表面温度測定方法および表面温度測定装置
【課題】波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、表面状態の変化に起因して生じる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる表面温度測定方法を提供すること。
【解決手段】表面温度測定方法であって、金型キャビティ面２ａ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分布を検出する赤外線分布検出工程と、前記分布の各要素について、計測温度（見かけ温度）を測定温度（黒体温度）に変換する温度変換工程と、放射率一定の仮定下、前記測定温度に基づいて金型キャビティ面２ａの温度（表面温度）を算出する表面温度算出工程と、前記測定温度および前記表面温度に基づき、放射率および放射率比を算出する放射率比算出工程と、前記放射率比算出工程により算出された放射率比を用い、前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度再算出工程とを備える。
【解決手段】表面温度測定方法であって、金型キャビティ面２ａ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分布を検出する赤外線分布検出工程と、前記分布の各要素について、計測温度（見かけ温度）を測定温度（黒体温度）に変換する温度変換工程と、放射率一定の仮定下、前記測定温度に基づいて金型キャビティ面２ａの温度（表面温度）を算出する表面温度算出工程と、前記測定温度および前記表面温度に基づき、放射率および放射率比を算出する放射率比算出工程と、前記放射率比算出工程により算出された放射率比を用い、前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度再算出工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の表面温度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が検出されることにより対象物の表面温度が測定され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、あるいは周囲の温度等により大きく変動する。また、対象物の放射率や反射率は、たとえ同一の対象物であっても、その表面状態等により大きく変動し得る。これらの理由から、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の測定精度を確保することが困難であった。
【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】
ところで、対象物の放射率は、その対象物である物体固有の値であるものの、前記のような対象物の表面状態のほか、波長（検出波長）によっても変動する。つまり、対象物の放射率は、波長依存性を有する。対象物の放射率が波長依存性を有することは、異なる波長の放射温度計が用いられて対象物の表面温度の分布の測定が行われた場合、各放射温度計に対する放射率が異なってくることを意味する。
この点、上述のような三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる表面温度測定方法（三色法）においては、波長帯の異なる三種類の赤外線を検出する各赤外線カメラについて、対象物の放射率が一定であるとの仮定の下、対象物の表面温度の分布の測定が行われている（非特許文献１参照）。また、同じく各赤外線カメラについて、波長依存性により異なる放射率同士の比（放射率比）が用いられる場合は、その放射率比がある一定の値に設定され（仮定され）、対象物の表面温度の分布の測定が行われている。つまり、従来の三色法においては、波長帯の異なる赤外線を検出する各赤外線カメラを用いた温度測定ついて、対象物の放射率あるいは放射率比が一定とされていた。
【０００７】
確かに、放射率の変動がある程度限られている対象物については、前述のような従来の三色法は測定精度が確保され好適に用いられるといえる。しかし、温度測定の対象物によっては、その表面状態が安定せず、各波長帯についての対象物の放射率や放射率比が一定であるとの仮定の下での表面温度測定では、その測定値に誤差が生じる場合がある。かかる場合の具体例としては、温度測定の対象物が、鋳造や鍛造に用いられる金型である場合が挙げられる。
すなわち、前記のような金型の表面については、新品状態からの使用による経時的な劣化度合、多数回使用による酸化具合、離型剤の付着や表面処理の有無、粗さや材質等、様々な原因により、表面状態が変化したり不均一になったりして安定しない。このため、対象物の放射率や放射率比が、対象物の表面状態によってあるいは対象物の表面における部位によって一意的に定まらず、前記のような放射率や放射率比が一定であるとの仮定の下での表面温度測定では、その測定値に誤差が生じることとなる。
【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
【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】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物が、例えば鋳造用や鍛造用の金型等のようにその表面状態が不安定な物であっても、表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の各波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる表面温度測定方法および表面温度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
すなわち、請求項１においては、表面温度測定方法であって、対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出工程により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換工程と、前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出工程と、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出工程と、前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度再算出工程と、を備えるものである。
【００１１】
請求項２においては、請求項１に記載の表面温度測定方法において、前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、前記表面温度再算出工程の後に、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度再算出工程を含む所定の前工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記放射率比を算出する第一の工程と、前記第一の工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を算出する第二の工程と、を、前記第一の工程により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返す工程を備えるものである。
【００１２】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の表面温度測定方法において、前記表面温度算出工程の前に、前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換工程により算出された前記計測温度または前記温度変換工程により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正工程を備えるものである。
【００１３】
請求項４においては、表面温度測定装置であって、対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出手段により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換手段と、前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出手段と、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出手段と、を備え、前記表面温度算出手段は、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出するものである。
【００１４】
請求項５においては、請求項４に記載の表面温度測定装置において、前記表面温度算出手段と、前記放射率比算出手段とは、互いに協働し、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、前記表面温度算出手段による、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用いた、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づく前記表面温度の算出と、前記放射率比算出手段による、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づく、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率の算出、ならびにこれらの算出した放射率からの前記放射率比の算出と、を、前記放射率比算出手段により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返すものである。
【００１５】
請求項６においては、請求項４または請求項５に記載の表面温度測定装置において、前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換手段により算出された前記計測温度または前記温度変換手段により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正手段を備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物が、例えば鋳造用や鍛造用の金型等のようにその表面状態が不安定な物であっても、表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の各波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、図１〜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１について説明する。
【００１８】
図１に示す如く、本実施形態に係る表面温度測定装置１は、鍛造用金型２の表面、特にキャビティ面（以下「金型キャビティ面」という。）２ａの温度の分布を測定する。表面温度測定装置１は、赤外線分布検出装置１０と、制御装置２０とを備える。
【００１９】
鍛造用金型２は、温度測定に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には、鍛造物（鍛造用金型２により所定の形状に鍛造されたもの）に対応する形状の金型キャビティ面２ａが形成される。
【００２０】
金型キャビティ面２ａには、鍛造物の鍛造用金型２からの取出しが容易とされるために予め離型剤が塗布される。離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度が高すぎると、離型剤が金型キャビティ面２ａに強固に固着し、鍛造物の取出しが容易にできなくなる場合がある。また、離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度が低すぎると、塗布された離型剤に水分が残留し、この水分が鍛造時に蒸発して鍛造物の品質低下を招く場合がある。
したがって、金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されるときには、金型キャビティ面２ａの温度が、離型剤が金型キャビティ面２ａに強固に固着することなく、かつ、塗布された離型剤から水分が十分に蒸発する所定の温度域にあることが確認される必要がある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る表面温度測定装置１は、金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度分布が、所定の温度域にあるか否かを判定するために用いられる。
なお、表面温度測定装置の用途は、本実施形態に限定されず、例えば鋳造用の金型など、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。
【００２２】
赤外線分布検出装置１０は、赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、金型キャビティ面２ａ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分布を検出する。
赤外線分布検出装置１０は、赤外線カメラ１１と、バンドパスフィルタである短波長フィルタ１２ａ、中波長フィルタ１２ｂ、および長波長フィルタ１２ｃと、切り替え装置１３とを備える。
【００２３】
赤外線カメラ１１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。具体的には、赤外線カメラ１１は、赤外線サーモグラフィの本体となり、その検出した赤外線の強度分布（以下「赤外線強度分布」という。）に係る情報を、温度の分布を示す画像である熱画像として出力する。赤外線カメラ１１は、検出素子１１ａと、レンズ１１ｂとを備える。
【００２４】
本実施形態における検出素子１１ａは、５〜１５μｍ程度の波長の赤外線、即ち短波長帯から長波長帯までの全ての波長帯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る。検出素子１１ａは、赤外線カメラ１１の視野内の所定領域における赤外線強度分布を検出することが可能である。
なお、本実施形態の赤外線カメラ１１における検出素子１１ａは、ＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、これに限定されず、他の検出素子が用いられても良い。
レンズ１１ｂは、所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１ａに収束するものである。本実施形態の場合、所定の領域（視野）内に金型キャビティ面２ａが配置されることにより、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線が検出素子１１ａに収束される。
【００２５】
短波長フィルタ１２ａ、中波長フィルタ１２ｂ、および長波長フィルタ１２ｃ（以下総称する場合、「三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃ」とする。）は、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過させるフィルタである。本実施形態においては、短波長フィルタ１２ａは、波長が７．４〜９．０μｍの赤外線を透過させる。また、中波長フィルタ１２ｂは、波長が９．３〜１１．３μｍの赤外線を透過させる。また、長波長フィルタ１２ｃは、波長が１０．９〜１４．３μｍの赤外線を透過させる。
なお、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃの各フィルタ（以下単に「各フィルタ」ともいう。）が透過させる赤外線の波長帯は、本実施形態に限定されない。また、各フィルタが透過させる赤外線の波長帯は、その一部が他のフィルタが透過させる赤外線の波長と重複しても良い。
また、本実施形態の赤外線分布検出装置１０は、透過させる赤外線の波長帯が異なる三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃを備える構成であるが、これに限定されず、透過させる赤外線の波長帯が異なる二つ、あるいは四つ以上フィルタを備える構成であっても良い。つまり、赤外線分布検出装置としては、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線強度分布を検出する構成を備えるものであればよい。
【００２６】
切り替え装置１３は、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタを切り替える。切り替え装置１３は、ディスク１３ａと、モータ１３ｂとを備える。
【００２７】
ディスク１３ａは、略円盤状の部材であり、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃがそれぞれ嵌め込まれるための孔部を有する。これらの孔部は、それぞれディスク１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に設けられる。ディスク１３ａは、モータ１３ｂにより回転可能に設けられる。ディスク１３ａは、その有する孔部に嵌め込まれた三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうちのいずれかのフィルタ（以下単に「いずれかのフィルタ」ともいう。）が、赤外線カメラ１１のレンズ１１ｂに対向する位置、即ち赤外線カメラ１１の視野を覆う位置となるように配置される。
モータ１３ｂ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１３ａの中心に固定される。
モータ１３ｂの駆動により、ディスク１３ａが回転し、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタが切り替わる。
【００２８】
なお、本実施形態の赤外線分布検出装置１０は、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布を検出するための構成として、一台の赤外線カメラ１１と、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過させる三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃとを有し、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタが切り替わる構成を備えるが、これは次のような構成で代替可能である。すなわち、それぞれ異なる波長帯の赤外線の分布を検出することができる三台の赤外線カメラが用いられる構成である。つまり、赤外線分布検出装置が備えることとなる、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布を検出するための構成は、本実施形態に限定されるものではない。
また、一台の赤外線カメラに対して複数のフィルタが用いられる構成においても、その赤外線カメラの視野を覆うフィルタが切り替えられるための構成は、本実施形態に限定されるものではない。フィルタが切り替えられるための構成の他の例としては、複数のフィルタを並んだ状態で配置させる部材がスライドすることにより、赤外線カメラの視野を覆うフィルタが切り替わる構成などが考えられる。
なお、以下の説明においては、各フィルタついて、その赤外線カメラ１１の視野を覆う状態を「セットされた状態」という。
【００２９】
赤外線カメラ１１は、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのどのフィルタによっても視野が覆われてない状態において黒体校正される。
赤外線カメラ１１が測定する温度範囲は、測定対象たる金型キャビティ面２ａの温度変動範囲に対する各フィルタによる見かけの温度変動に合わせて設定される。本実施形態では、鍛造用金型２の温度の上限は約４５０℃であるが、各フィルタによる見かけの温度変動が考慮され、赤外線カメラ１１が測定する温度範囲の上限（黒体校正温度の上限）は約２５０℃に設定される。
【００３０】
制御装置２０は、制御部２１と、入力部２２と、表示部２３とを備える。
【００３１】
制御部２１は、表面温度測定装置１の一連の動作を制御する。
