JP2006520894A - 連続的に巻き取る材料ストリップにおける穴を検出する装置 - Google Patents

Abstract

垂直フレーム１００から形成される種類の連続的に巻き取る材料ストリップ（矢印Ｂ）における穴を検出する装置であって、垂直フレームは、上部本体１００ａおよび下部本体１００ｂの２つにフレーム１００を区切る水平スロット１１０を通る材料ストリップの経路内に配置され、各本体は、相互に対向して開いた窓を介して前記スロット１１０上で開いている。上部本体１００ａは、下を通過する前記ストリップの方向の光源のために放射する第１の光サブアセンブリ２００を支持し、下部本体１００ｂは、第１の光サブアセンブリ２００により放射された前記光を受光する第２の光サブアセンブリ３００を支持し、上を通過する材料ストリップにおける穴を介してフィルタリングすることができる。前記光放射サブアセンブリ２００は、いわゆるレーザ放射、すなわち誘導放出光を含み、前記光受容サブアセンブリ３００は、レーザ放射により放出された小さな光束を検知するフォトオード３１０ａおよび３１０ｂにより構成される。

Description

本発明は、検査領域、すなわちシート形状の材料における穴の存在を検出する領域、さらに詳細には、高速で連続ストリップとして巻き取るスチールコイルを検査することに関する。

一般的に言えば、１０ｍ／ｓ程度の速度で連続ストリップとして巻き取られる約０．２５ｍｍ厚さのスチールシートにおける穴の検出は、実行に複雑な操作である一方で、穴、クラック、または他のスリットの欠陥は、きわめて小さい直径（数十ミクロン）を有することが多く、それらの識別が通常は技術的に容易でないために、検出は正確でなければならない。

従来技術では、連続的に巻き取る材料ストリップにおける穴を検出するためのいくつかの装置が存在する。一般に穴検出器と呼ばれるこのような装置は、従来は、垂直フレームにより構成される。垂直フレームは、連続的に巻き取られる材料ストリップの経路内に配置される。垂直フレーム内に配置された水平スロットを通り前記垂直フレームを通過する水平平面において水平スロットは、十分広く、前記材料ストリップが妨害されずに前記検出器を通過して自由に移動できる。このような通過は、一時的なものであり、その間に、ストリップの欠陥が検査される。この水平スロットは、上部本体および下部本体の２つに区切り、各上部および下部本体は、相互に対向してかつ前記スロットの両側に窓が設けられている。第１の本体は、第１の光放射サブアセンブリの論理構造体を画定し、スロット上に開くその窓を介して、下を通過する前記ストリップの方向に光源を生成する。第２の本体は、第２の光受容サブアセンブリの論理構造体を画定し、スロット上に開くその窓を介して、第１の光放射サブアセンブリにより放射された前記光を捕捉し、上を通過する材料のストリップを介してフィルタリングできる。

このように、検出装置は、通過する材料ストリップの経路内に置かれ、２つの光サブアセンブリは、前記ストリップの片側に置かれる。前記材料ストリップは、その通過する時間中は一般に暗いチャンバ内に収納され、常に材料ストリップの移動を妨げることなく、ストリップの移動方向と交差する線に沿った連続光走査を保証する。

本出願人は、従来の装置により以前から実行されていたような、連続的に巻き取る材料ストリップにおける穴の検出は、その実施および効率に関していくつかの欠点を有することを見出した。

このように、材料ストリップが検出装置を通過するとき、金属ストリップは、ストリップ幅の変動または振動によりスロット内で横断方向に動く可能性もあり、これに対して、検査サブアセンブリが費用をかけても適合しなければならない。さらに、暗いチャンバ内で、全ての寄生光、すなわちあらゆる周辺光および／または光放射サブアセンブリの光源からの反射光から、全ての検出光学系を隔離することがきわめて重要である。

冶金学の分野で一般に良く知られており使用される方法において、光放射サブアセンブリは、蛍光ランプ（例えばネオンライト）で発生した紫外光を利用し、光受容サブアセンブリは、光電子増倍管と呼ばれる紫外検出光電センサを実装する。光受容サブアセンブリからの出力データの処理は、出力信号を供給する。出力信号は、電圧しきい値と比較と比較されるように、増幅されかつ成形され、「オールオアナッシング」データを生成し、このデータにより、巻取り／巻戻し機械が、穿孔された材料ストリップの部分を見つけることができず、したがって使用できない。

