精度（各波長におけるキャビティ面１０ａの測定温度から算出される「最終的な測定温度」の精度）が低下する。
【００２６】
本発明に係る膜厚測定装置の用途は本実施例に限定されず、種々の対象物の表面に形成された種々の材料からなる被膜の膜厚の分布を測定する用途に広く適用可能である。
本発明に係る被膜の他の例としては、鍛造用金型のキャビティ面に形成された離型剤からなる被膜等が挙げられる。
【００２７】
赤外線分布検出装置１１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出するものである。
赤外線分布検出装置１１０は、主として赤外線カメラ１１１、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、切り替え装置１１３等を具備する。
【００２８】
赤外線カメラ１１１は赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。
【００２９】
赤外線カメラ１１１は検出素子１１１ａ、レンズ１１１ｂを具備する。
本実施例の検出素子１１１ａは５μｍ〜１５μｍ程度の波長の赤外線を検出可能なＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であり、赤外線カメラ１１１の視野内の所定領域における赤外線の強度の分布を検出することが可能である。
なお、本実施例の赤外線カメラ１１１における検出素子１１１ａはＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、本発明はこれに限定されず、他の検出素子を用いても良い。
レンズ１１１ｂは所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束するものである。本実施例の場合、所定の領域（視野）内に鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａを配置することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束する。
【００３０】
短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂはそれぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能なフィルターである。
短波長フィルター１１２ａは図２における「フィルタＡ」に相当し、波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線を透過する。
中波長フィルター１１２ｂは図２における「フィルタＢ」に相当し、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線を透過する。
【００３１】
なお、各フィルターの透過する波長帯は本実施例に限定されず、別の波長帯を透過する構成としても良い。また、各フィルターの透過する波長帯の一部が重複しても良い。
また、本実施例の赤外線分布検出装置１１０は二つの異なる波長帯の赤外線（の強度）をそれぞれ検出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、三つ以上の異なる波長帯の赤外線（の強度）を検出する構成としても良い。
【００３２】
切り替え装置１１３は短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替えるものである。
切り替え装置１１３は主としてディスク１１３ａ、モータ１１３ｂ等を具備する。
ディスク１１３ａは略円盤状の部材であり、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂをそれぞれ嵌め込むための孔が形成される。これらの孔は、それぞれディスク１１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に形成される。
モータ１１３ｂは回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク１１３ａの中心に固定される。
【００３３】
ディスク１１３ａは、これに嵌め込まれた短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂのいずれかがレンズ１１１ｂに対向する位置、すなわち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置される。
モータ１１３ｂを駆動するとディスク１１３ａが回転し、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂの二つのフィルターのうち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置されるものが切り替わる。
従って、本実施例における赤外線分布検出装置１１０が検出する二種類の赤外線の波長帯は、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆うときには（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯であり、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆うときには（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯である。
【００３４】
図３に示す如く、被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率は、赤外線の波長に対する依存性を有し、（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯と（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯とでは水の放射率が異なる。ここで、図３における放射角ψは、キャビティ面１０ａにおける赤外線が放射される位置と赤外線カメラ１１１の測定方向との成す角度を指す（図１参照）。
なお、本実施例では被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率が異なる二つの波長帯を赤外線分布検出装置１１０が検出する赤外線の波長帯として選択する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被膜に含まれる材料のうち、放射率が赤外線の波長依存性を有するものに着目し、当該材料について放射率が異なる二つの波長帯を赤外線分布検出手段が検出する赤外線の波長帯として選択する構成とすれば良い。
【００３５】
本実施例ではディスク１１３ａにそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過可能な二つのフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ）を嵌め込み、モータ１１３ｂでディスク１１３ａを回転駆動することにより二つのフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、他の方法（例えば、二つ以上のフィルターを並べて嵌め込んだ部材をスライドする等）により赤外線カメラの視野を覆うフィルターを切り替える構成としても同様の効果を奏する。
【００３６】
制御装置１２０は主として制御部１２１、入力部１２２、表示部１２３等を具備する。
【００３７】
制御部１２１は膜厚測定装置１０１の一連の動作を制御するものである。
制御部１２１は、種々のプログラム等（例えば、後述する検出動作制御プログラム、膜厚分布算出プログラム、および各フィルターを用いた場合の測定温度（測定値）の差分値と被膜１１の膜厚との関係を示すデータテーブル等）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、演算結果等を保管（記憶）することができる。
【００３８】
制御部１２１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の制御部１２１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００３９】
制御部１２１は赤外線分布検出装置１１０の赤外線カメラ１１１に接続され、赤外線カメラ１１１を動作させるための信号を送信可能であるとともに、赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される各波長帯における赤外線の強度の分布に係る情報を受信（取得）することが可能である。
また、制御部１２１は切り替え装置１１３のモータ１１３ｂに接続され、モータ１１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ１１３ｂの動作を制御する、すなわち短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを選択することが可能である。
【００４０】
入力部１２２は制御部１２１に接続され、制御部１２１に膜厚測定装置１０１の動作に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
本実施例の入力部１２２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００４１】
表示部１２３は膜厚測定装置１０１の動作状況、入力部１２２から制御部１２１への入力内容、膜厚測定装置１０１による測定結果等を表示するものである。
本実施例の表示部１２３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００４２】
また、市販のタッチパネル等を用いて入力部１２２としての機能と表示部１２３としての機能を一体化したものを達成することが可能である。
【００４３】
以下では、制御部１２１の詳細構成について説明する。
制御部１２１は、機能的には検出動作制御部１２１ａ、膜厚分布算出部１２１ｂ等を具備する。
【００４４】
検出動作制御部１２１ａは、赤外線分布検出装置１１０、より詳細には赤外線カメラ１１１および切り替え装置１１３の動作を制御するものである。
実体的には、制御部１２１が、予め格納された検出動作制御プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、検出動作制御部１２１ａとしての機能を果たす。
【００４５】
検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００４６】
次に、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００４７】
膜厚分布算出部１２１ｂは本発明に係る膜厚分布算出手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が、予め格納された膜厚分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、膜厚分布算出部１２１ｂとしての機能を果たす。
【００４８】
膜厚分布算出部１２１ｂは、赤外線分布検出装置１１０の視野内の各測定点（画素）について、赤外線分布検出装置１１０により検出された「７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」と、「９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」との差分値（一方から他方を減算した値）を算出し、これらを合わせて差分値の分布を求める。
次に、膜厚分布算出部１２１ｂは、予め実験あるいは理論計算等により求められた「各波長帯における表面温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係を示すデータテーブルまたは関係式（予め制御部１２１に格納されている）」を用いて、当該データテーブルと先に算出した差分値とを比較することにより、または当該関係式に先に算出した差分値を代入することにより、赤外線分布検出装置１１０の視野内の各測定点（画素）における被膜１１の膜厚を算出し、これらの算出結果を合わせて膜厚分布を求める。
求められた膜厚分布（の算出結果）は、制御部１２１に記憶されるとともに、表示部１２３に表示される。
【００４９】
なお、本実施例では表示部１２３は求められた膜厚分布（の算出結果）を各測定点（画素）の膜厚に応じて異なる色で表したキャビティ面１０ａの形状を示す画像の形式で表示するが、本発明はこれに限定されず、膜厚分布（の算出結果）をデータテーブルの形式で表示しても良い。
【００５０】
以上の如く、膜厚測定装置１０１は、
鍛造用金型１０の表面（キャビティ面１０ａ）から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線（波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線および波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線）の強度分布を検出する赤外線分布検出装置１１０と、
赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する膜厚分布算出部１２１ｂと、
を具備するものである。
また、膜厚測定装置１０１の膜厚分布算出部１２１ｂは、
予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
このように構成することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を精度良く測定することが可能である。特に、周囲の環境（照明の有無等）の影響を受けることなく膜厚の分布を非接触で測定することが可能である点において優れている。
【００５１】
本実施例では二種類の波長帯の赤外線強度からそれぞれ算出される測定温度の差分値に基づいて膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、二種類の波長帯の赤外線強度の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する構成としても同様の効果を奏する。
【００５２】
本実施例では鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの各測定点（画素）についての膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば被膜の膜圧が所定の値（閾値）以上である場合には当該測定点に被膜が形成されていると判定し、被膜の膜圧が所定の値（閾値）未満である場合には当該測定点に被膜が形成されていないと判定することにより、対象物の表面の各測定点についての被膜の形成の有無を判定する構成としても同様の効果を奏する。
【００５３】
以下では、図２乃至図４を用いて本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態である表面温度測定装置２０１について説明する。
【００５４】
図４に示す如く、表面温度測定装置２０１は鍛造用金型１０の表面、特にキャビティ面１０ａの温度の分布を測定するものである。表面温度測定装置２０１は主として赤外線分布検出装置２１０、制御装置２２０を具備する。
【００５５】
本実施例における鍛造用金型１０および被膜１１については、図１に示す膜厚測定装置１０１におけるものと略同じ構成であることから、詳細な説明を省略する。
【００５６】
本発明に係る表面測定装置の用途は本実施例に限定されず、種々の材料からなる被膜が形成された種々の対象物の表面の温度分布を測定する用途に広く適用可能である。
【００５７】
赤外線分布検出装置２１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出するものである。
赤外線分布検出装置２１０は、主として赤外線カメラ２１１、短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃ、切り替え装置１１３等を具備する。
【００５８】
赤外線カメラ１１１は赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。
【００５９】
赤外線カメラ２１１は検出素子２１１ａ、レンズ２１１ｂを具備する。
本実施例の赤外線カメラ２１１の基本的な構成は図１に示す膜厚測定装置１０１における赤外線カメラ１１１と略同じであることから、詳細な説明を省略する。
【００６０】
短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃはそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過することが可能なフィルターである。
短波長フィルター２１２ａは図２における「フィルタＡ」に相当し、波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線を透過する。
中波長フィルター２１２ｂは図２における「フィルタＢ」に相当し、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線を透過する。
長波長フィルター２１２ｃは図２における「フィルタＣ」に相当し、波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を透過する。
【００６１】
なお、各フィルターの透過する波長帯は本実施例に限定されず、別の波長帯を透過する構成としても良い。また、各フィルターの透過する波長帯の一部が重複しても良い。
また、本実施例の赤外線分布検出装置２１０は三つの異なる波長帯の赤外線（の強度）をそれぞれ検出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、四つ以上の異なる波長帯の赤外線（の強度）を検出する構成としても良い。
【００６２】
切り替え装置２１３は短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃのいずれが赤外線カメラ２１１の視野を覆うかを切り替えるものである。
切り替え装置２１３は主としてディスク２１３ａ、モータ２１３ｂ等を具備する。
ディスク２１３ａは略円盤状の部材であり、短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃをそれぞれ嵌め込むための孔が形成される。これらの孔は、それぞれディスク２１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に形成される。
モータ２１３ｂは回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク２１３ａの中心に固定される。
【００６３】
ディスク２１３ａは、これに嵌め込まれた短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃのいずれかがレンズ２１１ｂに対向する位置、すなわち、赤外線カメラ２１１の視野を覆う位置に配置される。
モータ２１３ｂを駆動するとディスク２１３ａが回転し、短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃの三つのフィルターのうち、赤外線カメラ２１１の視野を覆う位置に配置されるものが切り替わる。
従って、本実施例における赤外線分布検出装置２１０が検出する三種類の赤外線の波長帯は、短波長フィルター２１２ａが赤外線カメラ２１１の視野を覆うときには（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯であり、中波長フィルター２１２ｂが赤外線カメラ２１１の視野を覆うときには（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯であり、長波長フィルター２１２ｃが赤外線カメラ２１１の視野を覆うときには（３）１０．９μｍ〜１４．３μｍの波長帯である。
【００６４】
図３に示す如く、被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率は、赤外線の波長に対する依存性を有し、（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯と（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯とでは水の放射率が異なる。ここで、図３における放射角ψは、キャビティ面１０ａにおける赤外線が放射される位置と赤外線カメラ２１１の測定方向との成す角度を指す（図４参照）。
なお、本実施例では被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率が異なる二つの波長帯を含む三つ以上の波長帯を赤外線分布検出装置２１０が検出する赤外線の波長帯として選択する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被膜に含まれる材料のうち、放射率が赤外線の波長依存性を有するものに着目し、当該材料について放射率が異なる二つの波長帯を含む三つ以上の波長帯を赤外線分布検出手段が検出する赤外線の波長帯として選択する構成とすれば良い。
【００６５】
本実施例ではディスク２１３ａにそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過可能な三つのフィルター（短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃ）を嵌め込み、モータ２１３ｂでディスク２１３ａを回転駆動することにより三つのフィルターのいずれが赤外線カメラ２１１の視野を覆うかを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、他の方法（例えば、三つ以上のフィルターを並べて嵌め込んだ部材をスライドする等）により赤外線カメラの視野を覆うフィルターを切り替える構成としても同様の効果を奏する。
【００６６】
制御装置２２０は主として制御部２２１、入力部２２２、表示部２２３等を具備する。
【００６７】
制御部２２１は表面温度測定装置２０１の一連の動作を制御するものである。
制御部２２１は、種々のプログラム等（例えば、後述する検出動作制御プログラム、膜厚分布算出プログラム、放射率分布補正プログラム、表面温度分布算出プログラム、各フィルターを用いた場合の測定温度（測定値）の差分値と被膜の膜厚１１との関係を示すデータテーブル、被膜１１の膜厚と見かけの放射率との関係を示すデータテーブル等）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、演算結果等を保管（記憶）することができる。
【００６８】
制御部２２１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の制御部１２１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００６９】
制御部２２１は赤外線分布検出装置２１０の赤外線カメラ２１１に接続され、赤外線カメラ２１１を動作させるための信号を送信可能であるとともに、赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される各波長帯における赤外線の強度の分布に係る情報を受信（取得）することが可能である。
また、制御部２２１は切り替え装置２１３のモータ２１３ｂに接続され、モータ２１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ２１３ｂの動作を制御する、すなわち短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃのいずれが赤外線カメラ２１１の視野を覆うかを選択することが可能である。
【００７０】
入力部２２２は制御部２２１に接続され、制御部２２１に表面温度測定装置２０１の動作に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
本実施例の入力部２２２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００７１】
表示部２２３は表面温度測定装置２０１の動作状況、入力部２２２から制御部２２１への入力内容、表面温度測定装置２０１による測定結果等を表示するものである。
本実施例の表示部２２３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００７２】
また、市販のタッチパネル等を用いて入力部２２２としての機能と表示部２２３としての機能を一体化したものを達成することが可能である。
【００７３】
以下では、制御部２２１の詳細構成について説明する。
制御部２２１は、機能的には検出動作制御部２２１ａ、膜厚分布算出部２２１ｂ、放射率分布補正部２２１ｃ、表面温度分布算出部２２１ｄ等を具備する。
【００７４】
検出動作制御部２２１ａは、赤外線分布検出装置２１０、より詳細には赤外線カメラ２１１および切り替え装置２１３の動作を制御するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された検出動作制御プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、検出動作制御部２２１ａとしての機能を果たす。
【００７５】
検出動作制御部２２１ａは、切り替え装置２１３のモータ２１３ｂを駆動し、短波長フィルター２１２ａが赤外線カメラ２１１の視野を覆う状態とする。
そして、短波長フィルター２１２ａが赤外線カメラ２１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００７６】
次に、検出動作制御部２２１ａは、切り替え装置２１３のモータ２１３ｂを駆動し、中波長フィルター２１２ｂが赤外線カメラ２１１の視野を覆う状態とする。
