JPS6031010A - 鋳片凝固厚み測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁超音波を用いて連続鋳造における鋳片の
凝固厚みを測定する装置（以下、シェル扉側“という）
に関するものである。

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。図
において（１）は電磁超音波発生器、（２）は電磁超音
波受信器、（７）は鋳片、（８）はパルス発生回路。

（９）は励磁電源、　（ＩＩは増幅器、（」υはゲート
回路、α乃は透過時間測定回路、（ＩＩは表面温度計ｊ
θイ）は鋳片全厚み測定器、（【ωは凝固厚み演算回路
、（１匂は出力回路である。一方、第２図はこのシェル
厚計における′ｉ磁超音波発生、および受信の原理を示
す１ン１である。この図において（３）は電磁超音波発
生コイル、（４）は電磁超音波検出コイル、（５）は磁
界を発生させるための励イ１蜂コイル、（６）は磁気回
路を形成するための磁心である。ここで検出コイル（４
）の出力（２１）は増幅器Ｈに接続されている。

次に動作について説明する。パルス発生回路（８）によ
ってパルス信号を通電された発生コイル（３）はコイル
のまわりに矢印ａ？）のようにパルス磁界を発生し、こ
のパルス磁界はレンツの法則によシ厚みＤの鋳片（７）
の表面に起電力を誘起し、うず電流ｔｔｎを発生させる
。このうず電流Ｑｌはさらにフレミングの左手の法則に
より矢印（１７）のパルス磁界との相互作用によるパル
ス電磁力を発生させこれが鋳片（７）の表面に超音波振
動を起させる。以上が電磁超音波発生の原理である。

次に鋳片（７）の表面で発生した電磁超音波は鋳片（７
）の中音矢印ａｌＯ向きに進行し、他面に達すると鋳片
（７）の表面に振＝ｂｙｃ発生させる。この振動と励磁
電源（９）によって励磁された励磁コイル（５）が作る
磁界との相互作用によＬＳＩ片（７）の表面に起電力が
発生する。これはフレミングの右手の法則によるもので
ある。この起電力は鉤片（７）の表面にうず電流（至）
を発生し、このうず電流の作る磁界がレンツの法則によ
シ、検出コイル（４）に起電力を誘起し。

この起電力信号が受信信号として増幅器員によって、増
幅されゲート回路ａ０によって時間軸上の必要な部分が
取シ用され、透過時間測定回路Ｉに送られる。このゲー
ト回路Ｕυでは通常パルス発生回路のパルス出力タイミ
ング信号を基準にして時間ゲートが作成される。

次に透過時間測定回路ｌ１２では、ゲート回路αＤから
入力された受信信号とパルス出力タイミング信号の時間
差から超音波が鋳片（７）の−面からその裏面の他面ま
でに伝（６するに要する時間ｔをめ。

その結東が凝固厚み演算回路αつに送られる。

さて、今、鋳片内に未凝固部が残っているとし。

ずでに凝固している部分の厚さをｄ−ｄ１＋ｒ１２とす
れば未ぷｆ同郡の厚さはＤ−ｄのはずであるから凝固部
を超音波が伝搬する速度をＶ　、未凝固部を超音波が伝
搬する速ｇｃ、をＶｔとすれば鉄片全体を超音波が透過
する透過時間ｔは Ｄ−ｄ ｔ＝□モ□ ■ｓｖｔ であられされる。一般に■は鋼種によって鋳片の凝固温
度と２表面温度計０■によって測定された表面温度から
平均又は加重平均等によってめた凝固部の平均温度によ
シ超音波伝搬速度の温度依存特注から算出され、又■６
は未凝固部が過冷却状態にあると考えられることからこ
の状態での超音波伝搬速度を実験によってめられた値が
使用される。

従って、凝固厚み演算回路Ｑ句の入力として前記透過時
間を以外に全厚み測定器ａ（イ）からの厚み情報りと１
表面温度計α濠からの表面温度情報と鋼種によって決ま
る鋳片の凝固温度値と、未凝固部の超音波伝搬速度Ｖｔ
が得られれば前記の関係式から凝固厚みｄが算出できる
わけである。算出された凝固厚みｄは出力回路（Ｉ６）
によＱ表示又は記録される。

従来の鋳片凝固厚み測定装置は以上のように構成されて
いるので、外来ノイズ等の偶発ノイズが電磁超音波受信
器の検出コイル側に混入された場合に、これを除外する
ことができず、そのまま受信信号として処理し、誤まっ
た判定（誤測定）をしてしまう欠点があった。

