(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製造プロセス用の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）であって、前記装置に対して動く金属材料（Ｍ）のストリップ（Ｓ）に沿ってクラック（Ｃ）を検出するための装置（１−１；１−２；１−３；１−４）において、
コイル装置（３−１；３−２；３−３）であって、
第１方向に延び、前記ストリップ（Ｓ）の部分において前記第１方向に第１電流（ｉ１）を誘導するための第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）と、
第２方向に延び、前記ストリップ（Ｓ）の部分において前記第２方向に第２電流（ｉ２）を誘導するための第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）であって、前記第１方向と前記第２方向は互いに交差する第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）と、
前記第１電流（ｉ１）によって生成される磁界を検出するべく配置された第１受信コイル（７）、および前記第２電流（ｉ２）によって生成される磁界を検出するべく配置された第２受信コイル（９）を有し、前記第１電流（ｉ１）によって生成される磁界および前記第２電流（ｉ２）によって生成される磁界は、前記ストリップ（Ｓ）の前記部分にクラックが存在するか否か、および前記クラックの方向の評価基準を提供し、
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）は、前記第１受信コイル（７）から第１距離に配置される、コイル装置（３−１；３−２；３−３）と、
前記装置（１−１；１−２；１−３；１−４）の使用時に前記コイル装置（３−１；３−２；３−３）と金属材料との間に挟まれるように配置され、前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）と前記金属材料の表面との間で第２距離を維持し、前記第１距離と前記第２距離との差は４０％未満である、保護部材と
を備える装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項２】
前記第１方向および前記第２方向は、本質的に垂直である、請求項１に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項３】
前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）が、金属材料（Ｍ）のクラック検査の間にその金属材料（Ｍ）の移動の方向（Ａ）において前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）の下流側に配置される、請求項１または２に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項４】
前記第１受信コイル（７）は、前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）の１つの側に配置され、前記第２受信コイル（９）は、前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）の１つの側に配置され、前記第１受信コイル（７）および前記第２受信コイル（９）は、前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）および前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）と同一平面上に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項５】
前記第１受信コイル（７）の巻線（７ａ）は前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）と平行に配置され、前記第２受信コイル（９）の巻線（９ａ）は前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）と平行に配置される、請求項４に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項６】
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）は、前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）が前記第１受信コイル（７）の巻線（７ａ）と平行となるところの距離（ｗ；ｄ）に沿って本質的に一定の方向の延在部を有し、前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）は、前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）が前記第２受信コイル（９）の巻線（９ａ）と平行となるところの距離（ｄ）に沿って本質的に一定の方向の延在部を有する、請求項５に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項７】
前記金属材料（Ｍ）に前記第１電流（ｉ１）および前記第２電流（ｉ２）を誘導するために前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）および前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）に時変電流を供給するべく配置された信号発生器（１３；１３−１；１３−２）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項８】
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）が、本質的に直角三角形の伝達コイル（１１）の第１辺部を定め、前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）が、前記本質的に三角形の伝達コイル（１１）の第２辺部を定め、前記第１辺部と前記第２辺部は本質的に垂直な辺部である、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１−１）。
【請求項９】
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）と前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）とが、電気的に分離されたコイルの一部を形成し、前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）および前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）のそれぞれは、個別の時変電流が供給されるように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１−２）。
【請求項１０】
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）および前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）のそれぞれが、それぞれの三角形状の伝達コイル（２１−１、２１−２）の一部を形成する、請求項９に記載の装置（１−２）。
【請求項１１】
前記時変電流がパルス列である、請求項７に従属するときの請求項７から１０のいずれか一項に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項１２】
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）および前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）のそれぞれに交互に前記時変電流を供給し、それによって前記金属材料（Ｍ）において前記第１電流（ｉ１）および前記第２電流（ｉ２）を交互に誘導するべく、前記信号発生器（１３；１３−１；１３−２）を制御するための制御ユニット（１５）を備える、請求項７に従属するときの請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置（１−２；１−４）。
【請求項１３】
前記ストリップ（Ｓ）にクラック（Ｃ）が存在するか否かを判定するために、前記第１受信コイル（７）によって検出された磁界および前記第２受信コイル（９）によって検出された磁界に基づく信号を受信するべく構成された計算ユニット（１９；１９−１；１９−２）を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項１４】
前記計算ユニット（１９；１９−１；１９−２）が、前記第１受信コイル（７）によって検出された磁界と前記第２受信コイル（９）によって検出された磁界とに基づいて、検出されたクラック（Ｃ）の延在の方向を決定するべく構成される、請求項１３に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項１５】
前記第１受信コイル（７）と同一の軸に沿って配置された巻線（２５ａ）を有する第３受信コイル（２５）を備え、前記第３受信コイル（２５）の前記巻線（２５ａ）は、前記第１電流（ｉ１）によって生成された磁界を検出するべく配置される、請求項９から１４のいずれか一項に記載の装置（１−３；１−４）。
【請求項１６】
