[发明专利]一种测量设置在金属物件上的金属层的厚度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量设置在例如金属片或者金属条带的金属物件上的金属层的厚度的方法和装置。例如，本发明适用于测量由不同类型的铝合金制成的金属层和金属物件的厚度。

现有技术

如今在金属物件的生产当中，比如金属片和金属条带，生产具有多层不同金属或者金属合金的物件是比较普遍的。金属合金物件可以使用例如与该物件不同的其他合金的薄膜或者层来保护它。比如，某种特定合金的铝板可以使用具有良好抗腐蚀性的其他合金的表面层来镀覆。在生产这种物件时，从生产两个厚的金属片开始，将它们放在一起然后将这个叠放的金属片在滚轧机中滚轧成所需要的厚度。这种生产方法的问题是不同的金属片在形变时可能有不同的流动(floating)特性因此在滚轧时两个金属片的压缩会不同。相应地这种金属片的生产商有测量金属层的厚度的需要。此外为了理解在滚轧处理中发生的材料的变化，对于测量层电阻率是有兴趣的。

滚轧机包括至少两个滚筒和一个用来控制滚筒之间的间隙从而控制生产的物件的厚度的厚度控制系统。为了控制厚度，在滚轧后，也就是说在物件经过滚轮之后，在条带上至少一个点处测量物件的厚度。这个测量值连同物件厚度的期望值被用作厚度控制的输入。

目的和发明内容

本发明的目的是提供一种测量设置在金属物件上的金属层的厚度的方法。

该目的通过权利要求1中定义的方法来实现。

这个方法包括如下步骤：在靠近金属层的附近产生磁场，产生磁场变化使得在金属层的表面产生感生电流，在比感生电流传播通过金属层所需的时间长的时间期间测量由感生电流引起的金属层外的磁场变化，基于层的厚度和磁场变化的测量值之间的数学关系来确定层的厚度。

具有不同成分的金属和金属合金具有不同的电阻率。本发明利用以下事实：感生电流随时间透入材料的深度取决于材料的电阻率以及金属层具有与金属物件不同的电阻率。根据本发明，靠近金属层产生一个随时间变化的磁场。随时间变化的磁场在该层的表面感生出电流。感生电流传播通过该层并进入到金属物件中。这个感生电流产生出第二磁场。第二磁场随时间的变化在感生电流传播通过金属层和进入金属物件时在金属层的外部被测量。第二磁场的变化使用线圈来恰当地测量。因此磁场的变化通过测量线圈上的电压来测量。

穿过线圈的磁场的大小取决于感生电流的透入深度。因此电磁场在感生电流传播通过金属时减弱。在感生出电流的时间点之后的确定时间里透入深度是和透入的材料的电阻率的平方根成正比的。相应地，在感生电流经过金属层和金属物件的边界的时间点，测量的电压(也就是电磁场的变化)存在变化。通过使用磁场变化、传播时间和所传播材料的电阻率之间已知的数学关系，以及感生电流的透入深度、传播时间和所传播材料的电阻率之间已知的数学关系，可以推导出层的厚度和磁场变化的测量值之间的关系。根据本发明，该关系可以用来确定层的厚度。

本发明使得可以自动确定设置在金属物件上的金属层的厚度。此外本发明使得可以与金属层或者金属物件无接触地确定层的厚度。因此根据本发明所采用的方法适用于生产包括设置在金属片或者金属条带上的金属层的产品，比如用于控制层的厚度。

尽管可以使用不同类型的磁场变化，但是以阶跃函数来产生这种变化是比较适合的，在阶跃函数中磁场突然地变化到一个与其以前数值相当不同的值。磁场可以降低到一个显著低的值，或者磁场可以增加到一个显著高的值。例如该变化通过突然使磁场降低到零来产生。这种阶跃函数很容易产生而且方便层的厚度的计算。

根据本发明的一个实施例，方法包括检测何时磁场变化的测量值从具有与层相同的电阻率的均质物件中磁场变化的期望值偏离，和以此为基础，估算感生电流传播通过层并到达金属层和金属物件之间的边界所用的时间，以及基于层的厚度和感生电流到达金属层和金属物件之间的边界所用时间之间的数学关系确定层的厚度。

通过检测磁场的测量值何时从具有与层相同的电阻率的物件中磁场变化的期望值偏离，可以确定感生电流传播通过该层并到达金属层和金属物件的边界所需的时间，从而相应地确定感生电流在电流穿过层和物件之间的边界的时间点上的透入深度。确定层的厚度作为在电流穿过层和物件之间的边界的时间点的透入深度。

根据本发明的一个实施例，方法包括对所测量的磁场变化进行积分，和根据层的厚度与所测量的磁场变化值的积分之间的数学关系来确定层的厚度。本实施例利用透入深度与所测量的磁场变化的积分之间成正比的事实。对所测量值进行积分是有利的，因为其提供了稳定的测量值并且方便对测量的理解。