用于在金属材料的边缘处进行裂纹检测的方法和装置与流程

1.本公开总体上涉及金属材料的品质检查，并且具体地涉及利用电磁感应在金属材料的边缘处进行裂纹检测。


背景技术：

2.金属材料的无接触裂纹测量的已知方法是利用光学装置。金属材料可被光照射，其中裂纹可通过光学传感器如相机来检测。光学方法的缺点是不可能检测在金属材料表面上不可见的裂纹，并且金属材料中的颜色变化可能被光学传感器解释为裂纹。已经证明光学方法难以用于除了检查完全清洁和光滑的金属表面之外的其它应用中。
3.已经利用感应技术对例如钢生产中的金属材料进行了检查。当使用感应技术时，借助于由馈送有随时间变化的电流的发射器线圈产生的同样随时间变化的磁场，在金属材料(例如，板或金属片)中感应电流。当感应电流遇到金属材料中的裂纹时，裂纹构成感应电流的障碍。结果，与没有裂纹的金属材料相比，裂纹改变了裂纹处的感应电流。改变的电流提供了电流周围磁场的变化。通过接收器线圈测量磁场的变化，由此可以确定在金属材料的受检表面部分中存在裂纹。金属材料的这种检查例如在ep 2574911中公开。
4.目前用于金属材料中裂纹检测的感应技术存在几个缺点。例如，靠近待测量的金属材料的边缘或角，边缘的曲率或边缘相对于线圈的突然位置变化可能被误认为是裂纹。由于难以保持这种影响参数恒定的事实，因此难以使用感应技术来检查不规则表面如铸造金属表面的裂纹。
5.因此，工业上需要提供一种改进的方法和装置，用于在金属材料的边缘检测裂纹。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是克服至少一些上述问题，并且提供一种用于检测金属材料边缘处的裂纹的解决方案，与现有技术解决方案相比，该解决方案至少在某种程度上得到了改进。通过确定金属材料边缘处的裂纹的方法和用于确定金属材料边缘处的裂纹的布置来实现在下文中将变得明显的这些和其它目的。
7.根据本发明的第一方面，提供一种确定金属材料边缘处的裂纹的方法，所述边缘具有带半径的曲率。该方法包括步骤：
8.－s10：将具有第一幅度的电流馈送到发射器线圈，以用于在金属材料中产生磁场，
9.－s20：控制该电流，使得当该磁场被估计已经穿透得比期望在该金属材料中测量的最深裂纹深度更深时，该电流获得第二幅度，
10.－s30：通过接收器线圈来检测该磁场，该检测到的磁场由此在该接收器线圈中产生信号，
11.－s40：确定该信号在第一时间处的第一信号值，在该第一时间处已经估计由于控制该电流以获得该第二幅度而引起的任何干扰已经停止，以及
12.－s50：确定在所述第一时间之后的第二时间处的所述信号的第二信号值，以及
13.－s60：确定在所述第二时间之后的第三时间处的所述信号的第三信号值，以及
14.－s70：通过确定信号值的以下组合中的至少两个之间的特征关系，基于第一信号值、第二信号值和第三信号值来确定裂纹的可能存在及其裂纹深度：所述第一信号值和所述第二信号值；所述第二信号值和所述第三信号值；以及所述第一信号值和所述第三信号值，其中信号值的至少两个组合之间的特征关系独立于边缘的位置和边缘的曲率半径。
15.通过根据上述指定时间确定信号值的至少两个组合之间的特征关系，可以独立于边缘的位置和边缘的曲率半径来确定裂纹深度，而不具有影响所确定的裂纹深度值的其它过程参数。因此，应当理解，信号值的至少两个组合之间的特征关系与边缘的位置和边缘的曲率半径无关。因此，可以在金属材料的边缘提供可靠的裂纹深度测量。
16.例如，至少特别难以与边缘半径变化区分的小裂纹(通常《3mm裂纹深度)可通过应用上述方法检测和测量。
17.应当理解，可以通过在第一时间间隔期间向发射器线圈馈送具有第一幅度的第一电流，并且重复地控制该电流使得其在第二时间间隔期间获得第二幅度来执行该方法。第一信号值、第二信号值和第三信号值全部都在控制电流以获得第二幅度的第二时间间隔期间被测量。
18.根据至少一个示例实施例，通过检测磁场变化(即，感应电压或db/dt)来实现借助于接收器线圈对磁场的检测。此外，应当注意的是，“在已经估计由于控制电流以获得第二幅度而引起的任何扰动已经停止的第一时间”至少部分地与由未穿透到金属材料中的磁场部分引起的电压峰值(db/dt)有关。换句话说，该电压峰值(db/dt)应该在第一时间停止。
19.根据至少一个示例实施例，另外确定第一时间，在该第一时间，由于控制电流以获得第二幅度而在金属材料中感应的电流已经比对应于金属材料的表面不规则性和不期望测量的裂纹深度的深度更深地渗透到金属材料中。
20.因此，该方法与表面不规则无关。
21.根据至少一个示例实施例，该方法还包括以下步骤：将该发射器线圈至少部分地设置在该金属材料的边缘的外部。
22.因此，感应电流可以集中到金属材料的边缘，使得能够确定该区域中的裂纹。根据至少一个示例实施例，接收器线圈可以被布置成使得其磁性中心被布置在金属材料的边缘内部。
23.根据至少一个示例实施例，该步骤包括将该发射器线圈设置在该金属材料的边缘的至少部分内侧。