この発明は、このような欠点を解消するためになされた
もので、前記のノイズ等によって発生する異常波形信号
を除外し、さらに統計的処理を付加することによシ、き
わめて測定精度の高い鋳片凝固厚み測定装置を提供する
ものである。

第３図は、この発明の一実施例を示す図である。

第３図において、（１）は電磁超音波発生器、（２）は
電磁超音波受信器、（７）は鋳片、（８）はパルス発生
回路。

（９）は励磁ぬ電源、（ｌ〔は増幅器、ａｌ）はゲート
回路、Ｈは透過時間測定回路、（２邊は透過時間演算回
路、（２東は異常波形除去回路、（１■は表面温度計、
ａ◇は鋳片全厚み測定器、ａつは凝固厚み演算回路、θ
０は出力回路である。

第４図は、異常波形除去回路はうおよび透過時間測定回
路働の回路構成を示す図である。第４図において、０４
）は４変換回路、（ハ）は波形記憶回路。

００は最大振幅点検出回路、０ηは最大値記憶回路。

（財）はタイミング制御回路、ＣＩは零りロス点検出回
路、働は波長算出回路＃　Ｃ１１）は極値点検出回路、
０りは極値記憶回路、（至）は振幅比率演算回路、（ロ
）は波長条件判定回路、（ハ）は振幅条件判定回路、　
Ｃ（６１および（４１）は定数設定回路、（３Ｄは波形
情報記憶回路。

Ｃ３Ｉは波長平均値算出回路、■は振幅平均値算出回路
、（１〔は比較判定回路、　（４２）は送信タイミング
信号、　（４３）は受信信号、　（４４）は透過時間信
号。

（４５）はデータ有効信号、　（４６）は透過時間記憶
回路、　（４７）は有効データ判定回路、　（４Ｂ）は
平均値算出回路、　（４９）は平均透過時間信号である
。

次に第３図および第４図に示す本発明の一実施例につい
てその動作を説明する。パルス発生回路（８）によシミ
磁紹音波発生器（１）への送信信号と同期した送信タイ
ミング信号（４２）が出力され、透過時間測定回路ａ′
ＩＪおよび異常波形除去回路（財）に入力される。一方
励磁電源（９）により励磁され、受信可能となった電磁
超音波受信器（２）からの受信信号（４３）は増幅器ａ
＠により増幅され、ゲート回Ｍｉｌ１１によシ必要な信
号のみ時間弁別され、前記透過時間測定回路０擾および
異常波形除去回路体３）に入力される。

透過時間測定回１１．ｆ、（ｌでは、前記の送信タイミ
ング信号（４２）と受信信号（４５）との時間差から、
透過時間ｔＴｋ求め、これを透過時間信号（４４）とし
て透過時間演算回路ｃ！−へ送シ、透過時間記憶回路（
４６）に記憶させる。

さて、異常波形除去回路Ｑ３では前記の受信信号（４３
）が、まず”４変換回路ｅ２４に入力され、タイミング
制御回路（ハ）の指示するタイミングでサンプリングさ
れ、ディジタル値に変換されて波形記憶回路（ハ）に時
系列で記憶される。なおタイミング制御回路（ａは、前
記送信タイミング信号（４２）と連動し。

受信信号（４３）の全波形が充分記憶されるようタイミ
ング制御を行なっている。

第５図は以上のようにして波形記憶回路（ハ）に収めら
れた受信信号（４６）の−例を示したものである。

なお第５図ではアナログ波形として示しであるが。

実際には時系列に並んだディジタル値として記憶されて
いる。受信信号（４３）の記憶が終了すると次にタイミ
ング制御回路（至）の指示により、データが順に読み出
され、最大振幅点検出回路（ハ）により。

最大振幅を与える時刻ｔＭが検出され、同時に、最大振
幅値記憶回路によシ、この時の振幅値ｖＭが記憶される
。なお、波形記憶回路（ハ）は時系列にデータを記憶す
るようになっておシ、またデータのサンプリングも、タ
イミング制御回路（２）によシ予め定められた既知のタ
イミングで行なわれているため、波形記憶回路（ハ）に
記憶されているデータの位置を知ることによシ、前記の
時刻ｔＭは容易にめられる。

