JP4652336B2 - 連続鋳造される粗金属製品の表面欠陥を検出するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、スラブまたはより一般的には、連続鋳造される粗金属製品、特に鋼材上の表面欠陥の検出に関する。

より正確には、本発明は、互いに向き合い、検査しようとする表面に近接して配置された別個の送信器および受信器を有する渦電流感知器を使用して、連続鋳造をしながら粗金属製品上の表面欠陥を検出することに関する。

仏国特許第８４／１４４３５号明細書が、この形式の「異方性プローブをもつＥＣ（渦電流、ＣｄＦ）センサ」とも呼ばれるセンサについて開示しており、そのプローブは別々の送信コイルおよび受信コイルであり、それらの下側を通過するスラブの運動に直角な向きにある線に沿って互いにある距離を隔てている。したがって、このようなセンサは、検査しようとする製品の表面を横断する長い欠陥の存在によって、生成された渦電流の流れの変化に敏感である。したがって、一方から他方へ延びる欠陥が存在しないときには、送信器の下側に送信器の磁界によって生成される誘導電流が受信器の直下で流れないので、このようなセンサが、横断方向の端部クラックを特に識別することができるようにする。

しかし２つのコイル、つまり送信コイルと受信コイルを分ける距離は構造で決まるので、相応して調整された横方向への増加的移動量をもってセンサを複数回通過させるか、そのアセンブリ全体が問題の領域をカバーするように一連の複数のセンサを横に並べて配置することによってスラブ端部の十分に広い領域がスキャンされなければ短いクラックだけが検出されることになる。

本発明は、位置合わせされ、プログラム化された多重化によって別々に作動させられる要素ミニ・コイル（またはセル）のアレイ（または列）を使用する最近の高速画像技術を利用してこれらの問題を解決することを目指している。この形式の渦電流センサは、多くの技術分野において金属シート、金属プレートおよび金属ストリップの検査のために使用されており、その例は例えば下記の文献に見出すことができる：仏国特許第９３／００９８４号明細書、米国特許第６，３３９，３２７号明細書および米国特許第５，２３７，２７１号明細書。

その起動モードに応じて各セルは、検査しようとする金属製品の表面上に渦電流を発生させる能力をもつかそれを検出する能力をもつ。したがって行内の隣接する第１および第２のセルを、一方に渦電流を生成させ、他方にそれを検出させるように起動させることによってセンサの下に、１つからもう１つに延びるであろう細長い表面欠陥の存在の有る無しを決定することが可能である。起動されたセルの対は、このセルの行に面する金属プレートの全表面を、検査しようとするプレートあるいはセンサを移動させること無くスキャンおよび検査するようにこの制御ステップ１回ごとに列に沿って階段的にセル１つずつオフセットされる。良好な空間解像度を得るようにかつ数ミリメートル程度の欠陥を検出することが可能であるように、セルはその全体形状が正方形であり、そのサイズが数平方ミリメートル程度である。

このようなセンサで検査される金属プレートは、滑らかでなければならず、測定セルは測定しようとするプレートの表面から１．５ミリメートル未満の距離に配置される。センサは、プレートの表面からこのような距離にあって電気伝導の断絶によって明らかになる如何なる表面欠陥をも速やかにまた正確に検出する。しかしこの距離を超えるとこれらセンサは不正確になり使用できない。これら同じセンサを使用して連続鋳造によって直接得られた鉄鋼スラブの表面上のクラックを検出しようとする試みは、出願人の知る限りこれまで失敗に終わっている。これは、スラブの表面が粗く、このスラブが一般的に５５０℃を超える高温であるということが、検査しようとする表面から１．５ｍｍ未満の距離にセンサを長い時間保つことが殆ど不可能であるということを意味するからである。

本発明の目的は、このような不利益を是正して多重化によって起動されるセルの行をもつこれらＥＣセンサをその連続鋳造状態にある粗金属製品上に使用することを可能にすることにある。