24.因此，发射器线圈可以被布置成与金属材料的边缘重叠，从而便于确定裂纹。根据至少一个示例实施例，发射器线圈的布置在边缘外侧的部分与发射器线圈的布置在边缘内侧的部分的比率在0.1－0.4之间。应当理解，边缘的任何重叠是指平行于金属材料表面的平面中的重叠。
25.根据至少一个示例实施例，该第三时间是已经估计边缘的曲率的半径变化的任何影响已经停止的时间。
26.因此，两个信号值的特征关系将独立于边缘曲率的半径，其中至少一个信号值基于第三时间。
27.根据至少一个示例实施例，该方法还包括步骤：
28.－基于边缘相对于参考位置的位置来建立边缘位置参数
29.－基于所述边缘的曲率的半径建立半径参数，
30.其中所述特征关系独立于边缘位置参数和半径参数。
31.通过指定这些参数，边缘特征的独立性，如边缘位置和边缘曲率半径，被简化并容易地集成到用于确定裂纹存在及其裂纹深度的算法中。参考位置例如可以是接收器线圈的磁轴线。边缘位置可以包括相对于参考位置到边缘的水平距离和竖直距离两者，备选地仅包括水平距离。因此，并且根据至少一个示例实施例，该边缘位置参数表示或对应于该边缘相对于参考位置的位置，并且该半径参数表示或对应于该边缘的曲率半径。
32.根据至少一个示例实施例，确定裂纹的可能存在及其裂纹深度的步骤包括将所述特征关系与对应的参考信号进行比较。
33.因此，与具有已知特性(边缘位置、边缘曲率半径和不存在裂纹)的金属材料进行比较。更详细地，将独立于边缘位置和边缘曲率半径而形成的特征关系与没有裂纹的金属材料的对应特征关系进行比较。
34.根据至少一个示例实施例，该方法还包括步骤：
35.－建立用于具有裂纹的金属材料的第一参考信号，并且第一参考信号具有所述半径参数的第一半径参考值和所述边缘位置参数的第一边缘参考值；
36.－建立用于不具有裂纹的金属材料的第二参考信号，并且第二参考信号具有半径参数的第一半径参考值和边缘位置参数的第一边缘参考值；
37.－建立用于不具有裂纹的金属材料的第三参考信号，并且第三参考信号具有所述第一半径参考值，以及边缘位置参数相对于第一边缘参考值的预定变化；
38.－建立用于不具有裂纹的金属材料的第四参考信号，并且第四参考信号具有所述第一边缘参考值，以及半径参数相对于第一半径参考值的预定变化。
39.因此，可以确定边缘的变化特性、至少边缘位置和边缘的曲率的半径，并且可以基于所确定的变化特性选择至少第一时间、第二时间和/或第三时间。例如，第三时间可以被确定为边缘的曲率的半径变化的影响已经停止的时间。
40.此外，可以将至少基于步骤s10，s20，s30，s40，s50和s60，或步骤s70中的确定的一个或多个测量信号与对应于在边缘处没有裂纹的金属材料的参考信号进行比较。
41.因此，根据至少一个示例实施例，确定裂纹的可能存在及其裂纹深度的步骤包括使用特征关系与第一参考信号、第二参考信号、第三参考信号和/或第四参考信号的对应信号值。
42.根据至少一个示例实施例，第一时间、第二时间和第三时间是时间上分开的点。
43.分开的时间点基于从控制电流的初始化开始经过的时间，使得它获得第二幅度。备选地，第一时间、第二时间和第三时间是跨越相应时间点的－30％到 30％的相应短时间范围。例如，第一时间、第二时间和第三时间或时间范围不重叠，和/或不共享共同的开始或结束时间。
44.根据至少一个示例实施例，在馈送步骤中，电流基本上是恒定的。
45.根据至少一个示例实施例，对在金属材料中穿透得比期望测量的最深裂纹深度更深的磁场的估计是基于向发射器线圈馈送电流何时开始、期望测量的最深裂纹深度以及金
属材料的相对磁导率和电阻率。
46.根据至少一个示例实施例，基于当开始控制电流以获得其第二幅度时的时间以及基于金属材料的相对磁导率与电阻率之间的关系和/或基于当电流获得其第二幅度时的时间、期望测量的最深裂纹深度以及金属材料的相对磁导率和电阻率来估计第一时间。第一时间可以是例如100μs或在100μs和700μs之间，例如在100μs和500μs之间。
47.根据至少一个示例实施例，第一信号值、第二信号值和/或第三信号值分别是在第一时间、第二时间和第三时间上的所述短时间范围内的信号的相应单个信号值、平均信号值或积分。
48.根据至少一个示例实施例，所述接收器线圈是第一接收器线圈，并且该方法进一步包括以下步骤：
49.－借助于第二接收器线圈来检测该磁场，该检测到的磁场由此在该第二接收器线圈中产生信号，并且
50.－分别相对于所述第一接收器线圈和第二接收器线圈确定所述边缘的位置和距所述金属材料的表面的距离。
51.因此，可以确定线圈布置(即，发射器线圈，以及第一接收器线圈和第二接收器线圈)及其相对于金属材料的边缘和表面的距离。这样的定位信息可以例如与定位装置结合使用，该定位装置被配置为水平地和竖直地重新定位线圈装置，以便例如分别保持线圈装置和边缘之间以及线圈装置和金属材料的表面之间的恒定距离。
52.根据本发明的第二方面，提供一种用于确定金属材料边缘处的裂纹的装置，所述边缘具有带半径的曲率。该装置包括：