次に１時刻ｔＭが最大振幅値記回路弼により検出される
と、この情報はタイミング制御回路（ハ）に入力する。

タイミング制御回路（ハ）は１時刻〜Ｘ対応する波形記
憶回路（イ）上の位置から、順に時間をさかのぼる方向
および時間を下る方向にデータを読み出し１時刻ｔＭ前
後の予め設定された範囲における零クロス時刻ｔ２　〜
１２　および極大値、極小＝２２ 値を示す時刻ｔＰ−１Ｐ　が、それぞれ零クロス２２ 点検出回路０Ｉおよび極値点検出回路Ｏυによシ検出さ
れる。波長算出回路（至）では上記零クロス時刻より・
たとえば１″′″１２１〜゛ｚ−２とし１波長を算出す
る。もちろん、波長λをめるに当っては２例えばλ＝（
λ　−λ　十λ　−λ　）／２のよう１　−２　２　−
１ にλをｔｚ　ｓ　ｔＺ　＃　ｔｚ　ｊｔｚ　の関数とし
て。

−２−１１２ 他の統計的演算手法を導入してもよい。

極値記憶回路０りは前記極値点検出回路０υによシ検出
されたそれぞれの極値点ｔ　−１Ｐにおける−２２ 振幅値Ｖ、、−２〜７ｐ２の値を記憶し、振幅比率演算
回路０■は前記の最大値記憶回路（５）に記憶されてい
る振幅値７と・こ０ｖＰ−２〜Ｖ、とによシ・たとえ（
１−−２〜２）をめる。もちるん、この振幅比率は・Ｖ
Ｍ・ｖＰ−２〜ｖ２よ長る゛トリ”トリ″としてめるな
ど、他の演算処理を行なってもよい。

波長条件判定回路（ロ）は、波長算出回路−によシ算出
された波長λが、定数設定回路（至）により予め設定さ
れた範囲に入っているかを判定し、この条件を満足しな
いデータを除去する。同様にして。

振幅条件判定回路（至）は、振幅比率演算回路（至）に
よ請求めた振幅比率ｋ　２〜に２が定数設定回路（ト）
によシ予め設定された条件を満足しているかによってデ
ータの取捨判定を行なう。従って、定数設定回路（７）
による設定条件を満足したデータのみが波長条件判定回
路（ロ）および振幅条件判定回路６つ全通過し、波形情
報記憶回路０７）に収められる。

ここまでの経過をＮ回の受信について行なえば。

波形情報記憶回路０θ内にはＮ回分の波長データのうち
前記判定条件を満足したに個（ただに≦Ｎ）の波長デー
タλ１（１＝１〜Ｋ）と振幅比率データとになる。

Ｎ回の受信が終了した時点でタイミング制御回路Ｑ植の
指示により波形情報記憶回路０η内に記憶されたに個の
データが順に読み出され、波長平均値算出回ＩＩＶ１（
財）および振幅平均値算出回路Ｇつにより。

それぞれ０平均値２・ｋＰ−２〜ｋＰ２７％算出さ１・
比較判定回路（４０へ送られる。

タイミング制御回路（ハ）は、波長平均値算出回路（至
）および振幅平均値算出回路Ｇ！１が、それぞれの平均
値を比較判定回路−へ送った後に、再び波長情報記憶回
路ｃ３カのデータを読み出し、さらに比較列ｋｐとの比
較を行ない、予め定数設定回路（４１）により設定され
た偏差値以内に入ったデータに対してのみデータ有効信
号（４５）を出力する。

ここで、前記の透過時間記憶回路（４６）に記憶された
ゞ回０透過時間２−タ゛・、（”′″１〜Ｎ）Ｏうち、
前記データ有効信号（４５）に対応した透過時間（４７
）を通過し、平均値算出回路（４８）により透過時間演
算回路が算出され、平均透過時間信号（４９）として凝
固厚み演算回路（ｔ５１へ送られる。

凝固厚み演算回路００では、透過時間演算回路０２によ
る平均透過時間１−１．と１表面温度計（ハ）による温
度Ｔと、鋳片全厚み測定器ａ４による全厚みＤとから、
従来の算出方法と同様にして凝固厚みをめ、出力回路（
１０によ）外部へ出力される。

本実施例では、定数設定回路（至）の設定値が、予め予
想される波長および振幅比率に対して例えば±１０％と
なるように設定し、さらに定数設定口に対して、同様に
１例えば±３チと設定することによシ、有用なデータを
損なうことなく、モータや電磁１：：１閉器の突入電流
等による急峻な立上りをもつ短波長波形をきわめて効果
的に除去し待た。

