(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対運動する測定対象物の一方の測定対象物の外側から、その一方の測定対象物に面した他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を計測する非接触温度分布計測装置において、
前記一方の測定対象物に形成された開口部を通して、前記他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による複数回の撮像で得られる複数の画像情報を、前記露出像の同一部位に該当する情報毎に、前記他方の測定対象物の内側の面が非露出状態から前記開口部を通して露出状態となる切替わり時点からの露出経過時間に対応付けて、前記露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求める変化特性演算手段と、
前記変化特性演算手段により求められた前記変化傾向基づいて、前記切替わり時点における前記他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を演算する温度分布演算手段と、
を備えることを特徴とする非接触温度分布計測装置。
【請求項２】
前記撮像手段は、前記一方の測定対象物が移動し、前記他方の測定対象物が静止した状態で、前記一方の測定対象物に形成された開口部を通して、前記他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記一方の測定対象物が静止し、前記他方の測定対象物が移動する状態で、前記一方の測定対象物に形成された開口部を通して、前記他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、前記測定対象物が共に前記撮像手段に対して相対運動する状態で、前記一方の測定対象物に形成された開口部を通して、前記他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記他方の測定対象物の内側の面が前記一方の測定対象物に形成された開口部を介して露出するタイミングを検出する同期検出手段を有し、前記同期検出手段の検出出力に同期して前記遅延時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項６】
前記撮像手段による複数回の撮像で得られる複数の画像情報から、前記露出像に該当する複数の画像情報を抽出する測定範囲抽出手段と、
前記測定範囲抽出手段で抽出された前記露出像に該当する複数の画像情報を、前記露出像の同一部位に該当する情報毎に、前記他方の測定対象物の内側の面が非露出状態から前記開口部を通して露出状態となる切替わり時点からの露出経過時間に対応付けて、前記露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求める変化特性演算手段と、
前記変化特性演算手段により求められた前記変化傾向基づいて、前記抽出された前記露出像の前記切替わり時点における二次元温度分布を演算する前記温度分布演算手段と、
温度分布演算手段により求められた二次元温度分布を合成して、前記他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を形成する合成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記他方の測定対象物の内側の面の露出像を導光して撮像する光ファイバを有することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項８】
前記測定対象物は接触しつつ相対運動し、前記他方の測定対象物の内側の面は、前記接触しつつ相対運動することによる摺動面であることを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対運動する測定対象物の一方の測定対象物の外側から、他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を非接触で計測する非接触温度分布計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体の表面温度を非接触で計測する装置として、物体表面より放射する遠赤外像を撮像する遠赤外像形成装置（サーモグラフ）が一般的に知られている。
【０００３】
