JP7228323B2 - 対象物を検出するための機器および方法 - Google Patents

Description

本発明は、運搬装置を用いて機器の測定領域を通って運ばれる対象物を検出するための機器であって、対象物の外部輪郭の上にギガヘルツまたはテラヘルツの範囲の周波数を伴う測定放射を放出するための伝送装置と、対象物により反射された測定放射を受信するための受信装置とを備える機器に関する。本発明はまた、対応方法に関する。

たとえば、そのような機器を用いて管の直径を決定することができる。ギガヘルツまたはテラヘルツの範囲において測定放射を放出する伝送装置が知られている。そのような測定放射は、蒸気などに伴って発生する可能性のあるような障害の影響をほとんど受けない。伝送装置から放出された測定放射は、管によって反射され、受信装置に戻る。評価装置は、たとえば伝播遅延測定によって、伝送および受信装置から管までの距離を測定することができる。たとえば、そのような測定が管の異なる側で行われる場合、直径をこの方法で決定することができる。管の外周の全面にわたり分布する多数の測定点にわたって測定することにより、たとえば楕円形などの外側輪郭を検出することもできる。

管を製造する場合、必要に応じて製造パラメータに早期に介入し、不良品を防止することができるように、管がまだ形成されている間、または管が最終的に形成された後できるだけ早く外側輪郭を測定することが一般的に望ましい。たとえば、圧延手段を用いて金属管を製造する場合には、水によってローラーを冷却することで重い蒸気が発生することになる。また金属粉塵、シンダーなどの汚染粒子は、この環境でしばしば見られる。特にプラスチック管を製造する場合、金属製の較正スリーブとして知られているものを使用することができ、この時点ではまだ柔らかいプラスチック管に対して、たとえば真空をかけて吸引する、その結果最終形状を得ることができる。ここでも水を用いた冷却が行われることにより、またかなりの蒸気が発生することになる。光学測定装置は、そのような測定環境においてかなり困難である。

そのような測定環境で測定対象物を測定する場合、汚染粒子による測定結果の障害は、テラヘルツまたはギガヘルツの放射線を使用する場合にも問題となる。また説明した劣悪な測定環境での伝送および受信装置は、高温にさらされることにより、それに対応して障害または損傷が発生する可能性がある。一方、この問題を回避するために、測定環境がそれほど重要ではない場合後の時点で外側輪郭が検出されると、製造パラメータから好ましくない逸脱が発生した場合に、かなりの量の不良品が生じる。

また、たとえば厚板、熱いストリッププレート、または冷たいストリッププレートを製造または加工するとき、厚さ、幅、平面度および／または表面状態を測定し、評価することもしばしば望まれる。この場合、測定対象の製品の下に伝送および受信装置を配列することもしばしば必要である。伝送および受信装置は、その後次々にかなりの汚染リスクにさらされることになる。

説明した先行技術から出発して、本発明の目的は、説明したような劣悪な測定環境においても信頼性の高い測定結果を提供し、したがって、検出すべき対象物を製造するとき不良品の量を最小限に抑える、冒頭で述べたタイプの機器および方法を提供することである。

本発明は、独立請求項１および９を通して目的を達成する。有利な実施形態は、従属請求項、説明および図に開示されている。

本発明は、冒頭に述べたタイプの機器において、一方の側にある伝送装置および／または受信装置と、他方の側にある測定領域との間に測定放射に対して透明な、ガスに対して透過性である保護メッシュを配置することにより目的を達成する。

検出すべき対象物は、測定中に本発明による機器の測定領域を通って搬送される。この目的のために、機器は、それに対応する搬送装置を備える。対象物は、たとえば、管のようなストランド形状の対象物であってもよく、特に、鋼のような金属管、またはプラスチックまたはガラス製の管のようなストランド形状の対象物でも可能である。また、検出すべき対象物は、基本的に平面である対象物、たとえばプレート、特に厚板、熱いストリッププレート、または冷たいストリッププレートでも可能である。本発明はまた、本発明による機器と、検出すべき対象物とを備えるシステムに関する。この場合、機器の少なくとも１つの伝送装置および／または少なくとも１つの受信装置を、検出すべき対象物の下に配列することができる。材料によっては、検出すべき対象物は、測定中に非常に高温になる恐れがあり、たとえば、鋼管は１０００℃以上の温度を有し、ガラス管は２０００℃以上の温度を有する恐れがある。

