米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 測定; 光学 -> ミノルタ株式会社

発明の名称 複数点測定装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−41819(P2001−41819A)
公開日 平成13年2月16日(2001.2.16)
出願番号 特願平11−219506
出願日 平成11年8月3日(1999.8.3)
代理人 【識別番号】100067828
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 (外2名)
【テーマコード(参考)】
2G065
2G066
【Fターム(参考)】
2G065 AA04 AB02 AB04 BA04 BA12 BA14 BA15 BA36 BA37 BB06 BB11 BB14 BB46 BB49 BC02 BC13 BC14 BC28 BC33 BC35 BD01 DA01 
2G066 BA09 BA14 BA22 BA25 BA27 BA29 BC07 BC15 CA01 CA15 CB01
発明者 高阪 裕史 / 太田 充伸 / 阪野 隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 測定試料を撮像する撮像手段と、表示手段と、上記撮像手段により撮像された上記測定試料の画像を上記表示手段に表示する表示制御手段と、上記測定試料からのエネルギーを取り込んで集束する光学系と、この光学系を駆動する駆動手段と、上記光学系の焦点に配置され、上記光学系を介して上記エネルギーが入射するとそのエネルギーレベルに応じた受光信号を出力する受光手段と、上記駆動手段により上記光学系を駆動することにより上記測定試料上の複数の測定点を含む範囲を2次元的に走査させる走査制御手段と、上記複数の測定点に対応する上記受光信号に基づき、上記測定試料の表面状態を表わす物理量を上記複数の測定点についてそれぞれ求める演算処理手段とを備え、上記表示制御手段は、上記複数の測定点および上記演算処理手段により求められた上記物理量を、上記表示手段に表示されている上記測定試料の画像に重ねて表示するものであることを特徴とする複数点測定装置。
【請求項2】 請求項1記載の複数点測定装置において、上記光学系は、垂直軸周りに回転可能に配設され、上記エネルギーを反射する第1反射鏡と、水平軸周りに回転可能に配設され、上記エネルギーを反射する第2反射鏡と、上記第1反射鏡および上記第2反射鏡で反射された上記エネルギーを集束する集束レンズとを備えたもので、上記駆動手段は、上記第1反射鏡を回転駆動する第1駆動手段と、上記第2反射鏡を回転駆動する第2駆動手段とを備えたものであることを特徴とする複数点測定装置。
【請求項3】 請求項1または2記載の複数点測定装置において、上記光学系は、上記測定試料からの放射エネルギーとして赤外光を取り込んで集束するもので、上記演算処理手段は、上記物理量として温度を求めるものであることを特徴とする複数点測定装置。
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の複数点測定装置において、さらに、上記測定試料上の位置を上記測定点として指定する指定手段を備えたことを特徴とする複数点測定装置。
【請求項5】 請求項4記載の複数点測定装置において、上記指定手段は、上記表示手段に表示されている上記測定試料の画像上において上記指定を行うものであることを特徴とする複数点測定装置。
【請求項6】 請求項4または5記載の複数点測定装置において、さらに、求められた上記物理量と所定レベルとを上記測定点ごとに比較する比較手段を備え、上記演算処理手段は、上記比較手段による比較結果に応じて、更に異なる測定点について上記物理量を求めるものであることを特徴とする複数点測定装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象の複数箇所から発せられる放射エネルギーや反射エネルギーなどを検知して、測定対象の表面状態を表わす物理量、例えば温度を測定する複数点測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、測定試料から発せられる放射エネルギーや反射エネルギーなどを検知して、測定試料の表面状態を表わす物理量を測定し、その測定結果を表示するようにした測定装置として、輝度計や放射温度計などがあり、産業界の様々な分野で使用されている。例えば、放射温度計として、従来、一眼レフレックス式ファインダ光学系を備えたものが提案されている(特公平63−53485号公報)。ところが、この特公平63−53485号公報記載の放射温度計では、測定視野が限られているため、十分に広い測定視野をとるためには、計測器本体の向きを上下左右に移動させる必要があった。これに対して、特許第2747426号の温度計カメラは、放射温度計のファインダ後部に撮像用のテレビカメラを配置したものを収納した筐体がパンチルト台に搭載されて構成されており、このパンチルト台を左右上下に移動させることにより広い測定視野を確保している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特許第2747426号の温度計カメラでは、上記特公平63−53485号公報記載の放射温度計では得られない広い測定視野を確保することができるものの、パンチルト台を高速で動作させることが困難であるため、複数の測定点について測定を行うのに時間を要するという問題があった。なお、測定視野が広く、測定時間の短いものとして、赤外線熱画像装置(サーモグラフィ)が存在するが、この熱画像装置は、温度の絶対値を出力することが困難であり、しかも装置構成が複雑であるため高価であるという問題がある。