また、接触しながら往復運動やスラスト運動、回転運動等の相対運動をする２物体の摺動面における摩擦温度を計測する装置として、文献（日本機械学会第７１期通常総会講演論文集（ＩＩＩ）ｐ５７９〜ｐ５８１［Ｎｏ．９４０−１０］［１９９４−３．２９〜３１，東京］）に開示された赤外線映像装置がある。この赤外線映像装置は、相対運動する２物体の一方の部材として、遠赤外線に対して透明なプラスチック部材を用い、その物体の裏面側より撮像することで、摺動面の温度分布を計測する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の遠赤外像形成装置は、測定対象物の表面の温度分布を計測するものである。このため、相対運動する一方の測定対象物によって隠れてしまう他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を計測することができないという課題がある。
【０００５】
前記文献に開示された赤外線映像装置は、相対運動する２物体の一方の物体に透明な部材を用いることで、実際には隠れている摺動面の温度分布計測を可能にしている。しかし、透明な物体を測定対象物としなければならないという制限があり、不透明な材質の物体間の摺動面の温度を計測することが困難である。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、相対運動する測定対象物の一方側から他方側の隠れた面の二次元温度分布を、高精度且つ簡易に計測することができる非接触温度分布計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、相対運動する測定対象物の一方の測定対象物の外側から、その一方の測定対象物に面した他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を計測する非接触温度分布計測装置において、前記一方の測定対象物に形成された開口部を通して、前記他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像する撮像手段と、前記撮像手段による複数回の撮像で得られる複数の画像情報を、前記露出像の同一部位に該当する情報毎に、前記他方の測定対象物の内側の面が非露出状態から前記開口部を通して露出状態となる切替わり時点からの露出経過時間に対応付けて、前記露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求める変化特性演算手段と、前記変化特性演算手段により求められた前記変化傾向基づいて、前記切替わり時点における前記他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を演算する温度分布演算手段とを備えることとした。
【０００８】
【作用】
一方の測定対象物に形成された開口部を通して、他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像することにより、その遅延時間ずつずれた時点での露出像の画像情報が求められる。これら複数の画像情報は、他方の測定対象物の内側の面が非露出状態から開口部を通して露出状態となる切替わり時点からの露出経過時間に対応した部位の情報を有している。そこで、露出経過時間に対応付けて、前記露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求め、この変化変化傾向基づいて、切替わり時点における他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を演算する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図１〜図１７を参照して説明する。尚、これらの図において、同一又は同等の構成要素を同一符号で示している。
【００１０】
図１は、実施の形態の非接触温度分布測定装置の構成を示すブロック図、図２は、測定対象物への本装置の設置態様の一例を示す図である。
【００１１】
図１において、本装置は、測定対象物を撮像するための撮像ユニットと、撮像ユニットから出力される画像信号ＳＡＷを解析して測定対象物の二次元温度分布を求める解析ユニットを備えている。
【００１２】
撮像ユニットは、図２に示すように、二次元撮像デバイスにて撮像するカメラ機構２と、二次元撮像デバイスの受光感度に適合した放射エネルギーを放出する発熱体や蛍光体や発光素子等からなる位置決め部材４を備えている。
【００１３】
カメラ機構２と位置決め部材４は、測定対象物に対して適宜の位置に配置される。例えば、同図（ａ）に示すように、回転体Ａとこの回転体Ａの側壁に接触する接触部材Ｂとの摺動面（摩擦面）の二次元温度分布を計測する場合には、位置決め部材４を接触部材Ｂと同じ側の近傍に配置し、カメラ機構２を回転体Ａの裏面側、即ち外側に配置することで、カメラ機構２と位置決め部材４との間に回転体Ａを介在させるようにする。
【００１４】
