(57)【要約】【課題】長期間に亘って精度良く被測温材の表面温度を測定できる表面温度測定装置を提供する。【解決手段】表面温度測定装置１００は、被測温材Ｍに対向配置された放射温度計１の受光部１２と、被測温材表面に向けてパージ水を噴射するパージノズル２と、受光部とパージノズルとの間であって、被測温材表面から放射され受光部で検出される熱放射光の光路が通る位置に配置された光学窓３とを備え、熱放射光をパージ水を介して受光部で検出することにより、被測温材の表面温度を測定する装置である。表面温度測定装置は、光学窓を洗浄する洗浄手段４と、洗浄手段による洗浄動作を制御する制御手段５とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測温材に対向配置された放射温度計の受光部と、前記被測温材表面に向けてパージ水を噴射するパージノズルと、前記受光部と前記パージノズルとの間であって、前記被測温材表面から放射され前記受光部で検出される熱放射光の光路が通る位置に配置された光学窓とを備え、前記熱放射光を前記パージ水を介して前記受光部で検出することにより、前記被測温材の表面温度を測定する装置であって、
前記光学窓を洗浄する洗浄手段と、
前記洗浄手段による洗浄動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とする表面温度測定装置。
【請求項２】
前記洗浄手段は、前記光学窓に対して水蒸気又は高圧水を噴射する洗浄ノズルと、該洗浄ノズルに水蒸気又は高圧水を供給する配管とを具備し、
前記制御手段は、前記配管の所定部位に設けられ前記洗浄ノズルへの水蒸気又は高圧水の供給をオン／オフするための開閉弁を具備することを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項３】
前記洗浄手段は、前記パージノズル内のパージ水に対して超音波振動を付与する超音波振動子を具備し、
前記制御手段は、前記超音波振動子による超音波の発振をオン／オフすることを特徴とする請求項１に記載の表面温度測定装置。
【請求項４】
前記洗浄手段は、前記超音波振動子が取り付けられた振動板と、該振動板に対向配置された反射板とを更に具備し、
前記超音波振動子、前記振動板及び前記反射板は、前記パージノズル内に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の表面温度測定装置。
【請求項５】
前記被測温材と前記放射温度計の検出素子との間に、０．９０μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の表面温度測定装置。
【請求項６】
前記被測温材と前記放射温度計の検出素子との間に、１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の表面温度測定装置。
【請求項７】
前記放射温度計で検出される熱放射光の光路が通る領域における光路安定領域と光路不安定領域との界面と前記放射温度計の光軸との交点を基準とした被測温材エッジ部の最小の拡がり角が７５°以上に設定されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の表面温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料等の被測温材の表面温度を放射測温によって測定する装置に関する。本発明は、特に、被測温材に熱処理を施す際に用いる冷却水の他、圧延機や搬送ロールに対する冷却水などによって放射測温が阻害される問題を解決し、このような環境下でも精度良く被測温材の表面温度を測定できる表面温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の熱間圧延ラインや熱処理・冷却ラインなどにおいて、搬送中の被測温材の表面温度を放射温度計を用いて測定する際には、被測温材と放射温度計との間に湯気が存在したり、冷却水が飛散してきたり、或いは、被測温材表面が水膜に覆われたり、水没したりすることが甚だしい。このような環境下では、被測温材から放射された熱放射光が、水蒸気、湯気、冷却水等に吸収され或いは散乱されることにより、測温値に誤差が生じたり、測定できない場合が生じたりすることもある。また、このような環境下では、冷却水に含まれる不純物、被測温材から剥離したスケール、工場内に浮遊する粉塵等によって、放射温度計の熱放射を取り込むための光学窓に汚れが生じ、これによって放射測温精度が劣化することもある。従って、このような環境下での放射測温は、不安定であり信頼性に乏しいものである。
【０００３】
そこで、上記のような要因によって生じる測温誤差を低減し、安定した放射測温を可能とするべく、従来より、被測温材表面に向けてパージノズルからパージ用の水を噴出することにより放射温度計と被測温材表面との間に水柱を形成し、当該水柱を介して被測温材から放射される放射エネルギーを検出することにより被測温材の表面温度を測定する方法が種々提案されている。
【０００４】
より具体的に説明すれば、例えば、放射温度計によって検出する放射エネルギーの内、前記水柱によって吸収される放射エネルギー分を水柱の厚み測定値に基づいて補正演算することにより測温する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法によれば、放射温度計と被測温材表面との間に水柱が形成されるため、水蒸気や飛散水などの外乱水によって生じ得る測温誤差を抑制可能であるという利点を有する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、放射温度計と被測温材表面との間に水蒸気や飛散水が侵入しないように、ノズルから相当勢いよく水を噴出させることになる。そのため、斯かるパージ水によって被測温材表面が冷却され、当該冷却された部分の表面温度が測定されることになるため、測温値の代表性が損なわれるという問題がある。また、被測温材が部分的に冷却されるので、被測温材に冷却むらが生じて材質が不均一になるという問題もある。
【０００６】
斯かる特許文献１に記載の方法における問題点を改善した方法として、前記水柱を形成するに当たり、該水柱の温度を６０℃以上にすることを特徴とする温度測定方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、前記水柱を形成する温水の温度を７０℃以上とし、前記温水の水圧を１気圧以下に設定することを特徴とする表面温度測定方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
特許文献２、３に記載の方法によれば、特許文献１に記載の方法と同様に、放射温度計と被測温材との間に水柱が形成されるため、水柱が形成された部分には水蒸気や飛散水が侵入し難く、これら水蒸気や飛散水による放射エネルギーの吸収や散乱に起因した測温誤差を低減することが可能である。さらに、特許文献２や３に記載の方法は、水柱の温度を６０℃以上或いは７０℃以上にする構成であり、水柱が接触している被測温材表面に沸騰膜が形成され易くなるため、これにより被測温材の表面温度低下を抑制し、測温値の代表性を損なうこともなく、被測温材の冷却むらも低減できるという利点を有する。
【特許文献１】特公平３−６９９７４号公報
【特許文献２】特開平８−２９５９５０号公報
