表面温度測定装置および表面温度測定方法
【課題】複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも対象物の表面温度を精度良く測定することが可能な表面温度検査装置および表面温度検査方法を提供する。
【解決手段】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の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出装置１１０と、前記波長帯が異なる三種類の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係（直線式）を求め、前記赤外線の強度または測定温度を短波長の赤外線の検出時間における補正値に補正する補正部１２１ｂと、前記補正値に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度の分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｃと、を表面温度測定装置１０１に具備した。
【解決手段】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の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出装置１１０と、前記波長帯が異なる三種類の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係（直線式）を求め、前記赤外線の強度または測定温度を短波長の赤外線の検出時間における補正値に補正する補正部１２１ｂと、前記補正値に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度の分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｃと、を表面温度測定装置１０１に具備した。
【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。
【０００６】
特に、互いに異なる波長帯の赤外線を透過可能な三種類以上のフィルターを切り替えることにより同一の赤外線カメラでそれぞれ異なる波長の赤外線の強度分布を検出する形式の表面温度測定装置は、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を用いる表面温度測定装置と比較すると、（Ａ）赤外線カメラの台数が少なく設備コストが小さい、（Ｂ）基本的には一つの固定された赤外線カメラを用いるため、赤外線カメラの校正に係る工数を相対的に少なくすることが可能であるとともに、赤外線カメラと対象物との相対的な位置関係が変化せず測定精度が向上する、といった利点を有する。
【０００７】
しかし、互いに異なる波長帯の赤外線を透過可能な三種類以上のフィルターを切り替えることにより同一の赤外線カメラでそれぞれ異なる波長の赤外線の強度分布を検出する形式の表面温度測定装置は、各波長帯の赤外線の強度分布の検出とフィルターの交換とを交互に行うため、各波長帯の赤外線の強度分布が取得される時間（検出時間）は異なる。
そして、対象物の温度が経時的に変化する場合には、各波長帯の赤外線の強度分布が取得される時間（検出時間）における対象物の表面温度もそれぞれ変化するため、上記（１）の対象物の黒体温度（真の表面温度）が各方程式で同じであるという三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィの前提条件に反することとなり、表面温度の測定精度の低下の原因となる。
【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】
本発明は以上の如き状況に鑑み、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも対象物の表面温度を精度良く測定することが可能な表面温度検査装置および表面温度検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【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異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正手段と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の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、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項３においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正工程と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の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。
【００１３】
請求項４においては、
前記赤外線分布検出工程において、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備する赤外線分布検出手段を用いて前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を検出するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも対象物の表面温度を精度良く測定することが可能である、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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装置の実施の一形態である表面温度測定装置１０１について説明する。
【００１６】
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は主として赤外線分布検出装置１１０、制御装置１２０を具備する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
なお、本発明に係る表面温度測定装置の用途は本実施例に限定されず、種々の対象物の表面の温度分布を測定する用途に広く適用可能である。
【００２０】
赤外線分布検出装置１１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、鍛造用金型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の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出するものである。
赤外線分布検出装置１１０は、主として赤外線カメラ１１１、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ、切り替え装置１１３等を具備する。
【００２１】
赤外線カメラ１１１は赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。
【００２２】
赤外線カメラ１１１は検出素子１１１ａ、レンズ１１１ｂを具備する。
本実施例の検出素子１１１ａは５μｍ〜１５μｍ程度の波長の赤外線、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１１１の視野内の所定領域における赤外線の強度の分布を検出することが可能である。
なお、本実施例の赤外線カメラ１１１における検出素子１１１ａはＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、本発明はこれに限定されず、他の検出素子を用いても良い。
レンズ１１１ｂは所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束するものである。本実施例の場合、所定の領域（視野）内に鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａを配置することにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束する。
【００２３】
短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃは本発明に係るフィルターの実施の一形態であり、それぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能なフィルターである。
本実施例の場合、短波長フィルター１１２ａは波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線、中波長フィルター１１２ｂは波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線、長波長フィルター１１２ｃは波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を透過する。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。
【００２４】
なお、各フィルターの透過する波長帯は本実施例に限定されず、別の波長帯を透過する構成としても良い。また、各フィルターの透過する波長帯の一部が重複しても良い。
