(57)【要約】【課題】焼鈍炉内で熱処理される鋼板の表面温度をオンラインで連続的に測定するのに好適な、鋼板温度計測方法と装置を提供することを目的とする。【解決手段】加熱炉の炉壁の一部に赤外波長領域での放射率が高い耐熱物質を埋め込み、該耐熱物質からの放射光が前記鋼板の表面で正反射する方向において、複数の波長の放射輝度を、各々複数の偏光角成分において測定し、その測定した複数の波長での複数の偏光角成分のおける各々の放射輝度信号と前記耐熱物質の表面温度とにもとづいて前記鋼板の放射率を算出し、該放射率を元にして前記鋼板の表面温度を算出する。【選択図】図１
2007010476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼鈍加熱炉に置かれた、表面にスケールが生成する鏡面性を有する鋼板の温度を測定する鋼板温度計測方法において、
前記加熱炉の炉壁の一部に赤外波長領域での放射率が高い耐熱物質を埋め込み、該耐熱物質からの放射光が前記鋼板の表面で正反射する方向において、放射輝度を複数の偏光角成分において測定し、
その測定した波長での複数の偏光角成分のおける各々の放射輝度信号と前記耐熱物質の表面温度とにもとづいて前記鋼板の放射率を算出し、
該放射率を元にして前記鋼板の表面温度を算出することを特徴とする鋼板温度計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼板温度計測方法において、
前記波長は２つの波長とし、かつ、前記複数の偏光角成分はＰ偏光およびＳ偏光の２つとし、２つの波長各々におけるＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比に対する放射率の関係を予め測定対象の種類ごとに求めて、前記予め求めた関係と２つの波長で測定したＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比にもとづいてスケール厚さ変動に応じて変化する測定対象の放射率を同定することを特徴とする鋼板温度計測方法。
【請求項３】
炉内に焼鈍加熱条件下に置かれた、表面にスケールが生成する鏡面性を有する鋼板の温度を測定する鋼板温度計測装置において、
前記加熱炉の炉壁に埋め込まれた赤外波長領域での放射率が高い耐熱物質からの放射光が前記鋼板の表面で正反射する方向に配置されて、放射輝度を複数の偏光角成分について測定する放射輝度測定装置と、
前記耐熱物質の表面温度を測定する温度計と、
前記放射輝度測定装置で測定される波長での複数の偏光角成分における各々の放射輝度信号と前記耐熱物質の表面温度とにもとづいて前記鋼板の放射率を算出し、得られた放射率を元にして前記鋼板の表面温度を算出する演算装置とを備えることを特徴とする鋼板温度計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の鋼板温度計測装置において、
前記複数の波長は２つの波長とし、かつ、前記複数の偏光角成分はＰ偏光およびＳ偏光の２つとし、２つの波長各々におけるＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比に対する放射率の関係を予め測定対象の種類ごとに求めて、前記予め求めた関係と２つの波長で測定したＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比にもとづいてスケール厚さ変動に応じて変化する測定対象の放射率を同定することを特徴とする鋼板温度計測装置。
【請求項５】
請求項１および請求項２に記載の鋼板温度計測方法において、
