CN108136463B - 用于在轧制期间热测量金属型材的尺寸的方法 - Google Patents

Abstract

方法和设备，用于在轧制期间热测量金属型材(12)的横向尺寸，以获得至少金属型材(12)的直径(D)和/或平均厚度(S1)的测量结果，金属型材(12)例如为管或实心棒。该方法提供了：利用具有至少两个频率(F1、F2)的正弦电流(20)向发射元件(14)供电，该发射元件(14)具有至少两个部段(14a、14b、14c、14d)，所述至少两个部段(14a、14b、14c、14d)彼此区别且空间上彼此分离、并沿着金属型材(12)的进给标称轴(Z)设置；利用发射元件(14)生成具有期望的力线轮廓的电磁场；以及，通过所述接收元件(18)检测与因所述型材(12)穿过所述发射元件(14)的所述部段(14a、14b、14c、14d)而产生的所述电磁场的变化相关的信号(22)，所述接收元件(18)具有一个或多个部段(18a、18b)，所述部段彼此区别且空间上彼此分离、并沿着所述标称轴(Z)布置在这样的位置上：该位置被包括在所述发射元件(14)的整个纵向体积中。

Description

用于在轧制期间热测量金属型材的尺寸的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法用于在轧制期间热测量金属型材(例如钢棒或钢管)的横向尺寸。

具体地，本发明涉及一种方法，该方法可以用于测量外直径(在棒或管的情况下)，以及平均厚度和局部厚度(在金属型材是管的情况下)。

背景技术

已经知道通过热轧来生产金属型材，如钢管和/或钢棒。为了控制轧制处理，当进行处理时知道金属型材的横向尺寸是有用的，例如，在棒的情况下是平均直径，和/或在管的情况下是平均直径和厚度。这允许快速干预以调整轧制处理，以便获得具有期望直径和/或厚度的、尽可能恒定和均匀的金属型材。

已知的是，从完整的型材开始、通过芯轴制造轴孔，来制造管状元件。随后的步骤包括减小期望的管状元件的截面尺寸。该操作通常通过将因此得到的管状元件穿过一个或多个轧制机架来进行。

该过程可能主要引起关于管状元件质量的两种类型的问题，这些问题均和厚度上的偏差有关。

第一个问题涉及：在制作轴孔时，由于芯轴相对于待制造的管状元件的标准截面的偏心而引起的厚度偏差。

第二个问题涉及：不是由于孔和截面之间的任何偏心、而是由于管状元件的厚度中的局部周向变化而引起的厚度偏差。

厚度上的偏差对工作质量有负面的影响。此外，金属型材的抗性和性能也可能在使用期间受到影响。

已经知道不同的设备和方法，以在热轧制期间直接地且没有接触地测量金属型材的尺寸，具体地测量横向尺寸。

例如，已经知道使用x射线照相术方法的设备，该方法基于对由放射源产生的γ射线的使用。该方法提供了使用一对或多对放射源以及一个或多个辐射探测器。在管状元件穿过之后，根据辐射探测器捕获的辐射，产生电流，该电流由测量换能器进行处理和数字化，随后发送到中央处理系统以计算管状元件的壁的厚度。

这种设备的一个缺点是：使用放射性物质以及随后的处置程序导致的高成本和安全问题。

也已经知道提供使用超声波激光技术来测量横向尺寸的设备。在这种情况下，发射探针放射脉冲激光束，该脉冲激光束生成超声波，该超声波从金属型材的厚度的外侧向内侧传播，管状元件的内表面将其反射，并返回到外表面。激光干涉仪确定超声波通过所花费的时间，一旦已知超声波的传播速度，则设备能够检测作为所测量的通过时间的函数的金属型材的厚度。

超声波激光设备的一个缺点是它们需要角度扫描，并因此必须提供角度扫描以移动和部分地旋转探针的支撑部分，以获得在金属型材的多个表面部分上测量的检测，从而覆盖整个圆周。

该技术的另一缺点是关于发射器和接收器探针的位置的检测灵敏度。进一步地，该设备一般相当昂贵且难以管理和维修。

也已经知道利用寄生电流的电磁测量设备。通常使用生成磁场的一个或多个发射线圈，以及检测感应磁场的变化的一个或多个接收线圈。已知的电磁设备的一个缺点是，测量很大程度上取决于金属型材和传感器的相对位置。

利用寄生电流的电磁测量设备的另一缺点是，金属型材横向尺寸的测量受到所测量型材的金属材料的导电率的影响。出于这个原因，利用寄生电流的测量设备根据要测量的型材的材料的导电率而需要特定的且不同的校准。

WO 2013/190360描述了用于在管状金属元件的截面的厚度中检测偏差的装置。该装置由电磁类型的至少三个传感器组成，每个传感器包括发射线圈和接收线圈，该发射线圈和接收线圈围绕被测量的管状金属元件的圆周隔开设置。该发射线圈和接收线圈设置在测量的管状金属元件的壁的外侧。在该文献中，设置每个结合了发送和接收线圈的传感器与相应的轧制环相关联是有利的。