したがって本発明の１つの主題は、多重化によって別々に制御される隣接する位置合わせされた測定用セルの行を有する「送信器受信器分離」形の渦電流センサを用いて、検査しようとする製品がセンサに関して移動動作を行う、粗金属製品を連続鋳造しながらその表面欠陥を検出する方法であって、前記センサが行と列に分配された測定用セルのマトリックスを備え、前記マトリックスが、少なくとも各々３つの測定用セルから成る第１および第２の並列の行を少なくとも有し、連続した制御ステップをもって下記のごとき方式で多重化が起動されることを特徴とする方法である：
所与の制御ステップで、各行内の、少なくとも１つの動作していないセルによって互いに分離されている第１および第２のセルが起動され、第１のセルは前記粗金属製品の表面上に渦電流を生成するように起動され、第２のセルは第１のセルによって生成された渦電流を検出するように起動され、表面の渦電流の流れは表面欠陥の存在によって変化させられており、所定の時間間隔で２つの起動されたセルが不作動にされ、前記制御ステップは後続の２つのセルで繰り返され、その後続のセルは、２つの不作動にされたセルに関して同じ行に沿って少なくともセル１つ分オフセットされ、その状況が検査しようとする表面領域がチェックされるまでつづき、
前記制御ステップがセルの第１および第２の行に対して同時に実行され、各行の前記第１のセルが１つの列にだけ属し、各行の前記第２のセルも別の列だけに属し、各行の前記第２のセルは、欠陥が検出されたときに反対の極性の信号を生成するように構成されている。

換言すれば、渦電流を生成するセルは、同じ行内でそれらを検出するセルから少なくとも動作していないセル１個分常に隔てられていなくてはならない。これは、２つの起動されたセルとセルつまり送信セルと受信セルの間の間隔の増加が、対象とする適用に対するセンサの性能を十分なレベルに保ちながら、検査しようとする表面からこれらのセルを隔てる距離を増加させることを可能にすることが見出されたからである。したがってセルをスラブの表面から１．５ミリメートルを超える距離で使用することが可能であり、それによってこれらセンサを使用してスラブの連続鋳造から直接得られる粗金属製品上の表面クラックを検出することが可能になる。

さらにその制御ステップは、２つの隣接する行に同時かつ正確に同じ方式で実施されるが、第２の行内の一対の動作しているセルは、しかし第１の行に対して一対の動作しているセルとは反対の極性の信号を生成するように構成されている。これが、その信号を追加することによって、鋳造スラブの表面上に存在する例えば振動マークから発生する不可避な乱れを取り除くことを可能にし、検査員には背景雑音が最小限である非常に明瞭な欠陥検出信号を配信することを可能にする。

「送信器受信器分離」形の、渦電流によって表面欠陥を検出するためのセンサを備える欠陥検出システムも本発明の主題であり、そのシステムは、少なくとも各々３つの各々隣接し制御可能である測定用セルから成る行を少なくとも２つと、各々が渦電流を生成し検出する能力をもつ前記測定用セルを制御するのに適切な、プログラム可能な多重化制御ユニットを備え、セルのその２つの行が互いに平行に横に並んで配置され、前記制御ユニットがマルチプレクサ制御ユニットであり、行内の、少なくとも１つの動作していない測定用セルによって互いに分離されている第１および第２のセルを起動させる能力があり、同じ方式で但し反対の極性をもって第２の行内の対応する類似のセルを起動させる能力があることを特徴とする。

本発明によるシステムのその他の好ましい特徴によれば、これは、
センサが、前記セルの行が表面と面一にその中に収納されている平坦な基部を備え、前記基部が、検査しようとする表面から少なくとも３ミリメートルの距離に配置されることを意図されていること、
センサが、循環する冷媒で基部を冷却するための回路を含むこと、
および、
冷却回路が、冷媒の循環のための空間を残すように基部に向かって配置されたセラミック板を少なくとも１つ含むこと
を特徴とする。

例証として与えられている説明を読み、添付の一連の図面を参照すれば本発明はより良く理解されるであろうし、その他の態様および利点はより明白になるであろう。

図１は、連続鋳造設備から直接得られる鉄鋼スラブ４の表面欠陥を連続して検出するためのシステム２を示す。スラブ４は、水平面にありこの構成の下に、センサ２の下を遅い前進速度（辛うじて１ｍ／ｍｉｎをわずかに超える）で進む。図１の図を簡単にするためにスラブ４の左側上端部のみが示されている。