また、本実施例の赤外線分布検出装置１１０は三つの異なる波長帯の赤外線が透過するフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）を具備する構成としたが、本発明はこれに限定されず、四つ以上の異なる波長帯の赤外線を透過可能なフィルターを具備する構成としても良い。
【００２５】
切り替え装置１１３は短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替えるものである。
切り替え装置１１３は主としてディスク１１３ａ、モータ１１３ｂ等を具備する。
ディスク１１３ａは略円盤状の部材であり、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃをそれぞれ嵌め込むための孔が形成される。これらの孔は、それぞれディスク１１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に形成される。
モータ１１３ｂは回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク１１３ａの中心に固定される。
【００２６】
ディスク１１３ａは、これに嵌め込まれた短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれかがレンズ１１１ｂに対向する位置、すなわち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置される。
モータ１１３ｂを駆動するとディスク１１３ａが回転し、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃの三つのフィルターのうち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置されるものが切り替わる。
【００２７】
なお、本実施例ではディスク１１３ａにそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過可能な三つのフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）を嵌め込み、モータ１１３ｂでディスク１１３ａを回転駆動することにより三つのフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、他の方法（例えば、三つ以上のフィルターを並べて嵌め込んだ部材をスライドする等）により赤外線カメラの視野を覆うフィルターを切り替える構成としても同様の効果を奏する。
【００２８】
赤外線カメラ１１１は短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれも視野を覆っていない状態において黒体校正される。
赤外線カメラ１１１の測定温度範囲は、対象物たる鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度変動範囲に対する短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃによる見かけの温度変動に合わせて設定される。本実施例の場合、鍛造用金型１０２の温度の上限は約４５０℃であるが、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃによる見かけの温度変動を考慮して赤外線カメラ１１１の測定温度範囲の上限（黒体校正温度の上限）は約２５０℃に設定される。
【００２９】
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。
【００３０】
制御部１２１は表面温度測定装置１０１の一連の動作を制御するものである。
制御部１２１は、実体的には、種々のプログラム等（例えば、後述する検出動作制御プログラム、補正プログラム、表面温度分布算出プログラム、および各フィルターを用いた場合の見かけの測定温度（測定値）と赤外線強度との関係を示すデータテーブル等）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。
【００３１】
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。
【００３２】
制御部１２１は赤外線分布検出装置１１０の赤外線カメラ１１１に接続され、赤外線カメラ１１１を動作させるための信号を送信可能であるとともに、赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面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。
また、制御部１２１は切り替え装置１１３のモータ１１３ｂに接続され、モータ１１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ１１３ｂの動作を制御する、すなわち短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを選択することが可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
以下では、制御部１２１の詳細構成について説明する。
制御部１２１は、機能的には検出動作制御部１２１ａ、補正部１２１ｂ、表面温度分布算出部１２１ｃ等を具備する。
【００３７】
検出動作制御部１２１ａは、赤外線分布検出装置１１０、より詳細には赤外線カメラ１１１および切り替え装置１１３の動作を制御するものである。
実体的には、制御部１２１が、その格納手段に格納された検出動作制御プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、検出動作制御部１２１ａとしての機能を果たす。
【００３８】
図２に示す如く、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、時間ｔ（１，１）において、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線の強度Ｑ（１，１）の分布（１回目の短波長帯の赤外線強度分布）を取得する。
ここで、Ｑ（ｉ，ｍ）、Ｔ（ｉ，ｍ）における添字ｉはフィルター番号を表し、添字ｍは同じフィルター（赤外線の波長帯）における測定回数を表す。本実施例の場合、ｉ＝１が短波長フィルター１１２ａ、ｉ＝２が中波長フィルター１１２ｂ、ｉ＝３が長波長フィルター１１２ｃにそれぞれ対応する。
【００３９】
次に、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、時間ｔ（２，１）において、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線の強度Ｑ（２，１）の分布（１回目の中波長帯の赤外線強度分布）を取得する。
【００４０】
続いて、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、長波長フィルター１１２ｃが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、時間ｔ（３，１）において、長波長フィルター１１２ｃが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線の強度Ｑ（３，１）の分布（１回目の長波長帯の赤外線強度分布）を取得する。
【００４１】
同様に、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、赤外線カメラ１１１の視野を覆うフィルターを短波長フィルター１１２ａ→中波長フィルター１１２ｂ→長波長フィルター１１２ｃの順に切り替え、時間ｔ（１，２）において２回目の短波長帯の赤外線強度Ｑ（１，２）の分布、時間ｔ（２，２）において２回目の中波長帯の赤外線強度Ｑ（２，２）の分布、時間ｔ（３，２）において２回目の長波長帯の赤外線強度Ｑ（３，２）の分布をそれぞれ取得する。
【００４２】
本実施例では短波長フィルター１１２ａ（１回目）→中波長フィルター１１２ｂ（１回目）→長波長フィルター１１２ｃ（１回目）→短波長フィルター１１２ａ（２回目）→中波長フィルター１１２ｂ（２回目）→長波長フィルター１１２ｃ（２回目）の順に赤外線カメラ１１１の視野を覆う構成としたが、本発明はこれに限定されず、赤外線の強度分布の検出を行う波長帯の順序を任意に選択することが可能である。
【００４３】
補正部１２１ｂは本発明に係る補正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とそれぞれの検出時間との関係を求め、当該赤外線の強度または測定温度を波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正するものである。
実体的には、制御部１２１が、その格納手段に格納された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、補正部１２１ｂとしての機能を果たす。
【００４４】
まず、補正部１２１ｂは、取得された赤外線の強度の分布のうち、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂにおける赤外線の強度（Ｑ（１，１）、Ｑ（２，１）、Ｑ（３，１）、Ｑ（１，２）、Ｑ（２，２）、Ｑ（３，２））に基づいて、当該測定点における赤外線カメラ１１１による測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）を算出する。
