(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の温度プロフィールを非接触で測定する走査型放射温度計において、
筒状筐体の内部に集光レンズを収容し、前記測定対象物から放射された赤外光を受光するとともに、前記集光レンズによって前記測定対象物の温度測定点毎に分けて前記赤外光を集光する受光部と、
可撓性を有する細長筒体の内部に、前記測定対象物における複数の温度測定点の各々と一対一に対応し且つ前記測定対象物の溶接方向に対応して千鳥状または直線状に配列した光ファイバの単位群を光ファイバ群とし、複数の前記光ファイバ群を、前記測定対象物の温度測定領域に含まれる前記複数の温度測定点の配列方向に対応して束ねて収容し、複数の前記光ファイバ群によって前記温度測定点別に前記赤外光を伝送する伝送部と、
赤外光領域に感度を有する固体撮像素子を有し、複数の前記光ファイバ群の各々と一対一に対応して前記固体撮像素子に配列された複数の画素に前記赤外光を受光して、前記温度測定点毎の前記赤外光の強度を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする走査型放射温度計。
【請求項２】
前記測定対象物は、溶接機によって溶接される鉄鋼材であり、
複数の前記光ファイバ群の配列方向は、前記鉄鋼材の溶接方向に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載の走査型放射温度計。
【請求項３】
前記受光部は、前記溶接機に取り付けられ、前記溶接機とともに前記鉄鋼材の溶接方向に沿って移動するとともに前記赤外光を受光することを特徴とする請求項２に記載の走査型放射温度計。
【請求項４】
複数の前記光ファイバ群の各々に含まれる光ファイバの数は、前記固体撮像素子の画素サイズに応じて複数に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の走査型放射温度計。
【請求項５】
前記光ファイバの数は、前記固体撮像素子の１画素あたり１２本であることを特徴とする請求項４に記載の走査型放射温度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の温度等を非接触で測定する走査型放射温度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物の温度プロフィールを非接触で測定する計測器として、走査型放射温度計が知られている。一般に、走査型放射温度計は、集光レンズおよび固体撮像素子等を備え、視野範囲内の赤外線エネルギーをもとに、測定対象物の温度プロフィールを測定する。例えば、走査型放射温度計は、測定対象物から放射される赤外光を集光レンズによって集光し、集光した赤外光の赤外線エネルギーを固体撮像素子によって検出する。その後、走査型放射温度計は、固体撮像素子の画素毎に得られた赤外線エネルギーを温度に変換し、この画素毎に得られた各温度データをもとに、測定対象物の測定範囲内の温度プロフィールを取得する。
【０００３】
このような従来の走査型放射温度計では、集光レンズとして、測定対象物に対して広範囲な測定範囲を確保するとともに、測定対象物の温度プロフィールを測定するに十分な赤外光の受光量を確保するために、例えば直径５９ｍｍという比較的大型な集光レンズが用いられる。また、固体撮像素子として、測定範囲内の詳細な温度プロフィールを取得するために、例えば２０４８画素という高画素の赤外線ＣＣＤセンサが用いられる。一般に、従来の走査型放射温度計としては、このような高画素の赤外線ＣＣＤセンサが組み込まれたケースに大型の集光レンズを取り付けた一体型の装置が汎用されている。
【０００４】
なお、測定対象物の温度プロフィールを測定する装置としては、上述した走査型放射温度計の汎用品の他に、例えば、耐熱ファイバスコープによって測定対象物の２次元画像を伝送し、この伝送光から近赤外領域の光を取り出して、近赤外領域に感度を有する撮像手段によって伝送光を撮像し、得られた輝度値を温度に変換することによって、高温高圧環境化にある測定対象物の２次元の温度分布を計測する温度計測装置がある（特許文献１参照）。また、複数本の単芯光ファイバを用いて測定対象物からの熱放射光を受光して伝達し、伝達した熱放射光を光電変換素子によって電気信号に変換して、この電気信号をもとに、測定対象物の温度プロフィールを測定する表面温度分布測定装置もある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４９５３５号公報
【特許文献２】特開平４−２５４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、鉄鋼業の分野において、製鉄等の製造ラインが正常且つ円滑に稼動するためには、製造ラインを流れる鋼板等の鉄鋼材の温度を監視することが重要である。特に、連続焼鈍ラインにおいては、連続的に搬送される複数の鉄鋼材の単位板を溶接機によって順次溶接し、この溶接処理によって結合された鉄鋼製品を連続的に処理している。この際、先行して搬送される鉄鋼材の単位板（以下、先行材という）と、それに後続する鉄鋼材の単位板（以下、後行材という）とを結合するために、先行材の尾端と後行材の先端とを溶接している。
【０００７】
ここで、上述した先行材と後行材との溶接処理が不十分である場合、一旦結合された鉄鋼製品が製造途中で切れる可能性があり、この場合、連続焼鈍ラインの稼動が停止してしまう。このような不具合を防止するため、溶接処理時の先行材と後行材との溶接部の温度プロフィールを非接触で測定し、得られた温度プロフィールをもとに、溶接部の熱不足等の溶接不良が発生しているか否かを監視する必要がある。
【０００８】
しかしながら、製造ラインに設定された溶接機の電極輪等の溶接手段周辺は、製造ラインに必要な様々な機器が密に設置されているため、測定対象である溶接部の温度プロフィールを取得すべく、上述した従来の走査型放射温度計を溶接機の電極輪近傍に設置しようとしても、その設置スペースを確保することが困難である。
【０００９】
一方、上述した問題点を解消するために、走査型放射温度計を設置可能な位置まで溶接機の電極輪から離し、この位置に走査型放射温度計を設置したとしても、製造ライン内は様々な機器が密集しているため、走査型放射温度計と溶接部との間に測定対象ではない他の機器等が入り込む場合が多い。これによって、溶接部に向けた走査型放射温度計の視野が遮断され、この結果、溶接部の温度プロフィールを必要十分に測定できない。さらには、走査型放射温度計と溶接部との相対距離が長くなるに伴って、走査型放射温度計の視野が不必要に広がり、この結果、温度プロフィールの測定分解能が低下するという弊害も生じる。
【００１０】
なお、上述した特許文献１または特許文献２に記載の従来技術では、製造ライン内において溶接部から放射される赤外線エネルギーを十分に検出することが困難であるため、溶接不良の有無を監視するために必要な溶接部の温度プロフィールを測定することは、困難である場合が多い。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、機器が密集した状態の製造ライン内であっても、測定視野が遮られない態様で測定対象物の間近に設置できるとともに、製造ラインの良否判定に必要な測定対象物の温度プロフィールを測定可能な走査型放射温度計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる走査型放射温度計は、測定対象物の温度プロフィールを非接触で測定する走査型放射温度計において、筒状筐体の内部に集光レンズを収容し、前記測定対象物から放射された赤外光を受光するとともに、前記集光レンズによって前記測定対象物の温度測定点毎に分けて前記赤外光を集光する受光部と、可撓性を有する細長筒体の内部に、前記測定対象物における複数の温度測定点の各々と一対一に対応する複数の光ファイバ群を束ねて収容し、前記複数の光ファイバ群によって前記温度測定点別に前記赤外光を伝送する伝送部と、赤外光領域に感度を有する固体撮像素子を有し、前記複数の光ファイバ群の各々と一対一に対応して前記固体撮像素子に配列された複数の画素に前記赤外光を受光して、前記温度測定点毎の前記赤外光の強度を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる走査型放射温度計は、上記の発明において、前記測定対象物は、溶接機によって溶接される鉄鋼材であり、前記複数の光ファイバ群の配列方向は、前記鉄鋼材の溶接方向に対して垂直であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる走査型放射温度計は、上記の発明において、前記受光部は、前記溶接機に取り付けられ、前記溶接機とともに前記鉄鋼材の溶接方向に沿って移動するとともに前記赤外光を受光することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる走査型放射温度計は、上記の発明において、前記複数の光ファイバ群の各々に含まれる複数の光ファイバは、前記鉄鋼材の溶接方向に千鳥状に配列されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる走査型放射温度計は、上記の発明において、前記複数の光ファイバ群の各々に含まれる光ファイバの数は、前記固体撮像素子の画素サイズに応じて複数に設定されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる走査型放射温度計は、上記の発明において、前記光ファイバの数は、前記固体撮像素子の１画素あたり１２本であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、機器が密集した状態の製造ライン内であっても、測定視野が遮られない態様で測定対象物の間近に設置できるとともに、製造ラインの良否判定に必要な測定対象物の温度プロフィールを測定可能な走査型放射温度計を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる走査型放射温度計の一構成例を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計を連続焼鈍ラインに設置した状態の一具体例を示す模式図である。
