(57)【要約】【課題】管端内面の温度を精度良く計測することができる温度計測システム、温度計測方法及び管材の製造方法を提供すること。【解決手段】管形状物体の管端部における管内面部である管端内面の温度を計測する温度計測システムであって、管形状物体の軸線方向に移動可能に設けられ、管内面部を含むように管端部を撮像する撮像手段と、管形状物体のサイズ情報を取得する情報取得手段と、サイズ情報に基づいて、撮像手段の軸線方向における位置及び／又は姿勢角度を調整する調整手段と、撮像手段によって撮像された画像から管端内面の温度を算出する温度算出手段と、を備える。【選択図】図１
2019138909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管形状物体の管端部における管内面部である管端内面の温度を計測する温度計測システムであって、
前記管形状物体の軸線方向に移動可能に設けられ、前記管内面部を含むように前記管端部を撮像する撮像手段と、
前記管形状物体のサイズ情報を取得する情報取得手段と、
前記サイズ情報に基づいて、前記撮像手段の前記軸線方向における位置及び／又は姿勢角度を調整する調整手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像から前記管端内面の温度を算出する温度算出手段と、
を備えたことを特徴とする温度計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の温度計測システムにおいて、
前記撮像手段によって撮像された画像から、前記管端内面を認識するための画像処理を実施する画像処理手段を備えており、
前記温度算出手段は、前記画像処理によって認識された前記管端内面の輝度値と、前記管端内面の見かけの放射率と、を用いて、前記管端内面の温度を算出することを特徴とする温度計測システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の温度計測システムにおいて、
前記撮像手段の受光角が５０［°］以上６０［°］以下であることを特徴とする温度計測システム。
【請求項４】
管形状物体の管端部における管内面部である管端内面の温度を計測する温度計測方法であって、
前記管形状物体の軸線方向に移動可能に設けられた撮像手段によって、前記管内面部を含むように前記管端部を撮像する撮像工程と、
前記管形状物体のサイズ情報を取得する情報取得工程と、
前記サイズ情報に基づいて、前記撮像手段の前記軸線方向における位置及び／又は姿勢角度を調整する調整工程と、
前記撮像工程で撮像された画像から前記管端内面の温度を算出する温度算出工程と、
を有することを特徴とする温度計測方法。
【請求項５】
請求項４に記載の温度計測方法において、
前記撮像工程で撮像された画像から、前記管端内面を認識するための画像処理を実施する画像処理工程を有しており、
前記温度算出工程では、前記画像処理工程で認識された前記管端内面の輝度値と、前記管端内面の見かけの放射率と、を用いて、前記管端内面の温度を算出することを特徴とする温度計測方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の温度計測方法において、
前記撮像手段の受光角が５０［°］以上６０［°］以下であることを特徴とする温度計測方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１つに記載の温度計測方法を用いて計測した前記管端内面の温度の情報を用いて、前記管形状物体である管材を製造することを特徴とする管材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度計測システム、温度計測方法及び管材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管材である鋼管の製造工程においては、鋼管の温度情報は操業上非常に重要な要素であり、同一の成分や圧延荷重にて鋼管を製造しても、温度条件が異なることによって、最終製品の材質に大きな違いが発生することがある。なお、ここで述べる温度条件というのは、鋼管の外面の温度だけではなく内面の温度も含み、特に加工発熱により加熱される内面の温度条件は重要である。
【０００３】
特許文献１には、鋼管の管内面部を含む管端部を撮像手段であるカメラによって撮像し、得られた画像を画像処理することによって得た管内面部の輝度（光量）を温度に変換して、管内面部の温度を計測する温度計測方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者らが行った実験やシミュレーションの結果などから、鋼管の管端部における管内面部を撮像手段によって撮像して測温する場合には、撮像手段の受光角が特定の狭い範囲内でしか、前記管内面部の温度を精度良く計測することができないことがわかった。
【０００６】
詳細な説明は後述するが、本発明を検討することで、発明者らは以下の新たな知見を得た。まず、受光角をある特定の角度より大きくすると、見かけの放射率が低下してしまう。そのため、安定した温度領域を測温することが難しくなる。一方、受光角をある特定の角度より小さくすると、管端部における管内面部よりも非常に温度が低下した領域である最管端部の撮像面積が増えることになる。穿孔と測定に数秒から数十秒でも時間差がある場合は、自然冷却によって、管端部における管内面部の鋼管軸線方向で最管端部分において、この最管端部分よりも鋼管軸線方向で奥側の管奥部分に比べて冷却されるケースが存在するためである。そのため、材質に影響を与える管奥部分の安定した温度領域を測温することが、やはり難しくなる。従来は、このような知見無しに、経験的にまたは設備レイアウト上の理由から、受光角が決定されていた。このため、鋼管の管長が異なることによる管端通過位置変動が生じた場合に、受光角が前記特定の狭い範囲内から外れてしまうと、管端部における管内面部の温度を精度良く計測することができなくなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、管端内面の温度を精度良く計測することができる温度計測システム、温度計測方法及び管材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る温度計測システムは、管形状物体の管端部における管内面部である管端内面の温度を計測する温度計測システムであって、前記管形状物体の軸線方向に移動可能に設けられ、前記管内面部を含むように前記管端部を撮像する撮像手段と、前記管形状物体のサイズ情報を取得する情報取得手段と、前記サイズ情報に基づいて、前記撮像手段の前記軸線方向における位置及び／又は姿勢角度を調整する調整手段と、前記撮像手段によって撮像された画像から前記管端内面の温度を算出する温度算出手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る温度計測システムは、上記の発明において、前記撮像手段によって撮像された画像から、前記管端内面を認識するための画像処理を実施する画像処理手段を備えており、前記温度算出手段は、前記画像処理によって認識された前記管端内面の輝度値と、前記管端内面の見かけの放射率と、を用いて、前記管端内面の温度を算出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る温度計測システムは、上記の発明において、前記撮像手段の受光角が５０［°］以上６０［°］以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る温度計測方法は、管形状物体の管端部における管内面部である管端内面の温度を計測する温度計測方法であって、前記管形状物体の軸線方向に移動可能に設けられた撮像手段によって、前記管内面部を含むように前記管端部を撮像する撮像工程と、前記管形状物体のサイズ情報を取得する情報取得工程と、前記サイズ情報に基づいて、前記撮像手段の前記軸線方向における位置及び／又は姿勢角度を調整する調整工程と、前記撮像工程で撮像された画像から前記管端内面の温度を算出する温度算出工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る温度計測方法は、上記の発明において、前記撮像工程で撮像された画像から、前記管端内面を認識するための画像処理を実施する画像処理工程を有しており、前記温度算出工程では、前記画像処理工程で認識された前記管端内面の輝度値と、前記管端内面の見かけの放射率と、を用いて、前記管端内面の温度を算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る温度計測方法は、上記の発明において、前記撮像手段の受光角が５０［°］以上６０［°］以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る管材の製造方法は、上記の発明の温度計測方法を用いて計測した前記管端内面の温度の情報を用いて、前記管形状物体である管材を製造することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る温度計測システム、温度計測方法及び管材の製造方法は、管形状物体のサイズ情報に基づいて、撮像手段の位置及び／又は姿勢角度を調整し、適切な受光角にすることができるため、管端内面の温度を精度良く計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施形態に係る温度計測システムによって、縦パスで搬送される管長の長い鋼管の測温を行う場合を示した図である。
【図２】図２は、実施形態に係る温度計測システムによって、縦パスで搬送される管長の短い鋼管の測温を行う場合を示した図である。
【図３】図３は、放射率０．９の場合における見かけの放射率の受光角特性を、放射のみと多重反射影響とに分けて評価した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、鋼管の管端部における管内面部（管端内面）の温度を計測するための光学系の一例を示した模式図である。
【図５】図５は、実施形態に係る温度計測システムによって、横パスで搬送される管長の長い鋼管の測温を行う場合を示した図である。
【図６】図６は、実施形態に係る温度計測システムによって、横パスで搬送される管長の短い鋼管の測温を行う場合を示した図である。
【図７】図７（ａ）は、変形例に係る温度計測システムによって、横パスで搬送される管長の長い鋼管の測温を行う場合を示した図である。図７（ｂ）は、変形例に係る温度計測システムによって、横パスで搬送される管長の短い鋼管の測温を行う場合を示した図である。
【図８】図８（ａ）は、鋼管の管内面部を含む管端部の画像を示す図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の画像から生成したヒストグラムを示す図である。
【図９】図９は、管端部画像と、その画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルと、シミュレーションにより算出した放射率とを、受光角θが４５［°］、６０［°］について示した図である。
【図１０】図１０は、複数の鋼管における管端部画像と、その画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルと、その輝度プロファイルにおいて輝度がほぼ一定で横ばいの平坦部の有無とを、受光角θが４５［°］、５０［°］、５５［°］、６０［°］について示した図である。
【図１１】図１１は、実際の圧延ライン上で、鋼管の肉厚ｔと受光角θとを変化させて撮影し、管端部画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルである。
【図１２】図１２は、管端部画像と、その画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルにおける管内面部、平坦部、管外面部を示した図である。
【図１３】図１３は、輝度プロファイルでの管端部における管内面部の長さと平坦部の長さとの算出方法の説明図である。
【図１４】図１４は、図１１の各輝度プロファイルに対応する指標のヒストグラムである。
【図１５】図１５は、図１１の各輝度プロファイルに対応する各受光角θ及び各肉厚ｔでの指標の平均及び標準偏差を示したグラフである。
【図１６】図１６は、実施例１に係る温度計測システムによって、縦パスで搬送される鋼管の測温を、受光角θを６０［°］で行う場合を示した図である。
【図１７】図１７は、実施例２に係る温度計測システムによって、横パスで搬送される鋼管の測温を、受光角θを６０［°］で行う場合を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る温度計測システム、温度計測方法及び管材の製造方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１８】
図１は、実施形態に係る温度計測システム１によって、縦パスで搬送される管長の長い鋼管１０Ｌの測温を行う場合を示した図である。図２は、実施形態に係る温度計測システム１によって、縦パスで搬送される管長の短い鋼管１０Ｓの測温を行う場合を示した図である。
【００１９】
本実施形態に係る温度計測システム１は、図１に示すように、加熱炉等の炉外を鋼管軸線方向に搬送される（以下、「縦パスで搬送される」とも称する）管形状物体である鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬにおける管内面部１２ＡＬ，１２ＢＬの測温に適用することができる。また、温度計測システム１は、図２に示すように、炉外を縦パスで搬送される管形状物体である鋼管１０Ｓの管端部１１ＡＳ，１１ＢＳにおける管内面部１２ＡＳ，１２ＢＳの測温にも適用することができる。鋼管１０Ｌ，１０Ｓを縦パスで搬送する搬送方法としては、例えば、ウォーキングビームや鋼管１０を載せて平行に搬送するコンベアを用いる。なお、以下の説明において、鋼管１０Ｌと鋼管１０Ｓとを区別しない場合には、それぞれの添え字「Ｌ」と添え字「Ｓ」とを省略する。
【００２０】
温度計測システム１は、鋼管１０を管外から撮像する撮像手段である先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂ、画像処理手段である画像処理装置３、温度算出手段である演算装置４、データサーバ５、コントローラ６、先端側駆動機構５１Ａ、後端側駆動機構５１Ｂ、ガイドレール５２、先端側エリアセンサ支持部材５３Ａ、並びに、後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂなどを備えている。なお、前記撮像手段としてのエリアセンサの個数は、２個に限らず、１個でも、または３個以上でもよい。