前記金属材料（Ｍ）において第３電流（ｉ３）を誘導するための前記第２巻線部（２４ｂ）と平行な第３巻線部（２４ｃ）と、前記第２受信コイル（９）の巻線（９ａ）と平行に配置された巻線（２７ａ）を有する第４受信コイル（２７）とを有し、前記第４受信コイル（２７）の前記巻線（２７ａ）が、前記金属材料（Ｍ）において前記第３電流（ｉ３）によって生成された磁界を検出するべく配置される、請求項１５に記載の装置（１−３；１−４）。
【請求項１７】
前記第１巻線部（５ａ；２１ａ；２４ａ）は、伝達コイルの一部を形成し、前記伝達コイルは、クラックの検査を受ける金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、その表面と平行な平面内に位置し、前記第２の距離の少なくとも２倍である、最小の寸法を有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項１８】
前記伝達コイルの前記最小の寸法が、前記第２の距離の少なくとも３倍の寸法である、請求項１７に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項１９】
前記第１距離と前記第２距離との差は２０％未満である、請求項１に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項２０】
前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）は、前記第２受信コイル（９）から第１距離に配置され、前記保護部材は、前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）と前記金属材料の表面との間で第２距離を維持し、前記第１距離と前記第２距離との差は４０％未満である、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項２１】
前記第１距離と前記第２距離との差は２０％未満である、請求項２０に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項２２】
前記第２巻線部（５ｂ；２１ｂ；２４ｂ）は、伝達コイルの一部を形成し、前記伝達コイルは、クラックの検査を受ける金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、その表面と平行な平面内に位置し、前記第２の距離の少なくとも２倍である、最小の寸法を有する、請求項２０または２１に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【請求項２３】
前記伝達コイルの前記最小の寸法が、前記第２の距離の少なくとも３倍の寸法である、請求項２２に記載の装置（１−１；１−２；１−３；１−４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体として金属材料の品質検査に関し、特に、金属製造プロセスにおける、誘導による金属材料の表面のクラック検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鋼材の製造において、金属材料におけるクラックを検出することが知られている。例えば誘導技術がこの目的のために用いられてきた。誘導技術を用いるとき、時変磁界によって、例えばスラブや金属シート等の金属材料に電流が誘導される。時変磁界は、同様に時変電流が供給された伝達コイルによって生成される。誘導電流が金属材料のクラックにぶつかる場合、クラックはその誘導電流に対する障壁を構成する。その結果、クラックが、クラックの位置での誘導電流を、クラックのない金属材料と比較して変化したものとする。変化した電流は、電流の周囲の磁界の変化をもたらす。磁界の変化は受信コイルによって測定され、それにより金属材料の検査を受ける表面部分におけるクラックの存在を判定することができる。
【０００３】
金属材料におけるクラック検出のために誘導技術を用いるとき、一般的には金属材料の表面を、検査を受ける表面部分を横断して移動するコイルによって探索する。ＧＢ２４０１９４７には、航空機のエンジンディスクの重要な表面の検査のための装置が開示されている。ＧＢ２４０１９４７に開示された実施形態の１つが図５に示されている。この実施形態には、直角三角形の形態の伝達コイル３８が含まれる。三角形の伝達コイル３８の直角をなす隣接する二辺３８−１および３８−２に沿って、受信コイル３２−１および３２−２が配置されている。三角形の両辺３８−１および３８−２は、クラックの検査を受けている金属材料において直交する電流を誘導する。それにより、異なる方向をもつクラックを、受信コイル３２−１および３２−２によって検出することができる。航空機エンジンディスクの表面に沿って装置を移動させることによりクラック検査が行われる。
【０００４】
ＥＰ１０３３５７１Ａ２は、プローブコイルの配置先の内側または上側の第一基板を備えるプローブを開示する。上方から見ると、第２のプローブコイルは、第１のプローブコイルによって覆われた領域に少なくとも部分的に重なっている。第２のコイルは、第２の基板の内側または上側に配置される。追加の基板のスタックは、追加のプローブコイルのために供給されうる。基板のうちの少なくとも１つは、可撓性材料でつくられたフィルム基板である。第１および第２のコイルは、検査されるコンポーネント内で相互に異なる配向をもつクラックや傷を検出するために使用される。製造のフォトリソグラフィ法もさらに特許請求される。
【０００５】
ＵＳ４５８４７４６は、連続鋳造からの鋼スラブ内のクラックを検出するためのデバイスを開示する。該デバイスは、連続鋳造からのスラブのパスおよび検出ユニットの上流に位置する２つのデスケーリングおよびクーリングユニットの両側に配置された２つのクラック検出ユニットを備える。各々の検出ユニットは、可動フレームと、該可動フレームに対して垂直にスライドし、かつ１つの垂直センサと３つの水平センサをもつヘッドとを備える。該センサは、前方に向かって開放する金属ケーシングによって囲まれている容器内に配置された誘導コイルである。該デバイスの１つの適用例は、再処理ユニットに向けた、欠陥スラブの自動切り替えである。
【０００６】
金属製品の製造プロセスにおいては、上述のタイプの装置を利用することが困難であることが分かった。第１に、そのようなクラック検査は、製造フローに適合させるには時間がかかり過ぎることがある。第２に、検査に必要な機械的デバイスは、価格が高過ぎるとともに、製造中に支配的となることが多い条件、例えば連続鋳造プロセスにおける高温等の条件に影響を受け過ぎるものとなる。
【発明の概要】
【０００７】
特に、連続鋳造プロセス等の金属鋳造における高温の金属の表面上のクラック検出のために、クラック検査中に固定的に配置される、金属製造プロセス用のクラック検出装置を提供可能とすることは有益であろう。そのような装置は、上述のタイプの金属製造の過酷な環境においては、移動する装置より頑健となる。さらに、クラック検査中に固定されるクラック検出装置を適切に設計することにより、クラック検査を既存のソリューションより素早く行うことができる。金属製造では、検査を受ける金属材料と誘導式クラック検出装置のセンサとの距離は、不可避的に約１０〜２０ｍｍの範囲となる。これは第１に、クラック検出装置のセンサは、ディスク等の保護部材によって埃から、そして金属材料の表面が高温の場合は熱から遮蔽されなければならないからである。後者の場合は、保護部材／センサの冷却を、例えば水によって行うことが必要となることがある。金属製造における金属材料は、１０００℃に達するか、それより高温の表面温度を有することがあるからである。冷却装置は、クラック検出装置のセンサと、検査を受ける金属材料の表面との間に設けられるのが有利である。第２に、センサと保護部材／冷却システムは、金属材料の測定表面からさらに距離を置くべきである。金属材料の表面は湾曲している、および／または不規則であることもあり得るからである。検査を受ける表面からセンサを十分に離すことによって、センサ、保護部材および冷却システムの機械的損傷のリスクが低下する。
【０００８】
ＧＢ２４０１９４７に記載のもののような、既存の誘導式センシングソリューションは、金属製造プロセスにおける利用、特に高温の金属表面の検査のためには適さない。その理由は、ＧＢ２４０１９４７の伝達コイルの寸法および伝達コイルと受信コイルの距離が、コイル装置と検査を受ける表面との距離が約１０〜２０ｍｍの範囲とならなければならない金属製造プロセスでの金属材料においてはデバイスが十分な大きさの電流を誘導するのを妨げるからである。ＧＢ２４０１９４７には、受信コイル即ちセンシング要素は、解像度を上げるために１×１ｍｍ以下の寸法を有するのが有利であることが記載されている。このことから、本質的に同じ距離でのクラック測定がされなければならないことが分かる。これらの結論に関する更なる詳細は、詳細な説明に提示されている。検査を受ける表面と伝達コイルとの間の距離の効果の一例として、伝達コイルが２０ｍｍの距離に配置され、かつ伝達コイルの長さ／幅寸法が１０ｍｍである場合、伝達コイルによって生成される磁界のわずか約１０〜２０％しか金属材料と相互作用しないということがある。したがって、金属製造プロセスにおける金属材料のクラック検出のための感度は大幅に低下する。
【０００９】
上述の点に鑑み、本開示の主な目的は、金属製造フローにおける金属材料の大面積に対する誘導式クラック検出を提供することである。
【００１０】
本開示の別の目的は、クラック検査中にクラック検出用の装置が受ける機械的摩耗を低減することである。
【００１１】
本開示のさらに別の目的は、スラブ、プレート、およびストリップ等の大型の被加工物のために使用可能な移動部を用いない誘導式クラック検出を提供し、それによってそのような検出の信頼性を向上させ、コストを低下させることである。