前記鋼鈑は、ステンレス鋼鈑であることを特徴とする鋼板温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続して製造される鋼板の表面温度測定方法および装置に関し、特に焼鈍炉内で熱処理される鋼板の表面温度をオンラインで連続的に測定するのに好適な、鋼板温度計測方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼板の結晶粒を成長させ、機械的強度等の必要とする目標の材質特性を得るために、焼鈍処理が施され、その際に鋼板表面上に形成される、主として酸化物からなるスケールを取り除くための酸洗処理が、先の焼鈍処理に引続き行われる。これらの一連の処理が連続して行われるプロセスは、一般にCAP（Cold Anealing and Pickling）ラインと呼ばれており、ステンレス製造の重要なプロセスと位置付けられている。
【０００３】
焼鈍処理では、鋼板温度の昇温パターンを適切に管理して、目標とする材質特性を得る必要があることから、焼鈍炉内での鋼板温度管理が重要である。そのために、加熱炉内での鋼板の最高到達温度（均熱温度）であるTss[℃]と、ある設定基準温度からTssへ到達するまでの時間（均熱時間）Ts[sec.]を適切に調整するように加熱炉の温度制御が実施されている。
【０００４】
本来は、鋼板温度を高精度に実測して、加熱炉温度制御を実施することが望ましいが、炉内では鋼板表面に酸化スケールが生成され、その生成状態が鋼板速度た炉内雰囲気、炉温などの状態によって異なるために、生成される酸化スケールの厚さが異なってくる。鋼板表面の放射率は、スケール厚さに応じて異なることから、鋼板の温度計測が困難となっていた。すなわち、放射率を予め設定する従来の放射温度計や、放射率変動に対して影響が少ないとされている２色温度計でも、正確な温度測定ができないという問題があった。
【０００５】
また、このような炉温制御による焼鈍処理では、焼鈍される鋼板の板厚や板幅等の寸法の違い、鋼板成分の違い、鋼板速度の違い等により、同じ炉温下においても生成されるスケールの厚さが異なるので、次工程で酸洗する際には、酸洗後のスケール残りの発生を無くすために鋼板の走行速度を抑制する傾向があった。そのために、生産効率を阻害することや、酸洗条件が適切でないためにスケールを残りを発生させた場合には鋼板の表面性状を損ない、品質の悪化を招き、最終製品の光沢不良を発生させる原因にもなっていた。以上のように、鋼板の材質特性を得るためばかりでなく生産効率の観点からも、鋼板温度を高精度に実測して、加熱炉温度制御を実施することが重要である。
【０００６】
高精度で鋼板温度を測定するためには、表面にスケールが生成されることで放射率変動が生じる場合には、放射率変動を補正することが必要となる。すなわち、放射率を適当な手段を用いて実測する方法が有用であり、これまでにも多くの方法が提案されてきている。
【０００７】
例えば特許文献１には、異なる測定条件における分光放射輝度間の関係と測定対象の放射率変化との関係式を予め求めておいて放射率を推定する方式が提案されている。測定条件は、波長や入出射（反射）角度、偏光角度成分などを異なる条件としている。
【０００８】
また特許文献２には、同時に２つの波長での測定を行う測定方法が記載されている。まず、ステンレス鋼板の表面に生成されるスケールの厚さ変動により放射率が影響を受けないように長い波長を使用し、予めスケール厚さ変動範囲での放射率を同定しておくことで、その一定となる放射率をもとにして鋼板温度を求める方式が提案されている。また、この方式では、もう１つの波長として放射率がスケール厚さと相関のあるものを使用することで鋼板温度情報をもとにしてスケール厚さの測定も可能とするものである。
【０００９】
さらに、鋼板表面に外部光源から光を照射してその反射率を実測することで放射率を同定する方式も多数提案されている。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に開示された技術は、測定対象鋼板に対して垂直方向から測定するものであり、これらの方式を炉内で加熱された状態での温度測定に適用する際には、加熱炉の炉壁放射が鋼板に反射するため放射温度計に背光雑音として入り込むという問題があり、そのために、特許文献１、２では炉壁放射の反射光が放射温度計に入り込まない工夫が施されている。この方策としては通常、水冷遮光管を炉内に挿入してその遮光管を通して放射エネルギーを測定する方式が採られている。しかしながら、炉内は高温であり、遮光管自体を冷却するために何重かの冷却経路を内部にもたせる必要があり、溶接部での破断が生じやすいことから、長時間での使用時には水漏れを発生させる恐れがある。実際に水漏れを起こした場合には、炉内鋼板表面に水が付着して表面にダメージを与えることになり製品に実害を及ぼすことになって不都合である。従って、水冷遮光管の定期的なメンテナンスも必要となり、作業コストや負荷を増すことにもなるという問題も生じさせる。
