JP2018525230A - 金属プロファイルのサイズの圧延時での熱測定のための方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
より詳細には、本発明は、棒および管の場合では、外径を、金属プロファイルが管の場合では、平均厚さと局部厚さの両方をも、測定するのに使用できる方法に関する。
第1の問題は、軸方向の孔が形成されているときのマンドレルの偏心に起因して、形成される管状要素の公称断面に関して厚さにおける偏差に関する。
厚さにおける偏差は加工品の質に悪影響を及ぼす。さらに、金属プロファイルの抵抗性および性能は、使用中に影響を受ける可能性がある。
例えば、放射線源によって生成されたガンマ線の使用に基づいて、放射線撮影法を使用するデバイスが知られている。この方法は、1つまたは複数の対の放射線源および1つまたは複数の放射線検出器の使用を提供する。管状要素が通過した後に放射線検出器によって捕捉された放射線に応じて、電流が生成され、それは測定用トランスデューサによって処理され、デジタル化され、その後中央処理システムに送られて管状要素の壁の厚さが計算される。
超音波レーザ技術を使用する横方向のサイズを測定するためのデバイスも知られている。この場合、送信機プローブは超音波を発生するパルスレーザビームを放射し、それは金属プロファイルの厚さ部分の外側から内側に伝播され、管状要素の内面によって反射されて外面に向かって戻る。レーザ干渉計は、超音波が通過するのに要する時間を決定し、超音波の伝播速度がわかれば、デバイスは、測定された通過時間の関数として金属プロファイルの厚さを検出することができる。
本発明の別の目的は、使用される測定デバイス内部の金属プロファイル(metal profile)の位置に関係なく測定を行うことを可能にする測定方法を提供することにある。
別の目的は、材料が強磁性でない場合、例えば非鉄金属若しくはステンレス鋼の場合には、金属プロファイルの速度および温度の両方および/または使用される特定のタイプの材料に実質的に依存しない測定方法を得ることであり、他のタイプの材料の場合には、後者がキュリー温度を上回るときの速度および温度とは無関係である測定方法を得ることである。
本発明は、独立請求項に記載され、特徴付けられる一方で、従属請求項は、本発明の他の特徴または主な発明思想に対する変形を記載する。
本発明によれば、少なくとも金属プロファイルの直径および/または厚さの測定値を得るために、管または中実の棒のような金属プロファイルの横方向サイズの、圧延中における熱測定のための方法は、少なくとも2つの周波数を有する正弦波電流で、互いに対して区別されるとともに空間的に離間している少なくとも2つのセクションを有する送信要素であって、金属プロファイルの公称送り軸に沿って配置され、横方向サイズの同じ公称測定にて動作する送信要素に電力を供給し、力線(force line)の所望のプロファイルを有する電磁場を送信要素で発生させるように構成されている。
いくつかの実施形態によれば、第1の較正レベルは、それぞれが、金属プロファイルが存在しない状態での1つの測定と、中実の棒として存在する2つの金属プロファイルを用いた2つの測定と、である少なくとも3つの電磁反応場の測定を検出することを提供し、測定は電流の各周波数に対して実施される。
送信要素14および受信要素18は、金属プロファイル12の通過体積を画定するそれぞれの内面24、28を有し、送信要素14によって生成された電磁場の力線がその内部で金属プロファイル12の公称送り軸Zに実質的に平行に配置される。
変形実施形態によれば、受信要素18の半径R2は、送信要素14の半径R1よりも大きくても小さくてもよい。
上記した幾何学的構成を使用して、所望の長手方向への展開を有する力線のプロファイルを備えた電磁場を生成することにより、送信要素14および受信要素18の軸線に対する金属プロファイル12の位置を実質的に影響を及ぼさないものにすることができる。
送信要素14内を循環する電流20によって生成された電磁場は、金属プロファイル12内の主に方位角(azimuth)である寄生電流を誘導する。したがって寄生電流は反応場を生成し、これは、起電力が発生するヘッド(head)にて受信要素18によって連結されたその流れによって検出することができる。起電力に関連する信号22は、厚さおよび直径の測定値を得るべく、制御および命令ユニット40に送られ、その後処理され得る。
図1、図2および図7を用いて説明される実施形態によれば、デバイス10は、少なくとも送信要素14および受信要素18を囲むケーシング30を含んでいてもよく、それは、さらに磁場がデバイス10の外部に電流を誘導することを防止するために遮蔽物としても機能する。
図9を用いて説明される変形実施形態によれば、例えば符号31a,31b,31c,31dによって示されるような4つのセグメント化されたコイル31を設けることができ、各々が90°の円形セクタに対応する。
いくつかの実施形態によれば、セグメント化された受信コイル31は、各々が、例えば2つ、3つ、4つ、5つまたはそれ以上のセグメント化されたコイル31からなる測定コイルを構成するようにグループに直列に接続されていてもよい。図9を参照して非限定的な例として記載された実施形態によれば、4つのセグメント化されたコイル31a,31b,31c,31dによって、各々が測定された金属プロファイル12の角度セクタに関する4つの異なる磁界流を検出することが可能であり、それは、この場合では、例えば90°の円弧に関連する4つの流れである。
