Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и способу определения механических свойств стального материала в объекте, включающем стальной материал и пленку оксида железа на поверхности стального материала, способу контроля стального материала в таком объекте, оборудованию для производства стального материала и способу производства стального материала.
Уровень техники
При производстве стального материала, используемого в качестве сырья для трубопроводных труб и т.п., иногда проводят выборочную проверку для проверки механического свойства стального материала. Выборочная проверка – это разрушающий тест, при котором часть, подлежащую проверке, извлекают из стального материала, обрабатывают в образец для механического теста и подвергают испытанию. В последние годы возникла потребность в том, чтобы вместо выборочных проверок проводить неразрушающее измерение или оценку механического свойства самого изделия из стального материала и гарантировать качество. Таким образом, были предприняты попытки измерить механическое свойство стального материала посредством различных физических величин, относящихся к механическому свойству стального материала и измеренных во время или после производства стального материала.
Например, в документе JP 2008-224495 A (PTL 1) описан способ приложения переменного магнитного поля к металлическому материалу и детектирования индуцированного вихревого тока для обнаружения участка высокой твердости, локально присутствующего в металлическом материале.
Например, в документе WO 2019/087460 A1 (PTL 2) описано устройство детектирования, включающее в себя магнитопровод, который имеет первое отверстие, в которое вставляют длинномерный материал с одной стороны в продольном направлении длинного материала, и второе отверстие, в которое вставляют длинномерный материал с другой стороны в продольном направлении длинного материала, и который имеет форму, приблизительно симметричную относительно оси, проходящей через первое отверстие и второе отверстие. Устройство детектирования в PTL 2 может уменьшить мертвые зоны на продольных концах длинномерного материала и точно обнаруживать изменения магнитных свойств.
Например, в документе JP H9-113488a (PTL 3) описан способ оценки толщины материала покрытия исследуемого объекта по интенсивности вихревого тока, индуцируемого в объекте, и определения степени деградации объекта на основе информации об уменьшении толщины материала покрытия.
Список источников
Патентная литература
PTL 1: JP 2008-224495 A
PTL 2: WO 2019/087460 A1
PTL 3: JP H9-113488 A
Сущность изобретения
Техническая задача
В случае измерения значений электромагнитных характеристик поверхностного слоя стального материала с помощью датчика для измерения механического свойства, при использовании обычных методов точный расчет затруднен, поскольку соотношение между значениями электромагнитных характеристик и механическим свойством сильно варьируется. Например, стальные материалы, изготовленные с одинаковым механическим свойством, могут отличаться по значениям электромагнитных характеристик поверхностного слоя стального материала, измеренных датчиком. Таким образом, имеется потребность в способе, который можно использовать в процессе производства стальных материалов и который позволяет точно измерять механическое свойство неразрушающим образом.
Поэтому было бы полезно предложить устройство для измерения механического свойства и способ измерения механического свойства, которые могут точно измерять механическое свойство посредством физических величин. Также может быть полезно предложить оборудование для производства материала и способ производства материала, которые могут повысить выход материала при производстве за счет обеспечения возможности точного измерения механического свойства с помощью физических величин. Также было бы полезно предложить способ контроля материала, который может обеспечить получение высококачественного материала за счет точного измерения механического свойства с помощью физических величин.
Решение задачи
Мы изучили взаимосвязь между физическими величинами и механическими свойствами измеряемого объекта (т.е. объекта, подлежащего измерению), и обнаружили, что на взаимосвязь влияют свойства пленки измеряемого объекта.
Устройство измерения механических свойств в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; блок формирования расчетной модели, выполненный с возможностью выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две из совокупности измеренных физических величин, и формирования из совокупности выборных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства материала; и блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычисления механического свойства материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух из совокупности физических величин, причем выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения.
Способ измерения механических свойств в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: этап измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; этап выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две из совокупности измеренных физических величин; этап формирования из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства материала; и этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух из совокупности физических величин, причем выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения.
Оборудование для производства материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: производственное оборудование, выполненное с возможностью производства материала; и устройство измерения механических свойств, причем устройство измерения механических свойств включает в себя: блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; блок формирования расчетной модели, выполненный с возможностью выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две из совокупности измеренных физических величин, и формирования из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства материала; и блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычисления механического свойства материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух из совокупности физических величин, причем выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения, и устройство измерения механических свойств выполнено с возможностью измерения механического свойства материала, изготовленного с помощью указанного производственного оборудования.
Способ контроля материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит следующие этапы: этап измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; этап выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две из совокупности измеренных физических величин и включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения; этап формирования из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства материала; этап вычисления механических свойств материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух из совокупности физических величин; и этап контроля, на котором классифицируют рассчитанный материал на основе механического свойства материала.
Способ изготовления материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя: этап изготовления материала; этап измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя изготовленный материал и пленку на поверхности материала; этап выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две из совокупности измеренных физических величин; этап формирования из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства материала; и этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух из совокупности физических величин, причем выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения.
Полезные эффекты
Таким образом, можно предложить устройство для измерения механических свойств и способ измерения механического свойства, которые позволяют точно измерять механическое свойство путем использования физических величин. Также возможно предложить оборудование для производства материала и способ производства материала, которые могут повысить выход материала при производстве за счет обеспечения возможности точного измерения механического свойства путем использования физических величин. Также возможно предложить способ контроля материала, который может обеспечить получение высококачественного материала за счет точного измерения механического свойства путем использования физических величин.
Краткое описание чертежей
На сопровождающих чертежах:
на фиг. 1 приведена структурная схема устройства измерения механических свойств в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 приведена структурная схема блока измерения физических величин;
на фиг. 3 приведена схема, иллюстрирующая конкретный пример структуры датчика;
на фиг. 4 приведена схема, иллюстрирующая пример сигнала, подаваемого на катушку возбуждения для генерации переменного магнитного поля;
на фиг. 5 приведена блок-схема, иллюстрирующая процесс сбора обучающих данных;
на фиг. 6 приведена диаграмма, иллюстрирующая пример набора обучающих данных;
на фиг. 7 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ измерения механического свойства;
на фиг. 8 приведена диаграмма, объясняющая взаимосвязь между выборными физическими величинами и набором обучающих данных;
на фиг. 9 приведена диаграмма, сравнивающая расчетные значения механического свойства с фактическими измеренными значениями;
на фиг. 10 приведена диаграмма, сравнивающая расчетные значения механического свойства с фактическими измеренными значениями в сравнительном примере;
на фиг. 11 приведена структурная схема устройства измерения механического свойства в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 12 приведена схема, иллюстрирующая пример способа изготовления стального материала.