【特許文献３】特開２００３−１８５５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の方法においては、放射温度計の受光部と被測温材表面に向けてパージ水を噴射するパージノズルとの間に配置された光学窓の汚れについて、十分な対策が施されていないという問題がある。長期間に亘る測定装置の使用によって光学窓の汚れが進行すれば、これに起因して光学窓の透過率が低下し、ひいては測温精度が劣化することになってしまう。
【０００９】
前述したパージ水としては、上水道で供給される水（水道水）や、この水道水をフィルタで濾過した後の水が一般的に用いられている。これは、蒸留水や高度に清浄度を高めた水（純水）は高価であるため、鋼板の熱延工場や圧延工場等のように昼夜の別なく連続稼働している工場に対して適用するとランニングコストが高騰するため実用的でないからである。その一方、水道水であっても、放射測温する上では蒸留水とほぼ同じ透過率を有しているため、水自体の濁りや透過率による測温精度への影響は、蒸留水や純水を用いる場合と変わりないからである。
【００１０】
しかしながら、水道水或いは３０〜１００μｍ程度の通過メッシュを備えたフィルタで水道水を濾過した後の水であっても微量の不純物（異物）を含んでいるため、この不純物が光学窓に付着し、長期間に亘る測定装置の使用によって徐々に蓄積されることにより、光学窓の表面が汚れ、光学窓の透過率が低下することになってしまう。また、パージ水の流量を小さく設定した場合には、被測温材から剥離したスケールや工場内に浮遊する粉塵等がパージ水に逆らって光学窓に付着する虞もある。
【００１１】
このような光学窓の汚れを低減するための対策としては、定期的に作業者が光学窓を清掃する方法があるが、清掃作業を行うのに手間を要するという問題がある。また、限られたタイミングでしか清掃作業を行うことができないという問題もある。例えば、鋼板の熱延工場では、高温・高速な鋼板が頻繁に圧延されており、操業中に作業者が製造ライン内に入って清掃作業を行うことは危険であるため、製造ラインの操業を停止しなければならない。むやみに製造ラインの操業を停止すると大きな損失になるので、定期的な操業停止タイミング（定期修理日や保全日等）以外での清掃作業は難しい。従って、操業停止タイミングの間に測温精度に大きな影響を及ぼす程に光学窓の汚れが進行してしまう虞がある。例えば、操業中にパージ水を供給する水道が停止した場合には、水道水に含まれる不純物の一部が析出して光学窓に付着する虞がより一層高まるものの、次の定期的操業停止タイミングまで待つしかない。次の定期的操業停止タイミングまで待つ代わりに、製造ラインを強制的に停止させることも考えられるが、製造ラインを強制的に停止させると、生産計画量が未達になる等の大きな損害が生じる虞があるため、現実的ではない。
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、被測温材に熱処理を施す際に用いる冷却水の他、圧延機や搬送ロールに対する冷却水などによって放射測温が阻害される問題を解決し、このような環境下でも長期間に亘って精度良く被測温材の表面温度を測定できる表面温度測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するべく、本発明は、被測温材に対向配置された放射温度計の受光部と、前記被測温材表面に向けてパージ水を噴射するパージノズルと、前記受光部と前記パージノズルとの間であって、前記被測温材表面から放射され前記受光部で検出される熱放射光の光路が通る位置に配置された光学窓とを備え、前記熱放射光を前記パージ水を介して前記受光部で検出することにより、前記被測温材の表面温度を測定する装置であって、前記光学窓を洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段による洗浄動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とする表面温度測定装置を提供するものである。
【００１４】
斯かる発明によれば、被測温材の表面から放射された熱放射光をパージ水（パージ水によって形成される水柱）を介して放射温度計の受光部で検出する構成であるため、水蒸気や飛散水などの外乱水によって生じ得る測温誤差を抑制可能である。また、本発明に係る表面温度測定装置は、光学窓を洗浄する洗浄手段と、前記洗浄手段による洗浄動作を制御する制御手段とを備えるため、制御手段を被測温材の製造ライン外に設置することによって遠隔的に（遠隔操作で）光学窓の洗浄を行うことができる。これにより、作業者が光学窓の清掃作業を行う手間を省ける他、作業者が製造ライン内に入る必要がないため、製造ラインの定期的操業停止タイミングに限らず任意のタイミングで光学窓の洗浄を行うことが可能となる。また、洗浄タイミングや洗浄時間等の洗浄スケジュール（例えば、被測温材の圧延スケジュール上で、表面温度測定を必要としない所定の時間帯など）を制御手段に記憶させておけば、該洗浄スケジュールに従って、被測温材の表面温度測定に支障をきたすことなく自動的に光学窓の洗浄を行うことも可能である。
【００１５】
上記洗浄手段としては、例えば、ブラシやワイパー等をモータ等の駆動源で動作させる構成も考えられる。しかしながら、斯かる構成では、ブラシやワイパー等に汚れが付着したり、ブラシやワイパー等と光学窓との間に汚れが侵入したり、或いは、モータ等の駆動源からワイパーやブラシ等に動力を伝達する軸受けが錆び付いたりすることにより、長期間に亘って安定動作させるのは困難であると考えられる。また、酸やアルカリの水溶液で光学窓を洗浄することも考えられる。しかしながら、酸やアルカリの水溶液を使用すると、パージノズルや配管の他、周辺設備等の腐食の虞があるため好ましくない。
【００１６】
上記の点に鑑み、本発明の発明者らは、上記洗浄手段として水（水蒸気を含む）を利用することが好ましいと考えた。そこで、発明者らは、水を利用した各種の洗浄方法について試験を実施し、下記の表１に示す結果を得た。なお、表１に示す「洗浄方法」の欄において、「温水」とは温水を光学窓表面に流す方法を、「オゾン水」とはオゾン水を光学窓表面に流す方法を、「水蒸気」とは水蒸気を光学窓に対して噴射する方法を、「高圧水」とは高圧水を光学窓に対して噴射する方法を、「超音波」とはパージノズル内のパージ水に超音波振動を付与する方法を意味する。また、表１に示す「評価」の欄において、「○」は最大３０分の洗浄によって、光学窓表面の汚れの程度に大きな変化が見られたもの（目視評価）を、「×」は大きな変化が見られなかったものを意味する。
【表１】
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【００１７】
表１に示すように、水を利用した各種の洗浄方法の内、水蒸気又は高圧水を光学窓に噴射する方法や、パージノズル内のパージ水に超音波振動を付与する方法を用いれば、特に高い洗浄効果が得られることを見出した。
【００１８】
従って、前記洗浄手段は、前記光学窓に対して水蒸気又は高圧水を噴射する洗浄ノズルと、該洗浄ノズルに水蒸気又は高圧水を供給する配管とを具備し、前記制御手段は、前記配管の所定部位に設けられ前記洗浄ノズルへの水蒸気又は高圧水の供給をオン／オフするための開閉弁を具備する構成とすることが好ましい。
