KR102124713B1 - 압연 중 금속 프로파일의 크기를 열간 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

적어도 금속 프로파일(12)의 직경(D) 및/또는 평균 두께(S1)의 측정을 획득하기 위해 압연 중 튜브 또는 중실 바와 같은 금속 프로파일(12)의 횡단 크기의 열간 측정을 위한 방법은 적어도 2개의 주파수들(F1, F2)를 가진 정현파 전류(20)를, 서로로부터 구별되고 공간적으로 분리되며 금속 프로파일(12)의 공급의 공칭 축(Z)을 따라 배치된 적어도 2개의 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)을 구비한 송신 엘리먼트(14)에 공급하는 단계, 상기 송신 엘리먼트(14)로 원하는 프로필의 역선을 가진 전자기장을 생성하는 단계, 및 서로로부터 구별되고 공간적으로 분리되고 상기 송신 엘리먼트(14)의 길이방향 전체 규모 내에 포함되는 위치에서 상기 공칭 축(Z)을 따라 배치된 하나 또는 그 이상의 부분들(18a, 18b)을 구비한 수신 엘리먼트(18)에 의해 상기 송신 엘리먼트(14)의 상기 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)을 통한 상기 금속 프로파일(12)의 통과로 인한 상기 전자기장의 변화와 관련된 신호(22)를 검출하는 단계를 제공한다.

Description

압연 중 금속 프로파일의 크기를 열간 측정하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 예컨대 바(bar)나 튜브와 같은 금속 프로파일(profile)의 횡단 크기를 압연 중에 열간 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 바 및 튜브의 경우에 외측 직경은 물론, 금속 프로파일이 튜브인 경우에 평균 두께 및 국부적인 두께도 측정하는 데에 사용될 수 있는 방법과 관련되어 있다.

강재 튜브 및/또는 바와 같은 금속 프로파일들을 열간 압연(hot rolling)에 의해 제조하는 것이 알려져 있다. 압연 공정을 제어하기 위해, 공정이 수행되면서 금속 프로파일들의 횡단 크기, 예컨대 바의 경우 평균 직경 및/또는 튜브의 경우에 평균 직경 및 두께를 아는 것이 유용하다. 이것은 원하는 직경 및/또는 두께를 가진 금속 프로파일을 얻기 위해 압연 공정을 가능한 한 일정하고 균일하게 조정하는 것에 신속하게 개입하는 것을 가능하게 한다.

풀 프로파일(full profile)로부터 시작하여 맨드렐(mandrel)에 의해 축방향 구멍을 만들면서 튜브형 엘리먼트를 만드는 것이 알려져 있다. 이어지는 단계는 원하는 튜브형 엘리먼트의 단면 크기를 감소시키는 것을 포함한다. 이 작업은 통상적으로 그렇게 얻어진 튜브형 엘리먼트를 하나 또는 그 이상의 압연 스탠드로 통과시키는 것으로 수행된다.

이 공정은 튜브형 엘리먼트의 품질에서 주로 두께 편차에 관련된 두 가지 유형의 문제를 야기할 수 있다.

첫 번째 문제는 축방향 구멍이 만들어질 때, 제조될 튜브형 엘리먼트의 공칭 단면과 관련하여 맨드렐의 편심도에 기인한 두께 편차와 관련되어 있다.

두 번째 문제는 홀과 단면 사이의 편심도에 기인한 것이 아니라 튜브형 엘리먼트의 두께에서 국부적인 원주 크기 변화에 기인한 두께 편차와 관련되어 있다.

두께 편차는 작업물의 품질에 부정적인 영향을 끼친다. 게다가, 금속 프로파일의 내구성 및 성능 역시 사용 중에 영향을 받을 수 있다.

열간 압연 중에 금속 프로파일들의 크기, 특히 횡단 크기를 접촉 없이 직접적으로 측정하기 위한 다양한 장치 및 방법들이 알려져 있다.

예를 들어, 방사성 선원에 의해 만들어진 감마선의 이용에 기초한 방사선법을 이용하는 장치들이 알려져 있다. 이 방법은 하나 또는 그 이상의 방사성 선원들과 하나 또는 그 이상의 방사선 검출기들을 이용하는 것을 제공한다. 튜브형 엘리먼트가 통과한 후에 방사선 검출기들에 의해 포획된 방사선에 따라, 측정 트랜스듀서에 의해 디지털화되고 이어서 튜브형 엘리먼트의 벽체의 두께를 연산하도록 중앙 처리 시스템으로 보내지는 전류가 생성된다.

이런 장치들의 한 가지 단점은 높은 비용과 방사성 물질의 사용 및 후속하는 폐기 절차로부터 귀결되는 안전 문제이다.

초음파 레이저 기술을 이용하는 것을 제공하는 횡단 크기를 측정하기 위한 장치들도 알려져 있다. 이 경우, 트랜스미터 프로브는 초음파를 만들어내는 펄스 레이저 빔을 방사하는데, 이 초음파는 금속 프로파일의 두께에 걸쳐 바깥쪽으로부터 안쪽으로 전파되고 튜브형 엘리먼트의 내측 표면에 의해 반사되어 외측 표면으로 되돌아간다. 초음파가 통과하는 데에 걸린 시간을 레이저 간섭기가 측정하고, 초음파의 전파 속도가 알려져 있다면 장치는 측정된 통과 시간의 함수로서 금속 프로파일의 두께를 검출할 수 있다.

초음파 레이저 장치들의 한 가지 단점은, 원주 전체를 포괄하기 위해 회전각 스캔(angular scan)을 필요로 하며 금속 프로파일의 몇몇 표면 부분들 상에서 측정값의 검출을 성취하기 위해 프로브들의 지지부들을 이동시키고 부분적으로 회전시켜야만 한다는 것이다.

이 기술의 다른 단점은 트랜스미터 프로브와 리시버 프로브의 위치와 관련한 검출 감도이다. 또한, 이 장치들은 일반적으로 값비싸며 유지관리가 어렵다.

암전류(parasitic currents)를 가진 전자기 측정 장치들도 알려져 있다. 하나 또는 그 이상의 송신 코일들이 일반적으로 사용되는데, 이들은 자기장을 생성하며, 하나 또는 그 이상의 수신 코일들은 유도된 자기장 내에서의 변화를 검출한다. 알려져 있는 전자기 장치들의 한 가지 단점은 측정이 금속 프로파일과 센서의 상대적인 위치에 크게 좌우된다는 것이다.

암전류를 가진 전자기 측정 장치들의 다른 단점은 금속 프로파일의 횡단 크기의 측정이 측정되는 프로파일의 금속 소재의 전도도에 의해 영향을 받는다는 것이다. 이런 이유로, 암전류를 가진 측정 장치들은 측정될 프로파일의 소재의 전도도에 따라 특정적이고도 다양한 캘리브레이션을 필요로 한다.

WO 2013/190360은 튜브형 금속 엘리먼트의 단면의 두께에서의 편차를 검출하기 위한 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 적어도 3개의 전자기 타입 센서들을 포함하고 있는데, 이들 각각은 측정되는 튜브형 금속 엘리먼트의 원주 둘레로 이격되어 배치된 송신 코일과 수신 코일을 포함한다. 송신 코일과 수신 코일은 측정되는 튜브형 금속 엘리먼트의 벽체 바깥에 배치되어 있다. 이 문헌에서는, 송신 코일과 수신 코일 양쪽을 통합하고 있는 각 센서들이 각각의 압연 링(rolling ring)과 연계되어 있는 것을 제공하는 것이 장점이다.