该文献提供了可以有与每个轧制机架相关联的测量装置，以与每段有减少时同时进行测量。尽管如此，对于在同一截面上的每次测量，每个测量装置提供了每个电磁传感器在截面的角部分上操作，例如在三个传感器的情况下是120°，以检测管状金属元件的局部厚度。如果管状金属元件的厚度在整个圆周上是恒定的或不是恒定的，则通过对比三次检测而获得指示。该文献没有提供这样的内容：对管状金属元件的标准截面的相同测量进行操作的发射和接收线圈是沿着管状元件的轴线相互间隔设置的。

US 3693075描述了检测管状金属元件的缺陷、偏心率和壁厚的系统和装置。该装置具有初级线圈和次级线圈，该初级线圈发射电磁场，该电磁场在管状金属元件的表面上生成寄生电流，该次级线圈检测寄生电流以获得期望的信息。

初级线圈和次级线圈相对于彼此基本上在轴线上，并分别设置在相对于被测量的管状金属元件的壁的相对侧上。

本发明的一个目的是提供用于测量棒或管的直径和/或厚度的方法，该方法允许在热条件下有效地进行测量。

本发明的另一目的是提供一种测量方法，该方法允许独立于所使用的测量设备内的金属型材的位置而进行测量。

另一目的是提供一种独立于被测量的材料的导电率的测量方法。

另一目的是获得一种测量方法，该方法基本上独立于金属型材的速度和温度和/或所使用的材料的特定类型，如果材料不是铁磁性的，例如是有色金属或不锈钢；在其他类型材料的情况下，当温度高于居里温度时，该方法独立于速度和温度。

本发明的另一目的是提供一种测量方法，该方法可以同时测量不同角度位置的金属型材(例如管)的局部厚度。

申请人已经设计、测试和具体化本发明，从而克服现有技术的缺点，并获得这些和其它的目的和优势。

发明内容

根据上述目的，提供了一种方法，该方法用于在轧制期间金属型材(例如实心棒或钢管)的横向尺寸的热测量。

根据本发明，一种方法，用于在轧制期间热测量金属型材的横向尺寸，以至少获得金属型材的直径和/或厚度的测量结果，金属型材例如是管或实心棒，该方法设置为：用具有至少两种频率的正弦电流对发射元件供电，该发射元件具有至少两个部段，该至少两个部段彼此区别且空间上彼此分离，沿着金属型材的进给标称轴设置，并在横向尺寸的相同的标称测量结果上操作，以利用发射元件生成具有期望的力线轮廓的电磁场。

发射元件和接收元件都具有有利地但不是必须的圆形截面的形状，该形状定义了运送孔，该运送孔的尺寸大于进行测量的金属型材的直径，并且金属型材在所述运送孔的内部被运送。

该方法还提供了借助于接收元件来检测与因金属型材穿过发射元件的截面而引起的电磁场的变化有关的信号，所述接收元件具有一个或多个部段，该一个或多个部段彼此区别且空间上彼此分离，并沿着所述标称轴布置在这样的位置上：该位置被包括在所述发射元件的整个纵向体积中。

“在这样的位置上：该位置被包括在所述发射元件的整个纵向体积中”的表达是指：接收元件在金属型材的进给方向上始终位于两个发射元件之间的中间位置，并且在任何情况下纵向地包含在由发射元件界定的极限内。由于该配置，由发射元件发射的场的力线可以最佳地在接收元件上传输，而不分散到外部，使得测量非常有效和精确。

“在横向尺寸的相同标称测量结果上操作”的表达是指：发射元件的两个部段沿着金属型材的进给轴在空间上彼此分离地设置，但是在这两个部段之间不发生金属型材的截面收缩；因此，尽管它们在金属型材的两个区别的部段上操作，但这两个部段具有相同的标称横向尺寸。

根据本发明的一个设计，该方法还提供了：执行对于每个频率的对相对于电流值检测到的电磁场流的值的归一化和无纲量化，以根据归一化和无纲量化的流的值来定义数学模型，并执行单应变换以确定实际无纲量化值与由数学模型定义的理想无纲量化值之间的对应关系。根据本发明的方法还设置为处理从归一化获得的数据，以计算金属型材的直径和/或平均厚度。

以这种方式，所述金属型材的物理尺寸的横向尺寸的测量不受发射元件和接收元件的物理尺寸的限制，从而允许具有更可靠的测量结果。

根据一些实施例，单应变换是基于从至少发射元件和接收元件的第一级校准导出的参数来进行的。

根据一些实施例，第一级校准提供了检测电磁反应场的至少三个测量结果，分别地，一个是没有金属型材存在时的测量结果，两个是具有作为实心棒存在时的金属型材时的测量结果，其中所述测量结果是针对电流的每个频率进行的。