スラブ４は、本明細書では連続鋳造中の製品と呼ばれているものである。

検出システム２が配置されるポイントでは、スラブはなお５５０℃を超える温度を有するのが一般的である。センサ２に面する上面は不均一であり、多数の凹凸やモールド振動マーク（ｍｏｌｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｍａｒｋ）または魚鱗状アイランド（ｓｃａｌｅ ｉｓｌａｎｄ）等の局部的な起伏、場合によっては様々な横断方向のクラック、裂け目または刻み目などの検出しようとする長い表面欠陥をも有する。これらの表面欠陥が、スラブ４表面の導電性の局部的な中断をもたらす。この導電性の中断が必ずしもスラブ４表面に欠陥が存在することを意味するものでないことに注意するべきである。ここでは横断方向のクラック６のみが示されている。このクラック６は、スラブ４の移動方向に直角な方向に延びているので横断方向のクラックと呼ばれる。図１でスラブ４の移動方向が矢印Ｆで示されている。

温度が５５０℃を超えるまで上昇する環境で検出システム２を設置しやすくするためにシステムは可動部品を有せず、スラブ４のみがその下を並進して移動方向Ｆに移動する。

システム２はセンサ１０、センサを制御するための制御ユニット１２、および冷媒送出ポンプ１４を備える。センサ１０は、渦電流を用いてスラブ４表面上の導電性欠陥を検出する能力を有する。このようなセンサの動作原理は知られているのでここでは詳細には説明しない。読者は、例えば欧州特許出願第０ １９５ ７９４号明細書を参照して、このようなセンサの動作原理に関するさらなる情報を得ることができる。

ここではセンサ１０は、長方形の平行管状になっており移動方向Ｆに直角に向けられた形状を有し、その１面（測定用セルがその表面に面一であるので「動作面」と呼ぶ）がスラブ４の表面と平行に配置されている。このセンサ１０は、移動する製品がわずかにその移動方向から側方向に外れても常に最も外側の端部を検査することができるように動作面がスラブ４の端部に「跨って」配置される。

図２に示されているように、センサ２０の動作面は、その中に測定用セル２１が収納される基部２０で形成される。

このベース２０の下側表面が図３に示されている。このベース２０は例証として全て互いに同一である測定用のセル２１から成る同一の行２２および２４を有する。これら２つの行は、センサ１０の長手方向で互いに平行に配置されている。これらの行２２および２４は、互いにできるだけ近接して配置されており、それによってこれらのそれぞれのセルは互いに沿って配置され、少なくとも１側部で互いに接触している。

図を簡単にするために、各行には測定用セル２１が６個だけが示されている。実際には、行は３２個までのまたはそれを超える数のセルを備えることもある。ここでは行２２のセルが、底部から始まり上方に向かって順番にそれぞれ参照符号Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７、Ｃ９およびＣ１１によって表示されている。同様に行２４のセルが、底部から始まり上方に順番にそれぞれ参照符号Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０およびＣ１２によって表示されている。

各測定用セル２１は、ユニット１２の制御の下に発信セルまたは受信セルとして構成されるのに適している。

セル２１が送信セルとして構成されるときには、このセルはスラブ４表面に渦電流を生ずる能力を有する。このために各セルはＡＣ電流を供給されるコイル２６を備える。このコイル２６の軸は、センサ１０の動作面に対して直角である。

セルが受信セルとして構成されるときこのセルは、送信セルによって生成された渦電流が、１つのセルから他方のセルへ伝播している表面欠陥によって受信セルに向かって逸らされる場合、その場合に限って前記欧州特許出願第０ １９５ ７９４号明細書に説明された原理によってスラブ４表面に存在する渦電流を検出する能力を有する。このためにコイル２６は電磁界を検出するのに使用される閉電気回路を形成する。