【0004】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、測定試料の表面状態を表わす物理量を測定試料上の複数点について測定するのに要する時間を短縮することを可能にする複数点測定装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、測定試料を撮像する撮像手段と、表示手段と、上記撮像手段により撮像された上記測定試料の画像を上記表示手段に表示する表示制御手段と、上記測定試料からのエネルギーを取り込んで集束する光学系と、この光学系を駆動する駆動手段と、上記光学系の焦点に配置され、上記光学系を介して上記エネルギーが入射するとそのエネルギーレベルに応じた受光信号を出力する受光手段と、上記駆動手段により上記光学系を駆動することにより上記測定試料上の複数の測定点を含む範囲を2次元的に走査させる走査制御手段と、上記複数の測定点に対応する上記受光信号に基づき、上記測定試料の表面状態を表わす物理量を上記複数の測定点についてそれぞれ求める演算処理手段とを備え、上記表示制御手段は、上記複数の測定点および上記演算処理手段により求められた上記物理量を、上記表示手段に表示されている上記測定試料の画像に重ねて表示するものであることを特徴としている。
【0006】この構成によれば、測定試料が撮像され、撮像された測定試料の画像が表示手段に表示されており、一方、測定試料からのエネルギーが光学系により取り込まれて集束され、この光学系の焦点に配置された受光手段に入射して、そのエネルギーレベルに応じた受光信号が出力される。ここで、駆動手段により光学系を駆動することにより測定試料上の複数の測定点を含む範囲が2次元的に走査され、複数の測定点に対応する受光信号に基づき、測定試料の表面状態を表わす物理量が複数の測定点についてそれぞれ求められ、複数の測定点および求められた物理量が、表示手段に表示されている測定試料の画像に重ねて表示される。
【0007】このように、駆動手段により光学系が駆動されて測定試料上の複数の測定点を含む範囲が2次元的に走査されることにより、駆動手段に対する光学系の負荷が比較的小さいので、光学系の駆動に要する時間が短いものとなり、複数の測定点を含む範囲を走査する場合でも、測定に要する時間が短縮される。
【0008】なお、測定試料からのエネルギーとしては、測定試料から放射される放射エネルギーでも、測定試料により反射される反射エネルギーでもよい。
【0009】また、請求項2の発明は、請求項1記載の複数点測定装置において、上記光学系は、垂直軸周りに回転可能に配設され、上記エネルギーを反射する第1反射鏡と、水平軸周りに回転可能に配設され、上記エネルギーを反射する第2反射鏡と、上記第1反射鏡および上記第2反射鏡で反射された上記エネルギーを集束する集束レンズとを備えたもので、上記駆動手段は、上記第1反射鏡を回転駆動する第1駆動手段と、上記第2反射鏡を回転駆動する第2駆動手段とを備えたものであることを特徴としている。
【0010】この構成によれば、第1駆動手段により第1反射鏡が垂直軸周りに回転されることにより、測定試料が水平方向に走査され、第2駆動手段により第2反射鏡が水平軸周りに回転されることにより、測定試料が垂直方向に走査されることとなり、第1反射鏡および第2反射鏡で反射された測定試料からのエネルギーが集束レンズで集束されて受光手段に入射し、これによって測定試料が2次元的に走査されることとなる。ここで、第1、第2駆動手段は、それぞれ第1、第2反射鏡を回転駆動するので、駆動手段に対する負荷は小さく、反射鏡を高速で回転駆動することが可能であり、複数の測定点の測定を行う場合でも、測定に要する時間を短縮することが可能になる。
【0011】また、請求項3の発明は、請求項1または2記載の複数点測定装置において、上記光学系は、上記測定試料からの放射エネルギーとして赤外光を取り込んで集束するもので、上記演算処理手段は、上記物理量として温度を求めるものである。この構成によれば、受光手段に赤外光が入射し、この赤外光の強度に応じた受光信号が出力され、この受光信号に基づいて測定試料の温度が複数点について求められることにより、測定時間が短縮された複数点温度計が実現される。
【0012】また、請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の複数点測定装置において、さらに、上記測定試料上の位置を上記測定点として指定する指定手段を備えたことを特徴としている。この構成によれば、指定手段により測定試料上の所望の位置を測定点として指定することが可能になり、使い勝手のよい測定装置を実現することが可能になる。
【0013】また、請求項5の発明は、請求項4記載の複数点測定装置において、上記指定手段は、上記表示手段に表示されている上記測定試料の画像上において上記指定を行うものである。この構成によれば、表示手段に表示されている測定試料の画像上において、所望の位置を測定点として指定することが可能になり、操作性の向上が図られる。