【００１９】
或いは、前記洗浄手段は、前記パージノズル内のパージ水に対して超音波振動を付与する超音波振動子を具備し、前記制御手段は、前記超音波振動子による超音波の発振をオン／オフする構成としても良い。
【００２０】
上記何れかの洗浄手段を採用することにより、高い洗浄効果を得ることができると共に、製造ライン内にモータや軸受けのように錆び付いて動作不良を生じるような機械要素を設置する必要が無いため、長期間に亘って洗浄動作を確実に実行することが可能である。
【００２１】
なお、前記洗浄手段として、前記パージノズル内のパージ水に対して超音波振動を付与する超音波振動子を具備する構成を採用する場合、超音波振動による洗浄効果をより一層高めるため、前記洗浄手段は、前記超音波振動子が取り付けられた振動板と、該振動板に対向配置された反射板とを更に具備し、前記超音波振動子、前記振動板及び前記反射板は、前記パージノズル内に設置された構成とすることが望ましい。
【００２２】
好ましくは、前記被測温材と前記放射温度計の検出素子との間に、０．９０μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタを備える構成とされる。
【００２３】
斯かる好ましい構成によれば、従来のようなパージ水によって形成される水柱の厚み測定値による補正演算を行わなくとも、精度良く被測温材の表面温度を測定可能である。
【００２４】
或いは、前記被測温材と前記放射温度計の検出素子との間に、１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタを備える構成とすることも好ましい。
【００２５】
斯かる好ましい構成によれば、被測温材の表面温度が４００℃程度の低温域であっても、精度良く測温することが可能である。
【００２６】
なお、好ましくは、前記放射温度計で検出される熱放射光の光路が通る領域における光路安定領域と光路不安定領域との界面と前記放射温度計の光軸との交点を基準とした被測温材エッジ部の最小の拡がり角が７５°以上に設定される。
【００２７】
斯かる好ましい構成によれば、光路不安定領域（放射温度計で検出される熱放射光の光路が通る領域のうち、光路の変動が生じる領域）が被測温材の表面近傍に抑制され、散乱誤差（被測温材表面と放射温度計との間に存在する冷却水や湯気や水蒸気などによる熱放射光の散乱に起因した測温誤差）を問題のない程度に抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、作業者が光学窓の清掃作業を行う手間を省ける他、所望する任意のタイミングで、遠隔的及び／又は自動的に光学窓の洗浄を行うことができ、ひいては長期間に亘って精度良く被測温材の表面温度を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について、鋼板の表面温度を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る表面温度測定装置の概略構成を示す模式図である。なお、図１においては、便宜上、後述する洗浄手段４及び制御手段５の図示を省略している。図１に示すように、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、被測温材（本実施形態では鋼板Ｍ）に対向配置（本実施形態では鋼板Ｍの下面側に対向配置）された放射温度計１を備え、鋼板Ｍ表面から放射された熱放射光を放射温度計１で検出することにより、鋼板Ｍの表面温度を測定する装置である。また、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、鋼板Ｍ表面に向けてパージ水を噴射するためのパージノズル２を備えており、放射温度計１の光軸がパージノズル２内を通るように構成されている。
【００３１】
図２は、図１に示す表面温度測定装置の内部構成を模式的に示す正面断面図である。図２に示すように、放射温度計１は、測温ヘッド１１と、測温ヘッド１１内に収納され、後述する光学窓３を介して鋼板Ｍからの熱放射光を検出する受光部（検出視野を調整するための光学系であり、レンズや視野絞り等によって構成される）１２と、制御盤１３と、受光部１２によって検出された熱放射光を制御盤１３に伝送するための光ファイバ１４とを備えている。制御盤１３内には、光ファイバ１４によって伝送された熱放射光を光電変換して光量に応じた電流を出力するＳｉホトダイオード等の検出素子が配設された検出部１３１と、検出部１３１からの出力電流を増幅した後に、電流電圧変換及びＡＤ変換を施し、温度に換算する演算部１３２と、演算部１３２で換算された温度データを外部に出力するための出力部１３３とが配置されている。
【００３２】
パージノズル２は、放射温度計１の測温ヘッド１１の先端に接続され、側壁に設けられた供給口２１を通じて外部からパージ水を供給することにより、先端開口部から鋼板Ｍ表面に向けてパージ水を噴射するように構成されている。
【００３３】
光学窓３は、受光部１２とパージノズル２との間であって、鋼板Ｍから放射され受光部１２で検出される熱放射光の光路が通る位置に配置されている。より具体的に説明すれば、光学窓３は、パージノズル２の下面フランジ２２と測温ヘッド１１の上面フランジ１１１とによって挟持され、その上面がパージノズル２内のパージ水に接する状態とされている。光学窓３としては、熱放射光の透過性を有するものである限り、その材質は限定されるものではないが、好適には石英製の光学窓が用いられる。
【００３４】
なお、放射温度計１やパージノズル２については、公知の構成を種々適用可能であるため、より詳細な構成についてはその説明を省略する。
【００３５】
ここで、本実施形態に係る表面温度測定装置１００は、上記構成に加えて、光学窓３を洗浄する洗浄手段４と、洗浄手段４による洗浄動作を制御する制御手段５とを備える点を特徴としている。
【００３６】
図２に示すように、洗浄手段４は、光学窓３に対して水蒸気を噴射する洗浄ノズル４１と、洗浄ノズル４１に水蒸気を供給する配管４２とを具備している。より具体的に説明すれば、洗浄ノズル４１は、パージノズル２の側壁に設けられた開口を通じてパージノズル２の内部に挿嵌されており、その先端開口部が熱放射光の検出視野を遮らない限りにおいて、できる限り光学窓３表面に近接して配置されている（例えば、洗浄ノズル４１の先端開口部と光学窓３表面との離間距離が３０ｍｍ以内とされる）。なお、水蒸気による洗浄効果を高めるには、洗浄ノズル４１の先端開口部の内径を数ｍｍ程度とし、先端開口部での水蒸気の噴出圧力を０．１ＭＰａ以上とすることが好ましい。噴出圧力の上限は特に限定されるものではないが、実用的には１ＭＰａ程度である。
【００３７】
また、本実施形態に係る洗浄手段４は、洗浄ノズル４１に水蒸気を供給する配管４２に分岐接続され、配管４２内のドレンを排出するためのドレン配管４３を具備している。なお、配管４２内のドレンは、後述する電磁弁５１を閉じることによって水蒸気の供給を停止した場合に、配管４２内に残存する水蒸気が冷えることによって生じる他、パージ水の一部が洗浄ノズル４１を介して配管４２に流入することによっても生じる。
【００３８】