【００２１】
先端側エリアセンサ２Ａは、鋼管１０の先端側の管端部１１Ａを撮像するものである。後端側エリアセンサ２Ｂは、鋼管１０の後端側の管端部１１Ｂを撮像するものである。ガイドレール５２は、鋼管搬送方向と同方向に長尺な丸棒形状である。先端側エリアセンサ支持部材５３Ａは、先端側エリアセンサ２Ａを支持するものであって、円筒部５３１Ａと棒状部５３２Ａとによって構成されている。円筒部５３１Ａは、中空内部にガイドレール５２が挿入されており、ガイドレール５２に対してスライド移動可能に保持されている。棒状部５３２Ａは、ガイドレール５２の軸線に対して傾くように、一端が円筒部５３１Ａの外周面に固定され、他端が先端側エリアセンサ２Ａに固定されている。後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂは、後端側エリアセンサ２Ｂを支持するものであって、円筒部５３１Ｂと棒状部５３２Ｂとによって構成されている。円筒部５３１Ｂは、中空内部にガイドレール５２が挿入されており、ガイドレール５２に対してスライド移動可能に保持されている。棒状部５３２Ｂは、ガイドレール５２の軸線に対して傾くように、一端が円筒部５３１Ｂの外周面に固定され、他端が後端側エリアセンサ２Ｂに固定されている。
【００２２】
データサーバ５は、鋼管１０のサイズ情報などを保存するものである。なお、データサーバ５に保存される鋼管１０のサイズ情報としては、管長や管径などであり、予めシステムで計画していたデータでもよいし、実際に鋼管１０の管長や管径などのサイズを計測したデータでもよい。コントローラ６は、データサーバ５から取得した鋼管１０のサイズ情報などに基づいて、先端側駆動機構５１Ａ及び後端側駆動機構５１Ｂを制御したり、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂを制御したりするものである。
【００２３】
先端側駆動機構５１Ａは、ガイドレール５２の軸線方向に沿って先端側エリアセンサ支持部材５３Ａを移動させたり、ガイドレール５２の軸線を中心に先端側エリアセンサ支持部材５３Ａを回転させたりするものである。後端側駆動機構５１Ｂは、ガイドレール５２の軸線方向に沿って後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂを移動させたり、ガイドレール５２の軸線を中心に後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂを回転させたりするものである。
【００２４】
画像処理装置３は、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂによって撮像された画像から、管内面部１２Ａ，１２Ｂを認識するための画像処理を実施するものである。演算装置４は、画像処理によって認識された管内面部１２Ａ，１２Ｂの輝度値と、管内面部１２Ａ，１２Ｂの見かけの放射率と、を用いて、管内面部１２Ａ，１２Ｂの温度を算出するものである。
【００２５】
先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの視野は、鋼管１０の管径よりも広く、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂが画面内に入るように設定している。また、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、鋼管１０の管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂを、所定の角度で覗き込むことができる。先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂから直接放射される自発光成分だけではなく、鋼管軸線方向にわたって管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂ以外の他の箇所からの放射が多重反射したことによる多重反射成分が加算された放射輝度を取得することになる。次で、得られた放射輝度を、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂで多重反射しない条件で計測した放射率（以下、表面放射率と定義する。）を用いて、多重反射影響を評価するためのシミュレーションにより放射率（以下、見かけの放射率と定義する。）を算出する。そして、見かけの放射率を、演算装置４で温度に換算する。
【００２６】
なお、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂの表面放射率の計測方法、見かけの放射率の算出方法、及び、放射輝度から温度に変換する方法などは、特願２０１７−０３３７５７号を参照することができる。
【００２７】
具体的には、次の第１処理工程〜第３処理工程の３つの処理工程によって構成される。まず、第１処理工程では、予め鋼材の加熱試験を実施し、目的とする波長域における放射光の光量と、熱電対や黒体スプレーなどから求めた温度の真値とを比較することによって、表面性状によって変動する表面放射率及び反射率を測定する。次の第２処理工程では、得られた表面放射率及び反射率を用いて、管内面からの放射光と、その放射光が管内面で反射して発生する多重反射現象をモデル化してシミュレーションすることにより、図３の例に示す通り管端からの受光角θごとの見かけの放射率を算出する。最後に第３処理工程では、得られた受光角θと見かけの放射率とを用いて、少なくとも図４の構成を備える光学系で、実際に測定対象となる管の管端内面から得られた放射輝度を温度に変換することで温度計測を実施する。ここで、第３処理工程で温度測定を実施する際の光学系について、対象表面の放射光強度の角度分布が一定とみなせる受光角θとなるように、計測することが望ましい。図３の場合は、入射角６０［°］以下で安定して計測可能なことが確認できる。そのため、図３の場合は、受光角θを入射角６０［°］以下とすることが望ましい。
【００２８】
本実施形態に係る温度計測システム１においては、縦パスで搬送される鋼管１０の管端部１１Ａ，１１Ｂの撮像が行われる前に、まず、撮像対象の鋼管１０のサイズ情報をデータサーバ５からコントローラ６が取得する。
【００２９】
図１に示すように、撮像対象が管長の長い鋼管１０Ｌである場合、コントローラ６は、鋼管１０Ｌのサイズ情報に基づいて、先端側駆動機構５１Ａ及び後端側駆動機構５１Ｂを制御し、先端側エリアセンサ支持部材５３Ａ及び後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂを、ガイドレール５２に対してスライド移動させたり回転させたりする。これにより、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度が、所定の受光角θが得られるように鋼管１０Ｌのサイズ情報に応じて予め設定されたものに調整される。なお、前記「位置及び／又は姿勢角度」とは、位置のみ、姿勢角度のみ、又は、位置と姿勢角度との両方、のいずれかを意味する。
【００３０】