53.－发射器线圈，该发射器线圈被布置成用于在该金属材料中产生磁场，
54.－接收器线圈，该接收器线圈被布置成用于检测该磁场，
55.－信号发生器，该信号发生器被布置成向该发射器线圈馈送具有第一幅度的电流以用于在该金属材料中产生该磁场，
56.－控制单元，该控制单元被布置成用于控制该信号发生器，使得当该磁场被估计已经穿透得比期望在该金属材料中测量的最深裂纹深度更深时，该电流获得第二幅度，以及
57.－计算装置，该计算装置被布置成用于接收由该接收器线圈检测到的磁场所产生的信号，并且确定该信号在第一时间的第一信号值，在该第一时间已经估计由于对电流进行控制以获得该第二幅度而引起的任何干扰已经停止，
58.该计算装置还被布置成确定该信号在该第一时间之后的第二时间的第二信号值，并且确定该信号在该第二时间之后的第三时间的第三信号值，
59.其中该计算装置还被布置成基于该第一信号值、第二信号值和第三信号值，通过确定信号值的以下组合中的至少两个之间的特征关系来确定裂纹的可能存在及其裂纹深度：所述第一信号值和所述第二信号值；所述第二信号值和所述第三信号值；以及所述第一信号值和所述第三信号值。
60.本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面所述的效果和特征。关于本发明的第一方面所提及的实施例在很大程度上与本发明的第二方面兼容，其中一些在下面举例说明。
61.根据至少一个示例实施例，该发射器线圈在操作中被配置成至少部分地布置在该金属材料的边缘的外部。
62.因此，感应电流可以集中到金属材料的边缘，使得能够确定该区域中的裂纹。根据至少一个示例实施例，接收器线圈在操作中可以被配置为布置成使得其磁中心被布置在金属材料的边缘的内部。
63.根据至少一个示例实施例，发射器线圈在操作中被配置为至少部分地布置在金属材料的边缘的内部。
64.因此，在操作中，发射器线圈可以被配置为与金属材料的边缘重叠，从而便于确定裂纹。根据至少一个示例实施例，该发射器线圈的被配置成布置在该边缘的外部的部分与该发射器线圈的被配置成布置在该边缘之内的部分的比率是在0.1－0.4之间。
65.根据至少一个示例实施例，该计算装置被布置成用于确定在第三时间的第三信号值，该第三信号值是已经估计边缘的曲率的半径变化的任何影响已经停止的时间。
66.根据至少一个示例实施例，该计算机装置被布置成除了以上提及的标准的外部还确定该第一时间，在该第一时间，由于控制电流以获得该第二幅度而在该金属材料中感应的电流已经比对应于该金属材料的表面不规则性和不期望测量的裂纹深度的深度更深地渗透到该金属材料中。
67.根据至少一个示例实施例，该计算装置被布置成分别在该第一时间、该第二时间和该第三时间确定该第一信号值、该第二信号值和该第三信号值，其中该第一时间、第二时间和第三时间是分开的时间点。
68.如关于本发明的第一方面所提到的，分开的时间点基于从控制单元的初始化到控制信号发生器以使电流获得第二幅度所经过的时间。备选地，第一时间、第二时间和第三时间是跨越相应时间点的－30％到 30％的相应短时间范围。例如，第一时间、第二时间和第三时间或时间范围不重叠，和/或不共享共同的开始或结束时间。
69.根据至少一个示例实施例，所述接收器线圈是第一接收器线圈，并且该装置进一步包括被布置成检测该磁场的第二接收器线圈，其中该计算装置进一步被配置成接收由该第二接收器线圈检测到的磁场所产生的信号，并且被配置成分别相对于该第一接收器线圈和第二接收器线圈来确定该边缘的位置以及距该金属材料的表面的距离。
70.根据至少一个示例实施例，该装置包括定位装置，该定位装置被配置成调整发射器线圈、第一接收器线圈和/或第二接收器线圈的位置。所确定的边缘位置和距金属材料表面的距离，分别相对于第一接收器线圈和第二接收器线圈，可以用作定位装置的输入。定位装置可以例如被配置成保持这种位置和距离恒定。
71.应当理解，对于本发明的第一方面和第二方面，从边缘到第一接收线圈的距离(或线圈布置或裂纹检测布置内的任何参考位置)通常是水平距离，即平行于水平表面(例如金属材料的表面)的距离。相应地，相对于第二接收器线圈，距金属材料表面的距离是垂直于水平距离的竖直距离。
72.通常，权利要求中使用的所有术语将根据其在技术领域中的普通含义来解释，除非在此另外明确定义。所有对“一/一个/该元件、装置、组件、部件、步骤等”的引用。除非另外明确说明，否则将被开放地解释为涉及元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。
附图说明
73.现在将参考示出本发明构思的示例实施例的附图更详细地描述本发明构思的这些和其他方面，其中：
74.图1是用于金属材料中裂纹检测的装置的示例的示意图；
75.图2a和图2b是用于金属材料中的裂纹检测的布置的示例的示意图；
76.图3a和图3b示出了用于确定例如由图1或图2a和图2b中的装置检测到的信号的特征关系的第一时间、第二时间和第三时间图；以及