이 문헌은 각각의 단면 감소의 동시적인 측정을 수행하기 위해 각 압연 스탠드에 연계된 측정 장치들이 있을 수 있는 것을 제공한다. 그러나 동일한 단면에 대한 각 측정을 위해 각 측정 장치는, 튜브형 금속 엘리먼트의 국부적인 두께를 검출하기 위해 각 전자기 센서가 단면의 회전각 부분, 예컨대 센서 3개의 경우 120° 상에서 작동하는 것을 제공한다. 3개의 검출들을 비교함으로써 튜브형 금속 엘리먼트의 두께가 전체 원주에 걸쳐 일정한지 아닌지가 획득된다. 이 문헌은 튜브형 금속 엘리먼트의 공칭 단면의 동일한 측정에서 작동하는 송신 코일 및 수신 코일이 튜브형 엘리먼트의 축을 따라 서로 이격되어 배치되는 것을 제공하지는 않는다.

US 3,693,075는 튜브형 금속 엘리먼트들의 결함, 편심도 및 벽체 두께를 검출하기 위한 시스템 및 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 튜브형 금속 엘리먼트의 표면 상에 암전류를 생성하는 전자기장을 방사하는 1차 코일과, 원하는 정보를 획득하기 위해 암전류를 검출하는 2차 코일을 구비하고 있다.

1차 코일과 2차 코일은 서로에 대해 실질적으로 동축이며 측정되는 튜브형 금속 엘리먼트의 벽체에 대해 각각 반대편에 배치되어 있다.

본 발명의 한 목적은 열간 조건 하에서 효율적으로 측정을 할 수 있게 하는, 바 및 튜브의 직경 및/또는 두께를 측정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용되는 측정 장치의 내부에서 금속 프로파일의 위치와 무관하게 측정할 할 수 있게 하는 측정 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 측정되는 금속의 전도도와 무관한 측정 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 소재가 강자성이 아닌 경우, 예컨대 비자성 금속이거나 스테인레스 스틸인 경우 금속 프로파일의 속도 및 온도 모두 및/또는 사용된 소재의 특정한 유형에 실질적으로 무관하며, 다른 유형의 소재인 경우 퀴리 온도보다 높은 온도 및 속도에 무관한 측정 방법을 획득하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 튜브와 같은 금속 프로파일의 국부적인 두께는 서로 다른 회전각 위치들에서 동시적으로 측정할 수 있는 측정 방법을 제공하는 것이다.

출원인은 최신 기술의 단점들을 극복하고 기타 다른 목적들 및 장점을 획득하기 위해 본 발명을 창안하고 테스트하며 구체화하였다.

본 발명은 독립 청구항들로부터 출발하고 특징지워지는 한편, 종속 청구항들은 본 발명의 기타 특성들 또는 주요한 발명 아이디어에 대한 변형들을 청구한다.

위 목적들에 부합하여, 압연 도중 예컨대 중실 바(solid bar) 또는 튜브와 같은 금속 프로파일의 횡단 크기의 열간 측정을 위한 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 금속 프로파일의 적어도 직경 및/또는 두께의 측정을 획득하기 위해 튜브 또는 중실 바와 같은 금속 프로파일의 횡단 크기의 압연 도중의 열간 측정을 위한 방법은, 금속 프로파일의 공급의 공칭 축을 따라 배치되고 횡단 크기의 동일한 공칭 측정에 대해 작동하는 적어도 2개의 서로 구별되고 공간적으로 분리된 부분들을 구비한 송신 엘리먼트에 적어도 2개의 주파수를 가진 정현파 전류를 공급하는 단계와, 송신 엘리먼트로 원하는 프로필의 역선들(force lines)을 가진 전자기장을 생성하는 단계를 제공한다.

송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트는 모두, 그 위에서 측정이 수행되며 그 내부에서 금속 프로파일이 통과하게 되는 금속 프로파일의 직경보다 큰 크기의 통과 구멍(transit hole)을 형성하는, 필수적이지는 않지만 유리하게는 원형의 단면 형상을 가진다.

본 방법은 또한, 구별되고 공간적으로 서로 분리되며 송신 엘리먼트의 길이방향 전체 규모에 포함되는 위치에서 공칭 축을 따라 배치된 하나 또는 그 이상의 부분들을 가진 수신 엘리먼트에 의해, 송신 엘리먼트의 부분들을 통한 금속 프로파일의 통과에 기인하는 전자기장의 변화와 관련된 신호를 검출하는 단계도 제공한다.

"송신 엘리먼트의 길이방향 전체 규모에 포함된 위치에서"라는 표현은, 수신 엘리먼트가 금속 프로파일의 공급 방향에서 항상 두 송신 엘리먼트들 사이의 중간 위치에 배치되고, 어떤 경우에도 송신 엘리먼트들에 의해 형성되는 극단들 안에서 길이방향으로 수용되는 것을 의미한다. 이 구성 덕분으로, 측정을 극도로 효율적이고 정확하게 하면서 송신 엘리먼트들에 의해 송신되는 역장(field)의 역선들이 바깥으로 분산되지 않고 수신 엘리먼트 상에 최적으로 전달될 수 있다.

"횡단 크기의 동일한 공칭 측정에 대해 작동하는"이라는 표현은, 송신 엘리먼트의 두 부분들이 금속 프로파일의 공급 축을 따라 공간적으로 서로 분리되어 배치되지만 그들 사이에서 금속 프로파일의 어떠한 단면 감소도 일어나지 않고, 따라서 그들이 금속 프로파일의 두 개의 구별된 부분들 상에서 작동함에도 불구하고 두 부분들이 동일한 공칭 횡단 크기를 가지는 것을 의미한다.

본 발명의 일 구성예에 따르면, 본 방법은 또한, 표준화(normalization)되고 무차원화(non-dimensionalization)된 유동의 값들에 기초하여 수학적 모델을 정의하기 위해, 그리고 실제 무차원화 값들과 수학적 모델에 의해 정의된 이상적인 무차원화 값들 사이의 대응 관계를 결정하는 호모그래피 변환(homographic transformation)을 수행하기 위해 각 주파수에 대한 전류의 값과의 관계에서, 탐지된 전자기장의 유동의 값의 표준화 및 무차원화를 수행하는 단계도 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 또한, 금속 프로파일의 직경 및/또는 평균 두께를 연산하기 위해 호모그래피(homography)로부터 획득된 데이터를 처리하는 단계도 제공한다.

이런 식으로, 상기 금속 프로파일의 물리적인 크기의 횡단 크기의 측정이 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트의 물리적인 크기로부터 속박 해제되며, 따라서 더욱 신뢰성 있는 측정이 가능해진다.

몇몇 실시예들에 따르면, 호모그래피 변환은 적어도 송신 엘리먼트의, 그리고 수신 엘리먼트의 제1 수준 캘리브레이션으로부터 도출된 파라미터들에 기초하여 수행된다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제1 수준 캘리브레이션은, 각각 금속 프로파일이 존재하지 않은 채로의 한 번의 측정과 중실 바로서 2개의 금속 프로파일이 존재하는 채로의 두 번의 측정인, 전자기 반응장(electromagnetic reaction field)의 적어도 3번의 측정을 검출하는 단계를 제공하는데, 여기서 측정들은 전류의 각각의 주파수에 대해 수행된다.

몇몇 실시예들에 따르면, 본 방법은 튜브형 금속 프로파일의 국부적인 두께의 측정을 최소한 수행하기 위해, 튜브형 금속 프로파일의 통과에 기인하는 전자기장의 변화와 관련된 신호들을, 원형 크라운(crown)을 동등한 부분들로 나눔으로써 얻어지고 수신 엘리먼트 둘레에 배치된 확정 섹터(determinate sector)에 대응하는 세그먼트화 코일들로 검출하는 단계를 제공한다.