【００１２】
したがって、本開示の第１の態様によれば、金属製造プロセス用の装置であって、前記装置に対して動く金属材料のストリップに沿ってクラックを検出するための装置において、クラック検出中に固定的に配置されるコイル装置を備えており、前記コイル装置は、第１方向に延び、前記ストリップの部分において前記第１方向に第１電流を誘導するための第１巻線部と；第２方向に延び、前記ストリップの部分において前記第２方向に第２電流を誘導するための第２巻線部であって、前記第１方向と前記第２方向は互いに交差する第２巻線部と；前記第１電流によって生成される磁界を検出するべく配置された第１受信コイルと；前記第２電流によって生成される磁界を検出するべく配置された第２受信コイルとを有し、前記第１電流によって生成される磁界および前記第２電流によって生成される磁界は、前記ストリップの前記部分にクラックが存在するか否か、および前記クラックの方向の評価基準を提供することを特徴とする装置が提供される。
【００１３】
本開示によれば、金属材料の大面積に対するクラックの非接触検査を行うことができる。さらに、第１巻線部および第２巻線部が、それらの延長線の方向が交差するように配置されているため、異なる方向のクラックを検出することができ、またクラック検査中に固定的に配置されるコイル装置もともに用いることでクラックの主な延在方向を決定することができる。それによって、前記装置は、従来技術によるソリューションより機械的にはずっと単純で、したがってコストが低下し、動作の信頼性が高くなり、寿命がより長くなる。
【００１４】
一実施形態では、前記第１方向および前記第２方向は、本質的に垂直である。それによって、異なる方向を有するクラックに対しての最適なクラック検出を提供できる。
【００１５】
一実施形態では、前記第２巻線部が、金属材料のクラック検査の間にその金属材料の移動の方向について前記第１巻線部の下流側に配置される。したがって、１つのクラックが、主に第１方向にクラックを検出する第１巻線部と、主に、前記第１方向に本質的に直交する第２方向にクラックを検出するように配置された第２巻線部の両方によって検査できることになり、それによりクラックの延びる方向を決定することが可能となる。
【００１６】
一実施形態では、前記第１受信コイルは、前記第１巻線部の１つの側に配置され、前記第２受信コイルは、前記第２巻線部１つの側に配置され、前記第１受信コイルおよび前記第２受信コイルは、前記第１巻線部および前記第２巻線部と同一平面上に配置される。この装置によって、金属材料において誘導された第１電流と第２電流によって引き起こされる磁界を、受信コイルによって効果的に検出することが可能となる。
【００１７】
一実施形態では、前記第１受信コイルの巻線は前記第１巻線部と平行に配置され、前記第２受信コイルの巻線は前記第２巻線部と平行に配置される。したがって、金属材料における磁界の検出のために、第１受信コイルと第２受信コイルの最適な方向が得られる。
【００１８】
一実施形態では、前記第１巻線部は、前記第１巻線部が前記第１受信コイルの巻線と平行となるところの距離に沿って本質的に一定の方向の延在部を有し、前記第２巻線部は、前記第２巻線部が前記第２受信コイルの巻線と平行となるところの距離に沿って本質的に一定の方向の延在部を有する。したがって、金属材料において誘導された電流は、クラックの測定を受けることが望まれるストリップの幅に対応する距離にわたって本質的に一定の方向の伝達を有することになる。
【００１９】
一実施形態は、前記金属材料に前記第１電流および前記第２電流を誘導するために前記第１巻線部および前記第２巻線部に時変電流を供給するべく配置された信号発生器を備える。
【００２０】
一実施形態では、前記第１巻線部が、本質的に直角三角形の伝達コイルの第１辺部を定め、前記第２巻線部が、前記本質的に三角形の伝達コイルの第２辺部を定め、前記第１辺部と前記第２辺部は相互に垂直な辺部である。
【００２１】
一実施形態では、前記第１巻線部と前記第２巻線部とが、電気的に分離されたコイルの一部を形成し、前記第１巻線部および前記第２巻線部のそれぞれは、個別の時変電流が供給されるように構成されている。
【００２２】
一実施形態では、前記第１巻線部および前記第２巻線部のそれぞれが、それぞれの三角形状の伝達コイルの一部を形成する。
【００２３】
一実施形態では、前記時変電流がパルス列である。それにより、第１受信コイルと第２受信コイルによる測定値を、連続するパルスの間に取得することが可能となる利点が得られる。
【００２４】
一実施形態は、前記第１巻線部および前記第２巻線部のそれぞれに交互に前記時変電流を供給し、それによって前記金属材料において前記第１電流および前記第２電流を交互に誘導するべく、前記信号発生器を制御するための制御ユニットを備える。
【００２５】
一実施形態は、前記ストリップにクラックが存在するか否かを判定するために、前記第１受信コイルによって検出された磁界および前記第２受信コイルによって検出された磁界に基づく信号を受信するべく構成された計算ユニットを備える。
【００２６】
一実施形態では、前記計算ユニットが、前記第１受信コイルによって検出された磁界と前記第２受信コイルによって検出された磁界とに基づいて、検出されたクラックの延在の方向を決定するべく構成される。
【００２７】
一実施形態は、前記第１受信コイルと同一の軸に沿って配置された巻線を有する第３受信コイルを備え、前記第３受信コイルの前記巻線は、前記第１電流によって生成された磁界を検出するべく配置される。
【００２８】
一実施形態は、前記金属材料において第３電流を誘導するための前記第２巻線部と平行な第３巻線部と、前記第２受信コイルの巻線と平行に配置された巻線を有する第４受信コイルとを有し、前記第４受信コイルの前記巻線が、前記金属材料において前記第３電流によって生成された磁界を検出するべく配置される。
【００２９】
一実施形態によれば、前記第１巻線部は、伝達コイルの一部を形成し、前記伝達コイルは、クラックの検査を受ける金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、その表面と平行な平面内に位置し、前記第１巻線部から前記表面までの距離の少なくとも２倍である、最小の寸法を有する。
【００３０】
一実施形態によれば、前記第２巻線部は、伝達コイルの一部を形成し、前記伝達コイルは、クラックの検査を受ける金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、その表面と平行な平面内に位置し、前記第２巻線部から前記表面までの距離の少なくとも２倍である、最小の寸法を有する。
【００３１】
一実施形態によれば、前記伝達コイルの前記最小の寸法が、前記金属材料の前記表面がクラックの検査を受けているときの前記第１巻線部から前記表面への距離の少なくとも３倍の寸法である。
【００３２】
一実施形態によれば、前記伝達コイルの前記最小の寸法が、前記金属材料の前記表面がクラックの検査を受けているときの前記第２巻線部から前記表面への距離の少なくとも３倍の寸法である。
【００３３】
一実施形態によれば、前記第１巻線部は、前記第１受信コイルから第１距離に配置され、前記第１巻線部は、金属材料がクラック検査のために配置されているとき、クラックの検査を受ける前記金属材料の表面から第２距離に配置され、前記第１距離と前記第２距離との差は４０％未満である。
【００３４】
一実施形態によれば、前記第１距離と前記第２距離との差は２０％未満である。
【００３５】
一実施形態によれば、前記第２巻線部は、前記第２受信コイルから第１距離に配置され、前記第２巻線部は、金属材料がクラック検査のために配置されているとき、クラックの検査を受ける前記金属材料の表面から第２距離に配置され、前記第１距離と前記第２距離との差は４０％未満である。
【００３６】
一実施形態によれば、前記第１距離と前記第２距離との差は２０％未満である。
【００３７】
一般的に、請求項で用いられる全ての用語は、本明細書において明示的に異なる定義がされていない限り、当技術分野におけるその通常の意味に従って解釈されるべきである。「ある／１つの／その要素、装置、構成部品、手段、ステップ等」の全ての指示内容は、特に異なる旨の明示的な記載がない限り、その要素、装置、構成部品、手段、ステップ等の少なくとも１つの例を指すものとしてオープンに解釈されるべきである。本明細書に開示されたあらゆる方法のステップは、特に明示的な記載がない限り、開示された順序通りに行われる必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
以下、本発明の概念を、添付の図面を参照しつつ、例示により説明する。
【００３９】
【図１】図１ａは、金属材料のクラック検出のための装置の第１実施例の概略的な上面図であり、図１ｂは、図１ａの装置によってどのように金属材料のクラック検査が行われるかを示す図である。
【図２】図２ａは、金属材料のクラック検出のための装置の第２実施例の概略的な上面図であり、図２ｂは、図２ａの装置によってどのように金属材料のクラック検査が行われるかを示す図である。
【図３】クラック検出のための装置の第３実施例の概略図である。
【図４】クラック検出のための装置の第４実施例の概略図である。
【図５】従来技術によるコイル装置の上面図である。
【図６】図６ａおよび図６ｂは、それぞれ本開示による伝達コイルおよび従来技術による伝達コイルの概略的な側断面図である。
【図７】図７ａおよび図７ｂは、それぞれ本開示による伝達コイルと受信コイルおよび従来技術による伝達コイルと受信コイルの概略的な側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の概念の一定の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明の概念についてより詳細に説明する。しかし、本発明の概念は異なる形態でも実施可能であり、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示をより詳細かつ完全にし、当業者に本発明の概念の範囲を完全に伝えるための例示として提示されたものである。