根据一些实施例，该方法设置为利用分段线圈来检测信号，该信号与因管状金属型材的穿过而导致的电磁场的变化有关，该分段线圈对应于将圆冠划分成相等部分而获得的确定的扇形，其设置在所述接收元件周围，以至少进行管状金属型材的局部厚度的测量。

根据一些实施例，该方法设置为对管状金属型材相对于发射元件和接收元件的位置进行补偿，以便呈现横向尺寸的所述测量，该测量独立于所述金属型材相对于标称轴的对齐。即使被测量的金属型材与接收元件不同轴，这也允许获得可靠的测量结果。

根据一些实施例，该方法还设置为对所测量的金属型材的偏心率进行估计，以至少确定由每个分段线圈检测到的每个信号的局部壁厚。

以这种方式，有可能确定管状金属型材的可能的偏心率以及它在哪个方向上定向，从而允许调整位于发射和接收元件上游的金属型材的工作机器，以便纠正工作错误。

根据本发明的方法，因此允许利用同时测量，可以评估金属型材(棒和管)的外径，以及管状金属型材的平均厚度和局部厚度。

附图说明

参考附图，通过作为非限制性示例给出的一些实施例的以下描述，本发明的这些和其它特征将变得显而易见，其中：

图1是根据在此描述的实施例的、用于金属型材的尺寸的热测量的设备的部分截面透视图；

图2是根据在此描述的实施例的、用于金属型材的尺寸的热测量的设备的截面图；

图3是根据在此描述的实施例的、用于金属型材的尺寸的热测量的设备的一部分的示意图；

图4是根据在此描述的变形实施例的、用于金属型材的尺寸的热测量的设备的一部分的示意图；

图5是根据在此描述的另外的变形实施例的、用于金属型材的尺寸的热测量的设备的一部分的示意图；

图6是用于金属型材的尺寸的热测量的设备的横截面图；

图7是根据在此描述的另外的实施例的、用于金属型材的尺寸的热测量的设备的部分截面透视图；

图8是沿着图7的截面平面P的截面；

图9是根据在此描述的另外的实施例的沿着图7的截面平面P的截面。

为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来标识附图中相同的共用元件。应该理解的是，一个实施例的元件和特征可以方便地并入其他实施例而不需要进一步澄清。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明的各种实施例，其中一个或多个示例在附图中示出。每个示例都是通过阐释本发明而提供的，不应被理解为是对本发明的限制。例如，由于它们是实施例的一部分，所示出的或描述的可以在其它实施例中被采用或与其相关联。应当理解，本发明将包括所有这些修改和变型。

图1-9用来描述用于热测量金属型材12的横向尺寸的设备10的实施例。在本说明书中，定义“金属型材”是指横向尺寸比其纵向展开小得多的元件，例如钢棒或钢管。

设备10可以用于测量运送中的金属型材12的横向尺寸，并且该设备10可以例如设置在机架中的节段中，也就是说，设置在两个连续的轧制机架之间，或用于在轧制处理结束时测量所得产品的最终尺寸。

图2用于描述装置50的实施例，该装置50用于在轧制期间热测量金属型材12的横向尺寸，其包括设备10和控制和命令单元40。

控制和命令单元40可配置为既向设备10供给其运作所需的电能，又用于处理由设备10检测到的信号。

图1-7用于描述测量设备10的实施例，该测量设备10包括发射元件14和接收元件18，发射元件14具有两个部段，但也可以是3个部段、4个部段或更多部段——14a、14b、14c、14d——它们彼此区别且空间上彼此分离，配置为生成电磁场，接收元件18位于整块发射元件14的中间位置。根据一些实施例，接收元件18具有一个或多个部段18a、18b，它们彼此区别且空间上彼此分离。

发射元件14和接收元件18设置为基本对齐且相互同轴，沿着从轧制或其他类型的热变形抵达的、在运送中的热金属型材12的标准进给轴Z。

发射元件14和接收元件18具有有利的但不是必须的圆形截面，该圆形截面定义了用于金属型材的运送孔。

发射元件14和接收元件18具有相应的内表面24、28，该内表面界定了金属型材12的运送体积，在该内表面中，由发射元件14生成的磁场力线基本平行于金属型材12的标准进给轴Z设置。

接收元件18配置为检测反应电磁场的变化，该变化由在金属型材12上产生的感应电流生成，该电流是由于金属型材12穿过由发射元件14产生的电磁场的内部而产生的。

根据使用图1和图2描述的实施例，发射元件14可以设置为具有两个区别的部段14a、14b，接收元件18具有单一的部段18a，该单一的部段18a设置在发射元件14的两个部段14a、14b之间的中间位置。

根据使用图3所描述的实施例，发射元件14可以设置为被分成三个区别的部段14a、14b、14c，具有单一的部段18a的接收部分18没入发射元件14的中心部段14b内。