更に、回転体Ａの側壁（接触部材Ｂの摺動軌跡上の部分）に、１個以上の開口部を穿設する。同図（ａ）では、一例として貫通孔からなる４個の開口部６，８，１０，１２を設ける場合を示している。このように開口部を設けることで、同図（ｂ）に示すように、回転体Ａが回転するのに伴って、位置決め部材４と接触部材Ｂの内側の面を開口部６，８，１０，１２を通して一時的に露出させ、これらの内側の面、即ち露出面をカメラ機構２で撮像できるようにする。そして、同図（ｃ）に示すように、カメラ機構２の撮像可能範囲（一点鎖線ＡＷで示す視野範囲）内に、測定しようとする接触部材Ｂの摺動面（摩擦面）と位置決め部材４が収まるように撮影倍率及び焦点調整等を行う。
【００１５】
尚、図３に示すように、カメラ機構２は、内蔵されている二次元撮像デバイスの水平ライン方向ｊと回転体Ａの回転方向（周方向）θとがほぼ直交するように配置される。これにより、回転体Ａの回転に伴って開口部６，８，１０，１２が第１番目（ｉ＝１）の水平ライン側から垂直ライン方向ｉに沿って撮像可能範囲ＡＷ内を移動するようにする。
【００１６】
また、前記の開口部は貫通孔に限らず切欠部であってもよいし、開口部の大きさは任意でよい。要は、接触部材Ｂの内側面を一時的に露出させることができる形状の開口部が回転体Ａに設けられていればよい。また、回転体Ａに予め開口部に相当する部分を有していれば、あらためて開口部を形成する必要はない。
【００１７】
このように撮像ユニットを配置すると、例えば、車両用ディスクブレーキの回転ディスクとブレーキパッドとの摺動面や、動力伝達用のクラッチ板の摺動面などの二次元温度分布を計測することができる。
【００１８】
図１において、前記解析ユニットは、演算制御機能を有し且つ解析ユニット全体の動作を制御するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を有する制御部１４と、カメラ機構２の撮像動作を制御する撮像制御部１６と、カメラ機構２から出力される画像信号ＳＡＷに基づいて測定対象物の摺動面の二次元温度分布を求める画像処理部１８と、外部表示装置や外部記憶装置、キーボード等の外部機器を接続するための入出力ポート２０を備えており、これらの各構成要素１４〜２０は、所謂バスラインＢＵＳを介して接続されている。
【００１９】
撮像制御部１６には、同期検出部２２と、計測条件設定部２４、計測条件記憶メモリ２６及び駆動部２８が備えられている。
【００２０】
同期検出部２２は、回転体Ａが回転している間に出力される画像信号ＳＡＷのうち、カメラ機構２に内蔵されている二次元撮像デバイスの特定画素より出力される画素信号（例えば図３中、１行ｊ列目に位置する画素より出力される画素信号Ｐ１，ｊ）の振幅変化に基づいて、各開口部６，８，１０，１２を通して位置決め部材４が露出する瞬間の時点（以下、第１の同期時点という）ｔＦ６，ｔＦ８，ｔＦ１０，ｔＦ１２と、各開口部６，８，１０，１２から位置決め部材４が外れる瞬間の時点（以下、第２の同期時点という）ｔＥ６，ｔＥ８，ｔＥ１０，ｔＥ１２を検出する。
【００２１】
図４は、同期検出部２２による前記第１の同期時点と第２の同期時点の検出動作を示すタイミングチャートである。同図において、回転体Ａが回転するのに伴って、各開口部６，８，１０，１２が位置決め部材４を通過すると、二次元撮像デバイスの特定画素より出力される画素信号Ｐ１，ｊの振幅が変化する。この画素信号Ｐ１，ｊを微分処理することにより、パルス状の微分波形信号ΔＰ１，ｊを生成する。更に、微分波形信号ΔＰ１，ｊのプラス側のパルス波形が所定の閾値ＴＨＤ１を超えた時点で論理“Ｈ”となる第１の同期信号Ｓｉｎと、マイナス側のパルス波形が所定の閾値ＴＨＤ２を超えた時点で論理“Ｈ”となる第２の同期信号Ｓｏｕｔが形成される。そして、第１の同期信号Ｓｉｎの論理“Ｈ”となる時点を第１の同期時点ｔＦ６，ｔＦ８，ｔＦ１０，ｔＦ１２、第２の同期信号Ｓｏｕｔの論理“Ｈ”となる時点を第２の同期時点ｔＥ６，ｔＥ８，ｔＥ１０，ｔＥ１２と判定する。
【００２２】
計測条件設定部２４は、第１，第２の同期信号Ｓｉｎ，Ｓｏｕｔで設定される第１の同期時点ｔＦ６，ｔＦ８，ｔＦ１０，ｔＦ１２と第２の同期時点ｔＥ６，ｔＥ８，ｔＥ１０，ｔＥ１２に基づいて、回転体Ａが１回転するのに要する時間Ｔ０と、回転体Ａの回転速度Ｖと、各開口部６，８，１０，１２を位置決め部材４が通過するのに要する通過時間ＴＷ６，ＴＷ８，ＴＷ１０，ＴＷ１２と、各開口部６，８，１０，１２の設けられていない側壁部分を位置決め部材４が通過するのに要する時間Ｔ６，８，Ｔ８，１０，Ｔ１０，１２，Ｔ１２，１８と、第１の同期時点から次の第２の同期時点までの時間ＴＢ６，ＴＢ８，ＴＢ１０，ＴＢ１２と、各開口部６，８，１０，１２の周方向θの開口幅Ｗ６，Ｗ８，Ｗ１０，Ｗ１２等を求める。
【００２３】
更に、前記時間ＴＢ６，ＴＢ８，ＴＢ１０，ＴＢ１２とＴＷ６，ＴＷ８，ＴＷ１０，ＴＷ１２との比ＴＢ６／ＴＷ６，ＴＢ８／ＴＷ８，Ｔ１０／ＴＷ１０，ＴＢ１２／ＴＷ１２を演算し、これらの比の最大値を各開口部６，８，１０，１２で撮像可能範囲ＡＷを分割し得る分割数（但し、小数点を四捨五入や切り捨てた整数）Ｇとする。例えば、比ＴＢ６／ＴＷ６が最大値となった場合には、この値を撮像可能範囲ＡＷをＧ分割するための分割数とする。