【図３】図３は、図２の設置状態を走査型放射温度計の受光部側から見た模式図である。
【図４】図４は、測定対象物の一例である鉄鋼材を上面側から見た模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計の受光部の一構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す伝送部のＡ−Ａ線断面模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計の検出部の一構成例を示す模式図である。
【図８】図８は、この検出部に設けられる固体撮像素子の画素群の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、測定対象物の一例である鉄鋼材の溶接部の温度プロフィールを測定する状態を示す模式図である。
【図１０】図１０は、温度プロフィールの測定結果の一具体例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる走査型放射温度計の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２１】
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態にかかる放射型走査温度計の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる走査型放射温度計の一構成例を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、この走査型放射温度計１は、測定対象物から放射される赤外光を受光する受光部２と、この受光された赤外光を伝送する伝送部３と、得られた赤外光をもとに温度測定点毎の赤外光の強度を検出する検出部４とを備える。また、走査型放射温度計１は、各種情報を入力する入力部５と、測定結果等を表示する表示部６と、温度プロフィールの取得に必要な各種データ等を記憶する記憶部７と、走査型放射温度計１の動作制御等を行う制御部８とを備える。
【００２２】
受光部２は、可能な限り細径に形成された筒状の光学系であり、光学系の光軸を中心とする所定範囲の視野９を有する。受光部２は、この視野９内に捉えた測定対象物（図示せず）から赤外光を受光するとともに、伝送部３へ赤外光を集光する。
【００２３】
伝送部３は、測定対象物からの赤外光を伝送するためのものである。具体的は、伝送部３は、可撓性を有する細長筒体の内部に光ファイバ束を収容しており、この光ファイバ束の先端面が受光部２の内部に接続され、この光ファイバ束の後端面が検出部４と接続されている。このような伝送部３は、受光部２の遊動等に合わせて自由に曲がり、内部の光ファイバ束によって受光部２から検出部４へ赤外光を伝送する。
【００２４】
検出部４は、測定対象物からの赤外光の強度を検出するためのものであり、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子４ａと光学系４ｂとを備える。固体撮像素子４ａは、赤外線領域に感度を有する画素群を備え、光学系４ｂは、赤外光を集光または結像可能な複数のレンズを備える。光学系４ｂは、伝送部３によって伝送された赤外光を集光および結像して、この赤外光を固体撮像素子４ａに受光させる。固体撮像素子４ａは、光学系４ｂを介して画素群に赤外光を受け、この画素群内の画素毎に受光した赤外光の強度を検出し、検出した強度、すなわち赤外光の放射エネルギーを画素毎に電圧に変換する。その後、固体撮像素子４ａは、得られた電圧値の電気信号を画素毎に出力する。
【００２５】
入力部５は、キーボードおよびマウス等の入力デバイスを用いて実現され、作業者による入力操作に対応して制御部８に各種情報を入力する。なお、このような入力部５によって制御部８に入力される各種情報として、例えば、制御部８に対して指示する指示情報、赤外光の強度を温度に変換するために必要なパラメータ情報等が挙げられる。
【００２６】
表示部６は、ＣＲＴディスプレイまたは液晶ディスプレイ等の画像表示が可能なディスプレイを用いて実現され、制御部８によって表示指示された各種情報を表示する。なお、このような表示部６が表示する各種情報として、例えば、測定対象物の温度プロフィールを示す情報および入力部５による入力情報等が挙げられる。
【００２７】