몇몇 실시예들에 따르면, 본 발명은 공칭 축에 대한 관계에서 금속 프로파일의 정렬에 무관하게 횡단 크기의 측정을 수행하기 위해 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트에 대한 관계에서 튜브형 금속 프로파일의 위치의 보상을 수행하는 단계를 제공한다. 이것은 측정되는 금속 프로파일이 수신 엘리먼트와 동축이 아닌 경우에도 신뢰성 있는 측정을 성취하도록 해준다.

몇몇 실시예들에 따르면, 본 방법은 또한 각각의 세그먼트화 코일에 의해 검출된 각 신호에 대해 적어도 국부적인 벽체 두께를 결정하기 위해, 측정된 금속 프로파일의 편심도의 추산을 수행하는 단계도 제공한다.

이런 식으로, 튜브형 금속 프로파일의 잠재적인 편심도의 실체 및 그것이 어느 방향으로 배향되어 있는지를 결정하는 것이 가능하며, 따라서 가공 오차를 수정하기 위해 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트의 상류에 위치한 금속 프로파일의 가공 기계를 조정하는 것을 가능하게 한다.

따라서 본 발명에 따른 방법은, 동시적인 측정을 통해 바 및 튜브 모두에 대해 금속 프로파일들에 대한 외측 직경 및 튜브형 금속 프로파일의 평균적인 두께 및 국부적인 두께도 평가하는 것을 가능하게 해준다.

본 발명의 이들 및 기타 특성들이 첨부된 도면들을 참조로 비-한정적인 예시로서 주어진 몇몇 실시예들의 이어지는 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 여기서 설명된 실시예들에 부합하는 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 부분 단면 사시도이다.
도 2는 여기서 설명된 실시예들에 부합하는 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 단면도이다.
도 3은 여기서 설명된 실시예들에 부합하는 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 일부의 개략도이다.
도 4는 여기서 설명된 변형예들에 부합하는 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 일부의 개략도이다.
도 5는 여기서 설명된 다른 변형예들에 부합하는 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 일부의 개략도이다.
도 6은 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 단면도이다.
도 7은 여기서 설명된 다른 실시예들에 부합하는 금속 프로파일들의 크기의 열간 측정을 위한 장치의 부분 단면 사시도이다.
도 8은 도 3의 단면 평면 (P)에 따른 단면이다.
도 9는 여기서 설명된 다른 실시예들에 부합하는 도 3의 단면 평면(P)에 따른 단면이다.
이해를 돕기 위해, 도면들에서 동일한 공통 엘리먼트들을 식별하기 위해 가능하다면 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 어느 한 실시예의 엘리먼트들 및 특성들은 추가적인 설명 없이도 다른 실시예들에 편의대로 통합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명할 것인데, 이들의 하나 또는 그 이상의 예들이 첨부된 도면에 나타나 있다. 각각의 예는 본 발명의 설명의 방편으로 제공되고 있으며 그 한정으로서 이해되어서는 안된다. 예를 들어, 어느 한 실시예의 일부인 한, 도시되거나 설명된 특성들은 다른 실시예들에 적용될 수 있으며 다른 실시예들과 연계되어 적용될 수 있다. 본 발명은 그러한 변경이나 변형들 모두를 포함한다는 것이 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 9는 금속 프로파일들(12)의 횡단 크기의 열간 측정을 위한 장치(10)의 실시예들을 설명하기 위해 이용된다. 본 설명에서 "금속 프로파일들"이라는 정의는, 예컨대 강재 바 또는 튜브들과 같이 그 길이방향 성장보다 훨씬 더 작은 횡단 크기를 가진 엘리먼트들을 의미한다.

장치(10)는 통과 중인 금속 프로파일들(12)의 횡단 크기를 측정하는 데에 사용될 수 있으며 예컨대 인터스탠드 세그먼트(inter-stand segment), 즉 2개의 연속적인 압연 스탠드들 사이에 배치되거나, 또는 얻어지는 제품의 최종적인 크기를 측정하기 위해 압연 공정의 말단에 배치될 수 있다.

도 2는 압연 도중 금속 프로파일들(12)의 횡단 크기의 열간 측정을 위한, 장치(10)와 제어 및 명령 유닛(40)을 포함하는 기기(50)의 실시예들을 설명하기 위해 이용된다.

제어 및 명령 유닛(40)은 장치(10)에 장치가 기능하기 위해 필요로 하는 전기 에너지를 공급하고, 또한 장치(10)에 의해 검출되는 신호들을 처리하도록 구성될 수 있다.

도 1 내지 도 7은 전자기장을 생성하도록 구성된, 서로 구별되고 공간적으로 분리된 적어도 2개의 부분들, 그러나 3개, 4개 또는 그 이상일 수도 있는 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)을 구비한 송신 엘리먼트(14)와, 송신 엘리먼트(14)의 규모 전체에서 중간 위치에 배치된 수신 엘리먼트(18)를 포함하는 측정 장치(10)의 실시예들을 설명하기 위해 이용된다. 몇몇 실시예들에 따르면, 수신 엘리먼트(18)는 서로 구별되고 공간적으로 분리된 하나 또는 그 이상의 부분들(18a, 18b)을 가질 수 있다.

송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)는 압연 또는 다른 유형의 열간 변형으로부터 도착하여 통과 중인 가열된 금속 프로파일(12)의 공칭 공급 축(Z)을 따라 서로에 대한 관계에서 실질적으로 정렬되고 동축으로 배치되어 있다.

송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)는 모두 필수적이지는 않지만 유리하게는 금속 프로파일(12)을 위한 통과 구멍을 형성하는 원형 단면을 갖고 있다.

송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)는 각각의 내부 표면들(24, 28)을 가지는데, 이들은 금속 프로파일(12)의 통과 체적을 규정하며, 그 안에서 송신 엘리먼트(14)에 의해 생성된 전자기장의 역선들이 금속 프로파일(12)의 공칭 공급 축(Z)에 실질적으로 평행하게 배치되어 있다.

수신 엘리먼트(18)는 송신 엘리먼트(14)에 의해 생성된 전자기장 내에서 금속 프로파일(12)의 통과로 인하여 금속 프로파일(12) 상에 유도된 전류에 의해 생성된 반응 전자기장에서의 변화를 검출하도록 구성된다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)는 2개의 구별된 부분들(14a, 14b)을 가지는 것으로 제공될 수 있으며, 수신 엘리먼트(18)는 송신 엘리먼트(14)의 두 개의 부분들(14a, 14b) 사이의 중간 위치에 배치된 단일한 부분(18a)을 가지는 것으로 제공될 수 있다.

도 3에 도시된 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)는 3개의 구별된 부분들(14a, 14b, 14c)로 나누어진 것으로 제공될 수 있으며, 수신 엘리먼트(18)는 송신 엘리먼트(14)의 중앙 부분(14b) 안쪽에 수용되어 배치된 단일한 부분(18a)을 가진 것으로 제공될 수 있다.

도 4에 도시된 가능한 변형 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)는 3개의 구별된 부분들(14a, 14b, 14c)로 나누어진 것으로 제공될 수 있고, 수신 엘리먼트(18)는 예컨대 송신 엘리먼트(14)의 두 부분들(14a, 14b) 사이에서 중간 위치에 배치된 단일한 부분(18a)을 가진 것으로 제공될 수 있다.