【００１１】
また、鋼板表面に外部光源から光を照射してその反射率を実測することで放射率を同定する方式においても、通常は同様の水冷構造が必要となるため上記と同じ問題が発生する。
【００１２】
以上の問題を回避する技術として、特許文献３に開示された技術がある。この技術は、炉内に擬似黒体を設置し、鋼板の自発光輝度と擬似黒体の放射エネルギーが測定対象鋼板に反射した放射エネルギーとの合計したエネルギーを特定の波長のP,S偏光成分として測定し、偏光放射輝度比から放射率を求めて鋼板温度を高精度に測定するものである。水冷遮光管を炉内に挿入する必要がないことから、測定装置のメンテナンス性も良好で実用性が高い方式であると言える。
【特許文献１】特開平２−８５７３０号公報
【特許文献２】特開平９−３３４６４号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献３の技術を、ステンレス鋼板の製造プロセスに適用する際には放射率変動を補正し切れないという問題がある。すなわち、通常のステンレス製造ラインのCAPにおいては、成分や機械的特性の異なる様々なステンレス鋼板が同じプロセスを経由して製造される場合が多く、例えばCr含有量の多い代表的なステンレス鋼板であるオーステナイト系ステンレス鋼板SUS304の他に、CrとNiの成分が多いフェライト系ステンレス鋼板SUS430や他の成分元素の含有量が異なる多くの種類のステンレス鋼板が連続的に製造されている。従って、材質特性、例えば機械的な特性を目標の条件に合わせて製造するために炉内での温度条件、すなわち、先に説明した最高到達温度（均熱温度）であるTss[℃]と、ある設定基準温度からTssへ到達するまでの時間（均熱時間）Ts[sec.]などの条件がステンレス鋼板の種類に応じて異なっている。そのために、表面に生成されるスケールの成分や厚さが異なるばかりではなく、温度測定範囲も異なるのが通常である。
【００１４】
このように特許文献３に示された技術では、多種の鋼板が製造される場合には、特定の波長のP,S偏光成分を測定し、偏光放射輝度比から放射率を求める放射率補正が十分ではなくなる問題が生ずる。すなわち、補正に使用するための予め得られている偏光放射輝度比と放射率の関係式として複数の関係が得られていないと、製造される鋼板の全てにわたって特許文献３に示された技術を適用することが困難である。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、焼鈍炉内で熱処理される鋼板の表面温度をオンラインで連続的に測定するのに好適な、鋼板温度計測方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の請求項１に係る発明は、焼鈍加熱炉に置かれた、表面にスケールが生成する鏡面性を有する鋼板の温度を測定する鋼板温度計測方法において、前記加熱炉の炉壁の一部に赤外波長領域での放射率が高い耐熱物質を埋め込み、該耐熱物質からの放射光が前記鋼板の表面で正反射する方向において、放射輝度を複数の偏光角成分において測定し、その測定した波長での複数の偏光角成分のおける各々の放射輝度信号と前記耐熱物質の表面温度とにもとづいて前記鋼板の放射率を算出し、該放射率を元にして前記鋼板の表面温度を算出することを特徴とする鋼板温度計測方法である。