根据使用图4所描述的可能的变形实施例，发射元件14可设置为被分成三个区别的部段14a、14b、14c，具有单一的部段18a的接收元件18设置在中间位置，例如在发射元件14的两个部段14a和14b之间。

根据使用图5描述的另外的变形实施例，发射元件14可设置为被划分成四个区别的部段14a、14b、14c、14d，接收元件18划分成两个区别的部段18a、18b，这两个部段设置在发射元件14的部段14a、14b、14c的相邻对的中间位置。

根据另外的变形实施例，未在附图中展示，发射元件14可设置为被分成多于4个区别的部段，接收元件18分成多于两个区别的部段，这些部段位于发射元件14的相邻部分之间，或没入发射元件14的部段里。

根据使用图1和图2描述的实施例，发射元件14和接收元件18可以是线圈或大致呈圆柱形的螺旋，其具有相应的半径R1和R2。

发射元件14可由具有沿着标称轴Z总体延伸L1的螺旋或线圈组成，L1的尺寸比接收元件18的总体延伸L2更大。

根据使用图2描述的实施例，接收元件18的半径R2大致上等于发射元件14的半径R1。

根据变形实施例，接收元件18的半径R2可以比发射元件14的半径R1更大或更小。

根据一些实施例，可以适当地选择发射元件14的尺寸(具体为长度L1、半径R1和/或线圈的螺旋数量)，使得由发射元件14所生成的电磁场具有预定的轮廓。电磁场的轮廓被设计成使得通过它的金属型材12的尺寸的测量独立于金属型材12相对于标称轴Z的位置。

图6用于展示金属型材12在设备10里可能的位置。可能的位置是数字16'所指示的位置，该位置对应于沿着标称轴Z完美对齐的位置，在该位置上金属型材12与设备10完美地同轴。

数字16”和16”’指示金属型材12或其一部分在穿过设备10时可以找到的可能位置，在该位置上金属型材12相对于设备10是偏心的。具体地，金属型材12的进给的真实的轴可能不与发射元件14和接收元件18的轴重合，这会使设备10的测量结果失真并使得测量结果不精确和不可靠。

还可以看出，取决于被测量的金属型材12的尺寸，金属型材12的相对填充指数和发射元件14和接收元件18的内表面24、28可以增加或减少。

相对填充指数是指：金属型材12与垂直于标称轴Z的平面(X,Y)相交所限定的区域与由在同一平面(X,Y)上的内表面24、28所限定的区域之间的比率。相对填充指数的值越低，金属型材12在测量中相对于标称轴Z不对齐的可能性越大，并且金属型材12的中心距离标称轴线Z的距离越大。

当相对填充指数具有低的值时，测量设备10的精度和灵敏度因此降低。

使用上述的几何配置，随着具有期望的纵向展开的力线的轮廓的电磁场的产生，允许使金属型材12的位置相对于发射元件14和接收元件18的轴线大致上不受影响。

因此，该测量结果对于与发射元件14和接收元件18的尺寸(特别是与相应的轴孔的尺寸)兼容的范围内的金属型材12的任何测量结果是可靠的、精确的且可重复的。

电流20通过发射元件14，这导致在由内表面24、28界定的体积内生成电磁场。

由在发射元件14中循环的电流20生成的电磁场，在金属型材12中感应了主要是方位角的寄生电流。寄生电流反过来生成反应场，该反应场可以通过由接收元件18级联的其流场来检测，在该反应场的头部发生电动势。涉及电动势的信号22可以被发送到控制和命令单元40以随后被处理，以便获得厚度和直径的测量。

根据另外的实施例，发射元件14可被设计成使得所产生的电磁场具有这样的轮廓：该轮廓使得由接收元件18测量的反应场大致上独立于设备10内部的金属型材12的位置。

通过合适地处理涉及电动势22的信号和电流20，可能评估：如果金属型材12是管，则可能评估平均厚度S1，该厚度S1通常由WT(Wall Thickness，壁厚度)指示；以及如果金属型材12是管或棒，则可能评估外直径D或OD(Outer Diameter，外部直径)。

有利地，因此可以在热轧制期间使用根据本发明的设备10，以测量管和棒的横向尺寸。

根据使用图1、2和7描述的实施例，设备10可以包括管套30，该管套30至少围绕发射元件14和接收元件18，管套30可以用作屏幕，以防止磁场在设备10外部也感应出电流。

根据使用图7描述的实施例，测量设备10也可以包括温度调节系统29，其配置为保持管套30的尺寸和导电率大致均匀，并且在任何情况下在可接受的公差范围内，使影响管套30的尺寸和导电率的温度稳定。

根据另外的实施例，设备10可以包括配置成节段的接收设备或接收线圈31。根据使用图7和图8描述的实施例，接收线圈31可以是具有分段的形状的线圈，该分段的形状对应于通过将圆冠划分成相等部分而获得的扇形，这些线圈围绕接收元件18设置。