도 5를 이용하여 설명된 다른 변형 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)는 4개의 구별된 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)로 나누어진 것으로 제공될 수 있으며, 수신 엘리먼트(18)는 송신 엘리먼트(14)의 인접한 부분들(14a, 14b, 14c)의 쌍 사이에서 중간 위치에 배치된 것으로 제공될 수 있다.

도면에 나타내지 않은 다른 변형 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)는 4개보다 많은 구별된 부분들로 나누어진 것으로 제공될 수 있으며, 수신 엘리먼트(18)는 송신 엘리먼트(14)의 인접한 부분들 사이에 배치된 2개보다 많은 구별된 부분들로 나누어지거나, 송신 엘리먼트(14)의 부분 안에 수용되어 있는 것으로 제공될 수 있다.

도 1 및 도 2를 이용하여 설명된 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)는 각각 반경(R1, R2)을 가진 코일들 또는 실질적으로 실린더 형상인 나선들일 수 있다.

송신 엘리먼트(14)는 공칭 축(Z)을 따라 수신 엘리먼트(18)의 전체 연장(L2)보다 크기 면에서 더 큰 전체 연장(L1)을 가진 나선 또는 코일로 이루어질 수 있다.

도 2에 도시된 실시예들에 따르면, 수신 엘리먼트(18)의 반경(R2)은 송신 엘리먼트(14)의 반경(R1)과 실질적으로 동등하다.

변형 실시예들에 따르면, 수신 엘리먼트(18)의 반경(R2)은 송신 엘리먼트(14)의 반경(R1)보다 작거나 더 클 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)의 크기들, 특히 길이(L1), 반경(R1) 및/또는 코일의 나선의 수는 송신 엘리먼트(14)에 의해 생성되는 전자기장이 미리 정해진 프로필을 갖도록 적절히 선택될 수 있다. 전자기장의 프로필은 그것을 통과하는 금속 프로파일(12)의 크기의 측정이 공칭 축(Z)에 대한 관계에서 그 위치에 따라 좌우되지 않도록 디자인된다.

도 6은 장치(10) 내부에서 금속 프로파일(12)의 가능한 위치들을 보여주기 위해 이용된다. 가능한 한 위치는 번호 16'으로 표시된 것인데, 이는 공칭 축(Z)을 따라 완벽하게 정렬된 위치에 대응하며, 여기서 금속 프로파일(12)은 장치(10)에 대해 완벽하게 동축이다.

번호 16" 및 16'''은 금속 프로파일(12) 또는 그 일부가 장치(10)를 통과하면서 발견되는 가능한 위치들을 나타내는데, 이 위치들에서 금속 프로파일(12)은 장치(10)에 대한 관계에서 편심되어 있다. 특히, 금속 프로파일(12)의 실제 공급 축은 송신 엘리먼트(14) 및 수신 엘리먼트(18)의 축과 일치하지 않을 수 있는데, 이는 장치(10)의 측정을 왜곡시키며 부정확하고 신뢰성 없게 만들 것이다.

측정되는 금속 프로파일(12)의 크기에 따라 금속 프로파일(12)과 송신 엘리먼트(14) 및 수신 엘리먼트(18)의 내부 표면들(24, 28)의 상대 충전 지수(index of relative filling)가 증가하거나 감소할 수 있다는 것도 알 수 있다.

상대 충전 지수는 공칭 축(Z)에 수직한 평면(X, Y)과 교차하는 금속 프로파일(12)에 의해 정의되는 면적과 동일한 평면(X, Y) 상에서 내부 표면들(24, 28)에 의해 정의되는 면적 사이의 비율을 의미한다. 상대 충전 지수의 값이 낮을수록 측정 중에 금속 프로파일(12)이 공칭 축(Z)에 대한 관계에서 오정렬될 가능성이 커지고, 공칭 축(Z)으로부터 금속 프로파일(12)의 중심의 거리가 커진다.

상대 충전 지수가 낮은 값을 가진다면 측정 장치(10)의 정확도 및 감도가 따라서 감소된다.

원하는 길이방향 전개를 가진 프로필의 역선들로 전자기장을 생성하면서 위에서 설명된 기하학적 구성을 이용하는 것은 송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)의 축에 대한 관계에서 금속 프로파일(12)의 위치가 실질적으로 영향을 받지 않도록 하는 것을 가능하게 한다.

따라서, 이 측정은 송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)의 크기, 특히 각 축방향 구멍들의 크기와 호환되는 측정 범위 내의 금속 프로파일(12)의 임의의 측정에 대해 신뢰성 있고 정확하며 재현 반복성이 있다.

전류(20)가 송신 엘리먼트(14)를 통과하는데, 이는 내부 표면들(24, 28)에 의해 정의된 체적 내부에 전자기장의 생성을 유도한다.

송신 엘리먼트(14)를 순환하는 전류(20)에 의해 생성된 전자기장은 금속 프로파일(12) 내에서 주로 수평방위(azimuth)적인 암전류를 유도한다. 암전류는 이어서 반응장을 생성하는데, 이는 그 유동을 이용하여 그 헤드(head)들에서 전동력(electromotive force)이 발생하는 수신 엘리먼트(18)에 의해 연계되어 검출될 수 있다. 전동력에 관련된 신호(22)가 제어 및 명령 유닛(40)으로 보내어져 두께와 직경의 측정을 성취하도록 이어서 처리될 수 있다.

다른 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(14)는 생성된 전자기장이, 수신 엘리먼트(18)에 의해 측정된 반응장이 장치(10) 내부에서 금속 프로파일(12)의 위치와 실질적으로 무관하게 되는 프로필을 가지도록 디자인될 수 있다.

전동력(22) 및 전류(20)에 관련된 신호들을 적절히 처리함으로써, 금속 프로파일(12)이 튜브인 경우 금속 프로파일(12)의 통상적으로 WT(Wall Thickness, 벽체 두께)에 의해 표시되는 원주를 따른 평균 두께(S1)와, 금속 프로파일(12)이 튜브 또는 바인 경우 외측 직경(D 또는 OD(Outer Diameter, 외부 직경)) 모두에 접근하는 것이 가능하다.

유리하게는, 본 발명에 따른 장치(10)는 따라서 튜브와 바 모두의 횡단 크기를 측정하기 위해 열간 압연 공정 도중에 이용될 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 7에 도시된 실시예들에 따르면, 장치(10)는 적어도 송신 엘리먼트(14)와 수신 엘리먼트(18)를 둘러싸는 케이싱(30)을 포함하는데, 이는 또한 장치(10) 외부의 유도 전류로부터의 자기장을 방지하도록 스크린으로서 기능할 수 있다.

도 7을 이용하여 도시된 실시예들에 따르면, 측정 장치(10)는 허용 가능한 공차 한계 내에서의 임의의 경우에 케이싱의 크기 및 전도도에 영향을 주는 케이싱(30)의 온도를 안정화하면서 케이싱(30)의 크기 및 전도도를 실질적으로 균일하게 유지하도록 구성된 온도 조절 시스템(thermostat system)(29)도 포함할 수 있다.

다른 실시예들에 따르면, 장치(10)는 세그먼트들로서 구성된 수신 장치들 또는 수신 코일들(31)을 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8을 이용하여 설명된 실시예들에 따르면, 수신 코일들(31)은 원형 크라운을 동등한 부분들로 분할함으로써 얻어지고 수신 엘리먼트(18) 둘레에 배치된 섹터들에 대응하는 세그먼트화된 형상을 가진 코일들일 수 있다.