制御部２１は、実体的には、種々のプログラム等を格納する格納部、これらのプログラム等を展開する展開部、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果などを保管する保管部等を有する。前記格納部に格納されるプログラム等には、後述する温度変換プログラム、表面温度算出プログラム、放射率比算出プログラム、分布補正プログラム、および三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃによる赤外線の各波長帯での計測温度（見かけ温度）と対象物が黒体である場合に対応する温度（測定温度）との関係に基づくデータテーブルが含まれる。
【００３２】
制御部２１としては、より具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成や、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成が用いられる。
本実施形態の制御部２１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が格納されたものでも代替可能である。
【００３３】
制御部２１は、赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１に接続され、赤外線カメラ１１に対して赤外線カメラ１１を動作させるための信号を送信する。制御部２１は、赤外線カメラ１１により検出された金型キャビティ面２ａから放射される各波長帯における赤外線強度分布に係る情報を受信（取得）する。
また、制御部２１は、切り替え装置１３のモータ１３ｂに接続され、モータ１３ｂに対してモータ１３ｂ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１３ｂの動作を制御する。制御部２１は、モータ１３ｂの動作を制御することにより、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうちのいずれのフィルタがセットされた状態となるかを選択する。
【００３４】
入力部２２は、制御部２１に接続され、制御部２１に表面温度測定装置１の動作に係る種々の情報・指示等を入力する。
本実施形態の入力部２２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、スイッチ等でも代替可能である。
表示部２３は、表面温度測定装置１の動作状況、入力部２２から制御部２１への入力内容、表面温度測定装置１による測定結果（熱画像等）等を表示する。
本実施形態の表示部２３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でも代替可能である。
なお、入力部２２と表示部２３とは、市販のタッチパネル等を用いることにより、両者の機能を有する一体の構成品とすることができる。
【００３５】
以下では、制御部２１の詳細構成について説明する。
制御部２１は、機能的には、温度変換部２１ａと、表面温度算出部２１ｂと、放射率比算出部２１ｃと、分布補正部２１ｄとを備える。
【００３６】
温度変換部２１ａは、温度変換手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素について、赤外線分布検出装置１０により検出された三種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された温度変換プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、温度変換部２１ａとしての機能を果たす。
【００３７】
ここで、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素とは、赤外線強度分布に基づく、温度の分布を示す画像（熱画像）の各画素に対応する。すなわち、本実施形態においては、赤外線強度分布についての情報は、前述したように赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１によって熱画像として出力される。この赤外線カメラ１１によって出力される熱画像を構成する各画素（以下単に「各画素」ともいう。）が、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素となる。
【００３８】
また、温度変換部２１ａによる変換後の温度である、前記の対象物が黒体である場合に対応する測定温度とは、本実施形態では、温度測定の対象物である鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）が、黒体である場合に対応する温度となる。
すなわち、赤外線カメラ１１により検出される赤外線の強度は、いずれかのフィルタを介した（透過した）所定の波長帯の赤外線の強度となる。したがって、温度変換部２１ａにおいて算出される各画素についての計測温度は、いずれかのフィルタに対応する波長帯の赤外線の強度に基づく「見かけ温度」となる。そこで、温度変換部２１ａは、その算出した計測温度（見かけ温度）を、対象物が黒体である場合に対応する温度、言い換えると対象物の放射率が１（またはそれに近似する値）である場合に対応する温度（測定温度）に変換する。つまり、温度変換部２１ａは、計測温度を黒体校正することにより変換する。この温度変換部２１ａにおいて計測温度（見かけ温度）が変換された温度が、前記の対象物が黒体である場合に対応する測定温度とされる。なお、ここで得られる測定温度は、前記のとおり計測温度（見かけ温度）が黒体校正された温度であるため、計測温度よりも高い温度となる。
【００３９】
このように、温度変換部２１ａでは、いずれかのフィルタを介した赤外線の強度を検出する赤外線カメラ１１により得られる、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃに対応する熱画像の各画素について、前述した計測温度が算出され、その算出された計測温度が、前述した測定温度として変換される。
温度変換部２１ａによる計測温度の測定温度への変換は、具体的には次のようにして行われる。
【００４０】
温度変換部２１ａは、まず、赤外線分布検出装置１０によって取得された赤外線強度分布について、赤外線カメラ１１から出力される熱画像の各画素に対応する赤外線の強度に基づき、計測温度を算出する。赤外線カメラ１１から出力される熱画像におけるある一つの画素は、例えば、図１に示すように、温度測定の対象である金型キャビティ面２ａにおけるある測定点部２ｂに対応する。
【００４１】
そして、温度変換部２１ａは、各画素について算出した計測温度を、対象物が黒体である場合に対応する測定温度に変換する。温度変換部２１ａは、計測温度の測定温度への変換に際し、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃによる赤外線の各波長帯での計測温度と対象物が黒体である場合に対応する温度（測定温度）との関係に基づくデータテーブルを参照する。
【００４２】
図２に、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフの一例を示す。図２において、三角形状の各点１６ａは、短波長フィルタ１２ａによる赤外線の波長帯での計測温度と測定温度との関係を表す点である。これら短波長フィルタ１２ａについての各点１６ａの軌跡が、直線あるいは曲線により近似されることで、短波長フィルタ１２ａについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフ１７ａが導かれる。同様に、四角形状の各点１６ｂで示されるグラフ１７ｂは、中波長フィルタ１２ｂについてのグラフであり、丸形状の各点１６ｃで示されるグラフ１７ｃは、長波長フィルタ１２ｃについてのグラフである。これらのグラフから分かるように、各フィルタによって（赤外線の波長帯によって）、計測温度の変化にともなう測定温度の変化の態様（変化量）が異なる。
このような各フィルタについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフに基づき、前記データテーブルが作成される。具体的には、図２に示すような各フィルタについてのグラフ１７ａ・１７ｂ・１７ｃに基づいて、計測温度に対応する測定温度が定められ、計測温度とこれに対応する（変換先の）測定温度とがテーブル化されて関連づけられる。
【００４３】
このように、温度変換部２１ａは、各フィルタがセットされた状態で得られる各熱画像の各画素についての測定温度（黒体温度）を導く。
すなわち、温度変換部２１ａは、短波長フィルタ１２ａがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、短波長フィルタ１２ａについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフ１７ａに基づいて作成されるデータテーブルを参照して、算出した計測温度を測定温度に変換する。同様に、温度変換部２１ａは、計測温度の測定温度への変換に際しては、中波長フィルタ１２ｂがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、中波長フィルタ１２ｂについてのグラフ１７ｂに基づいて作成されるデータテーブルを参照し、長波長フィルタ１２ｃがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、長波長フィルタ１２ｃについてのグラフ１７ｃに基づいて作成されるデータテーブルを参照する。
【００４４】
表面温度算出部２１ｂは、表面温度算出手段の実施の一形態であり、三種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率を用い、前記各波長帯に対応する測定温度に基づいて鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）を算出する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された表面温度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、表面温度算出部２１ｂとしての機能を果たす。
【００４５】
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よる対象物の真の表面温度の計算方法（三色法）においては、各波長帯の赤外線の強度に基づいて測定される温度、つまり本実施形態では前述の測定温度が、赤外線カメラ１１のセンサ（検出素子１１ａ）周りに成立するエネルギー保存式から仮定される次の数１の式が基礎式となる（非特許文献１参照）。
【００４６】
【数１】
【００４７】
ここで、Ｔｒｓは前述したように計測温度（見かけ温度）が変換された測定温度、Ｔｓは対象物の表面温度（真値）、Ｔａは周囲温度、εは放射率である。また、乗数ｎは、赤外線の波長帯および赤外線カメラ１１の検出素子１１ａの種類により決まる指数である。なお、添字ｉはフィルタ番号である。本実施形態では、ｉ＝１が短波長フィルタ１２ａに、ｉ＝２が中波長フィルタ１２ｂに、ｉ＝３が長波長フィルタ１２ｃにそれぞれ対応することとする。以下の説明において、「第一フィルタ」は短波長フィルタ１２ａを、「第二フィルタ」は中波長フィルタ１２ｂを、「第三フィルタ」は長波長フィルタ１２ｃをそれぞれ差す。
上記数１の式から、各フィルタについての基礎式は、次の数２〜４の式となる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
【数４】
【００５１】
上記数２〜４の式において、三種類の赤外線の各波長帯について、つまり各フィルタが用いられる場合について、ε１＝ε２＝ε３＝εの仮定が代入され（対象物についての放射率が一定と仮定され）、キルヒホッフの法則が適用されながら、εが消去されることにより、以下の六つの式（数５〜１０の式）が求まる（非特許文献１参照）。
【００５２】
【数５】
【００５３】
【数６】
【００５４】
【数７】
【００５５】
【数８】
【００５６】
【数９】
【００５７】
【数１０】
【００５８】
三色法においては、上記の数５〜７の式、および数８〜１０の式のそれぞれから、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならない一式ずつが選択され、二分法、ニュートン法あるいはニュートンラプソン法等が適用されて収束解が得られる（Ｆ（Ｔｓ）＝Ｆ（Ｔａ）＝０となるＴｓが求められる）ことにより、表面温度Ｔｓが決定される（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは、数５の式と数９の式、数５の式と数１０の式、数６の式と数８の式、数６の式と数９の式、数７の式と数８の式、数７の式と数１０の式、の計６通りである。
【００５９】
そして、金型キャビティ面２ａの表面温度の収束解が求められる際には、次のような判定が行われる。すなわち、（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、および（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される。一方、（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される。
本実施形態では、上記６通りの式の選択パターンの全てについて計算が行われ、表面温度Ｔｓが異常であると判定された場合が除かれた残りの表面温度Ｔｓの計算結果に基づいて、Ｔｓが決定される。ここで、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が、最終的なＴｓの計算値とされる。
【００６０】
このように、表面温度算出部２１ｂは、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下、温度変換部２１ａにより得られた三つの熱画像における各画素についての測定温度Ｔｒｓに基づいて三色法の演算を行うことにより、熱画像の各画素についての表面温度Ｔｓを導く。
結果として、表面温度算出部２１ｂにより、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓの分布が算出され、表面温度Ｔｓの分布を示す画像となる一つの熱画像が得られる。
【００６１】
放射率比算出部２１ｃは、放射率比算出手段の実施の一形態であり、温度変換部２１ａにより得られた三種類の赤外線の各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓおよび表面温度算出部２１ｂにより算出された表面温度Ｔｓに基づき、前記各波長帯に対応する鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）について放射率同士の比である放射率比を算出する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された放射率比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、放射率比算出部２１ｃとしての機能を果たす。
【００６２】
本実施形態において、第一フィルタに対応する放射率ε１と、第二フィルタに対応する放射率ε２と、第三フィルタに対応する放射率ε３との相互間における放射率比は、第一フィルタの放射率ε１が基準とされ、次式（１）により導入される。なお、以下の説明では、第一フィルタがセットされた状態での測定において算出される放射率を「第一フィルタについての放射率」と称する。第二フィルタおよび第三フィルタについても同様とする。
ε１＝ε２／ａ＝ε３／ｂ ・・・（１）
式（１）において、ａおよびｂが、それぞれ放射率比となる。すなわち、式（１）において、ε２のε１に対する比であるａが、第二フィルタについての放射率の、第一フィルタについての放射率に対する放射率比となり、ε３のε１に対する比であるｂが、第三フィルタについての放射率の、第一フィルタについての放射率に対する放射率比となる。
【００６３】
各フィルタについての放射率は、各フィルタについての基礎式、つまり上記数２〜４の式から算出される。すなわち、上記数２〜４の各式において、各フィルタがセットされた状態での測定で、温度変換部２１ａにより導かれた測定温度Ｔｒｓ（Ｔｒｓｎ１〜Ｔｒｓｎ３）と、表面温度算出部２１ｂにより算出された表面温度Ｔｓと、周囲温度Ｔａとが代入され、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３がそれぞれ算出される。ここで、周囲温度Ｔａについては、温度計により計測される周囲温度等が適宜用いられる。
そして、算出された各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３から、上述の放射率比ａ、ｂがそれぞれ算出される。
【００６４】
このように、放射率比算出部２１ｃは、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３を算出し、これらの放射率から放射率比ａ、ｂを算出する。
【００６５】
放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比ａ、ｂは、前述したような三色法の演算に用いられる。つまり、表面温度算出部２１ｂにおいて、放射率比算出部２１ｃによって算出された放射率比が考慮され、あらためて三色法の演算が行われる。
【００６６】
すなわち、表面温度算出部２１ｂは、放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比ａ、ｂを用い、温度変換部２１ａにより得られた各フィルタについての測定温度Ｔｒｓに基づいて表面温度Ｔｓを再算出する。
具体的には、上述した三色法の演算において、一定と仮定された放射率（ε１＝ε２＝ε３＝ε）について放射率比ａ、ｂが導入される。つまり、上記数２〜４の式において、三種類の赤外線の各波長帯について、つまり各フィルタが用いられる場合について、ε１＝ε２／ａ＝ε３／ｂ＝εの仮定が代入され、キルヒホッフの法則が適用されながら、εが消去されることにより、以下の六つの式（数１１〜１６の式）が求まる。
【００６７】
【数１１】
【００６８】
【数１２】
【００６９】
【数１３】
【００７０】
【数１４】
【００７１】
【数１５】
【００７２】
【数１６】
【００７３】
以上のように、三色法の演算において、まず、各フィルタについて放射率が一定であるとの仮定の下で表面温度Ｔｓを算出し、この算出した表面温度Ｔｓを用いて算出した放射率比ａ、ｂを用いて、表面温度Ｔｓを再度算出することにより、次のような効果が得られる。
すなわち、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度（Ｔｓ）の測定に際し、対象物が、本実施形態のような鍛造用金型２のようにその表面状態が不安定な物であっても、表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる。かかる効果について、具体例を用いて説明する。
【００７４】
対象物の表面状態や対象物の表面における部位や測定に係る適用温度の範囲（対象物の温度）等によっては、各波長帯（各フィルタ）についての放射率の差が大きくなったり、その放射率の差の大きさが変化したりする場合がある。かかる場合においては、各フィルタについて、あるいは各熱画像における各画素について（熱画像全体に対して）、放射率が一定であるとの仮定（設定）の下での三色法では、その測定結果（表面温度Ｔｓ）に誤差が生じることとなる。
【００７５】
図３に、各フィルタについての放射率（近似値）と、対象物の温度との関係の一例を示す。本例は、温度測定対象である金型キャビティ面２ａが、磨き等の表面処理を受けておらず、離型剤も塗布されてない状態である場合を示している。なお、対象物の温度（横軸）については、金型キャビティ面２ａの温度が熱電対により測定された温度（熱電対温度（℃））で示している。
図３において、三角形状の各点１８ａは、短波長フィルタ１２ａについての放射率と熱電対温度との関係を示す点である。同様に、四角形状の各点１８ｂは中波長フィルタ１２ｂについての、丸形状の各点１８ｃは長波長フィルタ１２ｃについての、放射率と熱電対温度との関係を示す点である。
【００７６】
図３に示す放射率と対象物の温度（熱電対温度）との関係から分かるように、各フィルタについて互いの放射率に差がある（放射率が互いに異なっている）。また、この各フィルタについての放射率間の差の大きさは、対象物の温度によっても異なる。本例では、図３から分かるように、第一フィルタ、第二フィルタ、第三フィルタの順で放射率が小さくなっている。このような場合、仮に、第一フィルタ・第二フィルタ間の放射率の差や、第二フィルタ・第三フィルタ間の放射率の差が、三色法の演算において許容される範囲の大きさであるとしても、第一フィルタ・第三フィルタ間の放射率の差は、前記二つの各フィルタ間の放射率の差に比べて大きくなるため、三色法の演算において無視できない状況となる場合がある。