【0014】また、請求項6の発明は、請求項4または5記載の複数点測定装置において、さらに、求められた上記物理量と所定レベルとを上記測定点ごとに比較する比較手段を備え、上記演算処理手段は、上記比較手段による比較結果に応じて、更に異なる測定点について上記物理量を求めるものであることを特徴としている。
【0015】この構成によれば、求められた物理量と所定レベルとが測定点ごとに比較され、その比較結果に応じて、更に異なる測定点について物理量が求められることにより、測定試料の表面状態に異常が発生したときに、その発生箇所の特定が容易に行えることとなる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る複数点測定装置の一実施形態である多点温度測定システムを示す図である。同図に示すように、この多点温度測定システムは、多点温度計100と、パーソナルコンピュータ(以下「PC」という。)200とを備え、これらは信号ケーブル301およびビデオ同軸ケーブル302により接続されている。
【0017】多点温度計100は、測定試料を走査して複数の測定点の温度を測定する赤外放射温度計としての機能と、測定試料を撮像する撮像手段としての機能を併有している。この多点温度計100の構成については後述する。
【0018】信号ケーブル301は、例えばRS422規格に基づく信号を伝送するためのケーブルで、PC200側の端部にRS232C/RS422変換モジュール303が配設されている。また、ビデオ同軸ケーブル302には、ビデオ信号増幅モジュール304が介設されており、例えば長距離伝送によりレベルが低下した信号を増幅するようにしている。
【0019】PC200は、RS232CシリアルI/O201と、画像入力ボード202と、モニタ203と、マウス204およびキーボード205とを備え、以下の機能を有する。なお、各機能による具体的な動作については後述する。
【0020】(1) 画像入力ボード202およびビデオ同軸ケーブル302を介して測定試料の画像に関する信号を受信してモニタ203に表示する表示制御手段としての機能。
【0021】(2) 測定試料上の温度を測定する所望の位置(測定点)の指定や温度を算出する際に用いる放射率の設定などの種々の測定条件の設定を行う機能。
【0022】(3) RS232CシリアルI/O201および信号ケーブル301を介して、多点温度計100を制御するための上記測定点や放射率などの種々の情報を含む制御信号を送出する機能。
【0023】(4) 多点温度計100から温度の測定結果に関する信号を受信して、モニタ203に表示されている測定試料の画像に重ねて表示する表示制御手段としての機能。ここで、モニタ203に表示されている測定試料の画像に測定結果を重ねて表示するのは、画像入力ボード202に付属するソフトウェアが有するオーバーレイ拡張機能によって実現することができる。
【0024】(5) マウス204を用いたマウスカーソルによる位置指定を行う機能。これは、画像入力ボード202に対応して設けられるAPI(Application ProgrammingInterface)を内部に取り込んで使用することによって行うことができる。
【0025】なお、信号ケーブル301として、RS232C規格に基づく信号を伝送するためのケーブルを用いてもよい。この場合には、伝送可能な距離は短くなるが、RS232C/RS422変換モジュール303は不要になる。
【0026】モニタ2003は表示手段を構成し、マウス204およびキーボード205は指定手段を構成する。
【0027】図2は多点温度計100の光学系および駆動部を示す図で、(a)は斜視図、(b)は平面図である。
【0028】この多点温度計100は、図2(a)に破線で示すように箱状で、内部に光学系、駆動部や制御部などが収容されており、表面適所に赤外光を入射させるための窓101を備えている。この窓101は、赤外光を透過する光学材料(例えばシリコン、ゲルマニウム、弗化カルシウム、または弗化バリウムなど)で形成されている。
【0029】この多点温度計100の内部には、第1反射鏡102、第2反射鏡103、赤外光用結像レンズ104および赤外線センサ105が配設されている。そして、窓101を透過した赤外光が第1、第2反射鏡102,103で反射され、赤外光用結像レンズ104により集束されて、赤外線センサ105の受光面で結像する。赤外線センサ105は、例えばサーモパイルなどからなり、受光強度に応じた受光信号を出力するものである。
【0030】第1反射鏡102は、モータ106の駆動軸に取り付けられ、このモータ106の駆動軸は、図2(b)中、紙面に垂直な方向に配設されており、これによって測定試料を水平方向に走査するようになっている。また、第2反射鏡103は、モータ107の駆動軸に取り付けられ、このモータ107の駆動軸は、図2(b)中、紙面に平行な方向に配設されており、これによって測定試料を垂直方向に走査するようになっている。モータ106,107として、本実施形態では、例えばステッピングモータが用いられる。