さらに、適切な光フィルタを利用することにより、光電センサは、青色に中心を持つ感度を有し、これにより、紫外線は、低電力のネオンランプを使用できると同時に、２５℃から７０℃の温度で移動するスチールストリップに起因する赤外線スペクトルに関連する擾乱を避けることができる。

しかし、低電力の光放射の選択は、実質的利得（１００万に達する）を有する光電子増倍管の光受容サブアセンブリについて極めて大きい増幅率を必要とし、これにより、光電子増倍管の端子は、数百から数千ボルトの高圧で極性を与えられる必要がある。これは、必然的に、比較的高コストのメンテナンスおよび交換（ネオンライトは非常に高価である）を結果として生じる。これは、「オールオアナッシング」モードで作用するこれら検出器は、事業家の高い期待にもはや適合しないことを意味し、事業家は、ますますストリップに製造される材料の識別をさらに強制し（まずますより小さい寸法）、かつ検出される穴がより容易にパラメータ指定される（形状および量）ことを要求する。

これを基本とし、先に確立された明細書により、本出願人は、従来技術の欠点を克服し、かつ事業家の要求を満たす、ストリップ形状で連続的に巻き取られる材料シートにおける穴の検出に関する新しい概念の研究を実行してきた。

この研究により、特に簡単で有利な検出装置の独創的な概念を導き出し、この検出装置は、検出光サブアセンブリのより少ない極性を必要とし、かつ構成部品のより低いメンテナンスおよび交換コストと必要とし、検査するストリップに対し改良された検査能力を提供する等である。

本発明によれば、連続的に巻き取る材料ストリップにおける穴を検出する装置は、垂直フレームから形成されるタイプであり、垂直フレームは、水平スロットを通る材料ストリップの経路内に配置され、水平スロットは、上部本体および下部本体の２つに前記垂直フレームを区切り、上部本体は、前記スロットに開いた窓を介して、下を通過する前記ストリップの方向の光源のために第１の光放射サブアセンブリを支持するためのものでありし、下部本体は、第１の光放射サブアセンブリにより放射された前記光に関する第２の光受容サブアセンブリを支持し、第２の光受容サブアセンブリは、上部本体で開いている第１の窓に対向して下部本体に配置された第２窓を介して、第２の光受容サブアセンブリ上を通過する材料ストリップにおける穴を介してフィルタリングできる。

本発明で実現される独創的概念によれば、前記光放射サブアセンブリは、いわゆるレーザ放射、すなわち誘導放出光を含み、前記光受容サブアセンブリは、レーザ放射により放出された小さな光束を検知するフォトオードにより構成される。

本発明による、好ましくはいわゆるアバランシェダイオードである半導体ダイオードの形態の受容装置の利点は、小さな光束に対して感度を有し、かつ耐用年数が長いことである。実際、１００または２００の利得を有するアバランシェフォトダイオードは、１ｍＷ近く、例えば０．５ｍＷから１０ｍＷの受光された小さな光束に対して、４４ｍＡの電流を生成できる感度を可能にする。次に、穴を横切るレーザ放射により放出された小さな光束のこの範囲の値は、第２のサブアセンブリにより受光される。

したがって、これら部品の帯域幅は、一般的に言えば、このような検出装置により検出されなければならない１μｓの光パルスに適合する。

光受容サブアセンブリのフォトダイオードの低利得のために、本発明による光放射サブアセンブリは、いわゆるレーザ放射、すなわち誘導放出光を含む。レーザの第１の特性は、光受容サブアセンブと組み合わさって放射源の発光効率を高めることであり、これにより、優れた検出結果を保証する。

実際、レーザダイオードで生成される数ミリワットの放射は、小径の光スポットをだけ生成するように、ビームが出力でコリメートされているため、みかけ上数千ワットの出力を供給する。

本発明の好ましい特徴によれば、光放射サブアセンブリは、検査されるべき材料ストリップに関する前記通過スロットに平行にかつ前記通過スロットの上方に配置された、複数のレーザダイオードのストリップを含み、この光ストリップより形成される光源は、材料ストリップの全幅にわたり広がることができる。好ましくは、この光ストリップは、相互に均等にずらせて配置された平行な２列のダイオードを組み込むことにより、一方の列からのダイオードの光ビームが、他方の列からの光ビームに重なって、「ダークホール（ｄａｒｋ ｈｏｌｅ）」が生じるのを防止する。