制御手段５は、配管４２の所定部位に設けられ洗浄ノズル４１への水蒸気の供給をオン／オフするための開閉弁（本実施形態では電磁弁）５１を具備している。また、制御手段５は、電磁弁５１の開閉を制御するための制御装置５２を具備している。制御装置５２から電磁弁５１に対して所定のタイミングで開閉信号が送信され、この開閉信号により電磁弁５１が開閉動作を行うことになる。
【００３９】
また、本実施形態に係る制御手段５は、ドレン配管４３の所定部位に設けられドレンの排出をオン／オフするための開閉弁（本実施形態では電磁弁）５３を具備している。電磁弁５３も、電磁弁５１と同様に、制御装置５２によって開閉が制御される。
【００４０】
なお、本実施形態では、メンテナンス性の点で好ましい構成として、電磁弁５１、５３を製造ライン外に設置しているが、必ずしもこれに限るものではなく、防水対策等を十分に施すことにより、製造ライン内の適宜の場所（例えば、搬送ロールの下面や、搬送ロール間等）に設置することも可能である。
【００４１】
以下、制御手段５によって制御される洗浄手段４の洗浄動作の一例について、より具体的に説明する。
【００４２】
制御手段５の制御装置５２には、光学窓３の洗浄タイミング（例えば、数日に一回）及び洗浄時間（例えば、５分〜１０分程度）等の洗浄スケジュールが予め記憶されている。なお、この洗浄スケジュールは、作業者が制御装置５２に設定入力しても良いし、或いは、例えば制御装置５２がプロセスコンピュータ（図示せず）から鋼板Ｍの圧延スケジュールを適宜受信し、該受信した圧延スケジュールに基づき自動的に作成する（例えば、圧延スケジュール上で表面温度測定を必要としない所定の時間帯（鋼板Ｍを圧延しない時間帯や、表面温度の管理を必要としない鋼板Ｍを圧延している時間帯など）に適合するように洗浄スケジュールを作成する）構成とすることも可能である。
【００４３】
そして、制御装置５２は、前記記憶された洗浄タイミングで電磁弁５１に対して開信号を送信し、開信号を送信してから前記記憶された洗浄時間経過後に閉信号を送信する。これにより、電磁弁５１は、前記洗浄タイミング毎に前記洗浄時間だけ開き、配管４２を通じて洗浄ノズル４１に水蒸気が供給されることになる。供給された水蒸気は、洗浄ノズル４１の先端開口部から光学窓３に対して噴射され、これにより光学窓３が洗浄される。
【００４４】
一方、電磁弁５３は、洗浄手段４による洗浄動作を実行しない時には常時開いている。これにより、配管４２内のドレンはドレン配管４３を通じて常時外部に排出されている。そして、制御装置５２は、前述のように電磁弁５１に対して開信号を送信してから所定時間（例えば、５〜３０秒程度）経過後に、電磁弁５３に対して閉信号を送信する。これにより、電磁弁５１が開いてから上記所定時間経過後に電磁弁５３は閉じることになる。電磁弁５３が閉じた後には、電磁弁５１を通って供給された水蒸気は、ドレン配管４３を通じて外部に排出されることなく、配管４２を通じて洗浄ノズル４１に供給されることになる。また、電磁弁５１が開いた直後に配管４２内に残存するドレンは、電磁弁５１を通って供給された水蒸気によって押圧され、洗浄ノズル４１に向けて逆流するか、或いは、電磁弁５３が閉じるまでの間、ドレン配管４３を通じて外部に排出される。そして、制御装置５２は、洗浄動作が終了したタイミング（制御装置５２が電磁弁５１に対して閉信号を送信したタイミング）で電磁弁５３に対して開信号を送信する。これにより、前述のように、電磁弁５３は、洗浄動作を実行しない時には常時開くことになる。
【００４５】
なお、上記洗浄動作の際、洗浄ノズル４１から噴射される水蒸気を光学窓３に確実に到達させると共に、パージ水が配管４２に流入することを抑制するには、パージノズル２からのパージ水の噴射を停止させることが好ましい。例えば、パージノズル２にパージ水を供給するための配管（図示せず）の所定部位に電磁弁（図示せず）を設置し、この電磁弁の開閉動作を制御装置５２によって制御するように構成すれば、上記洗浄動作に合わせてパージ水の噴射を停止させることが可能である。ただし、必ずしもパージ水の噴射を停止させる必要はなく、水蒸気の圧力をパージ水の圧力よりも高く設定すれば、洗浄ノズル４１から噴射される水蒸気を光学窓３に到達させると共に、パージ水が配管４２に流入することを抑制することが可能である。
【００４６】
本実施形態においては、自動的に光学窓３の洗浄を行うために、制御手段５が電磁弁５１（及び電磁弁５３）の開閉を制御するための制御装置５２を具備する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、制御手段５が制御装置５３を具備せず、電磁弁５１（及び電磁弁５３）の開閉を作業者が手動で行う構成を採用することも可能である。ただし、電磁弁５１（及び電磁弁５３）の開閉を作業者が手動で行う場合には、遠隔的に光学窓３の洗浄を行うことができるように、電磁弁５１（及び電磁弁５３）の開閉スイッチを製造ライン外に設置する必要がある。
【００４７】
また、本実施形態においては、洗浄ノズル４１が水蒸気を噴射することによって光学窓３を洗浄する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、水蒸気の代わりに高圧水を用いる構成を採用することも可能である。なお、高圧水を用いる場合も、装置構成や洗浄動作は、上述した水蒸気を用いる場合と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る表面温度測定装置においては、光学窓を洗浄する洗浄手段及び洗浄手段による洗浄動作を制御する制御手段の構成が、前述した第１実施形態に係る表面温度測定装置１００と異なる。その他の構成については、第１実施形態に係る表面温度測定装置１００と同様であるため、第１実施形態における説明を援用するものとし、以下では、主として、相違点である洗浄手段及び制御手段の構成、並びに制御手段によって制御される洗浄手段の動作について説明する。
【００４９】
図３は、本発明の第２実施形態に係る表面温度測定装置の内部構成を示す模式的に示す正面断面図である。なお、図３において、第１実施形態と同様の構成を有する要素については第１実施形態と同一の符号を付している。図３に示すように、本実施形態に係る表面温度測定装置１００Ａの洗浄手段４Ａは、パージノズル２内のパージ水に対して超音波振動を付与するための超音波振動子４１Ａと、該超音波振動子４１が内壁面に取り付けられた中空の振動板４２Ａと、該振動板４２Ａに対向配置された反射板４３Ａとを具備している。超音波振動子４１Ａは、パージ水に浸漬することになるため、適宜の防水処理が施されている。超音波振動子４１Ａから発振した超音波は、振動板４２Ａを介してパージ水中に伝搬し、反射板４３Ａで反射することになる。これら超音波振動子４１Ａ、振動板４２Ａ及び反射板４３Ａは、熱放射光の検出視野を遮らないように、パージノズル２内に設置されている。そして、超音波振動子４１Ａから発振した超音波が、振動板４２Ａと反射板４３Ａとの間で共振し易いように、振動板４２Ａ及び反射板４３Ａをそれらの離間距離Ｗが超音波の波長の約１／２倍となるように設置することが好ましい。さらに、光学窓３をその中心位置と振動板４２Ａとの離間距離Ｘが超音波の波長の約１／４倍となるように設置することが好ましい。例えば、超音波の水中での波長は、発振周波数が２０ｋＨｚのときに７０ｍｍ程度であるため、この場合には振動板４２Ａと反射板４３Ａとの離間距離Ｗを３５ｍｍ程度に設定し、光学窓３を振動板４２Ａと反射板４３Ａとの中間位置に設置することが好ましいことになる。