制御および命令ユニット40は、金属プロファイルの横方向サイズを熱測定するための方法を実施するために使用することができる。
いくつかの実施形態によれば、制御および命令ユニット40は、長手方向電磁場の誘導に必要な電流20を送信要素14に供給するように構成された供給ユニット42を備える。
計算アルゴリズムは、起電力に関する信号22と、設定された電流20の周波数のそれぞれについて信号22の成分の絶対値および位相を識別する電流20の信号の同期復調の第1の段階(phase)を提供する。同様に、電流20に比例する電圧信号が増幅され、デジタル化され、デジタル同期プロセッサによって処理される。
用語「フェーザ」は、明確に定義された脈動正弦関数のスタインメッツ変換を表す複素平面内のベクトルとして表現可能な複素数を意味する。
このアルゴリズムはまた、正規化されたおよび無次元化された流れから開始して、受信要素18内の磁場の流れの値を平均外側半径R4、平均内側半径R3および導電率σの関数として計算するのに使用される理想的な理論モデルを定義する第4の段階を提供する。
理想的な流れの第1のより高い周波数F1に対する成分は、測定されている金属プロファイル12の平均外側半径R4を見つける適切な解決(resolution)アルゴリズムを実施する処理ユニット46によって処理される。
有利には、平均外側半径R4の値を知ることにより、外径Dの値も容易に計算することができる。したがって、測定デバイス10は、中実の棒の外径Dを測定するためにも使用することができる。
計算アルゴリズムはまた、セグメント化されたコイル31,31a,31b,31c,31dの各々のヘッドにて誘導された起電力に関連する信号23が、使用された周波数の各々について理想的なモデルに関する正規化された無次元化された流れの値が各信号について得られるまで、受信要素18によって検出された信号22に関して前述した方法と同じ方法で処理される第1の段階を提供する。
まず、平均外側半径R4と内側半径R5、R6、R7、R8との差として、セグメント化されたコイル31a,31b,31c,31dの各々に関する局部壁厚S5、S6、S7、S8が算出される。
最後に、4つの局所壁厚S5、S6、S7、S8から平均壁厚S1を減算することによって、偏心ベクトルの成分を評価し、定義することが可能であり、したがって、前記ベクトルの絶対値および位相を見つけることができる。
いくつかの実施形態によれば、第1の較正レベルは、既知の条件における磁流に関する3つの値を見つけることを提供する。この値は、精度が既知である異なる直径を有する2つの中実の棒を使用して検出することができ、デバイス10に金属プロファイル12が存在しない状態での流れの測定値を検出することができる。いくつかの実施形態によれば、使用される棒の直径は、所与の測定者のために提供される測定フィールドの極値を定義するように選択され、したがって、期待される公称値は、このように定義された範囲に含まれなければならない。例えば、公称外径Dが100mmである場合、較正に使用される棒の直径は、それぞれ80mmと120mmに等しいものであり得る。
したがって、第1の較正レベルは、測定デバイス10の内側には何も存在しない状態で、2つの異なる中実基準棒を使用して、最低周波数F1および最高周波数F2での流れの値を測定することからなる。
Claims (11)
- 管または中実の棒のような金属プロファイル(12)の少なくとも直径(D)および平均厚さ(S1)のうちの少なくとも一方の測定値を得るために、圧延時に、同金属プロファイル(12)の横方向サイズを熱測定するための方法において、前記方法は、
少なくとも2つの周波数(F1,F2)を有する正弦波電流(20)で、互いに対して区別されるとともに空間的に離間している少なくとも2つのセクション(14a,14b,14c,14d)を有する送信要素(14)であって、前記金属プロファイル(12)の公称送り軸(Z)に沿って配置され、前記金属プロファイル(12)の横方向サイズの同じ公称測定にて動作する送信要素(14)に電力を供給することと、
力線の所望のプロファイルを有する電磁場を前記送信要素(14)で発生させることと、
互いに対して区別されるとともに空間的に離間している1つ以上のセクション(18a,18b)を有する受信要素(18)であって、前記公称軸(Z)に沿って、前記送信要素(14)の全体の長手方向バルクに含まれる位置に配置されている受信要素(18)によって、前記送信要素(14)の前記セクション(14a,14b,14c,14d)を前記金属プロファイル(12)が通過することに起因する電磁場の変化に関連する信号(22)を検出することであって、前記送信要素(14)の前記セクション(14a,14b,14c,14d)および前記受信要素(18)のいずれも、前記金属プロファイル(12)の直径よりも大きなサイズの通過孔を画定する断面形状を有し、かつ同送信要素(14)の前記セクション(14a,14b,14c,14d)および同受信要素(18)にて測定が実施されるとともにそれらの内側を前記金属プロファイル(12)が通過する、前記検出することと、
周波数(F1,F2)毎に前記電流(20)の値に関して検出された電磁場の前記流れの値を正規化および無次元化することと、
流れの正規化および無次元化された値に基づく数学的モデルを定義することと、