さらに、コリメートされたレーザ光放射ビームが、小径の光スポットを生成すると仮定すると、本出願人は、前記レーザダイオードそれぞれが、レーザビームを発散させることができるラインを生成するレンズを備え、これにより、より大きい有効検出領域を走査できると考えた。このラインを生成するレンズは、ライン全体にわたり、すなわちラインの中心および両端の両方に、一定の相対輝度を与えるレンズである。

他の利点および特徴は、連続的に巻き取る材料ストリップに関する穴検出装置の１つの実施形態の添付図面を参照して、網羅するものではない例により示す以下の詳細な説明でより明らかになるであろう。

図１および２に示すとおり、全体を参照符号Ｄで示す穴検出装置は、垂直フレーム１００により構成され、垂直フレーム１００は、垂直フレーム１００のほぼ中間高さに配置された水平スロット１１０を通して、材料ストリップを連続的に巻き取る経路内（二重矢印Ｂで表される）に配置されるものである。垂直フレームは、技術的に一体に配置された柱、ビーム、および交差部分で構成され、前記スロット１１０のそれぞれの側で、取外し可能な本体プレートに結合された上部本体１００ａおよび下部本体１００ｂの２つに区切られるが、本体それぞれは、相互に対向する開いた窓を介してスロット１１０上に開いている。

本体部材の片側を取り外したフレーム１００を示す図２から明らかなように、上部本体１００ａは、上を通過するストリップの方向に（矢印Ｂ）スロット１１０を通して光源を放射する、第１の光放射サブアセンブリ２００の論理構造体を画定し、下部本体１００ｂは、第２のいわゆる光受容サブアセンブリ３００の論理構造体を画定する。

この第２のサブアセンブリ３００の目的は、第１の光サブアセンブリ２００からの光を捕捉し、スロット１１０内を、上を通過する材料ストリップにおける任意の穴を通して光を恐らくフィルタリングすることにより、対応する出力信号を供給し、検査されたストリップおよびストリップの一部の穴の存在を、前記検出装置を備える機器に知らせる。

この第２のサブアセンブリは、第１のサブアセンブリ２００のレーザ放射により、穴を横切って放射された１ｍＷ程度の小さな光束を受光できる。

本発明の主目的の１つは、２つの光サブアセンブリ２００および３００の独創的な実現にある。

このように、図３でより詳細に示す光放射サブアセンブリ２００は、いわゆるレーザ放射、すなわち誘導放出光を含み、レーザ放射は、２列のレーザダイオード２１０ａおよび２１０ｂのストリップによって得られ、２列のレーザダイオード２１０ａおよび２１０ｂのストリップは、相互に平行に配置され、検査されるべき材料ストリップの上で前記スロット１１０の上方に配置される。

当然、同様な方法で、逆の配置を推定することもできる。光放射サブアセンブリ２００の光ストリップの各列２１０ａおよび２１０ｂのレーザダイオードは、それぞれ、レーザビームを発散させるラインを生成するレンズを備えることにより、このようなダイオードの出力の一般的な光スポットに比べてより大きい、有効検出領域の走査を提供する。

さらに、レーザダイオードを、スロット１１０の方向に相互に均等にずらせて配置することにより、一方の列２１０ａのダイオードからの光ビームが、ダイオードの列２１０ｂからの光ビームに重なり、およびその逆、スロットの全長を覆い、「ダークホール（ｄａｒｋ ｈｏｌｅ）」を防止する。

同一の配置によれば、光受容の第２の光サブアセンブリ３００は、レーザダイオードから放射される小さな光束を検知するフォトダイオードのストリップにより構成され、フォトダイオードのストリップは、２列のフォトダイオード３１０ａおよび３１０ｂとして構成され、２列のフォトダイオード３１０ａおよび３１０ｂは、前記スロット１１０および検査されるべき材料ストリップの下に平行に配置され、かつレーザダイオードの列２１０ａおよび２１０ｂと対向して配置され、スロット１１０を介して、本発明による検出装置で連続的に通過する材料ストリップにおけるいずれかの穴を介するフィルタリングされたレーザ放射を捕捉する。