そして、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、複数の搬送ローラ３０によって鋼管軸線方向に平行移動で搬送される鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬを、視野内において例えば５０［°］〜６０［°］の受光角θとなる所定位置に管端部１１ＡＬ，１１ＢＬが到達したときに撮像する。なお、先端側エリアセンサ２Ａにおける受光角θは、鋼管軸線方向に対して斜めの光軸ＸＡと鋼管軸線方向に直交する仮想直線ＹＡとのなす角である。また、後端側エリアセンサ２Ｂにおける受光角θは、鋼管軸線方向に対して斜めの光軸ＸＢと鋼管軸線方向に直交する仮想直線ＹＢとのなす角である。これにより、温度計測システム１は、５０［°］〜６０［°］の適切な受光角θによって撮像された管端部１１ＡＬ，１１ＢＬの画像を用いて、鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬにおける管内面部１２ＡＬ，１２ＢＬの温度を精度良く計測することができる。
【００３１】
また、図２に示すように、撮像対象が管長の短い鋼管１０Ｓである場合、コントローラ６は、鋼管１０Ｓのサイズ情報に基づいて、先端側駆動機構５１Ａ及び後端側駆動機構５１Ｂを制御し、先端側エリアセンサ支持部材５３Ａ及び後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂを、ガイドレール５２に対してスライド移動させたり回転させたりする。これにより、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度が、所定の受光角θが得られるように鋼管１０Ｓのサイズ情報に応じて予め設定されたものに調整される。この際、先端側エリアセンサ２Ａと後端側エリアセンサ２Ｂとの鋼管軸線方向における間隔は、鋼管１０Ｌの撮像時よりも狭くなっている。
【００３２】
そして、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、複数の搬送ローラ３０によって鋼管軸線方向に平行移動で搬送される鋼管１０Ｓの管端部１１ＡＳ，１１ＢＳを、視野内において５０［°］〜６０［°］の受光角θとなる所定位置に管端部１１ＡＳ，１１ＢＳが到達したときに撮像する。これにより、温度計測システム１は、５０［°］〜６０［°］の適切な受光角θによって撮像された管端部１１ＡＳ，１１ＢＳの画像を用いて、鋼管１０Ｓの管端部１１ＡＳ，１１ＢＳにおける管内面部１２ＡＳ，１２ＢＳの温度を精度良く計測することができる。
【００３３】
ここで、本実施形態に係る温度計測システム１において、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、上述したように、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂから直接放射される自発光成分に、多重反射成分が加算された放射輝度を取得する。得られた放射輝度は、演算装置４によって温度に換算される。そして、受光角θを特定の角度（本実施形態では６０［°］）より大きくすると見かけの放射率が小さくなるため、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂの温度を安定して測温することが難しくなる。一方、受光角θを特定の角度（本実施形態では６０［°］）より小さくすると、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂよりも非常に温度が低下した領域である管端部１１Ａ，１１Ｂの最管端部の撮像面積が増えることになるため、材質に影響を与える管奥部分の安定した温度領域を測温することが難しくなる。
【００３４】
これに対して、本実施形態に係る温度計測システム１は、縦パスによる鋼管搬送時に、鋼管１０の管長に応じて、５０［°］〜６０［°］の適切な受光角θで管端部１１Ａ，１１Ｂを撮像することが可能なように、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度を調整する。これにより、温度計測システム１は、縦パスによる鋼管搬送時に、鋼管１０の管長によらず、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２を、先端側及び後端側にそれぞれ１つずつ設けた先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂにより、同じ受光角θで覗き込んで撮像することができる。よって、温度計測システム１は、鋼管１０の管長によらず、受光角θを例えば６０［°］で一定にし、見かけの放射率の低下を抑えつつ、同じ受光角θで覗き込んだ管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂの画像から、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂの鋼管軸線方向で同じ位置の管奥部分の安定した温度領域を、精度良く測温することができる。
【００３５】
なお、前記所定位置に管端部１１Ａ，１１Ｂが到達したタイミングで撮像する方法としては、例えば、搬送されている鋼管１０の位置を検知する鋼管位置検知センサからの位置情報を用いてもよい。
【００３６】
また、管端部１１Ａ，１１Ｂの温度は、周囲の環境温度と比較して高温であり、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂは、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管外面部１３と比較してさらに温度が高い。そのため、温度計測システム１は、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂによって前記所定位置の撮像を常時行っておき、前記所定位置が最も明るくなったときの画像を用いて測温するようにしてもよい。なお、このようにして測温する場合、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂのフレームレートは、鋼管１０の搬送速度と比較して十分高くするのが好ましい。
【００３７】
また、先端側エリアセンサ２Ａによる管端部１１Ａの撮像タイミングと、後端側エリアセンサ２Ｂによる管端部１１Ｂの撮像タイミングとが、同じであることにより、撮像タイミングの差によって生じる管端部１１Ａと管端部１１Ｂとの測温時間のタイムラグに起因した温度差の影響を抑制することができる。
【００３８】
図５は、実施形態に係る温度計測システム１によって、横パスで搬送される管長の長い鋼管１０Ｌの測温を行う場合を示した図である。図６は、実施形態に係る温度計測システム１によって、横パスで搬送される管長の短い鋼管１０Ｓの測温を行う場合を示した図である。
【００３９】
本実施形態に係る温度計測システム１は、加熱炉等の炉外で周方向に回転させて鋼管軸線方向と直交する方向に搬送される（以下、「横パスで搬送される」とも称する）、鋼管１０の測温にも適用することができる。図５及び図６に示すような横パスによる鋼管搬送時には、管長の長い鋼管１０Ｌと管長の短い鋼管１０Ｌとで、管長の長さの違いにより、鋼管軸線方向における先端及び後端の通過する位置が異なる。そのため、温度計測システム１は、管端部１１Ａ，１１Ｂの撮像が行われる前に、まず、撮像対象の鋼管１０のサイズ情報をデータサーバ５からコントローラ６が取得して、コントローラ６による先端側駆動機構５１Ａ及び後端側駆動機構５１Ｂの制御を実施する。