【００７７】
このように、温度測定の対象物が例えば本実施形態のように鍛造用金型２である場合など、各フィルタ間における放射率の差が大きくなる場合がある。各フィルタ間における放射率の差が大きくなると、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下で行われる三色法の演算による誤差が大きくなる。つまり、対象物やその温度範囲などによっては、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下で行われる三色法についての測定誤差が大きくなり、測定精度の低下を招く場合がある。
そこで、前述したように、各フィルタがセットされた状態で得られる各熱画像の各画素について行われる三色法の演算において、各フィルタについての放射率を一旦算出し、その算出した各放射率から算出した放射率比を導入することにより、対象物の表面状態などについてより実情に即した温度測定が可能となり、三色法における測定精度の向上を図ることができる。
【００７８】
分布補正部２１ｄは、分布補正手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく、計測温度（見かけ温度）または測定温度（Ｔｒｓ）の分布を示す画像（熱画像）について予め設定される金型キャビティ面２ａにおける特徴形状部分を含む領域の、各波長帯（各フィルタ）に対応する画像同士の相対的なズレに基づき、温度変換部２１ａにより算出された計測温度または温度変換部２１ａにより得られた測定温度の分布を補正する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された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、分布補正部２１ｄとしての機能を果たす。
【００７９】
温度測定の対象である金型キャビティ面２ａは、その成形する鍛造品の形状によって、例えばエッジ部分等の特徴形状部分を有する。このような特徴形状部分についての赤外線強度分布は、他の部分と比べて赤外線の強弱が明確となる。つまり、金型キャビティ面２ａの特徴形状部分については、赤外線強度分布に基づく温度分布の勾配が急となる。そこで、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく、計測温度の分布を示す画像（以下「計測温度の熱画像」という。）または測定温度の分布を示す画像（以下「測定温度の熱画像」という。）において、前記のような金型キャビティ面２ａの特徴形状部分に対応する部分が含まれる小領域（以下「特徴分布領域」という。）が、予め設定される。そして、各フィルタについて得られる熱画像同士の間で、特徴分布領域のズレに基づき、計測温度または測定温度の分布が補正される。
【００８０】
本実施形態では、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布についての情報は、前記のとおり赤外線カメラ１１によって熱画像として出力される。したがって、本実施形態では、各フィルタがセットされた状態での測定で得られる各熱画像（計測温度の熱画像または測定温度の熱画像）について、前述した特徴分布領域が予め設定される。
【００８１】
図４に、計測温度または測定温度の熱画像の一例である熱画像３０を示す。本例に係る熱画像３０において、例えば図４に示すように、破線で囲まれた長方形状の小領域が、特徴分布領域３１として予め設定される。すなわち、本例に係る熱画像３０においては、特徴分布領域３１内に、金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部分等を含む特徴形状部分に対応する赤外線強度分布である特徴形状部３２が含まれる。特徴分布領域３１は、熱画像３０の大きさに対して例えば１／１０程度の大きさとして設定される。
以下では、フィルタがセットされた状態での測定で出力情報として得られる熱画像を、そのフィルタについての熱画像という。
【００８２】
分布補正部２１ｄは、各フィルタについての熱画像３０における特徴分布領域３１を基準として、各波長帯（各フィルタ）に対応する熱画像３０同士の相対的なズレに基づき、計測温度または測定温度の分布を補正する。つまり、分布補正部２１ｄは、熱画像３０のズレを補正することにより、計測温度または測定温度の分布、つまりは熱画像３０における温度の分布の位置（座標）を補正する。
【００８３】
具体的には、分布補正部２１ｄは、まず、特徴分布領域３１を基準として、各フィルタそれぞれについての三つの熱画像３０間のズレ量を算出する。
三つの熱画像３０間のズレ量の算出は、本実施形態においては、例えば次のようにして行われる。すなわち、熱画像３０において、その一画素が数値単位となるｘｙ座標が設定され、そのｘｙ座標における特徴分布領域３１の座標のズレに基づいて、熱画像のズレが算出される。なお、各フィルタについての熱画像３０における特徴分布領域３１は、熱画像３０のプロファイルのピークから金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部分（例えば特徴形状部３２）が抽出されること等により、分布補正部２１ｄによって認識される。
【００８４】
分布補正部２１ｄは、例えば、第一フィルタについての熱画像３０におけるｘｙ座標を基準として、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレを補正する。つまりこの場合、分布補正部２１ｄは、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０における特徴分布領域３１の、第一フィルタについてのそれに対するｘｙ座標のズレ量を、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレ量として算出する。そして、分布補正部２１ｄは、算出した第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレ量に基づき、各熱画像３０のズレを補正する。
つまり、分布補正部２１ｄは、第一フィルタについての熱画像３０における特徴分布領域３１のｘｙ座標に対し、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０における特徴分布領域３１のｘｙ座標を一致させることにより、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレを補正する。
【００８５】
具体的に、分布補正部２１ｄは、その認識した第一フィルタおよび第二フィルタそれぞれについての特徴分布領域３１のｘｙ座標のズレ量から、第二フィルタについての熱画像３０が、第一フィルタのそれに対して、例えばｘ座標およびｙ座標それぞれについて＋２（画素）ずれていると算出した場合、次のような補正を行う。すなわちこの場合、分布補正部２１ｄは、第一フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標（ｘ、ｙ）に対して、第二フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標を、（ｘ−２、ｙ−２）として補正する。
同様にして、分布補正部２１ｄは、その認識した第一フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての特徴分布領域３１のｘｙ座標のズレ量から、第三フィルタについての熱画像３０が、第一フィルタのそれに対して、例えばｘ座標については＋１、ｙ座標については０（ズレ無し）ずれていると算出した場合、次のような補正を行う。すなわちこの場合、分布補正部２１ｄは、第一フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標（ｘ、ｙ）に対して、第三フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標を、（ｘ−１、ｙ）として補正する。
【００８６】
ここで、分布補正部２１ｄによる各フィルタについての熱画像３０のズレ補正に際し、各熱画像３０のズレの基準となる状態、つまりずれている熱画像３０が、基準となる熱画像３０（本実施形態では第一フィルタについての熱画像３０）に対して一致させられる目標となる状態としては、各熱画像３０における特徴分布領域３１同士の各画素の相関が最大となる状態が用いられる。
分布補正部２１ｄは、特徴分布領域３１同士の各画素の相関を最大とさせるに際し、特徴分布領域３１に含まれる特徴形状部３２を用いる。つまり、分布補正部２１ｄは、基準となる熱画像３０における特徴分布領域３１の特徴形状部３２に対して、補正する熱画像３０における特徴分布領域３１の特徴形状部３２を合わせ込むことにより、熱画像３０の補正を行う。
【００８７】
このように、各フィルタについての熱画像３０において、予め設定される特徴分布領域３１を用い、各熱画像３０間のズレを補正することで、計測温度または測定温度の分布を補正することにより、次のような効果が得られる。
すなわち、温度測定の対象物である鍛造用金型２や赤外線分布検出装置１０等が振動することにより、各フィルタについての熱画像３０がずれた場合、つまり赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく計測温度や測定温度の分布の位置がずれた場合であっても、三色法によって得られる表面温度の分布（を示す画像）において、金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部に対応する部分での異常値が解消され、精度の良い温度測定（演算）が可能となる。
【００８８】
すなわち、前述したように、各フィルタについての三つの熱画像３０が用いられる三色法においては、測定現場における他の装置の動作やフィルタの切り替えにともなう切り替え装置１３の機械的動作等により、対象物である鍛造用金型２や赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１等が振動することで、熱画像３０間のズレが生じる場合がある。ここで、熱画像３０間のズレとは、各熱画像３０における対象物に対応する部分が、熱画像３０同士の間で画素単位でずれることである。つまり、熱画像３０同士がずれることは、それらの熱画像３０について対応する画素（同じ位置の画素）が表す金型キャビティ面２ａにおける測定点部（図１、測定点部２ｂ参照）がずれる（異なる）こととなる。このように熱画像３０同士がずれることは、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく計測温度や測定温度の分布（の熱画像３０における位置）がずれることとなる。
【００８９】
したがって、各フィルタについての熱画像３０間のズレは、三色法によって得られる表面温度の分布（を示す画像）において誤差を生じさせる。特に、金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部に対応する部分については、温度分布の勾配が急となるため、熱画像３０間のわずかなズレが誤差の原因となりやすい。
そこで、前述したように、熱画像３０における特徴形状部３２を含む特徴分布領域３１を用い、各フィルタについての計測温度や測定温度の分布のズレを補正することにより、三色法における測定精度の向上を図ることができる。
【００９０】
次に、図５〜図７を加えて、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。
【００９１】
本実施形態に係る表面温度測定方法は、上述の表面温度測定装置１が用いられ、鍛造用金型２の表面、特に金型キャビティ面２ａの温度の分布を測定する方法である。以下に説明する表面温度測定方法は、赤外線分布検出工程と、温度変換工程と、分布補正工程と、表面温度算出工程と、放射率比算出工程と、表面温度再算出工程とを備える。
以下では、本発明に係る表面温度測定方法について、本実施の形態に即して説明する。
【００９２】
図５のフロー図に示すように、本実施形態に係る表面温度測定方法では、まず、金型キャビティ面２ａ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強度分布が検出される。つまり、金型キャビティ面２ａについての計測温度（見かけ温度）が取得される（Ｓ１００）。
【００９３】
具体的には、赤外線分布検出装置１０において、各フィルタがセットされた状態での赤外線強度分布の検出が行われ、赤外線カメラ１１により、各フィルタについての計測温度の熱画像が出力される。出力された各フィルタについての計測温度の熱画像は、制御装置２０の制御部２１へと転送される。これにより、制御部２１は、金型キャビティ面２ａについての計測温度を、各フィルタについての熱画像として（熱画像の各画素について）取得する。
このステップＳ１００が、本実施形態における赤外線分布検出工程に対応する。
【００９４】
次に、各フィルタについての熱画像の各画素について、赤外線分布検出工程により検出された三種類の赤外線の強度から計測温度が算出され、この算出された計測温度が、鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）が黒体である場合に対応する測定温度として変換される。つまり、前記Ｓ１００にて取得された計測温度（見かけ温度）が、測定温度（黒体温度）に変換される（Ｓ２００）。
【００９５】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における温度変換部２１ａにより、各フィルタについての熱画像（計測温度の熱画像）の各画素について、計測温度の算出、および算出した計測温度の測定温度（Ｔｒｓ）への変換が行われる。計測温度の測定温度への変換に際しては、図２に示すような、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフに基づいて作成されるデータテーブルが用いられる。この計測温度の測定温度への変換により、各フィルタについて、測定温度の熱画像が得られる。
このステップＳ２００が、本実施形態における温度変換工程に対応する。
【００９６】
続いて、赤外線分布検出工程により検出される赤外線強度分布に基づく、温度変換工程により取得される測定温度（Ｔｒｓ）の熱画像３０について予め設定される金型キャビティ面２ａにおける特徴形状部分（特徴形状部３２）を含む特徴分布領域３１の、各波長帯（各フィルタ）に対応する熱画像３０同士の相対的なズレに基づき、温度変換工程により得られた測定温度の分布が補正される。つまり、前記Ｓ１００にて取得される各フィルタについての測定温度の分布（熱画像３０）のズレが補正される（Ｓ３００）。
【００９７】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における分布補正部２１ｄにより、第一フィルタについての熱画像３０が基準とされ、第二フィルタについての熱画像３０および第三フィルタについての熱画像３０のズレが補正される。熱画像３０間のズレの補正に際しては、熱画像３０において一画素が数値単位として設定されるｘｙ座標が用いられる。また、熱画像３０間のズレの補正は、各フィルタについての熱画像３０の特徴分布領域３１が有する、金型キャビティ面２ａのエッジ部等に対応する特徴形状部３２が合わせ込まれることにより行われる。
このステップＳ３００が、本実施形態における分布補正工程に対応する。
【００９８】
なお、前記ステップＳ３００は、前記ステップＳ２００に対して逆の順序であってもよい。この場合、各フィルタについての熱画像３０のズレの補正は、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）の分布（熱画像）に対して行われることとなる。つまり、分布補正工程においては、温度変換工程により算出された計測温度の分布の補正が行われてもよい。したがって、分布補正工程は、後述する表面温度算出工程の前に行われることとなる。
【００９９】
次に、三種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定された鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率が用いられ、温度変換工程により得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて金型キャビティ面２ａの温度（表面温度Ｔｓ）が算出される。つまり、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、三色法の演算により金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓが算出される（Ｓ４００）。
【０１００】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｂにより、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３が一定であるとの仮定の下、上記数２〜４の式から導かれる数５〜１０の式が用いられて、三色法の演算が行われ、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓが算出される。つまり、各フィルタについての放射率が一定とされる三色法により、三つの熱画像について対応する画素、言い換えると熱画像における同じ位置についての三つの画素についての測定温度Ｔｒｓから、その画素についての表面温度Ｔｓが算出される。結果として、表面温度Ｔｓの分布を示す画像となる一つの熱画像が得られる。
ここで、前記ステップＳ３００において、各フィルタについての測定温度Ｔｒｓの分布（熱画像３０）のズレの補正が行われているため、三つの熱画像について対応する画素が、金型キャビティ面２ａにおける同じ測定点部（図１、測定点部２ｂ参照）に正確に対応することとなり、三色法において高精度な測定が行われる。
このステップＳ４００が、本実施形態における表面温度算出工程に対応する。
【０１０１】
続いて、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓおよび表面温度算出工程により算出された表面温度Ｔｓに基づき、各波長帯に対応する鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率が算出され、これらの算出された放射率から、各波長帯に対応する放射率同士の比である放射率比が算出される。つまり、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、前記ステップＳ４００にて算出された表面温度Ｔｓとに基づいて、各フィルタについての放射率が算出され、その算出された放射率によって放射率比が算出される（Ｓ５００）。
【０１０２】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における放射率比算出部２１ｃにより、前記ステップＳ４００にて算出された表面温度Ｔｓの分布を示す画像（熱画像）の各画素について、放射率の算出、および算出された放射率からの放射率比の算出が行われる。各フィルタについての放射率の算出は、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、前記ステップＳ４００にて算出された表面温度Ｔｓとが用いられ、上記数２〜４の式に基づいて行われる。そして、各フィルタについて算出された放射率から、上記式（１）における放射率比ａ、ｂが算出される。
このステップＳ５００が、本実施形態における放射率比算出工程に対応する。
【０１０３】
そして、放射率比算出工程により算出された放射率比が用いられ、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓに基づいて表面温度Ｔｓが再算出される。つまり、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂが用いられ、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、三色法の演算により表面温度Ｔｓが再度算出される（Ｓ６００）。