【0031】このように、第1、第2反射鏡102,103がそれぞれ回転することによって、赤外線センサ105に結像される物点は、水平方向および垂直方向に2次元的に走査される。この走査範囲、すなわち測定視野の範囲は、本実施形態では、例えば水平方向および垂直方向にそれぞれ100°×100°にしている。
【0032】第1反射鏡102、第2反射鏡103、赤外光用結像レンズ104は光学系を構成し、赤外線センサ105は受光手段を構成し、モータ106,107は駆動手段を構成し、モータ106は第1駆動手段を構成し、モータ107は第2駆動手段を構成する。
【0033】また、多点温度計100の表面に配設された窓101に並んで、CCDカメラモジュール108が配設されている。このCCDカメラモジュール108は、図2(b)に示すように、測定試料を撮像するCCD108aと、測定試料をCCD108aの受光面に結像する結像レンズ108bとからなり、最近では広画角で、かつ低価格のモジュールを入手することができる。このCCDカメラモジュール108は撮像手段を構成する。
【0034】図3は多点温度計100の電気的構成を示すブロック図である。なお、図1、図2と同一物には同一符号を付し、説明を省略する。
【0035】多点温度計100は、種々の電気回路が搭載された回路ユニット111や、サーミスタ112などを備えている。サーミスタ112は、多点温度計100自身の温度を検知するためのもので、温度に応じた電気信号を出力する。一般に、測定試料の放射率は1より小さいが、その場合には、周囲からの放射エネルギーが測定試料により反射されて赤外線センサ105に入射してしまう。そこで、サーミスタ112は、この不要な入射赤外エネルギー量を算出して測定試料の真の温度を求めるために使用される。
【0036】回路ユニット111において、アナログスイッチ113は、回路のオフセット信号と、赤外線センサ105から出力される受光信号とのいずれか一方を選択的に取り込むためのスイッチ、アナログスイッチ114は、アナログスイッチ113からの出力信号と、サーミスタ112からの出力信号とのいずれか一方を選択的に取り込むためのスイッチである。そして、アナログスイッチ113からの出力信号は増幅器114により増幅され、サーミスタ112からの出力信号は増幅器115により増幅されて、いずれもA/D変換器117によってディジタルデータに変換されて、CPU118に取り込まれる。
【0037】RS422信号変換器119は、RS422規格に基づく信号をPC200との間で送受信するためのものである。走査用ドライブ回路120は、モータ106,107に駆動電流(駆動パルス)を供給するためのものである。スイッチング電源121は、商用電源122のAC100Vを用いて各回路部に電力を供給するための電源を生成するもので、デジタル回路系の+5V電源、アナログ回路系の±5V電源、走査用ドライブ回路120の電源、CCDカメラモジュール108の電源を生成するものである。CCDカメラモジュール108には、スイッチング電源121から電力ケーブル123を介して電力が供給される。
【0038】また、CCDカメラモジュール108から、信号ケーブル124、BNC(Bayonet lock type N Connector)125およびビデオ同軸ケーブル302を介して、映像信号がPC200の画像入力ボード202に入力され、これによって、CCDカメラモジュール108により撮像された測定試料の画像がPC200のモニタ203に表示されることとなる。
【0039】EEPROM126には、CCDカメラモジュール108により撮像されてモニタ203に表示された測定試料の画像上の位置と、赤外線センサ105による温度の測定点との位置関係を表わす校正定数が格納されている。この校正定数を求める手順については後述する。
【0040】CPU118は、ROM127およびRAM128を内蔵しており、この多点温度計100の全体の動作を制御するもので、ROM127に格納されているプログラムに基づく以下の機能を有する。
【0041】(1) PC200からの制御信号を受けて、モータ106,107を駆動することにより第1、第2反射鏡102,103を回転駆動させて、測定試料を2次元的に走査させる走査制御手段としての機能。
【0042】(2) 赤外線センサ105から出力される受光信号とPC200から送られる放射率とに基づき温度を算出する演算処理手段としての機能。放射率は、物体の材質や表面状態によって決まる定数で、赤外線センサ105からの受光信号に基づき絶対温度を算出する際に用いられる。
【0043】(3) 温度の測定結果やCCDカメラモジュール108により撮像された測定試料の画像をPC200に送出する機能。
【0044】なお、PC200から送られる測定点や放射率などの制御信号は、一旦RAM128に格納するようにしている。
【0045】次に、PC200のモニタ203に表示される画面例を示す図4〜図7を参照しながら、図8のフローチャートに従って、本実施形態における測定動作の手順について説明する。
【0046】図8の#10において、測定動作が開始されると、まず、PC200において初期設定を行うために、初期画面がモニタ203に表示される。この初期画面として、図4に示すように、画像表示部211と設定画面表示部212とが並んで表示される。画像表示部211には、初期画面では、多点温度計100のCCDカメラモジュール108により撮像された測定試料の可視画像が表示される。