ここで、測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）はＱ（ｉ，ｍ）と同様に、添字ｉはフィルター番号を表し、添字ｍは測定回数（何回目）を表す。
本実施例の場合、制御部１２１の格納手段に予め格納されている各フィルターを用いた場合の見かけの測定温度（測定値）と赤外線強度との関係を示すデータテーブルを参照することにより、測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）を求める。
【００４５】
次に、補正部１２１ｂは、算出された所定の測定点１０２ｂにおける測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）（具体的には、Ｔｒｓ（１，１）、Ｔｒｓ（２，１）、Ｔｒｓ（３，１）、Ｔｒｓ（１，２）、Ｔｒｓ（２，２）、Ｔｒｓ（３，２））のうち、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係を求める。
本実施例では図２に示す如く、座標（ｔ（２，１），Ｔｒｓ（２，１））と座標（ｔ（２，２），Ｔｒｓ（２，２））とを通る直線の式、および座標（ｔ（３，１），Ｔｒｓ（３，１））と座標（ｔ（３，２），Ｔｒｓ（３，２））とを通る直線の式を求めることが、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係を求めることに相当する。
【００４６】
ここで、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係を直線近似することは、テストピースによる実験結果に基づいている。
すなわち、鋳造用金型のテストピースのキャビティ面近傍（キャビティ面から深さ０．５ｍｍの位置）の異なる５箇所に熱電対を埋め込み、当該テストピースを用いて鋳造を行い、鋳造物を取り出した後の当該テストピースの温度変化を測定した。テストピースを構成する材料は一般的な金型用材料であるＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）であり、キャビティ面に市販の離型剤を塗布した場合と塗布しなかった場合の両方について実験を行った。
その結果、図３に示す如く、テストピースの温度変化は離型剤を塗布するか否かに関わらず約０．２℃／ｓｅｃで直線近似が可能である。なお、図３の実験結果は塗布しなかった場合を示す。
【００４７】
続いて、補正部１２１ｂは、求められた二つの直線の式に基づいて、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの各測定点（赤外線カメラ１１１の視野内の測定領域全体）について、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を算出する。
測定温度の補正値Ｔｒｓ（２，０）は、仮に検出時間ｔ（１，１）に赤外線カメラ１１１の視野を中波長フィルター１１２ｂが覆っていたとすれば検出されたであろう所定の測定点から放射される中波長帯の赤外線の強度を表すものであり、測定温度の補正値Ｔｒｓ（３，０）は、仮に検出時間ｔ（１，１）に赤外線カメラ１１１の視野を長波長フィルター１１２ｃが覆っていたとすれば検出されたであろう所定の測定点から放射される長波長帯の赤外線の強度を表すものである。
【００４８】
なお、測定温度の補正値（Ｔｒｓ（２，０）およびＴｒｓ（３，０））を算出するための鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂは、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの任意の位置に設定することが可能である。
ただし、測定精度を向上するという観点からは、キャビティ面１０２ａのうち、赤外線カメラ１１１と測定点とを結ぶ線（光路）に対して略直交する面を成し、かつその表面性状が変化し難い（鋳造を繰り返すことにより損耗し難い）位置に設定することが望ましい。
【００４９】
本実施例では鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂにおける赤外線の強度に基づいて補正値を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、複数の測定点のそれぞれについて各波長帯の赤外線の強度と検出時間の関係式を求め、当該求められた複数の関係式のそれぞれについて算出された補正値の平均値を補正値の代表値として用いる構成としても良く、赤外線カメラにより測定された視野内の全ての測定点（画素）についてそれぞれ中波長帯および長波長帯についての測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係（直線式）を求めた上で補正値を算出する構成としても良い。
【００５０】
本実施例では所定の測定点における各波長帯の赤外線の強度Ｑを測定温度Ｔｒｓに変換し（測定温度Ｔｒｓを算出し）、測定温度Ｔｒｓと検出時間ｔとの関係を求め、当該関係に基づいて測定温度Ｔｒｓの補正値を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の測定点における各波長帯の赤外線の強度Ｑと検出時間ｔとの関係を求め、当該関係に基づいて赤外線の強度Ｑの補正値を算出し、当該強度Ｑの補正値を測定温度Ｔｒｓの補正値に変換する（測定温度Ｔｒｓの補正値を算出する）構成としても同様の効果を奏する。
【００５１】
表面温度分布算出部１２１ｃは本発明に係る表面温度分布算出手段の実施の一形態であり、検出時間ｔ（１，１）における短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）に基づいて、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度の分布を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が、その格納手段に格納された表面温度分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、表面温度分布算出部１２１ｃとしての機能を果たす。
【００５２】
一般的な三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおける対象物の黒体温度（真の表面温度）Ｔｓの計算方法は、以下の数１乃至数３および数４乃至数６からそれぞれ乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならないように一式ずつ選択し、二分法、ニュートン法あるいはニュートンプソン法等を適用して収束解を得る（Ｆ（Ｔｓ）＝Ｆ（Ｔａ）＝０となるＴｓを求める）ことによりＴｓを決定するものである（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは計６通り（数１と数５、数１と数６、数２と数４、数２と数６、数３と数４、数３と数５）である。
ここで、Ｔｒｓは（見かけの）測定温度、Ｔａは周囲温度、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３はそれぞれ赤外線の波長帯および赤外線カメラの検出素子の種類により決まる値、である。
【００５３】
【数１】
【００５４】
【数２】
【００５５】
【数３】
【００５６】
【数４】
【００５７】
【数５】
【００５８】
【数６】
【００５９】
本実施例の場合、表面温度分布算出部１２１ｃは数１乃至数６における測定温度Ｔｒｓ１乃至Ｔｒｓ３に、各画素（測定点）についてそれぞれ短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を代入して計算を行うことにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔｓの分布を算出する。
【００６０】
そして、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度の収束解を求める際に、（ａ）計算の繰り返し回数とともに表面温度Ｔｓと周囲温度Ｔａがともに収束する場合、（ｂ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で表面温度Ｔｓは収束するが周囲温度Ｔａが発散する場合、には算出された表面温度Ｔｓが正常であると判定し、（ｃ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で周囲温度Ｔａは収束するが表面温度Ｔｓが発散する場合には算出された表面温度Ｔｓが異常であると判定する。
本実施例の場合、上記６通りのパターンの全てについて計算を行い、異常であると判定された場合を除いた残りの表面温度Ｔｓの計算結果に基づいてＴｓを決定する（例えば、正常であると判定されたＴｓの平均値または中央値を最終的なＴｓの計算値とする）。
【００６１】
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、中波長および長波長の赤外線）の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出装置１１０と、