【０１０４】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｂにより、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３について、ε１＝ε２／ａ＝ε３／ｂ＝εの関係により、上記数２〜４の式から導かれる数１１〜１６の式が用いられて、三色法の演算が行われ、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓが再度算出される。つまり、前述した放射率比ａ、ｂが導入された三色法により、三つの熱画像について対応する画素、言い換えると熱画像における同じ位置についての三つの画素についての測定温度Ｔｒｓから、その画素についての表面温度Ｔｓが再度算出される。結果として、再度算出された表面温度Ｔｓの分布を示す画像である一つの熱画像が得られる。
このステップＳ６００が、本実施形態における表面温度再算出工程に対応する。
【０１０５】
以上のように、本実施形態に係る表面温度測定方法においては、三色法の演算において、まず、各フィルタについて放射率が一定であるとの仮定の下で表面温度Ｔｓが算出され、この算出された表面温度Ｔｓが用いられて算出された放射率比ａ、ｂが用いられ、表面温度Ｔｓが再度算出される。そして、本実施形態に係る表面温度測定方法においては、計測温度の測定温度Ｔｒｓへの変換や、表面温度Ｔｓや放射率比ａ、ｂの算出等は、赤外線分布検出装置１０によって出力される熱画像における各画素を単位として行われる。
【０１０６】
以上のような本実施形態に係る表面温度測定方法においては、三色法において、前述したような効果、即ち、対象物の表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る表面温度測定方法においては、好ましくは次のような工程が備えられる。すなわち、放射率比算出工程により算出された放射率比ａ、ｂが、１またはそれに近似する値でない場合に、前述した表面温度再算出工程の後に、後述する第一の工程と第二の工程とを、第一の工程により算出される放射率比ａ、ｂが収束するまで繰り返す工程（以下「収束工程」という。）である。
ここで、第一の工程は、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓおよび表面温度再算出工程を含む所定の前工程により算出された表面温度Ｔｓに基づき、各波長帯に対応する放射率をε１、ε２、ε３算出し、これらの算出した放射率から、放射率比ａ、ｂを算出する。また、第二の工程は、第一の工程により算出された放射率比ａ、ｂを用い、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓに基づいて表面温度Ｔｓを算出する。
以下、本実施形態に係る表面温度測定方法における収束工程ついて、図６に示すフロー図に従って説明する。
【０１０８】
図６のフロー図に示すように、本実施形態の収束工程では、まず、放射率比算出工程により算出された放射率比ａ、ｂが、１またはそれに近似する値であるか否かの判断が行われる。つまり、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂのいずれもが、１またはそれに近似する値であるか否かの判断が行われる（Ｓ５１０）。つまりここでは、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３が、一定または略一定であるか否かの判断が行われる。
なお、以下の説明では、制御装置２０の制御部２１における放射率比算出部２１ｃにより算出される放射率比ａ、ｂについて、熱画像における同じ画素についてｎ回目に算出された放射率比ａ、ｂを、それぞれａ（ｎ）、ｂ（ｎ）とする。したがって、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比は、それぞれａ（１）、ｂ（１）となる。
【０１０９】
ステップＳ５１０において、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂのいずれもが、１またはそれに近似する値であると判断された場合は、前記ステップＳ４００において算出された表面温度Ｔｓが出力され、収束工程は終了する。つまりこの場合、前記ステップＳ４００での三色法の演算における、各フィルタについての放射率が一定（ε１＝ε２＝ε３＝ε）であるとの仮定が、三色法の演算結果に合致または略合致していることになるので、その時点での表面温度Ｔｓが出力される。したがって、この場合、表面温度再算出工程（前記ステップＳ６００）は実行されないこととなる。
【０１１０】
一方、ステップＳ５１０において、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂのいずれもが、１またはそれに近似する値であると判断されなかった場合は、放射率比ａ（１）、ｂ（１）を用いた表面温度Ｔｓの算出、および放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出が行われる（Ｓ５２０）。
【０１１１】
ステップＳ５２０での放射率比ａ（１）、ｂ（１）を用いた表面温度Ｔｓの算出は、前述した表面温度再算出工程（前記ステップＳ６００）に対応する。したがって、ステップＳ５２０における表面温度Ｔｓの算出については、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｂにより、放射率比算出工程（前記ステップＳ５００）にて算出された放射率比ａ（１）、ｂ（１）が用いられ、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、表面温度Ｔｓが再度算出される。
【０１１２】
また、ステップＳ５２０での放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出は、前記ステップＳ５００と同様にして行われる。したがって、ステップＳ５２０における放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出については、制御装置２０の制御部２１における放射率比算出部２１ｃにより、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、ステップＳ５２０にて算出された表面温度Ｔｓとに基づいて、各フィルタについての放射率が算出され、その算出された放射率によって放射率比ａ（２）、ｂ（２）が算出される。
このステップＳ５２０における、測定温度Ｔｒｓと、放射率比ａ（１）、ｂ（１）が用いられて算出された表面温度Ｔｓとが用いられて放射率比ａ（２）、ｂ（２）が算出される工程が、収束工程における第一の工程に対応する。
【０１１３】
次に、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）それぞれが、前工程（放射率比算出工程（前記ステップＳ５００））にて算出された放射率比ａ（１）、ｂ（１）とそれぞれ略等しい（等しい場合も含まれる）か否かが判断される（Ｓ５３０）。つまりここでは、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）それぞれが収束したか否かが判断される。ここで、「収束する」ことには、略収束することが含まれる。
【０１１４】
ステップＳ５３０において、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）のいずれもが、放射率比ａ（１）、ｂ（１）と略等しいと判断された場合は、前記ステップＳ５２０において算出された表面温度Ｔｓが算出され、収束工程は終了する。つまりこの場合、前記ステップＳ５２０（の第一の工程）にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）が収束したことになるので、その時点での表面温度Ｔｓが出力される。
【０１１５】
一方、ステップＳ５３０において、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）のいずれもが、放射率比ａ（１）、ｂ（１）と略等しい（等しい場合も含む）と判断されなかった場合は、放射率比ａ（２）、ｂ（２）を用いた表面温度Ｔｓの算出、および放射率比ａ（３）、ｂ（３）の算出が行われる（Ｓ５４０）。つまり、ステップＳ５４０における表面温度Ｔｓの算出については、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）が用いられ、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、表面温度Ｔｓが再度算出される。また、同じくステップＳ５４０における放射率比ａ（３）、ｂ（３）の算出については、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、このステップＳ５４０にて算出された表面温度Ｔｓとに基づいて、各フィルタについての放射率が算出され、その算出された放射率によって放射率比ａ（３）、ｂ（３）が算出される。
このステップＳ５４０における、放射率比ａ（２）、ｂ（２）が用いられて表面温度Ｔｓが算出される工程が、収束工程における第二の工程に対応する。また、同じくステップＳ５４０における、放射率比ａ（３）、ｂ（３）が算出される工程は、前記ステップＳ５２０における放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出と同様に、収束工程における第一の工程に対応する。
【０１１６】
以降、表面温度Ｔｓの算出（第二の工程）と、放射率比の算出（第一の工程）とが、第一の工程により算出される放射率比が収束するまで（前記ステップＳ５３０参照）繰り返される。したがって、前述した第一の工程についての「所定の前工程」には、放射率比ａ（１）、ｂ（１）の算出については、表面温度再算出工程（前記ステップＳ６００）が対応し、その後の放射率比（放射率比ａ（２）、ｂ（２）以降の放射率比）の算出については、そのステップにおける第二の工程が対応する。具体的には、前記ステップＳ５４０における放射率比ａ（３）、ｂ（３）の算出工程である第一の工程についての「所定の前工程」には、同じくステップＳ５４０における表面温度Ｔｓの算出工程である第二の工程が対応する。
【０１１７】
そして、収束工程における第一の工程と第二の工程とがｎ回繰り返された後、放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）が収束した場合、放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）それぞれが、放射率比ａ（ｎ−１）、ｂ（ｎ−１）とそれぞれ略等しいか否かの判断（Ｓ５５０）において、放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）のいずれもが、放射率比ａ（ｎ−１）、ｂ（ｎ−１）と略等しいと判断される。
これにより、収束工程は終了し、その時点での表面温度Ｔｓと放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）とが、それぞれ解となる値として出力される（Ｓ５６０）。
【０１１８】
以上のような収束工程は、上述した本実施形態に係る表面温度測定装置においては、制御装置２０の制御部２１が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより実行される。具体的には、収束工程における第一の工程（放射率の算出）は、放射率比算出部２１ｃにより実行され、同じく収束工程における第二の工程（表面温度Ｔｓの算出）は、表面温度算出部２１ｂにより実行される。
【０１１９】
したがって、本実施形態に係る表面温度測定装置においては、上述した収束工程が実行されるため、次のような構成が備えられる。
すなわち、表面温度算出部２１ｂと、放射率比算出部２１ｃとは、互いに協働し、放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、表面温度算出部２１ｂによる、放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比を用いた、温度変換部２１ａにより得られた測定温度Ｔｒｓに基づく表面温度Ｔｓの算出（表面温度再算出工程、第二の工程）と、放射率比算出部２１ｃによる、温度変換部２１ａにより得られた測定温度Ｔｒｓおよび表面温度算出部２１ｂにより算出された表面温度Ｔｓに基づく、各フィルタについての放射率の算出、ならびにこれらの算出した放射率からの放射率比の算出（第一の工程）とを、放射率比算出部２１ｃにより算出される放射率比が収束するまで繰り返す。
【０１２０】
以上のように、三色法の演算における最終的な表面温度Ｔｓの出力に際し、各フィルタについての放射率の関係を示す放射率比を収束させることにより、前述したように放射率比ａ、ｂを導入した三色法において、より高精度な測定結果が得られ、より高い精度での表面温度測定が可能となる。かかる効果について、具体例を用いて説明する。
【０１２１】
対象物の表面状態や対象物の表面における部位や測定に係る適用温度の範囲（対象物の温度）等によっては、各波長帯（各フィルタ）についての放射率の差の大きさが変化する場合がある。つまり各波長帯（各フィルタ）についての放射率間における放射率比が変化する場合がある。かかる場合においては、各フィルタについて、あるいは各熱画像における各画素について（熱画像全体について）、放射率比が一定であるとの仮定（設定）の下での三色法では、その測定結果（表面温度Ｔｓ）に誤差が生じることとなる。
【０１２２】
図７に、各フィルタについての放射率（近似値）と、対象物の温度との関係の一例を示す。本例は、温度測定対象である金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されている状態である場合を示している。なお、対象物の温度（横軸）については、金型キャビティ面２ａの温度が熱電対により測定された温度（熱電対温度（℃））で示している。
図７において、三角形状の各点２８ａは、短波長フィルタ１２ａについての放射率と熱電対温度との関係を示す点である。同様に、四角形状の各点２８ｂは中波長フィルタ１２ｂについての、丸形状の各点２８ｃは長波長フィルタ１２ｃについての、放射率と熱電対温度との関係を示す点である。
【０１２３】
図７に示す放射率と対象物の温度（熱電対温度）との関係から分かるように、各フィルタについて互いの放射率の差の大きさが、対象物の温度によって変化している。つまり、対象物の温度によって放射率比が変化している。
【０１２４】
このように、温度測定の対象物が例えば本実施形態のように鍛造用金型２である場合など、各フィルタ間における放射率比の変化が大きくなる場合がある。各フィルタ間における放射率比の変化が大きくなると、一度算出された放射率比が一定であるとして行われる三色法の演算による誤差が大きくなる。つまり、対象物やその温度範囲などによっては、放射率比が一定であるとして行われる三色法についての測定誤差が大きくなり、測定精度の低下を招く場合がある。
そこで、前述したように、放射率比が導入されて行われる三色法の演算において、放射率比が収束した状態となるまで所定の演算を繰返し、その状態での表面温度Ｔｓを最終的な値として出力することにより、対象物の表面状態などについてより実情に即した温度測定が可能となり、三色法における測定精度の向上を図ることができる。
【０１２５】
以上の本実施形態では、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる表面温度測定方法（三色法）の場合について説明したが、これに限定されず、二色放射温度計が用いられる場合や、波長帯が異なる四種類以上の赤外線を検出可能な温度計が用いられる場合であってもよい。つまり、本発明は、波長帯が異なる複数種類の赤外線が検出されることにより行われる表面温度測定であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態を示す図。
【図２】計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフの一例を示す図。
【図３】放射率（近似値）と対象物の温度との関係の一例を示す図。
【図４】赤外線分布検出装置により得られる熱画像の一例を示す図。
【図５】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。
【図６】同じく収束工程を示すフロー図。
【図７】放射率（近似値）と対象物の温度との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 表面温度測定装置
２ 鍛造用金型（対象物）
２ａ 金型キャビティ面（対象物の表面）
１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１ 赤外線カメラ
１２ａ 短波長フィルタ
１２ｂ 中波長フィルタ
１２ｃ 長波長フィルタ
２１ 制御部
２１ａ 温度変換部（温度変換手段）
２１ｂ 表面温度算出部（表面温度算出手段）
２１ｃ 放射率比算出部（放射率比算出手段）
２１ｄ 分布補正部（分布補正手段）
３０ 熱画像
３１ 特徴分布領域
３２ 特徴形状部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の表面温度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が検出されることにより対象物の表面温度が測定され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、あるいは周囲の温度等により大きく変動する。また、対象物の放射率や反射率は、たとえ同一の対象物であっても、その表面状態等により大きく変動し得る。これらの理由から、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の測定精度を確保することが困難であった。
【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】
ところで、対象物の放射率は、その対象物である物体固有の値であるものの、前記のような対象物の表面状態のほか、波長（検出波長）によっても変動する。つまり、対象物の放射率は、波長依存性を有する。対象物の放射率が波長依存性を有することは、異なる波長の放射温度計が用いられて対象物の表面温度の分布の測定が行われた場合、各放射温度計に対する放射率が異なってくることを意味する。
この点、上述のような三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる表面温度測定方法（三色法）においては、波長帯の異なる三種類の赤外線を検出する各赤外線カメラについて、対象物の放射率が一定であるとの仮定の下、対象物の表面温度の分布の測定が行われている（非特許文献１参照）。また、同じく各赤外線カメラについて、波長依存性により異なる放射率同士の比（放射率比）が用いられる場合は、その放射率比がある一定の値に設定され（仮定され）、対象物の表面温度の分布の測定が行われている。つまり、従来の三色法においては、波長帯の異なる赤外線を検出する各赤外線カメラを用いた温度測定ついて、対象物の放射率あるいは放射率比が一定とされていた。
【０００７】
確かに、放射率の変動がある程度限られている対象物については、前述のような従来の三色法は測定精度が確保され好適に用いられるといえる。しかし、温度測定の対象物によっては、その表面状態が安定せず、各波長帯についての対象物の放射率や放射率比が一定であるとの仮定の下での表面温度測定では、その測定値に誤差が生じる場合がある。かかる場合の具体例としては、温度測定の対象物が、鋳造や鍛造に用いられる金型である場合が挙げられる。
すなわち、前記のような金型の表面については、新品状態からの使用による経時的な劣化度合、多数回使用による酸化具合、離型剤の付着や表面処理の有無、粗さや材質等、様々な原因により、表面状態が変化したり不均一になったりして安定しない。このため、対象物の放射率や放射率比が、対象物の表面状態によってあるいは対象物の表面における部位によって一意的に定まらず、前記のような放射率や放射率比が一定であるとの仮定の下での表面温度測定では、その測定値に誤差が生じることとなる。
【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