【0047】設定画面表示部212には、図5に示すように、走査方式設定部213と、放射率設定部214とが表示される。走査方式設定部213は、走査する測定点を設定するためのもので、100°×100°を走査する「全視野」と、全視野のうちの指定した部分のみを走査する「部分視野」と、測定点を個別に指定する「任意」とからメニュー形式で選択可能にしている。また、放射率設定部214は、放射率εを設定するためのもので、全ての測定点を同一値に設定する「固定」と、測定点ごとに異なる値を設定する「測定点別」とからメニュー形式で選択可能にしている。
【0048】次いで、図8の#20において、走査方式が設定され、この設定された走査方式に関する情報が制御信号として多点温度計100に送出されるとともに、設定された測定点が、例えば×印や○印で画像表示部211にマーク表示される。この走査方式の設定において、「全視野」を選択すると、走査方式設定部213の右側に、ダウンメニューとして図6(a)に示す測定ピッチ選択部215が表示され、測定ピッチの選択を促すようにしている。ここで、例えば10°ピッチを選択した場合には、全視野100°×100°を10°ピッチで走査して、合計10×10=100点の測定を行うことになる。
【0049】一方、「部分視野」を選択すると、図4の画像表示部211に表示される測定試料の可視画像のうちで、PC200のマウス203を用いてマウスカーソルにより走査領域が指定された後に、走査方式設定部213の右側に、ダウンメニューとして図6(b)に示す測定ピッチ選択部216が表示される。
【0050】また、「任意」を選択すると、図4の画像表示部211に表示される測定試料の可視画像のうちで、PC200のマウス203を用いてマウスカーソルにより指定された点が測定点とされる。
【0051】次いで、図8の#30において、測定試料の放射率εが設定され、この設定情報が多点温度計100に送出される。ここで、「固定」を選択すると、マウス203により表示値をアップダウンさせることで、またはキーボード204により数値を直接入力することで、放射率εが設定され、この設定値が、温度を算出する際に、全ての測定点において放射率として使用される。
【0052】一方、「測定点別」を選択すると、マウスカーソルを画像表示部211に表示されている測定点に配置した状態で、測定点を区別する「ポイントNo.」の設定と放射率εの設定とが、全測定点について行われる。この場合には、例えば、左上の測定点を「ポイントNo.=1」とし、右下方向に向かって順番に「ポイントNo.」を上昇させると予め設定しておき、「ポイントNo.」の設定と放射率εの設定とを順番に行うようにすればよい。そして、各測定点の温度算出の際には、各測定点で設定した放射率εがそれぞれ使用される。
【0053】次いで、図8の#40において、PC200からの測定点に関する制御信号に基づき、多点温度計100のCPU118により、モータ106,107が所定の駆動量だけ駆動される。この駆動量は、EEPROM126に格納されている校正定数を用いて求められる。
【0054】次いで、#50において赤外線センサ105から出力される受光信号および設定された放射率εに基づいて温度測定が行われ、#60において測定結果が多点温度計100からPC200に送出される。次いで、#70において、設定された全ての測定点の温度測定が終了したか否かが判別され、終了していなければ(#70でNO)、#40に戻って、次の測定点について以上の手順が繰り返される。一方、終了していれば(#70でYES)、#80において、PC200により、測定試料の可視画像が表示されているモニタ203の画像表示部211に、測定結果が重ねて表示される。このとき、図7に示すように、例えば○印で表示される測定点の近傍に、測定結果である温度が表示される。
【0055】なお、#20,#30において、個別に送信するのに代えて、全ての測定条件が設定された後に、測定開始信号とともに送信するようにしてもよい。また、#60の測定結果の送信は、全ての測定点の測定が終了(#70でYES)した後に行うようにしてもよい。
【0056】次に、図9のフローチャートを用いて、EEPROM126に格納する校正定数を求める手順について説明する。
【0057】まず、測定視野100°×100°の範囲内で校正を行う位置に、中央に孔のあけられたマスクが取り付けられた簡易黒体炉(本実施形態では、例えば200℃に設定しておく)を配置する(#110)。この状態で、モニタ203の画像表示部211には上記簡易黒体炉が表示されるとともに、その中央には上記マスクの孔が表示されている。なお、簡易黒体炉は、実際に測定を行うときの測定試料とほぼ同一距離に配置することが好ましい。
【0058】次いで、マウスカーソルを移動させて測定点を上記マスクの孔とし、この位置を多点温度計100のRAM128に記憶しておく(#120)。そして、温度を測定し(#130)、次いで、この測定結果が200℃であるか否かが判別され(#140)、200℃でなければ(#140でNO)、マウスカーソルをその周辺に移動させて(#150)、200℃の測定点が見つかるまで温度測定を繰り返す。
【0059】200℃の測定点が見つかると(#140でYES)、この200℃の測定点とマスクの孔との位置誤差を、モータ106,107の駆動量(ステッピングモータの場合には駆動パルス数)としてRAM128に記憶する(#160)。