由于分段的接收线圈31围绕接收元件18布置，并且由于通过接收元件18的内表面28的磁场的流动与通过其外部的无限表面的磁场的流动相同，因此只有磁场流的一部分通过每个分段的接收线圈31。具体地，通过每个分段的接收线圈31的流至少部分地由面向它的金属型材12的部分的特性确定。

根据使用图7和图8描述的实施例，可以设置20个分段线圈31，每个分段线圈31对应于18°的圆扇形。

根据使用图9描述的变形实施例，可以设置四个分段线圈31，由数字31a、31b、31c、31d指示，每个分段线圈31对应于90°的圆扇形。

根据另外的变形的实施例，可以设置任何数量的分段线圈31，包括在二到二十之间，或者甚至多于二十。

根据一些实施例，分段的接收线圈31可以串联地成组连接以构成测量线圈，每个测量线圈包括例如两个、三个、四个、五个或更多的分段线圈31。根据通过参考图9的非限制性示例所描述的实施例，通过四个分段线圈31a、31b、31c、31d，有可能检测四种不同的磁场流，每种磁场流涉及测量的金属型材12的角扇区，在这种情况下例如是与90°的圆周弧有关的四种流。

以这种方式，有利的是，可能沿着其圆周评估金属型材12(在这种情况下为管)的局部厚度S2。实际上，对与接收元件18和分段线圈31a、31b、31c、31d级联的场流进行单一同时测量，并且处理数据以获得关于直径和厚度的测量结果的信息。

具体地，外径D、平均厚度S1和局部厚度S2是通过控制和命令单元40处理接收到的信号22来评估的，该信号涉及在接收元件18的头部产生的电动势。

这允许检测管状金属型材12的厚度偏差，例如由于芯轴的偏心或所谓的“菊花”型的波动缺陷而造成的偏差。

控制和命令单元40可以用于实现用于热测量金属型材的横向尺寸的方法。

根据本发明的测量方法包括：涉及设备10的校准的过程，以及涉及微积分算法的实现以检测所需数量的值的过程。

根据一些实施例，控制和命令单元40包括进给单元42，其配置为向发射元件14提供纵向电磁场的感应所需的电流20。

进给单元42可能包括用于进给电能44的能源，例如与传统电网的连接，或者累积电能的系统。

根据一些实施例，进给产生电磁场的元件的电流20可以是具有多频谱的交流电，其通过重叠具有不同频率F1、F2的至少两个正弦电流而获得，其中第一频率F1远大于第二频率F2。

根据一些实施例，可以设置三个或更多的频率，其可以用于例如查找关于待测量的金属型材12的几何形状的其他信息，或者用于自校准设备10，和/或用于消除反应场的共同模式。

根据一些变形实施例，例如如果待测量的金属型材12是棒，可以设置使用彼此非常接近的两个频率，以便能够检测到金属型材12的可能的椭圆形。

根据设置使用两个频率F1、F2，其中一个频率比另一个大的一些实施例，可以选择第一较大的频率F1，使得其对于期望的导电率和对于待测量的金属型材12的范围的相对应的穿透深度远低于预期的最小厚度。

根据一些实施例，可以选择第二较低的频率F2，使得其相对应的穿透深度与当前正在测量的金属型材12的给定形式的预期厚度成确定比率，以便优化检测的涉及电动势的信号22的模量和相位的变化。

根据一些实施例，控制和命令单元40也包括处理单元46，其配置为处理检测的信号22，并且配置为实现微积分算法以至少获得测量的金属型材12的直径D、平均厚度S1和局部厚度S2的值。

根据一些实施例，处理单元46可以是任何数据处理系统，在控制领域中可使用的任何控制器、微控制器、处理器或微处理器。

根据一些实施例，控制和命令单元40也可以包括数据存储单元48，其配置为记忆从设备10接收的待处理的数据，和校准设备10所需的参数。

涉及电动势的信号22由接收元件18检测，并且可以由高阻抗入口电路放大，以随后由处理单元46数字化和处理。

微积分算法提供涉及电动势的信号22和电流20的信号的同步解调的第一阶段，该第一阶段针对每个设置的电流20的频率来识别信号22的分量的模量和相位。以同样的方式，与电流20成比例的电压信号由数字同步处理器放大、数字化和处理。

该算法的第二阶段提供利用已知的设置的电流20的频率，从感应的电动势的值中找出磁场流的“相量”。

术语“相量”是指在复平面内表示为向量的复数，该复数代表良好定义的脉动正弦波函数的Steinmetz变换。

该算法的第三阶段提供了使在前一阶段中获得的磁场的流值相对于相应的电流向量标准化。以这种方式消除了可能的变化的影响，例如由于发射元件14的阻抗的热漂移。

随后，利用涉及在设备10内不具有金属型材12而获得的标准的流的参考值，执行第二归一化，以便使无磁场流的值无纲量化。设备10内没有金属型材12的归一化流的值可以在设备10的校准步骤期间获得，并记忆在控制和命令单元40的数据存储单元中。