そして、中波長フィルター２１２ｂが赤外線カメラ２１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００７７】
続いて、検出動作制御部２２１ａは、切り替え装置２１３のモータ２１３ｂを駆動し、長波長フィルター２１２ｃが赤外線カメラ２１１の視野を覆う状態とする。
そして、長波長フィルター２１２ｃが赤外線カメラ２１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００７８】
膜厚分布算出部２２１ｂは本発明に係る膜厚分布算出手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線のうち、異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された膜厚分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、膜厚分布算出部１２１ｂとしての機能を果たす。
【００７９】
膜厚分布算出部２２１ｂは、赤外線分布検出装置２１０の視野内の各測定点（画素）について、赤外線分布検出装置２１０により検出された「７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」と、「９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」との差分値（一方から他方を減算した値）を算出し、これらを合わせて差分値の分布を求める。
次に、膜厚分布算出部２２１ｂは、予め実験あるいは理論計算等により求められた「各波長帯における表面温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係を示すデータテーブルまたは関係式（予め制御部２２１に格納されている）」を用いて、当該データテーブルと先に算出した差分値とを比較することにより、または当該関係式に先に算出した差分値を代入することにより、赤外線分布検出装置２１０の視野内の各測定点（画素）における被膜１１の膜厚を算出し、これらの算出結果を合わせて膜厚分布を求める。
求められた膜厚分布（の算出結果）は、制御部２２１に記憶されるとともに、表示部２２３に表示される。
【００８０】
なお、本実施例では表示部２２３は求められた膜厚分布（の算出結果）を各測定点（画素）の膜厚に応じて異なる色で表したキャビティ面１０ａの形状を示す画像の形式で表示するが、本発明はこれに限定されず、膜厚分布（の算出結果）をデータテーブルの形式で表示しても良い。
また、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度分布のみを表示し被膜１１の膜厚分布を表示する必要がない場合には被膜１１の膜厚分布を表示部２２３に表示しない構成としても良い。
【００８１】
放射率分布補正部２２１ｃは本発明に係る放射率分布補正手段の実施の一形態であり、膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された放射率分布補正プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、放射率分布補正部２２１ｃとしての機能を果たす。
【００８２】
放射率分布補正部２２１ｃは、予め実験あるいは理論計算等により求められた「被膜１１の膜厚と鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率との関係を示すデータテーブルまたは関係式（予め制御部２２１に格納されている）」を用いて、当該データテーブルと、膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された膜厚とを比較することにより、または当該関係式に膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された膜厚を代入することにより、赤外線分布検出装置１１０の視野内の各測定点（画素）における鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率を算出し、これらの算出結果を合わせて放射率分布を求める。
求められた放射率分布（の算出結果）は、制御部２２１に記憶される。なお、求められた放射率分布（の算出結果）を表示部２２３に表示しても良い。
【００８３】
表面温度分布算出部２２１ｄは本発明に係る表面温度分布算出手段の実施の一形態であり、（ｉ）赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布、および（ｉｉ）放射率分布補正部２２１ｃにより補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布、に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの温度分布（表面温度分布）を算出するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された表面温度分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、表面温度分布算出部２２１ｄとしての機能を果たす。
【００８４】
一般的な三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおける対象物の黒体温度（真の表面温度）Ｔｓの計算方法は、以下の数１乃至数３および数４乃至数６からそれぞれ乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならないように一式ずつ選択し、二分法、ニュートン法あるいはニュートンプソン法等を適用して収束解を得る（Ｆ（Ｔｓ）＝Ｆ（Ｔａ）＝０となるＴｓを求める）ことによりＴｓを決定するものである（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは計６通り（数１と数５、数１と数６、数２と数４、数２と数６、数３と数４、数３と数５）である。
ここで、Ｔｒｓ１、Ｔｒｓ２、Ｔｒｓ３はそれぞれ赤外線分布検出装置２１０により検出された各波長帯における（見かけの）測定温度、Ｔａは周囲温度、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３はそれぞれ赤外線の波長帯および赤外線カメラの検出素子の種類により決まる値、である。
【００８５】
【数１】
【００８６】
【数２】
【００８７】
【数３】
【００８８】
【数４】
【００８９】
【数５】
【００９０】
【数６】
【００９１】
本実施例の場合、表面温度分布算出部２２１ｄは、まず（ｉ）赤外線分布検出装置２１０により検出された各測定点（画素）についてのＴｒｓ１、Ｔｒｓ２、Ｔｒｓ３を、対応する測定点（画素）についての（ｉｉ）放射率分布補正部２２１ｃにより補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率を用いて補正する。
次に、表面温度分布算出部２２１ｄは、数１乃至数６における測定温度Ｔｒｓ１乃至Ｔｒｓ３に、それぞれ補正されたＴｒｓ１、Ｔｒｓ２、Ｔｒｓ３を代入して計算を行うことにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度Ｔｓの分布を算出する。
【００９２】
そして、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度の収束解を求める際に、（ａ）計算の繰り返し回数とともに表面温度Ｔｓと周囲温度Ｔａがともに収束する場合、または（ｂ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で表面温度Ｔｓは収束するが周囲温度Ｔａが発散する場合、には算出された表面温度Ｔｓが正常であると判定し、（ｃ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で周囲温度Ｔａは収束するが表面温度Ｔｓが発散する場合には算出された表面温度Ｔｓが異常であると判定する。
本実施例の場合、上記６通りのパターンの全てについて計算を行い、異常であると判定された場合を除いた残りの表面温度Ｔｓの計算結果に基づいてＴｓを決定する（例えば、正常であると判定されたＴｓの平均値または中央値を最終的なＴｓの計算値とする）。
【００９３】
算出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度Ｔｓの分布は制御部２２１に記憶されるとともに、表示部２２３に表示される。
【００９４】
なお、本実施例では表示部２２３は求められた表面温度分布（の算出結果）を各測定点（画素）の表面温度に応じて異なる色で表したキャビティ面１０ａの形状を示す画像（熱画像）の形式で表示するが、本発明はこれに限定されず、表面温度分布（の算出結果）をデータテーブルの形式で表示しても良い。
【００９５】
以上の如く、表面温度測定装置２０１は、
鍛造用金型１０の表面（キャビティ面１０ａ）から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類の赤外線（波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線および波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線）の強度分布を検出する赤外線分布検出装置２１０と、
赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線のうち、異なる二種類の赤外線（本実施例の場合、波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線および波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線）の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する膜厚分布算出部２２１ｂと、
膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正する放射率分布補正部２２１ｃと、
赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布および放射率分布補正部２２１ｃにより補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布に基づいて鍛造用金型１０の表面温度分布（キャビティ面１０ａの温度分布）を算出する表面温度分布算出部２２１ｄと、
を具備するものである。
また、表面温度測定装置２０１の膜厚分布算出部２２１ｂは、
予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
このように構成することにより、キャビティ面１０ａに被膜１１が形成された鍛造用金型１０の表面温度の分布を被膜１１の膜厚の分布（より厳密には、当該膜厚により変化する見かけの放射率）によらず精度良く測定することが可能である。
また、本実施例は、同一の測定視野で膜厚測定装置としての被膜の膜厚測定と三色放射温度計としての表面温度測定とを行うことから、膜厚測定と表面温度測定の時間差が（ほとんど）無く、表面温度の経時的な変化が大きい対象物についての測定精度の向上に寄与する。
さらに、本実施例は、同一の装置に膜厚測定装置としての機能と表面温度測定装置としての機能とを含んでいるため、膜厚測定装置と表面温度測定装置とをそれぞれ別体とした場合に比べて設備の設置スペースを小さくすることが可能であるとともに設備コストを削減することが可能である。
【００９６】
本実施例では三種類以上の波長帯のうち、選択された二種類の赤外線の強度からそれぞれ算出される測定温度の差分値に基づいて膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、二種類の波長帯の赤外線強度の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する構成としても同様の効果を奏する。
上記三種類以上の波長帯のうち、膜厚分布の測定に用いる二種類の波長帯をどのように選択するかは、被膜を構成する材料の放射率の赤外線の波長への依存性の他、各波長帯における赤外線検出手段の検出感度等に基づいて定めることが望ましい。
本実施例の場合、図２および図３に示すフィルタＡとフィルタＢに対応する波長帯の組み合わせとしているが、これは赤外線カメラ２１１の検出素子２１１ａが比較的短い波長帯（５〜１１μｍ）において高い検出感度を有することによる。
【００９７】
本実施例では鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの各測定点（画素）についての膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば被膜の膜圧が所定の値（閾値）以上である場合には当該測定点に被膜が形成されていると判定し、被膜の膜圧が所定の値（閾値）未満である場合には当該測定点に被膜が形成されていないと判定することにより、対象物の表面の各測定点についての被膜の形成の有無を判定する構成としても同様の効果を奏する。