赤外線分布検出装置１１０により検出された前記波長帯が異なる三種類の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係（直線式）を求め、前記赤外線の強度または測定温度を短波長の赤外線の検出時間における補正値に補正する補正部１２１ｂと、
前記補正値に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度の分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｃ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、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度を精度良く測定することが可能である。
【００６２】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線分布検出装置１１０は、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラ１１１と、
それぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類のフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）と、
三種類以上のフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える切り替え装置１１３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、既存の赤外線カメラを用いて本発明に係る表面温度測定装置を容易に達成することが可能である。
【００６３】
以下では、図４を用いて本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る表面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の表面、特にキャビティ面１０２ａの温度の分布を測定する方法であり、図４に示す如く、主として赤外線分布検出工程Ｓ１１００、補正工程Ｓ１２００、表面温度分布算出工程Ｓ１３００を具備する。
【００６４】
赤外線分布検出工程Ｓ１１００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の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する工程である。
【００６５】
赤外線分布検出工程Ｓ１１００において、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、赤外線カメラ１１１の視野を覆うフィルターを短波長フィルター１１２ａ→中波長フィルター１１２ｂ→長波長フィルター１１２ｃ→短波長フィルター１１２ａ→中波長フィルター１１２ｂ→長波長フィルター１１２ｃの順に切り替え、時間ｔ（１，１）において１回目の短波長帯の赤外線強度Ｑ（１，１）の分布、時間ｔ（２，１）において１回目の中波長帯の赤外線強度Ｑ（２，１）の分布、時間ｔ（３，１）において１回目の長波長帯の赤外線強度Ｑ（３，１）の分布、時間ｔ（１，２）において２回目の短波長帯の赤外線強度Ｑ（１，２）の分布、時間ｔ（２，２）において２回目の中波長帯の赤外線強度Ｑ（２，２）の分布、時間ｔ（３，２）において２回目の長波長帯の赤外線強度Ｑ（３，２）の分布をそれぞれ取得する。
赤外線分布検出工程Ｓ１１００が終了したら、補正工程Ｓ１２００に移行する。
【００６６】
補正工程Ｓ１２００は波長帯が異なる三種類の赤外線の強度とそれぞれの検出時間との関係を求め、当該赤外線の強度または測定温度を波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する工程である。
【００６７】
補正工程Ｓ１２００において、補正部１２１ｂは、取得された赤外線の強度の分布のうち、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂにおける赤外線の強度（Ｑ（１，１）、Ｑ（２，１）、Ｑ（３，１）、Ｑ（１，２）、Ｑ（２，２）、Ｑ（３，２））に基づいて、当該測定点における赤外線カメラ１１１による測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）を算出し、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係（直線式）を求め、当該関係に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの各測定点（赤外線カメラ１１１の視野内の測定領域全体）について、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を算出する。
補正工程Ｓ１２００が終了したら、表面温度分布算出工程Ｓ１３００に移行する。
【００６８】
表面温度分布算出工程Ｓ１３００は検出時間ｔ（１，１）における短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）に基づいて、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度の分布を算出する工程である。
【００６９】
表面温度分布算出工程Ｓ１３００において、表面温度分布算出部１２１ｃは数１乃至数６における測定温度Ｔｒｓ１乃至Ｔｒｓ３に、各画素（測定点）についてそれぞれ短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を代入して計算を行うことにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔｓの分布を算出する。
【００７０】
以上の如く、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、中波長および長波長の赤外線）の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出工程Ｓ１１００と、
赤外線分布検出工程Ｓ１１００において検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係（直線式）を求め、前記赤外線の強度または測定温度を短波長の赤外線の検出時間における補正値に補正する補正工程Ｓ１２００と、
前記補正値に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度の分布を算出する表面温度分布算出工程Ｓ１３００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、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度を精度良く測定することが可能である。
【００７１】
また、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、
赤外線分布検出工程Ｓ１１００において、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラ１１１と、
それぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類のフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）と、
三種類以上のフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える切り替え装置１１３と、
を具備する赤外線分布検出装置１１０を用いて波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布を検出するものである。
このように構成することにより、既存の赤外線カメラを用いて本発明に係る表面温度測定方法を容易に達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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】本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態における測定温度と検出時間との関係を示す図。
【図３】テストピースの温度変化を示す図。
【図４】本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００７３】
１０１ 表面温度測定装置
１０２ 鋳造用金型（対象物）
１０２ａ キャビティ面（対象物の表面）
１１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１１ 赤外線カメラ
１１２ａ 短波長フィルター
１１２ｂ 中波長フィルター
１１２ｃ 長波長フィルター
１１３ 切り替え装置
１２１ｂ 補正部（補正手段）
１２１ｃ 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。
【０００６】
特に、互いに異なる波長帯の赤外線を透過可能な三種類以上のフィルターを切り替えることにより同一の赤外線カメラでそれぞれ異なる波長の赤外線の強度分布を検出する形式の表面温度測定装置は、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を用いる表面温度測定装置と比較すると、（Ａ）赤外線カメラの台数が少なく設備コストが小さい、（Ｂ）基本的には一つの固定された赤外線カメラを用いるため、赤外線カメラの校正に係る工数を相対的に少なくすることが可能であるとともに、赤外線カメラと対象物との相対的な位置関係が変化せず測定精度が向上する、といった利点を有する。