【００４１】
本明細書に提示された装置は、金属材料におけるクラックを検出するために適合されている。前記装置は、金属材料におけるクラックの方向等の、検出されたクラックに関連する種々のパラメータの決定も行うことができる。有利な点として、前記装置は、例えば鋳造プロセスまたは圧延プロセス等の金属製造プロセスにおける極端な条件下で用いることができる。
【００４２】
その金属材料における電流の誘導を可能とする十分に高い導電性を有するあらゆる金属材料を、本明細書に提示する装置によって検査することができる。
【００４３】
図１ａは、移動する金属材料のストリップに沿ってクラックを検出するための装置の第１実施例の概略図を示す。装置１−１は、コイル装置３−１、第１増幅回路７−１、第２増幅回路９−１、信号発生器１３、制御ユニット１５、信号処理ユニット１７、および計算ユニット１９を備える。
【００４４】
コイル装置３−１は、本質的に直角三角形の伝達コイル１１の形態の伝達コイルを備える。伝達コイル１１は、本質的に直角三角形の伝達コイル１１の第１辺部を定める第１巻線部５ａと、本質的に直角三角形の伝達コイル１１の第２辺部を定める第２巻線部５ｂとを有する。一実施形態では、第１辺部と第２辺部とがそれらの間にある角度αを有し、その角度αは本質的に９０度である。したがって、第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂは本質的に直角をなすものであり得る。このため、第１巻線部５ａおよび第２巻線部５ｂは、本質的に直角三角形の伝達コイル１１の隣接する２辺部を定める。したがって、第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂとは電気的に接続され、信号発生器１３から同じ時変電流ｉ（ｔ）を受け取り、それを伝達するように配置されている。
【００４５】
一実施形態では、伝達コイルは、二等辺三角形または本質的に二等辺三角形の形態の三角形伝達コイルであってもよい。そのような実施形態では、第１巻線部は三角形伝達コイルの第１辺部を定める二等辺の一方に設けられ、第２巻線部は三角形伝達コイルの第２辺部を定める二等辺の他方に設けられる。一実施形態では、二等辺の間の角度が、本質的に９０度であってもよい。
【００４６】
三角形の伝達コイルまたは本質的に直角三角形の伝達コイルのいくつかの実施形態では、第１辺部と第２辺部との間の角度αは、０＜α＜１８０°の範囲にある角度であり得る。すなわち、その角度は０度より大きく１８０度より小さい角度であり得る。
【００４７】
コイル装置３−１は、巻線部７ａを有する第１受信コイル７と、巻線部９ａを有する第２受信コイル９とをさらに備える。第１受信コイル７は第１巻線部５ａの１つの側に配置され、第２受信コイル９は、第２巻線部５ｂの１つの側に配置される。第１受信コイル７と第２受信コイル９は、それらがそれぞれ第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂとによって金属材料に生成された誘導電流からの磁界を検出できるような、第１巻線部５ａおよび第２巻線部５ｂそれぞれからの距離に配置される。
【００４８】
一実施形態では、第１受信コイル７と第２受信コイル９が、それぞれ内部中心点を有する本質的に矩形のコイルである。巻線部７ａは本質的に矩形の受信コイル７の１つの側を定める。巻線部９ａは本質的に矩形の受信コイル９の１つの側を定める。
【００４９】
第１受信コイル７の内部中心点は、好ましくは、図１ｂに示すように、クラックの検査を受ける金属材料Ｍ２１の表面からの第１巻線部５ａの位置するところの距離に対応する、第１巻線部５ａからの距離に配置され得る。第２受信コイル９の内部中心点は、好ましくは、クラックの検査を受ける金属材料Ｍの表面２１からの第２巻線部５ｂの位置するところの距離に対応する、第２巻線部５ｂからの距離に配置され得る。これらの関係は、例えば矩形のまたは本質的に矩形の伝達コイルの場合のような、本発明に記載のあらゆる実施例に適用され得る。一実施形態では、第１受信コイル７の巻線部７ａは、第１巻線部５ａと平行に配置される。第２受信コイル９の巻線部９ａは、第２巻線部５ｂと平行に配置される。ここで、第１受信コイル７の巻線部７ａと第２受信コイル９の巻線部９ａとは互いに本質的に直角をなし、第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂとの間の角度と本質的に同じ角度αを有する。巻線部７ａおよび９ａは、第１実施例の変形例では、第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂのそれぞれに対して他の方式で配置され得ることに留意されたい。このために、受信コイルは、好ましくは、それぞれの伝達巻線、即ち第１および第２巻線部に隣接して配置され得る。
【００５０】
一実施形態では、巻線部７ａおよび９ａは、クラックの検査を受ける必要のあるストリップの幅に対応する長さ方向の延在部を有する。
【００５１】
装置１−１の一変形例では、第１巻線部５ａ、第２巻線部５ｂ、第１受信コイル７、および第２受信コイル９は、本質的に平坦なコイルであり、すなわち装置１−１によって金属材料のクラックの検査をするとき金属材料の表面に垂直な方向と平行な方向のコイルの寸法が、装置１−１の他の寸法の数分の１より小さいものである。そのような変形例では、それらは本質的に一様な高さ寸法を有し、好ましくは基板上または基板内にプリントされるか他の方式で配置される。
【００５２】
一実施形態では、本質的に直角三角形の伝達コイルは、その長さ方向延在部または幅の数分の１より小さい高さ方向の延在部を有する。
【００５３】
第１巻線部５ａおよび第２巻線部５ｂは、信号発生器１３からの時変電流ｉ（ｔ）を受けとるべく配置される。装置１−１の一変形例では、時変電流はパルス列であり得る。したがって、時変電流は、電流の大きさが１つのレベルから別のレベルに、例えば一定レベルからゼロ電流に瞬時に変化し得る。信号発生器１３は、制御ユニット１５に供給される制御信号Ｃ１を介して、発生すべき信号のタイプおよびいつ発生させるかに関する指示を受信するべく配置される。
【００５４】
ここで図１ｂを参照して、以下、装置１−１の動作について説明する。
【００５５】
コイル装置３−１は、一般的には金属材料のクラック検査の間に固定される。装置１−１が、極端な条件下、例えば高温下で動作する場合、コイル装置３−１は、例えば水等の冷却流体によって冷却され得る。このことは、本明細書に開示された全ての実施例に当てはまる。
【００５６】
動作中に、クラックの検査を受ける金属材料Ｍは、コイル装置３−１の１つの側において、コイル装置３−１に対して方向Ａに、好ましくは本質的に一定の速度で移動する。このため、コイル装置３−１が本質的に一定の速度で直線的に動かされるか、あるいは金属材料Ｍがコイル装置３−１に対して動かされ得る。金属材料Ｍは、例えばコイル装置３−１に対して、コイル装置３−１の下で移動し得る。したがって、コイル装置３−１は、金属材料Ｍの表面２０がコイル装置３−１の下を動くとき、その上に配置され得る。それによって、コイル装置３−１を、金属材料Ｍの表面２０に沿ってストリップＳを検査するために用いることができる。当然ながら、コイル装置は、例えば金属材料の下に配置して、それによって金属材料の上に配置されている場合と同じ効果を得られることに留意されたい。
【００５７】
クラック検査の目的のため、特にクラック方向等の追加のクラックパラメータを決定するために、第２巻線部５ｂは、金属材料Ｍの移動方向Ａについて第１巻線部５ａの下流に配置される。クラック検査中における金属材料Ｍの表面２０への第１巻線部５ａからの距離および第２巻線部５ｂからの距離は、本質的に直角三角形の伝達コイルの底辺部から第１辺部と第２辺部の間の頂点までの距離より非常に小さい。通常、本明細書に提示された伝達コイルの全ての実施例について、金属材料Ｍの検査のための位置にあるとき、伝達コイルからクラックの検査を受ける金属材料の表面までの距離は、表面２０と平行な面における伝達コイルのサイズより非常に小さい。
【００５８】
動作中の第１ステップでは、本質的に直角三角形の伝達コイル１１に、信号発生器１３から時変電流ｉ（ｔ）が供給される。したがって、第１巻線部５ａおよび第２巻線部５ｂの両方に同じ時変電流ｉ（ｔ）が供給される。
【００５９】
時変電流ｉ（ｔ）が第１巻線部５ａを通して流れると、第１巻線部５ａの周りに磁界が生成される。金属材料Ｍが第１巻線部５ａに隣接して配置されているとき、第１巻線部５ａの周囲に生成される磁界が金属材料ＭのストリップＳの一部において第１電流ｉ１を誘導する。第１電流ｉ１は、第１巻線部５ａにおける時変電流ｉ（ｔ）の流れる方向と本質的に平行で、第１電流ｉ１は第１巻線部５ａにおける時変電流ｉ（ｔ）の流れる方向に対して反対方向に流れる。第１電流ｉ１によって、金属材料における第１電流ｉ１の周囲に磁界が生成される。
【００６０】
時変電流ｉ（ｔ）が第２巻線部５ｂを通して流れると、第２巻線部５ｂの周りに磁界が生成される。金属材料Ｍが第２巻線部５ｂに隣接して配置されているとき、第２巻線部５ｂの周囲に生成される磁界が金属材料ＭのストリップＳの一部において第２電流ｉ２を誘導する。
【００６１】
第２電流ｉ２は、第２巻線部５ｂにおける時変電流ｉ（ｔ）の流れる方向と本質的に平行で、第２電流ｉ２は第２巻線部５ｂにおける時変電流ｉ（ｔ）の流れる方向に対して反対方向に流れる。第２電流ｉ２によって、金属材料における第２電流ｉ２の周囲に磁界が生成される。