記憶部７は、ＥＥＰＲＯＭまたはハードディスク等の再書き込み可能な不揮発性の記憶媒体を用いて実現される。記憶部７は、制御部８によって書き込み指示された各種データを保存し、制御部８によって読み出し指示された保存データを制御部８に送信する。例えば、記憶部７は、検出部４によって検出された赤外光の強度に対応する電圧値情報、測定対象物の視野９内における温度情報および温度プロフィール情報、画素毎に検出される時間単位での温度データ、および赤外光の強度を温度に変換するために必要なデータテーブル７ｂ等を記憶する。
【００２８】
データテーブル７ｂは、検出部４の固体撮像素子４ａが出力した電気信号の電圧値と温度との対応関係を示すデータであり、赤外光の強度を測定対象物の温度に変換する温度変換処理に用いられる。なお、この電気信号の電圧値は、上述したように、測定対象物の視野９内における赤外光の強度に対応する。
【００２９】
制御部８は、走査型放射温度計１の機能を実現するためのプログラム等を記憶する記憶部およびこの記憶部内のプログラムを実行するＣＰＵ等を用いて実現される。制御部８は、走査型放射温度計１の各構成部、具体的には、検出部４、入力部５、表示部６、および記憶部７の各動作を制御し、且つ、これらの各構成部との電気信号の入出力を制御する。
【００３０】
具体的には、制御部８は、入力部５によって入力された指示情報に基づいて、視野９内の測定対象物から放射された赤外光の強度を検出し始め、所定の間隔で検出した赤外光の強度に対応する電圧値の電気信号を順次出力するように検出部４を制御し、あるいは、この赤外光の強度検出処理を停止するように検出部４を制御する。また、制御部８は、検出部４から取得した赤外光の強度（電圧値）をもとに、測定対象物における視野９内の温度プロフィールを表示するように表示部６を制御する。
【００３１】
また、制御部８は、図１に示すように変換処理部８ａとプロフィール処理部８ｂとを有する。変換処理部８ａは、検出部４によって検出された赤外光の強度を測定対象物の温度に変換する。具体的には、変換処理部８ａは、固体撮像素子４ａから、赤外光の強度に対応する電圧値の電気信号を画素毎に取得し、その都度、取得した各画素の電圧値と記憶部７内のデータテーブル７ｂとをもとに、各画素の電圧値を温度に順次変換する。このように変換処理部８ａが画素毎に変換した各温度は、視野９内に捉えた測定対象物の各温度測定点の表面温度に相当する。なお、変換処理部８ａは、予め設定した時間間隔または溶接方向の距離間隔で各画素の電圧値を温度に変換してもよい。
【００３２】
プロフィール処理部８ｂは、変換処理部８ａが画素毎に変換した各温度をもとに、視野９内に捉えた測定対象物の温度プロフィールを作成する。この場合、プロフィール処理部８ｂは、固体撮像素子４ａの画素群の配列順に対応して、測定対象物の各温度測定点の位置対温度のグラフ上に画素毎の各温度をプロットする。なお、プロフィール処理部８ｂは、変換処理部８ａが上述した変換処理を実行する都度、温度プロフィールを順次作成してもよいし、予め設定した時間間隔または距離間隔で温度プロフィールを順次作成してもよい。
【００３３】
つぎに、測定対象物が連続焼鈍ラインによって連続的に溶接される鉄鋼材である場合を例示して、連続焼鈍ライン内における走査型放射温度計１の設置および温度測定領域について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計を連続焼鈍ラインに設置した状態の一具体例を示す模式図である。図３は、図２の設置状態を走査型放射温度計の受光部側から見た模式図である。図４は、測定対象物の一例である鉄鋼材を上面側から見た模式図である。なお、図３では、溶接機１０による鉄鋼材の溶接部１６上の温度測定領域を説明し易くするために、溶接機１０の装置本体１１および支持部１２は省略している。
【００３４】
図２には、連続焼鈍ラインのうちの鉄鋼材を溶接するラインが模式的に図示されており、この鉄鋼材溶接ラインでは、搬送装置（図示せず）によって所定の方向に順次搬送される鉄鋼材の先行材１４と後行材１５とが溶接機１０によって溶接されている。上述した走査型放射温度計１（図１参照）の連続焼鈍ライン内への設置は、図２に示すように、この溶接機１０に受光部２を取り付けることによって達成される。
【００３５】
溶接機１０は、図２に示すように、駆動系等を内蔵した装置本体１１と、支持部１２と、一対の電極輪１３ａ，１３ｂとを備える。支持部１２は、視野９内に先行材１４と後行材１５との溶接部１６を捉える態様で受光部２を支持する。受光部２は、このように支持部１２に支持された態様で溶接機１０に取り付けられ、溶接機１０とともに先行材１４と後行材１５との溶接方向に沿って移動するとともに、溶接部１６およびその周辺部分から放射される赤外光を受光する。なお、支持部１２は、溶接部１６に対する受光部２の相対距離および相対角度等を調節できるような構造であることが望ましい。
【００３６】