【０００７】
しかし、互いに異なる波長帯の赤外線を透過可能な三種類以上のフィルターを切り替えることにより同一の赤外線カメラでそれぞれ異なる波長の赤外線の強度分布を検出する形式の表面温度測定装置は、各波長帯の赤外線の強度分布の検出とフィルターの交換とを交互に行うため、各波長帯の赤外線の強度分布が取得される時間（検出時間）は異なる。
そして、対象物の温度が経時的に変化する場合には、各波長帯の赤外線の強度分布が取得される時間（検出時間）における対象物の表面温度もそれぞれ変化するため、上記（１）の対象物の黒体温度（真の表面温度）が各方程式で同じであるという三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィの前提条件に反することとなり、表面温度の測定精度の低下の原因となる。
【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】
本発明は以上の如き状況に鑑み、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも対象物の表面温度を精度良く測定することが可能な表面温度検査装置および表面温度検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【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異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正手段と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の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、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項３においては、
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正工程と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の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。
【００１３】
請求項４においては、
前記赤外線分布検出工程において、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備する赤外線分布検出手段を用いて前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を検出するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも対象物の表面温度を精度良く測定することが可能である、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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装置の実施の一形態である表面温度測定装置１０１について説明する。
【００１６】
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は主として赤外線分布検出装置１１０、制御装置１２０を具備する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
なお、本発明に係る表面温度測定装置の用途は本実施例に限定されず、種々の対象物の表面の温度分布を測定する用途に広く適用可能である。
【００２０】
赤外線分布検出装置１１０は本発明に係る赤外線分布検出手段の実施の一形態であり、鍛造用金型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の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出するものである。
赤外線分布検出装置１１０は、主として赤外線カメラ１１１、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ、切り替え装置１１３等を具備する。
【００２１】
赤外線カメラ１１１は赤外線の強度分布を検出するものである。ここで、「強度分布」とは、対象物の表面における強度の分布を指す。
【００２２】
赤外線カメラ１１１は検出素子１１１ａ、レンズ１１１ｂを具備する。
本実施例の検出素子１１１ａは５μｍ〜１５μｍ程度の波長の赤外線、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１１１の視野内の所定領域における赤外線の強度の分布を検出することが可能である。
なお、本実施例の赤外線カメラ１１１における検出素子１１１ａはＨｇＣｄＴｅからなる二次元アレイ型の半導体素子であるが、本発明はこれに限定されず、他の検出素子を用いても良い。
レンズ１１１ｂは所定の領域（視野）から放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束するものである。本実施例の場合、所定の領域（視野）内に鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａを配置することにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線を検出素子１１１ａに収束する。
【００２３】
短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃは本発明に係るフィルターの実施の一形態であり、それぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能なフィルターである。
本実施例の場合、短波長フィルター１１２ａは波長が７．４μｍ〜９．０μｍの赤外線、中波長フィルター１１２ｂは波長が９．３μｍ〜１１．３μｍの赤外線、長波長フィルター１１２ｃは波長が１０．９μｍ〜１４．３μｍの赤外線を透過する。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。
【００２４】
なお、各フィルターの透過する波長帯は本実施例に限定されず、別の波長帯を透過する構成としても良い。また、各フィルターの透過する波長帯の一部が重複しても良い。
また、本実施例の赤外線分布検出装置１１０は三つの異なる波長帯の赤外線が透過するフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）を具備する構成としたが、本発明はこれに限定されず、四つ以上の異なる波長帯の赤外線を透過可能なフィルターを具備する構成としても良い。
【００２５】
切り替え装置１１３は短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替えるものである。
切り替え装置１１３は主としてディスク１１３ａ、モータ１１３ｂ等を具備する。
ディスク１１３ａは略円盤状の部材であり、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃをそれぞれ嵌め込むための孔が形成される。これらの孔は、それぞれディスク１１３ａの中心からの距離が略同じとなる位置に形成される。
モータ１１３ｂは回転駆動するアクチュエータであり、その回転軸はディスク１１３ａの中心に固定される。
【００２６】
ディスク１１３ａは、これに嵌め込まれた短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれかがレンズ１１１ｂに対向する位置、すなわち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置される。
モータ１１３ｂを駆動するとディスク１１３ａが回転し、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃの三つのフィルターのうち、赤外線カメラ１１１の視野を覆う位置に配置されるものが切り替わる。
【００２７】
なお、本実施例ではディスク１１３ａにそれぞれ異なる波長帯の赤外線を透過可能な三つのフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）を嵌め込み、モータ１１３ｂでディスク１１３ａを回転駆動することにより三つのフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える構成としたが、本発明はこれに限定されず、他の方法（例えば、三つ以上のフィルターを並べて嵌め込んだ部材をスライドする等）により赤外線カメラの視野を覆うフィルターを切り替える構成としても同様の効果を奏する。
【００２８】
赤外線カメラ１１１は短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれも視野を覆っていない状態において黒体校正される。