77.图4是确定金属材料的边缘处的裂纹深度的方法的流程图。
具体实施方式
78.在以下描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了诸如特定组件、接口、技术等的具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实施。在其它情况下，省略了对公知设备、电路和方法的详细描述，以免不必要的细节模糊了对本发明的描述。
79.这里提出的装置适于通过确定裂纹的裂纹深度来检测金属材料边缘处的裂纹。有利地，该装置可以在极端条件下使用，例如在金属制造过程中，例如在铸造或轧制过程中。该装置尤其可用于粗糙金属表面上裂纹的精确裂纹深度测量。
80.具有足够高的电导率以允许在金属材料中感应电流的任何金属材料都可以通过这里提出的方法和装置来检查，例如钢。
81.图1示出了用于检测金属材料m的边缘e处的表面19中的裂纹的装置1的示例的示意图。边缘e沿着金属材料m的纵向或金属材料m的运动方向延伸，如图2a所示。边缘e具有半径为r的曲率，其可以如图1中那样弯曲，或者是尖的。装置1包括用于产生输出信号的信号发生器7，用于控制信号发生器7的输出信号的控制单元9，用于接收来自信号发生器7的输出信号从而在待检查裂纹的金属材料m中产生磁场的发射器线圈3，第一电阻器r1，用于检测磁场并基于检测到的磁场产生信号的接收器线圈5，第二电阻器r2，用于放大来自接收器线圈5的信号的放大器11，以及计算装置12，该计算装置被设置为处理来自放大器11的信号，以便通过确定可能的裂纹深度cd来确定在边缘e处的金属材料m中是否存在裂纹c。计算装置12可以包括各种子单元，例如第一单元13、第二单元15和第三单元16。
82.通常，本公开涉及在边缘e处在金属材料m中产生磁场，检测磁场，以及在某些预定时间确定与检测到的磁场有关的信号的特征关系，从而能够确定裂纹深度，这将在下面详细描述。
83.图2a和图2b示出了用于检测金属材料m的边缘e处的表面19中的裂纹的装置1’的另一示例的示意图。图2a是俯视图，并且图2b是侧视图。图2a和图2b的装置1’在原理上与图1的装置1相同，下面主要描述装置之间的区别。例如，信号发生器7、控制单元9、放大器11和计算装置12被共同包含在图2a和图2b中的部件17中，但在下文中将被称为图1中的可视化。装置1’包括发射器线圈3和第一接收器线圈5，其具有与参照图1所述相同的功能。此外，装置1’包括远离第一接收器线圈5布置的第二接收器线圈6。发射器线圈3、第一接收器线圈第二接收器线圈5、6在这里通常被称为线圈装置18。更进一步地，装置1’包括平台20，线圈装置18连接到该平台20并且可与其一起移动。平台20耦合到定位装置21，该定位装置21被配
置为在竖直方向v和水平方向h上调节线圈装置18的位置，如图2b所示。应当注意，平台20不需要能够重新定位线圈装置18，而是发射器线圈3、第一接收器线圈5和第二接收器线圈6中的每一个可以直接耦合到定位装置21。应当注意，为了提高可理解性，在图2a和图2b中省略了图1所示的第一电阻器和第二电阻器r1、r2，但是可以认为它们分别集成在发射器线圈3和第一接收器线圈5中，或者集成在平台20中。相应地，可以假设第二接收器线圈6以与第一接收器线圈5连接到第二电阻器r2相同的方式并联连接到第三电阻器r3，这种第三电阻器可以集成到第二接收器线圈6或平台20中。
84.现在将参考图2-图4更详细地描述装置1’的操作的示例。待检查裂纹c的金属材料m(例如板或金属片)放置在发射器线圈3以及第一接收器线圈和第二接收器线圈5、6附近。更具体地，装置1’被布置为使得发射器线圈3至少部分地布置在由距离do表示的边缘e的外侧，并且至少部分地布置在由距离di表示的边缘e的内侧。do/di的比率优选在0.1和0.4之间。在图2a和图2b中，第一接收器线圈5被布置成部分地与边缘e重叠，使得其磁中心mc布置在边缘e的内部。在图2a和图2b中，第二接收器线圈6完全布置在边缘e的内部，并且在金属材料m上。典型地，发射器线圈3以及第一接收器线圈和第二接收器线圈5、6相应的磁轴线垂直于金属材料m的表面19。优选地，发射器线圈3以及第一接收器线圈和第二接收器线圈5、6中的每一个都是扁平线圈，与垂直于其磁轴线相比，沿着其磁轴线具有较小的传播。
85.在裂纹检查期间，金属材料m通常相对于线圈装置18移动，从而使得能够沿着金属材料m的表面19进行检查，特别是在金属材料m的边缘e处。如上所述，发射器线圈3可以至少部分地布置在边缘e的外侧。因此，在下面的第一步骤s10之前的步骤s5中，发射器线圈3至少部分地设置在金属材料m的边缘e的外侧。在该步骤s5中，发射器线圈3可以另外至少部分地设置在金属材料m的边缘e的内侧。