Подробное описание изобретения
Вариант 1 осуществления изобретения
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства 100 измерения механических свойств в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. Измерительное устройство 100 неразрушающим образом измеряет механическое свойство (или механические свойства, то же самое предполагается и далее) материала 1 в измеряемом объекте 101 (см. фиг. 2) с использованием совокупности физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Механическое свойство здесь является динамическим свойством и, в частности, свойством противостоять внешней силе, такой как растяжение, сжатие или сдвиг. Примеры механического свойства включают в себя: прочность, например, напряжение при растяжении, предел текучести и напряжение при сжатии; твердость, например, твердость по Викерсу и твердость по Леебу; и хрупкость. Физические величины являются реально измеримыми величинами. Примеры физических величин включают в себя значения температуры, массы и значения электромагнитных характеристик.
Хотя в этом варианте осуществления изобретения описан пример, в котором материал 1 представляет собой стальной материал, материал 1 не ограничивается только стальным материалом. Хотя в этом варианте осуществления изобретения описан пример, в котором механическим свойством является твердость, механическое свойство не ограничивается только твердостью. Хотя в этом варианте осуществления изобретения описан пример, в котором физические величины являются значениями электромагнитных характеристик, эти физические величины не ограничиваются только значениями электромагнитных характеристик. Общеизвестно, что значения электромагнитных характеристик, таких как магнитная проницаемость и коэрцитивная сила, коррелируют с механическим свойством металла. Следовательно, предпочтительно измерять или оценивать механическое свойство с использованием значений электромагнитных характеристик. Предпочтительным способом измерения значений электромагнитных характеристик является, например, вихретоковое исследование или микромагнитный многопараметрический анализ микроструктуры и напряжений (3МА). В частности, предпочтительно использовать сигнал переменного тока (переменный ток или переменное напряжение), полученный путем наложения двух или более частот, в качестве нижеописанного сигнала измерения, поскольку можно получить больше значений электромагнитных характеристик. Более предпочтительно установить одну из частот равной 200 Гц или меньше, поскольку даже в случае, когда на поверхности материала 1 сформирована пленка 2 (см. фиг. 2), переменное магнитное поле в достаточной степени проникает в поверхность материала 1, и механическое свойство может быть измерено или оценено более точно. Описанный выше способ измерения особенно предпочтителен в случае измерения значений электромагнитных характеристик поверхностного слоя материала 1.
Структура устройства для измерения механических свойств
Как показано на фиг. 1, измерительное устройство 100 включает в себя блок 5 измерения физических величин, блок 8 управления, запоминающее устройство 10 и дисплей 11. Блок 8 управления включает в себя блок 81 формирования расчетной модели, блок 82 вычисления механических свойств и блок 83 управления измерением физических величин. Запоминающее устройство 10 включает в себя набор 110 обучающих данных (группу обучающих данных). Набор 110 обучающих данных используют для создания расчетной модели для вычисления механического свойства материала 1. Детали каждого компонента в измерительном устройстве 100 будут описаны позже.
На фиг. 2 приведена структурная схема блока 5 измерения физических величин. Блок 5 измерения физических величин включает в себя датчик 3 и сканирующий блок 6. Датчик 3 измеряет физические величины измеряемого объекта 101. Измеряемый объект 101 включает в себя материал 1 и пленку 2, образованную на поверхности материала 1. Детали каждого компонента в блоке 5 измерения физических величин будут описаны позже.
Например, в случае, когда материал 1 представляет собой стальной материал, на поверхности стального материала во время производства стального материала образуется пленка оксида железа, называемая окалиной или вторичной окалиной. Существуют различные типы пленок оксида железа, и широко известны магнетит (оксид железа Fe3O4), вюстит (оксид железа FeO) и гематит (красный гематит, Fe2O3). Эти окалины различаются не только по составу кислорода и железа, но и по электромагнитным свойствам (т.е. электромагнитным характеристикам). Например, магнетит является магнитным, но вюстит является немагнитным. Для измерения механического свойства материала 1 (в частности, поверхностного слоя), который представляет собой стальной материал, физические величины измеряют с поверхности. То есть в настоящем изобретении измеряют физические величины материала 1, который представляет собой стальной материал, и пленки 2, которая представляет собой окалину, вместе в качестве измеряемого объекта 101.
Соответственно, пленка 2, представляющая собой окалину, влияет на измерение материала 1, который представляет собой стальной материал. Тип и состав окалины варьируются в зависимости от состояния стального материала в процессе производства. Кроме того, стальной материал может обладать магнитной анизотропией в зависимости от микроструктуры стального материала. Таким образом, электромагнитные характеристики измеряемых объектов 101 различаются. Поэтому для измеряемого объекта 101, включающего в себя стальной материал и окалину, очень трудно измерить или оценить механическое свойство стального материала, такое как твердость, просто связав механическое свойство со значениями электромагнитных характеристик измеряемого объекта 101. В частности, в случае измерения механического свойства поверхностного слоя материала 1, электромагнитные характеристики окалины в виде пленки 2 оказывают большее влияние. Это затрудняет для измеряемого объекта 101, включающего в себя стальной материал и окалину, измерение или оценку механического свойства поверхностного слоя стального материала, такого как твердость, просто связав механическое свойство со значениями электромагнитных характеристик измеряемого объекта 101.
То же самое относится к случаям, когда материал 1 отличается от стального материала, а пленка 2 отличается от окалины. В частности, в случае, когда пленка 2 имеет характеристики, отличные от материала 1, в отношении совокупности физических величин, подлежащих измерению, для измеряемого объекта 101, включающего в себя материал 1 и пленку 2 на его поверхности, очень трудно измерить или оценить механическое свойство материала 1 путем простого сопоставления механического свойства с совокупностью физических величин измеряемого объекта 101. Более того, в случае измерения механического свойства поверхностного слоя материала 1 для измеряемого объекта 101, включающего в себя материал 1 и пленку 2 на его поверхности, сложнее измерить или оценить механическое свойство поверхностного слоя материала 1 путем простого сопоставления механического свойства с совокупностью физических величин измеряемого объекта 101.