【００９８】
以下では、図１および図５を用いて本発明に係る膜厚測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る膜厚測定方法の実施の一形態は膜厚測定装置１０１を用いて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を測定する方法であり、図５に示す如く、主として赤外線分布検出工程Ｓ１１００、膜厚分布算出工程Ｓ１２００を具備する。
【００９９】
赤外線分布検出工程Ｓ１１００は鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する工程である。
【０１００】
膜厚分布算出工程Ｓ１２００は、赤外線分布検出工程Ｓ１１００において検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する工程である。
より詳細には、膜厚分布算出工程Ｓ１２００は、予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する。
【０１０１】
以上の如く構成することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を精度良く測定することが可能である。特に、周囲の環境（照明の有無等）の影響を受けることなく膜厚の分布を非接触で測定することが可能である点において優れている。
【０１０２】
以下では、図４および図６を用いて本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る表面測定方法の実施の一形態は表面温度測定装置２０１を用いて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を測定する方法であり、図６に示す如く、主として赤外線分布検出工程Ｓ２１００、膜厚分布算出工程Ｓ２２００、放射率分布補正工程Ｓ２３００、表面温度分布算出工程Ｓ２４００を具備する。
【０１０３】
赤外線分布検出工程Ｓ２１００は鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する工程である。
【０１０４】
膜厚分布算出工程Ｓ２２００は、赤外線分布検出工程Ｓ２１００において検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する工程である。
より詳細には、膜厚分布算出工程Ｓ２２００は、予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する。
【０１０５】
放射率分布補正工程Ｓ２３００は膜厚分布算出工程Ｓ２２００において算出された被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正する工程である。
【０１０６】
表面温度分布算出工程Ｓ２４００は赤外線分布検出工程Ｓ２１００において検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布、および放射率分布補正工程Ｓ２３００において補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布、に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの温度分布（表面温度分布）を算出する工程である。
【０１０７】
以上の如く構成することにより、キャビティ面１０ａに被膜１１が形成された鍛造用金型１０の表面温度の分布を被膜１１の膜厚の分布（より厳密には、当該膜厚により変化する見かけの放射率）によらず精度良く測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係る膜厚測定装置の実施の一形態を示す図。
【図２】フィルターを透過する赤外線の波長と透過率との関係を示す図。
【図３】赤外線の波長と水の放射率との関係を示す図。
【図４】本発明に係る表面測定装置の実施の一形態を示す図。
【図５】本発明に係る膜厚測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図６】本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 鋳造用金型（対象物）
１０ａ キャビティ面（対象物の表面）
１１ 被膜
１０１ 膜厚測定装置
１１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１１ 赤外線カメラ
１１２ａ 短波長フィルター
１１２ｂ 中波長フィルター
１２１ｂ 膜厚分布算出部（膜厚分布算出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の膜厚の分布を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の表面温度を測定する方法として、非接触式の表面温度測定方法が知られている。非接触式の表面温度測定方法の代表例としては、対象物から放射される赤外線を検出することにより対象物の表面温度を測定する赤外線サーモグラフィが挙げられる。
赤外線サーモグラフィは、対象物の表面温度を非接触で測定できるという利点だけでなく、対象物表面の所定領域の温度（温度分布）をリアルタイムで測定できるという利点も有する。
【０００３】
しかし、赤外線サーモグラフィにより測定された温度分布は、対象物の放射率や反射率、および周囲の温度により大きく変動するものであること、および、たとえ同一の対象物であっても、当該対象物の表面の状態等により放射率や反射率が大きく変動し得るものであることから、表面状態が時々刻々と変化する対象物については赤外線サーモグラフィによる対象物表面の温度分布測定の精度を確保することは困難であった。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィが提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載の如くである。
【０００５】
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、波長帯の異なる三種類の赤外線を検出可能な赤外線カメラ（例えば、フィルターを交換することにより波長帯の異なる赤外線をそれぞれ検出する赤外線カメラ、あるいはそれぞれ波長帯の異なる赤外線を検出する三台の赤外線カメラ）によりそれぞれ対象物の表面温度の分布を測定し、当該測定値を用いて、（１）対象物の黒体温度（真の表面温度）、（２）対象物の放射率（反射率＝１−放射率）、および（３）周囲の温度、の三つを変数とする三つの方程式（エネルギー保存則に基づく式）を取得し、これらの連立方程式を解くことにより対象物の黒体温度（真の表面温度）の分布を算出するものである。
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、精度良く測定することが困難な放射率や反射率、あるいは周囲の温度を必要とせずに対象物の表面温度の分布を測定することが可能であり、作業性に優れる。
【０００６】
しかし、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィは、表面に被膜が形成された対象物の表面温度を測定する場合には表面温度の測定精度が低下する場合があるという問題がある。
これは、赤外線サーモグラフィにおいては対象物のごく表面の部分を構成する材料が見かけの放射率に大きな影響を及ぼすため、対象物の見かけの放射率は膜厚が大きくなるほど対象物そのものではなく被膜を構成する材料の放射率に近くなる、すなわち、膜厚に応じて対象物の表面の見かけの放射率が変化するため膜厚が薄い部分と厚い部分とでは対象物の見かけの放射率が異なることによる。
従って、表面に被膜が形成された対象物について表面温度の分布を精度良く測定するためには、対象物の表面に形成された被膜の膜厚と見かけの放射率との関係を把握するとともに対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を測定することにより、被膜の膜厚が対象物の表面温度分布の測定に及ぼす影響を除去する（表面温度分布を膜厚分布に基づいて補正する）必要がある。
【０００７】
対象物の表面に形成された被膜の膜厚（の分布）を非接触で測定する方法としては、（Ａ）可視光を検出可能な可視カメラにより対象物の表面の画像情報を取得し、当該画像情報に所定の画像処理、例えば二値化処理を施すことにより対象物の表面に被膜が形成されている部分（被膜の膜厚が所定の閾値以上である部分）と被膜が形成されていない部分（被膜の膜厚が所定の閾値未満である部分）とを識別する方法、（Ｂ）二色温度計を用いて表面に被膜が形成された対象物の表面温度分布を測定し、各波長帯における測定温度分布から各波長帯における対象物の見かけの放射率の分布を求め、求められた放射率の値の大きさにより対象物の表面に被膜が形成されている部分（被膜の膜厚が所定の閾値以上である部分）と被膜が形成されていない部分（被膜の膜厚が所定の閾値未満である部分）とを識別する方法、が挙げられる。例えば、特許文献３に記載の如くである。
【０００８】
しかし、（Ａ）の方法は周囲の測定環境（照明等）の影響を受けやすく膜厚の分布の測定精度（識別精度）が良くないこと、被膜の膜厚分布の測定を行う可視カメラと対象物の表面温度分布の測定を行う赤外線カメラとは別体であるために、両者の視野（測定領域）を同一とすることが困難、ひいては被膜の膜厚分布の測定と対象物の表面温度分布の測定とを同時に行うことが困難であること、設備コストが増大するとともに設備の設置スペースが大きくなること、といった問題がある。
また、（Ｂ）の方法は、市販されている二色温度計のうち短波長（２μｍ程度）の赤外線を用いるものは、通常は点計測のみ可能な構成であって一台で温度分布を測定することができず、温度分布を測定するためには複数台を要し設備コストが増大すること、といった問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２１９１１４号公報
【特許文献２】特開平７−１４６１７９号公報
【特許文献３】特開平２−５８７３１号公報
【非特許文献１】非破壊検査第４８巻１０号（１９９９） ６７３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の如き状況に鑑み、対象物の表面に形成された被膜の膜厚の分布を精度良く測定することが可能な膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供するとともに、表面に被膜が形成された対象物の表面温度の分布を当該被膜の膜厚の分布によらず精度良く測定することが可能な表面温度検査装置および表面温度検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項２においては、
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【００１３】
請求項３においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
前記膜厚分布手段により算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正手段により補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備するものである。
【００１４】
請求項４においては、
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【００１５】
請求項５においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
を具備するものである。
【００１６】
請求項６においては、
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【００１７】
請求項７においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
前記膜厚分布算出工程において算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正工程において補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備するものである。
【００１８】
請求項８においては、
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出するものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、請求項２、請求項５および請求項６に記載の発明は、対象物の表面に形成された被膜の膜厚の分布を精度良く測定することが可能であるという効果を奏する。
【００２０】
