表面温度測定装置および表面温度測定方法
【課題】対象物の測定温度域が広い場合でも簡便かつ精度良く対象物の表面温度分布を測定することが可能な表面温度測定装置を提供する。
【解決手段】表面温度測定装置１０１に、鍛造用金型１０２の逃がし孔１０２ｂから放射される赤外線強度の検出とキャビティ面１０２ａから放射される波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布の検出とを行う赤外線カメラ１１０と、表面仮温度を算出する表面仮温度算出部１２１ａと、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度とキャビティ面１０２ａの表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶部１２１ｂと、表面仮温度を含む所定温度域について記憶部１２１ｂにより記憶されたデータを直線近似する直線近似データ算出部１２１ｃと、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布と当該直線近似して得られたデータとに基づいてキャビティ面１０２ａの分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｄと、を具備した。
【解決手段】表面温度測定装置１０１に、鍛造用金型１０２の逃がし孔１０２ｂから放射される赤外線強度の検出とキャビティ面１０２ａから放射される波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布の検出とを行う赤外線カメラ１１０と、表面仮温度を算出する表面仮温度算出部１２１ａと、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度とキャビティ面１０２ａの表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶部１２１ｂと、表面仮温度を含む所定温度域について記憶部１２１ｂにより記憶されたデータを直線近似する直線近似データ算出部１２１ｃと、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布と当該直線近似して得られたデータとに基づいてキャビティ面１０２ａの分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｄと、を具備した。
【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。
【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】
【０００６】
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィの場合、図２に示す如く、三色放射温度計が具備する赤外線を検出する素子の特性（対象物表面の温度と赤外線のエネルギーとの関係）はリニアな関係とならず、通常は指数関数的な関係となる。
そして、このような素子の特性を表す関係式をそのまま表面の温度分布の算出に用いると演算量が多くなり、特に温度分布を算出する場合には表面温度分布測定のリアルタイム性が損なわれたり、あるいは高価な演算装置を用いる必要が生じて装置のコストが増大したりするという問題がある。
このような問題を解消する方法としては、測定温度域において対象物表面の温度と赤外線のエネルギーとの関係を累乗関数近似し、演算の負担を軽減する方法が挙げられる。
【０００７】
しかし、三色放射温度計を用いた表面温度分布測定の温度域が広い場合、当該温度域を累乗関数近似して得られる対象物表面の温度と実際の対象物の温度との間の誤差が大きくなり、表面温度分布の測定精度が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は以上の如き状況に鑑み、対象物の測定温度域が広い場合でも簡便かつ精度良く対象物の表面温度分布を測定することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供するものである。
【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】
即ち、請求項１においては、
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出手段と、
前記定点赤外線検出手段により検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出手段と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出手段と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶されたデータを前記表面仮温度算出手段により算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出手段と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の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。
【００１１】
請求項２においては、
前記赤外線分布検出手段は、
互いに異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類以上のフィルターを具備し、
該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラであるものである。
【００１２】
請求項３においては、
前記赤外線分布検出手段は、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラであるものである。
【００１３】
請求項４においては、
前記定点赤外線検出手段は、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出するものである。
【００１４】
請求項５においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、
該孔の深さは該孔の直径の五倍以上であるものである。
【００１５】
請求項６においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料であるものである。
【００１６】
請求項７においては、
前記定点赤外線検出手段は、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計であるものである。
【００１７】
請求項８においては、
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交するものである。
【００１８】
請求項９においては、
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出工程と、
前記定点赤外線検出工程において検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出工程と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出工程と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを前記表面仮温度算出工程において算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出工程と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の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。
【００１９】
請求項１０においては、
前記赤外線分布検出工程において、
互いに異なる波長帯の赤外線が通過可能な三種類以上のフィルターを具備し、
該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラを用いるものである。
【００２０】
請求項１１においては、
前記赤外線分布検出工程において、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラを用いるものである。
【００２１】
請求項１２においては、
前記定点赤外線検出工程において、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出するものである。
【００２２】
請求項１３においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、該孔の深さは該孔の直径の五倍以上であるものである。
【００２３】
請求項１４においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料であるものである。
【００２４】
請求項１５においては、
前記定点赤外線検出工程において、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計を用いるものである。
【００２５】
請求項１６においては、
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交するものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２７】
請求項１においては、簡便かつ精度良く対象物の表面の温度分布を測定することが可能である。
【００２８】
請求項２においては、一台の赤外線カメラで波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を容易に検出することが可能である。
【００２９】
請求項３においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３０】
請求項４においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３１】
請求項５においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３２】
請求項６においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３３】
請求項７においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３４】
請求項８においては、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３５】
請求項９においては、簡便かつ精度良く対象物の表面の温度分布を測定することが可能である。
【００３６】
請求項１０においては、一台の赤外線カメラで波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を容易に検出することが可能である。
【００３７】
請求項１１においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３８】
請求項１２においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３９】
請求項１３においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００４０】
請求項１４においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００４１】
請求項１５においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００４２】
請求項１６においては、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下では、図１および図２を用いて本発明に係る表面温度測定装置の第一実施例である表面温度測定装置１０１について説明する。
【００４４】
図１に示す如く、表面温度測定装置１０１は鍛造用金型１０２の表面、特にキャビティ面１０２ａの温度の分布を測定するものである。表面温度測定装置１０１は主として赤外線カメラ１１０、制御装置１２０を具備する。
【００４５】
鍛造用金型１０２は本発明に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には鍛造物（鍛造用金型１０２により所定の形状に鍛造されたもの）に対応する形状のキャビティ面１０２ａが形成される。
また、鍛造用金型１０２には、キャビティ面１０２ａと外部とを連通する逃がし孔１０２ｂが形成される。逃がし孔１０２ｂは、鍛造用金型１０２を用いて鍛造を行う際にキャビティ内部の圧力が過大となることを防止するために形成される孔であり、キャビティ内に収容されている鍛造物が塑性変形して一部逃がし孔１０２ｂに逃げることによりキャビティ内部の圧力が低下する。
【００４６】
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａには、鍛造物を鍛造用金型１０２から取り出し容易とするために予め離型剤が塗布される。
離型剤を塗布するときのキャビティ面１０２ａの温度が高すぎると離型剤がキャビティ面１０２ａに強固に固着し、鍛造物を容易に取り出すことができなくなる場合がある。また、離型剤を塗布するときのキャビティ面１０２ａの温度が低すぎると塗布された離型剤に水分が残留し、鍛造時にこれが蒸発して鍛造物の品質低下を招く場合がある。
従って、離型剤を塗布するときには、キャビティ面１０２ａの温度が、離型剤がキャビティ面１０２ａに強固に固着することがなく、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を確認する必要がある。
本実施例の表面温度測定装置１０１は、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａに離型剤を塗布するときのキャビティ面１０２ａ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。
【００４７】
なお、本発明に係る表面温度測定装置は本実施例に限定されず、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。
【００４８】
赤外線カメラ１１０は本発明に係る定点赤外線検出手段の実施の一形態であり、かつ、本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態を兼ねるものである。
なお、本実施例では赤外線カメラ１１０が本発明に係る定点赤外線検出手段としての機能と赤外線分布検出手段としての機能とを兼ねる構成としたが、本発明に係る表面温度測定装置はこれに限定されず、定点赤外線検出手段と赤外線分布検出手段とを別体とする構成としても良い。
【００４９】