電極輪１３ａ，１３ｂは、図２，３に示すように、先行材１４と後行材１５とを上下方向から挟み込むように押圧しつつ電力を印加するとともに、装置本体１１の駆動によって先行材１４および後行材１５を横切るように移動する。このようにして、電極輪１３ａ，１３ｂは、図３の太線矢印に示される溶接方向、具体的には先行材１４および後行材１５の幅方向に先行材１４の尾端と後行材１５の先端とを溶接して、先行材１４と後行材１５とを結合する。
【００３７】
ここで、図４に示すように、先行材１４と後行材１５との溶接部１６に対して、Ｘ軸およびY軸による直交２軸座標系を設定する。この場合、Ｙ軸は、図３，４の太線矢印に示される溶接方向に平行な軸であり、溶接部１６と一致する。具体的には、この溶接方向は、先行材１４および後行材１５の幅方向とほぼ一致する。一方、Ｘ軸は、この溶接方向に対して垂直な軸であり、先行材１４および後行材１５の長手方向（具体的には両材の搬送方向）に平行な軸である。さらに、このＸ軸とＹ軸との交点、すなわち、この直交座標系の原点は、溶接機１０による先行材１４と後行材１５との溶接始点（溶接部１６の始点）である。
【００３８】
このように設定したＸ軸およびＹ軸の直交座標系において、受光部２の視野９は、図２〜４に示すように、溶接部１６と一対の電極輪１３ａ，１３ｂとの接点（すなわち現溶接部）から所定の距離Ｌ１（例えば７０ｍｍ程度）だけ離れた位置に温度測定領域Ｐを捉えるように設定される。この場合、受光部２の光軸Ｃ等を基準にして、温度測定領域Ｐの位置を設定すればよい。
【００３９】
温度測定領域Ｐは、受光部２の視野９の範囲によって規定される領域であり、受光部２の光軸Ｃと溶接部１６との交点を中心としてＸ軸の正方向および負方向に各々点在する複数の温度測定点からなる。これら複数の温度測定点は、例えばＸ軸方向に沿って一列に並び、また、この直交座標系の原点を始点にして、受光部２の移動に伴ってY軸の正方向に揃って変位する。
【００４０】
ここで、温度測定領域Ｐの変位方向は、図４に示すように、溶接部１６の全範囲について温度プロフィールを測定する際の走査方向であり、その走査幅は、先行材１４および後行材１５の幅Ｗ１（例えば６００〜１１００ｍｍ程度）と同じである。一方、温度測定領域Ｐの長手方向は、複数の温度測定点が連なる方向であり、図１に示した固体撮像素子４ａの画素配列方向に対応する。
【００４１】
つぎに、走査型放射温度計１の受光部２および伝送部３について詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計の受光部の一構成例を示す模式図である。図６は、図５に示す伝送部のＡ−Ａ線断面模式図である。なお、図６には、上述した伝送部３の横断面が模式的に示されている。
【００４２】
図５に示すように、受光部２は、比較的小型（例えば、直径２０ｍｍ程度、長さ１１０ｍｍ程度）な中空の筒状筐体２ａと、複数の集光レンズ２ｂ，２ｃとを備える。筒状筐体２ａは、高熱の鉄鋼材の近傍に設置されても耐えうる耐熱性材料からなり、その内部に複数の集光レンズ２ｂ，２ｃを収容する。また、筒状筐体２ａの後端には、伝送部３の先端部３ａが挿通固定される。この場合、伝送部３は、その先端部３ａの先端面から筒状筐体２ａの先端面までの長さＬ２が所定の長さ（例えば、９４．３ｍｍ程度）になるように筒状筐体２ａに取り付けられる。筒状筐体２ａは、この長さＬ２の領域内に、複数の集光レンズ２ｂ，２ｃを収容する。
【００４３】
集光レンズ２ｂ，２ｃは、その光軸Ｃが伝送部３の中心軸と一致するように、筒状筐体２ａの内部に配置される。また、集光レンズ２ｂ、２ｃの視野９は、筒状筐体２ａの先端面から距離Ｌ３の位置において視野長Ｌ４の視野範囲を有する。例えば、視野９は、この距離Ｌ３が１５０ｍｍ程度の場合に、４７ｍｍ程度の視野長Ｌ４の視野範囲を有する。この視野長Ｌ４は、図４に示した温度測定領域ＰのＸ軸方向の長さに相当する。このような集光レンズ２ｂ，２ｃは、筒状筐体２ａの先端面に形成された開口を通して、測定対象物（例えば上述した先行材１４および後行材１５）の温度測定領域Ｐ内の温度測定点毎に分けて赤外光を集光する。
【００４４】
一方、伝送部３は、可撓性を有する細長な光学部材（図１参照）であり、図６に示すように、複数の光ファイバ群３ｄを束ねた光ファイバ束３ｃと、光ファイバ束３ｃを被覆する可撓性の細長筐体３ｅとを備える。
【００４５】
光ファイバ３ｂは、赤外光を伝搬可能な小径の光伝送媒体であり、光ファイバ束３ｃは、図２〜４に示した溶接部１６の温度プロフィールを測定するために必要な多数の光ファイバ３ｂを束ねたものである。光ファイバ群３ｄは、所定数（図６では１２本）の光ファイバ３ｂを所定の態様（図６では千鳥状）に配列したものである。
【００４６】
ここで、図６に示すように、伝送部３の横断面に図４に示したＸ軸およびＹ軸の直交２軸座標系を照らし合わせると、光ファイバ群３ｄは、Ｙ軸方向（すなわち溶接部１６の溶接方向）に対応して複数の光ファイバ３ｂを配列した単位群である。また、光ファイバ束３ｃは、Ｘ軸方向（すなわち温度測定領域Ｐに含まれる複数の温度測定点の配列方向）に対応して複数の光ファイバ群３ｄを束ねたものである。この場合、光ファイバ束３ｃ内において、複数の光ファイバ群３ｄの配列方向は、受光部２の集光レンズ構成を簡易にするために、鉄鋼材の溶接部１６の溶接方向に対して垂直であることが望ましい。