【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】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物が、例えば鋳造用や鍛造用の金型等のようにその表面状態が不安定な物であっても、表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の各波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる表面温度測定方法および表面温度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
すなわち、請求項１においては、表面温度測定方法であって、対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出工程により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換工程と、前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出工程と、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出工程と、前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度再算出工程と、を備えるものである。
【００１１】
請求項２においては、請求項１に記載の表面温度測定方法において、前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、前記表面温度再算出工程の後に、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度再算出工程を含む所定の前工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記放射率比を算出する第一の工程と、前記第一の工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を算出する第二の工程と、を、前記第一の工程により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返す工程を備えるものである。
【００１２】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の表面温度測定方法において、前記表面温度算出工程の前に、前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換工程により算出された前記計測温度または前記温度変換工程により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正工程を備えるものである。
【００１３】
請求項４においては、表面温度測定装置であって、対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出手段により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換手段と、前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出手段と、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出手段と、を備え、前記表面温度算出手段は、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出するものである。
【００１４】
請求項５においては、請求項４に記載の表面温度測定装置において、前記表面温度算出手段と、前記放射率比算出手段とは、互いに協働し、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、前記表面温度算出手段による、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用いた、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づく前記表面温度の算出と、前記放射率比算出手段による、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づく、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率の算出、ならびにこれらの算出した放射率からの前記放射率比の算出と、を、前記放射率比算出手段により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返すものである。
【００１５】
請求項６においては、請求項４または請求項５に記載の表面温度測定装置において、前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換手段により算出された前記計測温度または前記温度変換手段により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正手段を備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度の測定に際し、対象物が、例えば鋳造用や鍛造用の金型等のようにその表面状態が不安定な物であっても、表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の各波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、図１〜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１について説明する。
【００１８】
図１に示す如く、本実施形態に係る表面温度測定装置１は、鍛造用金型２の表面、特にキャビティ面（以下「金型キャビティ面」という。）２ａの温度の分布を測定する。表面温度測定装置１は、赤外線分布検出装置１０と、制御装置２０とを備える。
【００１９】
鍛造用金型２は、温度測定に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には、鍛造物（鍛造用金型２により所定の形状に鍛造されたもの）に対応する形状の金型キャビティ面２ａが形成される。
【００２０】
金型キャビティ面２ａには、鍛造物の鍛造用金型２からの取出しが容易とされるために予め離型剤が塗布される。離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度が高すぎると、離型剤が金型キャビティ面２ａに強固に固着し、鍛造物の取出しが容易にできなくなる場合がある。また、離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度が低すぎると、塗布された離型剤に水分が残留し、この水分が鍛造時に蒸発して鍛造物の品質低下を招く場合がある。
したがって、金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されるときには、金型キャビティ面２ａの温度が、離型剤が金型キャビティ面２ａに強固に固着することなく、かつ、塗布された離型剤から水分が十分に蒸発する所定の温度域にあることが確認される必要がある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る表面温度測定装置１は、金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されるときの金型キャビティ面２ａの温度分布が、所定の温度域にあるか否かを判定するために用いられる。
なお、表面温度測定装置の用途は、本実施形態に限定されず、例えば鋳造用の金型など、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。
【００２２】
赤外線分布検出装置１０は、赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、金型キャビティ面２ａ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分布を検出する。
赤外線分布検出装置１０は、赤外線カメラ１１と、バンドパスフィルタである短波長フィルタ１２ａ、中波長フィルタ１２ｂ、および長波長フィルタ１２ｃと、切り替え装置１３とを備える。
【００２３】
赤外線カメラ１１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。具体的には、赤外線カメラ１１は、赤外線サーモグラフィの本体となり、その検出した赤外線の強度分布（以下「赤外線強度分布」という。）に係る情報を、温度の分布を示す画像である熱画像として出力する。赤外線カメラ１１は、検出素子１１ａと、レンズ１１ｂとを備える。
【００２４】
本実施形態における検出素子１１ａは、５〜１５μｍ程度の波長の赤外線、即ち短波長帯から長波長帯までの全ての波長帯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る。検出素子１１ａは、赤外線カメラ１１の視野内の所定領域における赤外線強度分布を検出することが可能である。
なお、本実施形態の赤外線カメラ１１における検出素子１１ａは、ＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、これに限定されず、他の検出素子が用いられても良い。
レンズ１１ｂは、所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１ａに収束するものである。本実施形態の場合、所定の領域（視野）内に金型キャビティ面２ａが配置されることにより、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線が検出素子１１ａに収束される。
【００２５】
短波長フィルタ１２ａ、中波長フィルタ１２ｂ、および長波長フィルタ１２ｃ（以下総称する場合、「三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃ」とする。）は、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過させるフィルタである。本実施形態においては、短波長フィルタ１２ａは、波長が７．４〜９．０μｍの赤外線を透過させる。また、中波長フィルタ１２ｂは、波長が９．３〜１１．３μｍの赤外線を透過させる。また、長波長フィルタ１２ｃは、波長が１０．９〜１４．３μｍの赤外線を透過させる。
なお、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃの各フィルタ（以下単に「各フィルタ」ともいう。）が透過させる赤外線の波長帯は、本実施形態に限定されない。また、各フィルタが透過させる赤外線の波長帯は、その一部が他のフィルタが透過させる赤外線の波長と重複しても良い。
また、本実施形態の赤外線分布検出装置１０は、透過させる赤外線の波長帯が異なる三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃを備える構成であるが、これに限定されず、透過させる赤外線の波長帯が異なる二つ、あるいは四つ以上フィルタを備える構成であっても良い。つまり、赤外線分布検出装置としては、金型キャビティ面２ａから放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線強度分布を検出する構成を備えるものであればよい。
【００２６】
切り替え装置１３は、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタを切り替える。切り替え装置１３は、ディスク１３ａと、モータ１３ｂとを備える。
【００２７】
ディスク１３ａは、略円盤状の部材であり、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃがそれぞれ嵌め込まれるための孔部を有する。これらの孔部は、それぞれディスク１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に設けられる。ディスク１３ａは、モータ１３ｂにより回転可能に設けられる。ディスク１３ａは、その有する孔部に嵌め込まれた三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうちのいずれかのフィルタ（以下単に「いずれかのフィルタ」ともいう。）が、赤外線カメラ１１のレンズ１１ｂに対向する位置、即ち赤外線カメラ１１の視野を覆う位置となるように配置される。
モータ１３ｂ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１３ａの中心に固定される。
モータ１３ｂの駆動により、ディスク１３ａが回転し、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうち、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタが切り替わる。
【００２８】
なお、本実施形態の赤外線分布検出装置１０は、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布を検出するための構成として、一台の赤外線カメラ１１と、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過させる三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃとを有し、赤外線カメラ１１の視野を覆うフィルタが切り替わる構成を備えるが、これは次のような構成で代替可能である。すなわち、それぞれ異なる波長帯の赤外線の分布を検出することができる三台の赤外線カメラが用いられる構成である。つまり、赤外線分布検出装置が備えることとなる、波長帯が異なる三種類の赤外線強度分布を検出するための構成は、本実施形態に限定されるものではない。
また、一台の赤外線カメラに対して複数のフィルタが用いられる構成においても、その赤外線カメラの視野を覆うフィルタが切り替えられるための構成は、本実施形態に限定されるものではない。フィルタが切り替えられるための構成の他の例としては、複数のフィルタを並んだ状態で配置させる部材がスライドすることにより、赤外線カメラの視野を覆うフィルタが切り替わる構成などが考えられる。
なお、以下の説明においては、各フィルタついて、その赤外線カメラ１１の視野を覆う状態を「セットされた状態」という。
【００２９】
赤外線カメラ１１は、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのどのフィルタによっても視野が覆われてない状態において黒体校正される。
赤外線カメラ１１が測定する温度範囲は、測定対象たる金型キャビティ面２ａの温度変動範囲に対する各フィルタによる見かけの温度変動に合わせて設定される。本実施形態では、鍛造用金型２の温度の上限は約４５０℃であるが、各フィルタによる見かけの温度変動が考慮され、赤外線カメラ１１が測定する温度範囲の上限（黒体校正温度の上限）は約２５０℃に設定される。
【００３０】
制御装置２０は、制御部２１と、入力部２２と、表示部２３とを備える。
【００３１】
制御部２１は、表面温度測定装置１の一連の動作を制御する。
制御部２１は、実体的には、種々のプログラム等を格納する格納部、これらのプログラム等を展開する展開部、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果などを保管する保管部等を有する。前記格納部に格納されるプログラム等には、後述する温度変換プログラム、表面温度算出プログラム、放射率比算出プログラム、分布補正プログラム、および三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃによる赤外線の各波長帯での計測温度（見かけ温度）と対象物が黒体である場合に対応する温度（測定温度）との関係に基づくデータテーブルが含まれる。
【００３２】
制御部２１としては、より具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成や、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成が用いられる。
本実施形態の制御部２１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が格納されたものでも代替可能である。
【００３３】
制御部２１は、赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１に接続され、赤外線カメラ１１に対して赤外線カメラ１１を動作させるための信号を送信する。制御部２１は、赤外線カメラ１１により検出された金型キャビティ面２ａから放射される各波長帯における赤外線強度分布に係る情報を受信（取得）する。
また、制御部２１は、切り替え装置１３のモータ１３ｂに接続され、モータ１３ｂに対してモータ１３ｂ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１３ｂの動作を制御する。制御部２１は、モータ１３ｂの動作を制御することにより、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃのうちのいずれのフィルタがセットされた状態となるかを選択する。
【００３４】
入力部２２は、制御部２１に接続され、制御部２１に表面温度測定装置１の動作に係る種々の情報・指示等を入力する。
本実施形態の入力部２２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、スイッチ等でも代替可能である。
表示部２３は、表面温度測定装置１の動作状況、入力部２２から制御部２１への入力内容、表面温度測定装置１による測定結果（熱画像等）等を表示する。
本実施形態の表示部２３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でも代替可能である。
なお、入力部２２と表示部２３とは、市販のタッチパネル等を用いることにより、両者の機能を有する一体の構成品とすることができる。
【００３５】
以下では、制御部２１の詳細構成について説明する。
制御部２１は、機能的には、温度変換部２１ａと、表面温度算出部２１ｂと、放射率比算出部２１ｃと、分布補正部２１ｄとを備える。
【００３６】
温度変換部２１ａは、温度変換手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素について、赤外線分布検出装置１０により検出された三種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された温度変換プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、温度変換部２１ａとしての機能を果たす。
【００３７】
ここで、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素とは、赤外線強度分布に基づく、温度の分布を示す画像（熱画像）の各画素に対応する。すなわち、本実施形態においては、赤外線強度分布についての情報は、前述したように赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１によって熱画像として出力される。この赤外線カメラ１１によって出力される熱画像を構成する各画素（以下単に「各画素」ともいう。）が、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布の各要素となる。
【００３８】
また、温度変換部２１ａによる変換後の温度である、前記の対象物が黒体である場合に対応する測定温度とは、本実施形態では、温度測定の対象物である鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）が、黒体である場合に対応する温度となる。
すなわち、赤外線カメラ１１により検出される赤外線の強度は、いずれかのフィルタを介した（透過した）所定の波長帯の赤外線の強度となる。したがって、温度変換部２１ａにおいて算出される各画素についての計測温度は、いずれかのフィルタに対応する波長帯の赤外線の強度に基づく「見かけ温度」となる。そこで、温度変換部２１ａは、その算出した計測温度（見かけ温度）を、対象物が黒体である場合に対応する温度、言い換えると対象物の放射率が１（またはそれに近似する値）である場合に対応する温度（測定温度）に変換する。つまり、温度変換部２１ａは、計測温度を黒体校正することにより変換する。この温度変換部２１ａにおいて計測温度（見かけ温度）が変換された温度が、前記の対象物が黒体である場合に対応する測定温度とされる。なお、ここで得られる測定温度は、前記のとおり計測温度（見かけ温度）が黒体校正された温度であるため、計測温度よりも高い温度となる。