【００６２】
第１巻線部５ａに対する第１受信コイル７の位置のため、磁界を第１受信コイル７によって検出することができる。ここで、磁界は第１受信コイル７において電圧を誘導し、その電圧は第１増幅回路７−１において増幅される。増幅された電圧は、以下第１信号Ｓ１と称し、信号処理ユニット１７に送られる。
【００６３】
第２巻線部５ｂに対する第２受信コイル９の位置のため、磁界を第２受信コイル９によって検出することができる。ここで、磁界は第２受信コイル９において電圧を誘導し、その電圧は第２増幅回路９−１において増幅される。増幅された電圧は、以下第２信号Ｓ２と称し、信号処理ユニット１７に送られる。
【００６４】
金属材料Ｍの移動のため、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２を、時間的に異なる場面で金属材料Ｍの同じ部分で誘導することができる。このために、第１受信コイル７によって検出された磁界と第２受信コイル９によって検出された磁界とが、後でより詳細に説明するように、ストリップの検査された部分にクラックが存在するか否かの評価基準とともに、例えばクラックの方向等に関する情報を提供する。
【００６５】
第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂは、本実施例では本質的に直角をなす異なる方向を有し、それによって金属材料Ｍにおいてそれぞれ互いに交差する第１方向および第２方向に第１電流ｉ１および第２電流ｉ２を誘導するべく配置されるので、異なる方向を有するクラックを、第１受信コイル７および第２受信コイル９によって検出することができる。
【００６６】
巻線部５ａ、５ｂの長さ方向延在部に垂直な長さ方向延在部を有するクラックは、巻線部５ａ、５ｂの長さ方向延在部に平行な長さ方向延在部を有するクラックと比較して、巻線部５ａ、５ｂに関連する誘導電流においてより大きい変化を与え、したがって関連する受信コイル７，９において誘導される電圧により大きい変化をもたらす。つまり、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２の流れる方向が本質的に直角をなしていることにより、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２とが、金属材料が移動方向に移動するとき同じクラックに異なる方向から出会うことになる。それによって第１電流ｉ１および第２電流ｉ２が異なる形で変えられて、そのため対応する磁界も異なる形で変えられる。図１ｂの実施例に見られるように、クラックＣは初めに第１受信コイル７の下を通り、それによって磁界の強さを変化させる。クラックは、第１巻線部５ａに対して、したがって第１電流ｉ１に対して横切る方向なので、磁界の強さは顕著に変えられる。磁界の強さの変化は、第１受信コイル７によって検出される。
【００６７】
金属材料Ｍが方向Ａに移動するとき、金属材料ＭにおけるクラックＣも方向Ａに移動する。時間が経過すると、クラックＣは第２受信コイル９の下を移動することになる。クラックＣは第２巻線部５ｂと、したがって第２電流ｉ２と実質的に平行な主な延在部の方向を有している。したがって、第１受信コイル７を通過するときより、磁界の強さの変化は小さくなる。
【００６８】
検出された磁界の強さの変化は、第１受信コイル７および第２受信コイル９において誘導された電圧に反映される。その結果、それぞれ第１増幅回路７−１および第２増幅回路９−１によって供給される第１信号および第２信号も、磁界の強さの変化を反映する。
【００６９】
第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２は信号処理ユニット１７において解析され、Ａ／Ｄ変換される。第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２の解析は、例えば時変電流ｉ（ｔ）の経時変化に基づく時間的な特定の２点間での第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２のそれぞれの平均値の決定を含む。一実施形態では、時変電流ｉ（ｔ）の経時変化に基づく時間的な特定の２点は、制御ユニット１５からの制御信号Ｃ２によって供給することができる。
【００７０】
第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２のＡ／Ｄ変換された信号は、計算ユニット１９に供給される。第１ステップにおいて、Ａ／Ｄ変換された信号の信号値は、金属材料Ｍと同一の金属組成を有する、クラックのない金属材料に対応する基準値と比較される。その比較は、例えば各Ａ／Ｄ変換された信号の信号値と基準値との間の差の決定を含み得る。
【００７１】
Ａ／Ｄ変換された信号の信号値と基準値との比較に基づき、クラック長、クラックの方向、およびクラック深さ等のクラックパラメータを、計算ユニット１９で決定することができる。クラックの方向は、例えば基準値と各Ａ／Ｄ変換された信号との間の差を決定することにより得られる値同士の間の関係を決定することによって決定され得る。
【００７２】
αが９０度である実施形態では、クラック角β、即ち第１巻線部５ａおよび第２巻線部５ｂの一方の垂直方向に対するクラックの方向は、以下の関係式から決定できる。
β＝５７．３＊ａｒｃｃｏｔ（ｄＳ１／ｄＳ２）
式中、ｄＳ１は、クラックのために第１受信コイル７によって与えられる信号の変化であり、ｄＳ２は、クラックのために第２受信コイル９によって与えられる信号の変化である。上記の関係式は、第１巻線部と第２巻線部との角度が９０度であり、第１巻線部と第２巻線部が同じストリップに沿ってクラックを検出するように配置されている場合であれば、本明細書中のいかなる実施例においても利用できることに留意されたい。
【００７３】
金属材料Ｍが方向Ａに移動すると、ストリップＳの全体が、上述の処理によるクラックの検査を受けられる。
【００７４】
一実施形態では、コイル装置３−１は、検査のために金属材料に対して、第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂのそれぞれが約４５度の角度で金属材料Ｍの移動方向Ａと交差するように配置される。この実施形態では、第１受信コイル７の巻線７ａに対しても、第２受信コイル９の巻線９ａに対しても同じことが当てはまる。
【００７５】
一実施形態では、第１巻線部は、金属材料の移動方向に本質的に垂直に配置され、第２巻線部は、金属材料の移動方向に本質的に平行に配置される。また、この実施形態では、第１受信コイルの巻線が第１巻線部と本質的に平行に配置され、第２受信コイルの巻線が第２巻線部と本質的に平行に配置される。
【００７６】
ここで、クラックを検出するための装置の第２実施例について、図２ａ〜図２ｂを参照して説明する。第２実施形態は、クラックの検査を受ける金属材料の移動方向に本質的に垂直または平行のクラックを検出するために特に適している。
【００７７】
図２ａは、移動する金属材料におけるストリップに沿ったクラック検出のための装置１−２の概略図を示す。装置１−２は、コイル装置３−２、第１増幅回路７−１、第２増幅回路９−１、本実施例では第１トランジスタ１３ａと第２トランジスタ１３ｂとを備える信号発生器１３−１、信号発生器１３−１を制御するための制御ユニット１５、信号処理ユニット１７−１並びに１７−２、および計算ユニット２３を備える。
【００７８】
コイル装置３−２は、その１つの側を定める第１巻線部２１ａを有する第１伝達コイル２１−１、その１つの側を定める第２巻線部２１ｂを有する第２伝達コイル２１−２、巻線部７ａを有する第１受信コイル７、および巻線部９ａを有する第２受信コイル９を備える。
【００７９】
第１伝達コイル２１−１と第２伝達コイル２１−２とは、別体のコイルである。特に、第１巻線部２１ａと第２巻線部２１ｂとは、第１巻線部２１ａと第２巻線部２１ｂのそれぞれに独立した時変電流が供給され得るという意味で、電気的に分離されている。図２ａに示す実施例では、第１伝達コイル２１−１と第２伝達コイル２１−２のそれぞれが、本質的に矩形の形状を有する。
【００８０】
第１巻線部２１ａと第２巻線部２１ｂとは、本質的に互いに直角をなす。第１巻線部２１ａと第２巻線部２１ｂとは、それぞれのトランジスタ１３ａおよび１３ｂを介して信号発生器１３−１からの時変電流ｉ（ｔ）を受けとるように配置される。それによって、それぞれの磁界が、コイル装置３−２の下を移動する金属材料のストリップの部分において生成され、後にさらに図２ｂを参照してより詳細に説明するように、金属材料においてそれぞれ第１電流と第２電流とを誘導する。
【００８１】
第１受信コイル７と第２受信コイル９は、それぞれ第１巻線部２１ａおよび第２巻線部２１ｂに対して、それらが第１電流および第２電流によって生成されたそれぞれの磁界を検出できるような方向に向けられる。
【００８２】
一実施形態では、第１受信コイル７の巻線部７ａは、第１巻線部２１ａと本質的に平行な第１受信コイル７の巻線として定められてよく、一方、第２受信コイル９の巻線部９ａは、第２巻線部２１ｂと本質的に平行な第２受信コイル９の巻線として定められてよい。第２実施例における第１受信コイル７と第２受信コイル９は、第１実施例と構造的に同じものであることに留意されたい。さらに、第１受信コイルと第２受信コイルは、それらが第１巻線部と第２巻線部のそれぞれによって検査のための金属材料に誘導される電流を検出できるように配置されている限り、第１巻線部と第２巻線部に対して複数の方向に配置され得ることに留意されたい。
【００８３】
第１受信コイル７は、第１巻線部２１ａの１つの側に配置される。第２受信コイル９は、第２巻線部２１ｂの１つの側に配置される。具体的には、第１受信コイル７と第２受信コイル９とは、両方とも第１巻線部および第２巻線部と同じ平面内に、すなわちクラックの検査を受ける金属材料の表面と平行な面内に配置される。