前記送信要素(14)および前記受信要素(18)の物理的サイズからの前記金属プロファイル(12)の横方向サイズの測定の制約を解除するために、実際の無次元化された値と数学的モデルによって定義された理想的な無次元化された値との間の対応関係を決定するべくホモグラフィック変換を実行することと、
前記金属プロファイル(12)の直径(D)および平均厚さ(S1)のうちの少なくとも一方を計算するためにホモグラフィから得られたデータを処理することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ホモグラフィック変換は、少なくとも前記送信要素(14)および前記受信要素(18)の第1の較正レベルに由来するパラメータに基づいて実行されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の較正レベルは、それぞれが、金属プロファイル(12)が存在しない状態での1つの測定と、中実の棒として存在する2つの金属プロファイル(12)での2つの測定と、である少なくとも3つの電磁反応場の測定を検出することを提供し、少なくとも3つの測定は電流(20)の各周波数(F1,F2)に対して実施されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 少なくとも管状の金属プロファイル(12)の局部厚さ(S2)の測定を行うために、前記受信要素(18)の周囲に配置された円形クラウンを等分することによって得られる確定セクタに対応するセグメント化されたコイル(31,31a,31b,31c,31d)を用いて、前記管状の金属プロファイル(12)の通過に起因する電磁場の変化に関連する信号(23)を検出することが提供されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の較正レベルから得られるパラメータを用いて、正規化、無次元化およびホモグラフィック変換により、前記セグメント化されたコイル(31,31a,31b,31c,31d)で検出された前記信号(23)を処理することが提供されることを特徴とする、請求項2および4、または請求項3および4に記載の方法。
- 前記公称軸(Z)に関する前記金属プロファイル(12)のアラインメントとは無関係に横方向サイズの前記測定が行われるために、前記送信要素(14)および前記受信要素(18)に関する管状の金属プロファイル(12)の位置の補償を行うことが提供されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 位置の前記補償は、少なくとも前記送信要素(14)および前記受信要素(18)の第2の較正レベルから得られる少なくとも1つのパラメータを用いて実行され、前記公称軸(Z)に対して変位している、既知のサイズを有する非偏心金属プロファイル(12)の存在下で反応電磁場の少なくとも1つの測定値を検出することが提供されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記セグメント化されたコイル(31,31a,31b,31c,31d)の各々によって検出された各信号(23)に対して、少なくとも局部壁厚(S5,S6,S7,S8)を決定するために、前記金属プロファイル(12)の偏心の推定を実行することが提供されることを特徴とする、請求項4乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記偏心の推定は、少なくとも前記送信要素(14)および前記受信要素(18)の第3の較正レベルから得られる少なくとも1つのパラメータを用いて実行され、既知の偏心性および既知の方向に配向している既知のサイズを有する管状の金属プロファイル(12)の存在下にて前記反応電磁場の少なくとも1つの測定を検出することが提供されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 圧延時に金属プロファイル(12)の横方向サイズを熱測定するためのデバイスであって、前記デバイスは、互いに対して区別されるとともに空間的に離間している少なくとも2つのセクション(14a,14b,14c,14d)を有する送信要素(14)であって、前記金属プロファイル(12)の公称送り軸(Z)に沿って配置され、前記金属プロファイル(12)の横方向サイズの同じ公称測定で動作し、力線の所望のプロファイルを有する電磁場を発生するように構成されている送信要素(14)と、前記送信要素(14)の全体の長手方向バルクに含まれる位置において公称軸(Z)に沿って配置されるとともに前記金属プロファイル(12)の通過に起因して前記電磁場の変化に関連する信号(22)を検出するように構成されている受信要素(18)と、を含み、前記送信要素の前記セクション(14a,14b,14c,14d)および前記受信要素(18)のいずれも前記金属プロファイル(12)の直径よりも大きなサイズの通過孔を画定する断面形状を有し、かつ同送信要素(14)および同受信要素(18)にて測定が実施されるとともにそれらの内側を前記金属プロファイル(12)が通過することを特徴とするデバイス。
- 前記デバイスは、複数の受信コイル(31,31a,31b,31c,31d)を含み、各々が、前記受信要素(18)の周囲に配置された円形クラウンを等分することによって得られる相対セクタに対応するセグメントとして構成されることを特徴とする、請求項10に記載のデバイス。
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