Запоминающее устройство 10 хранит различную информацию и программы для приведения в действие измерительного устройства 100. Информация, хранящаяся в запоминающем устройстве 10, включает в себя набор 110 обучающих данных, который представляет собой набор из совокупности частей обучающих данных. Программы, сохраненные в запоминающем устройстве 10, включают в себя программу для инициирования работы блока 8 управления в качестве блока 81 формирования расчетной модели, программу для инициирования работы блока 8 управления в качестве блока 82 вычисления механических свойств и программу для инициирования работы блока 8 управления в качестве блока 83 управления измерением физических величин. Запоминающее устройство 10 включает в себя, например, полупроводниковую память или магнитную память.
Дисплей 11 отображает пользователю различную информацию, включая механическое свойство материала 1. В этом варианте осуществления дисплей 11 включает в себя дисплей, способный воспроизводить текст, изображения и т.д., и сенсорный экран, способный детектировать контакт с пальцем пользователя или тому подобное. Дисплей может быть устройством отображения, таким как жидкокристаллический дисплей (LCD) или органический электролюминесцентный дисплей (OELD). Принцип работы сенсорного экрана может представлять собой любой принцип, например, емкостный, резистивный, с использованием поверхностной акустической волны, инфракрасный, с использованием электромагнитной индукции или детектирование нагрузки. В качестве альтернативы, дисплей 11 может быть дисплеем без сенсорного экрана.
Блок 8 управления управляет общей работой измерительного устройства 100. Блок 8 управления включает в себя один или несколько процессоров. Процессоры могут включать в себя процессор общего назначения, который считывает конкретную программу и выполняет конкретную функцию, и/или специализированный процессор, предназначенный для конкретного процесса. Специализированный процессор может включать в себя специализированную интегральную схему (ASIC). Каждый процессор может включать в себя программируемое логическое устройство (PLD). PLD может включать в себя программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA). Блок 8 управления может включать в себя по меньшей мере одно из следующего: система в пакете (SiP) и система на кристалле (SoC), в которых один или несколько процессоров взаимодействуют друг с другом. Блок 8 управления функционирует в качестве блока 81 формирования расчетной модели, блока 82 вычисления механических свойств и блока 83 управления измерением физических величин в соответствии с соответствующей программой, считанной из запоминающего устройства 10.
Блок 8 управления также собирает обучающие данные с помощью блока 7 связи, связывает совокупность частей обучающих данных для каждого элемента для формирования набора 110 обучающих данных и сохраняет набор 110 обучающих данных в запоминающем устройстве 10. Детали набора 110 обучающих данных будут описаны позже.
Блок 81 формирования расчетной модели выбирает совокупность частей обучающих данных из набора 110 обучающих данных на основе по меньшей мере двух физических величин из совокупности физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Физические величины, используемые для выбора совокупности частей обучающих данных, далее называют «выборными физическими величинами». В качестве примера предположим, что выборными физическими величинами являются все из следующих величин: изменение фазы колебательного сигнала тока, амплитуда гармоник и дифференциальная магнитная проницаемость, которые являются величинами электромагнитных характеристик. Во-первых, блок 81 формирования расчетной модели получает набор 110 обучающих данных из запоминающего устройства 10. Затем блок 81 формирования расчетной модели выбирает совокупность частей обучающих данных, близких к комбинации полученных значений изменения фазы колебательного сигнала тока, амплитуды гармоник и дифференциальной магнитной проницаемости. Блок 81 формирования расчетной модели формирует расчетную модель из выбранной совокупности частей обучающих данных. Сформированную расчетную модель использует блок 82 расчета механических свойств. Примеры расчетной модели, используемой в настоящем изобретении, включают в себя регрессионную модель с использованием алгоритма k-ближайших соседей, локальную линейную регрессионную модель и регрессионную модель с использованием машины опорных векторов. Из них регрессионная модель с использованием алгоритма k-ближайших соседей и модель локальной линейной регрессии являются предпочтительными по следующей причине. В типичной регрессионной модели точность прогнозирования может снизиться, например, из-за смещения распределения всего набора данных. Это связано с тем, что модель обычно строят таким образом, чтобы иметь минимальную ошибку для всего набора данных. Следовательно, способ извлечения k частей данных, которые, с точки зрения евклидова расстояния, находятся рядом с данными, подлежащими оценке с помощью алгоритма k-ближайших соседей, генерирующий регрессионную модель с использованием набора данных из извлеченных k частей данных и оценивающий данные, является предпочтительным с точки зрения повышения точности. Локальная модель линейной регрессии может достичь тех же эффектов, что и алгоритм k-ближайших соседей. В случае модели локальной линейной регрессии строят последовательную модель при взвешивании всего набора данных таким образом, чтобы набор данных, расположенный рядом с данными, подлежащими оценке, оказывал влияние на регрессию, а набор данных, расположенных дальше от данных, подлежащих оценке, оказывал меньшее влияние на регрессию, и оценивают данные. Это способствует повышению точности.
Блок 82 вычисления механических свойств вычисляет механическое свойство материала 1, используя расчетную модель, сформированную блоком 81 формирования расчетной модели, и по меньшей мере две величины из совокупности физических величин, измеренных блоком 5 измерения физических величин. В качестве примера предположим, что совокупность физических величин включает в себя вышеупомянутые величины электромагнитных характеристик и все из них - изменение фазы колебательного сигнала тока, амплитуду гармоник и дифференциальную магнитную проницаемость - используют для вычисления механического свойства материала 1. Блок 82 вычисления механических свойств получает расчетную модель, сформированную блоком 81 формирования расчетной модели. Блок 82 вычисления механических свойств вводит полученные значения изменения фазы колебательного сигнала тока, а также значения амплитуды гармоник и дифференциальной магнитной проницаемости в расчетную модель для вычисления механического свойства материала 1. Блок 82 вычисления механических свойств может выводить вычисленную твердость стального материала на дисплей 11, чтобы представить ее пользователю.