赤外線カメラ１１０は短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃの計三つのフィルターを具備する。短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃは、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過する性質を有する。
本実施例の場合、短波長フィルター１１１ａは波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線、中波長フィルター１１１ｂは波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線、長波長フィルター１１１ｃは波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を透過する。
なお、以下の説明では波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線を「短波長帯の赤外線」、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線を「中波長帯の赤外線」、波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を「長波長帯の赤外線」と呼ぶこととする。
【００５０】
赤外線カメラ１１０は短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃを交換することにより、これらのフィルターのいずれかを透過した赤外線の強度（の分布）を検出素子１１２で検出する。
検出素子１１２は５μｍ〜１５μｍ程度の波長の赤外線、すなわ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り、赤外線カメラ１１０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。従って、視野内の所定位置から放射される赤外線の強度についても検出することが可能である。
【００５１】
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、本実施例では赤外線カメラ１１０は三つの異なる波長帯（短波長帯、中波長帯、長波長帯）をそれぞれ透過するフィルターを具備する一台の赤外線カメラであるが、本発明に係る赤外線分布検出手段はこれに限定されず、短波長帯、中波長帯、長波長帯の赤外線の強度をそれぞれ検出する三台の赤外線カメラでも良い。
さらに、本実施例の赤外線カメラ１１０は三つの異なる波長帯の赤外線を検出するが、本発明に係る赤外線分布検出手段はこれに限定されず、四つ以上の異なる波長帯の赤外線を検出する構成としても良い。
【００５２】
本実施例の場合、視野内の所定位置における赤外線の強度の検出には長波長フィルター１１１ｃを用いる。これは、一般的に対象物の温度が低いほど対象物から放射される赤外線のエネルギーは低下するが、当該エネルギーに占める長波長成分（赤外線のうち波長が長いもの）の比率は増大する傾向を有することによる。
すなわち、本実施例の場合は対象物たる鍛造用金型１０２が赤熱しない程度の低い温度域（離型剤を塗布する温度域）で用いることから、長波長成分を用いて検出した方が検出精度を確保しやすいことによる。
なお、定点測定点における赤外線の検出にどの波長帯の赤外線を用いるかは、対象物の予想される温度により適宜選択することが望ましい。
【００５３】
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。
【００５４】
制御部１２１は赤外線カメラ１１０の一連の動作を制御するものである。
制御部１２１は、実体的には、後述する表面仮温度算出プログラム、直線近似データ算出プログラム、表面温度分布算出プログラム等を格納する格納手段、これらのプログラム等を展開する展開手段、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、演算結果等を保管する保管手段等を具備する。
【００５５】
制御部１２１は、より具体的には、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群を格納したもので達成することも可能である。
【００５６】
制御部１２１は赤外線カメラ１１０に接続され、赤外線カメラ１１０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１１０により検出された鍛造用金型１０２の表面の所定位置から放射される赤外線の強度、および、鍛造用金型１０２の表面（キャビティ面１０２ａ）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。
【００５７】
入力部１２２は制御部１２１に接続され、制御部１２１に表面温度測定装置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。
【００５８】
表示部１２３は表面温度測定装置１０１の動作状況、入力部１２２から制御部１２１への入力内容、表面温度測定装置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。
【００５９】
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。
【００６０】
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は主として表面仮温度算出部１２１ａ、記憶部１２１ｂ、直線近似データ算出部１２１ｃ、表面温度分布算出部１２１ｄ等を具備する。
【００６１】
表面仮温度算出部１２１ａは本発明に係る表面仮温度算出手段の実施の一形態であり、赤外線カメラ１１０により検出された赤外線の強度に基づいて、対象物の所定位置の表面仮温度を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が格納手段に格納された表面仮温度算出プログラムに従って所定の演算を行うことにより、表面仮温度算出部１２１ａとしての機能を果たす。
ここで、「表面仮温度」は、後述の直線近似データを算出するための所定温度域の決定に用いられる温度であり、対象物の所定位置の温度を指すものである。
本実施例の場合、表面仮温度算出部１２１ａは赤外線カメラ１１０により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａに形成された逃がし孔１０２ｂの開口部分から放射される長波長帯の赤外線の強度Ｑｓに係る情報を取得し、記憶部１２１ｂに記憶されている長波長帯の赤外線の強度Ｑ３と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ３との関係に係るデータとを比較する（Ｑｓを曲線ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３）に代入する）ことにより、逃がし孔１０２ｂの開口部分の温度（表面仮温度）Ｔｐｒを算出する。このとき、ｌｏｇＱｓ＝ｋ３（Ｔｐｒ）が成立する。
【００６２】
逃がし孔１０２ｂは本発明に係る疑似黒体の実施の一形態である。
ここで、「疑似黒体」は対象物の表面に設けられ、放射率εが１に近く（ε≧０．８）、かつその放射率が既知のものをいう。
逃がし孔１０２ｂの内部では赤外線の多重反射が起こるため、逃がし孔１０２ｂに対応する部分については放射率ε≒１と仮定することが可能であり、当該部分から放射される赤外線の強度に基づいて当該部分の（表面）温度を精度良く算出可能である。
なお、逃がし孔１０２ｂの直径Ｒと深さＤの関係は、赤外線の多重反射が適正に起こる（疑似黒体の放射率が十分に１に近付く）ことを担保する観点から、深さＤが直径Ｒの５倍以上であること（Ｄ≧５×Ｒ）が望ましい。対象物に設けた疑似黒体としての孔の深さＤを直径Ｒの５倍とした場合、対象物の放射率が０．３程度であったとしても当該孔の疑似黒体としての放射率（実効放射率）は０．９９５以上となる。
【００６３】
また、本実施例では、対象物たる鍛造用金型１０２に必然的に形成される逃がし孔１０２ｂを疑似黒体として流用しているが、疑似黒体として用いる専用の孔を別途設けても良い。
さらに、対象物が鋳造用金型等、鋳造に直接関係がない孔をキャビティ面に設けることができないものの場合には、合わせ面等に放射率が既知の黒体塗料を塗布し、これを疑似黒体として用いても良い。
【００６４】
記憶部１２１ｂは本発明に係る記憶手段の実施の一形態であり、予め求められた波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と対象物（本実施例の場合、鍛造用金型１０２）の表面温度との関係に係るデータを記憶するものである。
実体的には、制御部１２１が保管手段に当該データを保管（記憶）することにより、記憶部１２１ｂとしての機能を果たす。
短波長フィルター１１１ａを透過して検出される短波長帯の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータは図２に示す曲線ｌｏｇＱ１＝ｋ１（Ｔ１）で表され、中波長フィルター１１１ｂを透過して検出される中波長帯の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータは図２に示す曲線ｌｏｇＱ２＝ｋ２（Ｔ２）で表され、長波長フィルター１１１ｃを透過して検出される長波長帯の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータは図２に示す曲線ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３）で表される。
これらのデータはそれぞれ実験により予め求められ、記憶部１２１ｂに記憶される。
【００６５】
直線近似データ算出部１２１ｃは本発明に係る直線近似データ算出手段の実施の一形態であり、記憶部１２１ｂに記憶されたデータ（波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａとの関係に係るデータ）を、表面仮温度算出部１２１ａにより算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより直線近似データを算出するものである。
実体的には、制御部１２１が格納手段に格納された直線近似データ算出プログラムに従って所定の演算を行うことにより、直線近似データ算出部１２１ｃとしての機能を果たす。
【００６６】
本実施例の場合、表面仮温度Ｔｐｒよりも２５Ｋ低い温度を所定温度域の下限温度Ｔｍｎ（＝Ｔｐｒ−２５）とし、表面仮温度よりも２５Ｋ高い温度を所定温度域の上限温度Ｔｍｘ（＝Ｔｐｒ＋２５）とする。
そして、図２に示す如く、赤外線カメラ１１０により検出される短波長帯の赤外線の強度Ｑ１と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ１との関係に係るデータである曲線ｌｏｇＱ１＝ｋ１（Ｔ１）を直線近似した直線ｌｏｇＱ１＝α１×Ｔ１＋β１の係数α１および係数β１を算出することにより、短波長帯の赤外線についての直線近似データを算出する。
同様に、赤外線カメラ１１０により検出される中波長帯の赤外線の強度Ｑ２と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ２との関係に係るデータである曲線ｌｏｇＱ２＝ｋ２（Ｔ２）を直線近似した直線ｌｏｇＱ２＝α２×Ｔ２＋β２の係数α２および係数β２を算出することにより、中波長帯の赤外線についての直線近似データを算出する。
同様に、赤外線カメラ１１０により検出される長波長帯の赤外線の強度Ｑ３と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ３との関係に係るデータである曲線ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３）を直線近似した直線ｌｏｇＱ３＝α３×Ｔ３＋β３の係数α３および係数β３を算出することにより、長波長帯の赤外線についての直線近似データを算出する。
【００６７】
なお、本実施例では表面仮温度Ｔｐｒを中心とする±２５Ｋの範囲を直線近似データを算出するための所定温度域としたが、本発明に係る表面温度測定装置はこれに限定されず、所定温度域の幅をもっと小さくしたり、逆に大きくしたりすることが可能である。
直線近似データの信頼性（精度）を確保する観点からは所定温度域の幅（所定温度域の上限温度と下限温度の差）を極力小さくすることが望ましいが、所定温度域の幅をあまり小さくし過ぎると算出された温度分布の結果が当該所定温度域から外れてしまい、算出に用いられた直線近似データが不適切となる。従って、所定温度域の幅は対象物の性状に応じて適宜選択する必要がある。
さらに、表面仮温度を必ず所定温度域の中心とする必要はなく、例えば表面仮温度よりも２０Ｋ低い温度を所定温度域の下限温度とし、表面仮温度よりも３０Ｋ高い温度を所定温度域の上限温度とすることも可能である。
【００６８】
上記直線近似の方法は、例えば、（１）直線ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ（ｉ＝１，２，３）を下限温度Ｔｍｎにおける赤外線強度Ｑｍｎｉ（ｌｏｇＱｍｎｉ＝ｋｉ（Ｔｍｎ））および上限温度Ｔｍｘにおける赤外線強度Ｑｍｘｉ（ｌｏｇＱｍｘｉ＝ｋｉ（Ｔｍｘ））を結ぶ直線と定義して係数αｉおよび係数βｉを算出する方法、（２）直線ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ（ｉ＝１，２，３）を下限温度Ｔｍｎから上限温度Ｔｍｘまでの曲線ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）上の幾つかの点（点の数は適宜選択可能）を用いた最小二乗法により求められる直線と定義して係数αｉおよび係数βｉを算出する方法、等が挙げられる。
図２には上記（１）の方法により求められる直線ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉが示されている。
【００６９】
なお、本実施例における赤外線の強度Ｑｉと鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔｉとの関係に係るデータは、赤外線の強度Ｑｉの対数（ｌｏｇＱｉ）を縦軸、表面温度Ｔｉを横軸とする関数の形で定義しているが、本発明に係る表面温度測定装置はこれに限定されず、例えば赤外線の強度Ｑｉの対数（ｌｏｇＱｉ）を縦軸、表面温度Ｔｉの対数（ｌｏｇＴｉ）を横軸とする関数の形で定義する等、他の方法で定義しても良い。
【００７０】
表面温度分布算出部１２１ｄは本発明に係る表面温度算出手段の実施の一形態であり、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）と、直線近似データ（ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）；ｉ＝１，２，３））と、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が格納手段に格納された表面温度分布算出算出プログラムに従って所定の演算を行うことにより、表面温度分布算出部１２１ｄとしての機能を果たす。