세그먼트화 수신 코일들(31)이 수신 엘리먼트(18) 둘레에 배치되어 있기 때문에, 그리고 수신 엘리먼트(18)의 내측 표면(28)을 관통하는 자기장의 유동은 그것 외부의 무한한 표면을 관통하여 지나가는 것과 동일하기 때문에, 자기장의 유동의 일부분만이 각각의 세그먼트화 수신 코일(31)을 관통하여 지나간다.

도 7 및 도 8을 이용하여 설명된 실시예들에 따르면, 각각이 18°의 원형 섹터에 대응하는 12개의 세그먼트화 코일들(31)이 제공될 수 있다.

도 9를 이용하여 설명된 변형 실시예에 따르면, 각각이 90°의 원형 섹터에 대응하는, 예컨대 번호들(31a, 31b, 31c, 31d)로 표시된 4개의 세그먼트화 코일들(31)이 제공될 수 있다.

다른 변형 실시예들에 따르면, 두 개와 스무 개 또는 스무 개보다 더 많은 개수 사이의 임의의 개수의 세그먼트화 코일들(31)이 제공될 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 세그먼트화 수신 코일들(31)은 그룹들로 직렬적으로 연결되어 측정 코일들을 구성할 수 있는데, 이들 측정 코일들 각각은 예컨대 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 세그먼트화 코일들(31)로 이루어진다. 도 9를 참조로 비한정적인 예시로서 설명된 실시예들에 따르면, 4개의 세그먼트화 코일들(31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 각각 측정되는 금속 프로파일(12)의 회전각 섹터에 관련되어 있는 4개의 서로 다른 자기장 유동들, 이 예에서는 예컨대 90°의 원주의 호와 관련되어 있는 4개의 유동들을 검출하는 것이 가능하다.

이런 식으로, 유리하게는 이 예에서 튜브인 금속 프로파일(12)의 국부적인 두께(S2) 역시 그 원주를 따라 추산하는 것이 가능하다. 사실, 단일한 동시 측정이 수신 엘리먼트(18) 및 세그먼트화 코일들(31a, 31b, 31c, 31d)과 연계하여 역장 유동들 상에서 이루어지며, 직경 및 두께의 측정과 관련한 정보를 획득하기 위해 데이터가 처리된다.

특히, 외측 직경(D)와 평균 두께(S1) 및 국부 두께(S2)가 수신된 신호(22)를 처리하는 제어 및 명령 유닛(40)에 의해 추산되는데, 이 신호는 수신 엘리먼트(18)의 헤드에서 생성된 전동력과 관련되어 있다.

이것은 예컨대 맨드렐의 편심도 또는 소위 '데이지(daisy)' 타입의 언듈레이션 결함들(undulation defects)로 인한 튜브형 금속 프로파일(12)의 두께에서의 변화를 검출하는 것을 가능하게 해준다.

제어 및 명령 유닛(40)은 금속 프로파일의 횡단 크기를 열간 측정하기 위한 방법을 수행하는 데에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 측정 방법은 장치(10)의 캘리브레이션과 관련된 절차와, 원하는 양의 값들을 검출하기 위한 계산 알고리즘(calculus algorithm)의 수행과 관련된 절차를 포함한다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제어 및 명령 유닛(40)은 길이방향 전자기장의 유도에 필요한 전류(20)를 송신 엘리먼트(14)에 공급하도록 구성된 공급 유닛(42)을 포함한다.

공급 유닛(42)은 예컨대 전통적인 전기 네트워크 또는 전기적 에너지를 축적하는 시스템과의 연결과 같은 전기적 에너지(44)의 공급을 위한 공급원을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 전자기장을 생성하는 엘리먼트들에 공급하는 전류(20)는, 제1 주파수(F1)가 제2 주파수(F2)보다 훨씬 더 큰, 서로 다른 주파수들(F1, F2)을 가진 적어도 2개의 정현파 전류들을 중첩시킴으로써 얻어지는 다중-주파수 스펙트럼을 가진 교류 전류일 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 3개 또는 그 이상의 주파수들이 제공될 수 있는데, 이들은 예컨대 측정될 금속 프로파일(12)의 기하 구조와 관련된 다른 정보를 찾거나 장치(10)를 자체 캘리브레이션하거나 및/또는 반응장의 공통 모드들을 제거하는 데에 이용될 수 있다.

몇몇 변형 실시예들에 따르면, 예컨대 측정될 금속 프로파일(12)이 바인 경우, 금속 프로파일(12)의 잠재적인 타원형화(ovalization)를 검출할 수 있도록, 서로 매우 근접한 2개의 주파수들을 이용하는 것이 제공될 수 있다.

하나가 다른 하나보다 더 큰 2개의 주파수들(F1, F2)를 이용하는 것을 제공하는 몇몇 실시예들에 따르면, 보다 큰 제1 주파수(F1)는, 예측되는 전도도에 대해, 그리고 측정될 금속 프로파일들(12)의 범위에 대해 그에 대응하는 침투 깊이가 예측된 최소 두께보다 훨씬 더 낮도록 선택될 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 보다 낮은 제2 주파수(F2)는, 전동력과 관련하여 검출된 신호(22)의 모듈러스(modulus) 및 위상(phase)에서의 변화들을 최적화하기 위해, 그에 대응하는 침투 깊이가 현재 측정중인 금속 프로파일(12)의 주어진 포맷에 대해 예측된 두께를 가지고 확정 비율(determinate ratio) 내에 있도록 선택될 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제어 및 명령 유닛(40)은 또한 검출된 신호(22)를 처리하고, 적어도 측정되는 금속 프로파일(12)의 직경(D), 평균 두께(S1) 및 국부 두께(S2)의 값들을 획득하기 위해 계산 알고리즘(calculus algorithm)을 수행하도록 구성된 처리 유닛(46)을 포함한다.

몇몇 실시예들에 따르면, 처리 유닛(46)은 제어 분야에서 사용할 수 있는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 프로세서, 또는 마이크로 프로세서와 같은 임의의 데이터 처리 시스템일 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제어 및 명령 유닛(40)은 또한 장치(10)로부터 수신된 처리될 데이터와, 장치(10)를 캘리브레이션하는 데에 필요한 파라미터들을 기억하도록 구성된 데이터 저장 유닛(48)도 포함할 수 있다.

전동력과 관련된 신호(22)는 수신 엘리먼트(18)에 의해 검출되며, 고임피던스 진입 회로(high impedance entrance circuit)에 의해 증폭되어, 계속하여 처리 유닛(46)에 의해 디지털화되고 처리될 수 있다.

계산 알고리즘은 전동력에 관련된 신호(22) 및 전류(20)의 신호의 동기 복조의 제1 단계를 제공하는데, 이 전류의 신호는 설정된 전류(20)의 주파수들 각각에 대한 신호(22)의 구성들의 모듈러스들 및 위상들을 식별한다. 같은 방식으로, 전류(20)에 비례하는 전압 신호가 디지털 동기 프로세서에 의해 증폭되고 디지털화되며 처리된다.

이 알고리즘의 제2 단계는, 유도된 전동력의 값으로부터, 알려져 있는 설정된 전류(20)의 주파수들을 가지고 자기장의 유동의 '페이저(phasor)'를 찾아내는 단계를 제공한다.

'페이저'라는 용어는 잘 정의된 맥동 정현파 함수(pulsation sinusoidal function)의 슈타인메츠 변환(Steinmetz transform)을 나타내는 복소평면에서 벡터로서 대표될 수 있는 복소수를 의미한다.