対象物を検出するために、伝送装置は、ギガヘルツまたはテラヘルツの範囲の周波数を有する電磁測定放射を放出する。伝送装置は、たとえば０．００１テラヘルツから６テラヘルツの範囲の周波数、好ましくは０．０２テラヘルツから３ラヘルツの範囲の周波数の測定放射を放出することができる。特に、測定放射は、電波を放出することができる。そのような測定放射は、蒸気などによる測定経路の汚染による障害の影響をほとんど受けないため、劣悪な環境における測定に特に適している。測定放射は、対象物の外側輪郭に当たって反射し、それを測定結果として検出する受信装置に到達する。これに基づいて、伝送および受信装置から対象物までの距離を、たとえば伝播遅延測定に基づいて、それ自体公知の方法で決定することができる。これにより、たとえば対象物の直径および／または壁厚および／または外側輪郭を決定することが可能となり、特に対象物の外周にわたって分布する多数の測定位置が測定される場合に、対象物の直径および／または壁厚および／または外側輪郭を決定することが可能となる。たとえば、平面状の対象物の場合、その幅、平面性および／または表面状態、または、異なる側面に多数の伝送および受信装置を備えることにより、その厚さを測定することができる。このようにして、たとえば、所定の形状、たとえば円形の断面形状、特に卵形、または所定の厚さまたは平面性からの外側輪郭の逸脱を検出することができる。これに基づいて、対象物の製造パラメータにおける制御介入を行うことができる。

本発明によれば、一方の側にある伝送装置および／または受信装置と、他方の側にある測定中に検出すべき対象物が位置する測定領域との間に保護メッシュが配置されている。保護メッシュは、測定放射に対して少なくともほぼ透明である。保護メッシュの格子定数は、測定放射の波長よりもかなり小さくすることができる。また保護メッシュが、測定放射の一部を吸収することも可能である。しかしながら、特に測定放射の重要な部分は、保護メッシュを通過するので、可能な限り高い振幅が本発明による測定に利用可能である。もちろん、保護メッシュはまた、測定放射に対して完全に透明でもあり得る。さらに、保護メッシュはまた、ガス、特に空気に対して透過性である。伝送装置および受信装置を、基本的に同じ位置または互いに直接隣接して配置することができる。そのとき共通の保護メッシュは、伝送装置および受信装置の両方を保護することができる。しかしながら、伝送装置および受信装置を異なる場所に配置することも考えられる。また、多数の、たとえば２つの保護メッシュを備えることも可能であり、そのうちの１つが伝送装置を保護し、１つが受信装置を保護する。

本発明によって提供される保護メッシュは、汚染粒子、水などの冷却液、または有害ガスから伝送装置および受信装置を保護する。特に、保護メッシュは、このような障害成分が測定センサの領域、すなわち伝送装置および受信装置に侵入することを防止する。さらに、保護メッシュはまた、測定センサから熱放射を分散させる。これにより、測定センサを高温から保護する。保護メッシュの格子の結果として、ガス、特に空気が通過して流れることが可能な定義された開口部を有する。ガスや空気の透過性により、保護メッシュは、通常の空気交換でさえも汚染粒子を除去する。好都合にも、この空気交換によって、すでに伝送装置および受信装置が冷却されるようになる。さらに、保護メッシュのガス透過性の設計によって、以下でより詳細に説明するように、特にフラッシングによって、保護メッシュを汚染物質のない状態に特に確実に保つことを可能にする。これは、冒頭で説明した劣悪な環境において特に重要である。本発明による機器は、劣悪な測定環境であっても信頼性の高い方法で確実な測定結果を提供することを可能にし、不良品を最小限に抑えることができる。

特に実用的な実施形態によれば、伝送装置および受信装置は、トランシーバにより形成されることができる。そのようなトランシーバは、伝送および受信装置を結合し、その後、実質的に同じ場所に配置する。