该过程允许从测量设备10的物理参数解约束数据的处理，并允许返回到无量纲的数学模型。

该算法还提供了定义理想的理论模型的第四阶段，该阶段用于：从标准化和无纲量化流开始，计算作为平均外半径R4、平均内半径R3和导电率的函数的接收元件18中的磁场流的值σ。

为了计算磁场流的值，还进行单应变换，以便确定先前计算的真实无量纲相量与理想模型的无量纲相量之间的对应关系。定义“单应变换”表示一种一致的变换，这种变换具有将两个相同尺寸的投影空间的点变成成对关系的性质，使得一个空间的形状与另一个空间中相对应的形状的类型相同。

执行单应变换所需的参数可以通过对设备10进行校准(特别是通过第一级校准)而找到，这将在下文中更详细地解释。

该测量算法提供第五阶段，在该第五阶段中通过单应变换测量的流的归一化值被转换为对应的理想值。

理想流的第一较高频率F1的分量通过处理单元46进行处理，处理单元46实现合适的分辨率算法以找到被测量的金属型材12的平均外部半径R4。

理想流的第二较低频率F2的分量通过处理单元46进行处理，处理单元46实现合适的分辨率算法以找到被测量的金属型材12的平均内部半径R3。

最后，在阶段6中，平均厚度S1的值可以通过平均外半径R4的值和平均内部半径R3的值之间的差来计算。

有利地，知道平均外半径R4的值，外直径D的值也可以容易地计算。测量设备10因此也可以用于测量实心棒的外直径D。

如果金属型材12是管，微积分算法还可以提供阶段：使用涉及由分段线圈31、31a、31b、31c、31d检测到的场流的信号23来处理接收到的信号，以计算被测量的金属型材12的局部厚度S2。具体地，可以估计金属型材12的偏心值。

尽管在接收元件18上获得的流没有明显受到待测量的金属型材12相对于标称轴Z的未对齐的影响，在分段的接收线圈31、31a、31b、31c、31d上获得的流可受到金属型材12相对于分段的接收线圈31、31a、31b、31c、31d自身的位置的影响。实际上，金属型材12越接近分段的接收线圈31、31a、31b、31c、31d，更多的分段的接收线圈31、31a、31b、31c、31d与更大部分的由在金属型材12中感应的寄生电流所生成的反应流相级联。

确定局部厚度S2的微积分算法提供补偿测量设备10内的金属型材12的位置的第一阶段，该第一阶段是通过利用在两个相对的分段线圈31、31a、31b、31c、31d(例如分段线圈31a和31c)上的位置的作用的对称性来执行的。根据一些实施例，在复平面上报告由分段线圈31、31a、31b、31c、31d检测到的流值。由于代表所述流的复平面上的点随着未对齐的方向和实体变化而沿着直线移动，补偿的目的是：将涉及针对某个未对齐获得的确定的分段线圈31、31a、31b、31c、31d的点移动到金属型材12完美地居中在标称轴Z上时将获得的点。

为了确定如何移动点，可能利用两个相对的分段线圈31、31a、31b、31c、31d之间的对称性，并对于每对分段线圈，考虑涉及复平面上的分段线圈31、31a、31b、31c、31d的级联的流的两点之间的差向量。所考虑的差向量的模量量化点之间的距离，而其方向与点移动的直线重合。由于对称性，如果金属型材12居中，那么我们将具有的点是：涉及每对相对的分段线圈31、31a、31b、31c、31d的级联的流的两个点之间的中间点。例如在图9的情况下，如果考虑分段线圈31a、31c的级联的流，从分段线圈31a检测到的流中减去差向量的一半就足够了，所述差向量是在复平面上识别的分段线圈31a、31c的检测的流的点之间计算的，以便获得对于分段线圈31a的流的补偿值。

根据一些实施例，为了补偿位置，可能使用通过第二级校准获得的参数，这在说明书中在下文更详细地解释。

该微积分算法还提供了第一阶段，在该第一阶段中，信号23以与先前关于由接收元件18检测的信号22所述的相同的方式处理，直到针对每个信号获得涉及针对所使用的每个频率的理想模型相关的归一化的、无量纲化的流的值，所述信号23涉及在每个分段线圈31、31a、31b、31c、31d的头部处感应出的电动势。

在这种情况下，归一化和单应变换所需的参数也可以通过针对每个分段线圈31、31a、31b、31c、31d执行的第一级校准来获得。

在随后的阶段中，例如使用图9描述的阶段，对每个分段线圈，微积分算法提供查找内部半径R5、R6、R7、R8，并且因此平均内部半径R9的值作为内部半径R5、R6、R7、R8的值的算术平均值。