86.控制单元9(仅在图1中示出，结合到图2a和图2b的部件17中)被设置成向信号发生器7(仅在图1中示出，结合到图2a和图2b的部件17中)提供控制信号，从而控制提供给发射器线圈3的信号发生器7的输出信号，例如电流。信号发生器7例如可以包括晶体管，该晶体管可以由控制单元9控制为处于断开状态，从而向发射器线圈3提供电流，或者处于闭合状态，在该闭合状态下它不向发射器线圈3提供电流。
87.在一个实施例中，控制单元9被布置为控制信号发生器7，使得信号发生器在第一时间跨度t00－t0中产生具有第一幅度i1的基本恒定的电流，如图3a所示。
88.在第一步骤s10中，具有第一幅度i1的电流被馈送到发射器线圈3。从而在边缘e处在金属材料m中产生磁场。在裂纹检查期间，金属材料m的表面19被布置成充分靠近发射器线圈3，使得发射器线圈3周围的磁场能够穿透到金属材料m中，从而在金属材料m中产生磁场。该距离可以是例如10mm－25mm，例如10mm－15mm或15mm－25mm。
89.在时间点t0，当估计磁场已经比金属材料m中期望测量的最深裂纹深度更深地穿透到金属材料m中时，由信号发生器7馈送的电流在第二步骤s20中由控制单元9控制，使得基本恒定的电流获得第二幅度i2。第二幅度i2例如可以基本上为零或零。因此，第二步骤s20可以包括将晶体管设置在其闭合状态。馈送电流从第一幅度i1到第二幅度i2的变化导致在金属材料m中产生感应电流。
90.由信号发生器7馈送的电流最好是如图3a中最上面的图所示的脉冲串22a的形式。磁场的测量通常在随后的脉冲之间进行，这将在下面更详细地阐述。
91.当磁场穿透到金属材料m中的深度比期望在金属材料m中测量的最深裂纹深度更深时的估计可以基于理论估计，所估计的时间被编程在控制单元9中的软件中，使得其能够相应地控制由信号发生器7输出的电流。
92.该估计可以基于何时开始向发射器线圈3馈送电流、期望测量的最深裂纹深度、金属材料m的相对磁导率μ和电阻率ρ。这种估计可以例如由以下关系提供：
93.t0－t00》1.5
×
μ
×
(cdmax)2/ρ，
94.其中t0是当电流获得其第二幅度i2时的以毫秒计的时间，如图3a和图3b中所示，t00是当电流获得其第一幅度i1时的时间，cdmax是期望测量的以毫米计的最大裂纹深度，μ是金属材料m的相对磁导率，并且ρ是以纳米欧姆(nωm)计的金属材料m的电阻率。
95.在第二步骤s20之后，可以通过第一电阻器r1(仅在图1中示出，结合到例如图2a和图2b的平台20中)快速地释放发射器线圈3中的能量。因此，第一电阻器r1被设置为当电流达到其第二幅度i2时从发射器线圈3释放能量。在一个实施例中，第一电阻器r1可以与发射器线圈3并联布置。
96.在第三步骤s30中，当电流达到其第二幅度i2时，由感应电流产生的磁场至少由第一接收器线圈5检测。由第一接收器线圈5检测的磁场在第一接收器线圈5中感应信号s(t)，例如电压，其可以通过放大器11(仅在图1中明确示出，结合到图2a和2b的部件17中)放大。根据图2a和图2b的示例实施例，在可选步骤s35中，由感应电流产生的磁场也由第二接收器线圈6检测。由第二接收器线圈6检测的磁场还在第二接收器线圈6中感应信号sr(t)，例如电压，其可以通过放大器放大。
97.放大器11将来自至少第一接收器线圈5的放大信号提供给计算装置12(仅在图1中明确示出，结合到图2a和图2b的部件17中)。在一个实施例中，计算装置12被设置为在第四步骤s40、第五步骤s50和第六步骤s60中分别确定信号的第一信号值st1、第二信号值st2和第三信号值st3。在一个实施例中，控制单元9被设置为向第一单元13提供控制信号，使得第一单元13能够确定在第一时间t1的第一信号值st1，在第二时间t2的第二信号值st2和在第三时间t3的第三信号值st3，如图3a和图3b所示。
98.在第三步骤s30中检测第一接收器线圈5的磁场之前或同时，并且可选地检测第二接收器线圈6的磁场，通过第二电阻器r2释放磁场在第一接收器线圈5中产生的能量，并且通过第三电阻器r3释放磁场在第二接收器线圈6中产生的能量。因此，第二电阻器r2和第三电阻器r3被布置为当电流已经达到其第二幅度i2时，分别从第一接收器线圈5和第二接收器线圈6释放能量。在一个实施例中，第二电阻器r2与第一接收器线圈5并联布置，和/或第三电阻器r3与第二接收器线圈6并联布置。
99.通过适当选择第一电阻器r1、第二电阻器r2和第三电阻器r3的电阻以及在电流的第一幅度i1和第二幅度i2之间的快速切换，可以实现发射器线圈3以及第一接收器线圈和第二接收器线圈5、6中的能量的快速释放，从而允许在通过第一接收器线圈5和第二接收器线圈6开始磁场测量之前的短时间间隔t1－t0。
100.在一个实施例中，第一时间t1是这样的时间(从t0开始)，在该时间已经估计由于控制电流以获得第二幅度i2而引起的任何扰动已经停止，并且可选地，由于控制电流以获得第二幅度i2而引起的金属材料m中的感应电流已经比对应于金属材料m的表面不规则性和不期望测量的浅裂纹深度的深度更深地渗透到金属材料m中。在不期望测量具有小于或