別の実施形態によれば、保護メッシュは、ガラス繊維織物により形成されることができる。ガラス繊維織物は、本発明による目的に特に適している。一方では、ガスが良好に透過することができ、特に電波に対して透明である。他方では、汚染物質や熱に対する耐性が高い。しかしながら、原理的には、他の素材、たとえばセラミックフィルター素材または類似の素材も考えられる。

別の実施形態によれば、伝送装置および受信装置は、筐体内に配列され、保護メッシュは、測定領域に面した筐体開口部を閉じることが可能である。そのような筐体は、環境に起因する障害の影響から特に安全な保護を達成する。筐体を、特に保護メッシュとフラッシングガスに具備されてもよい入口とを除いて、閉じることが可能である。

本発明による機器はまた、フラッシングガスで保護メッシュを洗い流すためのフラッシング装置を備えることも可能である。特に簡単な態様では、フラッシングガスとしてフラッシング空気を考慮することができる。フラッシング装置は、筐体内にわずかな過圧を維持することができ、汚染物質が侵入する危険性をさらに低減させる。フラッシングガスは、フラッシング装置によって筐体内に導入される。その後、フラッシングガスは、特にガス透過性の保護メッシュを通って流れ、たとえば環境の中に漏れる。その結果、保護メッシュの領域内に集まっている汚染粒子または同様のものも搬送され、したがって保護メッシュは、測定のために清浄される。さらに、フラッシングは、伝送装置および受信装置をさらに冷却する。

別の実施形態によれば、フラッシング装置は、測定前、測定中および／または測定後にフラッシングガスで保護メッシュを連続的に洗い流すように設計されることが可能である。これにより、保護メッシュは常に確実に
汚染物質がないように保たれる。

さらにまたは代替的に、フラッシング装置は、測定前、測定中および／または測定後にフラッシングガスで保護メッシュを間欠的に洗い流すように設計されることも可能である。間欠的なフラッシング、特に連続的なフラッシングと比較してかなり高いガス圧力によるフラッシングは、より頑固なまたはより大きなメッシュの汚染物質を確実に放出することができる。間欠的なフラッシングは、たとえば、定義された時間間隔で、または機器の測定結果とは関係なく行うことができる。

本発明による機器はまた、受信装置からの測定値が適用され、測定値に基づいて対象物の直径および／または壁厚および／または外側輪郭を決定するように設計された評価装置を備えることも可能である。これは、伝播遅延測定を使用してそれ自体公知の方法で評価装置によって行うことができる。そのような評価は、当業者には原則として知られており、詳細には記載されない。

本発明による機器はまた、受信装置からの測定値および／または評価装置からの評価データが適用され、受信装置からの測定値および／または評価装置からの評価データに基づいて、対象物を製造するためのプロセスを制御および／または規制するように設計された制御および／または規制装置を備えることも可能である。

別の関連する実施形態によれば、評価装置は、受信装置が測定する放射強度が変化したとき、フラッシング装置を活動化させて、間欠的におよび／または連続的に保護メッシュをフラッシングガスで洗い流すように設計されることが可能である。保護メッシュが汚染されていると、透過性が低下および／または測定放射の吸収が増加することになり得る。また、保護メッシュからの測定放射の反射が増加し、その結果、たとえば金属塵または水による放射線エコーの強度が増大する可能性がある。そのような影響を、受信装置が受信する放射強度の変化、特に、測定値の全てにわたる放射強度の変化、または測定領域に位置する対象物がない場合の放射強度の変化に基づいて検出することができる。これは、特に、測定領域に測定対象物がない場合の測定値の変化を評価装置が観測することができるため、対象物による障害が存在しないことを意味する。したがって、測定された放射強度の変化は、原因に応じた放射強度の増大または低減であり得る。たとえば、許容される強度範囲のためのルートを評価のために定義することができる。これから外れた場合、評価装置は、フラッシング装置を活動化させて、間欠的および／または連続的に保護メッシュをフラッシングガスで洗い流す。したがって、この実施形態は、特に保護メッシュを必要に応じて洗い流すことによって洗浄することができるように測定センサ自体が保護メッシュの汚染を検出することができるという事実を好都合な方法で利用している。