【００２４】
更に、前記時間ＴＷ６，ＴＷ８，ＴＷ１０，ＴＷ１２のうちの最短時間を所定の整数Ｎで割り算し、この割り算で求まった時間値を基準遅延時間Δとする。例えば、ＴＷ６＜ＴＷ８＜ＴＷ１０＜ＴＷ１２の関係にあれば、Δ＝ＴＷ６／Ｎとする。詳細は後述するが、基準遅延時間Δは、カメラ機構２のシャッタタイミングを設定するためにある。
【００２５】
そして、計測条件設定部２４で求められたこれらの計測条件データＴ０，Ｖ，ＴＷ６〜ＴＷ１２，Ｔ６，８〜Ｔ１２，１８，ＴＢ６〜ＴＢ１２，Ｗ６〜Ｗ１２，Ｇ，Δは、計測条件記憶メモリ２６に格納され、画像処理部１８が二次元温度分布を求める際に利用される。
【００２６】
駆動部２８は、同期検出部２２から出力される第１の同期信号Ｓｉｎが論理“Ｈ”となる時点（第１の同期時点）ｔＦ６，ｔＦ８，ｔＦ１０，ｔＦ１２を検知する毎に、夫々の第１の同期時点から基準遅延時間Δの整数ｍ倍の遅延時間τｍ（＝ｍΔ）が経過した時点でカメラ機構２にシャッタ信号ＳＴを供給する。
【００２７】
即ち、回転体Ａの回転に伴って、第１の同期時点ｔＦ６を検知すると、その時点ｔＦ６でカメラ機構２に撮像動作させて１フレーム画像相当の画像信号ＳＡＷを出力させる。次に、第１の同期時点ｔＦ８を検知すると、その時点ｔＦ８から遅延時間τ１（＝Δ）経過した時点でカメラ機構２に撮像させて１フレーム画像相当の画像信号ＳＡＷを出力させる。以後、同様に、第１の同期時点ｔＦ１０，ｔＦ１２を検知する毎に、遅延時間τ２（＝２Δ），τ３（＝３Δ）ずつ経過した時点でカメラ機構２に撮像動作させて夫々の画像信号ＳＡＷを出力させる。そして、撮像可能範囲ＡＷを各開口部６，８，１０，１２が通過するのに要する時間（＝Δ×Ｇ×Ｎ）に達するまで、遅延時間τｍを基準遅延時間Δずつ順次に延長していき、時間（＝Δ×Ｇ×Ｎ）に達すると再び遅延時間時間τｍをリセットして、基準遅延時間Δから順次に延長しつつ、カメラ機構２へのシャッタタイミングを設定していく処理を繰り返す。
【００２８】
このように第１の同期時点ｔＦ６，ｔＦ８，ｔＦ１０，ｔＦ１２に同期して、遅延時間τｍを可変制御しつつカメラ機構２に撮像動作を行わせることで、図５（ａ）〜（ｈ）に示すように、各開口部６，８，１０，１２が撮像可能範囲ＡＷを移動する間に、接触部材Ｂの露出面の同一部分（例えば、同図中のｘの部分）をＮ回ずつ撮像しながら、撮像可能範囲ＡＷ内の接触部材Ｂの摺動面全体を撮像する。例えば、Ｎ＝４に設定すると、開口部６，８，１０，１２が通過する間に、接触部材Ｂの露出面の同一部分ｘを４回撮像しながら撮像走査することとなる。
【００２９】
図１において、画像処理部１８には、Ａ／Ｄ変換器３０、温度補償部３２、測定範囲抽出部３４、露出経過時間判定部３６、温度変化特性演算部３８、温度分布演算部４０、画像合成部４２、撮像画像メモリ４４、温度変化特性メモリ４６、合成画像メモリ４８が備えられている。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器３０は、前記遅延時間τｍ毎にカメラ機構２が撮像して出力する画像信号ＳＡＷをデジタル画像データＤＡＷに変換し、各遅延時間τｍに対応付けたフレーム画像ファイルとして撮像画像メモリ４４に格納させる。
【００３１】
温度補償部３２は、撮像画像メモリ４４に格納された輝度成分を表すデジタル画像データＤＡＷを、温度成分を表すデジタル画像データ（以下、温度画像データという）ＴＤＡＷに変換する。そして、再び各遅延時間τｍに対応付けたフレーム画像ファイルとして撮像画像メモリ４４に格納する。ここで、デジタル画像データＤＡＷを構成している各画素データＰｉ，ｊ（但し、１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｊ≦Ｊ）を、次式（１）のステファンボルツマンの式を適用することにより、温度成分の温度画像データＴＤＡＷを求める。
【００３２】
ω＝εσＴ４                …（１）
但し、ωは赤外線エネルギー（各画素データＰｉ，ｊの輝度に相当する）、Ｔは物体の絶対温度（各温度画素データＴＰｉ，ｊに相当する）、εは放射率（ε≦１）、σはステファンボルツマンの定数である。
【００３３】
測定範囲抽出部３４は、撮像画像メモリ４４に格納された複数フレーム画像分の温度画像データＴＤＡＷから、接触部材Ｂの露出面に該当する温度画像データＴＲＢを抽出して、合成画像メモリ４８に格納させる。即ち、温度画像データＴＤＡＷのうちの二次元温度分布を計測するのに必要な温度画像データを選択することで、温度画像データＴＲＢを抽出する。
【００３４】
図６は、露出面に該当する温度画像データＴＲＡＷの抽出原理を示す図である。各フレーム画像ファイルの温度画像データＴＲＡＷについて、前記二次元撮像デバイスの垂直ライン方向ｉに沿った画素群（例えば、同図中のＱ−Ｑ線上に在る画素群）より得られた温度画素データの温度変化分布を調べ、その変化の立上り部分から立下り部分までの範囲内ＷＢに存在する温度画像データＴＲＢを抽出し、画素配列を崩すことなく合成画像メモリ４８に再格納する。