【００４７】
このような光ファイバ束３ｃ内に含まれる複数の光ファイバ群３ｄの各々は、測定対象物における温度測定領域Ｐ内に含まれる複数の温度測定点の各々と一対一に対応しており、受光部２の集光レンズ２ｂ，２ｃによって集光された赤外光を温度測定領域Ｐ内の温度測定点別に伝送する。言い換えれば、光ファイバ束３ｃのうち、Ｘ軸上の一座標に対応する光ファイバ群３ｄは、温度測定領域Ｐ内の複数の温度測定点のうち、これと同座標に対応する位置の温度測定点から放射された赤外光を伝送する。
【００４８】
つぎに、走査型放射温度計１の検出部４について詳細に説明する。図７は、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計の検出部の一構成例を示す模式図である。図８は、この検出部に設けられる固体撮像素子の画素群の一例を示す模式図である。
【００４９】
上述したように、本実施の形態にかかる走査型放射温度計１（図１参照）は、固体撮像素子４ａおよび光学系４ｂを備えた検出部４を有する。光学系４ｂは、図７に示すように、中空の筒状筐体内に複数のレンズ４ｃ〜４ｅを有する。また、光学系４ｂの前端には、伝送部３の後端部３ｆが挿通固定される。レンズ４ｃ〜４ｅは、例えば非球面レンズであり、上述した受光部２の光軸Ｃと光軸が一致する態様で後端部３ｆと固体撮像素子４ａとの間に配置される。このようなレンズ４ｃ〜４ｅは、伝送部３によって伝送された赤外光を後端部３ｆから受光し、受光した赤外光を光ファイバ群３ｄ（図６参照）別に集光して固体撮像素子４ａに結像する。なお、図７には示されていないが、伝送部３の先端部３ａは、図５に示したように受光部２の後端部に挿入固定されている。
【００５０】
固体撮像素子４ａは、受光面として画素群４ａ−１を有し、光学系４ｂによって集光または結像された赤外光を画素群４ａ−１によって受光できる態様に配置される。例えば、図７に示すように、固体撮像素子４ａは、上述した受光部２の光軸Ｃと画素群４ａ−１の中心軸とが一致するように筐体内部に配置される。
【００５１】
画素群４ａ−１は、赤外領域に感度を有し、図６に示した複数の光ファイバ群３ｄの各々と一対一に対応して固体撮像素子４ａに配列された複数の画素からなる。すなわち、画素群４ａ−１の各画素は、光学系４ｂを介して、複数の光ファイバ群３ｄの各々と一対一に接続される。
【００５２】
ここで、図８に示すように、画素群４ａ−１に図４に示したＸ軸およびＹ軸の直交２軸座標系を照らし合わせると、画素群４ａ−１内の各画素は、Ｙ軸方向に対応して配列された一群の光ファイバ３ｂ（すなわち光ファイバ群３ｄ）から各々一括して赤外光を受光可能な形状（例えば長方形）に形成される。また、画素群４ａ−１において、このような各画素が、Ｘ軸方向、すなわち温度測定領域Ｐに含まれる複数の温度測定点の配列方向に対応して複数配列されている。このような画素群４ａ−１内の各画素は、測定対象物における温度測定領域Ｐ内に含まれる複数の温度測定点の各々と一対一に対応しており、光ファイバ群３ｄによって温度測定点毎に伝送された各赤外光を各々受光する。
【００５３】
例えば、画素群４ａ−１のうち、画素番号＝１の画素は、図６に示した光ファイバ束３ｃのうちの上から一列目の光ファイバ群３ｄによって伝送された赤外光を一括に受光する。これと同様に、画素番号＝２の画素は、上から二列目の光ファイバ群３ｄによって伝送された赤外光を一括に受光し、画素番号＝３の画素は、上から三列目の光ファイバ群３ｄによって伝送された赤外光を一括に受光する。そして、最後の画素番号＝Ｎ（例えば２５６番）の画素は、光ファイバ束３ｃのうちの下から一列目の光ファイバ群３ｄによって伝送された赤外光を一括に受光する。
【００５４】
このような画素群４ａ−１を有する固体撮像素子４ａは、画素群４ａ−１の各画素によって光ファイバ群３ｄ別に赤外光を各々受光し、受光した各赤外光の強度を画素毎に電圧値に変換する。このようにして、固体撮像素子４ａは、図４に示した温度測定領域Ｐ内における温度測定点毎の赤外光の強度（放射エネルギー）を検出する。
【実施例】
【００５５】
つぎに、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計１の具体的な実施例を示して、走査型放射温度計１による作用効果を説明する。図９は、測定対象物の一例である鉄鋼材の溶接部の温度プロフィールを測定する状態を示す模式図である。図１０は、温度プロフィールの測定結果の一具体例を示す模式図である。なお、図１０において、横軸は溶接幅方向位置であり、横軸の数値は、温度測定領域Ｐにおける溶接部１６からの変位距離を示す。すなわち、横軸の数値「０」は、温度測定領域Ｐの中心位置（溶接部１６の位置）である。一方、縦軸は溶接温度であり、縦軸の数値は、温度測定領域Ｐ内の温度測定点別に得られた測定対象物の温度を示す。
【００５６】