【００７１】
表面温度分布算出部１２１ｄは、まず、赤外線カメラ１１０の視野内のある位置（画素）について、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を直線近似データｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ（ｉ＝１，２，３）に代入して測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を算出する。
【００７２】
次に、表面温度分布算出部１２１ｄは、測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を検出素子１１２の周りのエネルギー保存則に基づく式Ｔｉｎｉ＝ε×Ｔｒｎｉ＋（１−ε）×Ｔａｎｉに代入する。
ここで、εは対象物の放射率、Ｔｒは対象物の真の表面温度、Ｔａは対象物の周囲温度である。また、ｎｉ（ｉ＝１，２，３）は乗数であり、検出する赤外線の波長帯や検出素子を構成する材料（半導体材料）により異なる定数である。
【００７３】
続いて、表面温度分布算出部１２１ｄは、代入により求められた三つの方程式Ｔ１ｎ１＝ε×Ｔｒｎ１＋（１−ε）×Ｔａｎ１、Ｔ２ｎ２＝ε×Ｔｒｎ２＋（１−ε）×Ｔａｎ２、Ｔ３ｎ３＝ε×Ｔｒｎ３＋（１−ε）×Ｔａｎ３について、変数をε、Ｔｒ、Ｔａとする連立方程式の解を算出することにより、真の表面温度Ｔｒを算出する。そして、真の表面温度Ｔｒを、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａのある位置における表面温度測定装置１０１による表面温度の測定値とする。
【００７４】
このようにして、表面温度分布算出部１２１ｄは、赤外線カメラ１１０の視野内のある位置（画素）についての真の表面温度Ｔｒを算出する作業を繰り返し、赤外線カメラ１１０の視野内の所定領域（鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ）について真の表面温度の分布を算出する。
【００７５】
以下では、図１乃至図３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。
図３に示す如く、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、表面温度測定装置１０１を用いて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を測定するものであり、主として定点赤外線検出工程Ｓ１０００、表面仮温度算出工程Ｓ２０００、赤外線分布検出工程Ｓ３０００、直線近似データ算出工程Ｓ４０００、表面温度分布算出工程Ｓ５０００を具備する。
【００７６】
定点赤外線検出工程Ｓ１０００は、鍛造用金型１０２の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する工程である。
定点赤外線検出工程Ｓ１０００において、赤外線カメラ１１０は、その定点測定点（焦点）を鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置に形成された逃がし孔１０２ｂの開口部分に合わせ、かつ、長波長フィルター１１１ｃを用いて長波長フィルター１１１ｃを透過した長波長帯の赤外線の強度（赤外エネルギー）を検出素子１１２で検出する。
【００７７】
定点赤外線検出工程Ｓ１０００が終了したら、表面仮温度算出工程Ｓ２０００に移行する。
【００７８】
表面仮温度算出工程Ｓ２０００は、定点赤外線検出工程Ｓ１０００において検出された逃がし孔１０２ｂから放射される赤外線の強度に基づいて鍛造用金型１０２の逃がし孔１０２ｂの部分の温度（表面仮温度）を算出する工程である。
表面仮温度算出工程Ｓ２０００において、制御部１２１は表面仮温度算出プログラムに従って、赤外線カメラ１１０により検出された逃がし孔１０２ｂの開口部分から放射される長波長帯の赤外線の強度に係る情報を取得し、これに基づいて表面仮温度Ｔｐｒを算出する。
【００７９】
表面仮温度算出工程Ｓ２０００が終了したら、赤外線分布検出工程Ｓ３０００に移行する。
【００８０】
赤外線分布検出工程Ｓ３０００は、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ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それぞれ検出する工程である。
赤外線分布検出工程Ｓ３０００において、赤外線カメラ１１０は、まず短波長フィルター１１１ａを用いて短波長帯における赤外線の強度の分布を検出素子１１２で検出する。次に、赤外線カメラ１１０は短波長フィルター１１１ａを中波長フィルター１１１ｂに交換して中波長帯における赤外線の強度の分布を検出素子１１２で検出する。続いて、赤外線カメラ１１０は中波長フィルター１１１ｂを長波長フィルター１１１ｃに交換して長波長帯における赤外線の強度の分布を検出素子１１２で検出する。
【００８１】
赤外線分布検出工程Ｓ３０００が終了したら、直線近似データ算出工程Ｓ４０００に移行する。
【００８２】
直線近似データ算出工程Ｓ４０００は、実験等により予め求められ、記憶部１２１ｂに記憶された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータ（ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）；ｉ＝１，２，３）を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データ（ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ；ｉ＝１，２，３）を算出する工程である。
直線近似データ算出工程Ｓ４０００において、直線近似データ算出部１２１ｃは記憶部１２１ｂに記憶された短波長帯における赤外線の強度Ｑ１と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔ１との関係に係るデータ（ｌｏｇＱ１＝ｋ１（Ｔ１））を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域（本実施例の場合、（Ｔｐｒ−２５）Ｋから（Ｔｐｒ＋２５）Ｋまでの温度域）について直線近似し、図２に示す直線ｌｏｇＱ１＝α１×Ｔ１＋β１の係数α１および係数β１を算出する。
同様に、直線近似データ算出部１２１ｃは記憶部１２１ｂに記憶された中波長帯における赤外線の強度Ｑ２と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔ２との関係に係るデータ（ｌｏｇＱ２＝ｋ２（Ｔ２））を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似し、図２に示す直線ｌｏｇＱ２＝α２×Ｔ２＋β２の係数α２および係数β２を算出する。
同様に、直線近似データ算出部１２１ｃは記憶部１２１ｂに記憶された長波長帯における赤外線の強度Ｑ３と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔ３との関係に係るデータ（ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３））を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似し、図２に示す直線ｌｏｇＱ３＝α３×Ｔ３＋β３の係数α３および係数β３を算出する。
【００８３】
直線近似データ算出工程Ｓ４０００が終了したら、表面温度分布算出工程Ｓ５０００に移行する。
【００８４】
表面温度分布算出工程Ｓ５０００は、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）と、直線近似データ算出工程Ｓ４０００において選出された直線近似データ（ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）；ｉ＝１，２，３））と、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を算出する工程である。
表面温度分布算出工程Ｓ５０００において、表面温度分布算出部１２１ｄは、測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を算出し、三つの方程式Ｔ１ｎ１＝ε×Ｔｒｎ１＋（１−ε）×Ｔａｎ１、Ｔ２ｎ２＝ε×Ｔｒｎ２＋（１−ε）×Ｔａｎ２、Ｔ３ｎ３＝ε×Ｔｒｎ３＋（１−ε）×Ｔａｎ３について変数をε、Ｔｒ、Ｔａとする連立方程式の解を算出することにより、真の表面温度Ｔｒを算出する。そして、真の表面温度Ｔｒを、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａのある位置における表面温度測定装置１０１による表面温度の測定値とする作業を繰り返し、赤外線カメラ１１０の視野内の所定領域（鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ）について真の表面温度の分布を算出する。
【００８５】
以下では、図４を用いて本発明に係る表面温度測定装置の第二実施例である表面温度測定装置２０１について説明する。
なお、以下では説明の便宜上、本発明に係る表面温度測定装置の第一実施例である表面温度測定装置１０１と略同じ構成の部材については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
図４に示す如く、表面温度測定装置２０１は鋳造用金型２０２の表面、特にキャビティ面２０２ａ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は主として赤外線カメラ１１０、制御装置１２０、放射温度計（パイロメータ）１３０を具備する。
【００８７】
鋳造用金型２０２は本発明に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には鋳造物（鋳造用金型２０２により所定の形状に鋳造されたもの）に対応する形状のキャビティ面２０２ａが形成される。
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａには疑似黒体として用いるための孔は設けられていない。これは鍛造の場合と異なり、鋳造の場合には当該孔に溶湯が差し込むことにより鋳造品の形状品質に影響を及ぼし得ることによる。
【００８８】
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａには、鋳造物を鋳造用金型２０２から取り出し容易とするために予め離型剤が塗布される。
離型剤を塗布するときのキャビティ面２０２ａの温度が高すぎると離型剤がキャビティ面２０２ａに強固に固着し、鋳造物を容易に取り出すことができなくなる場合がある。また、離型剤を塗布するときのキャビティ面２０２ａの温度が低すぎると塗布された離型剤に水分が残留し、鋳造時にこれが蒸発して鋳造物に巻き込まれ、鋳巣の原因となる等の品質低下を招く場合がある。
従って、離型剤を塗布するときには、キャビティ面２０２ａの温度が、離型剤がキャビティ面２０２ａに強固に固着することがなく、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を確認する必要がある。
本実施例の表面温度測定装置２０１は、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａに離型剤を塗布するときのキャビティ面２０２ａ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。
【００８９】
放射温度計１３０は本発明に係る定点赤外線検出手段の実施の一形態である。従って、表面温度測定装置２０１においては、赤外線カメラ１１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態としてのみ用いる。放射温度計１３０は検出素子１３２を具備する。
検出素子１３２は単素子型の半導体素子であり、赤外線カメラ１１０に比べて、定点の赤外線の強度を精度良く検出することが可能である。なお、検出素子１３２を構成する材料（半導体材料）は特に限定されず、対象物の予想される温度域等に応じて適宜選択される。
【００９０】
放射温度計１３０によるキャビティ面２０２ａの所定位置の表面温度の測定精度を向上させるためには、表面が極力平滑な部分を選択し、当該表面と放射温度計１３０の測定軸１３０ａを極力直交させることが望ましい。
【００９１】
以上の如く、表面温度測定装置１０１は、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置に形成された疑似黒体である逃がし孔１０２ｂ（の開口部分）から放射される赤外線の強度を検出するとともに、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ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（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラ１１０と、
赤外線カメラ１１０により検出された逃がし孔１０２ｂ（の開口部分）から放射される赤外線の強度に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの逃がし孔１０２ｂ（の開口部分）の表面仮温度Ｔｐｒを算出する表面仮温度算出部１２１ａと、
予め求められた波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶部１２１ｂと、
記憶部１２１ｂにより記憶されたデータを表面仮温度算出部１２１ａにより算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出部１２１ｃと、
波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と、直線近似データと、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｄと、
を具備するものである。
このように構成することにより、表面温度測定装置１０１は鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置における表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域で直線近似したデータを用いて各波長帯の赤外線の強度と表面温度との関係を補正するため、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの測定温度域が広い場合でも表面温度の測定精度を確保しつつ表面温度分布の算出に係る演算量を減らすことが可能である。