【００４０】
図５に示すように、撮像対象が管長の長い鋼管１０Ｌである場合、コントローラ６は、鋼管１０Ｌのサイズ情報に基づいて、先端側駆動機構５１Ａ及び後端側駆動機構５１Ｂを制御し、先端側エリアセンサ支持部材５３Ａ及び後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂを、ガイドレール５２に対してスライド移動させたり回転させたりする。これにより、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度が、所定の受光角θが得られるように鋼管１０Ｌのサイズ情報に応じて予め設定されたものに調整される。
【００４１】
そして、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、周方向に回転させて鋼管軸線方向と直交する方向に搬送中の鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬを、視野内において例えば５０［°］〜６０［°］の受光角θとなる所定位置に管端部１１ＡＬ，１１ＢＬが到達したときに撮像する。これにより、温度計測システム１は、５０［°］〜６０［°］の適切な受光角θによって撮像された管端部１１ＡＬ，１１ＢＬの画像を用いて、鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬにおける管内面部１２ＡＬ，１２ＢＬの温度を精度良く計測することができる。
【００４２】
また、図６に示すように、撮像対象が管長の短い鋼管１０Ｓである場合、コントローラ６は、鋼管１０Ｓのサイズ情報に基づいて、先端側駆動機構５１Ａ及び後端側駆動機構５１Ｂを制御し、先端側エリアセンサ支持部材５３Ａ及び後端側エリアセンサ支持部材５３Ｂを、ガイドレール５２に対してスライド移動させたり回転させたりする。これにより、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度が、所定の受光角θが得られるように鋼管１０Ｓのサイズ情報に応じて予め設定されたものに調整される。この際、先端側エリアセンサ２Ａと後端側エリアセンサ２Ｂとの鋼管軸線方向における間隔は、鋼管１０Ｌの撮像時よりも狭くなっている。
【００４３】
そして、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、周方向に回転させて鋼管軸線方向と直交する方向に搬送中の鋼管１０Ｓの管端部１１ＡＳ，１１ＢＳを、視野内において５０［°］〜６０［°］の受光角θとなる所定位置に管端部１１ＡＳ，１１ＢＳが到達したときに撮像する。これにより、温度計測システム１は、５０［°］〜６０［°］の適切な受光角θによって撮像された管端部１１ＡＳ，１１ＢＳの画像を用いて、鋼管１０Ｓの管端部１１ＡＳ，１１ＢＳにおける管内面部１２ＡＳ，１２ＢＳの温度を精度良く計測することができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る温度計測システム１は、横パスによる鋼管搬送時に、鋼管１０の管長に応じて、５０［°］〜６０［°］の適切な受光角θで管端部１１Ａ，１１Ｂを撮像することが可能なように、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度を調整する。これにより、温度計測システム１は、横パスによる鋼管搬送時に、鋼管１０の管長が異なることによる管端通過位置変動が生じても、鋼管１０の管長によらず、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂを、先端側及び後端側のそれぞれ１つずつ設けた先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂにより、同じ受光角θで覗き込んで撮像することができる。つまり、温度計測システム１は、鋼管１０の管長によらず、受光角θを例えば６０［°］で一定にすることで、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂの、鋼管軸線方向のほぼ同じ位置を測温することができる。したがって、温度計測システム１は、鋼管１０の管長によらず、見かけの放射率の低下を抑えながら、管端部１１Ａ，１１Ｂにおける管内面部１２Ａ，１２Ｂの安定した温度領域を、精度良く測温することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る温度計測システム１においては、鋼管１０の軸線とガイドレール５２の軸線とが平行となっており、先端側エリアセンサ２Ａと後端側エリアセンサ２Ｂとが鋼管搬送方向に対して同じ位置に位置している。これにより、横パスによる鋼管搬送時において、先端側エリアセンサ２Ａによる管端部１１Ａの撮像タイミングと、後端側エリアセンサ２Ｂによる管端部１１Ｂの撮像タイミングとを同じにすることができる。よって、管端部１１Ａと管端部１１Ｂとの撮像タイミングの差によって生じる測温時間のタイムラグに起因した温度差の影響を抑制することができる。
【００４６】
［変形例］
図７（ａ）は、変形例に係る温度計測システム１によって、横パスで搬送される管長の長い鋼管１０Ｌの測温を行う場合を示した図である。図７（ｂ）は、変形例に係る温度計測システム１によって、横パスで搬送される管長の短い鋼管１０Ｓの測温を行う場合を示した図である。
【００４７】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、横パスでの鋼管搬送時には、鋼管１０Ｌと鋼管１０Ｓとで、管長の長さによらず、鋼管軸線方向における先端の通過する位置を同じにしてもよい。この場合、先端側エリアセンサ２Ａの位置及び／又は姿勢角度は、所定の受光角θが得られるように一回調整すれば、鋼管１０のサイズが異なるたびに調整しなくてもよい。一方、鋼管１０Ｌと鋼管１０Ｓとで、鋼管軸線方向における後端の通過する位置は異なるため、上述したように、鋼管１０のサイズ情報に基づいて、所定の受光角θが得られるように後端側エリアセンサ２Ｂの位置及び／又は姿勢角度を調整すればよい。
【００４８】
ここで、温度計測システム１の演算装置４は、管端部１１Ａ，１１Ｂ（以下、管端部１１Ａ，１１Ｂを区別しないときには管端部１１とも言う。）における管内面部１２Ａ，１２Ｂ（以下、管内面部１２Ａ，１２Ｂを区別しないときには管内面部１２とも言う。）の温度を算出するに当たり、得られた画像から管端部１１における管内面部１２を認識する必要がある。管端部１１における管内面部１２を認識する手法としては、テンプレートマッチングやハフ変換などの一般的な形状認識や、管端部１１における管内面部１２と管端部１１における管外面部１３との輝度差を利用するなど、様々な方法が考えられる。
【００４９】