【００３９】
このように、温度変換部２１ａでは、いずれかのフィルタを介した赤外線の強度を検出する赤外線カメラ１１により得られる、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃに対応する熱画像の各画素について、前述した計測温度が算出され、その算出された計測温度が、前述した測定温度として変換される。
温度変換部２１ａによる計測温度の測定温度への変換は、具体的には次のようにして行われる。
【００４０】
温度変換部２１ａは、まず、赤外線分布検出装置１０によって取得された赤外線強度分布について、赤外線カメラ１１から出力される熱画像の各画素に対応する赤外線の強度に基づき、計測温度を算出する。赤外線カメラ１１から出力される熱画像におけるある一つの画素は、例えば、図１に示すように、温度測定の対象である金型キャビティ面２ａにおけるある測定点部２ｂに対応する。
【００４１】
そして、温度変換部２１ａは、各画素について算出した計測温度を、対象物が黒体である場合に対応する測定温度に変換する。温度変換部２１ａは、計測温度の測定温度への変換に際し、三つのフィルタ１２ａ・１２ｂ・１２ｃによる赤外線の各波長帯での計測温度と対象物が黒体である場合に対応する温度（測定温度）との関係に基づくデータテーブルを参照する。
【００４２】
図２に、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフの一例を示す。図２において、三角形状の各点１６ａは、短波長フィルタ１２ａによる赤外線の波長帯での計測温度と測定温度との関係を表す点である。これら短波長フィルタ１２ａについての各点１６ａの軌跡が、直線あるいは曲線により近似されることで、短波長フィルタ１２ａについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフ１７ａが導かれる。同様に、四角形状の各点１６ｂで示されるグラフ１７ｂは、中波長フィルタ１２ｂについてのグラフであり、丸形状の各点１６ｃで示されるグラフ１７ｃは、長波長フィルタ１２ｃについてのグラフである。これらのグラフから分かるように、各フィルタによって（赤外線の波長帯によって）、計測温度の変化にともなう測定温度の変化の態様（変化量）が異なる。
このような各フィルタについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフに基づき、前記データテーブルが作成される。具体的には、図２に示すような各フィルタについてのグラフ１７ａ・１７ｂ・１７ｃに基づいて、計測温度に対応する測定温度が定められ、計測温度とこれに対応する（変換先の）測定温度とがテーブル化されて関連づけられる。
【００４３】
このように、温度変換部２１ａは、各フィルタがセットされた状態で得られる各熱画像の各画素についての測定温度（黒体温度）を導く。
すなわち、温度変換部２１ａは、短波長フィルタ１２ａがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、短波長フィルタ１２ａについての計測温度と測定温度との関係を示すグラフ１７ａに基づいて作成されるデータテーブルを参照して、算出した計測温度を測定温度に変換する。同様に、温度変換部２１ａは、計測温度の測定温度への変換に際しては、中波長フィルタ１２ｂがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、中波長フィルタ１２ｂについてのグラフ１７ｂに基づいて作成されるデータテーブルを参照し、長波長フィルタ１２ｃがセットされた状態で得られる熱画像の各画素については、長波長フィルタ１２ｃについてのグラフ１７ｃに基づいて作成されるデータテーブルを参照する。
【００４４】
表面温度算出部２１ｂは、表面温度算出手段の実施の一形態であり、三種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率を用い、前記各波長帯に対応する測定温度に基づいて鍛造用金型２の表面温度（金型キャビティ面２ａの温度）を算出する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された表面温度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、表面温度算出部２１ｂとしての機能を果たす。
【００４５】
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よる対象物の真の表面温度の計算方法（三色法）においては、各波長帯の赤外線の強度に基づいて測定される温度、つまり本実施形態では前述の測定温度が、赤外線カメラ１１のセンサ（検出素子１１ａ）周りに成立するエネルギー保存式から仮定される次の数１の式が基礎式となる（非特許文献１参照）。
【００４６】
【数１】
【００４７】
ここで、Ｔｒｓは前述したように計測温度（見かけ温度）が変換された測定温度、Ｔｓは対象物の表面温度（真値）、Ｔａは周囲温度、εは放射率である。また、乗数ｎは、赤外線の波長帯および赤外線カメラ１１の検出素子１１ａの種類により決まる指数である。なお、添字ｉはフィルタ番号である。本実施形態では、ｉ＝１が短波長フィルタ１２ａに、ｉ＝２が中波長フィルタ１２ｂに、ｉ＝３が長波長フィルタ１２ｃにそれぞれ対応することとする。以下の説明において、「第一フィルタ」は短波長フィルタ１２ａを、「第二フィルタ」は中波長フィルタ１２ｂを、「第三フィルタ」は長波長フィルタ１２ｃをそれぞれ差す。
上記数１の式から、各フィルタについての基礎式は、次の数２〜４の式となる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
【数４】
【００５１】
上記数２〜４の式において、三種類の赤外線の各波長帯について、つまり各フィルタが用いられる場合について、ε１＝ε２＝ε３＝εの仮定が代入され（対象物についての放射率が一定と仮定され）、キルヒホッフの法則が適用されながら、εが消去されることにより、以下の六つの式（数５〜１０の式）が求まる（非特許文献１参照）。
【００５２】
【数５】
【００５３】
【数６】
【００５４】
【数７】
【００５５】
【数８】
【００５６】
【数９】
【００５７】
【数１０】
【００５８】
三色法においては、上記の数５〜７の式、および数８〜１０の式のそれぞれから、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならない一式ずつが選択され、二分法、ニュートン法あるいはニュートンラプソン法等が適用されて収束解が得られる（Ｆ（Ｔｓ）＝Ｆ（Ｔａ）＝０となるＴｓが求められる）ことにより、表面温度Ｔｓが決定される（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは、数５の式と数９の式、数５の式と数１０の式、数６の式と数８の式、数６の式と数９の式、数７の式と数８の式、数７の式と数１０の式、の計６通りである。
【００５９】
そして、金型キャビティ面２ａの表面温度の収束解が求められる際には、次のような判定が行われる。すなわち、（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、および（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される。一方、（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される。
本実施形態では、上記６通りの式の選択パターンの全てについて計算が行われ、表面温度Ｔｓが異常であると判定された場合が除かれた残りの表面温度Ｔｓの計算結果に基づいて、Ｔｓが決定される。ここで、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が、最終的なＴｓの計算値とされる。
【００６０】
このように、表面温度算出部２１ｂは、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下、温度変換部２１ａにより得られた三つの熱画像における各画素についての測定温度Ｔｒｓに基づいて三色法の演算を行うことにより、熱画像の各画素についての表面温度Ｔｓを導く。
結果として、表面温度算出部２１ｂにより、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓの分布が算出され、表面温度Ｔｓの分布を示す画像となる一つの熱画像が得られる。
【００６１】
放射率比算出部２１ｃは、放射率比算出手段の実施の一形態であり、温度変換部２１ａにより得られた三種類の赤外線の各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓおよび表面温度算出部２１ｂにより算出された表面温度Ｔｓに基づき、前記各波長帯に対応する鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）について放射率同士の比である放射率比を算出する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された放射率比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、放射率比算出部２１ｃとしての機能を果たす。
【００６２】
本実施形態において、第一フィルタに対応する放射率ε１と、第二フィルタに対応する放射率ε２と、第三フィルタに対応する放射率ε３との相互間における放射率比は、第一フィルタの放射率ε１が基準とされ、次式（１）により導入される。なお、以下の説明では、第一フィルタがセットされた状態での測定において算出される放射率を「第一フィルタについての放射率」と称する。第二フィルタおよび第三フィルタについても同様とする。
ε１＝ε２／ａ＝ε３／ｂ ・・・（１）
式（１）において、ａおよびｂが、それぞれ放射率比となる。すなわち、式（１）において、ε２のε１に対する比であるａが、第二フィルタについての放射率の、第一フィルタについての放射率に対する放射率比となり、ε３のε１に対する比であるｂが、第三フィルタについての放射率の、第一フィルタについての放射率に対する放射率比となる。
【００６３】
各フィルタについての放射率は、各フィルタについての基礎式、つまり上記数２〜４の式から算出される。すなわち、上記数２〜４の各式において、各フィルタがセットされた状態での測定で、温度変換部２１ａにより導かれた測定温度Ｔｒｓ（Ｔｒｓｎ１〜Ｔｒｓｎ３）と、表面温度算出部２１ｂにより算出された表面温度Ｔｓと、周囲温度Ｔａとが代入され、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３がそれぞれ算出される。ここで、周囲温度Ｔａについては、温度計により計測される周囲温度等が適宜用いられる。
そして、算出された各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３から、上述の放射率比ａ、ｂがそれぞれ算出される。
【００６４】
このように、放射率比算出部２１ｃは、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３を算出し、これらの放射率から放射率比ａ、ｂを算出する。
【００６５】
放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比ａ、ｂは、前述したような三色法の演算に用いられる。つまり、表面温度算出部２１ｂにおいて、放射率比算出部２１ｃによって算出された放射率比が考慮され、あらためて三色法の演算が行われる。
【００６６】
すなわち、表面温度算出部２１ｂは、放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比ａ、ｂを用い、温度変換部２１ａにより得られた各フィルタについての測定温度Ｔｒｓに基づいて表面温度Ｔｓを再算出する。
具体的には、上述した三色法の演算において、一定と仮定された放射率（ε１＝ε２＝ε３＝ε）について放射率比ａ、ｂが導入される。つまり、上記数２〜４の式において、三種類の赤外線の各波長帯について、つまり各フィルタが用いられる場合について、ε１＝ε２／ａ＝ε３／ｂ＝εの仮定が代入され、キルヒホッフの法則が適用されながら、εが消去されることにより、以下の六つの式（数１１〜１６の式）が求まる。
【００６７】
【数１１】
【００６８】
【数１２】
【００６９】
【数１３】
【００７０】
【数１４】
【００７１】
【数１５】
【００７２】
【数１６】
【００７３】
以上のように、三色法の演算において、まず、各フィルタについて放射率が一定であるとの仮定の下で表面温度Ｔｓを算出し、この算出した表面温度Ｔｓを用いて算出した放射率比ａ、ｂを用いて、表面温度Ｔｓを再度算出することにより、次のような効果が得られる。
すなわち、波長帯の異なる複数種類の赤外線が検出されることで行われる対象物の表面温度（Ｔｓ）の測定に際し、対象物が、本実施形態のような鍛造用金型２のようにその表面状態が不安定な物であっても、表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる。かかる効果について、具体例を用いて説明する。
【００７４】
対象物の表面状態や対象物の表面における部位や測定に係る適用温度の範囲（対象物の温度）等によっては、各波長帯（各フィルタ）についての放射率の差が大きくなったり、その放射率の差の大きさが変化したりする場合がある。かかる場合においては、各フィルタについて、あるいは各熱画像における各画素について（熱画像全体に対して）、放射率が一定であるとの仮定（設定）の下での三色法では、その測定結果（表面温度Ｔｓ）に誤差が生じることとなる。
【００７５】
図３に、各フィルタについての放射率（近似値）と、対象物の温度との関係の一例を示す。本例は、温度測定対象である金型キャビティ面２ａが、磨き等の表面処理を受けておらず、離型剤も塗布されてない状態である場合を示している。なお、対象物の温度（横軸）については、金型キャビティ面２ａの温度が熱電対により測定された温度（熱電対温度（℃））で示している。
図３において、三角形状の各点１８ａは、短波長フィルタ１２ａについての放射率と熱電対温度との関係を示す点である。同様に、四角形状の各点１８ｂは中波長フィルタ１２ｂについての、丸形状の各点１８ｃは長波長フィルタ１２ｃについての、放射率と熱電対温度との関係を示す点である。
【００７６】
図３に示す放射率と対象物の温度（熱電対温度）との関係から分かるように、各フィルタについて互いの放射率に差がある（放射率が互いに異なっている）。また、この各フィルタについての放射率間の差の大きさは、対象物の温度によっても異なる。本例では、図３から分かるように、第一フィルタ、第二フィルタ、第三フィルタの順で放射率が小さくなっている。このような場合、仮に、第一フィルタ・第二フィルタ間の放射率の差や、第二フィルタ・第三フィルタ間の放射率の差が、三色法の演算において許容される範囲の大きさであるとしても、第一フィルタ・第三フィルタ間の放射率の差は、前記二つの各フィルタ間の放射率の差に比べて大きくなるため、三色法の演算において無視できない状況となる場合がある。
【００７７】
このように、温度測定の対象物が例えば本実施形態のように鍛造用金型２である場合など、各フィルタ間における放射率の差が大きくなる場合がある。各フィルタ間における放射率の差が大きくなると、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下で行われる三色法の演算による誤差が大きくなる。つまり、対象物やその温度範囲などによっては、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下で行われる三色法についての測定誤差が大きくなり、測定精度の低下を招く場合がある。
そこで、前述したように、各フィルタがセットされた状態で得られる各熱画像の各画素について行われる三色法の演算において、各フィルタについての放射率を一旦算出し、その算出した各放射率から算出した放射率比を導入することにより、対象物の表面状態などについてより実情に即した温度測定が可能となり、三色法における測定精度の向上を図ることができる。
【００７８】
分布補正部２１ｄは、分布補正手段の実施の一形態であり、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく、計測温度（見かけ温度）または測定温度（Ｔｒｓ）の分布を示す画像（熱画像）について予め設定される金型キャビティ面２ａにおける特徴形状部分を含む領域の、各波長帯（各フィルタ）に対応する画像同士の相対的なズレに基づき、温度変換部２１ａにより算出された計測温度または温度変換部２１ａにより得られた測定温度の分布を補正する。
実体的には、制御部２１が、その格納部に格納された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、分布補正部２１ｄとしての機能を果たす。
【００７９】
温度測定の対象である金型キャビティ面２ａは、その成形する鍛造品の形状によって、例えばエッジ部分等の特徴形状部分を有する。このような特徴形状部分についての赤外線強度分布は、他の部分と比べて赤外線の強弱が明確となる。つまり、金型キャビティ面２ａの特徴形状部分については、赤外線強度分布に基づく温度分布の勾配が急となる。そこで、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく、計測温度の分布を示す画像（以下「計測温度の熱画像」という。）または測定温度の分布を示す画像（以下「測定温度の熱画像」という。）において、前記のような金型キャビティ面２ａの特徴形状部分に対応する部分が含まれる小領域（以下「特徴分布領域」という。）が、予め設定される。そして、各フィルタについて得られる熱画像同士の間で、特徴分布領域のズレに基づき、計測温度または測定温度の分布が補正される。
【００８０】
本実施形態では、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布についての情報は、前記のとおり赤外線カメラ１１によって熱画像として出力される。したがって、本実施形態では、各フィルタがセットされた状態での測定で得られる各熱画像（計測温度の熱画像または測定温度の熱画像）について、前述した特徴分布領域が予め設定される。
【００８１】
図４に、計測温度または測定温度の熱画像の一例である熱画像３０を示す。本例に係る熱画像３０において、例えば図４に示すように、破線で囲まれた長方形状の小領域が、特徴分布領域３１として予め設定される。すなわち、本例に係る熱画像３０においては、特徴分布領域３１内に、金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部分等を含む特徴形状部分に対応する赤外線強度分布である特徴形状部３２が含まれる。特徴分布領域３１は、熱画像３０の大きさに対して例えば１／１０程度の大きさとして設定される。
以下では、フィルタがセットされた状態での測定で出力情報として得られる熱画像を、そのフィルタについての熱画像という。
【００８２】
分布補正部２１ｄは、各フィルタについての熱画像３０における特徴分布領域３１を基準として、各波長帯（各フィルタ）に対応する熱画像３０同士の相対的なズレに基づき、計測温度または測定温度の分布を補正する。つまり、分布補正部２１ｄは、熱画像３０のズレを補正することにより、計測温度または測定温度の分布、つまりは熱画像３０における温度の分布の位置（座標）を補正する。
【００８３】
具体的には、分布補正部２１ｄは、まず、特徴分布領域３１を基準として、各フィルタそれぞれについての三つの熱画像３０間のズレ量を算出する。
三つの熱画像３０間のズレ量の算出は、本実施形態においては、例えば次のようにして行われる。すなわち、熱画像３０において、その一画素が数値単位となるｘｙ座標が設定され、そのｘｙ座標における特徴分布領域３１の座標のズレに基づいて、熱画像のズレが算出される。なお、各フィルタについての熱画像３０における特徴分布領域３１は、熱画像３０のプロファイルのピークから金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部分（例えば特徴形状部３２）が抽出されること等により、分布補正部２１ｄによって認識される。
【００８４】