既に示したように、行２２および２４の隣接するセルは、振動マークのようなスラブ４表面の不均一に起因する計測または検出誤りを排除するように２つの行での１つのもう１つに関する差動モードで連結されることも可能である。より正確には、各行２２および２４の受信セルとして構成されたセルは、表面欠陥を検出するための、反対の極性の信号を生成する能力を有する。この結果、行２２のある受信セルが不良を検出すると、そのセルは例えば正の極性の信号を生成し、他方では行２４の対応する受信セルが同じ欠陥を検出すると負の極性の検出信号を生成する。

ここではセル２１は隔てられるようにされており、隣接セルのコイル２６は、０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍの端部〜端部間隙間Ｘによって分離されているのが一般的である。様々なコイル２６のこの近接によって、行２２および２４の全長にわたるスラブ表面のほぼ区切りのない走査および検査を保証することが可能になっている。

センサの総体的な感度領域を最大化するためにセル２１は、それらの内部コイル２６と同様に形が正方形である。さらにその長さが４ミリメートルを超えることはほとんどない表面欠陥またはクラックを検出するためにこれらコイルは各々４×４ｍｍ^２の正方形の断面を有する。

基部２０を熱から保護するためにセンサ１０にはベース２０を冷却するための装置３０（図２）が装備されている。この装置３０は冷媒を循環させるための回路３２を含む。この回路３２は、センサ１０の垂直壁３６に沿って下降し基部２０の下を通過しセンサ１０のもう１つの垂直壁３８に沿って上昇し戻ってくる。基部２０の下を通過する回路３２の部分を設けるために装置３０は、測定用セルを保護するように基部２０に面しかつ平行に配置された長方形のプレート４０を含む。このプレートは、様々な測定用セルのコイル２６によって生成され受け取られる電磁波にとって透過性であるように例えばセラミックでできている。このプレート４０は、例えば基部２０の表面から約１ミリメートルに配置される。それはその長端部に沿って固定されている２つの水平な脚部４２および４４によって定位置に保たれる。脚部４２および４４はスラブ４の表面にわたって滑るように、またランナとして動作するようにされている。これら脚部４２および４４各々は垂直な金属プレート４６および４８それぞれと一体になっている。

プレート４６および４８はセンサ１０の壁部３６および３８に沿って横たわっている。それらは、回路３２の通過のための空間を残すように垂直壁３６および３８から空間をもって隔てられている。熱に耐えるように脚部４２および４４ならびにプレート４６および４８は例えばステンレス鋼でできている。脚部４２および４４の厚さ、プレート４０の厚さおよび回路３２の基部２０下での厚さは、スラブ４の上側表面から基部２０を隔てている高さＨが３ミリメートル以上、好ましくは４ミリメートルより大きくなるように選定される。

回路３２内に示されている矢印は、冷媒の循環方向を示す。ここでは冷媒は水である。回路３２の各終端部は、冷媒を回路３２内に循環させるのに適切なポンプ１４に連結されている。

制御ユニット１２は基部２０のセルの各々を個別に制御する能力を有するマルチプレクサである。この制御ユニットは、例えば図４に示す方法を実施するための命令を有するメモリ５０と連合した従来形のプログラム可能な電子計算機で構成されている。

ここでシステムの動作を、図４に示された方法に関連して説明する。システム２の動作中スラブ４はセンサ１０の下を矢印Ｆの方向に平らに移動する。ここで端部クラック６が基部２０の下で発生すると、行２４のセルの１つがこのクラックを検出し、対応する信号を生成する。次いでクラック６は、他方の行２２のセルの少なくとも１つによって検出され、そのセルも対応する信号を、しかし反対の極性の信号を生成する。

マルチプレクサ１２によって起動されたセンサ１０の動作はいくつかのタイムスロットに分けられ、各タイムスロットは予め決められた時間間隔に対応している。各タイムスロットでは、行２２の一対のセルだけおよび行２４の一対のセルが起動されるが、行２２および行２４のその他のセルは全て不作動である。不作動状態ではセルのコイル２６はオープン・コイルである。これが様々なセルのコイル２６間の混信の問題を防止する。