【００５０】
なお、超音波振動子４１Ａから発振した超音波が、振動板４２Ａと反射板４３Ａとの間で実際に共振するための条件は、振動板４２Ａと反射板４３Ａとの離間距離Ｗのみならず、パージ水の水温や各構成要素の寸法誤差等によっても変動する。このため、後述する制御手段５Ａの発振器５１Ａとして、主発振電力増幅式（ＭＯＰＡ式）の発振器等を用いることにより、共振条件が得られる発振周波数に自動的に制御する構成とすることが好ましい。好ましくは、超音波振動子４１の発振周波数は２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度に設定される。また、パージノズル２内のパージ水に対して十分な大きさの超音波振動を付与するため、超音波振動子４１の出力は、２０Ｗ以上にすることが好ましい。
【００５１】
本実施形態に係る制御手段５Ａは、超音波振動子４１Ａによる超音波の発振をオン／オフするように構成されている。より具体的に説明すれば、制御手段５Ａは、超音波振動子４１Ａに対して所定周波数（発振周波数）の信号を出力して励振するための発振器５１Ａを具備している。また、制御手段５Ａは、発振器５１Ａからの信号の出力をオン／オフするための制御装置５２Ａを具備している。制御装置５２Ａから発振器５１Ａに対して所定のタイミングでオン／オフ信号が送信され、このオン／オフ信号に応じて発振器５１Ａからの信号の出力がオン／オフされることになる。なお、本実施形態に係る発振器５１Ａ及び制御装置５２Ａは、遠隔的に光学窓３の洗浄を行うことができるように、鋼板Ｍの製造ライン外に設置されている。
【００５２】
制御手段５Ａの制御装置５２Ａには、光学窓３の洗浄タイミング（例えば、数日に一回）及び洗浄時間（例えば、５分〜１０分程度）等の洗浄スケジュールが予め記憶されている。なお、この洗浄スケジュールは、作業者が制御装置５２Ａに設定入力しても良いし、或いは、例えば制御装置５２Ａがプロセスコンピュータ（図示せず）から鋼板Ｍの圧延スケジュールを適宜受信し、該受信した圧延スケジュールに基づき自動的に作成する構成とすることも可能である点は、第１実施形態と同様である。
【００５３】
そして、制御装置５２Ａは、前記記憶された洗浄タイミングで発振器５１Ａに対してオン信号を送信し、オン信号を送信してから前記記憶された洗浄時間経過後にオフ信号を送信する。これにより、発振器５１Ａは、前記洗浄タイミング毎に前記洗浄時間だけ超音波振動子４１Ａに対して信号を出力することになる。これにより超音波振動子４１Ａから超音波が発振し、超音波振動がパージノズル２内のパージ水に対して付与されて、光学窓３が洗浄されることになる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、自動的に光学窓３の洗浄を行うために、制御手段５Ａが発振器５１Ａからの信号の出力をオン／オフするための制御装置５２Ａを具備する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、制御手段５Ａが制御装置５２Ａを具備せず、発振器５１Ａからの信号の出力を作業者が手動で行う構成を採用することも可能である。
【００５５】
以上に説明した第１又は第２実施形態に係る表面温度測定装置によれば、遠隔的及び／又は自動的に光学窓３の洗浄を行うことができ、常時高い測温精度を維持することが可能である。また、鋼板Ｍの圧延ロールの交換など、短時間のメンテナンス時間を利用して洗浄することが可能となり、製造ラインの生産性を阻害することなく光学窓３の清浄性を維持できる。さらに、鋼板Ｍの熱延工場等には、放射温度計を使用した温度管理点が多数存在しているが、各温度管理点に第１又は第２実施形態に係る表面温度測定装置の洗浄手段４（又は４Ａ）をそれぞれ適用すると共に、一箇所に集約して或いは共通化して設置された制御手段５（又は５Ａ）を各温度管理点の洗浄手段４（又は４Ａ）の制御に用いる構成を採用することも可能である。これにより、複数の温度管理点でほぼ同時に光学窓３の洗浄を行うことができ、作業者が各温度管理点について個別に順次光学窓３の洗浄を行う場合に比べて、洗浄に要する時間を大幅に削減可能である。そのため、光学窓３の洗浄時間が短時間で可能となり、上述した短時間のメンテナンスの際や圧延材と圧延材との間の時間を利用して光学窓３の洗浄が可能となる。
【００５６】
＜第１の光学フィルタについて＞
なお、第１又は第２実施形態に係る表面温度測定装置において、従来のような水柱の厚み測定値による補正演算を行わなくとも、精度良く鋼板Ｍの表面温度を測定可能とするためには、鋼板Ｍと放射温度計の検出素子との間に０．９０μｍ（より好ましくは、０．８５μｍ）よりも長い波長の光を遮断する光学フィルタ（以下、適宜「第１の光学フィルタ」という）を備える構成とすることが好ましい。より具体的には、制御盤１３内に配設された検出部１３１と光ファイバ１４の出力端との間に第１の光学フィルタを備えることが好ましい。以下、その理由について説明する。
【００５７】
鋼材の圧延・冷却過程において、一般的な鋼材の管理温度は、常温〜１２００℃であり、特に低合金鋼材などにおいては、５００℃〜１２００℃の温度履歴が重要な場合がある。このような温度範囲を対象とした放射測温においては、波長０．６５μｍ〜１．1μｍの光を検出するＳｉホトダイオードを検出素子として用いた放射温度計が一般的によく用いられる。
【００５８】
図４は、水の分光吸収特性を測定した結果を示す。図４に示すように、Ｓｉホトダイオードの実効的な検出波長範囲である０．６５〜１．１μｍにおいては、およそ長い波長ほど強く吸収される。一方、黒体からの熱放射光は、長波長で極端に熱放射光の強度が高く、例えば、６００〜７００℃、或いはそれ以下の温度において、波長０．９μｍよりも短い波長に比べ、長い波長で強く放射されている。従って、放射温度計で検出される光エネルギーは、そもそも長波長の光の寄与が大きく、水の吸収による影響を強く受ける。これは、Ｓｉホトダイオード以外の検出素子を用いた放射温度計においても、実効的な検出波長が０．６５〜１．１μｍの範囲にあれば同様である。
【００５９】
図５は、約７００℃の被測温鋼材において、放射温度計と被測温鋼材との間に存在する水の実効的厚みが３０ｍｍ変動した場合の測温値の変動（測温誤差）を測定した結果を示す。なお、熱延鋼板や厚鋼板の製造ラインにおいて、定常の製造状態では、鋼板のパスライン変動（鋼板下面の上下方向の位置変動）は最大で３０ｍｍ程度を考えればよい。
【００６０】
ここで、図５の横軸は放射温度計と被測温鋼材との間に存在する水の厚みをプロットし、縦軸は測温誤差をプロットした。図５に示すように、「フィルタ無し」の場合（長波長成分を遮断せずに全波長の光を検出する場合）には、例えば、基準となる水の厚み２００ｍｍに対して３０ｍｍだけ厚みが変動すると、約１４℃の測温誤差が生じる（測温値が約１４℃変化する）。また、長波長成分を遮断しない場合、基準となる水の厚みを大きくすると、測温誤差が小さくなるものの、例えば１０℃以下の測温誤差とするためには、４００ｍｍ以上の水の厚みが必要となる。なお、被測温鋼材の表面温度が高くなると、この測温誤差は大きくなり、さらに水の厚みを大きくする必要がある。しかしながら、水の厚みを厚くするための装置は、むやみに大きくなってしまうので、設置条件を大きく制限することが問題となる。
【００６１】