従って、簡便かつ精度良く鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を測定することが可能である。
【００９２】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０は、
互いに異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類以上のフィルターである短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃを具備し、
短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃを交換することにより波長帯が異なる三種類の赤外線（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布をそれぞれ検出するものである。
このように構成することにより、一台の赤外線カメラ１１０で波長帯が異なる三種類の赤外線（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布を容易に検出することが可能である。
また、表面温度測定装置１０１の全体の製造コストを抑えることも可能である。
【００９３】
また、表面温度測定装置１０１は、
赤外線カメラ１１０に代えて、それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する三台の赤外線カメラを用いることも可能である。
このように構成することにより、一台の赤外線カメラ１１０を用いる場合よりも表面温度測定装置１０１の全体の製造コストは増大するが、それぞれの波長帯に応じて測定精度の高い検出素子を用いることができ、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９４】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０は、
キャビティ面１０２ａの所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出するものである。
このように構成することにより、表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９５】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０により検出される赤外線を放射する疑似黒体は、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置に開口した逃がし孔１０２ｂであり、
逃がし孔１０２ｂの深さＤは逃がし孔１０２ｂの直径Ｒの五倍以上であるものである。
このように構成することにより、逃がし孔１０２ｂの放射率εを１と近似することが可能であり、表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９６】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０により検出される赤外線を放射する疑似黒体を、逃がし孔１０２ｂに代えて、鍛造用金型１０２の表面の所定位置（例えば、鍛造用金型１０２の合わせ面）に塗布された黒体塗料としても良い。
このように構成することにより、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも、対象物の表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９７】
また、表面温度測定装置２０１は、
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの所定位置から放射される赤外線の強度を検出する単素子型の検出素子１３２を用いた放射温度計１３０と、
放射温度計１３０により検出された鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの所定位置から放射される赤外線の強度に基づいて当該所定位置の表面仮温度Ｔｐｒを算出する表面仮温度算出部１２１ａと、
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａ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（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラ１１０と、
予め求められた波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶部１２１ｂと、
記憶部１２１ｂにより記憶されたデータを表面仮温度算出部１２１ａにより算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出部１２１ｃと、
波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と、直線近似データと、に基づいて鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｄと、
を具備するものである。
このように構成することにより、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａに開口する孔を設けることができない場合でも、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９８】
また、表面温度測定装置２０１は、
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの所定位置と放射温度計１３０の測定軸１３０ａとを略直交するものである。
このように構成することにより、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９９】
また、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａに形成された逃がし孔１０２ｂの開口部分から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出工程Ｓ１０００と、
定点赤外線検出工程Ｓ１０００において検出された赤外線の強度に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの逃がし孔１０２ｂの開口部分の表面仮温度Ｔｐｒを算出する表面仮温度算出工程Ｓ２０００と、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ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それぞれ検出する赤外線分布検出工程Ｓ３０００と、
実験等により予め求められ、記憶部１２１ｂに記憶された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータを、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出工程Ｓ４０００と、
波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と、直線近似データ算出工程Ｓ４０００において選出された各波長帯に対応する直線近似データと、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を算出する表面温度分布算出工程Ｓ５０００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置における表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域で直線近似したデータを用いて各波長帯の赤外線の強度と表面温度との関係を補正するため、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの測定温度域が広い場合でも表面温度の測定精度を確保しつつ表面温度分布の算出に係る演算量を減らすことが可能である。
従って、簡便かつ精度良く鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を測定することが可能である。
【０１００】
なお、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、定点赤外線検出工程Ｓ１０００→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→赤外線分布検出工程Ｓ３０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成としたが、本発明に係る表面温度測定方法はこれに限定されない。
すなわち、（Ａ）表面仮温度算出工程Ｓ２０００が定点赤外線検出工程Ｓ１０００よりも後の工程であること、（Ｂ）直線近似データ算出工程Ｓ４０００が表面仮温度算出工程Ｓ２０００よりも後工程かつ赤外線分布検出工程Ｓ３０００よりも後工程であること、（Ｃ）表面温度分布算出工程Ｓ５０００が直線近似データ算出工程Ｓ４０００よりも後工程であること、の三つの要件を満たせば同様の効果を奏することによる。
また、定点赤外線検出工程Ｓ１０００および赤外線分布検出工程Ｓ３０００については、装置構成によっては順序を逆としても良く、並行して実施しても良い。
【０１０１】
本発明に係る表面温度測定方法の別の実施例としては、例えば、（ａ）定点赤外線検出工程Ｓ１０００→赤外線分布検出工程Ｓ３０００→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成、（ｂ）定点赤外線検出工程Ｓ１０００および赤外線分布検出工程Ｓ３０００を並行して実施→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成、（ｃ）赤外線分布検出工程Ｓ３０００→定点赤外線検出工程Ｓ１０００→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成、等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る表面温度測定装置の第一実施例を示す図。
【図２】赤外線の強度と対象物の表面温度との関係を示す図。
【図３】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４】本発明に係る表面温度測定装置の第二実施例を示す図。
【符号の説明】
【０１０３】
１０１ 表面温度測定装置
１０２ 鍛造用金型（対象物）
１０２ａ キャビティ面（対象物の表面）
１１０ 赤外線カメラ（定点赤外線検出手段、赤外線分布検出手段）
１２１ａ 表面仮温度算出部（表面仮温度算出手段）
１２１ｂ 記憶部（記憶手段）
１２１ｃ 直線近似データ算出部（直線近似データ算出手段）
１２１ｄ 表面温度分布算出部（表面温度分布算出手段）
【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。
【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】
【０００６】
三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィの場合、図２に示す如く、三色放射温度計が具備する赤外線を検出する素子の特性（対象物表面の温度と赤外線のエネルギーとの関係）はリニアな関係とならず、通常は指数関数的な関係となる。
そして、このような素子の特性を表す関係式をそのまま表面の温度分布の算出に用いると演算量が多くなり、特に温度分布を算出する場合には表面温度分布測定のリアルタイム性が損なわれたり、あるいは高価な演算装置を用いる必要が生じて装置のコストが増大したりするという問題がある。
このような問題を解消する方法としては、測定温度域において対象物表面の温度と赤外線のエネルギーとの関係を累乗関数近似し、演算の負担を軽減する方法が挙げられる。
【０００７】
しかし、三色放射温度計を用いた表面温度分布測定の温度域が広い場合、当該温度域を累乗関数近似して得られる対象物表面の温度と実際の対象物の温度との間の誤差が大きくなり、表面温度分布の測定精度が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は以上の如き状況に鑑み、対象物の測定温度域が広い場合でも簡便かつ精度良く対象物の表面温度分布を測定することが可能な表面温度測定装置および表面温度測定方法を提供するものである。
【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】
即ち、請求項１においては、
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出手段と、
前記定点赤外線検出手段により検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出手段と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出手段と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶されたデータを前記表面仮温度算出手段により算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出手段と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の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。
【００１１】
請求項２においては、
前記赤外線分布検出手段は、
互いに異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類以上のフィルターを具備し、
該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラであるものである。
【００１２】
請求項３においては、
前記赤外線分布検出手段は、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラであるものである。
【００１３】
請求項４においては、
前記定点赤外線検出手段は、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出するものである。
【００１４】
請求項５においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、
該孔の深さは該孔の直径の五倍以上であるものである。
【００１５】
請求項６においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料であるものである。
【００１６】
請求項７においては、