Хотя в предыдущем примере при формировании расчетной модели блок 81 формирования расчетной модели использует все величины электромагнитных характеристик в качестве физических величин выбора, может быть использована комбинация двух или более, но не всех величин электромагнитных характеристик. Хотя в предыдущем примере при вычислении механического свойства материала 1 блок 82 вычисления механических свойств использует все величины электромагнитных характеристик, в расчетную модель может быть введено два или более, но не все величины электромагнитных характеристик. Здесь величины электромагнитных характеристик, вводимые в расчетную модель, могут отличаться от величин электромагнитных характеристик, используемых, когда блок 81 формирования расчетной модели генерирует расчетную модель. Например, блок 81 формирования расчетной модели формирует расчетную модель, используя комбинацию из изменения фазы колебательного сигнала тока и дифференциальной магнитной проницаемости, а блок 82 вычисления механических свойств вводит в расчетную модель изменение фазы колебательного сигнала тока и амплитуду гармоник и вычисляет механическое свойство материала 1.
Блок 83 управления измерением физических величин управляет работой блока 5 измерения физических величин. Например, блок 83 управления измерением физических величин инициирует работу датчика 3 и измерение величин электромагнитных характеристик.
Структура блока измерения физических величин
Датчик 3 измеряет физические величины измеряемого объекта 101, включающего материал 1 и пленку 2. Хотя в этом варианте описан пример, в котором датчик 3 является магнитным датчиком, датчик 3 не ограничен магнитным датчиком. Датчик 3 может состоять из одного или нескольких датчиков. Результаты измерений датчика 3 отображают физические величины, на которые влияет наличие пленки 2, то есть физические величины структуры, которая включает не только материал 1, но и пленку 2. С другой стороны, механическое свойство, рассчитанное блоком 82 вычисления механических свойств, относится к материалу 1 без пленки 2.
На фиг. 3 приведена схема, иллюстрирующая конкретный пример структуры датчика 3. Датчик 3 является, например, магнитным датчиком и может включать в себя катушку 31 возбуждения и намагничивающее ярмо 32. Датчик 3 прикладывает переменное магнитное поле к измеряемому объекту 101 при перемещении относительно измеряемого объекта 101. В датчике, показанном на фиг. 3, одну катушку используют и в качестве катушки возбуждения, и в качестве катушки измерения электромагнитных изменений. Датчик 3 измеряет влияние вихревого тока или подобного, индуцируемого в измеряемом объекте 101 переменным магнитным полем, в виде изменения величин электромагнитных характеристик. В качестве другого примера датчик, который измеряет величины электромагнитных характеристик, может иметь конструкцию, в которой катушка возбуждения намотана на намагничивающее ярмо, а катушка приема сигнала намотана отдельно от катушки возбуждения. В качестве другого примера датчик, который измеряет величины электромагнитных характеристик, может иметь конструкцию, в которой катушка возбуждения намотана на намагничивающее ярмо, а катушка измерения электромагнитных изменений размещена независимо между намагничивающими ярмами. Датчик, который измеряет величины электромагнитных характеристик, не ограничен конструкцией, показанной на фиг. 3, при условии, что он включает в себя катушку возбуждения, катушку измерения электромагнитных изменений и намагничивающее ярмо.
В качестве физических величин стального материала, подлежащего измерению, можно использовать величины электромагнитных характеристик поверхностного слоя. Известно, что в стальном материале изменения кривой магнитного гистерезиса и шум Баркхаузена коррелируют с механическим свойством материала, таким как прочность на растяжение и твердость. Следовательно, предпочтительно измерять величины электромагнитных характеристик поверхностного слоя с помощью магнитного датчика, показанного на фиг. 3. Кривую магнитного гистерезиса также называют B-H кривой, и она представляет собой кривую, показывающую взаимосвязь между напряженностью магнитного поля и плотностью магнитного потока (магнитной индукцией). Более того, на основе явления (скин-эффекта), заключающегося в том, что, когда переменный ток протекает через проводник, плотность тока высока на поверхности проводника и уменьшается с удалением от поверхности, с помощью магнитного датчика могут быть выборочно измерены величины электромагнитных характеристик только поверхностного слоя измеряемого объекта. При скин-эффекте, когда частота переменного тока выше, ток больше концентрируется на поверхности. Предполагая, что глубина проникновения – это глубина, на которой ток составляет примерно 0,37 от поверхностного тока вследствие скин-эффекта, соотношение задается следующей формулой (1). В формуле (1) d – глубина проникновения [м], f – частота [Гц], μ – магнитная проницаемость [Н/м], σ – электропроводность [С/м], а π – круговая постоянная.
формула (1)
В соответствии с формулой (1), глубина проникновения меньше, если частота выше. Другими словами, глубина проникновения становится больше, когда частота ниже. Следовательно, глубину проникновения можно регулировать, регулируя частоту в соответствии с диапазоном глубины поверхностного слоя, подлежащим измерению или оценке. Например, для измерения или оценки механических свойств примерно до 0,25 мм поверхностного слоя частоту задают таким образом, чтобы глубина проникновения составляла около 0,25 мм. Предпочтительно, чтобы 3/4 глубины проникновения, в отношении глубины поверхностного слоя, составляло более 0,25 мм, с учетом ослабления.
На фиг. 4 показан пример сигнала, подаваемого на катушку 31 возбуждения для создания переменного магнитного поля. Сигнал на фиг. 4 представляет собой сигнал, полученный путем наложения высокочастотного сигнала на низкочастотный сигнал. Используя такой сигнал, датчик 3 может эффективно измерять величины электромагнитных характеристик на основе низкочастотного сигнала и величины электромагнитных характеристик на основе высокочастотного сигнала. Низкочастотный сигнал представляет собой, например, синусоидальную волну частотой 150 Гц. Высокочастотный сигнал представляет собой, например, синусоидальную волну частотой 1 кГц.
Сканирующий блок 6 перемещает датчик 3 относительно измеряемого объекта 101. Сканирующий блок 6 может перемещать датчик 3 к месту оценки, указанному блоком 83 управления измерением физических величин. Сканирующий блок 6 может получать информацию о скорости перемещения материала 1 и настраивать датчик 3 для перемещения с соответствующей относительной скоростью.
Выборные физические величины
Предпочтительные условия для выбора физических величин будут описаны ниже. Выборные физические величины - это наиболее важное понятие в настоящем изобретении. Выборные физические величины представляют собой по меньшей мере две физические величины из совокупности физических величин, измеряемых блоком 5 измерения физических величин. Выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения.