一方、図５に示すように、「遮断波長０．８５μｍ」の場合（波長０．８５μｍよりも長い波長の光を遮断して検出する場合）には、基準となる水の厚みに関わらず、厚みが３０ｍｍ変動しても６℃程度の測温誤差に抑えることが可能である。
【００６２】
図６は、７００℃の被測温鋼材に対して、基準となる水の厚みを５０ｍｍ〜３００ｍｍとし、各基準となる水の厚みに対して３０ｍｍだけ厚みを変動させた場合の各遮断波長（放射温度計で検出する波長の上限）に応じた測温誤差を測定した結果を示す。また、図７は、基準となる水の厚みを２００ｍｍとし、被測温鋼材の温度を５００℃〜１０００℃に変えて、水の厚みを３０ｍｍだけ変動させた場合の各遮断波長に応じた測温誤差を測定した結果を示す。図６又は図７に示すように、遮断波長が０．９０μｍより長くなると、測温誤差は増大し始める。また、図７に示すように、０．９０μｍ以下の波長の光を検出する場合には、被測温鋼材が１０００℃の場合でも、測温誤差を１２℃程度に抑制できる（０．８５μｍ以下の波長の光を検出する場合には、測温誤差を１０℃以下に抑制できる）点で有効である。以上の理由により、第１及び第２の実施形態においては、鋼板Ｍと放射温度計の検出素子との間に、０．９０μｍ（より好ましくは、０．８５μｍ）よりも長い波長の光を遮断する第１の光学フィルタを備えることが好ましい。
【００６３】
なお、前記０．９０μｍ（より好ましくは０．８５μｍ）よりも長い波長の光を遮断する第１の光学フィルタとは、０．９０μｍ（或いは０．８５μｍ）よりも長い波長の光を完全に遮断（つまり、透過率が０％）するフィルタのみを意味するものではなく、当該長波長の光に対する透過率が２〜３％よりも小さく設定されたフィルタを意味する。
【００６４】
上記第１の光学フィルタを備えた好ましい構成によれば、従来のような水柱の厚み測定装置は不要であるため、表面温度測定装置の寸法や重量を低減できるのみならず、取り外し容易で保守性に優れ、さらには厚み測定装置の故障の心配もないことから信頼性が高まるという利点を有する。
【００６５】
＜第２の光学フィルタについて＞
また、第１又は第２実施形態に係る表面温度測定装置において、鋼板Ｍの表面温度が４００℃程度の低温域であっても、精度良く測温することを可能とするためには、鋼板Ｍと放射温度計の検出素子との間に１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光を遮断する光学フィルタ（以下、適宜「第２の光学フィルタ」という）を備える構成とすることが好ましい。より具体的には、制御盤１３内に配設された検出部１３１と光ファイバ１４の出力端との間に第２の光学フィルタを備えることが好ましい。以下、その理由について説明する。
【００６６】
本発明の発明者らは、先ず最初に、検出する熱放射光の波長を０．６５〜０．８３μｍとした放射温度計を試作し、その温度特性を評価した。具体的には、放射温度計の温度特性を評価するために一般的に使用される放射熱源（黒体炉、温度バラツキ１℃以下）の温度を前記試作した放射温度計で測定し、その測温値のバラツキ（３σ）を評価した。なお、放射熱源である黒体炉の放射率は１．０とした。図８は、評価結果の一例を示すグラフである。図８に示すように、検出する熱放射光の波長が０．６５〜０．８３μｍである放射温度計の場合、６００℃以下では測温値の変動が大きくなり、精度良く温度を測定することができないことが分かった。これは、測定対象が低温になると、放射される熱放射光の長波長成分が増大することが原因であると考えられる。従って、６００℃以下の低温域の温度を放射測温するには、検出する熱放射光の波長を０．６５〜０．８３μｍよりも長波長側にシフトする必要のあることが分かった。
【００６７】
次に、発明者らは、低温域の被測温材から放射された熱放射光を、被測温材と放射温度計との間に形成した水柱を介して検出する場合を想定し、水の分光透過率を調査した。図９は、黒体炉と放射温度計との間に介在させた水柱の厚みを３、１１、５０、１００ｍｍとした場合における、約０．７〜１．９μｍの波長帯域における水の分光透過率を示すグラフである。なお、水柱は２８℃の水道水を用いて形成した。図９に示すように、前述した０．６５〜０．８３μｍよりも長波長側の波長帯域においては、１．１μｍ近傍の波長帯域において水の透過率が高くなることが分かった。
【００６８】
そこで、発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．１μｍ近傍の波長を含む１．００〜１．２０μｍとした放射温度計を試作し、その温度特性を黒体炉を用いて評価した。図１０は、評価結果の一例を示すグラフである。図１０に示すように、検出する熱放射光の波長が１．００〜１．２０μｍである放射温度計の場合、測温値のバラツキ（３σ）が３℃になるまでを許容範囲とすると、３１０℃まで測定可能であることが分かった。
【００６９】
さらに、発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを適宜変更すると共に、黒体炉の温度を適宜変更し、水の透過率を調査した。図１１は、水の透過率を調査した結果を示すグラフである。図１１に示すように、水柱の厚みが厚くなると透過率は低下するものの、２０ｍｍ程度の厚みであれば、０．２程度の透過率が得られ、水柱を介しても透過率の点では十分に放射測温可能であることが分かった。
【００７０】
そこで、発明者らは、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計と黒体炉との間に介在させる水柱の厚みを２０ｍｍとし、その温度特性を評価した。図１２は、評価結果の一例を示すグラフである。図１２に示すように、検出する熱放射光の波長が１．００〜１．２０μｍである放射温度計の場合、厚み２０ｍｍの水柱を介すると、水柱を介さない場合（図１０参照）に比べて測温値のバラツキ（３σ）が大きくなるものの、測温値のバラツキ（３σ）が３℃になるまでを許容範囲とすると、３３０℃程度までの低温域の被測温材を測温可能であることが分かった。
【００７１】
以上のように、発明者らは、放射温度計で検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとすれば、被測温材表面から放射された熱放射光を水柱を介して検出する場合であっても、４００℃程度の低温域の温度を精度良く測定できることを見出したものである。以上の理由により、第１及び第２の実施形態においては、鋼板Ｍと放射温度計の検出素子との間に、１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光を遮断する第２の光学フィルタを備えることが好ましい。
【００７２】
なお、第２の光学フィルタにおいて１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光を遮断するとは、完全に遮断（つまり、透過率が０％）するフィルタのみを意味するものでなく、１．００μｍ未満の波長の光と１．２０μｍよりも長い波長の光に対する透過率が２〜３％よりも小さく設定されたフィルタを意味する。
【００７３】
上記第２の光学フィルタを備えた好ましい構成によれば、４００℃程度の低温域であっても精度良く鋼板Ｍの表面温度を測定することが可能である。
【００７４】
＜最小の拡がり角について＞