等于1mm的深度的裂纹深度和表面不规则性的情况下，可以通过以下关系提供当电流已经穿透到比金属材料m的表面不规则性和不期望测量的浅裂纹深度更深的深度时的时间的估计：
101.t1≈800*μ/ρ，
102.其中t1是以微秒为单位的时间，μ是金属材料m的相对磁导率，并且ρ是以nωm为单位的电阻率。可以根据期望测量的最小裂纹深度导出类似的方程。例如，在高电阻率材料例如热钢(例如1000℃的钢)上测量，衰减时间应当小于约1微秒，并且时间t1因此被选择为1微秒，或在0.5微秒－1微秒之间(t0之后)。对于低电阻率材料，可以使用第一时间t1的明显更长的设置，例如根据简化的等式：
103.t1＝30/(ρ
1/2
)
104.其中ρ是以纳米欧姆(nωm)计的金属材料m的电阻率，并且t1以微秒计。
105.在一个实施例中，第三时间t3是已经估计边缘e的曲率的半径r的变化的任何影响已经停止的时间(在t0之后)。例如，用于在诸如热钢(例如，1000℃的钢)的高电阻率材料上测量的第三时间t3可以是大约12微秒(例如，具有2mm的边缘e的半径r)。对于另一材料，第三时间t3可以被设置为：
106.t3＝12
×
(1000/ρ)
1/2
107.其中ρ是以纳米欧姆(nωm)计的金属材料m的电阻率，并且t3是以微秒计。
108.在第一时间t1和第三时间t3之间的某个时间选择第二时间t2。例如，可以在(t0之后的)时刻选择第二时间t2：
109.t2＝(((t1)
1/2
(t3)
1/2
)/2)2110.在此描述的第一时间、第二时间和第三时间中的每一个典型地被编程在控制单元9的软件中，该软件可以将控制信号提供给计算装置，例如第一单元13，以确定第一信号值st1、第二信号值st2和第三信号值st3。
111.对于第一时间t1，第一信号值st1由计算装置12确定，例如由第一单元13确定。第一信号值st1通常是在第一时间t1取得的信号的单个信号值，但也可以是在从t1的－30％延伸到t1的 30％的第一时间范围内的信号的平均值，或在第一时间范围内的信号的积分。对应地，对于第二时间t2，第二信号值st2由计算装置12确定，例如由第一单元13确定。第二信号值st2通常是在第二时间t2取得的信号的单个信号值，但是也可以是在从t2的－30％延伸到t2的 30％的第二时间范围内的信号的平均值，或者是在第二时间范围内的信号的积分。最后，对于第三时间t3，通过计算装置12，例如通过第一单元13来确定第三信号值st3。第三信号值st3通常是在第三时间t3获取的信号的单个信号值，但是也可以是在从t3的－30％延伸到t3的 30％的第三时间范围内的信号的平均值，或者是在第三时间范围内的信号的积分。
112.第一信号值、第二信号值和第三信号值st1、st2、st3被提供给第二单元15(仅在图1中示出，结合到图2a和图2b的部件17中)。第一信号值、第二信号值和第三信号值st1、st2、st3可以通过设置在第二单元15中的采样保持电路以模拟信号的形式作为电压提供，或者备选地，通过设置在第二单元15中的a/d转换器以数字信号的形式提供。
113.第一信号值、第二信号值和第三信号值st1、st2、st3可以由第二单元15在第四时间t4提供给第三单元16，该第四时间t4在第三时间t3之后但是在时间t20之前，在该时间
t20中重复测量并且由信号发生器7产生新的电流脉冲，其中第一单元13可以在第四时间t4之后的第五时间t5复位，用于随后的测量，即确定随后的电流脉冲的信号值。这在图3b的最下面的图中示出。因此，电流脉冲可以在时间t20由信号发生器7馈送到发射器线圈3，其中重复上述步骤s10－s60。
114.在步骤s70中，通过基于第一信号值st1、第二信号值st2和第三信号值st3确定裂纹深度来确定是否存在裂纹。裂纹深度的确定可以在第三单元16中通过确定信号值的以下组合中的至少两个之间的特征关系来执行：第一信号值st1和第二信号值st2；第二信号值st2和第三信号值st3；以及第一信号值st1和第三信号值st3。发明人已经认识到，特征关系的组合，例如st1/st2与st1/st3，或st2/st3与st1/st3或st1/st2，与边缘的位置和边缘的曲率半径无关，这将在下面进一步解释。值得注意的是，在检测裂纹的过程中，材料的电阻率基本上是恒定的，并且金属材料表面的不规则不影响关于第一时间t1的特性的测量。