請求項３、請求項４、請求項７および請求項８に記載の発明は、表面に被膜が形成された対象物の表面温度の分布を当該被膜の膜厚の分布によらず精度良く測定することが可能であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、図１乃至図３を用いて本発明に係る膜厚測定装置の実施の一形態である膜厚測定装置１０１について説明する。
【００２２】
図１に示す如く、膜厚測定装置１０１は鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を測定するものである。膜厚測定装置１０１は主として赤外線分布検出装置１１０、制御装置１２０を具備する。
【００２３】
鍛造用金型１０は本発明に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には成形品（鍛造用金型１０により所定の形状に成形されたもの）に対応する形状のキャビティ面１０ａが形成される。
【００２４】
鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに被膜１１が形成される。
被膜１１は本発明に係る被膜の実施の一形態であり、鍛造用金型１０による鍛造の結果物たる成形品の原材料（例えば、鍛造用鋼からなるビレット等）が鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに沿って塑性変形する際の変形抵抗（摩擦）を低減するために塗布された水性の潤滑剤からなる。
水性の潤滑剤は、例えば黒鉛やフッ素樹脂、二酸化モリブデン、二硫化モリブデン等の微粒子と水とを混合したもの（あるいはこれに種々の分散剤等を添加したもの）であり、鍛造時には乾燥した状態（水分が蒸発した状態）で用いられる。本実施例の水性の潤滑剤は市販されているものであるが、専用品でも良い。
【００２５】
鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布は、本来の機能である塑性変形の抵抗を低減する観点からだけではなく、赤外光を用いたキャビティ面１０ａの表面温度の分布の測定精度を向上する観点からも略均一であることが望ましい。
すなわち、被膜１１が相対的に厚い部分と薄い部分とでは被膜１１の乾燥前に赤外線を用いた表面温度測定を行う際にキャビティ面１０ａの見かけの放射率が異なるため、三色放射温度計による各波長帯における鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの測定温度に誤差が生じ、ひいては三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおける表面温度の測定精度（各波長におけるキャビティ面１０ａの測定温度から算出される「最終的な測定温度」の精度）が低下する。
【００２６】
本発明に係る膜厚測定装置の用途は本実施例に限定されず、種々の対象物の表面に形成された種々の材料からなる被膜の膜厚の分布を測定する用途に広く適用可能である。
本発明に係る被膜の他の例としては、鍛造用金型のキャビティ面に形成された離型剤からなる被膜等が挙げられる。
【００２７】
赤外線分布検出装置１１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出するものである。
赤外線分布検出装置１１０は、主として赤外線カメラ１１１、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、切り替え装置１１３等を具備する。
【００２８】
赤外線カメラ１１１は赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。
【００２９】
赤外線カメラ１１１は検出素子１１１ａ、レンズ１１１ｂを具備する。
本実施例の検出素子１１１ａは５μｍ〜１５μｍ程度の波長の赤外線を検出可能なＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であり、赤外線カメラ１１１の視野内の所定領域における赤外線の強度の分布を検出することが可能である。
なお、本実施例の赤外線カメラ１１１における検出素子１１１ａはＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、本発明はこれに限定されず、他の検出素子を用いても良い。
レンズ１１１ｂは所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束するものである。本実施例の場合、所定の領域（視野）内に鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａを配置することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束する。
【００３０】
短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂはそれぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能なフィルターである。
短波長フィルター１１２ａは図２における「フィルタＡ」に相当し、波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線を透過する。
中波長フィルター１１２ｂは図２における「フィルタＢ」に相当し、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線を透過する。
【００３１】
なお、各フィルターの透過する波長帯は本実施例に限定されず、別の波長帯を透過する構成としても良い。また、各フィルターの透過する波長帯の一部が重複しても良い。
また、本実施例の赤外線分布検出装置１１０は二つの異なる波長帯の赤外線（の強度）をそれぞれ検出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、三つ以上の異なる波長帯の赤外線（の強度）を検出する構成としても良い。
【００３２】
切り替え装置１１３は短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替えるものである。
切り替え装置１１３は主としてディスク１１３ａ、モータ１１３ｂ等を具備する。
ディスク１１３ａは略円盤状の部材であり、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂをそれぞれ嵌め込むための孔が形成される。これらの孔は、それぞれディスク１１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に形成される。
モータ１１３ｂは回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク１１３ａの中心に固定される。
【００３３】
ディスク１１３ａは、これに嵌め込まれた短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂのいずれかがレンズ１１１ｂに対向する位置、すなわち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置される。
モータ１１３ｂを駆動するとディスク１１３ａが回転し、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂの二つのフィルターのうち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置されるものが切り替わる。
従って、本実施例における赤外線分布検出装置１１０が検出する二種類の赤外線の波長帯は、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆うときには（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯であり、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆うときには（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯である。
【００３４】
図３に示す如く、被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率は、赤外線の波長に対する依存性を有し、（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯と（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯とでは水の放射率が異なる。ここで、図３における放射角ψは、キャビティ面１０ａにおける赤外線が放射される位置と赤外線カメラ１１１の測定方向との成す角度を指す（図１参照）。
なお、本実施例では被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率が異なる二つの波長帯を赤外線分布検出装置１１０が検出する赤外線の波長帯として選択する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被膜に含まれる材料のうち、放射率が赤外線の波長依存性を有するものに着目し、当該材料について放射率が異なる二つの波長帯を赤外線分布検出手段が検出する赤外線の波長帯として選択する構成とすれば良い。
【００３５】
本実施例ではディスク１１３ａにそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過可能な二つのフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ）を嵌め込み、モータ１１３ｂでディスク１１３ａを回転駆動することにより二つのフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、他の方法（例えば、二つ以上のフィルターを並べて嵌め込んだ部材をスライドする等）により赤外線カメラの視野を覆うフィルターを切り替える構成としても同様の効果を奏する。
【００３６】
制御装置１２０は主として制御部１２１、入力部１２２、表示部１２３等を具備する。
【００３７】
制御部１２１は膜厚測定装置１０１の一連の動作を制御するものである。
制御部１２１は、種々のプログラム等（例えば、後述する検出動作制御プログラム、膜厚分布算出プログラム、および各フィルターを用いた場合の測定温度（測定値）の差分値と被膜１１の膜厚との関係を示すデータテーブル等）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、演算結果等を保管（記憶）することができる。
【００３８】
制御部１２１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の制御部１２１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００３９】
制御部１２１は赤外線分布検出装置１１０の赤外線カメラ１１１に接続され、赤外線カメラ１１１を動作させるための信号を送信可能であるとともに、赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される各波長帯における赤外線の強度の分布に係る情報を受信（取得）することが可能である。
また、制御部１２１は切り替え装置１１３のモータ１１３ｂに接続され、モータ１１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ１１３ｂの動作を制御する、すなわち短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを選択することが可能である。
【００４０】
入力部１２２は制御部１２１に接続され、制御部１２１に膜厚測定装置１０１の動作に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
本実施例の入力部１２２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００４１】
表示部１２３は膜厚測定装置１０１の動作状況、入力部１２２から制御部１２１への入力内容、膜厚測定装置１０１による測定結果等を表示するものである。
本実施例の表示部１２３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００４２】
また、市販のタッチパネル等を用いて入力部１２２としての機能と表示部１２３としての機能を一体化したものを達成することが可能である。
【００４３】
以下では、制御部１２１の詳細構成について説明する。
制御部１２１は、機能的には検出動作制御部１２１ａ、膜厚分布算出部１２１ｂ等を具備する。
【００４４】
検出動作制御部１２１ａは、赤外線分布検出装置１１０、より詳細には赤外線カメラ１１１および切り替え装置１１３の動作を制御するものである。
実体的には、制御部１２１が、予め格納された検出動作制御プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、検出動作制御部１２１ａとしての機能を果たす。
【００４５】