第１又は第２実施形態に係る表面温度測定装置において、散乱誤差（鋼板Ｍ表面と放射温度計との間に存在する冷却水や湯気や水蒸気などによる熱放射光の散乱に起因した測温誤差）を問題のない程度に抑制するためには、図１３に示すように、放射温度計で検出される熱放射光の光路が通る領域における光路安定領域Ｓ１と光路不安定領域Ｓ２との界面と放射温度計の光軸との交点Ｐを基準とした鋼板Ｍのエッジ部Ｅの最小の拡がり角θを７５°以上に設定することが好ましい。
【００７５】
なお、光路安定領域Ｓ１とは、放射温度計で検出される熱放射光の光路が通る領域のうち、光路の変動が生じない領域を意味する。より具体的には、光路安定領域Ｓ１は、パージノズル２の先端から放射温度計の受光面までの領域であると考えることができる。光路不安定領域Ｓ２とは、逆に、光路の変動が生じる領域を意味する。より具体的には、光路不安定領域Ｓ２は、パージノズル２先端から鋼板Ｍ表面までの領域であると考えることができる。交点Ｐを基準とした鋼板Ｍのエッジ部Ｅの最小の拡がり角θとは、交点Ｐから鋼板Ｍ表面に下ろした垂線と、交点Ｐと鋼板Ｍのエッジ部Ｅとを結ぶ直線との成す角度のうち、最も小さい角度を意味する。以下、最小の拡がり角θを７５°以上に設定することが好ましい理由について説明する。
【００７６】
散乱誤差は、水滴や湯気などの水分と空気との界面が、放射温度計で検出すべき熱放射光の光路中に存在すると、当該熱放射光が屈折又は散乱し、光路が変化することによって生じる。斯かる光路の変化には、熱放射光のビーム全体が曲げられることや、全体的に又は部分的にビームが広がったり収束したりする場合も含まれる。一般的には、このような光路の変化により、放射温度計で測定しようとしている被測温材表面内の測定領域の位置や面積が変化したり、部分的に測定領域以外の領域からの熱放射光を検出することになったりして、測温誤差が生じる。斯かる散乱誤差は、被測温材と放射温度計との間に存在する外乱水のみによって生じるとは限らず、外乱水によってパージ水が乱されることによりパージ水内の検出すべき熱放射光の光路が乱される場合や、パージ水自体の性能によりパージ水内又はパージ水界面において検出すべき熱放射光の光路が乱される場合もある。
【００７７】
ここで、本発明の発明者らは鋭意検討し、被測温材表面がある程度の等温面の広がりを有している場合、パージ水による熱放射光の光路安定領域が必ずしも被測温材表面まで到達している必要はないことを見出した。すなわち、外乱水などによって被測温材表面近傍で光路が乱される場合であっても、この光路の乱れが被測温材表面近傍に限られ、且つ被測温材表面がある程度等温とみなせる広がりを有しておれば、主にこの等温面内からの熱放射光を検出することになり、測温誤差すなわち散乱誤差は抑制されることを見出した。より具体的に説明すれば、図１３に示すように、パージノズル２内など外乱水等によって光路が乱されることのない光路安定領域Ｓ１を被測温材（鋼板Ｍ）にある程度近づければ（光路不安定領域Ｓ２を被測温材表面近傍に抑制しさえすれば）、散乱誤差を問題のない程度に抑制できることを見出した。
【００７８】
以下、最小の拡がり角θを決定するために実施した試験について説明する。図１４に試験の概要を示すように、均一な輝度の平面光源Ｌを被測温材と考え、平面光源Ｌと放射温度計との間をパージノズル２から噴射させたパージ水でパージし、当該パージ水を側方から噴射させた外乱水によって乱す試験を実施した。そして、この乱す位置（パージノズル２先端の位置）と平面光源Ｌとの位置関係を種々変更しつつ、外乱水を噴射する前後での放射温度計の出力変化を調査した。  
【００７９】
図１５に試験結果を示す。ここで、図１５の横軸はパージノズル２先端から平面光源Ｌまでの領域を光路不安定領域Ｓ２とした場合の拡がり角θをプロットし、縦軸は外乱水を噴射する前後での放射温度計の出力変化を測温誤差としてプロットした。図１５に示すように、拡がり角θを７５°以上に設定すれば、測温誤差を１０℃以下に抑制できることが分かった。以上の理由により、前述した図１３に示す態様についても、最小の拡がり角θを７５°以上に設定することにしたものである。
【００８０】
上記最小の拡がり角θを７５°以上に設定した好ましい構成によれば、光路不安定領域Ｓ２が鋼板Ｍ表面近傍に抑制され、散乱誤差を問題のない程度（測温誤差１０℃以下）に抑制することが可能である。
【００８１】
以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
【００８２】
＜実施例１＞
第１実施形態で説明した構成とほぼ同様の構成を有すると共に、検出素子の直近に０．９０μｍよりも長い波長の光を遮断する第１の光学フィルタを備えた表面温度測定装置（以下、オンライン測定装置という）を熱延鋼板の製造ラインに設置し、洗浄ノズルから水蒸気は噴射させず、パージノズルから熱延鋼板表面に向けてパージ水（３０μｍと１００μｍの通過メッシュを備えたフィルタで水道水を濾過した後の水）を噴射した状態で長期間放置した。
【００８３】
上記長期間の放置によって汚れが付着した光学窓（石英窓）をオンライン測定装置から取り外し、第１実施形態で説明したものとほぼ同様の構成（ただし、パージ水を噴射する代わりに、パージノズル内に水を充填して適宜の厚みを有する水柱を形成した）を有すると共に、検出素子の直近に０．９０μｍよりも長い波長の光を遮断する第１の光学フィルタを備えた表面温度測定装置（以下、オフライン測定装置という）に取り付けた。そして、オフライン測定装置の洗浄ノズル（先端開口部の内径２ｍｍ）から、光学窓の汚れた表面に対して１４０℃で噴出圧力０．２５ＭＰａの水蒸気を噴射して洗浄し、黒体炉（７００℃）を測温する。この洗浄・測温を繰り返す試験を実施した。
【００８４】
図１６は、以上に説明した試験結果を示すものであり、図１６（ａ）は洗浄時間（水蒸気を噴射した累積時間）と測温誤差（黒体炉設定温度−測温値）との関係を示すグラフであり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の縦軸である測温誤差を光学窓の透過率変化（透過率低下分）に換算したグラフである。図１６にプロットした各点が上記測温試験によって得られた試験値である。なお、光学窓の透過率自体は、光学窓を取り外した場合に検出素子で検出される光強度に対する、光学窓を取り付けた場合に検出素子で検出される光強度の比によって算出可能である。そして、このようにして算出可能な光学窓の透過率の変化とオフライン測定装置の測温誤差との関係を予め求めておきさえすれば、該関係を用いて、測温誤差を光学窓の透過率変化に換算することが可能である。
【００８５】
ここで、光学窓の汚れによる透過率変化（透過率低下分）が、光学窓の面積（片面の全面積）に対する汚れ付着領域の面積の割合（＝汚れの濃度）に比例すると仮定すれば（すなわち、透過率変化が汚れの濃度に比例すると仮定すれば）、図１６（ｂ）に示す洗浄時間と光学窓の透過率変化との関係は、下記式（１）で表される汚れの濃度と洗浄時間との理想的な関係を示すモデルである「洗浄率のモデル曲線」と同様の関係になっていると考えられる。
−ｄＣ／ｄｔ＝ｋＣ  ・・・（１）
ここで、Ｃ：汚れの濃度、ｔ：洗浄時間、ｋ：速度定数、ｄ：微分）
【００８６】