【００１７】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鋼板温度計測方法において、前記波長は２つの波長とし、かつ、前記複数の偏光角成分はＰ偏光およびＳ偏光の２つとし、２つの波長各々におけるＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比に対する放射率の関係を予め測定対象の種類ごとに求めて、前記予め求めた関係と２つの波長で測定したＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比にもとづいてスケール厚さ変動に応じて変化する測定対象の放射率を同定することを特徴とする鋼板温度計測方法である。
【００１８】
また本発明の請求項３に係る発明は、炉内に焼鈍加熱条件下に置かれた、表面にスケールが生成する鏡面性を有する鋼板の温度を測定する鋼板温度計測装置において、前記加熱炉の炉壁に埋め込まれた赤外波長領域での放射率が高い耐熱物質からの放射光が前記鋼板の表面で正反射する方向に配置されて、放射輝度を複数の偏光角成分について測定する放射輝度測定装置と、前記耐熱物質の表面温度を測定する温度計と、前記放射輝度測定装置で測定される波長での複数の偏光角成分における各々の放射輝度信号と前記耐熱物質の表面温度とにもとづいて前記鋼板の放射率を算出し、得られた放射率を元にして前記鋼板の表面温度を算出する演算装置とを備えることを特徴とする鋼板温度計測装置である。
【００１９】
また本発明の請求項４に係る発明は、請求項３に記載の鋼板温度計測装置において、前記複数の波長は２つの波長とし、かつ、前記複数の偏光角成分はＰ偏光およびＳ偏光の２つとし、２つの波長各々におけるＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比に対する放射率の関係を予め測定対象の種類ごとに求めて、前記予め求めた関係と２つの波長で測定したＰ偏光とＳ偏光との放射輝度比にもとづいてスケール厚さ変動に応じて変化する測定対象の放射率を同定することを特徴とする鋼板温度計測装置である。
【００２０】
さらに本発明の請求項５に係る発明は、請求項１および請求項２に記載の鋼板温度計測方法において、前記鋼鈑は、ステンレス鋼鈑であることを特徴とする鋼板温度計測方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、炉内でのステンレス鋼板の温度が高精度に得られることになり、従来から使用されていた炉温管理・制御による鋼板製造に代わって、実温による温度制御が可能になる。本発明を実際のCAPプロセスに適用することにより、焼鈍される鋼板の板厚や板幅等の寸法の違い、鋼板成分の違い、鋼板速度の違い等に応じて目標とする温度履歴に適した昇温パターンを実現することができるため、鋼板の走行速度を抑制する場合も少なくなり生産性が上がるばかりではなく、放射率情報から表面に生成されているスケールの状態を把握し酸洗条件を適切にすることもでき、スケールを残りの発生を抑えることで鋼板の表面性状を改善することにも繋がる。すなわち、良好な材質特性や最終製品の光沢性などの表面品質特性向上に結び付けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係るステンレス鋼板温度計測装置の構成例を示す図である。図中、１は走行する鋼板を連続的に焼鈍するための焼鈍炉であり、ステンレス鋼板の場合は、例えばCAPプロセスと呼ばれる高温熱処理炉である。その内部は耐火物で覆われており、ラジアントチューブや直火バーナーなどの方式により内部が加熱されて高温に保持される。
【００２３】
２は走行するステンレス鋼板（紙面垂直方向が走行方向で、紙面内左右方向が鋼板幅方向）であり、熱処理炉において所定の条件の昇温パターンに従って加熱される。炉内では走行を安定的に行うために、ロール３の上に沿って走行する。４は炉壁に埋め込まれた耐熱物質であり、一定の面積を持ち炉壁内面側の側面と同じ向きで配置される。５は炉外に設置される放射輝度測定装置であり、ステンレス鋼板２の走行方向に対して直交する方向（幅方向）で鋼板表面の中心位置での法線からθの角度を見込む方向に配置される。前記の耐熱物質４は、放射輝度測定装置５と鏡面対象の位置に埋め込まれて、耐熱物質の中心位置は鋼板表面の幅方向の中心位置から法線方向に対してθの角度に配置されている。