【００８４】
第１巻線部２１ａと第２巻線部２１ｂのそれぞれの延在部は、少なくとも、それぞれ第１受信コイル７の巻線７ａの長さ方向延在部、第２受信コイル９の巻線９ａの長さ方向延在部に対応する距離ｄにわたって本質的に一定である。
【００８５】
以下、装置１−２の動作について、図２ｂを参照してより詳細に説明する。図２ｂでは、クラックの検査を受けるストリップＳに沿った第１クラックＣ−１と第２クラックＣ−２を有する金属材料Ｍが、装置１−２とともに示されている。図２ｂの実施例では、金属材料Ｍは、図面では下向きとなる移動方向Ａを有する。金属材料Ｍがクラックの検査を受けるとき、金属材料Ｍは、コイル装置３−２の下を一定速度で移動するのが好ましい。
【００８６】
制御ユニット１５は、制御信号を信号発生器１３−１に供給することによって、第１トランジスタ１３ａおよび第２トランジスタ１３ｂによって第１巻線部２１ａおよび第２巻線部２１ｂにそれぞれ供給される時変電流ｉ（ｔ）を制御するべく配置される。制御信号は、信号発生器１３−１が、第１トランジスタ１３ａおよび第２トランジスタ１３ｂを介して第１巻線部２１ａおよび第２巻線部２１ｂのそれぞれに時変電流ｉ（ｔ）を交互に供給し、それによって金属材料Ｍに第１電流ｉ１および第２電流ｉ２を交互に誘導するようなものであるのが好ましい。
【００８７】
したがって、金属材料Ｍのクラック検査の第１ステップにおいて、電流パルスの形態の時変電流ｉ（ｔ）が、第１ステップではその開状態にある第１トランジスタ１３ａから第１伝達コイル２１−１によって受け取られる。電流パルスは、一定の振幅を有していてもよい。この第１ステップの間の電流は好ましくは一定であり、電流パルスの継続時間は、少なくとも、それによって生成される磁界が測定される最も深いクラックの深さより本質的に深いところまで金属材料内に侵入可能となるのに十分な長さである。
【００８８】
第２ステップでは、制御ユニット１５が、第１トランジスタ１３ａが閉じ、第１トランジスタ１３ａによって供給される電流が無くなるように第１トランジスタ１３ａを制御する。第２ステップの持続時間は、一実施形態では、第１ステップにおいて適用される電流パルスの継続時間と概ね同じである。電流の大きさの急低下に応じて、第１電流ｉ１は、第１巻線部２１ａによって金属材料Ｍにおいて誘導される。第１電流ｉ１は、第１巻線部２１ａの延在部と平行な方向に流れる。第１電流ｉ１によって生成され、第１受信コイル７によって検出される磁界は、第１増幅回路７−１に供給される。
【００８９】
第３ステップにおいて、電流パルスの形態の時変電流ｉ（ｔ）が、第３ステップではその開状態にある第２トランジスタ１３ｂから第２伝達コイル２１−２によって受け取られる。電流パルスは、一定の振幅を有していてもよい。一実施形態では、全ての電流パルスが、本質的に同じ振幅を有する。第３ステップは、第１伝達コイル２１−１については上述した第１ステップと同様である。
【００９０】
第４ステップでは、制御ユニット１５が、第２トランジスタ１３ｂが閉じ、第２トランジスタ１３ｂによって供給される電流が無くなるように第２トランジスタ１３ｂを制御する。第２ステップの持続時間は、第２ステップの継続時間と同じか概ね同じである。電流の大きさの急低下に応じて、第２電流ｉ２が、第２巻線部２１ｂによって金属材料Ｍにおいて誘導される。第２電流ｉ２は、第２巻線部２１ｂの延在部と平行な方向に流れる。第２電流ｉ２によって生成され、第２受信コイル９によって検出される磁界は、第２増幅回路９−１に供給される。
【００９１】
第１増幅回路７−１は、第１受信コイル７によって供給される検出された磁界の増幅された信号である第１信号Ｓ１を、信号処理ユニット１７−１に供給する。第２増幅回路９−１は、第２受信コイル９によって供給される検出された磁界の増幅された信号である第２信号Ｓ２を、信号処理ユニット１７−２に供給する。第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２は、クラックのない金属材料の基準値との比較、および両信号間での比較のための計算ユニット２３でさらに処理されて、第１電流ｉ１と第２電流ｉ２とが誘導されたストリップの部分にクラックが存在するか否かを判定することができる。さらに、検出されたクラックの方向も決定される。
【００９２】
上述の手順は、金属材料Ｍが装置１−２に対して移動するときに反復され、それによりストリップＳ全体を検査する。
【００９３】
図３ａは、金属材料Ｍにおけるクラックを検出するための装置の第３実施例を示す。装置１−３は、装置１−２に類似している。しかし、第３実施例のコイル装置３−３は、１つの伝達コイル２４、第１受信コイル７、第２受信コイル９、第３受信コイル２５、および第４受信コイル２７を備える。
【００９４】
伝達コイル２４は、第１受信コイル７および第３受信コイル２５に隣接する第１巻線部２４ａと、第１巻線部２４ａに垂直または本質的に垂直に配置された第２巻線部２４ｂと、第４受信コイル２７に隣接しかつ第１巻線部２４ａに垂直または本質的に垂直に配置された第３巻線部２４ｃとを有する。
【００９５】
装置１−３は、例えばトランジスタの形態の信号発生器１３−２、制御ユニット１５、第１増幅回路７−１、第２増幅回路９−１、第３増幅回路１０−１、第４増幅回路１１−１、信号処理ユニット１７、および計算ユニット１９をさらに備える。
【００９６】
第３実施例の動作は、前述の実施例と同様であり、したがってここでは簡単に説明する。
【００９７】
動作に際して、信号発生器１３−２には、その信号発生器１３−２のスイッチングを制御するために制御ユニット１５から制御信号が供給される。それによって信号発生器１３−２は、時変電流ｉ（ｔ）を伝達コイル２４に供給し、したがって第１巻線部２４ａ、第２巻線部２４ｂ、および第３巻線部２４ｃのそれぞれに時変電流ｉ（ｔ）を供給する。時変電流ｉ（ｔ）は、本明細書中に上記したように、例えば電流パルスであってよい。
【００９８】
時変電流ｉ（ｔ）が伝達コイル２４に流れると、それは、コイル装置３−３に対して方向Ａに移動する金属材料Ｍにおいて異なる方向に電流を誘導し、従って磁界を誘導する。第１巻線部２４ａは、金属材料において第１方向に第１電流ｉ１を誘導する。第２巻線部２４ｂは、金属材料Ｍにおいて、第１電流ｉ１に本質的に垂直な第２電流ｉ２を誘導する。第３巻線部２４ｃは、金属材料Ｍにおいて、第２電流ｉ２と本質的に平行な第３電流ｉ３を誘導する。
【００９９】
第１受信コイル７は、第１電流ｉ１によって生成された磁界を検出できるように配置される。第２受信コイル９は、第２電流ｉ２によって生成された磁界を検出できるように配置される。第３受信コイル２５は、第１受信コイル７とは異なる位置で第１電流ｉ１によって生成された磁界を検出できるように配置される。第４受信コイル２７は、第３電流ｉ３を検出できるように配置される。
【０１００】
第２受信コイル７は、金属材料Ｍの第１ストリップＳａに沿ったクラック検出のためのものである。第１受信コイル９は、金属材料Ｍの第２ストリップＳｂに沿ったクラック検出のためのものである。第３受信コイル２５は、金属材料Ｍの第３ストリップＳｃに沿ったクラック検出のためのものであり、第４受信コイル２７は、金属材料Ｍの第４ストリップＳｄに沿ったクラック検出のためのものであり、ストリップＳａ〜Ｓｄは互いに平行なストリップである。上に詳述したように、第１巻線部２４ａ、第２巻線部２４ｂ、および第３巻線部２４ｃの方向により、ストリップＳａ〜Ｓｄに沿って効果的に検出され得るクラックの向きが決定される。
【０１０１】
第１受信コイル７、第２受信コイル９、第３受信コイル２５、および第４受信コイル２７が、各受信コイル７，９、２５および２７における電流の誘導によってそれぞれの磁界を検出したとき、これらの信号、すなわち電流はそれぞれ増幅回路７−１〜１１−１に送られ、その後、さらなる処理のため、およびクラックがストリップに存在するか否かの判定のために信号処理ユニット１７および計算ユニット１９に受け取られる。
【０１０２】
図４は、金属材料Ｍにおけるクラックを検出するための装置の第４実施例の図を示す。装置１−４は、コイル装置３−４、信号発生器１３−２、および計算ユニット１９−１および１９−２を備える。
【０１０３】
装置１−４は、装置１−４のコイル装置３−４に対する金属材料Ｍの移動方向Ａと平行なクラックの検出のため、移動方向Ａと本質的に直角なクラックの検出のため、およびこれらの両極の方向の間のある方向を有するクラックの検出のためにも用いることができる。
【０１０４】
コイル装置３−４は、第１行Ｒ１および第２行Ｒ２に配置された複数の伝達コイル２４を有し、第２行Ｒ２の伝達コイル２４は第１行Ｒ１における伝達コイル２４に部分的に重なる。第２行Ｒ２の伝達コイル２４は、第１行Ｒ１の伝達コイル２４に関して、コイル装置３−４に対する金属材料Ｍの移動方向Ａに直角な方向に位置がずらされている。第２行Ｒ２は、第１行Ｒ１に対して、コイル装置３−４に対する金属材料Ｍの移動方向Ａの下流側にある。このコイル構成により、クラックに関する比較的高解像度のスキャンを、金属材料Ｍの表面全体にわたって行うことができる。
【０１０５】
第１行Ｒ１と第２行との重なりは、任意に選択できる。第４実施例の一変形例では、第２行の伝達コイルが、伝達コイルの第１行に対して位置をずらされない。
【０１０６】
各伝達コイル２４は、第３実施例の開示に関連して上述したように、第１巻線部２４ａ、第２巻線部２４ｂ、および第３巻線部２４ｃを有する。あるいは、第１実施例に記載したタイプの二等辺三角形の形状の伝達コイルを、第１および第２列の伝達コイルを形成するために用いることができる。さらに、金属材料Ｍの横方向の部分をスキャンするためには配置されていない各伝達コイル２４は、第３実施例を参照して既に詳述したように、第１巻線部２４ａ、第２巻線部２４ｂ、および第３巻線部２４ｃの側に置かれた４つの受信コイルに関連付けられている。