【００３５】
露出経過時間判定部３６は、非露出状態にあった接触部材Ｂの各部位が開口部６，８，１０，１２によって露出状態となった時点（瞬間）からカメラ機構２によって撮像されるまでの経過時間（以下、露出経過時間という）τを、夫々の温度画像データＴＲＢに基づいて演算する。
【００３６】
図５及び図７を参照して露出経過時間τの演算原理を説明する。図５に示したように、各開口部６，８，１０，１２はカメラ機構２に内蔵されている二次元撮像デバイスの垂直ライン方向ｉに沿って移動していく。また、接触部材Ｂの露出面は、各開口部６，８，１０，１２の移動に対して相対的に逆の方向へ移動していく。したがって、露出面の各部位のうち、各開口部６，８，１０，１２の後端に近い部位ほど露出経過時間τは長くなる。例えば、図５中に示す同一の特定部位ｘにおける露出経過時間τは、同図（ｅ）から同図（ｈ）に移るにしたがって、次第に長くなる。
【００３７】
そこで、図７に示すように、露出面の特定部位ｘの温度画素データＴＰｉ，ｊを有している複数の温度画像データＴＲＢ（１）〜ＴＲＢ（Ｎ）を合成画像メモリ４８から読み出し、温度画像データＴＲＢ（１）〜ＴＲＢ（Ｎ）における夫々の最終行の水平ラインＩＥ（１）〜ＩＥ（Ｎ）と、温度画素データＴＰｉ，ｊの位置する水平ラインＩＦ（１）〜ＩＦ（Ｎ）を検出する。更に、夫々の最終行の水平ラインと温度画素データＴＰｉ，ｊの位置する水平ラインとの間に存在する水平ラインの本数ＩＦ（１）−ＩＥ（１），〜，ＩＦ（Ｎ）−ＩＥ（Ｎ）を算出する。そして、開口部６，８，１０，１２が１水平ライン期間を通過するのに要する時間δを、これらの水平ライン数ＩＦ（１）−ＩＥ（１），〜，ＩＦ（Ｎ）−ＩＥ（Ｎ）に掛け算することにより、特定部位ｘの露出経過時間τ（１）〜τ（Ｎ）を求めている。
【００３８】
即ち、図７に示す、温度画像データＴＲＢ（１）中の温度画素データＴＰｉ，ｊの露出経過時間τ（１）は、τ（１）＝（ＩＦ（１）−ＩＥ（１））×δとなり、温度画像データＴＲＢ（２）中の温度画素データＴＰｉ，ｊの露出経過時間τ（２）は、τ（２）＝（ＩＦ（２）−ＩＥ（２））×δとなり、以下同様に、温度画像データＴＲＢ（Ｎ）中の温度画素データＴＰｉ，ｊの露出経過時間τ（Ｎ）は、τ（Ｎ）＝（ＩＦ（Ｎ）−ＩＥ（Ｎ））×δとなる。また、残余の温度画素データの露出経過時間τも同様に求められる。
【００３９】
尚、時間δは、回転体Ｂの回転速度Ｖと撮像可能範囲ＡＷの周方向θの長さＬＡＷと二次元撮像デバイスの全水平ライン数Ｉに基づいて、δ＝ＬＡＷ／（Ｉ×Ｖ）の関係式により求められる。また、変数Ｎは前記の分割数Ｎである。
【００４０】
温度変化特性演算部３８は、合成画像メモリ４８に格納されている複数ファイルの温度画像データＴＲＢについて、接触部材Ｂの同一部位に該当する画素データＴＰｉ，ｊを露出経過時間τ（１）〜τ（Ｎ）に沿って配列し、その部位の露出してからの温度変化の傾向を表す温度特性曲線ＣＰｉ，ｊを推定演算する。
【００４１】
図８は、露出面のある特定部位に該当する温度画素データＴＰｉ，ｊについての温度特性曲線ＣＰｉ，ｊの演算原理を代表して示す。同図において、前記遅延時間τｍに同期して得られたＮフレーム数分の温度画像データＴＲＢ（１）〜ＴＲＢ（Ｎ）から、Ｎ個の画素データＴＰｉ，ｊ（１）〜ＴＰｉ，ｊ（Ｎ）を読出し、これらの温度画素データＴＰｉ，ｊ（１）〜ＴＰｉ，ｊ（Ｎ）を夫々の露出経過時間τ（１）〜τ（Ｎ）に沿って配列する。カーブフィット法や最小２乗法等の統計処理、ニューラルネット法等を用いて画素データＴＰｉ，ｊ（１）〜ＴＰｉ，ｊ（Ｎ）の変化傾向を表す温度特性曲線ＣＰｉ，ｊを推定演算する。また、露出面の残余の部位についても同様の推定演算を行うことにより、露出面の全ての部位の温度特性曲線ＣＰｉ，ｊを求め、そのデータを温度変化特性メモリ４６に格納する。
【００４２】
温度分布演算部４０は、温度変化特性メモリ４６に格納された温度特性曲線ＣＰｉ，ｊのデータに基づいて、接触部材Ｂの各部位が露出状態となった瞬間ｔｒでの温度分布ＴＰｉ，ｊ（ｔｒ）を統計手法などにより推定演算し、その演算結果のデータを合成画像メモリ４８に再度格納する。この温度分布ＴＰｉ，ｊ（ｔｒ）は、本来隠れている摺動面の各部位の温度に極めて近い値となる。
【００４３】
尚、温度分布演算部４０では、撮像可能範囲ＡＷを前記分割数Ｇで分割した各領域に対応付けて演算処理を行うことにより、温度分布ＴＰｉ，ｊ（ｔｒ）のデータをＧ個の温度画像データＴＳ（１）〜ＴＳ（Ｇ）にして、合成画像メモリ４８に格納する。
【００４４】