分布補正部２１ｄは、例えば、第一フィルタについての熱画像３０におけるｘｙ座標を基準として、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレを補正する。つまりこの場合、分布補正部２１ｄは、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０における特徴分布領域３１の、第一フィルタについてのそれに対するｘｙ座標のズレ量を、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレ量として算出する。そして、分布補正部２１ｄは、算出した第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレ量に基づき、各熱画像３０のズレを補正する。
つまり、分布補正部２１ｄは、第一フィルタについての熱画像３０における特徴分布領域３１のｘｙ座標に対し、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０における特徴分布領域３１のｘｙ座標を一致させることにより、第二フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての熱画像３０のズレを補正する。
【００８５】
具体的に、分布補正部２１ｄは、その認識した第一フィルタおよび第二フィルタそれぞれについての特徴分布領域３１のｘｙ座標のズレ量から、第二フィルタについての熱画像３０が、第一フィルタのそれに対して、例えばｘ座標およびｙ座標それぞれについて＋２（画素）ずれていると算出した場合、次のような補正を行う。すなわちこの場合、分布補正部２１ｄは、第一フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標（ｘ、ｙ）に対して、第二フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標を、（ｘ−２、ｙ−２）として補正する。
同様にして、分布補正部２１ｄは、その認識した第一フィルタおよび第三フィルタそれぞれについての特徴分布領域３１のｘｙ座標のズレ量から、第三フィルタについての熱画像３０が、第一フィルタのそれに対して、例えばｘ座標については＋１、ｙ座標については０（ズレ無し）ずれていると算出した場合、次のような補正を行う。すなわちこの場合、分布補正部２１ｄは、第一フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標（ｘ、ｙ）に対して、第三フィルタについての熱画像３０のｘｙ座標を、（ｘ−１、ｙ）として補正する。
【００８６】
ここで、分布補正部２１ｄによる各フィルタについての熱画像３０のズレ補正に際し、各熱画像３０のズレの基準となる状態、つまりずれている熱画像３０が、基準となる熱画像３０（本実施形態では第一フィルタについての熱画像３０）に対して一致させられる目標となる状態としては、各熱画像３０における特徴分布領域３１同士の各画素の相関が最大となる状態が用いられる。
分布補正部２１ｄは、特徴分布領域３１同士の各画素の相関を最大とさせるに際し、特徴分布領域３１に含まれる特徴形状部３２を用いる。つまり、分布補正部２１ｄは、基準となる熱画像３０における特徴分布領域３１の特徴形状部３２に対して、補正する熱画像３０における特徴分布領域３１の特徴形状部３２を合わせ込むことにより、熱画像３０の補正を行う。
【００８７】
このように、各フィルタについての熱画像３０において、予め設定される特徴分布領域３１を用い、各熱画像３０間のズレを補正することで、計測温度または測定温度の分布を補正することにより、次のような効果が得られる。
すなわち、温度測定の対象物である鍛造用金型２や赤外線分布検出装置１０等が振動することにより、各フィルタについての熱画像３０がずれた場合、つまり赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく計測温度や測定温度の分布の位置がずれた場合であっても、三色法によって得られる表面温度の分布（を示す画像）において、金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部に対応する部分での異常値が解消され、精度の良い温度測定（演算）が可能となる。
【００８８】
すなわち、前述したように、各フィルタについての三つの熱画像３０が用いられる三色法においては、測定現場における他の装置の動作やフィルタの切り替えにともなう切り替え装置１３の機械的動作等により、対象物である鍛造用金型２や赤外線分布検出装置１０の赤外線カメラ１１等が振動することで、熱画像３０間のズレが生じる場合がある。ここで、熱画像３０間のズレとは、各熱画像３０における対象物に対応する部分が、熱画像３０同士の間で画素単位でずれることである。つまり、熱画像３０同士がずれることは、それらの熱画像３０について対応する画素（同じ位置の画素）が表す金型キャビティ面２ａにおける測定点部（図１、測定点部２ｂ参照）がずれる（異なる）こととなる。このように熱画像３０同士がずれることは、赤外線分布検出装置１０により検出される赤外線強度分布に基づく計測温度や測定温度の分布（の熱画像３０における位置）がずれることとなる。
【００８９】
したがって、各フィルタについての熱画像３０間のズレは、三色法によって得られる表面温度の分布（を示す画像）において誤差を生じさせる。特に、金型キャビティ面２ａにおけるエッジ部に対応する部分については、温度分布の勾配が急となるため、熱画像３０間のわずかなズレが誤差の原因となりやすい。
そこで、前述したように、熱画像３０における特徴形状部３２を含む特徴分布領域３１を用い、各フィルタについての計測温度や測定温度の分布のズレを補正することにより、三色法における測定精度の向上を図ることができる。
【００９０】
次に、図５〜図７を加えて、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。
【００９１】
本実施形態に係る表面温度測定方法は、上述の表面温度測定装置１が用いられ、鍛造用金型２の表面、特に金型キャビティ面２ａの温度の分布を測定する方法である。以下に説明する表面温度測定方法は、赤外線分布検出工程と、温度変換工程と、分布補正工程と、表面温度算出工程と、放射率比算出工程と、表面温度再算出工程とを備える。
以下では、本発明に係る表面温度測定方法について、本実施の形態に即して説明する。
【００９２】
図５のフロー図に示すように、本実施形態に係る表面温度測定方法では、まず、金型キャビティ面２ａ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強度分布が検出される。つまり、金型キャビティ面２ａについての計測温度（見かけ温度）が取得される（Ｓ１００）。
【００９３】
具体的には、赤外線分布検出装置１０において、各フィルタがセットされた状態での赤外線強度分布の検出が行われ、赤外線カメラ１１により、各フィルタについての計測温度の熱画像が出力される。出力された各フィルタについての計測温度の熱画像は、制御装置２０の制御部２１へと転送される。これにより、制御部２１は、金型キャビティ面２ａについての計測温度を、各フィルタについての熱画像として（熱画像の各画素について）取得する。
このステップＳ１００が、本実施形態における赤外線分布検出工程に対応する。
【００９４】
次に、各フィルタについての熱画像の各画素について、赤外線分布検出工程により検出された三種類の赤外線の強度から計測温度が算出され、この算出された計測温度が、鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）が黒体である場合に対応する測定温度として変換される。つまり、前記Ｓ１００にて取得された計測温度（見かけ温度）が、測定温度（黒体温度）に変換される（Ｓ２００）。
【００９５】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における温度変換部２１ａにより、各フィルタについての熱画像（計測温度の熱画像）の各画素について、計測温度の算出、および算出した計測温度の測定温度（Ｔｒｓ）への変換が行われる。計測温度の測定温度への変換に際しては、図２に示すような、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフに基づいて作成されるデータテーブルが用いられる。この計測温度の測定温度への変換により、各フィルタについて、測定温度の熱画像が得られる。
このステップＳ２００が、本実施形態における温度変換工程に対応する。
【００９６】
続いて、赤外線分布検出工程により検出される赤外線強度分布に基づく、温度変換工程により取得される測定温度（Ｔｒｓ）の熱画像３０について予め設定される金型キャビティ面２ａにおける特徴形状部分（特徴形状部３２）を含む特徴分布領域３１の、各波長帯（各フィルタ）に対応する熱画像３０同士の相対的なズレに基づき、温度変換工程により得られた測定温度の分布が補正される。つまり、前記Ｓ１００にて取得される各フィルタについての測定温度の分布（熱画像３０）のズレが補正される（Ｓ３００）。
【００９７】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における分布補正部２１ｄにより、第一フィルタについての熱画像３０が基準とされ、第二フィルタについての熱画像３０および第三フィルタについての熱画像３０のズレが補正される。熱画像３０間のズレの補正に際しては、熱画像３０において一画素が数値単位として設定されるｘｙ座標が用いられる。また、熱画像３０間のズレの補正は、各フィルタについての熱画像３０の特徴分布領域３１が有する、金型キャビティ面２ａのエッジ部等に対応する特徴形状部３２が合わせ込まれることにより行われる。
このステップＳ３００が、本実施形態における分布補正工程に対応する。
【００９８】
なお、前記ステップＳ３００は、前記ステップＳ２００に対して逆の順序であってもよい。この場合、各フィルタについての熱画像３０のズレの補正は、各フィルタについての計測温度（見かけ温度）の分布（熱画像）に対して行われることとなる。つまり、分布補正工程においては、温度変換工程により算出された計測温度の分布の補正が行われてもよい。したがって、分布補正工程は、後述する表面温度算出工程の前に行われることとなる。
【００９９】
次に、三種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定された鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率が用いられ、温度変換工程により得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて金型キャビティ面２ａの温度（表面温度Ｔｓ）が算出される。つまり、各フィルタについての放射率が一定であるとの仮定の下、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、三色法の演算により金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓが算出される（Ｓ４００）。
【０１００】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｂにより、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３が一定であるとの仮定の下、上記数２〜４の式から導かれる数５〜１０の式が用いられて、三色法の演算が行われ、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓが算出される。つまり、各フィルタについての放射率が一定とされる三色法により、三つの熱画像について対応する画素、言い換えると熱画像における同じ位置についての三つの画素についての測定温度Ｔｒｓから、その画素についての表面温度Ｔｓが算出される。結果として、表面温度Ｔｓの分布を示す画像となる一つの熱画像が得られる。
ここで、前記ステップＳ３００において、各フィルタについての測定温度Ｔｒｓの分布（熱画像３０）のズレの補正が行われているため、三つの熱画像について対応する画素が、金型キャビティ面２ａにおける同じ測定点部（図１、測定点部２ｂ参照）に正確に対応することとなり、三色法において高精度な測定が行われる。
このステップＳ４００が、本実施形態における表面温度算出工程に対応する。
【０１０１】
続いて、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓおよび表面温度算出工程により算出された表面温度Ｔｓに基づき、各波長帯に対応する鍛造用金型２（金型キャビティ面２ａ）についての放射率が算出され、これらの算出された放射率から、各波長帯に対応する放射率同士の比である放射率比が算出される。つまり、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、前記ステップＳ４００にて算出された表面温度Ｔｓとに基づいて、各フィルタについての放射率が算出され、その算出された放射率によって放射率比が算出される（Ｓ５００）。
【０１０２】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における放射率比算出部２１ｃにより、前記ステップＳ４００にて算出された表面温度Ｔｓの分布を示す画像（熱画像）の各画素について、放射率の算出、および算出された放射率からの放射率比の算出が行われる。各フィルタについての放射率の算出は、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、前記ステップＳ４００にて算出された表面温度Ｔｓとが用いられ、上記数２〜４の式に基づいて行われる。そして、各フィルタについて算出された放射率から、上記式（１）における放射率比ａ、ｂが算出される。
このステップＳ５００が、本実施形態における放射率比算出工程に対応する。
【０１０３】
そして、放射率比算出工程により算出された放射率比が用いられ、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓに基づいて表面温度Ｔｓが再算出される。つまり、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂが用いられ、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、三色法の演算により表面温度Ｔｓが再度算出される（Ｓ６００）。
【０１０４】
具体的には、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｂにより、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３について、ε１＝ε２／ａ＝ε３／ｂ＝εの関係により、上記数２〜４の式から導かれる数１１〜１６の式が用いられて、三色法の演算が行われ、金型キャビティ面２ａの表面温度Ｔｓが再度算出される。つまり、前述した放射率比ａ、ｂが導入された三色法により、三つの熱画像について対応する画素、言い換えると熱画像における同じ位置についての三つの画素についての測定温度Ｔｒｓから、その画素についての表面温度Ｔｓが再度算出される。結果として、再度算出された表面温度Ｔｓの分布を示す画像である一つの熱画像が得られる。
このステップＳ６００が、本実施形態における表面温度再算出工程に対応する。
【０１０５】
以上のように、本実施形態に係る表面温度測定方法においては、三色法の演算において、まず、各フィルタについて放射率が一定であるとの仮定の下で表面温度Ｔｓが算出され、この算出された表面温度Ｔｓが用いられて算出された放射率比ａ、ｂが用いられ、表面温度Ｔｓが再度算出される。そして、本実施形態に係る表面温度測定方法においては、計測温度の測定温度Ｔｒｓへの変換や、表面温度Ｔｓや放射率比ａ、ｂの算出等は、赤外線分布検出装置１０によって出力される熱画像における各画素を単位として行われる。
【０１０６】
以上のような本実施形態に係る表面温度測定方法においては、三色法において、前述したような効果、即ち、対象物の表面状態の変化に起因して生じる、赤外線の波長帯間での対象物の放射率のバラツキが原因となる測定誤差を低減することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る表面温度測定方法においては、好ましくは次のような工程が備えられる。すなわち、放射率比算出工程により算出された放射率比ａ、ｂが、１またはそれに近似する値でない場合に、前述した表面温度再算出工程の後に、後述する第一の工程と第二の工程とを、第一の工程により算出される放射率比ａ、ｂが収束するまで繰り返す工程（以下「収束工程」という。）である。
ここで、第一の工程は、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓおよび表面温度再算出工程を含む所定の前工程により算出された表面温度Ｔｓに基づき、各波長帯に対応する放射率をε１、ε２、ε３算出し、これらの算出した放射率から、放射率比ａ、ｂを算出する。また、第二の工程は、第一の工程により算出された放射率比ａ、ｂを用い、温度変換工程により得られた各波長帯に対応する測定温度Ｔｒｓに基づいて表面温度Ｔｓを算出する。
以下、本実施形態に係る表面温度測定方法における収束工程ついて、図６に示すフロー図に従って説明する。
【０１０８】
図６のフロー図に示すように、本実施形態の収束工程では、まず、放射率比算出工程により算出された放射率比ａ、ｂが、１またはそれに近似する値であるか否かの判断が行われる。つまり、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂのいずれもが、１またはそれに近似する値であるか否かの判断が行われる（Ｓ５１０）。つまりここでは、各フィルタについての放射率ε１、ε２、ε３が、一定または略一定であるか否かの判断が行われる。
なお、以下の説明では、制御装置２０の制御部２１における放射率比算出部２１ｃにより算出される放射率比ａ、ｂについて、熱画像における同じ画素についてｎ回目に算出された放射率比ａ、ｂを、それぞれａ（ｎ）、ｂ（ｎ）とする。したがって、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比は、それぞれａ（１）、ｂ（１）となる。
【０１０９】
ステップＳ５１０において、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂのいずれもが、１またはそれに近似する値であると判断された場合は、前記ステップＳ４００において算出された表面温度Ｔｓが出力され、収束工程は終了する。つまりこの場合、前記ステップＳ４００での三色法の演算における、各フィルタについての放射率が一定（ε１＝ε２＝ε３＝ε）であるとの仮定が、三色法の演算結果に合致または略合致していることになるので、その時点での表面温度Ｔｓが出力される。したがって、この場合、表面温度再算出工程（前記ステップＳ６００）は実行されないこととなる。
【０１１０】
一方、ステップＳ５１０において、前記ステップＳ５００にて算出された放射率比ａ、ｂのいずれもが、１またはそれに近似する値であると判断されなかった場合は、放射率比ａ（１）、ｂ（１）を用いた表面温度Ｔｓの算出、および放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出が行われる（Ｓ５２０）。
【０１１１】
ステップＳ５２０での放射率比ａ（１）、ｂ（１）を用いた表面温度Ｔｓの算出は、前述した表面温度再算出工程（前記ステップＳ６００）に対応する。したがって、ステップＳ５２０における表面温度Ｔｓの算出については、制御装置２０の制御部２１における表面温度算出部２１ｂにより、放射率比算出工程（前記ステップＳ５００）にて算出された放射率比ａ（１）、ｂ（１）が用いられ、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、表面温度Ｔｓが再度算出される。
【０１１２】
また、ステップＳ５２０での放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出は、前記ステップＳ５００と同様にして行われる。したがって、ステップＳ５２０における放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出については、制御装置２０の制御部２１における放射率比算出部２１ｃにより、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、ステップＳ５２０にて算出された表面温度Ｔｓとに基づいて、各フィルタについての放射率が算出され、その算出された放射率によって放射率比ａ（２）、ｂ（２）が算出される。