이 알고리즘의 제3 단계는 대응하는 전류의 페이저와의 관계에서 앞선 단계에서 획득된 자기장의 유동의 값을 표준화하는 단계를 제공한다. 이런 식으로, 예컨대 송신 엘리먼트(14)의 임피던스의 써멀 드리프트(thermal drift)에 기인하는 잠재적인 변화의 효과가 제거된다.

이어서, 장치(10) 내부에서 금속 프로파일(12) 없이 획득된 표준화된 유동과 관련한 기준값을 이용하여 자기장의 유동의 값을 무차원화하기 위해 제2 표준화가 수행된다. 장치(10) 내부에 금속 프로파일(12) 없이 표준화된 유동의 값은 장치(10)의 캘리브레이션 중에 획득될 수 있으며 제어 및 명령 유닛(40)의 데이터 저장 유닛에 기억될 수 있다.

이 전달은 측정 장치(10)의 물리적인 파라미터들로부터 데이터의 처리를 속박 해제하고 무차원 수학 모델로 복귀하는 것을 가능하게 한다.

이 알고리즘은 또한 표준화되고 무차원화된 유동들로부터 시작하여 평균 외측 반경(R4), 평균 내측 반경(R3) 및 전도도(σ)의 함수로서 수신 엘리먼트(18) 내의 자기장의 유동의 값을 연산하는 데에 사용되는 이상적인 이론 모델을 정의하는 제4 단계를 제공한다.

자기장의 유동의 값을 연산하기 위해, 앞서 연산된 실제 무차원화 페이저들과 이상적인 모델의 무차원화 페이저들 사이의 대응 관계를 결정하도록 호모그래피 변환이 또한 수행된다. '호모그래피 변환'이란 한 공간의 형상들이 다른 공간의 대응하는 형상들과 동일한 종류이도록, 동일한 크기의 2개의 투영 공간들의 지점들을 일대일 대응 관계(biunivocal relation)로 만드는 특성을 가진 일관된 변환을 의미한다.

호모그래피 변환을 수행하는 데에 필요한 파라미터들은 장치(10)를 캘리브레이션함으로써, 특히 이하에서 더 상세히 설명될 제1 수준 캘리브레이션에 의해 찾아질 수 있다.

측정 알고리즘은 호모그래피 변환에 의해 측정된 유동의 표준화된 값들이 대응하는 이상적인 값들로 변환되는 제5 단계를 제공한다.

이상적인 유동의 제1 고주파수(F1)에 대한 구성요소는 처리 유닛(46)에 의해 처리되는데, 이는 측정되고 있는 금속 프로파일(12)의 평균 외측 반경(R4)을 찾기 위한 적절한 해법 알고리즘을 수행한다.

이상적인 유동의 제2 저주파수(F2)에 대한 구성요소는 처리 유닛(46)에 의해 처리되는데, 이는 측정되고 있는 금속 프로파일(12)의 평균 내측 반경(R3)을 찾기 위한 적절한 해법 알고리즘을 수행한다.

끝으로, 제6 단계에서, 평균 두께(S1)의 값이 평균 외측 반경(R4)의 값과 평균 내측 반경(R3)의 값 사이의 차이로부터 연산될 수 있다.

유리하게는, 평균 외측 반경(R4)을 알고 있다면, 외측 직경(D)의 값 또한 손쉽게 연산될 수 있다. 측정 장치(10)는 따라서 중실 바의 외측 직경(D)을 측정하는 데에도 이용될 수 있다.

금속 프로파일(12)이 튜브라면, 계산 알고리즘은 또한, 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 검출된 역장의 유동들과 관련된 신호들(23)을 이용하여, 측정되고 있는 금속 프로파일(12)의 국부적인 두께(S2)를 연산하기 위해 수신된 신호를 처리하는 단계들도 제공할 수 있다. 특히, 금속 프로파일(12)의 편심도의 값이 추산될 수 있다.

수신 엘리먼트(18) 상에서 획득된 유동이 공칭 축(Z)에 대한 관계에서 측정될 금속 프로파일(12)의 잠재적인 오정렬에 의해 그다지 영향받지 않는 반면, 세그먼트화 수신 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d) 상에서 획득된 유동은 세그먼트화 수신 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d) 자신들과의 관계에서 금속 프로파일(12)의 위치에 의해 영향을 받는다. 사실, 금속 프로파일(12)이 세그먼트화 수신 코일(31, 31a, 31b, 31c, 31d)에 가까울수록, 세그먼트화 수신 코일(31, 31a, 31b, 31c, 31d)이 금속 프로파일(12)에 유도된 암전류에 의해 만들어진 반응 유동의 더 큰 부분과 더 많이 연관된다.

국부적인 두께(S2)를 결정하기 위한 계산 알고리즘은 측정 장치(10) 내부에서 금속 프로파일(12)의 위치를 보상하는 제1 단계를 제공하는데, 이는 2개의 반대편에 있는 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d), 예컨대 세그먼트화 코일들(31a, 31c) 상의 위치의 영향의 대칭성을 활용함으로써 수행된다(도 9). 몇몇 실시예들에 따르면, 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 검출된 유동 값들은 복소평면 상에서 기록된다. 상기 유동들을 나타내는 복소평면 상의 지점들이 오정렬의 방향 및 실체가 변화함에 따라 직선을 따라 움직이기 때문에, 보상의 목표는, 특정한 오정렬에 대해 획득된 확정 세그먼트화 코일(31, 31a, 31b, 31c, 31d)과 관련된 지점을 공칭 축(Z) 상에 완벽하게 중심이 잡힌 금속 프로파일(12)에서 얻어질 수 있는 지점으로 이동시키는 것이다.

지점을 이동시키는 방법을 결정하기 위하여, 2개의 반대편에 있는 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d) 사이의 대칭성을 활용하고, 각각의 쌍에 대해 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)의 연계된 유동들과 관련한 2개의 지점들 사이에서 차이 벡터(difference vector)를 고려하는 것이 가능하다. 고려된 차이 벡터의 모듈러스(modulus)는 지점들 사이의 거리를 수량화하는 한편, 방향은 지점들이 그 위에서 움직이는 직선과 일치한다. 대칭성의 덕분으로 금속 프로파일(12)이 중심 잡혀 있는 경우 우리가 가질 지점은 반대편에 있는 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)의 각 쌍의 연계된 유동과 관련된 두 지점들 사이의 중간이다. 예컨대 도 9의 경우, 세그먼트화 코일들(31a, 31c)의 연계된 유동이 고려된다면, 세그먼트화 코일(31a)에 대한 유동의 보상된 값을 획득하기 위해, 세그먼트화 코일(31a)에 의해 검출된 유동으로부터, 복소 평면 상에서 식별된 세그먼트화 코일들(31a, 31c)의 검출된 유동들의 지점들 사이에서 연산된 차이 벡터의 절반을 감산하는 것으로 충분하다.

몇몇 실시예들에 따르면, 위치를 보상하기 위하여, 이하에서 더 상세히 설명되는 제2 수준 캘리브레이션에 의해 얻어진 파라미터를 이용하는 것이 가능하다.

계산 알고리즘은 또한 각 세그먼트화 코일(31, 31a, 31b, 31c, 31d)의 헤드에서 유도된 전동력과 관련된 신호(23)가, 사용된 주파수들 각각에 대해 이상적인 모델과 관련하여 표준화되고 무차원화된 유동이 각 신호에 대해 얻어질 때까지 수신 엘리먼트(18)에 의해 검출된 신호(22)와 관련하여 앞서 설명된 것과 동일한 방식으로 처리되는 제1 단계를 제공한다.