画像合成部４２は、図９に示すように、合成画像メモリ４８に格納された複数の温度画像データＴＳ（１）〜ＴＳ（Ｇ）を読出し、接触部材Ｂの摺動面の形状に合わせるように配置する。更に、データの欠落部分を統計処理によって補間することにより、摺動面全体の二次元温度分布を表す二次元温度分布データＴＳＢを形成して、合成画像メモリ４８に格納する。また、この合成画像データＴＳＢは、入出力ポート２０を介して外部記憶装置に格納されたり、外部モニタ装置に再生表示されたり、ハードコピーに印字する等の処理も行われる。
【００４５】
次に、この非接触温度分布測定装置の一連の動作を、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４６】
本装置を起動すると、ステップＳ１００において、撮像制御部１６が作動し、回転体Ａが５〜１０回転する間に、同期検出部２２及び計測条件設定部２４が画像信号ＳＡＷに基づいて、前記の遅延基準時間Δや回転体Ａの回転速度Ｖ等の各種の計測条件を求める。尚、この処理中は、画像処理部１８による二次元温度分布を求めるための処理は行われず、単に、画像信号ＳＡＷがＡ／Ｄ変換器３０及び入出力ポート２０を介して外部表示装置等へ転送される。
【００４７】
前記各種の計測条件が求められるとステップＳ１１０に移行し、画像処理部１８が起動する。まず、ステップＳ１２０において、駆動部２８で設定される遅延時間τｍに同期してカメラ機構４から出力される画像信号ＳＡＷをＡ／Ｄ変換器３０でデジタル画像データＤＡＷに変換し、撮像画像メモリ４４に記憶する。ここで、回転体Ａと接触部材Ｂとの摺動面の二次元温度分布を求めるのに十分なフレーム画像分のデジタル画像データＤＡＷを採取するまで、撮像処理が行われる。
【００４８】
十分なデジタル画像データＤＡＷを採取すると、ステップＳ１３０において、温度補償部３２により、輝度成分のデジタル画像データＤＡＷを温度成分の温度画像データＴＤＡＷに変換する。次に、ステップＳ１４０において、測定範囲抽出部３４により、温度画像データＴＤＡＷの中から摺動面に関わる温度画像データＴＲＢを抽出する。次に、ステップＳ１５０において、露出経過時間判定部３６が、温度画像データＴＲＢに基づいて露出面の各部位の露出経過時間τを求める。次に、ステップＳ１６０において、温度変化特性演算部３８が、露出面の各部位における温度特性曲線ＣＰｉ，ｊを求める。
【００４９】
ステップＳ１７０において、温度分布演算部４０により、前記温度特性曲線ＣＰｉ，ｊに基づいて温度画像データＴＳ（１）〜ＴＳ（Ｇ）を演算する。そして、ステップＳ１８０において、画像合成部４２が温度画像データＴＳ（１）〜ＴＳ（Ｇ）を合成することにより、摺動面全体の二次元温度分布を表す合成画像データＴＳＢを形成して、一連の処理を終了する。
【００５０】
このように、この実施の形態によれば、相互運動する測定対象物の摺動面が開口部を通して一時的に露出するときのその露出像を画像処理することにより、本来隠れている摺動面の二次元温度分布を高精度で計測することができる。
【００５１】
尚、以上の説明では、図２に示すように、カメラ機構２で位置決め部材４を撮像することで、回転体Ａの回転速度Ｖ等の計測条件を求める構成を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、位置決め部材４の代わりに、反射型や透過型のフォトインタラプタ（光学センサ）ＰＤを回転体Ａの開口部６，８，１０，１２の近傍に配置し、この光学センサＰＤの検出信号ＳＰＤを同期検出部２２に供給してもよい。この構成によれば、検出信号ＳＰＤの振幅変化に基づいて、図４に示した同期信号Ｓｉｎ，Ｓｏｕｔが生成され、回転体Ａの回転速度Ｖ等の計測条件を求めることができる。
【００５２】
また、撮像制御部１６に計測条件設定部２４を設け、この計測条件設定部２４により、自動的に前記計測条件を求める構成を説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、前記回転速度Ｖや遅延基準時間Δ等の計測条件が既知である場合には、入出力ポート２０を介してこれらの計測条件のデータを計測条件記憶メモリ２６に予め記憶させるようにしてもよい。この場合には、計測条件設定部２４を省略することができる。
【００５３】
また、回転体Ａと接触部材Ｂの材質や、それらの摺動面が露出状態となったときの温度変化特性が予め既知の場合には、その温度特性曲線ＣＰｉ，ｊのデータを入出力ポート２０を介して温度変化特性記憶メモリ４６に記憶させるようにしてもよい。この場合には、露出経過時間判定部３６及び温度変化特性演算部３８を省略することができる。
【００５４】
更にまた、基準遅延時間Δを、カメラ機構２に予め設定されている所謂フレーム周期と等しくする場合には、撮像制御部１６を省略してもよい。即ち、図１に示す撮像制御部１６中の同期検出部２２、計測条件設定部２４、計測条件記憶メモリ２６及び駆動部２８を省略し、画像処理部１８でこのフレーム周期を基準遅延時間Δとして前記の画像処理をすることにより、二次元温度分布を求めることができる。この場合には、前記の位置決め部材４や光学センサＰＤ等の同期検出用の部材も省略することができる。