То есть физические величины измеряемого объекта 101, измеренные блоком 5 измерения физических величин, включают в себя одну или более одной физических величин, измеренных с использованием первого сигнала измерения, и одну или более одной физических величин, измеренных с использованием второго сигнала измерения. В случае, когда физические величины, подлежащие измерению, являются величинами электромагнитных характеристик, первый сигнал измерения может быть сигналом переменного тока, имеющим первую частоту, а второй сигнал измерения может быть сигналом переменного тока, имеющим вторую частоту, более высокую, чем первая частота. Другими словами, первый сигнал измерения и второй сигнал измерения блока 5 измерения физических величин могут представлять собой низкочастотный сигнал и высокочастотный сигнал соответственно.
В случае, когда сигнал, полученный путем наложения высокочастотного сигнала на низкочастотный сигнал, показанный на фиг. 4, подают на катушку 31 возбуждения, величины электромагнитных характеристик могут представлять собой характеристики электрического сигнала, наблюдаемого в результате приложения переменного магнитного поля к измеряемому объекту 101. В частности, величины электромагнитных характеристик могут представлять собой характеристики, относящиеся к (1) величине искажения формы сигнала тока, (2) амплитуде тока, (3) изменению фазы колебательного сигнала тока, (4) амплитуде гармоник, (5) изменению фазы гармоник и (6) дифференциальной магнитной проницаемости. Характеристики могут представлять собой, например, (a) максимальное значение, (b) минимальное значение, (c) среднее значение и (d) коэрцитивную силу. Дифференциальная магнитная проницаемость представляет собой величину, указывающую на намагничиваемость в состоянии, в котором приложено магнитное поле, и выражается посредством градиента частной петли гистерезиса, который указывает взаимосвязь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля.
Например, в случае, когда измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину, предпочтительно подавать на катушку 31 возбуждения электромагнитного датчика напряжение или ток, полученные наложением синусоидальной волны с частотой 1 кГц или более на синусоидальную волну с частотой 150 Гц или менее. В результате того, что низкочастотный сигнал представляет собой синусоидальную волну частотой 150 Гц или менее, переменное магнитное поле, возбуждаемое электромагнитным датчиком, может проникать на глубину около 300 μм от поверхности стального материала. Величины электромагнитных характеристик, измеренные с использованием низкочастотного сигнала, предпочтительно включают в себя характеристики, относящиеся к изменению фазы колебательного сигнала тока. При измерении с использованием низкочастотного сигнала переменное магнитное поле проникает сравнительно глубоко, так что может быть получено больше информации о материале 1, чем о пленке 2. Изменение фазы колебательного сигнала тока включает в себя информацию о коэрцитивной силе. Соответственно, путем измерения характеристик, относящихся к изменению фазы колебательного сигнала тока, с использованием низкочастотного сигнала, может быть получена информация о коэрцитивной силе материала 1. Величины электромагнитных характеристик, измеренные с использованием высокочастотного сигнала, предпочтительно включают в себя характеристики, относящиеся к дифференциальной магнитной проницаемости. При измерении с использованием высокочастотного сигнала проникновение переменного магнитного поля является сравнительно небольшим, так что может быть получено больше информации о пленке 2, чем о материале 1. Дифференциальная магнитная проницаемость включает в себя информацию о магнитных свойствах пленки 2 в состоянии, в котором приложено магнитное поле, изменяющееся в соответствии с низкочастотным сигналом. Соответственно, путем измерения характеристик, относящихся к дифференциальной магнитной проницаемости, с использованием высокочастотного сигнала, может быть получена информация о магнитных свойствах пленки 2. Получение магнитных свойств пленки 2 способствует точному прогнозированию свойств материала 1 при одновременной компенсации влияния пленки 2. Выборные физические величины предпочтительно включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения, чтобы содержать точную информацию как о материале 1, так и о пленке 2.
Сбор обучающих данных
Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления вычисляет механическое свойство материала 1 на основе физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин, и выбранной совокупности частей обучающих данных. Например, измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину. Например, физические величины включают в себя величины электромагнитных характеристик. Например, механическим свойством материала 1 является твердость стального материала. При вычислении механического свойства материала 1 выбирают совокупность частей обучающих данных из набора обучающих данных, подготовленного заранее, для вычисления механического свойства материала, и формируют расчетную модель. Для точного измерения механических свойств необходимо выбрать соответствующие обучающие данные на основе физических величин и сформировать правильную расчетную модель. Поэтому предпочтительно тщательно собирать набор обучающих данных, который является основой расчетной модели. Например, измерительная система, включающая в себя измерительное устройство 100 и блок 5 измерения физических величин, собирает обучающие данные следующим образом.
На фиг. 5 приведена блок-схема, иллюстрирующая процесс сбора обучающих данных. Блок 8 управления задает положение в измеряемом объекте 101, в котором должны быть измерены физические величины, т.е. место оценки (этап S1).
Блок 8 управления заставляет блок 5 измерения физических величин измерять физические величины в заданном месте оценки (этап S2). Физические величины измеряемого объекта 101 являются объясняющими переменными в обучающих данных.
Блок 8 управления выполняет предварительную обработку (этап S3). Предварительная обработка заключается, например, в удалении пленки 2 с измеряемого объекта 101, чтобы обеспечить измерение механического свойства в месте оценки. Например, в случае, если измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину на своей поверхности, окалина может быть удалена путем травления, шлифования или тому подобного. Предварительная обработка может включать в себя разрезание измеряемого объекта 101 в месте оценки для получения поперечного сечения материала 1.
Блок 8 управления измеряет механическое свойство в месте оценки (этап S4). Целевой переменной в обучающих данных является механическое свойство. Механическим свойством может быть, например, твердость поперечного сечения стального материала в месте оценки. В качестве механического свойства, например, может быть использована величина, полученная путем преобразования твердости по Леебу поверхности стального материала, измеренной устройством для измерения упругой твердости, в твердость поперечного сечения с использованием формулы преобразования, полученной из прошлых испытаний. Для более точного преобразования может быть использована величина, полученная путем нормализации преобразованной величины по отношению к толщине стального материала. То есть может быть выполнен процесс преобразования в величину при эталонной толщине стального материала. Эталонная толщина стального материала составляет, например, 28 мм. В случае, если вышеупомянутая предварительная обработка включает в себя разрезание измеряемого объекта 101 в месте оценки, механическим свойством может быть твердость по Викерсу, полученная путем непосредственного измерения поверхности среза. Блок 8 управления получает измеренное механическое свойство. Блок 8 управления сохраняет в запоминающем устройстве 10 метку данных, такую как контрольный номер и место оценки материала 1, объясняющие переменные и целевую переменную, в сочетании друг с другом в виде одного элемента обучающих данных.