표준화 및 호모그래피 변환을 위해 요구되는 파라미터들은 이 예에서도 역시 각 세그먼트화 코일(31, 31a, 31b, 31c, 31d)에 대해 수행되는 제1 수준 캘리브레이션에 의해 획득될 수 있다.

예컨대, 도 9를 이용하여 설명된 이어지는 단계에서, 계산 알고리즘은 각 세그먼트화 코일(31a, 31b, 31c, 31d)에 대해 내측 반경들(R5, R6, R7, R8)을 찾아내고 따라서 내측 반경들(R5, R6, R7, R8)의 산술 평균값으로서 평균 내측 반경(R9)의 값을 찾아내는 것을 제공한다.

세그먼트화 코일들(31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 찾아진 신호들(23) 및 수신 엘리먼트(18)에 의해 검출된 신호(22)를 이용하여, 측정된 튜브형 금속 프로파일(12)의 잠재적인 편심도의 추산을 수행하는 것도 가능하다.

수신 엘리먼트(18)로 획득된 평균값들의 측정을 알면, 사실 세그먼트화 코일들(31a, 31b, 31c, 31d)로 얻어진 내측 반경들(R5, R6, R7, R8)의 각 값들과 평균 내측 반경(R3)의 값 사이의 비율에 대응하는 편심도 인덱스를 연산하는 것이 가능하다. 따라서 각각의 세그먼트화 코일(31a, 31b, 31c, 31d)에 대해, 대응하는 세그먼트화 코일(31a, 31b, 31c, 31d) 아래의 영역에 있는 금속 프로파일(12)의 부분의 두께에 관한 정보를 포함하는 무차원 값을 획득하는 것이 가능하다.

예컨대, 도 8에서와 같이 4개보다 많은 세그먼트화 코일들(31)이 있다면, 계산 알고리즘은 이들 각각에 대해 대응하는 내측 반경 및 따라서 평균 반경 및 편심도 인덱스를 찾아내는 것을 제공한다.

획득된 값은 편심도의 모듈러스에 선형적으로 종속되어서, 단순한 선형 함수에 의해 무차원 인덱스로부터 튜브의 크기와 일치하는 수를 획득하는 것이 가능하다. 선형 함수에서 사용되어야만 하는 파라미터들은 제3 수준 캘리브레이션에 의해 식별될 수 있다. 이 연산을 이용하면 내측 반경, 따라서 국부적인 두께의 추산값만이 얻어질 수 있지만, 이것은 편심도 및 공정을 제어하고 비-편심된 튜브들을 제조할 수 있도록 수량화하는 무차원 인덱스의 존재를 검출하는 데에 충분할 수 있다.

따라서 편심도 벡터는 평균 내측 반경(R9), 내측 반경들(R5, R6, R7, R8) 및 평균 외측 반경(R4)로부터 시작하여 연산될 수 있다.

평균 외측 반경(R4)과 내측 반경들(R5, R6, R7, R8)사이의 차이로서 각 세그먼트화 코일(31a, 31b, 31c, 31d)에 관련된 국부적인 벽체 두께들(S5, S6, S7, S8)이 가장 먼저 연산된다.

이어서, 평균 외측 반경(R4)과 평균 내측 반경(R3)의 차이로서 평균 두께(S1)도 연산된다.

끝으로, 4개의 국부적인 벽체 두께들(S5, S6, S7, S8)로부터 평균 벽체 두께(S1)을 감산함으로써, 편심도 벡터의 성분을 평가하고 정의하는 것이 가능하며, 따라서 상기 벡터의 계수와 위상을 찾아내는 것이 가능하다.

이런 식으로, 측정된 금속 프로파일(12)이 편심되어 있는지를 결정하고 동시에 편심도의 실체와 면하고 있는 방향을 수량화하여서 압연 공정 도중에 개입하여 오정렬의 문제들을 해결하는 것이 가능하다.

장치(10)의 캘리브레이션은 호모그래피 변환을 위해, 위치를 보상하기 위해, 편심도를 검출 및 추산하기 위해 필요한 대응하는 파라미터들을 획득하기 위한 3개의 구별되는 수준들을 포함한다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제1 수준 캘리브레이션은 알려져 있는 상황에서 자기 유동과 관련된 3개의 값들을 찾아내는 것을 제공한다. 이 값들은 정확하게 알려져 있는 서로 다른 직경을 가진 2개의 중실 바들을 이용하고 장치(10)에 금속 프로파일(12)이 없는 채로 유동의 측정을 검출하여 찾아질 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 이용되는 바들의 직경들은 주어진 측정자(measurer)에 대해 제공된 측정장(field of measurement)의 극단들을 정의하도록 선택될 수 있다. 따라서 예측되는 공칭 값은 그렇게 정의된 범위 내에 포함되어야만 한다. 예를 들어, 공칭 외측 직경(D)이 100mm라면, 캘리브레이션을 위해 이용된 바들의 직경들은 각각 80mm및 120mm와 동등할 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 이용된 바들은 동일한 전도도를 가지며 동일한 원재료로 만들어진다.

따라서 제1 수준 캘리브레이션은 측정 장치(10) 내부에 아무것도 없는 채로, 그리고 2개의 서로 다른 중실 기준 바들을 가진 채로 가장 낮은 주파수(F1)와 가장 높은 주파수(F2)에서 유동 값들을 측정하는 것으로 이루어진다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제2 수준 캘리브레이션은 예컨대 공칭 축(Z)에 대한 관계에서 금속 프로파일(12)의 위치를 보상하기 위해 이용될 수 있는 파라미터를 평가하는 데에 이용된다. 이를 위해, 장치(10)의 축(Z)으로부터 특정한 양만큼 이동된, 알려져 있는 크기들을 가진 비-편심 튜브를 이용하여 측정이 이루어진다. 이 파라미터는 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)의 유동의 보상된 값들 사이에서 최소인 차이를 만드는 목적을 가진 최소점 문제(minimum problem)에 의해 결정된다.

몇몇 실시예들에 따르면, 제3 수준 캘리브레이션은, 알려져 있는 방향을 면하고 있는 알려져 있는 편심도를 가진 튜브 상에서의 측정을 수행하는 것을 제공한다. 예를 들어, 도 9를 이용하여 설명된 실시예들에 따르면, 세그먼트화 코일들(31a, 31c) 상에서 측정된 유동들로부터 얻어진 내측 반경들(R5, R7)을 편심 튜브의 내측 반경(R3)의 값들과 연관지음으로써, 편심도를 추산하고 평가하기 위한 선형 인터폴레이션(linear interpolation)을 통해 계수(coefficient)들이 얻어진다.

몇몇 실시예들에 따르면, 서로 다른 수준들의 캘리브레이션에 의해 얻어진 파라미터들은 데이터 저장 유닛(48)에 기억되어서 이어서 계산 알고리즘을 수행하는 데에 이용될 수 있다.

지금까지 설명된 바와 같은 압연 도중 금속 프로파일들의 횡단 크기의 열간 측정을 위한 장치에 변형 및/또는 부분의 추가가 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 명백하다.

본 발명이 몇몇 특정한 예들을 참조로 설명되었지만, 해당 분야의 통상의 기술자라면 확실히, 청구항들에 내세워진 특징들을 가지며 따라서 그에 의해 규정된 보호 범위 내에 속하는, 압연 도중 금속 프로파일의 횡단 크기의 열간 측정을 위한 장치의 수많은 다른 동등한 형태들을 성취할 수 있다는 것 역시 명백하다.