赤外線カメラ１１１の測定温度範囲は、対象物たる鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度変動範囲に対する短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃによる見かけの温度変動に合わせて設定される。本実施例の場合、鍛造用金型１０２の温度の上限は約４５０℃であるが、短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃによる見かけの温度変動を考慮して赤外線カメラ１１１の測定温度範囲の上限（黒体校正温度の上限）は約２５０℃に設定される。
【００２９】
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。
【００３０】
制御部１２１は表面温度測定装置１０１の一連の動作を制御するものである。
制御部１２１は、実体的には、種々のプログラム等（例えば、後述する検出動作制御プログラム、補正プログラム、表面温度分布算出プログラム、および各フィルターを用いた場合の見かけの測定温度（測定値）と赤外線強度との関係を示すデータテーブル等）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。
【００３１】
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。
【００３２】
制御部１２１は赤外線分布検出装置１１０の赤外線カメラ１１１に接続され、赤外線カメラ１１１を動作させるための信号を送信可能であるとともに、赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面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。
また、制御部１２１は切り替え装置１１３のモータ１１３ｂに接続され、モータ１１３ｂの駆動および停止に係る信号を送信することにより、モータ１１３ｂの動作を制御する、すなわち短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを選択することが可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
以下では、制御部１２１の詳細構成について説明する。
制御部１２１は、機能的には検出動作制御部１２１ａ、補正部１２１ｂ、表面温度分布算出部１２１ｃ等を具備する。
【００３７】
検出動作制御部１２１ａは、赤外線分布検出装置１１０、より詳細には赤外線カメラ１１１および切り替え装置１１３の動作を制御するものである。
実体的には、制御部１２１が、その格納手段に格納された検出動作制御プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、検出動作制御部１２１ａとしての機能を果たす。
【００３８】
図２に示す如く、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、時間ｔ（１，１）において、短波長フィルター１１２ａが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線の強度Ｑ（１，１）の分布（１回目の短波長帯の赤外線強度分布）を取得する。
ここで、Ｑ（ｉ，ｍ）、Ｔ（ｉ，ｍ）における添字ｉはフィルター番号を表し、添字ｍは同じフィルター（赤外線の波長帯）における測定回数を表す。本実施例の場合、ｉ＝１が短波長フィルター１１２ａ、ｉ＝２が中波長フィルター１１２ｂ、ｉ＝３が長波長フィルター１１２ｃにそれぞれ対応する。
【００３９】
次に、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、時間ｔ（２，１）において、中波長フィルター１１２ｂが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線の強度Ｑ（２，１）の分布（１回目の中波長帯の赤外線強度分布）を取得する。
【００４０】
続いて、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、長波長フィルター１１２ｃが赤外線カメラ１１１の視野を覆う状態とする。
そして、時間ｔ（３，１）において、長波長フィルター１１２ｃが赤外線カメラ１１１の視野を覆った状態で赤外線カメラ１１１により検出された鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａから放射される赤外線の強度Ｑ（３，１）の分布（１回目の長波長帯の赤外線強度分布）を取得する。
【００４１】
同様に、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、赤外線カメラ１１１の視野を覆うフィルターを短波長フィルター１１２ａ→中波長フィルター１１２ｂ→長波長フィルター１１２ｃの順に切り替え、時間ｔ（１，２）において２回目の短波長帯の赤外線強度Ｑ（１，２）の分布、時間ｔ（２，２）において２回目の中波長帯の赤外線強度Ｑ（２，２）の分布、時間ｔ（３，２）において２回目の長波長帯の赤外線強度Ｑ（３，２）の分布をそれぞれ取得する。
【００４２】
本実施例では短波長フィルター１１２ａ（１回目）→中波長フィルター１１２ｂ（１回目）→長波長フィルター１１２ｃ（１回目）→短波長フィルター１１２ａ（２回目）→中波長フィルター１１２ｂ（２回目）→長波長フィルター１１２ｃ（２回目）の順に赤外線カメラ１１１の視野を覆う構成としたが、本発明はこれに限定されず、赤外線の強度分布の検出を行う波長帯の順序を任意に選択することが可能である。
【００４３】
補正部１２１ｂは本発明に係る補正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とそれぞれの検出時間との関係を求め、当該赤外線の強度または測定温度を波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正するものである。
実体的には、制御部１２１が、その格納手段に格納された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、補正部１２１ｂとしての機能を果たす。
【００４４】
まず、補正部１２１ｂは、取得された赤外線の強度の分布のうち、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂにおける赤外線の強度（Ｑ（１，１）、Ｑ（２，１）、Ｑ（３，１）、Ｑ（１，２）、Ｑ（２，２）、Ｑ（３，２））に基づいて、当該測定点における赤外線カメラ１１１による測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）を算出する。
ここで、測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）はＱ（ｉ，ｍ）と同様に、添字ｉはフィルター番号を表し、添字ｍは測定回数（何回目）を表す。
本実施例の場合、制御部１２１の格納手段に予め格納されている各フィルターを用いた場合の見かけの測定温度（測定値）と赤外線強度との関係を示すデータテーブルを参照することにより、測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）を求める。
【００４５】
次に、補正部１２１ｂは、算出された所定の測定点１０２ｂにおける測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）（具体的には、Ｔｒｓ（１，１）、Ｔｒｓ（２，１）、Ｔｒｓ（３，１）、Ｔｒｓ（１，２）、Ｔｒｓ（２，２）、Ｔｒｓ（３，２））のうち、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係を求める。
本実施例では図２に示す如く、座標（ｔ（２，１），Ｔｒｓ（２，１））と座標（ｔ（２，２），Ｔｒｓ（２，２））とを通る直線の式、および座標（ｔ（３，１），Ｔｒｓ（３，１））と座標（ｔ（３，２），Ｔｒｓ（３，２））とを通る直線の式を求めることが、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係を求めることに相当する。
【００４６】
ここで、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係を直線近似することは、テストピースによる実験結果に基づいている。
すなわち、鋳造用金型のテストピースのキャビティ面近傍（キャビティ面から深さ０．５ｍｍの位置）の異なる５箇所に熱電対を埋め込み、当該テストピースを用いて鋳造を行い、鋳造物を取り出した後の当該テストピースの温度変化を測定した。テストピースを構成する材料は一般的な金型用材料であるＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）であり、キャビティ面に市販の離型剤を塗布した場合と塗布しなかった場合の両方について実験を行った。
その結果、図３に示す如く、テストピースの温度変化は離型剤を塗布するか否かに関わらず約０．２℃／ｓｅｃで直線近似が可能である。なお、図３の実験結果は塗布しなかった場合を示す。
【００４７】
続いて、補正部１２１ｂは、求められた二つの直線の式に基づいて、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの各測定点（赤外線カメラ１１１の視野内の測定領域全体）について、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を算出する。