【００２４】
放射輝度測定装置５は、２つの波長でのP,S偏光輝度が同時に測定可能な構造である。この放射輝度測定装置５は、（ａ）ステンレス鋼板からの熱放射エネルギーと、（ｂ）耐熱物質の熱放射エネルギーがステンレス鋼板の表面で正反射した成分のエネルギーと、（ｃ）周囲を覆う炉内耐火物の熱放射エネルギーが鋼板表面や耐熱物質などに反射してくるエネルギーとの合計されたエネルギーを測定することになる。しかし、（ｃ）の周囲を覆う炉内耐火物の熱放射エネルギーが鋼板表面や耐熱物質などに反射してくるエネルギーは、測定対象とする鋼板の表面が鏡面反射的な特性を持つこと、耐熱物質の放射率をできるだけ高くして（例えば放射率が0.95以上の値となる物質を選ぶ）、耐熱物質からの反射成分が小さくすることが可能になるため、放射輝度測定装置で測定されるエネルギー成分としては上記の（ａ）および（ｂ）の２つと見なすことが可能となる。このように耐熱物質は放射率が高いことから擬似的な黒体として扱うことができる。
【００２５】
６は炉外に設置した放射輝度測定装置５と焼鈍炉１との間を仕切る測定窓であり、炉の内部からガスの流出を抑える役割をするものである。輝度測定を行う波長帯での光透過特性に優れた特殊なガラスなどの無機材料を利用するのが好ましい。また、測定窓の内部表面にガス成分が付着して汚染し、光透過特性を乱して光の減衰を起こすことがないように不活性ガスなどを利用してパージする。７は耐熱物質の表面温度を測定するための接触式温度計であり、表面の平均的な温度を測定するために例えば複数本の熱電対を利用することも可能である。
【００２６】
８は演算装置であり、放射輝度測定装置５により測定される２つの波長のＰ，Ｓ偏光についてステンレス鋼板からの熱放射エネルギーと耐熱物質の熱放射エネルギーのステンレス鋼板の表面で正反射した成分のエネルギーとの合計されたエネルギーの合計４つの測定値と接触式温度計７による測定値とにもとづいて、ステンレス鋼板２の表面温度を算出するためのものである。また、９は記憶装置であり、ステンレス鋼板の種類や表面スケールの厚さ、放射測定用波長などの条件によって異なる２偏光の放射輝度比と放射率との関係を記憶しておくものである。記憶装置９に記憶された情報を演算装置８に送ることで、前述した演算が行われて最終的な表面温度の値が算出され、その結果は出力装置１０に出力される。また、この結果はプロセス管理用制御装置１１に送られ、例えば鋼板の速度や加熱条件の設定に活かすことが可能になる。
【００２７】
以下に、本発明な係る温度計測の基本原理について詳細に説明する。
放射輝度測定装置による、ある特定波長λでの検出信号Eは、測定対象であるステンレス鋼板からの放射、炉壁に埋め込まれた耐熱物質からステンレス鋼板表面を反射される放射信号の和で、以下の（１）式のように表すことができる。
E=k{ελ(θ)Lλ、b(T1)＋q(1−ελ(θ))Lλ、b(T2) }・・・・・（１）
ここで、ελ(θ)は鋼板表面法線方向に対してθ方向の測定対象の分光放射率、T1は測定対象（ステンレス鋼板）の温度、T2は炉壁に埋め込まれた耐熱物質の温度で、Lλ、b(T1)は温度T1の波長λにおける黒体の分光放射輝度、Lλ、b(T2)は温度T2の波長λにおける黒体の分光放射輝度である。kは物理量としての放射輝度Lλ、b(T)を放射温度計の電気出力信号に変換する係数、q(0≦q≦1)は鏡面反射的な反射の程度を表す係数である。
【００２８】
p-およびs-偏光の分光方向放射率を、それぞれεp、λ(θ)、εs、λ(θ)とする。各種の係数も偏光に応じた状態に置き換えると、放射輝度測定装置の１つの波長での出力信号は、それぞれ（２）および（３）式となる。
Ep −qkpLλ、b(T2) =εp、λ(θ) kp{Lλ、b(T1)−qLλ、b(T2) }・・・・・（２）
Es −qksLλ、b(T2) =εs、λ(θ) ks{Lλ、b(T1)−qLλ、b(T2) }・・・・・（３）
対象の表面粗さが方向に依らないとき、偏光反射特性に差は生じないからqp＝qs＝qと見なすことができる。（２）および（３）式の右辺を整理すると、以下の（４）および（５）式を得る。