115.转到图3b，通过将特征关系与参考信号的相应特征关系进行比较来确定裂纹及其裂纹深度cd。在图3b中，已经建立了第一参考信号sa(t)(理论上或通过如上参考步骤s10－s70所述的测量，但是比t1、t2和t3更多次，以便获得连续曲线)，其中裂纹c出现在金属材料m的边缘e处。与参考位置(这里是第一接收器线圈5的磁中心mc)相比的边缘e的位置以及边缘e的曲率半径r可以相应地分别由边缘位置参数和半径参数确定。边缘位置参数和半径参数用于表示正常状态的第一参考信号sa(t)，对应于边缘位置参数的第一边缘参考值和半径参数的第一参考值。此外，在图3b中建立并呈现以下参考信号：在步骤s64中建立第二参考信号sb(t)(理论上或通过如上参考步骤s10－s60所述的测量，但比t1、t2和t3更多次，以便获得连续曲线)，用于没有裂纹的相同金属材料，并且具有相同的半径参数和边缘位置参数(即分别为第一半径参考值和第一边缘参考值)；在步骤s65中建立第三参考信号sc(t)(理论上或通过如上参考步骤s10－s60所述的测量，但比t1、t2和t3更多次，以便获得连续曲线)，用于没有裂纹的相同金属材料，并且具有相同的半径参数(即第一半径参考值)，但具有相对于第一边缘参考值的边缘位置参数的预定变化；在步骤s66中建立第四参考信号sd(t)(理论上或通过如上参考步骤s10－s60所述的测量，但比t1、t2和t3更多次，以便获得连续曲线)，用于没有裂纹的相同金属材料，并且用第一边缘参考值作为边缘位置参数，以及半径参数相对于第一半径参考值的预定变化。因此，所有的参考信号可以至少基于如上所述的步骤s10、s20、s30、s40、s50和s60，但是在时间上比t1、t2和t3更多的点以获得连续曲线。
116.边缘的位置的独立性因此可以在步骤70中执行，并且优选地在第三单元16中，通过第一信号值st1、第二信号值st2和第三信号值st3的以下特征关系，例如通过执行以下过程和计算来执行。
117.首先，第二参考信号sb(t)和第三参考信号sc(t)的以下特性关系对于第一时间、第二时间和第三时间t1－t3成立：
118.sb(t1)/sb(t2)＝sc(t1)/sc(t2)，以及
119.sb(t2)/sb(t3)＝sc(t2)/sc(t3)。
120.基于上述特征关系，边缘的位置将因此不干扰测量。
121.随后可以将sb(t1)/sb(t2)和sc(t1)/sc(t2)与常数因子n12相乘，以使得当金属材料中不存在裂纹时，该乘积等于一(1)，并且与半径参数的第一半径参考值相乘。对应地，
sb(t2)/sb(t3)和sc(t2)/sc(t3)可以与常数因子n23相乘，以使得当金属材料中不存在裂纹时，该乘积等于一(1)，并且与半径参数的第一半径参考值相乘。因此，可以建立以下关系：
122.n12*sb(t1)/sb(t2)－1＝n12*sc(t1)/sc(t2)－1＝0；
123.n23*sb(t2)/sb(t3)－1＝n23*sc(t2)/sc(t3)－1＝0。
124.因此，在如上所述的测量s(t)期间，建立以下等式：
125.r12＝n12*s(t1)/s(t2)－1
126.r23＝n23*s(t2)/s(t3)－1
127.因此，r12和r23与零(0)的偏离表示边缘曲率半径的变化和/或裂纹的存在和深度，而与边缘的位置无关。
128.n12和n23可以通过对具有与经受测量的金属材料相同或相似的电特性和磁特性的参考金属材料的测量来确定。
129.如从图3b进一步清楚的，至少与在第二时间t2和第三时间t3之间的相同参考信号sa(t)、sd(t)之间的差相比，在第一时间t1和第二时间t2之间的第一参考信号sa(t)和第四参考信号sd(t)中存在相当大的差。因此，与用于sd(t)的r12相对r23相比，sa(t)的r12相对r23将产生相对较大的差异。基于这个事实，可以确定特征数cr，其独立于边缘位置和边缘曲率半径：
130.cr＝r12－const1*r23
131.可以例如基于对如上所述的参考材料的测量来确定const1，该测量包括半径参数相对于第一半径参考值的预定变化，并且其中对于这种半径变化cr＝0，或者可以在经受裂纹测量但不存在裂纹的部分上的金属材料上确定const1，并且const1的值在测量期间给出最小的测量变化。也就是，当边缘的半径r变化时，选择const1的值以给出cr的最小变化。例如，如果第二时间t2由上述等式t2＝(((t1)
1/2
(t3)
1/2
)/2)2确定，则const1等于或近似等于一(1)。
132.例如，通过执行如上所述的方法，步骤s10-s60，并且确认对于sd(t)，cr＝0(即，const1＝r12/r23)，const1＝0.91，并且sb(t1)＝1，可以建立基于图3b的以下结果表：
133.表1
[0134] t1t2t3n12(＝t2/t1)n23r12r23crsb(t)10，50，250，50，5000sc(t)1，50，750，3750，50，5000，0000sd(t)1，20，550，250，50，50，0909090，1-0，0001sa(t)1，150，50，230，50，50，150，0869570，0709
[0135]
因此，cr与零(0)的偏离表示存在裂纹(确认值-0.0001近似为零)。
[0136]
裂纹深度cd随后可以由以下关系确定：
[0137]
cd＝const2*cr const3
[0138]
其中const2和const3可以通过例如对如上所述包括具有不同裂纹深度的裂纹的参考材料的测量来确定，或者可以从理论上确定。例如，对于热钢(1000℃的钢)，以及如上所述的时间t1-t3，const2将为约100并且const3为约1mm。