例えば、鋼管１０の温度が一様である場合、管端部１１における管内面部１２は多重反射の影響によって管端部１１における管外面部１３よりも放射率が高い、あるいは、圧延（造管）中、圧延（造管）後、または搬送中の鋼管１０を空気雰囲気下で測温する場合、管端部１１における管外面部１３のほうが管端部１１における管内面部１２よりも冷却しやすいなど、管端部１１における管内面部１２と管外面部１３とに、温度差や見かけの放射率差に起因する輝度差が発生する場合が多い。この場合、図８（ａ）に示すような鋼管１０の管内面部１２を含む管端部１１の画像から、図８（ｂ）に示すようなグラフを生成し、管端部１１における管内面部１２の画素から構成されるピークと、管端部１１における管外面部１３の画素から構成されるピークとを用いて、管端部１１における管内面部１２を安定的に抽出することが可能となる。なお、グラフが輝度値に対して高周波成分を持ち、管端部１１における管内面部１２の輝度及び管端部１１における管外面部１３の輝度以外に複数ピークを持つような場合においては、ローパスフィルターにより高周波成分を除去することが有効である。
【００５０】
さらに、管端部１１における管内面部１２を認識した後、楕円近似を実施し、長軸と短軸との比を評価することによって、受光角θを推定することが可能となる。長軸の長さをａ、短軸の長さをｂとすると、下記（１）式を用いて、受光角θを算出することが可能となる。ただし、管端面の軸線方向と直交する方向における断面形状が、円に近い形状であると仮定する。
【００５１】
【数１】
2019138909.tif 000003
【００５２】
さて、実際に鋼管１０の放射測温を加熱炉外で実施するにあたっては、既に述べたように、自然冷却によって、管端部１１における管内面部１２の鋼管軸線方向で最管端部分が、この最管端部分よりも鋼管軸線方向で奥側の管奥部分に比べて極端に冷却されるケースが存在する。この現象について、詳細に説明する。
【００５３】
図９は、管端部画像と、その画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルと、前述したシミュレーションにより算出した放射率とを、受光角θが４５［°］、６０［°］について示したものである。
【００５４】
図９に示した管端部画像内において、管端部１１における管内面部１２の最管端部分の位置と、その最管端部分の位置よりも奥側となる管奥部分の位置とに対し、シミュレーションにより算出した放射率の変化は、受光角θが４５［°］と受光角θが６０［°］ともに非常に小さく０．０２以下であった。これは、管端部１１における管内面部１２の温度を１２００［℃］、波長を９００［ｎｍ］と仮定して温度に換算すると３［℃］以下程度である。一方、図９に示した輝度プロファイルからわかるように、最管端部分の位置と管奥部分の位置とでは、受光角θが４５［°］と受光角θが６０［°］ともに輝度が４倍程度変化しており、実際には管端部１１における管内面部１２の鋼管軸線方向において温度分布が発生していると考えられる。最管端部分の位置は、切断して製品として使用しない場合が多いため、材質の作りこみなどにおける実運用上において、管端部１１における管内面部１２の温度として必要な測温位置は管奥部分の位置である。さらに、管端部１１における管内面部１２の測温に際して、管端部１１の温度低下度合による影響を受けないことが求められる。
【００５５】
図１０は、複数の鋼管１０における管端部画像と、その画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルと、その輝度プロファイルにおいて輝度がほぼ一定で横ばいの平坦部ｆの有無とを、受光角θが４５［°］、５０［°］、５５［°］、６０［°］について示したものである。図１０に示した管端部画像からわかるように、受光角θが大きければ大きいほど、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂによって管端部１１における管内面部１２の鋼管軸線方向で奥側の位置まで撮像される。また、受光角θが４５［°］と受光角θが６０［°］とを比較すると、まず、受光角θが４５［°］の輝度プロファイルでは、管端部１１における管内面部１２の最管端部分から、管端部画像内での管端部１１における管内面部１２の最も奥側である最管奥部分に向かって輝度が上昇し続けており、輝度がほぼ一定で横ばいの状態となる平坦部ｆが殆ど無い。これに対して、受光角θが６０［°］の輝度プロファイルでは、管端部１１における管内面部１２の最管端部分から最管奥部分に至る過程で一定輝度に達し平坦部ｆが有る。
【００５６】
ここで、管端部１１における管内面部１２の画像を取得し、輝度の最大値または輝度の最大値付近の平均輝度を用いて温度を算出した場合には、受光角θの変化によって、撮像された管端部画像内での管端部１１における管内面部１２の最管奥部分の位置が変化する。そのため、管端部１１における管内面部１２の最管奥部分が温度勾配を持つ場合は、受光角θのわずかな変化により測温結果が変化する。
【００５７】
受光角θは、光学系のアライメント及び鋼管１０の位置により変化するため、測温結果が受光角θに依存して変化してしまうと誤差要因となる。そのため、なるべく管端部１１における管内面部１２の最管奥部分が温度勾配を持たない、すなわち管端部１１における管内面部１２の最管端部分から最管奥部分に至る過程で一定輝度に達し横ばいの状態となる条件で測温する。これにより、受光角θが多少変化しても測定温度への影響は小さくなり、管端部１１の温度低下の影響を受けずに安定して実用的な管端部１１における管内面部１２の測温が可能となる。
【００５８】
図１１は、実際の圧延ライン上で、肉厚ｔが３０［ｍｍ］未満と３０［ｍｍ］以上４０［ｍｍ］未満と４０［ｍｍ］以上のそれぞれの鋼管１０を、受光角θを４５［°］、５０［°］、５５［°］、６０［°］と変化させて、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂにより撮像した管端部画像から生成した管径中心部長手方向の輝度プロファイルを示したものである。
【００５９】
受光角θが５０［°］、５５［°］、６０［°］の輝度プロファイル形状は、いずれの肉厚ｔにおいても、管端部１１における管内面部１２の最管端部分から最管奥部分に向かう途中で一定輝度に達し、グラフの勾配が横ばいの状態となっている。一方、受光角θが４５［°］の輝度プロファイル形状は、いずれの肉厚ｔにおいても、管端部１１における管内面部１２の最管奥部分まで達してもグラフの勾配が急なままとなっている。したがって、輝度プロファイル形状の管端部１１における管内面部１２に対応する部分のグラフの勾配が横ばいの状態となっているかによって、安定して測温できるかどうかを判断することが可能である。
【００６０】
輝度プロファイル形状の管端部１１における管内面部１２に対応する部分に平坦部ｆが有るか無いかの判断は、管端部画像から目視で実施してもよいが、信号処理を用いて指標を算出し、定量的に実施することも可能である。定量化の方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、管内面部１２の最管奥部分付近での平坦部ｆの有無及び平坦部ｆの長さを評価することによって行うことが考えられる。
【００６１】
なお、鋼管１０の管径ｄの変化は、鋼管１０の肉厚ｔに対して管径ｄが十分に大きければ、輝度プロファイル形状の管端部１１における管内面部１２に対応する部分に平坦部ｆが十分存在するための受光角θに与える影響は少ない。その理由について簡単に説明する。まず、穿孔時は鋼管１０が非常に高温であるため、伝熱は輻射が支配的である。鋼管１０の管外面部１３からの伝熱は、鋼管１０の全長にわたって均一であるため、管端部１１の温度低下に影響を与えない。したがって、管端部１１における管内面部１２からの管端方向への輻射が、管端部１１の温度低下の主要因となる。
【００６２】