前記定点赤外線検出手段は、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計であるものである。
【００１７】
請求項８においては、
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交するものである。
【００１８】
請求項９においては、
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出工程と、
前記定点赤外線検出工程において検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出工程と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出工程と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを前記表面仮温度算出工程において算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出工程と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の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。
【００１９】
請求項１０においては、
前記赤外線分布検出工程において、
互いに異なる波長帯の赤外線が通過可能な三種類以上のフィルターを具備し、
該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラを用いるものである。
【００２０】
請求項１１においては、
前記赤外線分布検出工程において、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラを用いるものである。
【００２１】
請求項１２においては、
前記定点赤外線検出工程において、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出するものである。
【００２２】
請求項１３においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、該孔の深さは該孔の直径の五倍以上であるものである。
【００２３】
請求項１４においては、
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料であるものである。
【００２４】
請求項１５においては、
前記定点赤外線検出工程において、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計を用いるものである。
【００２５】
請求項１６においては、
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交するものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２７】
請求項１においては、簡便かつ精度良く対象物の表面の温度分布を測定することが可能である。
【００２８】
請求項２においては、一台の赤外線カメラで波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を容易に検出することが可能である。
【００２９】
請求項３においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３０】
請求項４においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３１】
請求項５においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３２】
請求項６においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３３】
請求項７においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３４】
請求項８においては、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３５】
請求項９においては、簡便かつ精度良く対象物の表面の温度分布を測定することが可能である。
【００３６】
請求項１０においては、一台の赤外線カメラで波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を容易に検出することが可能である。
【００３７】
請求項１１においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３８】
請求項１２においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００３９】
請求項１３においては、対象物の表面の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００４０】
請求項１４においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００４１】
請求項１５においては、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００４２】
請求項１６においては、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下では、図１および図２を用いて本発明に係る表面温度測定装置の第一実施例である表面温度測定装置１０１について説明する。
【００４４】
図１に示す如く、表面温度測定装置１０１は鍛造用金型１０２の表面、特にキャビティ面１０２ａの温度の分布を測定するものである。表面温度測定装置１０１は主として赤外線カメラ１１０、制御装置１２０を具備する。
【００４５】
鍛造用金型１０２は本発明に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には鍛造物（鍛造用金型１０２により所定の形状に鍛造されたもの）に対応する形状のキャビティ面１０２ａが形成される。
また、鍛造用金型１０２には、キャビティ面１０２ａと外部とを連通する逃がし孔１０２ｂが形成される。逃がし孔１０２ｂは、鍛造用金型１０２を用いて鍛造を行う際にキャビティ内部の圧力が過大となることを防止するために形成される孔であり、キャビティ内に収容されている鍛造物が塑性変形して一部逃がし孔１０２ｂに逃げることによりキャビティ内部の圧力が低下する。
【００４６】
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａには、鍛造物を鍛造用金型１０２から取り出し容易とするために予め離型剤が塗布される。
離型剤を塗布するときのキャビティ面１０２ａの温度が高すぎると離型剤がキャビティ面１０２ａに強固に固着し、鍛造物を容易に取り出すことができなくなる場合がある。また、離型剤を塗布するときのキャビティ面１０２ａの温度が低すぎると塗布された離型剤に水分が残留し、鍛造時にこれが蒸発して鍛造物の品質低下を招く場合がある。
従って、離型剤を塗布するときには、キャビティ面１０２ａの温度が、離型剤がキャビティ面１０２ａに強固に固着することがなく、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を確認する必要がある。
本実施例の表面温度測定装置１０１は、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａに離型剤を塗布するときのキャビティ面１０２ａ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。
【００４７】
なお、本発明に係る表面温度測定装置は本実施例に限定されず、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。
【００４８】
赤外線カメラ１１０は本発明に係る定点赤外線検出手段の実施の一形態であり、かつ、本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態を兼ねるものである。
なお、本実施例では赤外線カメラ１１０が本発明に係る定点赤外線検出手段としての機能と赤外線分布検出手段としての機能とを兼ねる構成としたが、本発明に係る表面温度測定装置はこれに限定されず、定点赤外線検出手段と赤外線分布検出手段とを別体とする構成としても良い。
【００４９】
赤外線カメラ１１０は短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃの計三つのフィルターを具備する。短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃは、それぞれ異なる波長帯の赤外線を透過する性質を有する。
本実施例の場合、短波長フィルター１１１ａは波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線、中波長フィルター１１１ｂは波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線、長波長フィルター１１１ｃは波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を透過する。
なお、以下の説明では波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線を「短波長帯の赤外線」、波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線を「中波長帯の赤外線」、波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を「長波長帯の赤外線」と呼ぶこととする。
【００５０】
赤外線カメラ１１０は短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃを交換することにより、これらのフィルターのいずれかを透過した赤外線の強度（の分布）を検出素子１１２で検出する。
検出素子１１２は５μｍ〜１５μｍ程度の波長の赤外線、すなわ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り、赤外線カメラ１１０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。従って、視野内の所定位置から放射される赤外線の強度についても検出することが可能である。
【００５１】
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、本実施例では赤外線カメラ１１０は三つの異なる波長帯（短波長帯、中波長帯、長波長帯）をそれぞれ透過するフィルターを具備する一台の赤外線カメラであるが、本発明に係る赤外線分布検出手段はこれに限定されず、短波長帯、中波長帯、長波長帯の赤外線の強度をそれぞれ検出する三台の赤外線カメラでも良い。
さらに、本実施例の赤外線カメラ１１０は三つの異なる波長帯の赤外線を検出するが、本発明に係る赤外線分布検出手段はこれに限定されず、四つ以上の異なる波長帯の赤外線を検出する構成としても良い。
【００５２】
本実施例の場合、視野内の所定位置における赤外線の強度の検出には長波長フィルター１１１ｃを用いる。これは、一般的に対象物の温度が低いほど対象物から放射される赤外線のエネルギーは低下するが、当該エネルギーに占める長波長成分（赤外線のうち波長が長いもの）の比率は増大する傾向を有することによる。
すなわち、本実施例の場合は対象物たる鍛造用金型１０２が赤熱しない程度の低い温度域（離型剤を塗布する温度域）で用いることから、長波長成分を用いて検出した方が検出精度を確保しやすいことによる。
なお、定点測定点における赤外線の検出にどの波長帯の赤外線を用いるかは、対象物の予想される温度により適宜選択することが望ましい。
【００５３】
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。
【００５４】
制御部１２１は赤外線カメラ１１０の一連の動作を制御するものである。
制御部１２１は、実体的には、後述する表面仮温度算出プログラム、直線近似データ算出プログラム、表面温度分布算出プログラム等を格納する格納手段、これらのプログラム等を展開する展開手段、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、演算結果等を保管する保管手段等を具備する。
【００５５】
制御部１２１は、より具体的には、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群を格納したもので達成することも可能である。
【００５６】
制御部１２１は赤外線カメラ１１０に接続され、赤外線カメラ１１０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１１０により検出された鍛造用金型１０２の表面の所定位置から放射される赤外線の強度、および、鍛造用金型１０２の表面（キャビティ面１０２ａ）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。
【００５７】
入力部１２２は制御部１２１に接続され、制御部１２１に表面温度測定装置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。
【００５８】
表示部１２３は表面温度測定装置１０１の動作状況、入力部１２２から制御部１２１への入力内容、表面温度測定装置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。
【００５９】
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。
【００６０】
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は主として表面仮温度算出部１２１ａ、記憶部１２１ｂ、直線近似データ算出部１２１ｃ、表面温度分布算出部１２１ｄ等を具備する。
【００６１】
表面仮温度算出部１２１ａは本発明に係る表面仮温度算出手段の実施の一形態であり、赤外線カメラ１１０により検出された赤外線の強度に基づいて、対象物の所定位置の表面仮温度を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が格納手段に格納された表面仮温度算出プログラムに従って所定の演算を行うことにより、表面仮温度算出部１２１ａとしての機能を果たす。
ここで、「表面仮温度」は、後述の直線近似データを算出するための所定温度域の決定に用いられる温度であり、対象物の所定位置の温度を指すものである。