測定温度の補正値Ｔｒｓ（２，０）は、仮に検出時間ｔ（１，１）に赤外線カメラ１１１の視野を中波長フィルター１１２ｂが覆っていたとすれば検出されたであろう所定の測定点から放射される中波長帯の赤外線の強度を表すものであり、測定温度の補正値Ｔｒｓ（３，０）は、仮に検出時間ｔ（１，１）に赤外線カメラ１１１の視野を長波長フィルター１１２ｃが覆っていたとすれば検出されたであろう所定の測定点から放射される長波長帯の赤外線の強度を表すものである。
【００４８】
なお、測定温度の補正値（Ｔｒｓ（２，０）およびＴｒｓ（３，０））を算出するための鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂは、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの任意の位置に設定することが可能である。
ただし、測定精度を向上するという観点からは、キャビティ面１０２ａのうち、赤外線カメラ１１１と測定点とを結ぶ線（光路）に対して略直交する面を成し、かつその表面性状が変化し難い（鋳造を繰り返すことにより損耗し難い）位置に設定することが望ましい。
【００４９】
本実施例では鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂにおける赤外線の強度に基づいて補正値を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、複数の測定点のそれぞれについて各波長帯の赤外線の強度と検出時間の関係式を求め、当該求められた複数の関係式のそれぞれについて算出された補正値の平均値を補正値の代表値として用いる構成としても良く、赤外線カメラにより測定された視野内の全ての測定点（画素）についてそれぞれ中波長帯および長波長帯についての測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係（直線式）を求めた上で補正値を算出する構成としても良い。
【００５０】
本実施例では所定の測定点における各波長帯の赤外線の強度Ｑを測定温度Ｔｒｓに変換し（測定温度Ｔｒｓを算出し）、測定温度Ｔｒｓと検出時間ｔとの関係を求め、当該関係に基づいて測定温度Ｔｒｓの補正値を算出する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の測定点における各波長帯の赤外線の強度Ｑと検出時間ｔとの関係を求め、当該関係に基づいて赤外線の強度Ｑの補正値を算出し、当該強度Ｑの補正値を測定温度Ｔｒｓの補正値に変換する（測定温度Ｔｒｓの補正値を算出する）構成としても同様の効果を奏する。
【００５１】
表面温度分布算出部１２１ｃは本発明に係る表面温度分布算出手段の実施の一形態であり、検出時間ｔ（１，１）における短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）に基づいて、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度の分布を算出するものである。
実体的には、制御部１２１が、その格納手段に格納された表面温度分布算出プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、表面温度分布算出部１２１ｃとしての機能を果たす。
【００５２】
一般的な三色放射温度計を用いた赤外線サーモグラフィにおける対象物の黒体温度（真の表面温度）Ｔｓの計算方法は、以下の数１乃至数３および数４乃至数６からそれぞれ乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３が同一とならないように一式ずつ選択し、二分法、ニュートン法あるいはニュートンプソン法等を適用して収束解を得る（Ｆ（Ｔｓ）＝Ｆ（Ｔａ）＝０となるＴｓを求める）ことによりＴｓを決定するものである（非特許文献１参照）。
上記式の選択のパターンは計６通り（数１と数５、数１と数６、数２と数４、数２と数６、数３と数４、数３と数５）である。
ここで、Ｔｒｓは（見かけの）測定温度、Ｔａは周囲温度、乗数ｎ１、ｎ２、ｎ３はそれぞれ赤外線の波長帯および赤外線カメラの検出素子の種類により決まる値、である。
【００５３】
【数１】
【００５４】
【数２】
【００５５】
【数３】
【００５６】
【数４】
【００５７】
【数５】
【００５８】
【数６】
【００５９】
本実施例の場合、表面温度分布算出部１２１ｃは数１乃至数６における測定温度Ｔｒｓ１乃至Ｔｒｓ３に、各画素（測定点）についてそれぞれ短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を代入して計算を行うことにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔｓの分布を算出する。
【００６０】
そして、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度の収束解を求める際に、（ａ）計算の繰り返し回数とともに表面温度Ｔｓと周囲温度Ｔａがともに収束する場合、（ｂ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で表面温度Ｔｓは収束するが周囲温度Ｔａが発散する場合、には算出された表面温度Ｔｓが正常であると判定し、（ｃ）所定の計算の繰り返し回数（例えば１０回）の時点で周囲温度Ｔａは収束するが表面温度Ｔｓが発散する場合には算出された表面温度Ｔｓが異常であると判定する。
本実施例の場合、上記６通りのパターンの全てについて計算を行い、異常であると判定された場合を除いた残りの表面温度Ｔｓの計算結果に基づいてＴｓを決定する（例えば、正常であると判定されたＴｓの平均値または中央値を最終的なＴｓの計算値とする）。
【００６１】
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、中波長および長波長の赤外線）の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出装置１１０と、
赤外線分布検出装置１１０により検出された前記波長帯が異なる三種類の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係（直線式）を求め、前記赤外線の強度または測定温度を短波長の赤外線の検出時間における補正値に補正する補正部１２１ｂと、
前記補正値に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度の分布を算出する表面温度分布算出部１２１ｃ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、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度を精度良く測定することが可能である。
【００６２】
また、表面温度測定装置１０１の赤外線分布検出装置１１０は、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラ１１１と、
それぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類のフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）と、
三種類以上のフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える切り替え装置１１３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、既存の赤外線カメラを用いて本発明に係る表面温度測定装置を容易に達成することが可能である。
【００６３】
以下では、図４を用いて本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る表面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の表面、特にキャビティ面１０２ａの温度の分布を測定する方法であり、図４に示す如く、主として赤外線分布検出工程Ｓ１１００、補正工程Ｓ１２００、表面温度分布算出工程Ｓ１３００を具備する。
【００６４】
赤外線分布検出工程Ｓ１１００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の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する工程である。
【００６５】
赤外線分布検出工程Ｓ１１００において、検出動作制御部１２１ａは、切り替え装置１１３のモータ１１３ｂを駆動し、赤外線カメラ１１１の視野を覆うフィルターを短波長フィルター１１２ａ→中波長フィルター１１２ｂ→長波長フィルター１１２ｃ→短波長フィルター１１２ａ→中波長フィルター１１２ｂ→長波長フィルター１１２ｃの順に切り替え、時間ｔ（１，１）において１回目の短波長帯の赤外線強度Ｑ（１，１）の分布、時間ｔ（２，１）において１回目の中波長帯の赤外線強度Ｑ（２，１）の分布、時間ｔ（３，１）において１回目の長波長帯の赤外線強度Ｑ（３，１）の分布、時間ｔ（１，２）において２回目の短波長帯の赤外線強度Ｑ（１，２）の分布、時間ｔ（２，２）において２回目の中波長帯の赤外線強度Ｑ（２，２）の分布、時間ｔ（３，２）において２回目の長波長帯の赤外線強度Ｑ（３，２）の分布をそれぞれ取得する。
赤外線分布検出工程Ｓ１１００が終了したら、補正工程Ｓ１２００に移行する。
【００６６】