検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００４６】
次に、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００４７】
膜厚分布算出部１２１ｂは本発明に係る膜厚分布算出手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が、予め格納された膜厚分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、膜厚分布算出部１２１ｂとしての機能を果たす。
【００４８】
膜厚分布算出部１２１ｂは、赤外線分布検出装置１１０の視野内の各測定点（画素）について、赤外線分布検出装置１１０により検出された「７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」と、「９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」との差分値（一方から他方を減算した値）を算出し、これらを合わせて差分値の分布を求める。
次に、膜厚分布算出部１２１ｂは、予め実験あるいは理論計算等により求められた「各波長帯における表面温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係を示すデータテーブルまたは関係式（予め制御部１２１に格納されている）」を用いて、当該データテーブルと先に算出した差分値とを比較することにより、または当該関係式に先に算出した差分値を代入することにより、赤外線分布検出装置１１０の視野内の各測定点（画素）における被膜１１の膜厚を算出し、これらの算出結果を合わせて膜厚分布を求める。
求められた膜厚分布（の算出結果）は、制御部１２１に記憶されるとともに、表示部１２３に表示される。
【００４９】
なお、本実施例では表示部１２３は求められた膜厚分布（の算出結果）を各測定点（画素）の膜厚に応じて異なる色で表したキャビティ面１０ａの形状を示す画像の形式で表示するが、本発明はこれに限定されず、膜厚分布（の算出結果）をデータテーブルの形式で表示しても良い。
【００５０】
以上の如く、膜厚測定装置１０１は、
鍛造用金型１０の表面（キャビティ面１０ａ）から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線（波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線および波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線）の強度分布を検出する赤外線分布検出装置１１０と、
赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する膜厚分布算出部１２１ｂと、
を具備するものである。
また、膜厚測定装置１０１の膜厚分布算出部１２１ｂは、
予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
このように構成することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を精度良く測定することが可能である。特に、周囲の環境（照明の有無等）の影響を受けることなく膜厚の分布を非接触で測定することが可能である点において優れている。
【００５１】
本実施例では二種類の波長帯の赤外線強度からそれぞれ算出される測定温度の差分値に基づいて膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、二種類の波長帯の赤外線強度の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する構成としても同様の効果を奏する。
【００５２】
本実施例では鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの各測定点（画素）についての膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば被膜の膜圧が所定の値（閾値）以上である場合には当該測定点に被膜が形成されていると判定し、被膜の膜圧が所定の値（閾値）未満である場合には当該測定点に被膜が形成されていないと判定することにより、対象物の表面の各測定点についての被膜の形成の有無を判定する構成としても同様の効果を奏する。
【００５３】
以下では、図２乃至図４を用いて本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態である表面温度測定装置２０１について説明する。
【００５４】
図４に示す如く、表面温度測定装置２０１は鍛造用金型１０の表面、特にキャビティ面１０ａの温度の分布を測定するものである。表面温度測定装置２０１は主として赤外線分布検出装置２１０、制御装置２２０を具備する。
【００５５】
本実施例における鍛造用金型１０および被膜１１については、図１に示す膜厚測定装置１０１におけるものと略同じ構成であることから、詳細な説明を省略する。
【００５６】
本発明に係る表面測定装置の用途は本実施例に限定されず、種々の材料からなる被膜が形成された種々の対象物の表面の温度分布を測定する用途に広く適用可能である。
【００５７】
赤外線分布検出装置２１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出するものである。
赤外線分布検出装置２１０は、主として赤外線カメラ２１１、短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃ、切り替え装置１１３等を具備する。
【００５８】
赤外線カメラ１１１は赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。
【００５９】
赤外線カメラ２１１は検出素子２１１ａ、レンズ２１１ｂを具備する。
本実施例の赤外線カメラ２１１の基本的な構成は図１に示す膜厚測定装置１０１における赤外線カメラ１１１と略同じであることから、詳細な説明を省略する。
【００６０】
短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃはそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過することが可能なフィルターである。
短波長フィルター２１２ａは図２における「フィルタＡ」に相当し、波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線を透過する。
中波長フィルター２１２ｂは図２における「フィルタＢ」に相当し、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線を透過する。
長波長フィルター２１２ｃは図２における「フィルタＣ」に相当し、波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を透過する。
【００６１】
なお、各フィルターの透過する波長帯は本実施例に限定されず、別の波長帯を透過する構成としても良い。また、各フィルターの透過する波長帯の一部が重複しても良い。
また、本実施例の赤外線分布検出装置２１０は三つの異なる波長帯の赤外線（の強度）をそれぞれ検出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、四つ以上の異なる波長帯の赤外線（の強度）を検出する構成としても良い。
【００６２】
切り替え装置２１３は短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃのいずれが赤外線カメラ２１１の視野を覆うかを切り替えるものである。
切り替え装置２１３は主としてディスク２１３ａ、モータ２１３ｂ等を具備する。
ディスク２１３ａは略円盤状の部材であり、短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃをそれぞれ嵌め込むための孔が形成される。これらの孔は、それぞれディスク２１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に形成される。
モータ２１３ｂは回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク２１３ａの中心に固定される。
【００６３】
ディスク２１３ａは、これに嵌め込まれた短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃのいずれかがレンズ２１１ｂに対向する位置、すなわち、赤外線カメラ２１１の視野を覆う位置に配置される。
モータ２１３ｂを駆動するとディスク２１３ａが回転し、短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃの三つのフィルターのうち、赤外線カメラ２１１の視野を覆う位置に配置されるものが切り替わる。
従って、本実施例における赤外線分布検出装置２１０が検出する三種類の赤外線の波長帯は、短波長フィルター２１２ａが赤外線カメラ２１１の視野を覆うときには（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯であり、中波長フィルター２１２ｂが赤外線カメラ２１１の視野を覆うときには（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯であり、長波長フィルター２１２ｃが赤外線カメラ２１１の視野を覆うときには（３）１０．９μｍ〜１４．３μｍの波長帯である。
【００６４】
図３に示す如く、被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率は、赤外線の波長に対する依存性を有し、（１）７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯と（２）９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯とでは水の放射率が異なる。ここで、図３における放射角ψは、キャビティ面１０ａにおける赤外線が放射される位置と赤外線カメラ２１１の測定方向との成す角度を指す（図４参照）。
なお、本実施例では被膜１１を構成する潤滑剤に含まれる水の放射率が異なる二つの波長帯を含む三つ以上の波長帯を赤外線分布検出装置２１０が検出する赤外線の波長帯として選択する構成としたが、本発明はこれに限定されず、被膜に含まれる材料のうち、放射率が赤外線の波長依存性を有するものに着目し、当該材料について放射率が異なる二つの波長帯を含む三つ以上の波長帯を赤外線分布検出手段が検出する赤外線の波長帯として選択する構成とすれば良い。
【００６５】
本実施例ではディスク２１３ａにそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過可能な三つのフィルター（短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃ）を嵌め込み、モータ２１３ｂでディスク２１３ａを回転駆動することにより三つのフィルターのいずれが赤外線カメラ２１１の視野を覆うかを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、他の方法（例えば、三つ以上のフィルターを並べて嵌め込んだ部材をスライドする等）により赤外線カメラの視野を覆うフィルターを切り替える構成としても同様の効果を奏する。
【００６６】
制御装置２２０は主として制御部２２１、入力部２２２、表示部２２３等を具備する。
【００６７】
制御部２２１は表面温度測定装置２０１の一連の動作を制御するものである。
制御部２２１は、種々のプログラム等（例えば、後述する検出動作制御プログラム、膜厚分布算出プログラム、放射率分布補正プログラム、表面温度分布算出プログラム、各フィルターを用いた場合の測定温度（測定値）の差分値と被膜の膜厚１１との関係を示すデータテーブル、被膜１１の膜厚と見かけの放射率との関係を示すデータテーブル等）を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、演算結果等を保管（記憶）することができる。
【００６８】
制御部２２１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の制御部１２１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【００６９】
制御部２２１は赤外線分布検出装置２１０の赤外線カメラ２１１に接続され、赤外線カメラ２１１を動作させるための信号を送信可能であるとともに、赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される各波長帯における赤外線の強度の分布に係る情報を受信（取得）することが可能である。