【００５５】
更にまた、二次元撮像デバイスを備えたカメラ機構２により面順次撮像を行う構成を説明したが、線順次撮像や点順次撮像を行う構成にしてもよい。
【００５６】
図１２は、線順次撮像を行うカメラ機構の構成例を示している。同図において、回転体Ａの裏面側に配置されると共に回転体Ａの回転方向θに対して直交する方向θｉに所定の角速度Δｉで定回転する回転ミラー５０と、回転ミラー５０で反射される光像を受光するラインセンサ５２が設けられ、ラインセンサ５２から出力される画像信号ＳＡＷを図１中の同期検出部２２及びＡ／Ｄ変換器３０に供給する。そして、画像信号ＳＡＷをフレーム画像単位のデジタル画像データＤＡＷにして、撮像画像メモリ４４に取り込み、このデジタル画像データＤＡＷを画像処理部１８で前記の画像処理を行うことにより、二次元温度分布を求めることができる。
【００５７】
図１３は、点順次撮像を行うカメラ機構の構成例を示している。同図において、回転体Ａの裏面側に配置されると共に回転体Ａの回転方向θに対して直交する方向θｉに所定の角速度Δｉで定回転する回転ミラー５４と、回転ミラー５４の回転方向θｉに対して直交する方向θｊに所定の角速度Δｊで定回転するポリゴンミラー５６と、ポリゴンミラー５６からの反射光を受光するフォトトランジスタ等の受光素子５８が設けられ、受光素子５６から出力される画像信号ＳＡＷを図１中の同期検出部２２及びＡ／Ｄ変換器３０に供給する。そして、画像信号ＳＡＷをフレーム画像単位のデジタル画像データＤＡＷにして、撮像画像メモリ４４に取り込み、このデジタル画像データＤＡＷを画像処理部１８で前記の画像処理を行うことにより、二次元温度分布を求めることができる。
【００５８】
これらの線順次撮像又は点順次撮像を行う構成にすると、面順次撮像型のカメラ機構２よりも、安価なカメラ機構を実現することができる。
【００５９】
また、以上の説明では、車両用ディスクブレーキの回転ディスクとブレーキパッドとの摺動面の二次元温度分布を計測する場合等の適用例について説明したが、他の測定対象物の二次元温度分布を計測することができる。
【００６０】
図１４は、航空機や車両用のタイヤ６０の制動特性を求めるために、擬似的に形成された路面６２との接触面における二次元温度分布を計測する場合を示す。擬似路面６２は鋼板上にアスファルト等の路面用部材を積層した構造を有し、複数の開口部６４が設けられている。タイヤ６０は、この擬似路面６２の路面用部材の表面に接触させて配置し、非接触温度分布計測装置は、撮像機構２を擬似路面６２の裏面側に向けて配置する。そして、擬似路面６２を開口部６４の設けられた方向に移動させることにより、タイヤ６０の摺動面を開口部６４を通して一時的に露出させ、その露出面を撮像して前記画像処理を行うことにより、タイヤ６０の摺動面の二次元温度分布を計測することができる。
【００６１】
図１５は、回転砥石６６を用いて被研削部材６８を平面研削加工する際に、回転砥石６６の摺動面の二次元温度分布を計測する場合を示す。被研削部材６８を往復移動させつつ回転砥石６６を回転させることで平面研削加工が行われる。この場合には、被研削部材６８の回転砥石６６に対向する部分に開口部７０を設け、この開口部７０を通して回転砥石６６の摺動面を撮像するように、非接触温度分布計測装置のカメラ機構２を配置することにより、その摺動面の二次元温度分布を計測することができる。
【００６２】
また、図１５に示すように、回転砥石６６と被研削部材６８の両者がカメラ機構２に対して動くような場合、即ち、測定対象物が両者間で相対運動すると共に、両者が共にカメラ機構２に対しても相対運動する場合であっても、開口部の設けられた測定対象物を通して他方の測定対象物の摺動面の二次元温度分布を計測することができる。また、このように、カメラ機構２に対して測定対象物が共に動く場合であっても、二次元温度分布を計測することができることから、開口部を有する測定対象物がカメラ機構３に対して停止（静止）し、開口部の設けられていない他方の測定対象物が相対運動する場合であっても、その他方の測定対象物の摺動面の二次元温度分布を計測することが可能である。
【００６３】
図１６（ａ）（ｂ）は、周方向に回転する円筒形部材７２の内周面と、その内周面に接触する他の接触部材７４との摺動面の二次元温度分布を計測する場合を示す。例えば、円筒形部材７２の内周面を、接触部材７４である砥石にて研削加工する場合等が該当する。
【００６４】
この場合には、円筒形部材７２の側壁に開口部７６を設け、この開口部７６を通して円筒形部材７２と接触部材７４との摺動面を撮像するように、非接触温度分布計測装置のカメラ機構２を配置することにより、その摺動面の二次元温度分布を計測することができる。
【００６５】