本実施例の場合、表面仮温度算出部１２１ａは赤外線カメラ１１０により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａに形成された逃がし孔１０２ｂの開口部分から放射される長波長帯の赤外線の強度Ｑｓに係る情報を取得し、記憶部１２１ｂに記憶されている長波長帯の赤外線の強度Ｑ３と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ３との関係に係るデータとを比較する（Ｑｓを曲線ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３）に代入する）ことにより、逃がし孔１０２ｂの開口部分の温度（表面仮温度）Ｔｐｒを算出する。このとき、ｌｏｇＱｓ＝ｋ３（Ｔｐｒ）が成立する。
【００６２】
逃がし孔１０２ｂは本発明に係る疑似黒体の実施の一形態である。
ここで、「疑似黒体」は対象物の表面に設けられ、放射率εが１に近く（ε≧０．８）、かつその放射率が既知のものをいう。
逃がし孔１０２ｂの内部では赤外線の多重反射が起こるため、逃がし孔１０２ｂに対応する部分については放射率ε≒１と仮定することが可能であり、当該部分から放射される赤外線の強度に基づいて当該部分の（表面）温度を精度良く算出可能である。
なお、逃がし孔１０２ｂの直径Ｒと深さＤの関係は、赤外線の多重反射が適正に起こる（疑似黒体の放射率が十分に１に近付く）ことを担保する観点から、深さＤが直径Ｒの５倍以上であること（Ｄ≧５×Ｒ）が望ましい。対象物に設けた疑似黒体としての孔の深さＤを直径Ｒの５倍とした場合、対象物の放射率が０．３程度であったとしても当該孔の疑似黒体としての放射率（実効放射率）は０．９９５以上となる。
【００６３】
また、本実施例では、対象物たる鍛造用金型１０２に必然的に形成される逃がし孔１０２ｂを疑似黒体として流用しているが、疑似黒体として用いる専用の孔を別途設けても良い。
さらに、対象物が鋳造用金型等、鋳造に直接関係がない孔をキャビティ面に設けることができないものの場合には、合わせ面等に放射率が既知の黒体塗料を塗布し、これを疑似黒体として用いても良い。
【００６４】
記憶部１２１ｂは本発明に係る記憶手段の実施の一形態であり、予め求められた波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と対象物（本実施例の場合、鍛造用金型１０２）の表面温度との関係に係るデータを記憶するものである。
実体的には、制御部１２１が保管手段に当該データを保管（記憶）することにより、記憶部１２１ｂとしての機能を果たす。
短波長フィルター１１１ａを透過して検出される短波長帯の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータは図２に示す曲線ｌｏｇＱ１＝ｋ１（Ｔ１）で表され、中波長フィルター１１１ｂを透過して検出される中波長帯の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータは図２に示す曲線ｌｏｇＱ２＝ｋ２（Ｔ２）で表され、長波長フィルター１１１ｃを透過して検出される長波長帯の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータは図２に示す曲線ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３）で表される。
これらのデータはそれぞれ実験により予め求められ、記憶部１２１ｂに記憶される。
【００６５】
直線近似データ算出部１２１ｃは本発明に係る直線近似データ算出手段の実施の一形態であり、記憶部１２１ｂに記憶されたデータ（波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａとの関係に係るデータ）を、表面仮温度算出部１２１ａにより算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより直線近似データを算出するものである。
実体的には、制御部１２１が格納手段に格納された直線近似データ算出プログラムに従って所定の演算を行うことにより、直線近似データ算出部１２１ｃとしての機能を果たす。
【００６６】
本実施例の場合、表面仮温度Ｔｐｒよりも２５Ｋ低い温度を所定温度域の下限温度Ｔｍｎ（＝Ｔｐｒ−２５）とし、表面仮温度よりも２５Ｋ高い温度を所定温度域の上限温度Ｔｍｘ（＝Ｔｐｒ＋２５）とする。
そして、図２に示す如く、赤外線カメラ１１０により検出される短波長帯の赤外線の強度Ｑ１と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ１との関係に係るデータである曲線ｌｏｇＱ１＝ｋ１（Ｔ１）を直線近似した直線ｌｏｇＱ１＝α１×Ｔ１＋β１の係数α１および係数β１を算出することにより、短波長帯の赤外線についての直線近似データを算出する。
同様に、赤外線カメラ１１０により検出される中波長帯の赤外線の強度Ｑ２と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ２との関係に係るデータである曲線ｌｏｇＱ２＝ｋ２（Ｔ２）を直線近似した直線ｌｏｇＱ２＝α２×Ｔ２＋β２の係数α２および係数β２を算出することにより、中波長帯の赤外線についての直線近似データを算出する。
同様に、赤外線カメラ１１０により検出される長波長帯の赤外線の強度Ｑ３と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔ３との関係に係るデータである曲線ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３）を直線近似した直線ｌｏｇＱ３＝α３×Ｔ３＋β３の係数α３および係数β３を算出することにより、長波長帯の赤外線についての直線近似データを算出する。
【００６７】
なお、本実施例では表面仮温度Ｔｐｒを中心とする±２５Ｋの範囲を直線近似データを算出するための所定温度域としたが、本発明に係る表面温度測定装置はこれに限定されず、所定温度域の幅をもっと小さくしたり、逆に大きくしたりすることが可能である。
直線近似データの信頼性（精度）を確保する観点からは所定温度域の幅（所定温度域の上限温度と下限温度の差）を極力小さくすることが望ましいが、所定温度域の幅をあまり小さくし過ぎると算出された温度分布の結果が当該所定温度域から外れてしまい、算出に用いられた直線近似データが不適切となる。従って、所定温度域の幅は対象物の性状に応じて適宜選択する必要がある。
さらに、表面仮温度を必ず所定温度域の中心とする必要はなく、例えば表面仮温度よりも２０Ｋ低い温度を所定温度域の下限温度とし、表面仮温度よりも３０Ｋ高い温度を所定温度域の上限温度とすることも可能である。
【００６８】
上記直線近似の方法は、例えば、（１）直線ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ（ｉ＝１，２，３）を下限温度Ｔｍｎにおける赤外線強度Ｑｍｎｉ（ｌｏｇＱｍｎｉ＝ｋｉ（Ｔｍｎ））および上限温度Ｔｍｘにおける赤外線強度Ｑｍｘｉ（ｌｏｇＱｍｘｉ＝ｋｉ（Ｔｍｘ））を結ぶ直線と定義して係数αｉおよび係数βｉを算出する方法、（２）直線ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ（ｉ＝１，２，３）を下限温度Ｔｍｎから上限温度Ｔｍｘまでの曲線ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）上の幾つかの点（点の数は適宜選択可能）を用いた最小二乗法により求められる直線と定義して係数αｉおよび係数βｉを算出する方法、等が挙げられる。
図２には上記（１）の方法により求められる直線ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉが示されている。
【００６９】
なお、本実施例における赤外線の強度Ｑｉと鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度Ｔｉとの関係に係るデータは、赤外線の強度Ｑｉの対数（ｌｏｇＱｉ）を縦軸、表面温度Ｔｉを横軸とする関数の形で定義しているが、本発明に係る表面温度測定装置はこれに限定されず、例えば赤外線の強度Ｑｉの対数（ｌｏｇＱｉ）を縦軸、表面温度Ｔｉの対数（ｌｏｇＴｉ）を横軸とする関数の形で定義する等、他の方法で定義しても良い。
【００７０】
表面温度分布算出部１２１ｄは本発明に係る表面温度算出手段の実施の一形態であり、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）と、直線近似データ（ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）；ｉ＝１，２，３））と、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が格納手段に格納された表面温度分布算出算出プログラムに従って所定の演算を行うことにより、表面温度分布算出部１２１ｄとしての機能を果たす。
【００７１】
表面温度分布算出部１２１ｄは、まず、赤外線カメラ１１０の視野内のある位置（画素）について、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を直線近似データｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ（ｉ＝１，２，３）に代入して測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を算出する。
【００７２】
次に、表面温度分布算出部１２１ｄは、測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を検出素子１１２の周りのエネルギー保存則に基づく式Ｔｉｎｉ＝ε×Ｔｒｎｉ＋（１−ε）×Ｔａｎｉに代入する。
ここで、εは対象物の放射率、Ｔｒは対象物の真の表面温度、Ｔａは対象物の周囲温度である。また、ｎｉ（ｉ＝１，２，３）は乗数であり、検出する赤外線の波長帯や検出素子を構成する材料（半導体材料）により異なる定数である。
【００７３】
続いて、表面温度分布算出部１２１ｄは、代入により求められた三つの方程式Ｔ１ｎ１＝ε×Ｔｒｎ１＋（１−ε）×Ｔａｎ１、Ｔ２ｎ２＝ε×Ｔｒｎ２＋（１−ε）×Ｔａｎ２、Ｔ３ｎ３＝ε×Ｔｒｎ３＋（１−ε）×Ｔａｎ３について、変数をε、Ｔｒ、Ｔａとする連立方程式の解を算出することにより、真の表面温度Ｔｒを算出する。そして、真の表面温度Ｔｒを、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａのある位置における表面温度測定装置１０１による表面温度の測定値とする。
【００７４】
このようにして、表面温度分布算出部１２１ｄは、赤外線カメラ１１０の視野内のある位置（画素）についての真の表面温度Ｔｒを算出する作業を繰り返し、赤外線カメラ１１０の視野内の所定領域（鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ）について真の表面温度の分布を算出する。
【００７５】
以下では、図１乃至図３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。
図３に示す如く、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、表面温度測定装置１０１を用いて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を測定するものであり、主として定点赤外線検出工程Ｓ１０００、表面仮温度算出工程Ｓ２０００、赤外線分布検出工程Ｓ３０００、直線近似データ算出工程Ｓ４０００、表面温度分布算出工程Ｓ５０００を具備する。
【００７６】
定点赤外線検出工程Ｓ１０００は、鍛造用金型１０２の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する工程である。
定点赤外線検出工程Ｓ１０００において、赤外線カメラ１１０は、その定点測定点（焦点）を鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置に形成された逃がし孔１０２ｂの開口部分に合わせ、かつ、長波長フィルター１１１ｃを用いて長波長フィルター１１１ｃを透過した長波長帯の赤外線の強度（赤外エネルギー）を検出素子１１２で検出する。
【００７７】
定点赤外線検出工程Ｓ１０００が終了したら、表面仮温度算出工程Ｓ２０００に移行する。
【００７８】
表面仮温度算出工程Ｓ２０００は、定点赤外線検出工程Ｓ１０００において検出された逃がし孔１０２ｂから放射される赤外線の強度に基づいて鍛造用金型１０２の逃がし孔１０２ｂの部分の温度（表面仮温度）を算出する工程である。
表面仮温度算出工程Ｓ２０００において、制御部１２１は表面仮温度算出プログラムに従って、赤外線カメラ１１０により検出された逃がし孔１０２ｂの開口部分から放射される長波長帯の赤外線の強度に係る情報を取得し、これに基づいて表面仮温度Ｔｐｒを算出する。
【００７９】
表面仮温度算出工程Ｓ２０００が終了したら、赤外線分布検出工程Ｓ３０００に移行する。
【００８０】
赤外線分布検出工程Ｓ３０００は、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ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それぞれ検出する工程である。
赤外線分布検出工程Ｓ３０００において、赤外線カメラ１１０は、まず短波長フィルター１１１ａを用いて短波長帯における赤外線の強度の分布を検出素子１１２で検出する。次に、赤外線カメラ１１０は短波長フィルター１１１ａを中波長フィルター１１１ｂに交換して中波長帯における赤外線の強度の分布を検出素子１１２で検出する。続いて、赤外線カメラ１１０は中波長フィルター１１１ｂを長波長フィルター１１１ｃに交換して長波長帯における赤外線の強度の分布を検出素子１１２で検出する。
【００８１】
赤外線分布検出工程Ｓ３０００が終了したら、直線近似データ算出工程Ｓ４０００に移行する。
【００８２】
直線近似データ算出工程Ｓ４０００は、実験等により予め求められ、記憶部１２１ｂに記憶された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータ（ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）；ｉ＝１，２，３）を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データ（ｌｏｇＱｉ＝αｉ×Ｔｉ＋βｉ；ｉ＝１，２，３）を算出する工程である。
直線近似データ算出工程Ｓ４０００において、直線近似データ算出部１２１ｃは記憶部１２１ｂに記憶された短波長帯における赤外線の強度Ｑ１と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔ１との関係に係るデータ（ｌｏｇＱ１＝ｋ１（Ｔ１））を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域（本実施例の場合、（Ｔｐｒ−２５）Ｋから（Ｔｐｒ＋２５）Ｋまでの温度域）について直線近似し、図２に示す直線ｌｏｇＱ１＝α１×Ｔ１＋β１の係数α１および係数β１を算出する。