[0139]
应当注意的是，在专利申请号ep2574911a1的详细描述中描述的方法，利用第一特
征值和第二特征值cv1、cv2及其关系以便使得测量独立于发射器线圈3和接收器线圈5距金属材料m的表面19的距离、金属材料m的电阻率ρ、以及金属材料m的表面19上的可能的不规则性，以及第三特征值cv3来确定裂纹长度，在此被称为参考并且可以与在此呈现的公开内容并行地用于确定裂纹的存在及其远离边缘的裂纹深度。
[0140]
根据至少一个示例实施例，在如下所述的步骤s37中，第一接收器线圈和第二接收器线圈5、6用于确定边缘e相对于装置1’的水平位置(即，沿着或平行于金属材料的表面19)，以及金属材料m的表面19与装置1’之间的竖直距离。如上所述的两个(放大的)时间相关信号s(t)、sr(t)，即对于第一接收器线圈5为s(t)，对于第二接收器线圈6为sr(t)，被馈送到部件17，例如计算装置12。这里，信号s(t)和sr(t)从时间t0到时间t1分别积分，这两个时间由控制单元9控制，如前所述。s(t1－t0)和sr(t1－t0)(即和)的两个积分值及其关系用于确定边缘e相对于装置1’的水平位置和金属材料m的表面19与装置1’之间的竖直距离。更详细地，当第一接收器线圈5被布置成相对靠近边缘e时，s(t1－t0)的积分值将取决于第一接收器线圈5与金属材料的表面19之间的竖直距离，以及第一接收器线圈5(例如磁中心mc)与边缘e之间的水平距离，而sr(t1－t0)的积分值将仅取决于第二接收器线圈6与金属材料的表面19之间的竖直距离(因为第二接收器线圈6被布置成远离边缘e)。因此，例如在计算装置12中，可以通过比值sr(t1－t0)/s(t1－t0)来确定边缘e的位置或水平距离phor以及金属材料m的表面19相对于装置1’或线圈装置18的竖直距离pver。例如，通过在参考材料上测量phor和pver变化(例如，在多个步长
á
1mm上)，比率：
[0141][0142]
可以被确定，并且可以基于例如发射器线圈的磁中心来确定phor和pver的关系。
[0143]
对于上述测量，第一接收器线圈5例如被布置为：从边缘e到磁中心mc的水平距离dr大约是金属材料的表面19和第一接收器线圈5之间的竖直距离的一半。第二接收器线圈6例如被布置为：从边缘e到第二接收器线圈6的磁中心的水平距离ds大于金属材料的表面19和第二接收器线圈6之间的竖直距离。
[0144]
因此，定位装置21可以响应于phor和pver的测量而移动平台20，并且被配置为在测量期间保持phor和pver恒定。对于phor和pver的大的变化(例如 /－3mm至5mm)，边缘的位置和边缘的曲率半径的测量独立性可能无法实现。因此，根据至少一个示例实施例，该边缘的位置和该边缘的曲率半径的测量独立性对于phor和pver《 /－3mm的变化是有效的。
[0145]
应当理解，对于仅具有第一接收器线圈5的实施例，仍然可以在步骤s62中基于边缘相对于参考位置的位置(即，距边缘e和例如第一接收器线圈5的磁中心mc的水平距离)建立边缘位置参数，并且在步骤s63中基于边缘e的曲率半径r建立半径参数。前述特征关系适于独立于边缘位置参数和半径参数。然而，对于phor和pver的绝对值，需要第一接收器线圈和第二接收器线圈5、6。
[0146]
金属材料中的边缘处的裂纹应被解释为存在于边缘附近的裂纹，例如源自边缘的与45
°
的几何对角线轴线相交进入金属材料的裂纹，或从金属材料的水平表面延伸到金属材料的横向、竖直表面的裂纹。根据一个示例实施例，裂纹深度cd可以是从金属材料的表面到裂纹与45
°
的几何对角线轴线相交的点的距离。这里，边缘e处的裂纹的测量通过将发射
器线圈3至少部分地设置在金属材料m的边缘e的外部来实现，并且优选地重叠使得do/di在0.1－0.4之间。此外，应当注意，边缘的曲率不必是圆形的，而是也可以是弯曲的。在这种情况下，可以使用液压半径或等效半径来代替这里给出的半径。
[0147]
以上主要参照几个实施例描述了本发明的概念。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求限定的本发明的范围内，除以上公开的实施例之外的其它实施例同样是可能的。因此，虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖各种修改和等同布置。本公开中描述的方法步骤的顺序不限于图4中描述的顺序。在不脱离本发明的范围的情况下，一个或几个步骤可以切换位置，或者以不同的顺序发生。然而，根据至少一个示例实施例，方法步骤以图4中描述的连续顺序执行。
[0148]
此外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明构思时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。