この実施例において、走査型放射温度計１の受光部２、伝送部３および検出部４の構造は、以下のように設定した。すなわち、受光部２（図５参照）において、筒状筐体２ａは直径２０ｍｍ、筒長１１０ｍｍ程度とし、この筒状筐体２ａにおける長さＬ２は、９４．３ｍｍとした。また、図２に示した溶接機１０の支持部１２に受光部２を取り付けた際の電極輪１３ａ，１３ｂの接点と温度測定領域Ｐとの距離Ｌ１は、７０ｍｍとした。この場合、受光部２の先端面から温度測定領域Ｐ（具体的には溶接部１６）までの距離Ｌ３は、１５０ｍｍとして、受光部２の視野９による視野長Ｌ４を４７ｍｍに設定した。すなわち、温度測定領域Ｐの長手方向（図４に示したＸ軸方向）の長さは、溶接部１６を中心に４７ｍｍになる。
【００５７】
また、伝送部３（図３参照）において、一つの光ファイバ群３ｄ内に含まれる光ファイバ３ｂの本数は１２本とし、これら１２本の光ファイバ３ｂは、先行材１４と後行材１５との溶接方向（Ｙ軸方向）に千鳥状に配列した。光ファイバ束３ｃは、このような光ファイバ群３ｄを２５６セット（すなわち、光ファイバ３ｂを３０７２本）束ねたものにした。この場合、光ファイバ束３ｃ内の２５６セットの光ファイバ群３ｄは、先行材１４と後行材１５との溶接方向に対して垂直方向に配列した。
【００５８】
一方、検出部４（図７参照）において、固体撮像素子４ａは、ＩｎＧａＡｓ化合物半導体である２５６画素のＣＣＤ素子とした。詳細には、固体撮像素子４ａの画素群４ａ−１は、縦方向（図８に示すＸ軸方向）の長さを１２．９ｍｍとし、横方向（図８に示すＹ軸方向）の長さを５００μｍとした。また、画素群４ａ−１内の１画素のサイズは、５０μｍ×５００μｍとした。このような画素群４ａ−１は、図８に示すように、１画素あたりに、１セットの光ファイバ群３ｄ内の１２本の光ファイバ３ｂによって伝送された赤外光を一括して受光するものである。また、この画素群４ａ−１を構成する２５６個の画素は、Ｘ軸に対応する方向に一列に配列した。なお、上述したように設定した受光部２、伝送部３および検出部４を用いた場合、温度測定領域Ｐにおける測定分解能は０．１８ｍｍとなる。
【００５９】
ここで、鉄鋼材である先行材１４および後行材１５を溶接機１０の位置まで搬送し、図２，３に示したように、溶接機１０は、先行材１４の尾端と後行材１５の先端とを溶接した。なお、この溶接処理は、１回当たり３〜４秒間で完了した。これと同時に、走査型放射温度計１は、Ｙ軸方向に変位する温度測定領域Ｐ毎に所定の間隔で溶接部１６の温度プロフィールを測定した。
【００６０】
これによって、図９，１０に示すような温度プロフィールの測定結果が得られた。すなわち、図９の破線によって示されるように、溶接部１６の溶接方向（Ｙ軸方向）の各位置において温度測定領域Ｐ毎に順次、山形の温度プロフィールが測定された。これら各位置における山形の破線の各々は、溶接部１６を中心とする温度測定領域Ｐ内の各温度測定点の温度測定結果を示すものであり、その山形の高さ方向は、測定温度の上昇方向に対応する。
【００６１】
上述したように、走査型放射温度計１は、先行材１４と後行材１５との溶接処理と同時に、この溶接方向に沿って所定の間隔で、図９に示すような測定温度ピークを有する山形の温度プロフィールを温度測定領域Ｐ毎に測定できる。この走査型放射温度計１による温度プロフィールの測定結果は、例えば図１０に示すような「溶接方向位置対溶接温度」のグラフにして表示部６（図１参照）に表示できる。この表示部６に表示されたグラフを視認することによって、溶接部１６およびその周辺部分の温度プロフィールを溶接作業と同時に容易に知ることができる。
【００６２】
なお、この実施例においては、上述したようなサイズ、光ファイバ本数、光ファイバ配列、画素数および画素配列等を有する走査型放射温度計１を例示したが、本発明にかかる走査型放射温度計１の作用効果は、この実施例に示した具体的な仕様以外の走査型放射温度計１であっても、この実施例の場合と同様に得られる。
【００６３】
以上、説明したように、本発明の実施の形態にかかる走査型放射温度計では、小径（例えば直径６０ｍｍ以下）受光部が、測定対象物から放射された赤外光を受光するとともに、受光した赤外光を測定対象物の温度測定点毎に分けて集光し、可撓性を有する細長の伝送部が、受光部によって集光された赤外光を検出部へ伝送し、検出部が、伝送された赤外光を受光して、測定対象物における温度測定点毎の赤外光の強度を検出している。
【００６４】
また、このような走査型放射温度計において、伝送部は、細長筒体の内部に、測定対象物における複数の温度測定点の各々と一対一に対応する複数の光ファイバ群を束ねて収容し、これら複数の光ファイバ群によって温度測定点別に赤外光を伝送している。さらに、検出部は、赤外光領域に感度を有する固体撮像素子を有し、上述した複数の光ファイバ群の各々と一対一に対応して固体撮像素子に配列された複数の画素に赤外光を受光して、温度測定点毎の赤外光の強度を検出している。
【００６５】