光放射サブアセンブリ２００（列２１０ａおよび２１０ｂ）および光受容サブアセンブリ３００（列３１０ａおよび３１０ｂ）の両方における、２列のストリップを形成する一連のダイオードの存在は、本明細書の最初に説明した光学性能の利点に加えて、サブアセンブリ２００および３００の光ストリップを、本発明による検出装置によって一般に検査される材料ストリップの幅に、容易に適合させることができる大きい利点を有する。

したがって、例えば、本発明による検出装置によって検査されるべき材料ストリップの幅が、１３００ｍｍ程度であり、各光サブアセンブリのダイオード２００のレーザ放射ビームの範囲が、２００ｍｍである場合、各光サブアセンブリ２００および３００の光ストリップは、それぞれレーザダイオードに光ビーム間で１ｍｍから１０ｍｍの重なりを有する、７つのレーザダイオードおよび７つのフォトダイオードを備える。

したがって、ライン生成レンズを備える列２１０ａまたは２１０ｂのレーザダイオードのそれぞれは、図４に示した本発明の好ましい実施形態によれば、前記レーザダイオード２１０ａと２１０ｂのそれぞれの間にいわゆる発散平凸円柱レンズ４００を置くことにより、コリメートされる発散ビームＦｄを有するレーザラインの出力を発生する。

検査されるべき材料ストリップの上方のスロット１１０は、前記入射発散ビームＦｄ上に置かれて、この入射発散ビームをそらし、検査されるべきストリップを横断しかつストリップの平面に垂直な平行ビームＦｐに変換し、これにより、検査されるストリップの幅に有効検査領域Ｚｕを画定する。

したがって、ダイオード２１０ａおよび２１０ｂの数は、平凸円柱レンズ４００から出る平行ビームＦｐの有効検出領域Ｚｕの寸法に対する、検査されるべき材料ストリップの幅の割合で決定される。

同様な方法で、検査されるべきストリップと光受容サブアセンブリ３００のフォトダイオード３１０ａおよび３１０ｂとの間でスロット１１０の下に配置される、別のいわゆる収束平凸円柱レンズ５００を、前記平行ビームＦｐに適正に配置して、平行ビームＦｐをそらし、場合により、当業者により適正に配置される干渉フィルタ６００を介して、光受容サブアセンブリ３００のフォトダイオード３１０ａまたは３１０ｂの１つに集束するビームＦｐに変換する。

記載された検出装置は、限定の意味でなく、明示の目的で述べてきたものであることを理解されたい。いうまでもなく、前述の例に対して、請求された本発明の範囲から不必要に逸脱することなく、様々な配置、変更、および改良が可能である。

このように、例えば、本出願人は、フランジまたは他の取り外し可能なフランジデバイス内に、レーザダイオード２１０ａ、２１０ｂ、平凸円柱レンズ４００、５００、およびフォトダイオード３１０ａ、３１０ｂを実装し、据付、交換目的での取外しおよび設定操作を容易にすることを想定した。

同様に、各光学レンズ４００および５００を、レンズ４００および５００と同一目的で構成される一連のレンズに置き換える、すなわち、第１の一連のレンズで、発散ビームＦｄを平行ビームＦｐに変換し、第２の一連のレンズで、前記平行ビームＦｐをそらして、フォトダイオード３１０ａまたは３１０ｂの方向に集束するビームＦｐに変換させること、を考えることもできる。

本発明による装置の斜視図である。 図１の装置の一部を取り外した斜視図である。 本装置の水平断面の概略上面図である。 本装置の動作における光学現象を示す垂直断面の概略図である。

Claims (12)