なお１以上はディジタル化されたデータを扱うディジタ
ル回路により説明を行なったが、この回路の一部または
全部をアナログ回路によって置き換えたり、あるいはコ
ンピュータを用いてソフトウェアに置き換えたシするこ
とはもちろん可能であり、またそれによって本発明の趣
旨は何はども損われるものではない。また１本実施例で
は、極値点および零クロス点をそれぞれｔ　ｐ　−ｊ　
Ｐ　＃２２ １　−１　の８点として説明したが１本発明は−２２２ これに限らず、特に極値点および零クロス点の数を限定
するものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変形がある。

また２本発明による異常波形除去回路および透過時間演
算回路はシェル厚計のみならず、超音波等の伝播を利用
した他の送受信装置２例えば肉厚計、温度計等にも応用
可能である。

以上のように、この発明によれば、外米ノイズ等の偶発
ノイズが電磁超音波受信器の検出コイル側に混入される
こと等によって発生する異常波形信号を除外し、さらに
統計的処理を付加することによシ、きわめて測定精度の
高い鋳片凝固厚み測定を行なうことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の鋳片凝固厚み測定装置の構成を示すブロ
ック図、第２図は電磁超音波発生および受信の原理を示
す図、第３図は本発明装置の一実施例の構成を示す図、
第４図は本発明装置の異常波形除去回路および透過時間
演算回路の回路構成を示すブロック図、第５図は本発明
装置によって得られる受信信号の一例を示す図である。 図中ｊ＋１）は電磁超音波発生器、（２）は電磁超音波
受信器、（３）は電磁超音波発生コイル、（４）は電磁
超音波検出コイル、（５）は励磁コイル、（６）は磁心
、（７）は鋳片、（８）はパルス発生回路、（９）は励
磁電源、α〔は増幅器、ａυはゲート回路、０３は透過
時間測定回路、０階は表面温度計、■は鋳片全厚み測定
器、　ａＳは凝固厚み演算回路、　ｏｎは出力回路、α
ηはパルス磁界、α榎および翰は渦電流、ａ鴨は超音波
の伝播方向、ＣＯＯは電磁超音波検出コイル（４）の出
力、（社）は透過時間演算回路、（ハ）は異常波形除去
回路、Ｑ→はス変換回路、（ハ）は波形記憶回路、＠は
最大振幅点検出回路、＠は最大値記憶回路、０樟はタイ
ミング制御回路、＠は零クロス点検出回路、（至）は波
長算出回路、ＯＩ）は極値点検出回路、０擾′は極値記
憶回路、（ハ）は振幅比率演算回路、（財）は波長条件
判定回路、（ハ）は振幅条件判定回路、（７）および（
４１）は定数設定回路、　ｔ３ｎは波形情報記憶回路、
（至）は波長平均値算出回路、　Ｃ３１は振幅平均値算
出回路、００は比較判定回路、　（４２）は送信タイミ
ング信号、　（４３）は受信信号、　（４４）は透過時
間信号、　（４５）はデータ有効信号、　（４６）は透
過時間記憶回路、　（４７）は有効データ判定回路ｔ　
（４８）は平均値算出回路。 （４９）は平均透過時間信号でちゃ。 なお１図中、同一あ暮いは相当部分には同一符号を付し
て示しである。 代理人　大岩増雄 特開昭ＧＯ−３１０１０（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 連続鋳造される鋳片の一面に設置され、かつ高周波パル
   ス電流を通電されるコイルを備えて上記鋳片表面に超音
   波を発生させる電磁超音波発生器と、上記鋳片の他面に
   設置されて前記超音波を受信する検出コイルを備えた電
   磁超音波受信器と。 上記の超音波発生器および受信器の超音波発生。 受信のタイミングから前記鋳片を超音波が前記−面から
   他面まで伝搬するに要する時間ｔをめる時間測定回路と
   、前記鋳片の全厚みＤを測定する全厚み測定器と、前記
   時間測定回路によって測定された時間ｔ、前記全厚み測
   定器によって測定された全厚みｐ、前記鋳片の厚みｄの
   凝固部を超音波が伝搬する速度■、および前記鋳片の厚
   みＤ　−ｄの未凝固部を超音波が伝搬する速度■６とか
   ら凝固部厚みｄを算出する演算回路とからなることを特
   徴とする鋳片凝固厚み測定装置において、前記電磁超音
   波受信器によって受信された受信信号に対して統計的処
   理を施し、異常波形信号を除外することを目的とした異
   常波形除去回路を前記電磁超音波受信器と前記時間測定
   回路の間に設けたことを特徴とする鋳片凝固厚み測定装
   置。