別の実施形態によれば、一方の側にある伝送装置および／または受信装置と他方の側にある測定領域との間に、測定放射を偏向させる反射板を配列することができる。そのような反射板により、検出すべき対象物のある測定領域に対する伝送装置および受信装置の配置に関して、より大きな柔軟性を有することが可能となる。これにより、伝送装置および受信装置の保護が向上することになる。そしてこれにより、たとえば、対象物の下に配列する必要があった伝送装置および受信装置を配列することなく、対象物を下から測定することが可能になる。たとえば、測定放射を反射板によって約９０°偏向させることができる。

別の関連する実施形態によれば、反射板を、保護メッシュおよび測定領域との間に配列することができる。これにより、対象物を下から測定することが可能となり、保護メッシュを対象物の下に配列する必要もない。この場合、反射板を測定領域の下に配列して下から測定を行う場合でも、検出対象物に由来する汚染物質が保護メッシュで落ちるように保護メッシュを配置することができる。また、対象物の外周にわたって配置された反射板および保護メッシュ、ならびに伝送および受信装置をさらに備えることも考えられ、たとえば、測定領域の上に配置された保護メッシュを、検出すべき対象物に由来する強く加熱された上昇空気が保護メッシュを通過するように配置することができる。特に、（複数の）保護メッシュを、この場合、測定面に対して垂直に、または汚染物質の落下面に対して平行に、および／または熱気の上昇面に対して平行に配置することができる。前述の実施形態では、反射板は、汚染物質の増加にさらされてもよい。しかしながら、特に、ここで議論される測定放射のための反射器は、この点で比較的影響を受けない。もちろん、反射器を汚染物質から保護するためにも、反射器と測定対象物の測定領域との間に保護メッシュを配置することも代替的に可能である。

すでに説明したように、本発明によれば、検出すべき対象物は、たとえば、ストランド形状の対象物であってもよく、特に金属管、特に鋼管、またはプラスチック管またはガラス管のような管形状対象物、ならびに基本的に平面である対象物、たとえばプレート、特に厚板、熱いストリッププレート、または冷たいストリッププレートが可能である。この場合、機器を、対象物がまだ形成されている間、または対象物の最終的な形状を決定する製造ラインの直後、特に製造ラインのような下流にある冷却ラインにおいて、検出すべき対象物を検出するように設計することが可能である。この目的のために、機器を、対象物を製造するための設備の製造ラインおよび／または冷却ライン上に対応して配置することが可能である。この点において、本発明はまた、対象物を製造するための設備の製造ラインおよび／または冷却ラインと、本発明による機器とを備えるシステムに関する。説明したように、特に劣悪な測定環境における測定の場合には、汚染物質の危険性が高く、非常に高い温度が想定され得る。また、そのような冷却領域の領域では、冷却液として使用される水の飛散による問題も想定され得る。本発明による機器は、そのような用途に特に適している。

これに対応して、本発明はまた、本発明による機器を使用して対象物を検出するための方法に関する。本発明による方法では、対象物の直径および／または壁厚および／または外側輪郭を、それに対応して、受信装置からの測定値に基づいて決定することが可能である。さらに、対象物を製造するためのプロセスは、受信装置からの測定値に基づいて、および／または対象物の直径および／または壁厚および／または外側輪郭について決定された値に基づいて、制御および／または規制することができる。該方法において、対象物を、対象物がまだ形成されている間、または最終成形後できるだけ早く、対象物の製造ラインの領域内で検出することができる。製造ラインは、それによって対象物にその最終的な形状を与える。そのような測定の間、たとえば金属管は、まだ１０００℃を超える温度を有し、したがってまだ光っている可能性がある。たとえば、ガラス管は、まだ２０００℃以上の温度を有する可能性がある。また、この領域では、金属塵および灰が発生し得る。特に、プラスチック管を製造する場合には、金属製の較正スリーブを具備することもでき、この場合、現時点ではまだ形状を保っているプラスチック管は、その最終形状を形成するために、たとえば真空を適用することによって、説明したように吸引される。そのような較正スリーブを、対象物を冷却するための冷却タンクの領域に配置することができる。冷却水のような冷却液を、対象物を冷却するための冷却タンクに注入することができる。本発明による測定はまた、そのような較正スリーブまたはそのような冷却タンクの領域内で行われることが可能である。この目的のために、較正スリーブおよび／または冷却タンクは、１つ以上の関連する測定開口部を備えることができる。