使用由分段线圈31a、31b、31c、31d查找的信号23和由接收元件18检测的信号22，也可以对所测量的管状金属型材12的可能的偏心率进行估计。

知道利用接收元件18而获得的平均值的测量结果，实际上可以计算偏心率指数，该偏心率指数对应于利用分段线圈31a、31b、31c、31d而获得的内部半径R5、R6、R7、R8的每个值与平均内部半径R3的值之间的比率。对于每个分段线圈31a、31b、31c、31d，因此可以获得包含关于相应的分段线圈31a、31b、31c、31d下方的区域中的金属型材12的部分的厚度信息的无量纲值。

如果存在多于四个分段线圈，例如如图8中的示例，对于它们中的每一个，微积分算法都提供了查找相应的内部半径并因此查找平均半径和偏心率指数。

所获得的值线性地取决于偏心率的模量，以便通过简单的线性函数，可以从无纲量指数获得与管的尺寸一致的数字。线性函数中必须使用的参数可以通过第三级校准来识别。使用该计算，只能获得内部半径的估计值，并因此获得局部厚度的估计值，但是足以检测偏心率的存在和无纲量指数的存在，其量化它能够控制过程并生产非偏心管。

偏心向量因此可以从平均内部半径R9、内部半径R5、R6、R7、R8和平均外部半径R4开始计算。

首先计算涉及每个分段线圈31a、31b、31c、31d的局部壁厚S5、S6、S7、S8，作为平均外部半径R4与内部半径R5、R6、R7、R8之间的差值。

随后，计算平均厚度S1，作为平均外部半径R4和平均内部半径R3之间的差值。

最后，通过从四个局部壁厚S5、S6、S7、S8中减去平均壁厚S1，可以评估和定义偏心率向量的分量，并因此查找所述向量的模量和相位。

以这种方式，有利地，可以确定所测量的金属型材12是否偏心，并且同时量化偏心率的实体以及它面对哪个方向，以便能够在轧制处理中进行干预，以解决未对齐的问题。

设备10的校准包括三个区别的级以获得单应变换所需的对应的参数，参数用于补偿位置并用于检测和估计偏心率。

根据一些实施例，第一级校准提供了查找涉及在已知条件下的磁流的三个值。使用具有不同直径的两个实心棒，可以精确知道地找到这些值，并且检测设备10中没有金属型材12存在时的流的测量结果。根据一些实施例，可以选择所使用的棒的直径，以便为给定的测量者定义所提供的测量场的极限值。例如，如果标准外部直径D是100mm，则用于校准的棒的直径可以分别等于80mm和120mm。

根据一些实施例，所使用的棒具有相同的导电率并且由相同的原材料制成。

第一级校准因此由在测量设备10内没有任何东西和具有两个不同的实心参考棒的情况下，测量在最低频率F1和最高频率F2下的流值组成。

根据一些实施例，第二级校准用来评估可用于例如补偿金属型材12相对于标称轴Z的位置的参数。出于这个目的，使用已知尺寸的、从设备10的轴Z移动一定量的非偏心管来进行测量。该参数由最小问题确定，目的是使分段线圈31、31a、31b、31c、31d上的流的补偿值之间的差值最小。

根据一些实施例，第三级校准提供了对已知偏心率的、面向已知方向的管进行测量。例如，根据使用图9所描述的实施例，通过将从在分段线圈31a、31c上测量的流获得的内部半径R5、R7和偏心管的内部半径R3的值相关联，通过线性插值而获得用于估计和评估偏心率的系数。

根据一些实施例，通过不同级的校准而获得的参数可以记忆在数据存储单元48中，以在随后被用于实现微积分算法。

清楚的是，可以对上述在轧制期间用于热测量金属型材的横向尺寸的设备进行部分的修改和/或添加，而不脱离本发明的领域和范围。

同样清楚的是，虽然本发明已经参考一些特定的实施例进行了描述，但是本技术领域人员一定能实现该用于在热轧制期间热测量金属型材的横向尺寸的设备的许多其它等同形式，该等同形式具有权利要求中所阐述的特征，因此，所有这些在限定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于在轧制期间热测量金属型材(12)的横向尺寸的方法，该方法用以获得至少所述金属型材(12)的直径(D)和/或平均厚度(S1)的测量结果，所述金属型材(12)是管或实心棒，其特征在于，所述方法提供了：

利用具有至少两个频率(F1、F2)的正弦电流(20)对发射元件(14)供电，该发射元件(14)具有至少两个发射元件部段(14a、14b、14c、14d)，所述至少两个发射元件部段(14a、14b、14c、14d)彼此区别且空间上彼此分离，沿着所述金属型材(12)的进给标称轴(Z)设置，并在所述金属型材(12)的横向尺寸的相同标称测量上操作；