На фиг. 6 приведена диаграмма, иллюстрирующая пример набора 110 обучающих данных, хранящегося в запоминающем устройстве 10. Набор 110 обучающих данных может включать в себя, например, номер данных, который является идентификационным номером для обучающих данных, и номер пластины, который является идентификационным номером стального материала, в качестве контрольных номеров метки данных. Более того, в случае, если на поверхности стального материала задана ось X и ось Y, ортогональные друг другу в начале координат в качестве центра, то набор 110 обучающих данных может включать в себя расстояние от начала координат в направлении оси X и расстояние от начала координат в направление оси Y в качестве местоположения оценки метки данных. Набор 110 обучающих данных включает в себя измеренное механическое свойство в качестве целевой переменной. Набор 110 обучающих данных включает в себя физические величины измеряемого объекта 101, измеренные блоком 5 измерения физических величин, в качестве объясняющих переменных. Физические величины могут быть разделены на физические величины, измеренные с использованием первого сигнала измерения, и физические величины, измеренные с использованием второго сигнала измерения. В случае, когда физические величины являются величинами электромагнитных характеристик, первый сигнал измерения может быть сигналом переменного тока, имеющим первую частоту, а второй сигнал измерения может быть сигналом переменного тока, имеющим вторую частоту, более высокую, чем первая частота. Другими словами, первый сигнал измерения и второй сигнал измерения могут быть низкочастотным сигналом и высокочастотным сигналом соответственно.
В случае, если блок 8 управления определяет, что не были собраны обучающие данные, достаточные для генерации модели, (этап S5: Нет), то блок 8 управления возвращается к процессу на этапе S1 и собирает дополнительные обучающие данные.
В случае, если блок 8 управления определяет, что были собраны обучающие данные, достаточные для генерации модели, и сбор завершен (этап S5: Да), то блок управления 8 завершает серию процессов.
Набор 110 обучающих данных, сохраненный в запоминающем устройстве 10 блоком 8 управления, т.е. набор из совокупности частей обучающих данных, может включать в себя целевые переменные, полученные с помощью различных способов измерения. В предыдущем примере набор 110 обучающих данных может включать в себя целевые переменные, полученные по меньшей мере двумя способами из, помимо твердости по Викерсу, полученной путем непосредственного измерения поверхности среза, значения, полученного путем преобразования твердости по Леебу поверхности стального материала в твердость поперечного сечения, и значения, полученного путем нормализации преобразованного значения по отношению к толщине стального материала. Например, твердость по Викерсу является точной, но измерение твердости по Викерсу требует времени, поскольку стальной материал подвергают резке. За счет учета сочетания целевых переменных, полученных с помощью различных способов измерения, может быть сформирован точный набор 110 обучающих данных в течение реалистичного времени.
Способ измерения механических свойств
Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления вычисляет механическое свойство материала 1 на основе физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Например, измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину. Например, материал 1 представляет собой стальной материал. Например, пленка 2 на поверхности материала 1 представляет собой окалину. Например, физические величины включают в себя величины электромагнитных характеристик. Например, механическим свойством материала 1 является твердость стального материала. Например, датчик 3 представляет собой магнитный датчик, показанный на фиг. 2 и фиг. 3. При расчете механического свойства материала 1 используют расчетную модель. Чтобы точно рассчитать механическое свойство, важно создать соответствующую расчетную модель. Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления вычисляет механическое свойство материала 1 следующим образом. На фиг. 7 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ измерения механических свойств.
Блок 8 управления заставляет блок 5 измерения физических величин измерять физические величины измеряемого объекта 101 (этап измерения, этап S11). Для измерения механического свойства материала 1 (в частности, поверхностного слоя) физические величины измеряют с поверхности материала 1, на которой сформирована пленка 2. То есть, в этом способе измерения физические величины измеряют с использованием в качестве измеряемого объекта 101 материала 1, который представляет собой стальной материал, и пленки 2, которая представляет собой окалину. То же самое относится к случаям, когда материал 1 отличается от стального материала, а пленка 2 отличается от окалины. В частности, датчик 3 в блоке 5 измерения физических величин расположен на поверхности пленки 2. Результаты измерений датчика 3 указывают на физические величины, связанные с влиянием пленки 2, то есть физические величины в состоянии, в которое включен не только материал 1, но и пленка 2. Сканирующий блок 6 перемещает датчик 3 относительно измеряемого объекта 101. В результате датчик 3 прикладывает переменное магнитное поле к месту оценки в измеряемом объекте 101, указанному блоком 83 управления измерением физических величин. Датчик 3 измеряет влияние вихревого тока или подобного, индуцируемого в измеряемом объекте 101 переменным магнитным полем, в виде изменения значений электромагнитных характеристик. Блок 5 измерения физических величин выдает измеренные значения электромагнитных характеристик в блок 8 управления в виде совокупности физических величин.
Блок 8 управления выбирает совокупность частей обучающих данных из набора 110 обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две из полученных физических величин (этап выбора, этап S12). Здесь блок 8 управления выбирает обучающие данные, близкие к полученным выборным физическим величинам, из набора 110 обучающих данных, хранящихся в запоминающем устройстве 10. На фиг. 8 приведена диаграмма, объясняющая взаимосвязь между выборными физическими величинами и набором 110 обучающих данных. Черные круги на фиг. 8 представляют обучающие данные, включенные в набор 110 обучающих данных. Белый круг на фиг. 8 представляет выборные физические величины. В зависимости от выборных физических величин в качестве локальной области для первой физической величины и второй физической величины из выборных физических величин может быть задан определенный диапазон. Блок 8 управления может выбирать совокупность частей обучающих данных, включенных в локальную область.