また、制御部２２１は切り替え装置２１３のモータ２１３ｂに接続され、モータ２１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ２１３ｂの動作を制御する、すなわち短波長フィルター２１２ａ、中波長フィルター２１２ｂ、長波長フィルター２１２ｃのいずれが赤外線カメラ２１１の視野を覆うかを選択することが可能である。
【００７０】
入力部２２２は制御部２２１に接続され、制御部２２１に表面温度測定装置２０１の動作に係る種々の情報・指示等を入力するものである。
本実施例の入力部２２２は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００７１】
表示部２２３は表面温度測定装置２０１の動作状況、入力部２２２から制御部２２１への入力内容、表面温度測定装置２０１による測定結果等を表示するものである。
本実施例の表示部２２３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【００７２】
また、市販のタッチパネル等を用いて入力部２２２としての機能と表示部２２３としての機能を一体化したものを達成することが可能である。
【００７３】
以下では、制御部２２１の詳細構成について説明する。
制御部２２１は、機能的には検出動作制御部２２１ａ、膜厚分布算出部２２１ｂ、放射率分布補正部２２１ｃ、表面温度分布算出部２２１ｄ等を具備する。
【００７４】
検出動作制御部２２１ａは、赤外線分布検出装置２１０、より詳細には赤外線カメラ２１１および切り替え装置２１３の動作を制御するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された検出動作制御プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、検出動作制御部２２１ａとしての機能を果たす。
【００７５】
検出動作制御部２２１ａは、切り替え装置２１３のモータ２１３ｂを駆動し、短波長フィルター２１２ａが赤外線カメラ２１１の視野を覆う状態とする。
そして、短波長フィルター２１２ａが赤外線カメラ２１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００７６】
次に、検出動作制御部２２１ａは、切り替え装置２１３のモータ２１３ｂを駆動し、中波長フィルター２１２ｂが赤外線カメラ２１１の視野を覆う状態とする。
そして、中波長フィルター２１２ｂが赤外線カメラ２１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００７７】
続いて、検出動作制御部２２１ａは、切り替え装置２１３のモータ２１３ｂを駆動し、長波長フィルター２１２ｃが赤外線カメラ２１１の視野を覆う状態とする。
そして、長波長フィルター２１２ｃが赤外線カメラ２１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ２１１により検出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線の強度の分布を取得する。
【００７８】
膜厚分布算出部２２１ｂは本発明に係る膜厚分布算出手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線のうち、異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された膜厚分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、膜厚分布算出部１２１ｂとしての機能を果たす。
【００７９】
膜厚分布算出部２２１ｂは、赤外線分布検出装置２１０の視野内の各測定点（画素）について、赤外線分布検出装置２１０により検出された「７．４μｍ〜９．０μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」と、「９．３μｍ〜１１．３μｍの波長帯の赤外線の強度に基づいて算出されるキャビティ面１０ａの見かけの表面温度」との差分値（一方から他方を減算した値）を算出し、これらを合わせて差分値の分布を求める。
次に、膜厚分布算出部２２１ｂは、予め実験あるいは理論計算等により求められた「各波長帯における表面温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係を示すデータテーブルまたは関係式（予め制御部２２１に格納されている）」を用いて、当該データテーブルと先に算出した差分値とを比較することにより、または当該関係式に先に算出した差分値を代入することにより、赤外線分布検出装置２１０の視野内の各測定点（画素）における被膜１１の膜厚を算出し、これらの算出結果を合わせて膜厚分布を求める。
求められた膜厚分布（の算出結果）は、制御部２２１に記憶されるとともに、表示部２２３に表示される。
【００８０】
なお、本実施例では表示部２２３は求められた膜厚分布（の算出結果）を各測定点（画素）の膜厚に応じて異なる色で表したキャビティ面１０ａの形状を示す画像の形式で表示するが、本発明はこれに限定されず、膜厚分布（の算出結果）をデータテーブルの形式で表示しても良い。
また、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度分布のみを表示し被膜１１の膜厚分布を表示する必要がない場合には被膜１１の膜厚分布を表示部２２３に表示しない構成としても良い。
【００８１】
放射率分布補正部２２１ｃは本発明に係る放射率分布補正手段の実施の一形態であり、膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された放射率分布補正プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、放射率分布補正部２２１ｃとしての機能を果たす。
【００８２】
放射率分布補正部２２１ｃは、予め実験あるいは理論計算等により求められた「被膜１１の膜厚と鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率との関係を示すデータテーブルまたは関係式（予め制御部２２１に格納されている）」を用いて、当該データテーブルと、膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された膜厚とを比較することにより、または当該関係式に膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された膜厚を代入することにより、赤外線分布検出装置１１０の視野内の各測定点（画素）における鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率を算出し、これらの算出結果を合わせて放射率分布を求める。
求められた放射率分布（の算出結果）は、制御部２２１に記憶される。なお、求められた放射率分布（の算出結果）を表示部２２３に表示しても良い。
【００８３】
表面温度分布算出部２２１ｄは本発明に係る表面温度分布算出手段の実施の一形態であり、（ｉ）赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布、および（ｉｉ）放射率分布補正部２２１ｃにより補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布、に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの温度分布（表面温度分布）を算出するものである。
実体的には、制御部２２１が、予め格納された表面温度分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、表面温度分布算出部２２１ｄとしての機能を果たす。
【００８４】
一般的な三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおける対象物の黒体温度（真の表面温度）Ｔｓの計算方法は、以下の数１乃至数３および数４乃至数６からそれぞれ乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならないように一式ずつ選択し、二分法、ニュートン法あるいはニュートンプソン法等を適用して収束解を得る（Ｆ（Ｔｓ）＝Ｆ（Ｔａ）＝０となるＴｓを求める）ことによりＴｓを決定するものである（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは計６通り（数１と数５、数１と数６、数２と数４、数２と数６、数３と数４、数３と数５）である。
ここで、Ｔｒｓ１、Ｔｒｓ２、Ｔｒｓ３はそれぞれ赤外線分布検出装置２１０により検出された各波長帯における（見かけの）測定温度、Ｔａは周囲温度、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３はそれぞれ赤外線の波長帯および赤外線カメラの検出素子の種類により決まる値、である。
【００８５】
【数１】
【００８６】
【数２】
【００８７】
【数３】
【００８８】
【数４】
【００８９】
【数５】
【００９０】
【数６】
【００９１】
本実施例の場合、表面温度分布算出部２２１ｄは、まず（ｉ）赤外線分布検出装置２１０により検出された各測定点（画素）についてのＴｒｓ１、Ｔｒｓ２、Ｔｒｓ３を、対応する測定点（画素）についての（ｉｉ）放射率分布補正部２２１ｃにより補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率を用いて補正する。
次に、表面温度分布算出部２２１ｄは、数１乃至数６における測定温度Ｔｒｓ１乃至Ｔｒｓ３に、それぞれ補正されたＴｒｓ１、Ｔｒｓ２、Ｔｒｓ３を代入して計算を行うことにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度Ｔｓの分布を算出する。
【００９２】
そして、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度の収束解を求める際に、（ａ）計算の繰り返し回数とともに表面温度Ｔｓと周囲温度Ｔａがともに収束する場合、または（ｂ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で表面温度Ｔｓは収束するが周囲温度Ｔａが発散する場合、には算出された表面温度Ｔｓが正常であると判定し、（ｃ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で周囲温度Ｔａは収束するが表面温度Ｔｓが発散する場合には算出された表面温度Ｔｓが異常であると判定する。
本実施例の場合、上記６通りのパターンの全てについて計算を行い、異常であると判定された場合を除いた残りの表面温度Ｔｓの計算結果に基づいてＴｓを決定する（例えば、正常であると判定されたＴｓの平均値または中央値を最終的なＴｓの計算値とする）。
【００９３】
算出された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの表面温度Ｔｓの分布は制御部２２１に記憶されるとともに、表示部２２３に表示される。
【００９４】
なお、本実施例では表示部２２３は求められた表面温度分布（の算出結果）を各測定点（画素）の表面温度に応じて異なる色で表したキャビティ面１０ａの形状を示す画像（熱画像）の形式で表示するが、本発明はこれに限定されず、表面温度分布（の算出結果）をデータテーブルの形式で表示しても良い。
【００９５】
以上の如く、表面温度測定装置２０１は、
鍛造用金型１０の表面（キャビティ面１０ａ）から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類の赤外線（波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線および波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線）の強度分布を検出する赤外線分布検出装置２１０と、
赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線のうち、異なる二種類の赤外線（本実施例の場合、波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線および波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線）の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する膜厚分布算出部２２１ｂと、
膜厚分布算出部２２１ｂにより算出された被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正する放射率分布補正部２２１ｃと、
赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布および放射率分布補正部２２１ｃにより補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布に基づいて鍛造用金型１０の表面温度分布（キャビティ面１０ａの温度分布）を算出する表面温度分布算出部２２１ｄと、
を具備するものである。