このため、製造ラインのような各種機器が密集した場所であっても、受光部の視野が障害物によって意図せず遮られることなく、測定対象物から放射された赤外光を温度測定領域内の温度測定点毎に十分に集光するとともに、複数の温度測定点の各々と一対一に対応する複数の光ファイバ群によって伝送された赤外光を画素毎に一括して受光することができる。これによって、機器が密集した状態の製造ライン内であっても、受光部の視野が遮られないように測定対象物の間近に走査型放射温度計を設置でき、この結果、測定視野が遮られることなく、連続稼動ラインにおいて監視する必要がある鉄鋼材等の測定対象物の放射温度を非接触で間近に測定できるとともに、製造ラインの良否判定に必要な測定対象物の温度プロフィールを測定できる。
【００６６】
特に、連続焼鈍ラインの溶接機に受光部を取り付けることによって、測定視野が遮られないように鉄鋼材の溶接部の間近に走査型放射温度計を設置でき、この結果、鉄鋼材の溶接部およびその周辺部分の温度プロフィールを溶接作業と同時に測定できるとともに、得られた温度プロフィールの測定結果をもとに、溶接不良が発生しているか否かを容易に予測することができる。
【００６７】
また、検出部の画素群内の画素毎に、温度測定点と一対一に対応する光ファイバ群を光学的に接続しているので、この画素群内の１画素あたりに、光ファイバ群によって伝送された測定対象物からの赤外光を一括して受光できる。これによって、検出部が１画素あたりに受光する赤外光量を増大でき、この結果、製造ライン内において監視すべき鉄鋼材の放射温度および温度プロフィールを必要な温度範囲（例えば４００〜１０００℃）について測定することができる。
【００６８】
なお、上述した実施の形態では、連続焼鈍ラインにおいて溶接される鉄鋼材の溶接部の温度プロフィールを測定していたが、これに限らず、本発明にかかる走査型放射温度計１は、機器が密集した各種製造ラインを流れる鉄鋼材等の各種高熱源体の放射温度および温度プロフィールを測定するものであってもよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態では、受光部２または検出部４の光学系４ｂに２つまたは３つのレンズを内蔵していたが、受光部２および光学系４ｂに用いられる集光レンズ等のレンズ数は、赤外光の集光または結像等に必要な数であればよく、例えば、１つでもよければ、３つ以上でもよい。
【００７０】
さらに、上述した実施の形態では、検出部４の固体撮像素子４ａの一例として２５６画素の固体撮像素子４ａを例示していたが、これに限らず、固体撮像素子４ａの画素数は、測定対象物の温度プロフィールの測定に必要な画素数であれば所望数であってもよい。
【００７１】
また、上述した実施の形態では、固体撮像素子４ａの１画素あたりに１２本の光ファイバ３ｂを光学的に接続していたが、これに限らず、固体撮像素子４ａの１画素あたりに接続する光ファイバ３ｂの数は、測定対象物の温度プロフィールの測定に必要な数であれば、固体撮像素子４ａの画素サイズに応じて複数に設定されればよい。
【００７２】
さらに、上述した実施の形態では、固体撮像素子４ａの１画素に対応して複数の光ファイバ３ｂを千鳥状に配列していたが、これに限らず、一つの光ファイバ群３ｄに含まれる複数の光ファイバ３ｂの配列は、直線的に一列に配列してもよいし、複数列に配列してもよいし、千鳥状に複数列配列してもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態により本発明が限定されるものではなく、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。例えば、上述した実施の形態では、温度プロフィール等の測定結果を画面表示する表示部６を備えていたが、これに限らず、温度プロフィール等の測定結果を紙媒体等にプリント出力するプリンタを備えてもよい。また、所定の中継装置を設け、温度プロフィール等の測定結果を別システムに転送するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  走査型放射温度計
２  受光部
２ａ  筒状筐体
２ｂ，２ｃ  集光レンズ
３  伝送部
３ａ  先端部
３ｂ  光ファイバ
３ｃ  光ファイバ束
３ｄ  光ファイバ群
３ｅ  細長筐体
３ｆ  後端部
４  検出部
４ａ  固体撮像素子
４ａ−１  画素群
４ｂ  光学系
４ｃ，４ｄ，４ｅ  レンズ
５  入力部
６  表示部
７  記憶部
７ｂ  データテーブル
８  制御部
８ａ  変換処理部
８ｂ  プロフィール処理部
９  視野
１０  溶接機
１１  装置本体
１２  支持部
１３ａ，１３ｂ  電極輪
１４  先行材
１５  後行材
１６  溶接部
Ｃ  光軸
Ｐ  温度測定領域
【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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