より正確には、センサ１０がスラブ４の表面から３ミリメートルを超える点で確実に動作することができるために制御ユニット１２は下記のように動作する。第１のタイムスロットでユニット１２は、ステップ６０の間にセルＣ１およびＣ２を、それらにスラブ４の上側表面で渦電流を生成させるために送信セルとして構成する。同時にユニット１２は、セルＣ５およびＣ６を、それらがスラブ４の表面で渦電流を検出するように構成する。この様にセンサ１０を制御することによって送信セルおよび受信セルは、動作していないセル、この場合はセルＣ３およびＣ４によって互いに隔てられる。したがって第１のタイムスロットの間、送信と受信セル間の端部〜端部間間隔は４ミリメートルより大きい。

そこに基部２０が配置されることもある、スラブ４の表面からの高さは、送信セルと受信セル間の端部〜端部間間隔に比例して増加することが経験的に知られている。したがってステップ６０の間に少なくとも４ミリメートルの送信と受信セル間間隔を設けることによって、センサ１０の動作は、センサが欠陥を検出することを求められる表面から約３ミリメートルに配置されても低下することはない。

次いで後続の第２のタイムスロットで、ユニット１２は、ステップ６２の間にセルＣ３およびＣ４ならびにＣ７およびＣ８を構成し、それによってＣ３およびＣ４が同時に送信セルとして動作し、その一方でＣ７およびＣ８は同時に受信セルとして動作する。同時にその他のセル、特に以前に起動されたセルつまりセルＣ１、Ｃ２、Ｃ５およびＣ６は不動作にされる。

次の第３のタイムスロットで、起動されたセルを１セル分上側にシフトするがその間、ステップ６４の間にステップ６２が繰り返される。その結果このステップ６４の間、送信セルとして動作するのはセルＣ５およびＣ６であり、受信セルとして動作するのはセルＣ９およびＣ１０である。

次のタイムスロットでユニット１２は、起動されたセルがＣ７、Ｃ８、Ｃ１１およびＣ１２であることを除き前のステップと同一であるステップ６６に進む。手順は次いでステップ６０に戻る。

システム２が動作している限りステップ６０、６２、６４および６６が繰り返される。したがって各ステップ６０、６２、６４および６６の間に起動されたセルを１セル分シフトすることによって基部２０に面するスラブの全表面部分を高い解像度をもって走査することができることが見出されるが、これはセルの断面が４ｍｍ^２程度であり、かつそれによってセンサ１０を動かさないからである。

したがってこのような制御方法は、高解像度をもってセンサの長さ分の幅だけ表面上の欠陥を検出することならびにセンサの下で１回の通過期間中にそうすることを可能にする。システム２の他の利点は、それが基部２０の位置に対するスラブ４の端部の位置に敏感ではないことである。換言すればベース２０の測定用セルでスラブの表面の外側にあるもの、つまりスラブ４の上側端部を越えるものはセンサ１０の動作を妨げることが一切なく、したがってスラブ４をこのセンサ１０に対して正確に位置づける必要はない。

システム２の動作が、各タイムスロットの期間中送信と受信セルが動作していないセル１個のみによって隔てられている特定の事例で説明されてきた。送信と受信セル間の間隔を広げ、したがって変形形態としてセンサ１０をスラブ表面からさらに大きい距離Ｈに配置する可能性を与えるように、任意の行にある送信と受信セルは互いに１つ、２つ、３つ、４つまたは５つの動作していないセルによって隔てられることもある。

さらに設けるセルの行の数を２よりも大きくして装置の検出能力を増加することが可能である。

セルの行は隣接しあう必要もない。それらの間に隙間が設けられてもよい。

システム２は、温度が５５０℃を超えることもある環境にそれが配置される特定の事例で説明されてきた。同じシステムが、スラブを室温で検査するために使用されてもよいことは勿論である。この変形形態では基部を冷却するための装置３０は不要であり、省略されてもよい。

システム２はコイルが１６ｍｍ^２の断面を有する特定の事例で説明されてきた。変形形態として、また検出しようとする欠陥の長さに依存して各コイルは、長形のあるいはより正確には長方形の、その短辺および長辺が２と１０ｍｍの間の長さを有する断面を有することもある。