【０１０７】
第１行Ｒ１および第２行Ｒ２をなす伝達コイル２４には、信号発生器１３−２から供給される時変電流ｉ（ｔ）が供給される。信号発生器１３−２は、例えば一連のトランジスタによって実現することができる。各伝達コイル２４には、各トランジスタを介して時変電流ｉ（ｔ）が供給され得る。信号発生器１３−２のスイッチングは、制御ユニット１５によって制御することができる。
【０１０８】
一実施形態では、時変電流ｉ（ｔ）は、電流パルス列である。信号発生器１３−２は、一度にただ１つの伝達コイル２４が信号発生器１３−２からの電流パルスを受け取るようにスイッチングされるのが好ましい。伝達コイル２４には、連続して電流パルスが供給されてよく、この場合、伝達コイル２４によって生成される磁界はそれに関連する受信コイルによって検出でき、その後、別の伝達コイル２４に電流パルスが供給される。一実施形態では、電流パルスが、伝達コイル２４に対して以下の順番：すなわちａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの順番（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、伝達コイル２４の配置の順序を示す）で供給される。その後、そのシーケンスが反復される。一実施形態では、各伝達コイルは約２０ミリ秒間アクティブ化され得る。この場合、その伝達コイルに関連する測定は、伝達コイルの非アクティブ化の後約０．１ミリ秒間行われる。
【０１０９】
１つの変形例では、他の伝達コイル２４のそれぞれが、各測定シーケンスにおいてアクティブ化され得る。例えば、第１シーケンスでは、位置ａ、ｃ、およびｅにおける伝達コイル２４がアクティブ化され、次のシーケンスで位置ｂおよびｄにおける伝達コイル２４がアクティブ化され得る。これらのシーケンスは、金属材料がコイル装置３−４に対して方向Ａに移動しているときに反復される。シーケンスの各反復において全ての伝達コイルを連続してアクティブ化することで可能となる場合より高速でシーケンスを実行する場合、この方式は有利であり得る。
【０１１０】
前に説明したように、測定は、典型的には、電流パルスの後、例えば電流の振幅が本質的にゼロにセットされた後に、受信コイルによって行われる。その伝達コイル２４に関連する受信コイルによる測定は、典型的には、次の電流パルスが別の伝達コイル２４から供給される前に行われる。この手順は、第３実施例に関して上述したものと同じである。
【０１１１】
それぞれの第１電流を検出するべく配置された受信コイルによって検出された全ての信号は、計算ユニット１９−１に処理のために送られる。それぞれの第２電流または第３電流を検出するべく配置された受信コイルによって検出された全ての信号は、計算ユニット１９−２に処理のために送られる。それによって異なる方向を有するクラックを評価し検出することができる。
【０１１２】
第４実施例によれば、測定を、クラックの検査を受ける金属材料の幅全体に沿って行うことができる。これは、金属材料が移動する金属製造プロセスにおいて、固定されたコイル装置３−４でクラック検出が行われる場合に非常に有利である。有利な点として、クラック検出が、金属材料の幅全体に沿って行われるのみならず、あらゆるクラック方向についてクラックを検出する可能性が得られることがある。金属製造における金属材料のクラック検出を意図していない図５に示す装置等の従来技術のソリューションでは、金属材料の幅全体をスキャンするために１つの非常に大きい伝達コイルを用い、受信コイルをその大きい伝達コイルの直角の側に沿って配置することもできる。しかし、これは金属製造プロセスにおける金属材料等の高い電気抵抗率を示す物体の測定には適していない。そのような大きい伝達コイルでは、測定に時間がかかり過ぎることになる。例えば距離２０ｍｍにおいて、検査を受ける金属材料において十分に大きい電流を誘導可能とするためには、この測定上の問題のために十分に設計された伝達コイルは、約０．５〜１．０ｍＨのインダクタンスを有するものとする。このことによって、時定数は１０〜２０μｓ超となるが、これは高い電気抵抗率の物体の測定のためには遅すぎる時定数である。これに対して、本明細書に提示する第４実施例による装置は、同じ誘導電流を約０．０４ｍＨのインダクタンスで提供でき、時定数は、高い電気抵抗率の測定のための約１μｓとなる。
【０１１３】
さらに、上述の大きい伝達コイルを金属製造プロセスに適合させるのは困難である。大きいコイルは、内部抵抗が大きすぎるからである。例えば、金属材料が１．５ｍの幅を有し、大きい伝達コイルが巻数１０の巻線を有する場合、コイルの全長は６０ｍとなる。高い電気抵抗率を有する物体の測定を行うのを可能とするために、回路配線は細いものとし、回路配線に妨害電流／干渉電流が誘導されないようにする。適切な配線径は０．０５ｍｍであり、これは１Ω／ｍの抵抗率となる。したがって６０ｍの巻線の場合、抵抗率は６０Ωとなる。例えば伝達コイルに供給される電流が、金属製造における金属材料の測定に適した電流である１Ａの場合、供給電圧は６０Ｖでなければならない。この電圧はこれらの用途では低い電圧とみなすことができず、明らかに不都合である。
【０１１４】
本明細書に開示するあらゆる実施例に適用できる一変形によれば、各伝達コイルは、クラックを受ける金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、その表面と平行な面内において最小の寸法を有する。その寸法は、クラックの検査を受けているときの第１巻線部および第２巻線部のそれぞれから表面への距離より非常に大きい。寸法が非常に大きいとは、一般的には、第１巻線部および第２巻線部のそれぞれから表面への距離の少なくとも２倍であることを意味する。その距離は、一変形例によれば、少なくとも３倍、または少なくとも４倍、またはそれ以上であり得る。第１巻線部および第２巻線部のそれぞれと表面との間の距離は、クラック検査の間、例えば約１０〜２０ｍｍであり得る。この場合、伝達コイルの長さと幅に関する最小寸法は、約３０〜１２０ｍｍの範囲、４０〜１２０ｍｍの範囲、５０〜１２０ｍｍの範囲、６０〜１２０ｍｍの範囲、またはそれ以上である。本段落で述べた寸法は、本明細書に開示するあらゆる実施例のいずれの巻線部にも適用される。
【０１１５】
図６ａは、本明細書に提示されたあらゆる実施例による第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａの側断面図を示す。以下の記述は、本明細書に開示されたあらゆる巻線部、例えば第２巻線部にも同様に適用されることに留意されたい。金属製造プロセスにおける金属材料Ｍのクラック検査の間、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａは、それが一部を形成している伝達コイルの全体とともに、金属材料Ｍの表面３４から距離Ｄに配置される。図６ａでは、第１電流ｉ１（ｔ）が第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａを流れる。第１電流ｉ１（ｔ）は、金属材料Ｍに電流を誘導し、この電流は第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａにおける第１電流ｉ１（ｔ）の流れる向きに対して反対方向に流れる。電流が信号発生器に向かって戻るように流れる伝達コイルの戻り回路３６と、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａとの間の距離Ｄ０は、尺度通りには図示されていない。伝達コイルの面方向寸法、すなわち長さと幅寸法は、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａから表面３４への距離Ｄより非常に大きい。
【０１１６】
図６ｂは、伝達部分４０と戻り回路部分４２とを有する従来技術の伝達コイル３８の対応する実施例を示す。伝達コイル３８、したがって伝達部分４０は、クラックの検査を受ける金属材料Ｍの表面３４からの距離Ｄ１に配置される。伝達部分４０および戻り回路部分４２は、互いに距離Ｄ２に配置される。図６ｂに見られるように、距離Ｄ１およびＤ２は本質的に同じである。伝達部分４０から表面３４への距離Ｄ１に対して伝達部分４０および戻り回路部分４２が比較的近接しているため、戻り回路部分４２によって生成される反対方向の電磁界が、伝達部分４０の下の全電磁界に対する妨害要素となる。
【０１１７】
金属製造プロセスにおける、図６ｂに示すものと比較した図６ａに示す設計の相対的な寸法の利点について、以下に簡単に説明する。図６ａの第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａおよび図６ｂの伝達部分４０に同じ大きさの電流が供給され、それらが同じ巻数の巻線を有すると仮定すると、金属材料の上の電磁界は図６ａにおいてより大きくなる。結果的に、金属材料Ｍにおいて誘導された電流もより大きくなる。したがって、関連する受信コイルにおいて誘導された電流もより大きくなることになり、このためクラックの検出の感度がより高められる。図６ａでは、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａの下の金属材料Ｍに平行な磁界Ｂｙは、次の関係式、Ｂｙ＝定数／Ｄによって求められる。一方、図６ｂの伝達コイル３８の伝達部分４０の下の同じ磁界は、次の関係式、Ｂｙ＝定数／Ｄ１−定数＊Ｄ１／（Ｄ２２＋Ｄ１２）によって求められる。両方の場合において金属材料Ｍにおいて誘導される電流は、磁界Ｂｙに比例する。これらの関係式から、図６ｂにおける設計が、金属材料Ｍの表面３４と伝達コイル３８との間の距離の変化に対してより敏感であると、さらに結論することができる。これに対して、図６ａに示す設計によれば、受信コイルにおける電流の変化が、伝達コイルと表面３４と間の距離の変化によるものか、電流の変化が表面３４でのクラックによるものかを結論付けることは、実質的により容易となる。これは、クラック検出の間にコイル装置が固定的に配置され、表面３４から伝達コイルまでの距離がかなり変化し得る場合に特に適したものとなる。最後に、本開示による伝達コイルの寸法がより大きいことによって、伝達コイルによりより広い面積がスキャンできることになる。図６ａに示すように、電流がｙ方向により広い範囲に誘導されることになるからである。