また、表面温度測定装置２０１の膜厚分布算出部２２１ｂは、
予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置２１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出するものである。
このように構成することにより、キャビティ面１０ａに被膜１１が形成された鍛造用金型１０の表面温度の分布を被膜１１の膜厚の分布（より厳密には、当該膜厚により変化する見かけの放射率）によらず精度良く測定することが可能である。
また、本実施例は、同一の測定視野で膜厚測定装置としての被膜の膜厚測定と三色放射温度計としての表面温度測定とを行うことから、膜厚測定と表面温度測定の時間差が（ほとんど）無く、表面温度の経時的な変化が大きい対象物についての測定精度の向上に寄与する。
さらに、本実施例は、同一の装置に膜厚測定装置としての機能と表面温度測定装置としての機能とを含んでいるため、膜厚測定装置と表面温度測定装置とをそれぞれ別体とした場合に比べて設備の設置スペースを小さくすることが可能であるとともに設備コストを削減することが可能である。
【００９６】
本実施例では三種類以上の波長帯のうち、選択された二種類の赤外線の強度からそれぞれ算出される測定温度の差分値に基づいて膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、二種類の波長帯の赤外線強度の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する構成としても同様の効果を奏する。
上記三種類以上の波長帯のうち、膜厚分布の測定に用いる二種類の波長帯をどのように選択するかは、被膜を構成する材料の放射率の赤外線の波長への依存性の他、各波長帯における赤外線検出手段の検出感度等に基づいて定めることが望ましい。
本実施例の場合、図２および図３に示すフィルタＡとフィルタＢに対応する波長帯の組み合わせとしているが、これは赤外線カメラ２１１の検出素子２１１ａが比較的短い波長帯（５〜１１μｍ）において高い検出感度を有することによる。
【００９７】
本実施例では鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの各測定点（画素）についての膜厚を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば被膜の膜圧が所定の値（閾値）以上である場合には当該測定点に被膜が形成されていると判定し、被膜の膜圧が所定の値（閾値）未満である場合には当該測定点に被膜が形成されていないと判定することにより、対象物の表面の各測定点についての被膜の形成の有無を判定する構成としても同様の効果を奏する。
【００９８】
以下では、図１および図５を用いて本発明に係る膜厚測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る膜厚測定方法の実施の一形態は膜厚測定装置１０１を用いて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を測定する方法であり、図５に示す如く、主として赤外線分布検出工程Ｓ１１００、膜厚分布算出工程Ｓ１２００を具備する。
【００９９】
赤外線分布検出工程Ｓ１１００は鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する工程である。
【０１００】
膜厚分布算出工程Ｓ１２００は、赤外線分布検出工程Ｓ１１００において検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する工程である。
より詳細には、膜厚分布算出工程Ｓ１２００は、予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する。
【０１０１】
以上の如く構成することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を精度良く測定することが可能である。特に、周囲の環境（照明の有無等）の影響を受けることなく膜厚の分布を非接触で測定することが可能である点において優れている。
【０１０２】
以下では、図４および図６を用いて本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る表面測定方法の実施の一形態は表面温度測定装置２０１を用いて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚の分布を測定する方法であり、図６に示す如く、主として赤外線分布検出工程Ｓ２１００、膜厚分布算出工程Ｓ２２００、放射率分布補正工程Ｓ２３００、表面温度分布算出工程Ｓ２４００を具備する。
【０１０３】
赤外線分布検出工程Ｓ２１００は鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する工程である。
【０１０４】
膜厚分布算出工程Ｓ２２００は、赤外線分布検出工程Ｓ２１００において検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布からそれぞれ算出される各測定点（画素）についての測定温度の差分値に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する工程である。
より詳細には、膜厚分布算出工程Ｓ２２００は、予め求められた波長帯が異なる二種類の赤外線の強度から算出される測定温度の差分値と被膜１１の膜厚との関係に係る情報（本実施例ではデータテーブルまたは関係式）と赤外線分布検出装置１１０により検出された波長帯が異なる二種類の赤外線の強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較（または代入）することにより、鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａに形成された被膜１１の膜厚分布を算出する。
【０１０５】
放射率分布補正工程Ｓ２３００は膜厚分布算出工程Ｓ２２００において算出された被膜１１の膜厚に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布を補正する工程である。
【０１０６】
表面温度分布算出工程Ｓ２４００は赤外線分布検出工程Ｓ２１００において検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度分布、および放射率分布補正工程Ｓ２３００において補正された鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの放射率分布、に基づいて鍛造用金型１０のキャビティ面１０ａの温度分布（表面温度分布）を算出する工程である。
【０１０７】
以上の如く構成することにより、キャビティ面１０ａに被膜１１が形成された鍛造用金型１０の表面温度の分布を被膜１１の膜厚の分布（より厳密には、当該膜厚により変化する見かけの放射率）によらず精度良く測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係る膜厚測定装置の実施の一形態を示す図。
【図２】フィルターを透過する赤外線の波長と透過率との関係を示す図。
【図３】赤外線の波長と水の放射率との関係を示す図。
【図４】本発明に係る表面測定装置の実施の一形態を示す図。
【図５】本発明に係る膜厚測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【図６】本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 鋳造用金型（対象物）
１０ａ キャビティ面（対象物の表面）
１１ 被膜
１０１ 膜厚測定装置
１１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１１ 赤外線カメラ
１１２ａ 短波長フィルター
１１２ｂ 中波長フィルター
１２１ｂ 膜厚分布算出部（膜厚分布算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
を具備する膜厚測定装置。
【請求項２】
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
前記膜厚分布手段により算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正手段により補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備する表面温度測定装置。
【請求項４】
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項３に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
を具備する膜厚測定方法。
【請求項６】
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項５に記載の膜厚測定方法。
【請求項７】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
前記膜厚分布算出工程において算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正工程において補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備する表面温度測定方法。
【請求項８】
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項７に記載の表面温度測定方法。
【請求項１】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
を具備する膜厚測定装置。
【請求項２】
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出手段と、
前記膜厚分布手段により算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正手段により補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備する表面温度測定装置。
【請求項４】
前記膜厚分布算出手段は、
予め求められた波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報を格納し、当該情報と前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項３に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
を具備する膜厚測定方法。
【請求項６】
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項５に記載の膜厚測定方法。
【請求項７】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のうち異なる二種類の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値に基づいて前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する膜厚分布算出工程と、
前記膜厚分布算出工程において算出された被膜の膜厚に基づいて前記対象物の表面の放射率分布を補正する放射率分布補正工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度分布および前記放射率分布補正工程において補正された前記対象物の表面の放射率分布に基づいて前記対象物の表面温度分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備する表面温度測定方法。
【請求項８】
前記膜厚分布算出工程は、
予め求められた波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度の差分値または当該強度から算出される測定温度の差分値と前記被膜の膜厚との関係に係る情報と前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる二種類以上の赤外線の強度分布の差分値または当該強度分布から算出される測定温度分布の差分値とを比較することにより、前記対象物の表面に形成された被膜の膜厚分布を算出する請求項７に記載の表面温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２１５９５７（Ｐ２００８−２１５９５７Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１９４０（Ｐ２００７−５１９４０）
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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