本発明による検出システムの概略図である。 図１のシステムを使用する表面欠陥を検出するための渦電流センサの断面の垂直断面図である。 図２のセンサの動作している部分の概略図である。 本発明による表面欠陥検出方法の流れ図である。

Claims (7)

1. 多重化によって別々に制御される、隣接する位置合わせされた測定用セルの行を有する「送信器受信器分離」形の渦電流センサを用いて、検査しようとする金属製品がセンサに関して移動動作を行う、金属製品を連続鋳造しながらその表面欠陥を検出する方法であって、前記センサが行と列に分配された測定用セルのマトリックスを備え、前記マトリックスが、少なくとも各々３つの測定用セル（Ｃ１〜Ｃ１２）から成る第１および第２の並列の行（２２、２４）を少なくとも有し、多重化が、連続した制御ステップをもって、
   所与の制御ステップ（６０、６２、６４、６６）で、各行内の、少なくとも１つの動作していないセルによって互いに分離されている第１および第２のセルが起動され、第１のセルは前記金属製品の表面上に渦電流を生成するように起動され、第２のセルは第１のセルによって生成された渦電流を検出するように起動され、表面の渦電流の流れは表面欠陥の存在によって変化させられており、所定の時間間隔で２つの、第１のセルおよび第２のセルが不作動にされ、前記制御ステップは、２つの他の第１のセルおよび第２のセルで繰り返され、前記他の第１のセルおよび第２のセルは、それぞれ、前記制御ステップの前の繰り返しの２つの第１のセルおよび第２のセルに関して同じ行に沿って少なくともセル１つ分オフセットされ、その状況が検査しようとする表面領域がチェックされるまで続き、
   前記所与の制御ステップ（６０、６２、６４、６６）がセルの第１（２２）および第２（２４）の行に対して同時に実行され、各行の前記第１のセルが１つの列にだけ属し、各行の前記第２のセルも別の列だけに属し、各行の前記第２のセルは、欠陥が検出されたときに反対の極性の信号を生成するように構成されている、
   ような方式で起動されることを特徴とする方法。
2. 行と列とに分布された測定用セルのマトリックスを備えた「送信器受信器分離」形の、表面欠陥を渦電流によって検出するためのセンサ（１０）と、前記測定用セルを制御するのに適切なセンサを多重化によって制御するためのユニット（１２）とを備え、前記マトリックスが、少なくとも各々３つの隣接し制御可能な測定用セル（Ｃ１〜Ｃ１２）から成る第１および第２の並列の行（２２、２４）を少なくとも有し、
   各測定用セルが、検査しようとする金属製品の表面に渦電流を生成する送信器、または前記表面で渦電流を検出する受信器のいずれかとして、作動することができ、金属製品を連続鋳造しながらその表面欠陥を検出するシステムであって、マルチプレクサを伴う制御ユニット（１２）が、
   少なくとも１つの動作していない測定用セルによって互いに隔てられている各行内の第１および第２のセルであって、第１のセルが、前記金属製品の表面上に渦電流を生成するように起動され、第２のセルが、第１のセルによって生成され、電流の流れが表面欠陥の存在により前記表面上で改変された渦電流を検出するように起動されるセルと、
   第１の行のセルと同じ方式で、第２の行のセルと
   を制御する能力を有することを特徴とするシステム。
3. センサ（１０）が、内部に少なくとも３つの位置合わせされた行が収納された基部（２０）を含み、基部（２０）が、表面欠陥が検出されなければならない表面から少なくとも３ミリメートルの距離に配置されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. システムが、基部（２０）を冷却するための装置（３０）を含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 冷却装置（３０）が、冷媒を基部（２０）に沿って循環させるための回路を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 冷却装置（３０）が、冷媒循環回路のための空間を残すように基部（２０）に面して配置されたセラミックプレート（４０）を少なくとも１枚含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 第１の行（２２）の各セルが、第２の行（２４）のセルに隣接しており、第２の行の隣接するセルによって発せられる信号と反対の極性の信号を発するように構成されることができ、制御ユニット（１２）が、第１および第２の行の第２のセルが反対の極性の信号を発するように第１および第２の行の第２のセルを構成するのに適していることを特徴とする請求項２に記載のシステム。

Images