1. 垂直フレーム（１００）から形成される種類の連続的に巻き取る材料ストリップ（矢印Ｂ）における穴を検出する検出装置であって、垂直フレームが、上部本体（１００ａ）および下部本体（１００ｂ）の２つに前記垂直フレーム（１００）を区切る水平スロット（１１０）を通る材料ストリップの経路内に配置され、各上部および下部本体が、相互に対向して開く窓を介して前記水平スロット（１１０）上で開いており、上部本体（１００ａ）が、下を通過する前記材料ストリップの方向の光源のために放射する第１の光放射サブアセンブリ（２００）を支持するためのものであり、かつ下部本体（１００ｂ）が、第１の光放射サブアセンブリ（２００）により放射された前記光を受容する第２の光受容サブアセンブリ（３００）を支持し、上を通過する材料ストリップにおける穴を介してフィルタリングできるためのものであり、
   前記光放射サブアセンブリ（２００）が、いわゆるレーザ放射、すなわち誘導放出光を含み、前記光受容サブアセンブリ（３００）が、レーザ放射により放出された小さな光束を検知するフォトオード（３１０ａおよび３１０ｂ）により構成される、検出装置。
2. 第１の光放射サブアセンブリ（２００）が、材料ストリップの全幅にわたり広がることができる複数のレーザダイオード（２１０ａおよび２１０ｂ）のストリップにより形成される、請求項１に記載の検出装置。
3. 第２の光受容サブアセンブリ（３００）が、レーザダイオードから放射される小さな光束を検知する複数のフォトダイオード（３１０ａおよび３１０ｂ）のストリップにより構成される、請求項１に記載の検出装置。
4. 第１の光放射サブアセンブリ（２００）が、２列のレーザダイオード（２１０ａおよび２１０ｂ）のストリップを備え、該２列のレーザダイオード（２１０ａおよび２１０ｂ）のストリップが、相互に平行に配置され、前記水平スロット（１１０）および検査されるべき材料ストリップの上に配置され、かつ前記水平スロット（１１０）に沿って相互に均等にずらせて配置され、一方の列のレーザダイオード（２１０ａまたは２１０ｂ）の光ビームが、他方の列のレーザダイオード（２１０ｂまたは２１０ａ）の光ビームに重なる、またはその逆である、請求項１および２に記載の検出装置。
5. 前記レーザダイオード（２１０ａおよび２１０ｂ）それぞれが、レーザビームを発散させるラインを生成するレンズを備え、前記レーザダイオードの出力の光スポットに比べて大きい有効検出領域（Ｚｕ）を走査できる、請求項１および２に記載の検出装置。
6. 第２の光受容サブアセンブリ（３００）が、２列のフォトダイオード（３１０ａおよび３１０ｂ）のストリップを備え、該２列のフォトダイオード（３１０ａおよび３１０ｂ）のストリップが、前記水平スロット（１１０）および検査されるべき材料ストリップに平行に配置され、かつレーザダイオード（２１０ａおよび２１０ｂ）に対向して配置され、前記水平スロット（１１０）を通り連続的に通過する材料ストリップのいずれかの穴を通るフィルタリングされたレーザ放射を捕捉する、請求項１および３に記載の検出装置。
7. いわゆる発散平凸円柱レンズ（４００）が、各レーザダイオード（２１０ａまたは２１０ｂ）からの発散ビーム（Ｆｄ）出力の間に置かれることにより、前記発散ビーム（Ｆｄ）をそらし、前記発散ビーム（Ｆｄ）を検査されるべき材料ストリップを横断しかつ前記材料ストリップの平面に垂直な平行ビーム（Ｆｐ）に変換し、材料ストリップの幅での有効検査領域（Ｚｕ）を画定する、請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. いわゆる収束平凸円柱レンズ（５００）が、検査されるべき材料ストリップと、第２の光受容サブアセンブリ（３００）のフォトダイオード（３１０ａおよび３１０ｂ）との間で水平スロット（１１０）の下の平行ビーム（Ｆｐ）に配置され、前記平行ビーム（Ｆｐ）をそらし、前記平行ビーム（Ｆｐ）を第２の光受容サブアセンブリ（３００）のフォトダイオード（３１０ａまたは３１０ｂ）の方向に収束するビーム（Ｆｐ）に変換する、請求項１から７のいずれか一項に記載の検出装置。
9. 第１の光放射サブアセンブリ（２００）のレーザダイオード（２１０ａおよび２１０ｂ）の数が、第２の光受容サブアセンブリ（３００）のフォトダイオード（３１０ａおよび３１０ｂ）の数と同一である、請求項１から８の全てに記載の検出装置。
10. 光受容サブアセンブリ（３００）のフォトダイオード（３１０ａおよび３１０ｂ）の前面に配置された干渉フィルタ（６００）を組み込んでいる、請求項１から９の全てに記載の検出装置。
11. 前記レーザダイオード（２１０ａ、２１０ｂ）および／または前記平凸円柱レンズ（４００、５００）および／または前記フォトダイオード（３１０ａ、３１０ｂ）が、取外し可能なフランジデバイス内に取り付けられかつ配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置。
12. レーザ放射により放射される小さな光束が、約１ｍＷである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出装置。

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