利用所述发射元件(14)生成具有期望的力线轮廓的电磁场；

借助于接收元件(18)检测与因所述金属型材(12)从所述发射元件(14)的所述发射元件部段(14a、14b、14c、14d)中穿过而导致的所述电磁场的变化相关的信号(22)，所述接收元件(18)具有多个接收元件部段(18a、18b)，所述多个接收元件部段(18a、18b)彼此区别且空间上彼此分离，并沿着所述标称轴(Z)布置在这样的位置上：该位置沿着所述标称轴(Z)被包括在所述发射元件(14)的整个纵向体积中，其中所述发射元件(14)的所述发射元件部段(14a、14b、14c、14d)以及所述接收元件(18)均是具有圆柱形形状的螺旋或线圈且所述发射元件部段(14a、14b、14c、14d)以及所述接收元件(18)中的每一者定义了运送孔，该运送孔的尺寸大于进行测量的金属型材(12)的直径，并且金属型材(12)在所述运送孔的内部被运送；

对于每个频率(F1、F2)，对相对于所述电流(20)的值检测到的电磁场流的值进行归一化和无量纲化，其中使用与在没有金属型材(12)的情况下获得的归一化流相关的参考值来对所述电磁场流进行无纲量化；

基于归一化和无纲量化的流的值定义数学模型；

进行单应变换，以确定实际无纲量化的值与由数学模型定义的理想无纲量化的值之间的对应关系，以便从所述发射元件(14)和所述接收元件(18)的物理尺寸中对所述金属型材(12)的横向尺寸的所述测量结果进行解约束；

处理从单应变换获得的数据，以计算所述金属型材(12)的所述直径(D)和/或所述平均厚度(S1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单应变换是基于从至少所述发射元件(14)和所述接收元件(18)的第一级校准导出的参数来进行的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一级校准提供了检测反应电磁场的三个测量结果，其中一个是没有金属型材(12)存在时的测量结果，两个是具有作为实心棒存在的金属型材(12)时的测量结果，所述三个测量结果是针对电流(20)的所述频率(F1、F2)中的每一个进行的。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法提供了利用分段线圈(31、31a、31b、31c、31d)来检测与因管状金属型材(12)的穿过而导致的所述电磁场的变化相关的信号(23)，所述分段线圈对应于通过将圆冠划分成相等部分而获得的确定的扇形，所述分段线圈设置在所述接收元件(18)周围，以进行至少所述管状金属型材(12)的局部厚度(S2)的测量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法提供了：使用从所述第一级校准获得的参数，通过归一化、无纲量化和单应变换，来处理利用所述分段线圈(31、31a、31b、31c、31d)检测的所述信号(23)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法提供了进行对所述管状金属型材(12)相对于所述发射元件(14)和所述接收元件(18)的位置的补偿，以便呈现横向尺寸的所述测量结果，所述测量结果独立于所述管状金属型材(12)相对于所述标称轴(Z)的对齐。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述位置的补偿是使用从至少所述发射元件(14)和所述接收元件(18)的第二级校准获得的至少一个参数来进行的，所述第二级校准提供了在存在相对于所述标称轴(Z)移位的、非偏心并具有已知尺寸的管状金属型材(12)的情况下，检测反应电磁场的至少一个测量值。

8.根据权利要求7中所述的方法，其特征在于，所述方法提供了：进行所述管状金属型材(12)的偏心率的估计，以针对由每个分段线圈(31、31a、31b、31c、31d)检测到的每个信号(23)来至少确定局部壁厚(S5、S6、S7、S8)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述偏心率的估计是通过使用从至少所述发射元件(14)和所述接收元件(18)的第三级校准获得的至少一个参数进行的，所述第三级校准提供了在存在具有已知偏心率并沿已知方向定向的、具有已知尺寸的管状金属型材(12)的情况下，检测所述反应电磁场的至少一个测量值。

10.用于在轧制期间热测量金属型材(12)的横向尺寸的设备，其特征在于，所述设备包括发射元件(14)和接收元件(18)；所述发射元件(14)具有至少两个发射元件部段(14a、14b、14c、14d)，所述至少两个发射元件部段(14a、14b、14c、14d)彼此区别且空间上彼此分离，并沿着金属型材(12)的进给标称轴(Z)设置，且在金属型材(12)的横向尺寸的相同标称测量结果上操作，所述发射元件(14)被配置为生成具有期望的力线轮廓的电磁场；所述接收元件(18)沿着所述标称轴(Z)布置在这样的位置上：所述位置沿着所述标称轴(Z)被包括在所述发射元件(14)的整个纵向体积中，且所述接收元件(18)配置为检测与因所述金属型材(22)的穿过而导致的电磁场的变化相关的信号(22)，其中所述发射元件(14)的所述发射元件部段(14a、14b、14c、14d)以及所述接收元件(18)都是具有圆柱形形状的螺旋或线圈，所述发射元件部段(14a、14b、14c、14d)以及所述接收元件(18)中的每一者定义了运送孔，该运送孔的尺寸大于进行测量的金属型材(12)的直径，并且金属型材(12)在所述运送孔的内部被运送。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备还包括多个接收线圈(31、31a、31b、31c、31d)，每个接收线圈配置为一个节段，且每个接收线圈对应于通过将圆冠分成相等部分而获得的、围绕所述接收元件(18)设置的相关的扇形。

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