補正工程Ｓ１２００は波長帯が異なる三種類の赤外線の強度とそれぞれの検出時間との関係を求め、当該赤外線の強度または測定温度を波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する工程である。
【００６７】
補正工程Ｓ１２００において、補正部１２１ｂは、取得された赤外線の強度の分布のうち、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの所定の測定点１０２ｂにおける赤外線の強度（Ｑ（１，１）、Ｑ（２，１）、Ｑ（３，１）、Ｑ（１，２）、Ｑ（２，２）、Ｑ（３，２））に基づいて、当該測定点における赤外線カメラ１１１による測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）を算出し、中波長帯および長波長帯について測定温度Ｔｒｓ（ｉ，ｍ）と検出時間ｔ（ｉ，ｍ）との関係（直線式）を求め、当該関係に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの各測定点（赤外線カメラ１１１の視野内の測定領域全体）について、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を算出する。
補正工程Ｓ１２００が終了したら、表面温度分布算出工程Ｓ１３００に移行する。
【００６８】
表面温度分布算出工程Ｓ１３００は検出時間ｔ（１，１）における短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）に基づいて、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度の分布を算出する工程である。
【００６９】
表面温度分布算出工程Ｓ１３００において、表面温度分布算出部１２１ｃは数１乃至数６における測定温度Ｔｒｓ１乃至Ｔｒｓ３に、各画素（測定点）についてそれぞれ短波長帯の測定温度Ｔｒｓ（１，１）、中波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（２，０）、および長波長帯の測定温度の検出時間ｔ（１，１）における補正値Ｔｒｓ（３，０）を代入して計算を行うことにより、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの表面温度Ｔｓの分布を算出する。
【００７０】
以上の如く、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、中波長および長波長の赤外線）の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出工程Ｓ１１００と、
赤外線分布検出工程Ｓ１１００において検出された波長帯が異なる三種類の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係（直線式）を求め、前記赤外線の強度または測定温度を短波長の赤外線の検出時間における補正値に補正する補正工程Ｓ１２００と、
前記補正値に基づいて鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度の分布を算出する表面温度分布算出工程Ｓ１３００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、複数の異なる波長帯の赤外線の強度分布をそれぞれ異なる検出時間に検出する場合でも、鍛造用金型１０２のキャビティ面１０２ａの温度を精度良く測定することが可能である。
【００７１】
また、本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態は、
赤外線分布検出工程Ｓ１１００において、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラ１１１と、
それぞれ異なる波長帯の赤外線が透過可能な三種類のフィルター（短波長フィルター１１２ａ、中波長フィルター１１２ｂ、長波長フィルター１１２ｃ）と、
三種類以上のフィルターのいずれが赤外線カメラ１１１の視野を覆うかを切り替える切り替え装置１１３と、
を具備する赤外線分布検出装置１１０を用いて波長帯が異なる三種類の赤外線の強度の分布を検出するものである。
このように構成することにより、既存の赤外線カメラを用いて本発明に係る表面温度測定方法を容易に達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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】本発明に係る表面温度測定装置の実施の一形態における測定温度と検出時間との関係を示す図。
【図３】テストピースの温度変化を示す図。
【図４】本発明に係る表面温度測定方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００７３】
１０１ 表面温度測定装置
１０２ 鋳造用金型（対象物）
１０２ａ キャビティ面（対象物の表面）
１１０ 赤外線分布検出装置（赤外線分布検出手段）
１１１ 赤外線カメラ
１１２ａ 短波長フィルター
１１２ｂ 中波長フィルター
１１２ｃ 長波長フィルター
１１３ 切り替え装置
１２１ｂ 補正部（補正手段）
１２１ｃ 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異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正手段と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の温度の分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備する表面温度測定装置。
【請求項２】
前記赤外線分布検出手段は、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備する請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正工程と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の温度の分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備する表面温度測定方法。
【請求項４】
前記赤外線分布検出工程において、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備する赤外線分布検出手段を用いて前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を検出する請求項３に記載の表面温度測定方法。
【請求項１】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出手段と、
前記赤外線分布検出手段により検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正手段と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の温度の分布を算出する表面温度分布算出手段と、
を具備する表面温度測定装置。
【請求項２】
前記赤外線分布検出手段は、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備する請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
対象物の表面から放射される赤外線のうち、波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布をそれぞれ異なる検出時間に検出するとともに各波長帯について二回以上検出する赤外線分布検出工程と、
前記赤外線分布検出工程において検出された前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度または当該強度から算出される測定温度とそれぞれの検出時間との関係を求め、前記赤外線の強度または測定温度を前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線のいずれかの検出時間における補正値に補正する補正工程と、
前記補正値に基づいて前記対象物の表面の温度の分布を算出する表面温度分布算出工程と、
を具備する表面温度測定方法。
【請求項４】
前記赤外線分布検出工程において、
赤外線の強度分布を検出する赤外線カメラと、
それぞれ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と、
前記三種類以上のフィルターのいずれが前記赤外線カメラの視野を覆うかを切り替える切り替え装置と、
を具備する赤外線分布検出手段を用いて前記波長帯が異なる三種類以上の赤外線の強度の分布を検出する請求項３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２００８−１９１１０７（Ｐ２００８−１９１１０７Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８５０２（Ｐ２００７−２８５０２）
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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