また、同図（ｂ）に示すように、カメラ機構２に細い光ファイバ７８を延設し、この光ファイバ７８の先端部（光入射端）より前記摺動面の露出像を導入して、撮像デバイスで撮像するようにしてもよい。このように光ファイバ７８を設けると、測定対象物が小形の部材であったり、構造が複雑な場合や、摺動面が微細な場合等のように、計測し難い個所の二次元温度分布を計測することができる。
【００６６】
また、以上の説明では、接触しつつ相対運動する測定対象物の摺動面の二次元温度分布を計測する適用例を述べたが、接触しないで相対運動する２測定対象物の一方の測定対象物側から、本来隠れている他方の測定対象物側の内側面の二次元温度分布を計測することができる。
【００６７】
例えば、図１７に示すように、コンピュータシステムに内蔵されているマイクロコンピュータＭＰＵの表面の二次元温度分布を、そのマイクロコンピュータＭＰＵの表面上に搭載されている空冷用ファンＦＵＮの外側から計測することができる。即ち、空冷用ファンＦＵＮは複数枚の羽根が回転することにより、マイクロコンピュータＭＰＵの発熱を外部へ放出する。したがって、単に従来のサーモグラフを用いてマイクロコンピュータＭＰＵの表面の二次元温度分布を計測しようとしても、羽根が邪魔をして、同一時点におけるマイクロコンピュータＭＰＵの表面の二次元温度分布を計測することができない。これに対して、本発明の非接触温度分布計測装置によれば、空冷用ファンＦＵＮの羽根が回転移動する際に非露出状態となるマイクロコンピュータＭＰＵの表面の二次元温度分布を演算処理するので、マイクロコンピュータＭＰＵの表面全体の二次元温度分布を計測することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の非接触温度分布計測装置によれば、一方の測定対象物に形成された開口部を通して、他方の測定対象物の内側の面の露出像を、所定の遅延時間ずらしつつ複数回撮像し、これら複数の画像情報を、露出像の同一部位に該当する情報毎に、他方の測定対象物の内側の面が非露出状態から開口部を通して露出状態となる切替わり時点からの露出経過時間に対応付けて、露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求め、この変化傾向基づいて、切替わり時点における他方の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を演算するので、本来、一方の測定対象物で隠れている他の測定対象物の内側の面の二次元温度分布を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の非接触温度分布計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】非接触温度分布計測装置の設置態様の一例を示す説明図である。
【図３】撮像走査の原理を説明する説明図である。
【図４】測定対象物と撮像走査との同期をとるための原理を説明するタイミングチャートである。
【図５】遅延時間に同期して撮像走査することにより選られる画像を説明する説明図である。
【図６】露出面の画像データを抽出する原理を説明する説明図である。
【図７】露出経過時間を求めるための原理を説明する説明図である。
【図８】温度変化曲線を求めるための原理を説明する説明図である。
【図９】画像合成処理の原理を説明する説明図である。
【図１０】非接触温度分布計測装置により二次元温度分布を求めるまでの一連の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】測定対象物と撮像走査との同期をとるための他の構成例を示す構成説明図である。
【図１２】撮像ユニットの変形例を示す構成説明図である。
【図１３】撮像ユニットの他の変形例を示す構成説明図である。
【図１４】非接触温度分布計測装置の他の適用例を説明する説明図である。
【図１５】非接触温度分布計測装置の更に他の適用例を説明する説明図である。
【図１６】非接触温度分布計測装置の更に他の適用例を説明する説明図である。
【図１７】非接触温度分布計測装置の更に他の適用例を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ａ…回転体、Ｂ接触部材、２…カメラ機構、４…位置決め部材、６〜１２…開口部、１４…制御部、１６…撮像制御部、１８…画像処理部、２０…入出力ポート、２２…同期検出部、２４…計測条件設定部、２６…計測条件記憶メモリ、２８…駆動部、３０…Ａ／Ｄ変換器、３２…温度補償部、３４…測定範囲抽出部、３６…露出経過時間判定部、３８…温度変化特性演算部、４０…温度分布演算部、４２…画像合成部、４４…撮像画像メモリ、４６…温度変化特性記憶メモリ、４８…合成画像メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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