ここで、受光角θを一定とし、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂの視野における管端部１１における管内面部１２の最管奥部分の位置での伝熱を考える。まず、管端部１１における管内面部１２からの管端方向への輻射は、管径ｄによらず管端開口部への輻射の立体角が等しいため一定である。また、管径ｄがａ倍変化したとき、管端部１１における管内面部１２の最管奥部分の位置での熱容量（体積）と表面積とがともにａ倍となるため、伝熱速度に影響を与えない。したがって、管径ｄの変化は、輝度プロファイル形状の管端部１１における管内面部１２に対応する部分に平坦部ｆが十分存在するための受光角θに与える影響が少ない。
【００６３】
まず、図１２に示した管端部画像の管径中心部長手方向に沿って右端から左端に観察する。輝度プロファイルからわかるように、鋼管１０が存在しない部分では輝度が殆ど０に近い。そして、その輝度が０に近い状態から管端部１１に差し掛かると輝度が上昇し始め、管端部１１における管内面部１２の最管端部分から最管奥部分に向けて輝度が大きく上昇する。管端部１１における管内面部１２の最管奥部分から管端部１１における管外面部１３に差し掛かると輝度が急激に低下する。
【００６４】
ここで、輝度プロファイル形状の管端部１１における管内面部１２に対応する部分に平坦部ｆが存在するかの指標Ｚとして、輝度プロファイル上で平坦部ｆの長さが管端部１１における管内面部１２の長さに占める割合を考える。管端部１１における管内面部１２及び平坦部ｆの長さを算出する方法としては、直線フィッティングするなど様々な方法が考えられるが、ここでは単純に輝度プロファイルの最大輝度値と比較して、一定割合以上の輝度値を有する部分を平坦部ｆとする。そして、平坦部ｆが管端部１１における管内面部１２のおおよそ一定割合以上存在すれば、平坦部ｆが十分に存在し、十分安定的に測温可能とする。
【００６５】
以下、輝度プロファイルでの管端部１１における管内面部１２の長さと平坦部ｆの長さとを算出するアルゴリズムの一例を、図１３を用いて説明する。
【００６６】
まず、輝度プロファイルの最大輝度値Ｔｍａｘを算出する。次に、輝度プロファイルを右端から左端へと探索する。具体的には、輝度プロファイルの右端から左方向に探索し、閾値ｐ１×Ｔｍａｘを超えた部分を管端部１１における管内面部１２の開始位置Ｐ１とする。管端部１１における管内面部１２の開始位置Ｐ１からさらに左方向に探索し、閾値ｐ２×Ｔｍａｘを超えた部分を平坦部ｆの開始位置Ｐ２とする。平坦部ｆの開始位置Ｐ２からさらに左方向に探索し、閾値ｐ３×Ｔｍａｘを下回った部分を管端部１１における管内面部１２及び平坦部ｆの終了位置Ｐ３とする。そして、輝度プロファイルにおける開始位置Ｐ１と終了位置Ｐ３との間の領域を管端部１１における管内面部１２とし、開始位置Ｐ１と終了位置Ｐ３との距離を管端部１１における管内面部１２の距離として算出する。また、輝度プロファイルにおける開始位置Ｐ２と終了位置Ｐ３との間の領域を平坦部ｆとし、開始位置Ｐ２と終了位置Ｐ３との距離を平坦部ｆの距離として算出する。そして、算出した管端部１１における管内面部１２の距離と平坦部ｆの距離とから、管端部１１における管内面部１２で平坦部ｆが占める割合を算出し、その割合を指標Ｚとする。
【００６７】
例えば、図１１に示した各輝度プロファイルに対して、閾値ｐ２×Ｔｍａｘは、最大輝度値Ｔｍａｘの９０［％］（ｐ２＝０．９）として、平坦部ｆの開始位置Ｐ２を設定する。また、閾値ｐ１×Ｔｍａｘは、最大輝度値Ｔｍａｘの３０［％］を超える部分（ｐ１＝０．３）として、管端部１１における管内面部１２の開始位置Ｐ１を設定する。さらに、閾値ｐ３×Ｔｍａｘは、平坦部ｆの開始位置Ｐ２よりも後に最大輝度値Ｔｍａｘの８５［％］を下回った部分（ｐ３＝０．８５）として、管端部１１における管内面部１２及び平坦部ｆの終了位置Ｐ３を設定する。そして、これにより算出した管端部１１における管内面部１２の距離と平坦部ｆの距離とから、管端部１１における管内面部１２で平坦部ｆが占める割合を算出し指標Ｚとする。
【００６８】
なお、指標Ｚを算出するにあたって、輝度プロファイル形状がなだらかでない場合は、平均化フィルターや中央値フィルターなどを用いてなだらかにする前処理を実施してもよい。
【００６９】
図１４は、図１１の各輝度プロファイルに対応する指標Ｚのヒストグラムである。図１５は、図１１の各輝度プロファイルに対応する各受光角θ及び各肉厚ｔでの指標Ｚの平均及び標準偏差を示したグラフである。
【００７０】
図１４及び図１５に示されるような受光角θと指標Ｚとの関係から、受光角θが５０［°］以上、より好ましくは５５［°］以上であれば、平坦部ｆを安定的に測温することが可能となる。また、肉厚ｔが大きければ大きいほど、管端部１１の冷却影響が少なく、より管端側の位置でも安定的に測温できるため、肉厚ｔが大きければ５０［°］未満の受光角θでも、安定して測温が行える場合もある。
【００７１】
ここで述べた指標Ｚの算出方法はあくまで一例であり、平坦部ｆが十分存在するかどうかの判断が可能な指標であれば別の指標でもよい。なお、本手法において算出した指標Ｚに閾値を設け、安定して測温できているかどうかを判定し、指標Ｚが閾値未満である場合には不適合とする運用を実施してもよい。指標Ｚの閾値としては、例えば、０．４とすることによって、図１５からわかるように、受光角θが５０［°］、５５［°］、６０［°］において肉厚ｔによらず安定して測温を行うことができる。
【００７２】
以上から、受光角θを小さくし過ぎると平坦部ｆが十分に存在せず、安定した測温を行うことができなくなる。したがって、鋼管１０の管端部１１における管内面部１２の温度を精度良く計測するためには、受光角θを５０［°］以上とするのが望ましい。さらに望ましくは、受光角θを５５［°］以上とする。
【００７３】
また、既に述べたように、受光角θを大きくし過ぎると見かけの放射率が低下し、やはり安定した測温を行うことができなくなる場合がある。そこで、受光角θは、６０［°］以下とするのが望ましい。なお、上記の例では受光角θを６０［°］としたが、見かけの放射率の変化を抑えつつ、管奥部分の安定した温度領域を測温可能な受光角であれば、６０［°］に限らず適応可能である。
【００７４】
［実施例１］
図１６は、実施例１に係る温度計測システム１によって、炉外で縦パスで搬送される鋼管１０Ｌの測温を、受光角θを６０［°］で行う場合を示した図である。本実施例に係る温度計測システム１においては、管端部１１ＡＬ，１１ＢＬの撮像が行われる前に、データサーバ５から鋼管１０Ｌの管長が５０００［ｍｍ］というサイズ情報をコントローラ６が取得している。
【００７５】
先端側エリアセンサ２Ａの受光角θを６０［°］にするには、まず、鋼管軸線方向に鋼管１０Ｌの先端から１７３２［ｍｍ］、且つ、管内底部から上に１０００［ｍｍ］の位置に、不図示の撮像素子の中心が位置するように、コントローラ６によって先端側駆動機構５１Ａを制御して先端側エリアセンサ２Ａの位置を調整する。次に、先端側エリアセンサ２Ａの光軸ＸＡと仮想直線ＹＡとのなす角が６０［°］となるように、コントローラ６によって先端側駆動機構５１Ａを制御して先端側エリアセンサ２Ａの姿勢角度を調整する。
【００７６】