同様に、直線近似データ算出部１２１ｃは記憶部１２１ｂに記憶された中波長帯における赤外線の強度Ｑ２と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔ２との関係に係るデータ（ｌｏｇＱ２＝ｋ２（Ｔ２））を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似し、図２に示す直線ｌｏｇＱ２＝α２×Ｔ２＋β２の係数α２および係数β２を算出する。
同様に、直線近似データ算出部１２１ｃは記憶部１２１ｂに記憶された長波長帯における赤外線の強度Ｑ３と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔ３との関係に係るデータ（ｌｏｇＱ３＝ｋ３（Ｔ３））を、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似し、図２に示す直線ｌｏｇＱ３＝α３×Ｔ３＋β３の係数α３および係数β３を算出する。
【００８３】
直線近似データ算出工程Ｓ４０００が終了したら、表面温度分布算出工程Ｓ５０００に移行する。
【００８４】
表面温度分布算出工程Ｓ５０００は、波長帯が異なる三種類の赤外線の強度（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）と、直線近似データ算出工程Ｓ４０００において選出された直線近似データ（ｌｏｇＱｉ＝ｋｉ（Ｔｉ）；ｉ＝１，２，３））と、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を算出する工程である。
表面温度分布算出工程Ｓ５０００において、表面温度分布算出部１２１ｄは、測定温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を算出し、三つの方程式Ｔ１ｎ１＝ε×Ｔｒｎ１＋（１−ε）×Ｔａｎ１、Ｔ２ｎ２＝ε×Ｔｒｎ２＋（１−ε）×Ｔａｎ２、Ｔ３ｎ３＝ε×Ｔｒｎ３＋（１−ε）×Ｔａｎ３について変数をε、Ｔｒ、Ｔａとする連立方程式の解を算出することにより、真の表面温度Ｔｒを算出する。そして、真の表面温度Ｔｒを、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａのある位置における表面温度測定装置１０１による表面温度の測定値とする作業を繰り返し、赤外線カメラ１１０の視野内の所定領域（鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ）について真の表面温度の分布を算出する。
【００８５】
以下では、図４を用いて本発明に係る表面温度測定装置の第二実施例である表面温度測定装置２０１について説明する。
なお、以下では説明の便宜上、本発明に係る表面温度測定装置の第一実施例である表面温度測定装置１０１と略同じ構成の部材については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
図４に示す如く、表面温度測定装置２０１は鋳造用金型２０２の表面、特にキャビティ面２０２ａ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は主として赤外線カメラ１１０、制御装置１２０、放射温度計（パイロメータ）１３０を具備する。
【００８７】
鋳造用金型２０２は本発明に係る対象物の実施の一形態であり、その合わせ面には鋳造物（鋳造用金型２０２により所定の形状に鋳造されたもの）に対応する形状のキャビティ面２０２ａが形成される。
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａには疑似黒体として用いるための孔は設けられていない。これは鍛造の場合と異なり、鋳造の場合には当該孔に溶湯が差し込むことにより鋳造品の形状品質に影響を及ぼし得ることによる。
【００８８】
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａには、鋳造物を鋳造用金型２０２から取り出し容易とするために予め離型剤が塗布される。
離型剤を塗布するときのキャビティ面２０２ａの温度が高すぎると離型剤がキャビティ面２０２ａに強固に固着し、鋳造物を容易に取り出すことができなくなる場合がある。また、離型剤を塗布するときのキャビティ面２０２ａの温度が低すぎると塗布された離型剤に水分が残留し、鋳造時にこれが蒸発して鋳造物に巻き込まれ、鋳巣の原因となる等の品質低下を招く場合がある。
従って、離型剤を塗布するときには、キャビティ面２０２ａの温度が、離型剤がキャビティ面２０２ａに強固に固着することがなく、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を確認する必要がある。
本実施例の表面温度測定装置２０１は、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａに離型剤を塗布するときのキャビティ面２０２ａ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。
【００８９】
放射温度計１３０は本発明に係る定点赤外線検出手段の実施の一形態である。従って、表面温度測定装置２０１においては、赤外線カメラ１１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態としてのみ用いる。放射温度計１３０は検出素子１３２を具備する。
検出素子１３２は単素子型の半導体素子であり、赤外線カメラ１１０に比べて、定点の赤外線の強度を精度良く検出することが可能である。なお、検出素子１３２を構成する材料（半導体材料）は特に限定されず、対象物の予想される温度域等に応じて適宜選択される。
【００９０】
放射温度計１３０によるキャビティ面２０２ａの所定位置の表面温度の測定精度を向上させるためには、表面が極力平滑な部分を選択し、当該表面と放射温度計１３０の測定軸１３０ａを極力直交させることが望ましい。
【００９１】
以上の如く、表面温度測定装置１０１は、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置に形成された疑似黒体である逃がし孔１０２ｂ（の開口部分）から放射される赤外線の強度を検出するとともに、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ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（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラ１１０と、
赤外線カメラ１１０により検出された逃がし孔１０２ｂ（の開口部分）から放射される赤外線の強度に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの逃がし孔１０２ｂ（の開口部分）の表面仮温度Ｔｐｒを算出する表面仮温度算出部１２１ａと、
予め求められた波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶部１２１ｂと、
記憶部１２１ｂにより記憶されたデータを表面仮温度算出部１２１ａにより算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出部１２１ｃと、
波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と、直線近似データと、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｄと、
を具備するものである。
このように構成することにより、表面温度測定装置１０１は鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置における表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域で直線近似したデータを用いて各波長帯の赤外線の強度と表面温度との関係を補正するため、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの測定温度域が広い場合でも表面温度の測定精度を確保しつつ表面温度分布の算出に係る演算量を減らすことが可能である。
従って、簡便かつ精度良く鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を測定することが可能である。
【００９２】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０は、
互いに異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類以上のフィルターである短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃを具備し、
短波長フィルター１１１ａ、中波長フィルター１１１ｂ、長波長フィルター１１１ｃを交換することにより波長帯が異なる三種類の赤外線（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布をそれぞれ検出するものである。
このように構成することにより、一台の赤外線カメラ１１０で波長帯が異なる三種類の赤外線（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布を容易に検出することが可能である。
また、表面温度測定装置１０１の全体の製造コストを抑えることも可能である。
【００９３】
また、表面温度測定装置１０１は、
赤外線カメラ１１０に代えて、それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する三台の赤外線カメラを用いることも可能である。
このように構成することにより、一台の赤外線カメラ１１０を用いる場合よりも表面温度測定装置１０１の全体の製造コストは増大するが、それぞれの波長帯に応じて測定精度の高い検出素子を用いることができ、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９４】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０は、
キャビティ面１０２ａの所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出するものである。
このように構成することにより、表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９５】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０により検出される赤外線を放射する疑似黒体は、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置に開口した逃がし孔１０２ｂであり、
逃がし孔１０２ｂの深さＤは逃がし孔１０２ｂの直径Ｒの五倍以上であるものである。
このように構成することにより、逃がし孔１０２ｂの放射率εを１と近似することが可能であり、表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９６】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線カメラ１１０により検出される赤外線を放射する疑似黒体を、逃がし孔１０２ｂに代えて、鍛造用金型１０２の表面の所定位置（例えば、鍛造用金型１０２の合わせ面）に塗布された黒体塗料としても良い。
このように構成することにより、対象物の表面に開口する孔を設けることができない場合でも、対象物の表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９７】
また、表面温度測定装置２０１は、
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの所定位置から放射される赤外線の強度を検出する単素子型の検出素子１３２を用いた放射温度計１３０と、
放射温度計１３０により検出された鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの所定位置から放射される赤外線の強度に基づいて当該所定位置の表面仮温度Ｔｐｒを算出する表面仮温度算出部１２１ａと、
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａ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（短波長帯の赤外線、中波長帯の赤外線、長波長帯の赤外線）の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラ１１０と、
予め求められた波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶部１２１ｂと、
記憶部１２１ｂにより記憶されたデータを表面仮温度算出部１２１ａにより算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出部１２１ｃと、
波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と、直線近似データと、に基づいて鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｄと、
を具備するものである。
このように構成することにより、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａに開口する孔を設けることができない場合でも、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９８】
また、表面温度測定装置２０１は、
鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの所定位置と放射温度計１３０の測定軸１３０ａとを略直交するものである。
このように構成することにより、鋳造用金型２０２のキャビティ面２０２ａの表面仮温度Ｔｐｒを精度良く測定することが可能である。その結果、対象物の温度分布の測定精度を向上することが可能である。
【００９９】
また、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａに形成された逃がし孔１０２ｂの開口部分から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出工程Ｓ１０００と、
定点赤外線検出工程Ｓ１０００において検出された赤外線の強度に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの逃がし孔１０２ｂの開口部分の表面仮温度Ｔｐｒを算出する表面仮温度算出工程Ｓ２０００と、
鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａ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それぞれ検出する赤外線分布検出工程Ｓ３０００と、