Claims (11)

1. 적어도 금속 프로파일(12)의 직경(D) 및/또는 평균 두께(S1)를 얻기 위한, 압연 중 튜브 또는 중실 바와 같은 금속 프로파일(12)의 횡단 크기의 열간 측정을 위한 방법으로서,
   - 적어도 2개의 주파수들(F1, F2)을 가진 정현파 전류(20)를, 서로로부터 구별되고 공간적으로 분리되며 금속 프로파일(12)의 공급의 공칭 축(Z)을 따라 배치되고 금속 프로파일(12)의 횡단 크기의 동일한 공칭 측정에 대해 작동하는 적어도 2개의 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)을 구비한 송신 엘리먼트(14)에 공급하는 단계;
   - 상기 송신 엘리먼트(14)에 원하는 프로필의 역선들을 가진 전자기장을 생성하는 단계;
   - 서로로부터 구별되고 공간적으로 분리되며 상기 공칭 축(Z)을 따라 상기 송신 엘리먼트(14)의 길이방향 전체 규모에 포함되는 위치에 상기 공칭 축(Z)을 따라 배치된 하나 또는 그 이상의 부분들(18a, 18b)을 구비한 수신 엘리먼트(18)에 의해 상기 송신 엘리먼트(14)의 상기 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)을 통한 상기 금속 프로파일(12)의 통과로 인한 상기 전자기장의 변화와 관련한 신호(22)를 검출하는 단계로서, 송신 엘리먼트(14)의 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)과 수신 엘리먼트(18)는 모두 실린더 형상의 나선들 또는 코일들이고, 그 위에서 측정이 수행되며 그 내부로 금속 프로파일(12)이 통과하도록 되는 금속 프로파일(12)의 직경보다 큰 크기의 통과 구멍을 형성하는 단계;
   - 각 주파수(F1, F2)에 대해 상기 전류(20)의 값과의 관계에서 검출된 상기 전자기장의 유동의 값을 표준화하고 무차원화하는 단계로서, 전자기장의 상기 유동은 금속 프로파일(12)이 없는 채로 획득된 표준화된 유동과 관련된 기준값을 이용하여 무차원화된 단계;
   - 유동의 표준화되고 무차원화된 값들에 기초하여 수학적 모델을 정의하는 단계;
   - 상기 송신 엘리먼트(14) 및 상기 수신 엘리먼트(18)의 물리적인 크기들로부터 상기 금속 프로파일(12)의 횡단 크기의 상기 측정을 속박 해제하기 위해, 실제 무차원화 값들과 수학적 모델에 의해 정의된 이상적인 무차원화 값들 사이의 대응 관계를 결정하기 위해 호모그래피 변환을 수행하는 단계;
   - 호모그래피로부터 획득된 데이터들을 처리하여 상기 금속 프로파일(12)의 상기 직경(D) 및/또는 상기 평균 두께(S1)를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 호모그래피 변환은 적어도 상기 송신 엘리먼트(14)의, 그리고 상기 수신 엘리먼트(18)의 제1 수준 캘리브레이션으로부터 도출된 파라미터들에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 수준 캘리브레이션은, 각각 금속 프로파일(12)이 존재하지 않는 한 번의 측정과 중실 바로서 존재하는 2개의 금속 프로파일들(12)의 두 번의 측정들인 적어도 세 번의 상기 전자기 반응장의 측정을 검출하는 것을 제공하되, 상기 적어도 세 번의 측정들은 전류(20)의 상기 주파수들(F1, F2) 각각에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 원형 크라운을 동등한 부분들로 분할함으로써 얻어지고 상기 수신 엘리먼트(18) 둘레에 배치되어 적어도 상기 튜브형 금속 프로파일(12)의 국부적인 두께(S2)의 측정을 수행하는 확정 섹터에 대응하는 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)로 튜브형 금속 프로파일(12)의 통과로 인한 상기 전자기장의 변화와 관련된 신호들(23)을 검출하는 것을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 수준 캘리브레이션으로부터 획득된 파라미터들을 이용한 표준화, 무차원화 및 호모그래피 변환에 의해 상기 세그먼트화 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)로 검출된 상기 신호들(23)을 처리하는 것을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 공칭 축(Z)과의 관계에서 상기 금속 프로파일(12)의 정렬과 무관하게 횡단 크기의 상기 측정을 수행하기 위해, 상기 송신 엘리먼트(14) 및 상기 수신 엘리먼트(18)와의 관계에서 상기 튜브형 금속 프로파일(12)의 위치의 보상을 수행하는 것을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 위치의 보상은 적어도 상기 송신 엘리먼트(14) 및 상기 수신 엘리먼트(18)의 제2 수준 캘리브레이션으로부터 획득된 적어도 하나의 파라미터를 이용하여 수행되되, 이는 공칭 축(Z)에 대한 관계에서 배치된 알려져 있는 크기들을 가진 비-편심 금속 프로파일(12)의 존재 하에서 반응 전자기장의 적어도 한 번의 측정을 검출하는 것을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제4항에 있어서, 각 세그먼트화 코일(31, 31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 검출된 각 신호(23)에 대해 적어도 국부적인 벽체 두께(S5, S6, S7, S8)를 결정하기 위해 상기 금속 프로파일(12)의 편심도의 추산을 수행하는 것을 제공하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 편심도의 추산은 적어도 상기 송신 엘리먼트(14) 및 상기 수신 엘리먼트(18)의 제3 수준 캘리브레이션으로부터 획득된 적어도 한 파라미터를 이용하여 수행되되, 이는 알려져 있는 편심도를 가지며 알려져 있는 방향으로 배향되고 알려져 있는 크기들을 가진 튜브형 금속 프로파일(12)의 존재 하에서 상기 반응 전자기장의 적어도 한 번의 측정을 검출하는 것을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 열간 압연을 받게 되는 금속 프로파일(12)의 압연 중 횡단 크기의 측정을 위한 장치로서, 서로로부터 구별되고 공간적으로 분리되며 금속 프로파일(12)의 공급의 공칭 축(Z)을 따라 배치되고 금속 프로파일(12)의 횡단 크기의 동일한 공칭 측정에 대해 작동하는 적어도 2개의 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)을 구비한 송신 엘리먼트(14)로서, 원하는 프로필의 역선을 가진 전자기장을 생성하도록 구성된 상기 송신 엘리먼트(14)와, 상기 공칭 축(Z)을 따라 상기 송신 엘리먼트(14)의 인접한 부분들(14a, 14b, 14c, 14d) 사이의 중간 위치에, 또는 상기 송신 엘리먼트(14)의 한 부분(14a, 14b, 14c, 14d) 내에 잠기도록 배치되고 상기 금속 프로파일(12)의 통과로 인한 상기 전자기장의 변화와 관련된 신호(22)를 검출하도록 구성된 수신 엘리먼트(18)를 포함하되, 송신 엘리먼트의 부분들(14a, 14b, 14c, 14d)과 수신 엘리먼트(18)는 모두 실린더형 형상을 가진 코일들이고, 송신 엘리먼트의 부분들(14a, 14b, 14c, 14d) 각각과 수신 엘리먼트(18)는 그 위에서 측정이 수행되고 그 안에서 금속 프로파일(12)이 통과하게 되는 금속 프로파일(12)의 직경보다 큰 크기의 통과 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 각각 세그먼트로서 구성되고 원형 크라운을 동등한 부분들로 분할함으로써 획득되며 상기 수신 엘리먼트(18) 둘레에 배치된 상대적인 섹터에 대응하는 복수의 수신 코일들(31, 31a, 31b, 31c, 31d)도 포함하는 장치.

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