後端側エリアセンサ２Ｂの受光角θを６０［°］にするには、まず、鋼管軸線方向に鋼管１０Ｌの後端から１７３２［ｍｍ］、且つ、管内底部から上に１０００［ｍｍ］の位置に、不図示の撮像素子の中心が位置するように、コントローラ６によって後端側駆動機構５１Ｂを制御して後端側エリアセンサ２Ｂの位置を調整する。次に、後端側エリアセンサ２Ｂの光軸ＸＢと仮想直線ＹＢとのなす角が６０［°］となるように、コントローラ６によって後端側駆動機構５１Ｂを制御して後端側エリアセンサ２Ｂの姿勢角度を調整する。
【００７７】
そして、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、鋼管軸線方向に搬送される鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬを、視野内において６０［°］の受光角θとなる所定位置に管端部１１ＡＬ，１１ＢＬが到達したときに撮像する。これにより、縦パスで搬送される鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬを、同時に同じ受光角θが６０［°］で先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂによって撮像することができる。よって、同時に受光角θが６０［°］で撮像された管端部１１ＡＬ，１１ＢＬの画像を用いて測温することができ、管端部１１ＡＬ，１１ＢＬにおける管内面部１２ＡＬ，１２ＢＬの温度を精度良く計測することができる。
【００７８】
［実施例２］
図１７は、実施例２に係る温度計測システム１によって、炉外を横パスで搬送される鋼管１０Ｌの測温を、受光角θを６０［°］で行う場合を示した図である。本実施例に係る温度計測システム１においては、管端部１１ＡＬ，１１ＢＬの撮像が行われる前に、データサーバ５から鋼管１０の管長が５０００［ｍｍ］というサイズ情報をコントローラ６が取得している。
【００７９】
先端側エリアセンサ２Ａの受光角θを６０［°］にするには、まず、鋼管軸線方向に鋼管１０Ｌの先端から１７３２［ｍｍ］、且つ、管内底部から上に１０００［ｍｍ］の位置に、不図示の撮像素子の中心が位置するように、コントローラ６によって先端側駆動機構５１Ａを制御して先端側エリアセンサ２Ａの位置を調整する。次に、先端側エリアセンサ２Ａの光軸ＸＡと仮想直線ＹＡとのなす角が６０［°］となるように、コントローラ６によって先端側駆動機構５１Ａを制御して先端側エリアセンサ２Ａの姿勢角度を調整する。
【００８０】
後端側エリアセンサ２Ｂの受光角θを６０［°］にするには、まず、鋼管軸線方向に鋼管１０の後端から１７３２［ｍｍ］、且つ、管内底部から上に１０００［ｍｍ］の位置に、不図示の撮像素子の中心が位置するように、コントローラ６によって後端側駆動機構５１Ｂを制御して後端側エリアセンサ２Ｂの位置を調整する。次に、後端側エリアセンサ２Ｂの光軸ＸＢと仮想直線ＹＢとのなす角が６０［°］となるように、コントローラ６によって後端側駆動機構５１Ｂを制御して後端側エリアセンサ２Ｂの姿勢角度を調整する。
【００８１】
そして、先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂは、周方向に回転しながら搬送される鋼管１０Ｌの管端部１１ＡＬ，１１ＢＬを、視野内において６０［°］の受光角θとなる所定位置に管端部１１ＡＬ，１１ＢＬが到達したときに撮像する。これにより、横パスで搬送される鋼管１０の管端部１１ＡＬ，１１ＢＬを、同時に同じ受光角θが６０［°］で先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂによって撮像することができる。よって、同時に受光角θが６０［°］で撮像された管端部１１ＡＬ，１１ＢＬの画像を用いて測温することができ、管端部１１ＡＬ，１１ＢＬにおける管内面部１２ＡＬ，１２ＢＬの温度を精度良く計測することができる。
【００８２】
また、本実施形態に係る温度計測方法を用いて計測した管端部１１における管内面部１２の温度の情報を用いる鋼管１０の製造工程において、製造ライン上を搬送中の複数の鋼管１０に対して必要な輝度画像を取得する際には、撮像位置に鋼管１０の有無によらず、常に画像を撮像しておく。そして、画像処理によって、撮像位置に管内面部１２Ａ，１２Ｂを含む管端部１１Ａ，１１Ｂが位置するような必要な画像を選定し、取り込みを実施すればよい。本実施形態では、背光の影響がない空気雰囲気下における測温を仮定し、視野内に測温対象となる鋼管１０以外の発光体が存在しない状態で測温を実施する。したがって、画像内の全て、あるいは、指定した範囲内の平均輝度が、予め設定された閾値を超えた場合のみ、そのときの画像を先端側エリアセンサ２Ａ及び後端側エリアセンサ２Ｂから画像処理装置３が取り込み、演算装置４による輝度を温度に換算する処理を実施することにより、製造ライン上の各鋼管１０に紐付いた温度計測が可能となる。
【００８３】
次に、上記方法により一定の受光角θで撮像され、得られた輝度から温度に変換する方法について述べる。
【００８４】
エリアセンサ２などの放射温度計の校正方法は、上記非特許文献３に記された方法により規格化されている。まず、黒体炉と標準放射温度計とを用いてエリアセンサ２を校正する。すなわち、黒体炉の温度設定を、計測したい温度領域内で複数点設定し、その時における標準放射温度計の指示値とエリアセンサ２の輝度値（受光光量）とを取得する。得られた複数の温度値Ｔと輝度値Ｖに対して、下記（２）式を用いて近似曲線を算出し、パラメータＡ，Ｂ，Ｃを得る。ここで、下記（２）式中、ｃ２は放射の第二定数を示す。そして、得られたパラメータＡ，Ｂ，Ｃと輝度値Ｖとを用いて、下記（３）式により温度を算出する。なお、下記（３）式は、対象が黒体すなわち放射率が１となる条件における算出式であるため、実際に輝度値Ｖを代入する際には、見かけの放射率で割った値とする。
【００８５】
【数２】
2019138909.tif 000004
【００８６】
【数３】
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【００８７】
露光時間を２０００［μｓ］に設定し、カメラゲインを校正時と同じ値とした上で、エリアセンサ２として１２［ｂｉｔ］カメラを用いた結果、パラメータＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、Ａ＝８．７６×１０−７、Ｂ＝２．６１×１０−５、Ｃ＝６．６１×１０７となり、前述のシミュレーションによって算出した見かけの放射率０．８７を用いて温度を算出した結果、管端部１１の内面温度は１３２０［℃］であった。
【００８８】
以上、上記の実施形態で説明したように、本発明に係る温度計測システム１を用いることによって、鋼管１０の管端部１１における管内面部１２について、精度よく温度を計測することが可能となった。なお、本発明に係る温度計測システム１は、鋼管１０のみならず、断面が多角形形状の管材の管端部における管内面部の温度計測にも用いることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  温度計測システム
２Ａ  先端側エリアセンサ
２Ｂ  後端側エリアセンサ
３  画像処理装置
４  演算装置
５  データサーバ
６  コントローラ
１０  鋼管
１１  管端部
１２  管内面部
１３  管外面部
【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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