さらに本発明によれば、すでに説明したように、少なくとも１つの伝送装置および／または少なくとも１つの受信装置を、測定中に対象物の下に配置することができる。

本発明の例示的な実施形態は、図面を参照してより詳しく説明される。

第１の実施形態によって本発明による機器を断面図で示す。 図１の機器を正面図でします。そして 第２の実施形態によって本発明による機器を断面図で示す。

特に明記しない限り、同一の参照番号は、図中の同一の対象を示す。

図１に示す、本発明による機器は、矢印１４に沿ってフラッシングガス用供給源１２を伴う、いくつかの部分で示される筐体１０を有する。たとえば、フラッシングガスとしてフラッシングエアを使用することができる。筐体１０は保持部分１１で保持される。機器はまた、筐体１０の中に一体化されたトランシーバ１６を備え、このトランシーバは、測定放射を放出するための伝送装置および測定放射を受信するための受信装置を形成する。図示する例では、トランシーバ１６は、たとえばテフロン（登録商標）から形成することができる、双曲面として設計されたアンテナ１８を有する。機器はまた、受信装置から得られる測定結果を適用する評価装置２０を備える。

筐体１０はまた、図示する例では円形の、保護メッシュ２４を具備する筐体開口部２２を有する。保護メッシュ２４は、たとえばガラス繊維保護メッシュとすることができる。機器が検出すべき対象物２６を、すなわち、図示する例では詳細には鋼管である金属管またはプラスチック管などの管形状対象物２６を、測定領域内に配置する。管形状対象物２６を、図１で機器の測定領域を通る、管形状対象物２６の長手方向の軸に沿って、機器の運搬装置を用いて図の平面の中に垂直に運ぶことができる。トランシーバ１６の伝送装置は、図１で矢印２８により例示するように、保護メッシュ２４を通して管形状対象物２６の外部輪郭の上に電磁測定放射を放出し、電磁放射は、管形状対象物２６の外部輪郭からトランシーバ１６に、したがって受信装置に戻して反射される。これに基づき、評価装置２０は、伝播遅延測定からトランシーバ１６と管形状対象物２６の外部輪郭との間の距離を確認することができ、したがって、それ自体が公知であるように、他の測定変数を推論することができる。詳細にはそれに応じて、対象物２６の外周の全面にわたり分布した多数の位置で距離を測定して、管形状対象物２６の直径および／または壁厚および／または外部輪郭を決定することができる。

フラッシング装置３０を提供して、測定中に矢印１４に対応する供給源１２を介して筐体１０にフラッシングガスを供給する。図１で矢印３２により例示するように、供給されたフラッシングガスは、この場合も保護メッシュ２４を通して外側の環境の中に漏れる。これにより、保護メッシュ２４はどんな汚染物質もないように保たれる。フラッシングガスは、測定前、測定中、および／または測定後にフラッシング装置３０により連続的または間欠的に導入することができる。たとえば、トランシーバ１６の受信装置が受信する放射強度を、対象物２６を測定領内に配列して、または配列することなく、評価装置２０により一定間隔で確認することができる。この放射強度が、放射強度の増大によるにせよ低減によるにせよ、すでに確立された許容できるルートの外側に移動する場合、評価装置２０は、たとえばフラッシング装置３０を活動化して、間欠的フラッシングを遂行することができる。