【０１１８】
さらに、本明細書に開示されたいずれの実施例においても、第１巻線部と第２巻線部のそれぞれは、クラック検査中にクラックの検査を受ける表面と平行な面において直線の延在部か、少なくとも、クラックの検査を受ける金属材料において直線方向に流れる電流を誘導するような形状の延在部を有し得る。第１巻線部から第１受信コイルまでの距離は、金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、第１巻線部からそのクラックの検査を受ける表面までの距離と本質的に同じである。第２巻線部から第２受信コイルまでの距離は、金属材料の表面がクラックの検査を受けているとき、第２巻線部からそのクラックの検査を受ける表面までの距離と本質的に同じである。したがって、検査中に第１巻線および第２巻線のそれぞれから金属材料の表面までの距離は、巻線部とそれに関連する受信コイルとの間の距離と同じオーダーの大きさの距離である。一例として、第１巻線部から第１受信コイルまでの第１距離は、金属材料がクラック検査をうけるための位置にあるときの第１巻線部からクラックの検査を受ける金属材料の表面までの第２距離と４０％未満、一実施形態によれば２０％未満しか異なっていない距離であり得る。一実施形態によれば、第１距離と第２距離の長さの差は、１０％未満であり得る。対応する距離どうしのこれらの関係は、第２巻線部と第２受信コイルとの間に、並びに本明細書に開示するあらゆる実施例のあらゆる巻線部とそれに関連する受信コイルとの間に、必要に応じて変更を加えた形で適用される。好ましくは、本明細書に提示される全ての実施例の全ての巻線部と受信コイルは、クラック検査中に金属材料の表面と本質的に平行な同じ面に配置される長さ方向の延在部と幅方向の延在部とを有する。
【０１１９】
図７ａおよび図７ｂは、本開示の実施例による伝達コイルおよび受信コイルの概略的な側断面図であり、伝達コイル３８と関連する受信コイル４４は、それぞれ金属製造プロセスで使用されるＧＢ２４０１９４７において提案されている寸法を有するものである。以下の記述は、本明細書に記載のあらゆる巻線部、例えば第１巻線部および第２巻線部にも同様に当てはまることに留意されたい。金属製造プロセスにおける金属材料Ｍのクラック検査の間、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａは、それが一部を形成している伝達コイルの全体とともに、クラック検査のための位置に置かれた金属材料Ｍの表面３４から距離Ｄに配置される。
【０１２０】
図７ａでは、第１電流ｉ１（ｔ）が、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａを通して流れる。第１電流ｉ１（ｔ）は、金属材料Ｍにおいて電流を誘導し、その電流は、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａにおける第１電流ｉ１（ｔ）の流れる方向と反対方向に流れる。関連する受信コイル、すなわちこの場合では第１受信コイル７は、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａからの距離Ｄ３に配置され、距離Ｄ３は、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａから、クラックＣの検査を受けるための位置に置かれた金属材料Ｍの表面３４への距離と同じオーダーの大きさの距離である。
【０１２１】
図７ｂは、伝達部分４０と受信コイル４４とを有する従来の伝達コイル３８の対応する実施例を示す。伝達コイル３８、したがって伝達部分４０は、クラックの検査を受けるべき金属材料Ｍの表面３４からの距離Ｄ１に配置される。受信コイル４４は、伝達コイル３８からの距離Ｄ４に配置される。図に見られるように、伝達コイル３８と受信コイル４４の間の距離Ｄ４は、クラック検査のための位置に置かれた金属材料Ｍの表面３４と伝達コイル３８との間の距離Ｄ１より非常に小さい。
【０１２２】
図７ａの第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａおよび図７ｂの伝達部分４０には同じ大きさの電流が供給され、それらが同じ巻数を有すると仮定すると、図７ａにおいては、金属材料の上の電磁界がより大きくなることになる。結果的に、金属材料Ｍに誘導された電流もより大きくなる。したがって、関連する受信コイルにおいて誘導される電流もより大きくなり、したがってクラックの検出の感度もより高くなる。図７ａでは、金属材料Ｍにおいて誘導された電流ｉｓによって生成される磁界Ｂｉのｘ成分Ｂｉｘは、次の関係式によって求められる。
Ｂｉｘ＝定数＊ｉｓ＊Ｄ３／（Ｄ３２＋Ｄ２）
【０１２３】
図７ｂにおける対応する磁界Ｂｉｘは、次の関係式によって求められる。
Ｂｉｘ＝定数＊ｉｓ＊Ｄ４／（Ｄ４２＋Ｄ１２）
【０１２４】
図７ａにおいては第１受信コイル５ａ、２１ａ、２４ａの下に、図７ｂにおいては伝達コイル４０の下に現れる表面３４上のクラックＣは、クラックＣにぶつかる金属材料Ｍにおける誘導電流ｉｓを変化させる。それによって、磁界Ｂｉも変化する。磁界のｘ成分Ｂｉｘにおける変化ｄＢｉｘは、図７ａの構成については次の関係式で推定することができる。
ｄＢｉｘ＝定数＊ｉｓ＊（Ｄ３＋ｄｙ）／（Ｄ３＋ｄｙ）２＋Ｄ２
一方、磁界のｘ成分Ｂｉｘにおける変化ｄＢｉｘは、図７ｂの従来技術の装置については次の関係式で推定することができる。
ｄＢｉｘ＝定数＊ｉｓ＊（Ｄ４＋ｄｙ）／（Ｄ４＋ｄｙ）２＋Ｄ１２
【０１２５】
これらの関係式を比較することによって、例えば図７ａにおいて距離ＤがＤ３と等しい場合、および図７ｂの従来技術の装置において距離Ｄ１がＤ４の４倍の大きさである場合、ｄＢｉｘの変化は、図７ａの装置において約２倍の大きさになるという結論が得られる。さらに、表面３４と第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａとの間の距離の変化がクラックの測定に与える影響は、図７ｂの伝達コイル３８の場合より小さくなる、という結論も得られる。したがって、図７ａの装置では、磁界の強さの変化が、クラックによるものか、第１巻線部５ａ、２１ａ、２４ａと表面３４との距離の変化によるものかを判定することがかなり容易になる。
【０１２６】
さらに、図７ａの装置は、図７ｂの装置と比較して大きさの変化ｄｙに対する感度が低い、という結論も得られる。したがって、第１受信コイル５ａ、２１ａ、２４ａの中心線からのｘ軸に沿ったクラックの偏位の変化が受信コイル７で検出され得る磁界Ｂｉに生じさせる変化は、図７ｂの装置と比較して比較的小さい。それによって、より少ない受信コイルを用いても、ｙ軸に沿った効率的なクラック検出を維持することができる。
【０１２８】
前に述べたように、本明細書に提示されるあらゆる実施形態、例えば先述の第４実施例は、上述の寸法を有する伝達コイルであり得る。さらに、各伝達コイルとそれに関連する受信コイルとの間の距離は、上述のようなものであり得る。
【０１２９】
コイル装置と検査を受ける金属材料の表面との望ましい距離を維持するために、本明細書のあらゆる実施例による装置は、例えば、検査を受ける金属材料に向けられるように配置されたコイル装置のその表面上に配置され得る平坦なディスクの形態を有する保護部材を備えていてもよい。したがって、保護部材は、装置の使用時にコイル装置と金属材料との間に挟まれるように配置される。保護部材は、クラックの検査を受ける金属材料において電流が誘導され得るように伝達コイルによって生成された電磁界が保護部材に侵入可能となる材料から製造されるのが好ましい。保護部材は、高温の表面上でクラック検査が行われる際にコイル装置を冷却するための水冷システムを備えてもよい。保護部材の厚さは、例えば約５〜１０ｍｍであり得る。
【０１３０】
上述の４つの実施例のいずれにおいても、コイル装置は、基板内または基板上に配置されて、それにより、高さ寸法より実質的に大きい長さ寸法および幅寸法を有する本質的に平坦なコイル装置とすることができる。高さ寸法は、検査を受ける金属材料がコイル装置の下に配置されているとき、その金属材料の表面に対する垂直方向に平行な方向の寸法である。しかし、本開示の範囲内で他の設計も可能であることに留意されたい。
【０１３１】
以上、本発明の概念について、いくつかの実施形態を参照して説明してきた。しかし、当業者には容易に理解されるように、添記の請求項に記載された本発明の範囲内で、上述のものとは異なる他の実施形態も同様に可能である。例えば、受信コイルの長さ方向延在部は、受信コイル間で異なっていてもよい。さらに、伝達コイルの形状は、第１巻線部および第２巻線部の延在部が対応する受信コイルの長さに対応する距離にわたって本質的に一定である限り、例えば円形または楕円形等の任意の形状が可能である。受信コイルは、それぞれが異なる形状を有していてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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