Блок 8 управления генерирует расчетную модель для вычисления механического свойства материала 1 из выбранной совокупности частей обучающих данных (этап генерации, этап S13). Расчетная модель может быть подготовлена в виде линейной регрессионной модели или нелинейной регрессионной модели, которая связывает объясняющие переменные и целевую переменную обучающих данных. В качестве модели линейной регрессии может быть использована обобщенная линейная модель, обобщенная линейная смешанная модель или тому подобное. С точки зрения повышения точности вычислений, расчетную модель предпочтительно генерируют с помощью локальной линейной регрессии в сочетании с процессом на этапе S12. Здесь, при генерации расчетной модели, предпочтительно взвешивать каждую часть из совокупности частей обучающих данных, выбранных в процессе на этапе S12, в соответствии с расстоянием от выборных физических величин. То есть предпочтительно присвоить больший вес части обучающих данных, для которой расстояние до выборных физических величин меньше.
Блок 8 управления вычисляет механическое свойство материала 1 на основе сформированной расчетной модели (этап расчета, этап S14). Блок 8 управления вычисляет механическое свойство материала 1, используя сформированную расчетную модель и по меньшей мере две физические величины, необходимые в качестве входных данных.
Механическим свойством материала 1 может быть, например, твердость поперечного сечения стального материала в месте оценки. В качестве механического свойства, например, может быть использована величина, полученная путем преобразования твердости по Леебу поверхности стального материала, измеренной устройством для измерения упругой твердости, в твердость поперечного сечения с использованием формулы преобразования, полученной из прошлых испытаний. Для более точного преобразования может быть использована величина, полученная путем нормализации преобразованного значения по отношению к толщине стального материала. То есть может быть выполнен процесс преобразования в величину при эталонной толщине стального материала. Эталонная толщина стального материала составляет, например, 28 мм. В случае, если вышеупомянутая предварительная обработка включает в себя разрезание измеряемого объекта 101 в месте оценки, механическим свойством может быть твердость по Викерсу, полученная путем непосредственного измерения поверхности среза.
Блок 8 управления выводит рассчитанное механическое свойство материала 1 на дисплей 11 (этап вывода, этап S15) и завершает серию процессов. Пользователь воспринимает механическое свойство материала 1, отображаемое дисплеем 11. Пользователь может, например, провести контроль качества материала 1 или выдать инструкцию по изменению производственных параметров для материала 1 на основе отображаемого механического свойства материала 1.
Как описано выше, с помощью устройства 100 измерения механических свойств и способа измерения механических свойств, выполняемого измерительным устройством 100 в соответствии с этим вариантом осуществления, механическое свойство может быть точно измерено с использованием физических величин. В частности, в случае, когда пленка 2 имеет характеристики, отличные от материала 1, в отношении совокупности физических величин, подлежащих измерению, блок 81 формирования расчетной модели или на этапе выбора и этапе генерации (этапы S12 и S13) может быть сформирована более подходящая расчетная модель, так что вышеупомянутые эффекты могут быть еще более усилены. Более того, в случае измерения механических свойств поверхностного слоя материала 1 более подходящая расчетная модель может быть сформирована блоком 81 формирования расчетной модели или этапом выбора и этапом генерации (этапы S12 и S13), так что вышеупомянутые эффекты могут быть дополнительно усилены. Вышеуказанные эффекты могут быть в равной степени достигнуты в описанном ниже варианте осуществления 2.
Примеры
Эффекты в соответствии с настоящим изобретением будут подробно описаны ниже в виде примеров, хотя настоящее раскрытие не ограничено этими примерами.
Пример 1
В примере 1 измерительное устройство 100 представляет собой устройство, которое измеряет твердость поверхностного слоя стального материала. В этом примере материал 1 представляет собой стальной материал. Пленка 2 представляет собой окалину, образованную на поверхности стального материала. Датчик 3 представляет собой электромагнитный датчик. Физические величины измеряемого объекта 101 представляют собой величины электромагнитных характеристик стального материала, имеющего окалину. Механическое свойство, подлежащее измерению в этом примере, представляет собой твердость поперечного сечения стального материала на глубине 0,25 мм.
Стальной материал был изготовлен путем выполнения черновой прокатки непрерывно литого сляба и последующей закалки путем непрерывного охлаждения. Для сбора обучающих данных была измерена твердость поперечного сечения на глубине 0,25 мм для стального материала, изготовленного с помощью этого производственного процесса.
В этом примере в устройстве 100 измерения были установлены электромагнитные датчики, способные измерять величины электромагнитных характеристик, и были измерены величины электромагнитных характеристик поверхностного слоя стального материала, имеющего окалину на своей поверхности. В качестве сканирующего устройства 6 использовали тележку, приводимую в движение человеческой силой. Восемь электромагнитных датчиков были расположены бок о бок в тележке. Восемь электромагнитных датчиков сканировали всю поверхность стального материала.
Напряжение, полученное наложением на синусоидальную волну, имеющую первую частоту, синусоидальной волны, имеющей вторую частоту, более высокую, чем первая частота, подавали на каждый электромагнитный датчик. Первая частота была установлена равной 150 Гц или меньше. Вторая частота была установлена равной 1 кГц или больше. Значения электромагнитных характеристик нескольких видов были извлечены из колебательных сигналов тока, наблюдаемых электромагнитными датчиками. В этом примере в качестве значений электромагнитных характеристик были извлечены значения 20 характеристик, таких как величина искажения, амплитуда и изменение фазы колебательного сигнала тока, амплитуда и изменение фазы гармоники, максимальное значение, минимальное значение и среднее значение дифференциальной магнитной проницаемости и коэрцитивная сила. Эти двадцать характеристик состоят из четырех физических величин, измеряемых с использованием низкочастотного сигнала, и 16 физических величин, измеряемых с использованием высокочастотного сигнала. Здесь частота применяемой синусоидальной волны была ограничена 150 Гц или менее, чтобы переменное магнитное поле, возбуждаемое каждым электромагнитным датчиком, проникало на глубину около 300 μм от поверхности стального материала. Дифференциальная магнитная проницаемость представляет собой величину, показывающую магнитную восприимчивость материала в состоянии, в котором приложено магнитное поле, и выражается посредством градиента частной петли гистерезиса, которая показывает взаимосвязь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля.
Было собрано достаточное количество частей обучающих данных, и набор 110 обучающих данных был сохранен в запоминающем устройстве 10. Достаточное количество частей обучающих данных составляет, например, 100.