実験等により予め求められ、記憶部１２１ｂに記憶された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度との関係に係るデータを、表面仮温度算出工程Ｓ２０００において算出された表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出工程Ｓ４０００と、
波長帯が異なる三種類の赤外線の強度と、直線近似データ算出工程Ｓ４０００において選出された各波長帯に対応する直線近似データと、に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を算出する表面温度分布算出工程Ｓ５０００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定位置における表面仮温度Ｔｐｒを含む所定温度域で直線近似したデータを用いて各波長帯の赤外線の強度と表面温度との関係を補正するため、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの測定温度域が広い場合でも表面温度の測定精度を確保しつつ表面温度分布の算出に係る演算量を減らすことが可能である。
従って、簡便かつ精度良く鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度分布を測定することが可能である。
【０１００】
なお、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、定点赤外線検出工程Ｓ１０００→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→赤外線分布検出工程Ｓ３０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成としたが、本発明に係る表面温度測定方法はこれに限定されない。
すなわち、（Ａ）表面仮温度算出工程Ｓ２０００が定点赤外線検出工程Ｓ１０００よりも後の工程であること、（Ｂ）直線近似データ算出工程Ｓ４０００が表面仮温度算出工程Ｓ２０００よりも後工程かつ赤外線分布検出工程Ｓ３０００よりも後工程であること、（Ｃ）表面温度分布算出工程Ｓ５０００が直線近似データ算出工程Ｓ４０００よりも後工程であること、の三つの要件を満たせば同様の効果を奏することによる。
また、定点赤外線検出工程Ｓ１０００および赤外線分布検出工程Ｓ３０００については、装置構成によっては順序を逆としても良く、並行して実施しても良い。
【０１０１】
本発明に係る表面温度測定方法の別の実施例としては、例えば、（ａ）定点赤外線検出工程Ｓ１０００→赤外線分布検出工程Ｓ３０００→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成、（ｂ）定点赤外線検出工程Ｓ１０００および赤外線分布検出工程Ｓ３０００を並行して実施→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成、（ｃ）赤外線分布検出工程Ｓ３０００→定点赤外線検出工程Ｓ１０００→表面仮温度算出工程Ｓ２０００→直線近似データ算出工程Ｓ４０００→表面温度分布算出工程Ｓ５０００の順に移行する構成、等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る表面温度測定装置の第一実施例を示す図。
【図２】赤外線の強度と対象物の表面温度との関係を示す図。
【図３】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４】本発明に係る表面温度測定装置の第二実施例を示す図。
【符号の説明】
【０１０３】
１０１ 表面温度測定装置
１０２ 鍛造用金型（対象物）
１０２ａ キャビティ面（対象物の表面）
１１０ 赤外線カメラ（定点赤外線検出手段、赤外線分布検出手段）
１２１ａ 表面仮温度算出部（表面仮温度算出手段）
１２１ｂ 記憶部（記憶手段）
１２１ｃ 直線近似データ算出部（直線近似データ算出手段）
１２１ｄ 表面温度分布算出部（表面温度分布算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出手段と、
前記定点赤外線検出手段により検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出手段と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出手段と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶されたデータを前記表面仮温度算出手段により算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出手段と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備することを特徴とする表面温度測定装置。
【請求項２】
前記赤外線分布検出手段は、
互いに異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類以上のフィルターを具備し、
該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
前記赤外線分布検出手段は、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項４】
前記定点赤外線検出手段は、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、
該孔の深さは該孔の直径の五倍以上である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】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料である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７】
前記定点赤外線検出手段は、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の表面温度測定装置。
【請求項８】
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交することを特徴とする請求項７に記載の表面温度測定装置。
【請求項９】
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出工程と、
前記定点赤外線検出工程において検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出工程と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出工程と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを前記表面仮温度算出工程において算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出工程と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１０】
前記赤外線分布検出工程において、
互いに異なる波長帯の赤外線が通過可能な三種類以上のフィルターを具備し、該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラを用いることを特徴とする請求項９に記載の表面温度測定方法。
【請求項１１】
前記赤外線分布検出工程において、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラを用いることを特徴とする請求項９に記載の表面温度測定方法。
【請求項１２】
前記定点赤外線検出工程において、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出することを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１３】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、該孔の深さは該孔の直径の五倍以上であることを特徴とする請求項１２に記載の表面温度測定方法。
【請求項１４】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料であることを特徴とする請求項１２に記載の表面温度測定方法。
【請求項１５】
前記定点赤外線検出工程において、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計を用いることを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１６】
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交することを特徴とする請求項１５に記載の表面温度測定方法。
【請求項１】
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出手段と、
前記定点赤外線検出手段により検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出手段と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出手段と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶されたデータを前記表面仮温度算出手段により算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出手段と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備することを特徴とする表面温度測定装置。
【請求項２】
前記赤外線分布検出手段は、
互いに異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類以上のフィルターを具備し、
該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
前記赤外線分布検出手段は、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラであることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項４】
前記定点赤外線検出手段は、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、
該孔の深さは該孔の直径の五倍以上である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】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料である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７】
前記定点赤外線検出手段は、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の表面温度測定装置。
【請求項８】
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交することを特徴とする請求項７に記載の表面温度測定装置。
【請求項９】
対象物の表面の所定位置から放射される赤外線の強度を検出する定点赤外線検出工程と、
前記定点赤外線検出工程において検出された赤外線の強度に基づいて対象物の所定位置の表面仮温度を算出する表面仮温度算出工程と、
前記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の分布をそれぞれ検出する赤外線分布検出工程と、
予め求められた前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と前記対象物の表面温度との関係に係るデータを前記表面仮温度算出工程において算出された表面仮温度を含む所定温度域について直線近似することにより、直線近似データを算出する直線近似データ算出工程と、
前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度と、前記直線近似データと、に基づいて前記対象物の表面温度の分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項１０】
前記赤外線分布検出工程において、
互いに異なる波長帯の赤外線が通過可能な三種類以上のフィルターを具備し、該フィルターを交換することにより波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ検出する赤外線カメラを用いることを特徴とする請求項９に記載の表面温度測定方法。
【請求項１１】
前記赤外線分布検出工程において、
それぞれ波長帯が異なる赤外線の強度を検出する前記波長帯の数と同数の赤外線カメラを用いることを特徴とする請求項９に記載の表面温度測定方法。
【請求項１２】
前記定点赤外線検出工程において、
前記対象物の表面の所定位置に形成された疑似黒体から放射される赤外線の強度を検出することを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１３】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に開口した孔であり、該孔の深さは該孔の直径の五倍以上であることを特徴とする請求項１２に記載の表面温度測定方法。
【請求項１４】
前記疑似黒体は、
前記対象物の表面の所定位置に塗布された黒体塗料であることを特徴とする請求項１２に記載の表面温度測定方法。
【請求項１５】
前記定点赤外線検出工程において、
単素子型の検出素子を用いた放射温度計を用いることを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の表面温度測定方法。
【請求項１６】
前記対象物の表面の所定位置と前記放射温度計の測定軸とを略直交することを特徴とする請求項１５に記載の表面温度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２５６０９９（Ｐ２００７−２５６０９９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８１３３５（Ｐ２００６−８１３３５）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【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１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]