Ep −qkpLλ、b(T2) =εp、λ(θ) kp{Lλ、b(T1)−qLλ、b(T2) }・・・・・（４）
Es −qksLλ、b(T2) =εs、λ(θ) ks{Lλ、b(T1)−qLλ、b(T2) }・・・・・（５）
Ep、b(T)、Es、b(T)は、それぞれ温度Tの黒体のp-偏光放射輝度、s-偏光放射輝度の検出信号とすると、それぞれ次式のように表すことができる。
Ep、b(T)＝kpLλ、b(T)      ・・・・・（６）
Es、b(T)＝ksLλ、b(T)      ・・・・・（７）
（４）および（５）式の左辺は、qが既知のとき実測できるので、その比をとり、（４）および（５）式を利用して整理すると、（８）式のようになる。
{Ep −qEp、b(T2)}/{ Es −qEs、b(T2)}/kr＝εp、λ(θ)/εs、λ(θ)＝Rps・・・・・（８）
ここで、（６）および（７）式により、kr＝kp/ksは、既知の一定値であり、右辺は偏光放射率比Rpsとなり、偏光放射輝度比を利用した放射率補正法の原理が炉内においても成り立つことを示している。したがって、炉内放射測温に先立ってεp、λ(θ)またはεs、λ(θ)、あるいはその合計であるελ(θ)とRpsの関係を求めておけば、炉内で実測したRpsから放射率が求められる。（８）式でRpsが求められると、Rps-ελ(θ)の特性曲線から放射率ελ(θ)が得られる。
【００２９】
このようにして得られたελ(θ)の値を、放射輝度測定装置で測定される放射輝度Eの値と接触式熱電対により測定された値をもとに算出されるEb(T2)の値とを組み合わせることで以下の（９）式をもとに鋼板からの分光放射信号Eb(T1)が算出される。
Eb(T1)＝{ E −q(1−ελ(θ))Eb(T2)}/ ελ(θ) ・・・・・（９）
さらに温度T1（℃）は、以下の（１０）式から算出される。
T1＝C2/A/[lnC−ln(Eb(T1))]−B/A−273.15      ・・・・・（１０）
ここで、C2はプランクの第２定数で、A,B,Cは放射輝度計に特有の定数であり、実験的に校正データを求めて決定される。
【００３０】
（９）式の中には鏡面反射的な反射の程度を表す係数qがあるが、屈折角度θを60°以上に浅い角度にした場合、その値は１に近いことが実験的に知られている。そこで、ここではqの値を１として温度を算出している。ただし、測定対象の特性を詳細に調べることで温度測定誤差が最も小さくなる条件を調べてqの値を調整し、その値を使用することも可能である。
【００３１】
以上のように、ある特定波長での基本原理の説明を行ったが、ステンレス鋼板の種類によっては２つの波長を組み合わせて、１つの波長λ1でのRps（λ1）とその波長以下の波長λ2でのελ2(θ)との関係を利用する方が放射率推定に有効である場合がある。以下の実施例の項にて、本発明の特徴の１つである、２つの波長を選択的に使い分ける点についてその詳細を説明する。
【実施例】
【００３２】
図２は、本発明に係る偏光放射輝度測定を実現する装置例を示す図である。第一の波長として3.9μmを、第二の波長として1.55μmを使用する際に、それぞれの波長に対するP,S偏光放射輝度を同時に測定する装置の一例を示したものである。
【００３３】
受光する放射エネルギーは、まず、２１の集光レンズ系を透過して複数の受光素子に導かれる。第一のハーフミラー２２により、２つの経路に分けられた光は、第二のハーフミラー２３によりさらに２つの経路に分岐され、１つの経路ではP偏光を透過する素子（Ｐ偏光素子）２５を透過して3.9μm用検出素子であるサーモパイル29により放射輝度が測定される。第二のハーフミラー２３により分岐されたもう１つの経路を経て、S偏光を透過する素子（Ｓ偏光素子）２６を透過して3.9μm用検出素子であるサーモパイル３０にて放射輝度が測定される。
【００３４】