【0060】次いで、校正を行う予め設定した全ての位置(本実施形態では、例えば測定視野の4隅および中央の計5箇所)について、以上の校正動作を終了したか否かが判別され(#170)、終了していなければ(#170でNO)、#110に戻って、以上の手順が繰り返される。
【0061】一方、全ての位置について校正動作を終了すれば(#170でYES)、マウスカーソルにより指示される測定点とその位置誤差との対応関係を表わすテーブルを作成し(#180)、EEPROM126にこのテーブルを校正定数として格納する(#190)。
【0062】このようにして校正定数が得られる。そして、実際の温度測定では、例えば図8の#40において駆動されるモータ106,107の駆動量は、EEPROM126に格納された校正定数を用いて補正されたものとなる。
【0063】なお、校正定数を求める動作は、最初(例えば、多点温度計100の工場出荷時)に1回だけ行うようにしてもよいが、図3に一点鎖線で示すように、校正モードスイッチ129を備えておき、このスイッチ129が操作されると、CPU118からPC200に校正モード信号を送出して校正動作を行うようにしてもよい。この場合には、経時劣化による位置誤差の変化に対応することができ、モニタ203に表示される測定試料の画像上の位置と、実際に走査される測定点とを高精度で一致させることができる。
【0064】また、#180において、テーブルに代えて関数により測定点とその位置誤差との対応関係を表わすようにしてもよい。この場合には、この関数および関数を決定する係数をEEPROM126に格納しておけばよい。
【0065】次に、本実施形態の多点温度計100を用いたときの測定時間について説明する。この前提条件として、モータ106,107は、パルス入力最高周波数が無負荷状態で10kHz(ステップ角=0.72°)のステッピングモータとする。この値は一般的で、特に高速のものではなく、この特性を有するステッピングモータは簡単に入手することができる。また、測定視野は水平方向および垂直方向のいずれも100°とし、かつ、測定視野内の10×10の測定点の温度測定を行うものとする。
【0066】反射鏡による反射を考慮すると、測定視野が100°ということは、反射鏡の回転角度50°において測定点10ポイントの温度測定を行うことになるので、5°で1ポイントとなる。従って、5°/0.72°≒7より、7パルスで1ポイントとなるので、無負荷状態で測定点間の移動に要する時間は、7パルス×0.1msec=O.7msecとなる。本実施形態のように、負荷として反射鏡をモータ軸に取り付けると、測定点間の移動に要する時間はO.7msecよりも大きくなる。さらに、反射鏡による負荷に加えて、ステッピングモータの加速時間・運転パルス速度・加減速レートなどを考慮する必要があるので、実際の測定点間の移動に要する時間は、約30msecになる。また、赤外線センサ105としてサーモパイルを使用すると、受光信号を取り込むのに約32msec要する。従って、移動時間と信号取込時間を加算すると、約60msecになる。
【0067】従って、測定点が10×10=100ポイントの測定時間は、60msec×100=6秒となる。すなわち、水平方向に100°、垂直方向に100°の視野範囲を走査し、10×10=100ポイントの温度測定を行うのに要する時間が6秒となる。
【0068】一方、比較のために、単体の放射温度計をパンチルト動作させる方法による温度測定に要する時間について説明する。単体の放射温度計の測定応答時間は一般に0.5秒程度であるので、測定時間だけで0.5秒×100=50秒となる。これに測定点間の移動に要する時間が加わる。この移動時間として、例えば0.1秒要するとすると、100ポイントで10秒になる。従って、全体の測定時間は、60秒となる。
【0069】このように、本実施形態によれば、光学系を構成する第1、第2反射鏡102,103をモータ106,107によって回転駆動するようにしたので、測定視野を大きくすることができるとともに、モータ106,107に対する負荷が低減されて、上記従来の単体の放射温度計のパンチルト動作では得られない高速動作が可能となり、これによって測定時間を大幅に短縮することができる。
【0070】また、モータ106,107に対する負荷がより小さいので、経時劣化による位置誤差の変化が小さくなり、最初(例えば工場出荷時)に求めた校正定数によって、モータ106,107の駆動を精度良く制御することができる。
【0071】また、装置構成が簡素であるので低価格で実現することができる。また、測定試料をCCDカメラモジュール108により撮像して、その画像をPC200のモニタ203に表示するようにしたので、監視分野に応用することができる。
【0072】なお、本発明は、上記第1、第2実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【0073】(1)図10は多点温度計100の異なる光学系を示す図で、(a)は斜視図、(b)は平面図である。なお、図2と同一物には同一符号を付している。
【0074】この変形形態は、窓101の直ぐ内側に、窓101に対して45°傾斜して配設されたビームスプリッタ109を備えている。このビームスプリッタ109は、可視光を反射し、赤外光を透過する光学材料(例えばシリコン、ゲルマニウム、弗化カルシウム、または弗化バリウムなど)で形成されている。