上記考えに基づき、図１６（ｂ）にプロットした各点の試験値を用いて（ただし、洗浄時間３０分の試験値は、汚れ以外の誤差要因が大きいため、除外した）、上記式（１）で表される洗浄率モデル曲線を最小自乗近似した。図１６（ｂ）において実線で示す曲線が、上記のようにして算出した洗浄時間と光学窓の透過率変化との関係を表す近似曲線である。なお、図１６（ａ）において実線で示す曲線は、図１６（ｂ）に示す近似曲線の縦軸である光学窓の透過率変化を測温誤差に換算して得られる近似曲線である。
【００８７】
図１６（ｂ）に示す近似曲線から分かるように、洗浄時間が約３分で、光学窓の汚れによる透過率変化が２０％に減少した。これは、光学窓の汚れの濃度がおよそ２０％に減少したことを示している。換言すれば、洗浄時間０分での透過率変化が５６％であるため、光学窓の汚れ全体の６４％（（５６−２０）／５６＝６４％）が洗浄により除去されたことを示している。本試験では、洗浄開始前の光学窓の汚れが激しく、図１６（ａ）に示すように、光学窓の汚れによる測温誤差が３６℃もあったために、測温誤差が無視できるほど小さくなるまでに３０分間の洗浄を行う必要があったが、定期的に洗浄を行えば、より短時間で光学窓の洗浄を行うことができ、光学窓の汚れによる測温誤差を安定して抑制できると考えられる。
【００８８】
＜実施例２＞
実施例１の測温試験で得られた図１６（ｂ）に示す結果からすれば、洗浄時間が約３分で約６４％、洗浄時間が５分で８１％の汚れを洗浄できることになる。そこで、実施例１のオンライン測定装置を用いて、パージノズルから熱延鋼板表面に向けてパージ水を噴射すると共に、５日に一回又は１０日に一回のタイミングで、洗浄ノズルから５分間水蒸気を噴射して光学窓を洗浄した場合における、熱延鋼板表面温度の測温誤差の推移を試算した。
【００８９】
図１７は、上記の試算の結果を示すものであり、図１７（ａ）は５日に一回のタイミングで洗浄動作を行った場合の測温誤差（光学窓の汚れに起因した測温誤差）の推移を示すグラフであり、図１７（ｂ）は１０日に一回のタイミングで洗浄動作を行った場合の測温誤差の推移を示すグラフである。図１７に示すように、５日に一回のタイミングで洗浄動作を行った場合の測温誤差は最大で０．８℃程度（図１７（ａ））、１０日に一回のタイミングで洗浄動作を行った場合の測温誤差は最大で１．７℃程度（図１７（ｂ））となり、十分小さな測温誤差に抑制できることが分かった。
【００９０】
＜比較例＞
実施例１のオンライン測定装置を用いて、洗浄ノズルから水蒸気は噴射させず、パージノズルから熱延鋼板表面に向けてパージ水を噴射した状態で、一の保全日から次の保全日までの間（約２５日程度）放置する。
【００９１】
そして、保全日に、上記放置によって汚れが付着した光学窓をオンライン測定装置から取り外し、実施例１のオフライン測定装置に取り付けて、黒体炉（７００℃）の測温試験を実施する。次に、作業者が光学窓の汚れた表面の清掃作業を行った後、再び黒体炉の測温試験を実施する。そして、光学窓の清掃作業前後の測温値の差（清掃作業後の測温値−清掃作業前の測温値）を光学窓の汚れによる測温誤差として記録する。こられの測温試験が終了した後、光学窓をオフライン測定装置から取り外し、再びオンライン測定装置に取り付ける。そして、前述したのと同様に、次の保全日まで放置する。このような作業を６ヶ月以上の期間に亘って繰り返した。
【００９２】
図１８は、上記の試験結果を示すグラフである。図１８に示すように、約２６日間の放置による光学窓の汚れによって、最大３．２℃程度の測温誤差（測温値の低下）が生じることを確認した。この光学窓の汚れによる測温誤差は、例えば半年間放置すれば数十℃或いはそれ以上となり、大きな測温誤差が生じる可能性があることを示すものである。なお、オンライン測定装置から取り外した直後の光学窓表面には、表面活性剤に類する有機物系の汚れと、酸化鉄の微粒子を確認することができた。また、オンライン測定装置のパージ水を供給する水道が停止した場合には、上記と同様の評価で１０〜４０℃程度の測温誤差（測温値の低下）が生じることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る表面温度測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す表面温度測定装置の内部構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る表面温度測定装置の内部構成を示す模式図である。
【図４】図４は、水の分光吸収特性を測定した結果を示す。
【図５】図５は、水の厚みと測温誤差との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、遮断波長と測温誤差との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、遮断波長と測温誤差との関係を示す他のグラフである。
【図８】図８は、検出する熱放射光の波長を０．６５〜０．８３μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、約０．７〜１．９μｍの波長帯域における水の分光透過率を調査した結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、１．００〜１．２０μｍの波長帯域における水の透過率を調査した結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、厚み２０ｍｍの水柱を介して検出する熱放射光の波長を１．００〜１．２０μｍとした放射温度計の測温値バラツキを評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明に係る表面温度測定装置におけるパージノズルの好ましい配置を説明するための模式図である。
【図１４】図１４は、外乱水による光路の乱れが測温値に及ぼす影響を調査するための試験概要を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す試験の結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の実施例１に係る試験結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明の実施例２に係る試験結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本発明の比較例に係る試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
１・・・放射温度計
２・・・パージノズル
３・・・光学窓
４，４Ａ・・・洗浄手段
５，５Ａ・・・制御手段
１１・・・測温ヘッド
１２・・・受光部
１３・・・制御盤
１４・・・光ファイバ
４１・・・洗浄ノズル
４１Ａ・・・超音波振動子
４２・・・配管
４２Ａ・・・振動板
４３・・・ドレン配管
４３Ａ・・・振動板
５１・・・開閉弁（電磁弁）
５１Ａ・・・発振器
５２，５２Ａ・・・制御装置
５３・・・開閉弁（電磁弁）
１００，１００Ａ・・・表面温度測定装置
Ｍ・・・被測温材（鋼板）
【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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【図１８】
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