同様にして、第一のハーフミラー２２により分岐されたもう一つの経路では、1.55μmでのP,S偏光放射輝度が測定される。すなわち、第三のハーフミラー２４で２つの経路に分岐され、そのうちの１つの経路ではP偏光素子２７を経て1.55μm用検出素子であるInGaAs素子３１にて放射輝度が測定され、分岐された２つ目の経路ではS偏光素子２８を経て1.55μm用検出素子であるInGaAs素子３２にて放射輝度が測定される。以上の４組の偏光素子と検出素子にて測定された放射輝度信号は、増幅処理装置３３に送られて最終的な放射輝度データとして活用される。すなわち、前述の図１で示した演算装置８へ送られることになる。
【００３５】
以上のように、２波長、２偏光の測定を同一の装置に組み込んだ例を示したが、２つの波長での測定をそれぞれ別の装置に分担させて行うことも可能である。その場合には、測定対象表面の同一位置を測定するように、視野を合わせる必要がある。図２では測定面を合わせる光軸を規定しているが、測定波長は２つあるためにレンズの透過特性が波長により異なることを考慮する必要がある。そのために、集光レンズ２１としては中心付近を1.55μmでの測定用に使用するための材質を用い、その周りを3.9μm測定用に使用するために別の材質を用いることが好ましい。また、輝度エネルギーの減衰を小さくするために各ハーフミラーや偏光素子の波長特性、帯域幅などを考慮する必要もある。また、偏光放射輝度測定の際の受光角度としては、測定対象の鏡面性を確保する意味からも60°以上が好ましく、実プロセスへの設置を考慮した場合、装置や炉内耐熱物質の設置条件、測定対象の上下方向振動の影響も考慮すると70°程度が実用上相応しい。なお、本実施例では、波長の異なる２波長の場合を示しているが、２波長が同じ、すなわち１波長でも測定が可能な場合もある。図３および図４に、擬似黒体放射率と温度推定誤差、および入射角度と温度推定誤差との関係を示した。これによれば、誤差10℃又は5℃を得るためには、放射率0.95、入射角70°以上とするのがよいと分る。
【００３６】
次に、測定されたRpsの値から放射率を求める実施例を以下に示す。ステンレス鋼板の焼鈍工程を模擬して、前述した炉内での最高到達温度（均熱温度）であるTss[℃]と、ある設定基準温度からTssへ到達するまでの時間（均熱時間）Ts[sec.]などの条件を変化させて、表面に生成されるスケールの厚さを変化させた時の偏光放射輝度を、波長として3.9μmと1.55μmの２つの条件で測定した。この時の測定角度は、法線方向に対して７０°とした。
【００３７】
通常、SUS304とSUS430とでは加熱条件が異なり、前者では最高温度を1200℃程度まで、後者では900℃程度までとする。生成されるスケールの厚みを分光偏光解析装置を用いて実測したところでは、厚いケースではSUS304の場合、0.6μm程度、SUS430では0.4μm程度であった。これらの条件での放射輝度測定結果を詳細に調べたところ、実測されるRpsの値と放射輝度測定値をもとに熱電対による表面温度実測データとの演算から算出される放射率データとの対応では、以下の結論が得られた。すなわち、SUS304ではRpsの測定に3.9μmを使い、放射率との対応をとる際には1.55μmでの放射率を用いる場合の関係が明確であること、SUS430ではRpsと放射率の対応関係として両者とも1.55μmを使用することが良好な対応を得ることができることが分った。
【００３８】
これらの実験データを、図５及び図６に示した。図５はSUS304、図６はSUS430鋼鈑の特性を表しており、両者ともほぼ直線的な単調な関係を示しており、これらの関係を１次または２次近似関数として記述することが可能である。スケール厚さが増加するのに対応してRpsの値が増加することもわかり、両者の間にも一対一の関係があることから、Rpsの実測値からスケール厚さを推定することも可能である。
【００３９】
また、他の鋼種であるステンレス鋼板、例えばSUS420系などでも同様の関係が得られており、Rpsと放射率との関係曲線を若干修正することで対応することが可能である。製造ラインで走行する鋼板の種類は事前にわかるので、Rpsと放射率との関係式を選択して使用することで、多くの鋼板種類に対応した放射率推定が可能となり、従って得られた放射率を使用して高精度な温度測定ができる。また、Rpsの実測値から推定されるスケール厚さの情報を、鋼板温度情報と組み合わせることで活用すれば、鋼板が得た熱エネルギー量を間接的に推定することも可能である。すなわち、結晶粒径や製品品質特性、例えば、機械的特性（引張り強さ、伸び率等）を連続的にモニタリング可能となる。