【0075】そして、測定試料(図示省略)からの可視光は、ビームスプリッタ109で反射されてCCDカメラモジュール108に入射し、赤外光は、ビームスプリッタ109を透過して図2と同様の光学系に導かれる。
【0076】図10の形態では、図2と異なり、光学系と結像レンズ108b(撮像光学系)とが同一の光軸上に配置されているので、光軸のずれは生じない。しかし、結像レンズ108bには歪曲収差が存在するため、測定試料の撮像画像上の点と光学系による測定点とは、モニタ203の画面中央では一致するが、画面の4隅では一致しない。そこで、上記図9と同様の手順で校正定数を求め、EEPROM126に格納しておくことにより、この誤差を解消することができる。
【0077】(2)図11は複数(本変形形態では8台)の多点温度計とPC200とで多点温度測定システムを構成した形態を示す図、図12はこのときのモニタ203の画面表示例を示す図、図13は設定画面表示部を示す図である。なお、上記実施形態と同一物には同一符号を付している。
【0078】図11に示すように、本変形形態では、それぞれ多点温度計100(図1)と同一構成の8台の多点温度計131〜138が、制御ユニット400を介してPC200に接続されている。
【0079】制御ユニット400は、8台の多点温度計131〜138を制御するもので、多点温度計131〜138との間で、制御信号S1〜S8およびビデオ信号V1〜V8が伝送可能になっており、8チャンネル用のRS422インターフェース401、8チャンネル用ビデオセレクタ402、CPU403、RS232Cインターフェース404を備えている。
【0080】CPU403は、8チャンネルのうちの1チャンネルを選択する機能を有し、選択されたRS422インターフェース401のチャンネルの制御信号は、RS232Cインターフェース404、信号ケーブル305を介してPC200のRS232CシリアルI/O201に送出され、選択されたビデオセレクタ402のチャンネルのビデオ信号は、ビデオ同軸ケーブル306を介してPC200の画像入力ボード202に送出される。
【0081】なお、図11に示すように、PC200がイーサネットボード206を備えている場合には、イーサネット通信ケーブル207によって、多点温度計131〜138をネットワーク接続するように構成してもよい。
【0082】図12において、画像表示部501〜508は、それぞれ多点温度計131〜138で撮像された測定試料の画像および温度の測定結果を表示するための領域である。画像表示部511は、画像表示部501〜508に表示されている8個の測定試料の画像のうちで、選択された1つの画像の拡大表示を行うための領域である。
【0083】設定画面表示部512には、図13に示すように、走査方式設定部213および放射率設定部214に加えて、8台の多点温度計131〜138を区別するためのチャンネル番号表示部513が設けられている。そして、順次、チャンネル番号を選択した後、走査方式の選択および放射率設定を行い、全てのチャンネルについて行うと設定完了となる。これらの設定情報は、各チャンネルごとに制御ユニット400を介して、多点温度計100に送出されるようにしている。
【0084】このように、PC200のマルチウィンドウ機能を利用し、複数の画面を同時に表示することで、複数の多点温度計131〜138の制御および温度測定を行うことができる。
【0085】(3)上記実施形態では、CCDカメラモジュール108によって測定試料の可視画像を得るようにしているが、これに限られず、赤外画像を得るようにしてもよい。一般的な白黒CCDカメラの分光感度特性は、図14(a)に示すようになっており、赤外領域にも感度を有している。そこで、このCCDカメラモジュール108の全面に、例えば可視光を遮断するフィルタを配置すると、図14(b)に示すように、赤外領域のみに感度を有する分光感度特性を示すことになる。この状態で測定試料を撮像すると、可視画像ではなく赤外画像が得られることとなる。
【0086】この形態によれば、簡単な構成で、赤外画像および温度測定値が得られる多点温度計100を実現することができる。これによって、移動物体の自動測定、例えば、製鉄所で製造される圧延鋼板の温度むらの自動検査に適用することにより、温度むらの生じた箇所を赤外画像で直接見つけることができる。
【0087】(4)上記実施形態では、設定画面表示部212において測定点を予め設定し、その測定点のみの温度を測定しているが、これに限られず、測定結果に応じて、測定途中で測定点を変更するようにしてもよい。すなわち、この変形形態では、多点温度計100のCPU118およびPC200は、測定結果に応じて測定点を変更する変更モードを備える。
【0088】ここで、図3に一点鎖線で示すように、多点温度計100に変更モードスイッチ130を備え、このスイッチ130が操作されると変更モードに設定するようにしてもよい。この場合には、CPU118からPC200に変更モードに設定した旨の制御信号を送るようにすればよい。また、PC200のマウス204またはキーボード205による指定によって変更モードに設定するようにしてもよい。この場合には、PC200からCPU118に変更モードに設定した旨の制御信号を送るようにすればよい。