図１および図２による代表的実施形態に大部分は対応する、本発明の第２の代表的実施形態を図３に示す。この場合も詳細には検出すべき管形状対象物２６を、図１による表現に対して図３では９０°だけ回転して示す。対象物２６は、この場合も測定領域を通る、対象物２６の長手方向の軸に沿って運ぶことができる。図１および図２による代表的実施形態とは対照的に、図３による代表的実施形態では、トランシーバ１６と検出すべき対象物２６を伴う測定領域の間に反射鏡３４を配列し、この反射鏡は、図示する例では、図３で矢印２８により例示するように、測定放射を基本的には垂直に偏向させる。図３に示す例では、保護メッシュ２４と測定すべき対象物２６を伴う測定領域の間に反射鏡３４を配置する。この手法では、詳細には汚染物質から保護メッシュ２４を安全に保護することができる。当然のことながら、代わりに、図３に示す代表的実施形態では、たとえば反射鏡３４を保護するために、反射鏡３４と検出すべき対象物２６を伴う測定領域の間に保護メッシュ２４を配置することもまた考えられる。さらにまた、対象物２６の外周の全面にわたって分散して追加トランシーバ１６を配列することができ、そこでは、いずれの場合にも保護メッシュおよび反射鏡を提供することができる。この場合、汚染物質および／または熱風が離れる、または通過するように、保護メッシュをそれぞれ配列することができる。

本発明について、管形状対象物２６の測定例に基づき図で説明してきたが、対象物はまた、基本的に平面内に置かれている対象物、たとえば平板、詳細には厚板、熱いストリッププレート、または冷たいストリッププレートとすることができる。さらにまた、測定中に少なくとも１つの伝送装置および／または少なくとも１つの受信装置を対象物の下に配列することができる。

１０ 筐体
１２ 供給源
１４ 矢印
１６ トランシーバ
１８ アンテナ
２０ 評価装置
２２ 筐体開口部
２４ 保護メッシュ
２６ 対象物
２８ 矢印
３０ フラッシング装置
３２ 矢印
３４ 反射鏡

Claims (11)

1. 運搬装置を用いて機器の測定領域を通って運ばれる対象物（２６）を検出するための機器であって、前記対象物（２６）の外部輪郭の上にギガヘルツまたはテラヘルツの範囲の周波数を伴う測定放射を放出するための伝送装置と、前記対象物（２６）により反射された前記測定放射を受信するための受信装置とを備え、前記測定放射に対して透明な、ガスに対して透過性の保護メッシュ（２４）は、一方の側にある伝送装置および／または受信装置と、他方の側にある測定領域との間に配置され、フラッシング装置（３０）を提供して、フラッシングガスで前記保護メッシュ（２４）を洗い流し、前記受信装置から得た測定値を適用する、前記測定値に基づき前記対象物（２６）の直径および／または壁厚および／または前記外部輪郭を決定するように設計された評価装置（２０）も提供し、前記評価装置（２０）は、前記受信装置が測定した放射強度が変化するとき、前記フラッシング装置（３０）を活動化して、前記フラッシングガスで前記保護メッシュ（２４）を間欠的に、および／または連続的に洗い流すように設計されることを特徴とする機器。
2. 前記伝送装置および前記受信装置は、トランシーバ（１６）により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の機器。
3. 前記保護メッシュ（２４）は、ガラス繊維織物により形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の機器。
4. 前記伝送装置および前記受信装置は、筐体（１０）内に配列され、前記保護メッシュ（２４）は、前記測定領域の方を向く筐体開口部（２２）を閉じることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の機器。
5. 前記フラッシング装置（３０）は、測定前、測定中、および／または測定後に前記フラッシングガスで前記保護メッシュ（２４）を連続的に洗い流すように設計されることを特徴とする、請求項１～４に記載の機器。
6. 前記フラッシング装置（３０）は、前記測定前、前記測定中、および／または前記測定後に前記フラッシングガスで前記保護メッシュ（２４）を間欠的に洗い流すように設計されることを特徴とする、請求項１～５に記載の機器。
7. 前記測定放射を偏向させる反射鏡（３４）を、一方の側にある前記伝送装置および／または前記受信装置と、他方の側にある前記測定領域との間に配列することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の機器。
8. 前記反射鏡（３４）は、前記保護メッシュ（２４）と前記測定領域の間に配列されることを特徴とする、請求項７に記載の機器。
9. 方法であって、請求項１～８のいずれか一項に記載の機器を使用して対象物（２６）を検出するための方法。
10. 前記対象物（２６）は、前記対象物（２６）のための製造ラインの下流にある冷却ラインの領域内で検出されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 少なくとも１つの伝送装置および／または少なくとも１つの受信装置は、測定中に前記対象物の下に配列されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。

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