【００４０】
以上は放射率の関係を事前に調べた結果について記述したが、次に本発明の構成を実際に組み上げて炉内での背光放射が充満した雰囲気を模擬し、放射輝度測定装置に対して鏡面反射位置に耐熱物質を配置して、放射率補正温度測定の性能を詳細に調べた結果について説明する。
【００４１】
耐熱物質の事例としては、セラミックス材料であるSiC材料を使用した。この材料は耐熱特性が優れるばかりでなく、表面は黒色であり、実測した放射率は3.9μmや1.55μmでの値として0.95以上あり、しかも長時間の使用に対してもその値が安定していることも確認されている。従って、実際の焼鈍炉内で使用するのに好適である。  表面温度は複数の熱電対を使用してそれらの値の平均値を使用した。実際に第１図に示した配置を縮小した構成で測定を行い、実測したRpsから前記のRps-放射率関係式を使用して放射率推定を行い、耐熱物質の表面温度測定値などから（９）、（１０）式に基づいて、ステンレス鋼板の温度を算出した。また測定角度としては、70°とした。また、表面温度は鋼板に溶接接続した熱電対の測定値を正しいものとして算出した鋼板温度との比較を行った。
【００４２】
以上の結果、様々なスケール厚さ条件、温度範囲、ステンレス鋼板の種類などを変えた場合でも、両者の差は約5℃以内に収まっており、本発明による方式、装置の妥当性が示された。通常の単一波長を使用した測定を比較のために行った結果では、垂直受光、波長0.9μmのケースでは温度測定誤差が数10℃にも達しており、本発明による放射率補正効果が十分であること、背光放射を耐熱物質で実測する方法が有効であることが示された。
【００４３】
実際に本発明による方法をステンレス鋼板製造のCAPプロセスに適用することが可能であり、高精度の温度測定による板温制御を実現することができる。この場合、耐熱物質としては前述のSiC板材を使用し、鋼板の反射特性などの条件から、その寸法としては高々500mm角程度の大きさで十分であることも確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るステンレス鋼板温度計測装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る偏光放射輝度測定を実現する装置例を示す図である。
【図３】擬似黒体放射率と温度推定誤差との関係を示す図である。
【図４】入射角度と温度推定誤差との関係を示す図である。
【図５】偏光放射輝度比を表す指標Rpsと分光放射率εとの関係の一例（SUS304鋼板の例）を示す特性図である。
【図６】偏光放射輝度比を表す指標Rpsと分光放射率εとの関係の一例（SUS430鋼板の例）を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      焼鈍炉
２      ステンレス鋼板
３      ロール
４      耐熱物質
５      放射輝度測定装置
６      測定用窓
７      熱電対
８      演算装置
９      記憶装置
１０    出力装置
１１    プロセス管理用制御装置
２１    集光レンズ系
２２    ハーフミラー
２３    ハーフミラー
２４    ハーフミラー
２５    P偏光素子
２６    S偏光素子
２７    P偏光素子
２８    S偏光素子
２９    サーモパイル
３０    サーモパイル
３１    ＩｎＧａＡｓ素子
３２    ＩｎＧａＡｓ素子
３３    増幅処理装置
【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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