【0089】さらに、この形態では、PC200は、設定画面表示部212において、測定途中で測定点を変更するか否かの判定を行うための閾値と、測定点を変更する際の測定ピッチ(予め設定した測定ピッチより短い値)とを入力設定する機能を有する。そして、変更モードが設定された状態で、温度の測定結果が上記閾値より高いときは測定ピッチを短縮して測定点を増加するようにしている。なお、閾値より低いときに測定ピッチを短縮するようにしてもよい。
【0090】次に、図15、図16のフローチャートを用いて、変更モードが設定されたときの測定動作手順の一例について説明する。
【0091】図15において、まず、#210〜#260は、図8の#10〜#60と同一である。#260に次いで、PC200において測定値が閾値より高いか否かが判別され(#270)、高ければ(#270でYES)、図16の#290に進み、一方、測定値が閾値より高くなければ(#270でNO)、測定終了か否かが判別され(#280)、測定終了でなければ(#280でNO)、#240に戻って以上の動作が繰り返される。
【0092】図16の#290において、測定ピッチが所定値(例えば10°ピッチから5°ピッチ)に短縮されてその旨の制御信号がPC200からCPU118に送信され、次いで、この短縮された測定ピッチに従った駆動量でモータ106,107が駆動され(#300)、温度が測定される(#310)。次いで、その測定位置および測定結果がCPU118からPC200に送信され(#320)、次いで、測定終了か否かが判別され(#330)、測定終了でなければ(#330でNO)、#300に戻って以上の動作が繰り返される。
【0093】このように、本変形形態によれば、温度測定結果が閾値より高いときに測定ピッチを短縮するようにしたので、異常温度の発生箇所の特定を容易に行うことができる。
【0094】なお、上記動作手順では、測定ピッチを短縮して測定範囲全体の温度測定を行うようにしているが、これに限られず、閾値より高い測定点を含む所定範囲のみを短縮した測定ピッチで測定するようにしてもよい。
【0095】また、測定結果が閾値より高い、または低いような異常が発生したときに、その旨を表示するようにしてもよい。
【0096】(5)上記実施形態では、測定試料からの放射エネルギーとして赤外光を検出し、この光強度を用いて測定試料上の複数の測定点の温度を測定する多点放射温度計について説明したが、本発明は、これに限られない。
【0097】例えば、赤外線センサ105に代えて、等色関数x,y,zにそれぞれ等しい分光感度を有するXセンサ、Yセンサ、Zセンサを備え、測定試料からの放射エネルギーとして可視光を各センサで受光し、その受光強度を用いて、測定試料上の複数の測定点の輝度を測定する多点放射輝度計に適用することができる。
【0098】また、同様に、赤外線センサ105に代えて、等色関数x,y,zにそれぞれ等しい分光感度を有するXセンサ、Yセンサ、Zセンサを備え、測定試料からの反射エネルギーとして可視光を各センサで受光し、その受光強度を用いて、測定試料上の複数の測定点の色度を測定する多点色度計に適用することができる。
【0099】なお、これらの形態において、Xセンサ、Yセンサ、Zセンサに代えて分光センサを備え、多点分光輝度計または多点分光測色計としてもよい。
【0100】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明によれば、駆動手段により光学系を駆動して測定試料上の複数の測定点を含む範囲を2次元的に走査するようにしたので、駆動手段に対する光学系の負荷が比較的小さくすむことから、光学系の駆動に要する時間を短いものとすることができ、複数の測定点を含む範囲を走査する場合でも、測定に要する時間を短縮することができる。
【0101】また、請求項2の発明によれば、第1駆動手段により第1反射鏡を垂直軸周りに回転して測定試料を水平方向に走査し、第2駆動手段により第2反射鏡を水平軸周りに回転して測定試料を垂直方向に走査し、第1反射鏡および第2反射鏡で反射された測定試料からのエネルギーを集束レンズで集束して受光手段に入射することで測定試料を2次元的に走査することができ、さらに、駆動手段に対する負荷を小さいものとすることができることから、反射鏡を高速で回転駆動することができ、これによって、複数の測定点の測定を行う場合でも、測定に要する時間を短縮することができる。
【0102】また、請求項3の発明によれば、測定試料からの放射エネルギーとして赤外光を取り込んで集束し、物理量として温度を求めるようにしたので、測定時間が短縮された複数点温度計を実現することができる。
【0103】また、請求項4の発明によれば、さらに、測定試料上の位置を測定点として指定する指定手段を備えるようにしたので、所望の位置を測定点として指定することができ、これによって、使い勝手のよい測定装置を実現することができる。
【0104】また、請求項5の発明によれば、表示手段に表示されている測定試料の画像上において、所望の位置を測定点として指定するので、操作性を向上することができる。
【0105】また、請求項6の発明によれば、求められた物理量と所定レベルとを測定点ごとに比較し、その比較結果に応じて、更に異なる測定点について物理量を求めるようにしたので、測定試料の表面状態に異常が発生したときに、その発生箇所の特定を容易に行うことができる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013