このステップＳ５２０における、測定温度Ｔｒｓと、放射率比ａ（１）、ｂ（１）が用いられて算出された表面温度Ｔｓとが用いられて放射率比ａ（２）、ｂ（２）が算出される工程が、収束工程における第一の工程に対応する。
【０１１３】
次に、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）それぞれが、前工程（放射率比算出工程（前記ステップＳ５００））にて算出された放射率比ａ（１）、ｂ（１）とそれぞれ略等しい（等しい場合も含まれる）か否かが判断される（Ｓ５３０）。つまりここでは、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）それぞれが収束したか否かが判断される。ここで、「収束する」ことには、略収束することが含まれる。
【０１１４】
ステップＳ５３０において、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）のいずれもが、放射率比ａ（１）、ｂ（１）と略等しいと判断された場合は、前記ステップＳ５２０において算出された表面温度Ｔｓが算出され、収束工程は終了する。つまりこの場合、前記ステップＳ５２０（の第一の工程）にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）が収束したことになるので、その時点での表面温度Ｔｓが出力される。
【０１１５】
一方、ステップＳ５３０において、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）のいずれもが、放射率比ａ（１）、ｂ（１）と略等しい（等しい場合も含む）と判断されなかった場合は、放射率比ａ（２）、ｂ（２）を用いた表面温度Ｔｓの算出、および放射率比ａ（３）、ｂ（３）の算出が行われる（Ｓ５４０）。つまり、ステップＳ５４０における表面温度Ｔｓの算出については、前記ステップＳ５２０にて算出された放射率比ａ（２）、ｂ（２）が用いられ、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓに基づいて、表面温度Ｔｓが再度算出される。また、同じくステップＳ５４０における放射率比ａ（３）、ｂ（３）の算出については、前記ステップＳ２００にて得られた測定温度Ｔｒｓと、このステップＳ５４０にて算出された表面温度Ｔｓとに基づいて、各フィルタについての放射率が算出され、その算出された放射率によって放射率比ａ（３）、ｂ（３）が算出される。
このステップＳ５４０における、放射率比ａ（２）、ｂ（２）が用いられて表面温度Ｔｓが算出される工程が、収束工程における第二の工程に対応する。また、同じくステップＳ５４０における、放射率比ａ（３）、ｂ（３）が算出される工程は、前記ステップＳ５２０における放射率比ａ（２）、ｂ（２）の算出と同様に、収束工程における第一の工程に対応する。
【０１１６】
以降、表面温度Ｔｓの算出（第二の工程）と、放射率比の算出（第一の工程）とが、第一の工程により算出される放射率比が収束するまで（前記ステップＳ５３０参照）繰り返される。したがって、前述した第一の工程についての「所定の前工程」には、放射率比ａ（１）、ｂ（１）の算出については、表面温度再算出工程（前記ステップＳ６００）が対応し、その後の放射率比（放射率比ａ（２）、ｂ（２）以降の放射率比）の算出については、そのステップにおける第二の工程が対応する。具体的には、前記ステップＳ５４０における放射率比ａ（３）、ｂ（３）の算出工程である第一の工程についての「所定の前工程」には、同じくステップＳ５４０における表面温度Ｔｓの算出工程である第二の工程が対応する。
【０１１７】
そして、収束工程における第一の工程と第二の工程とがｎ回繰り返された後、放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）が収束した場合、放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）それぞれが、放射率比ａ（ｎ−１）、ｂ（ｎ−１）とそれぞれ略等しいか否かの判断（Ｓ５５０）において、放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）のいずれもが、放射率比ａ（ｎ−１）、ｂ（ｎ−１）と略等しいと判断される。
これにより、収束工程は終了し、その時点での表面温度Ｔｓと放射率比ａ（ｎ）、ｂ（ｎ）とが、それぞれ解となる値として出力される（Ｓ５６０）。
【０１１８】
以上のような収束工程は、上述した本実施形態に係る表面温度測定装置においては、制御装置２０の制御部２１が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより実行される。具体的には、収束工程における第一の工程（放射率の算出）は、放射率比算出部２１ｃにより実行され、同じく収束工程における第二の工程（表面温度Ｔｓの算出）は、表面温度算出部２１ｂにより実行される。
【０１１９】
したがって、本実施形態に係る表面温度測定装置においては、上述した収束工程が実行されるため、次のような構成が備えられる。
すなわち、表面温度算出部２１ｂと、放射率比算出部２１ｃとは、互いに協働し、放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、表面温度算出部２１ｂによる、放射率比算出部２１ｃにより算出された放射率比を用いた、温度変換部２１ａにより得られた測定温度Ｔｒｓに基づく表面温度Ｔｓの算出（表面温度再算出工程、第二の工程）と、放射率比算出部２１ｃによる、温度変換部２１ａにより得られた測定温度Ｔｒｓおよび表面温度算出部２１ｂにより算出された表面温度Ｔｓに基づく、各フィルタについての放射率の算出、ならびにこれらの算出した放射率からの放射率比の算出（第一の工程）とを、放射率比算出部２１ｃにより算出される放射率比が収束するまで繰り返す。
【０１２０】
以上のように、三色法の演算における最終的な表面温度Ｔｓの出力に際し、各フィルタについての放射率の関係を示す放射率比を収束させることにより、前述したように放射率比ａ、ｂを導入した三色法において、より高精度な測定結果が得られ、より高い精度での表面温度測定が可能となる。かかる効果について、具体例を用いて説明する。
【０１２１】
対象物の表面状態や対象物の表面における部位や測定に係る適用温度の範囲（対象物の温度）等によっては、各波長帯（各フィルタ）についての放射率の差の大きさが変化する場合がある。つまり各波長帯（各フィルタ）についての放射率間における放射率比が変化する場合がある。かかる場合においては、各フィルタについて、あるいは各熱画像における各画素について（熱画像全体について）、放射率比が一定であるとの仮定（設定）の下での三色法では、その測定結果（表面温度Ｔｓ）に誤差が生じることとなる。
【０１２２】
図７に、各フィルタについての放射率（近似値）と、対象物の温度との関係の一例を示す。本例は、温度測定対象である金型キャビティ面２ａに離型剤が塗布されている状態である場合を示している。なお、対象物の温度（横軸）については、金型キャビティ面２ａの温度が熱電対により測定された温度（熱電対温度（℃））で示している。
図７において、三角形状の各点２８ａは、短波長フィルタ１２ａについての放射率と熱電対温度との関係を示す点である。同様に、四角形状の各点２８ｂは中波長フィルタ１２ｂについての、丸形状の各点２８ｃは長波長フィルタ１２ｃについての、放射率と熱電対温度との関係を示す点である。
【０１２３】
図７に示す放射率と対象物の温度（熱電対温度）との関係から分かるように、各フィルタについて互いの放射率の差の大きさが、対象物の温度によって変化している。つまり、対象物の温度によって放射率比が変化している。
【０１２４】
このように、温度測定の対象物が例えば本実施形態のように鍛造用金型２である場合など、各フィルタ間における放射率比の変化が大きくなる場合がある。各フィルタ間における放射率比の変化が大きくなると、一度算出された放射率比が一定であるとして行われる三色法の演算による誤差が大きくなる。つまり、対象物やその温度範囲などによっては、放射率比が一定であるとして行われる三色法についての測定誤差が大きくなり、測定精度の低下を招く場合がある。
そこで、前述したように、放射率比が導入されて行われる三色法の演算において、放射率比が収束した状態となるまで所定の演算を繰返し、その状態での表面温度Ｔｓを最終的な値として出力することにより、対象物の表面状態などについてより実情に即した温度測定が可能となり、三色法における測定精度の向上を図ることができる。
【０１２５】
以上の本実施形態では、三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィによる表面温度測定方法（三色法）の場合について説明したが、これに限定されず、二色放射温度計が用いられる場合や、波長帯が異なる四種類以上の赤外線を検出可能な温度計が用いられる場合であってもよい。つまり、本発明は、波長帯が異なる複数種類の赤外線が検出されることにより行われる表面温度測定であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態を示す図。
【図２】計測温度（見かけ温度）と測定温度（黒体温度）との関係を示すグラフの一例を示す図。
【図３】放射率（近似値）と対象物の温度との関係の一例を示す図。
【図４】赤外線分布検出装置により得られる熱画像の一例を示す図。
【図５】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。
【図６】同じく収束工程を示すフロー図。
【図７】放射率（近似値）と対象物の温度との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 表面温度測定装置
２ 鍛造用金型（対象物）
２ａ 金型キャビティ面（対象物の表面）
１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１ 赤外線カメラ
１２ａ 短波長フィルタ
１２ｂ 中波長フィルタ
１２ｃ 長波長フィルタ
２１ 制御部
２１ａ 温度変換部（温度変換手段）
２１ｂ 表面温度算出部（表面温度算出手段）
２１ｃ 放射率比算出部（放射率比算出手段）
２１ｄ 分布補正部（分布補正手段）
３０ 熱画像
３１ 特徴分布領域
３２ 特徴形状部
【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、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出工程により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換工程と、
前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出工程と、
前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出工程と、
前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度再算出工程と、
を備える表面温度測定方法。
【請求項２】
前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、
前記表面温度再算出工程の後に、
前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度再算出工程を含む所定の前工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記放射率比を算出する第一の工程と、
前記第一の工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を算出する第二の工程と、を、
前記第一の工程により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返す工程を備える請求項１に記載の表面温度測定方法。
【請求項３】
前記表面温度算出工程の前に、
前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換工程により算出された前記計測温度または前記温度変換工程により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正工程を備える請求項１または請求項２に記載の表面温度測定方法。
【請求項４】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出手段により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換手段と、
前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出手段と、
前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出手段と、
を備え、
前記表面温度算出手段は、
前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度測定装置。
【請求項５】
前記表面温度算出手段と、前記放射率比算出手段とは、互いに協働し、
前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、
前記表面温度算出手段による、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用いた、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づく前記表面温度の算出と、
前記放射率比算出手段による、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づく、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率の算出、ならびにこれらの算出した放射率からの前記放射率比の算出と、を、
前記放射率比算出手段により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の表面温度測定装置。
【請求項６】
前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換手段により算出された前記計測温度または前記温度変換手段により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正手段を備える請求項４または請求項５に記載の表面温度測定装置。
【請求項１】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出工程により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換工程と、
前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出工程と、
前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出工程と、
前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度再算出工程と、
を備える表面温度測定方法。
【請求項２】
前記放射率比算出工程により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、
前記表面温度再算出工程の後に、
前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度再算出工程を含む所定の前工程により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記放射率比を算出する第一の工程と、
前記第一の工程により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換工程により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を算出する第二の工程と、を、
前記第一の工程により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返す工程を備える請求項１に記載の表面温度測定方法。
【請求項３】
前記表面温度算出工程の前に、
前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換工程により算出された前記計測温度または前記温度変換工程により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正工程を備える請求項１または請求項２に記載の表面温度測定方法。
【請求項４】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる複数種類の赤外線の強度分布を検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線の強度分布の各要素について、前記赤外線分布検出手段により検出された前記複数種類の赤外線の強度から計測温度を算出し、この算出した計測温度を、前記対象物が黒体である場合に対応する測定温度として変換する温度変換手段と、
前記複数種類の赤外線の各波長帯について一定と仮定した前記対象物についての放射率を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記対象物の表面温度を算出する表面温度算出手段と、
前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づき、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率を算出し、これらの算出した放射率から、前記各波長帯に対応する前記対象物について放射率同士の比である放射率比を算出する放射率比算出手段と、
を備え、
前記表面温度算出手段は、
前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用い、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づいて前記表面温度を再算出する表面温度測定装置。
【請求項５】
前記表面温度算出手段と、前記放射率比算出手段とは、互いに協働し、
前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比が、１またはそれに近似する値でない場合に、
前記表面温度算出手段による、前記放射率比算出手段により算出された前記放射率比を用いた、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度に基づく前記表面温度の算出と、
前記放射率比算出手段による、前記温度変換手段により得られた前記各波長帯に対応する前記測定温度および前記表面温度算出手段により算出された前記表面温度に基づく、前記各波長帯に対応する前記対象物についての放射率の算出、ならびにこれらの算出した放射率からの前記放射率比の算出と、を、
前記放射率比算出手段により算出される前記放射率比が収束するまで繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の表面温度測定装置。
【請求項６】
前記赤外線の強度分布に基づく、前記計測温度または前記測定温度の分布を示す画像について予め設定される前記対象物の表面における特徴形状部分を含む領域の、前記各波長帯に対応する前記画像同士の相対的なズレに基づき、前記温度変換手段により算出された前記計測温度または前記温度変換手段により得られた前記測定温度の分布を補正する分布補正手段を備える請求項４または請求項５に記載の表面温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２９２３２４（Ｐ２００８−２９２３２４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３８３９９（Ｐ２００７−１３８３９９）
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４２０３５７２）国立大学法人茨城大学 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４２０３５７２）国立大学法人茨城大学 (99)
【Ｆターム（参考）】
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