Для вычисления твердости поверхностного слоя стального материала измерительное устройство 100 измеряло электромагнитные характеристики с помощью блока 5 измерения физических величин. Выборные физические величины были заданы так, чтобы они включали в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеряемую с использованием низкочастотного сигнала, и по меньшей мере одну физическую величину, измеряемую с использованием высокочастотного сигнала, из числа величин электромагнитных характеристик. В частности, выборные физические величины были заданы так, чтобы они включали в себя, по меньшей мере, характеристики, относящиеся к изменению фазы колебательного сигнала тока, измеренному с использованием низкочастотного сигнала, и характеристики, относящиеся к дифференциальной магнитной проницаемости, измеренной с использованием высокочастотного сигнала. Блок 8 управления выбрал совокупность частей обучающих данных из набора 110 обучающих данных в запоминающем устройстве 10 на основе выборных физических величин. Блок 8 управления сформировал расчетную модель с использованием локальной линейной регрессии, используя выбранную совокупность частей обучающих данных. Затем блок 8 управления рассчитал твердость, используя сформированную расчетную модель.
На фиг. 9 представлена диаграмма, сравнивающая значения твердости, рассчитанные в этом примере, и фактические измеренные значения, полученные устройством измерения твердости. Фактическая твердость поверхностного слоя по горизонтальной оси – это фактическая измеренная величина, которая представляет собой твердость, полученная путем вырезания испытуемого образца и измерения его с помощью устройства измерения твердости по Шору. Прогнозируемая твердость по вертикальной оси – это твердость стального материала, полученная в этом примере, т.е. твердость, рассчитанная с использованием сформированной расчетной модели. Здесь твердость H0 и твердость H1 представляют собой соответственно нижний предел и верхний предел измеряемой твердости. Как показано на фиг. 9, прогнозируемая твердость примерно соответствовала фактической твердости поверхностного слоя, и измерение удалось выполнить со стандартным отклонением около 9 единиц твердости по Викерсу. Это указывает на то, что твердость, рассчитанная вышеуказанным способом, имеет примерно тот же уровень точности, что и испытание на твердость. В результате отображения на дисплее 11 твердости, рассчитанной в этом примере, в виде растушевки в привязке к месту оценки стального материала, удалось визуально распознать однородную твердость поверхности стального материала.
На фиг. 10 представлена диаграмма, сравнивающая значения твердости, рассчитанные сравнительном примере, отличном от этого примера, и фактические измеренные значения, полученные устройством измерения твердости. Ссылочные позиции и т.д. такие же, как на фиг. 9. В сравнительном примере выборные физические величины были заданы так, чтобы они включали в себя только физическую величину, измеренную с использованием низкочастотного сигнала, и была сформирована расчетная модель. Как показано на фиг. 10, прогнозируемая твердость примерно соответствовала фактической твердости поверхностного слоя, но в некоторых случаях отличалась от фактической твердости поверхностного слоя по сравнению с фиг. 9. Точность с точки зрения стандартного отклонения составила около 14 единиц твердости по Викерсу. Это показывает, что, хотя выборные физические величины могут включать в себя только физическую величину, измеренную с использованием низкочастотного сигнала, в результате выбора физических величин, включающих в себя как физическую величину, измеренную с использованием низкочастотного сигнала, так и физическую величину, измеренную с использованием высокочастотного сигнала, может быть сформирована более точная расчетная модель.
Пример 2
Пример 2 представляет собой пример, в котором способ измерения механического свойства, выполняемый измерительным устройством 100, использовали для проверки твердости поверхностного слоя в способе изготовления стальных пластин. На фиг. 12 показан конкретный пример способа изготовления. Способ изготовления стальных пластин 43, показанный на фиг. 12, включает в себя этап S41 черновой прокатки, этап S42 чистовой прокатки, этап S43 охлаждения, этап S45 измерения твердости поверхностного слоя, этап S46 повторного измерения твердости поверхностного слоя и этап S47 удаления. Как вариант, способ также может включать в себя этап S44 размагничивания. В случае добавления этапа S44 размагничивания, этап S43 охлаждения, этап S44 размагничивания и этап S45 измерения твердости поверхностного слоя выполняют в этом порядке.
На этапе S41 черновой прокатки, например, сляб 41 подвергают черновой горячей прокатке при температуре 1000°C или более. На следующем этапе S42 чистовой прокатки сляб 41 подвергают чистовой горячей прокатке при температуре 850°C или более для получения стальной пластины 42. На следующем этапе S43 охлаждения стальную пластину 42 охлаждают. На этапе S43 охлаждения, например, стальную пластину охлаждают от температуры 800°C или более до температуры около 450°C.
На этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя измеряют механическое свойство поверхностного слоя для всей поверхности стальной пластины 42 после охлаждения, используя метод измерения, выполняемый измерительным устройством 100. По результатам измерения каждую часть, твердость которой превышает заданную твердость поверхностного слоя, считают твердым участком.
В случае, если стальную пластину поднимают с использованием магнитной силы, например, магнитного крана, в детали, к которой притягивается магнитная часть крана, остается магнитное поле. При измерении значений электромагнитных характеристик для измерения механического свойства, если имеется остаточное магнитное поле по меньшей мере в поверхностном слое, то точность измерения или оценки механического свойства может снизиться. Соответственно, в случае, если имеет место процесс, который вызывает генерацию остаточного магнитного поля, предпочтительно добавить этап S44 размагничивания непосредственно перед этапом S45 измерения твердости поверхностного слоя и устранить остаточное магнитное поле на этапе S44 размагничивания. На этапе S44 размагничивания размагничивающее устройство выполняет размагничивание с использованием способа ослабления с увеличением дальности, так что остаточное магнитное поле в поверхностном слое будет составлять 0,5 мТл или менее.
На этапе S46 повторного измерения повторно измеряют твердость поверхностного слоя каждого твердого участка, обнаруженного на этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя. Здесь механическое свойство поверхностного слоя повторно измеряют только для твердого участка и его окрестностей, используя способ измерения, выполняемый измерительным устройством 100. В случае, если снова определено, что повторно измеренная твердость поверхностного слоя твердого участка превышает вышеуказанный порог, то считают, что деталь обладает локально твердым участком, и стальную пластину 42 направляют на этап S47 удаления.
На этапе S47 удаления часть, определенную на этапе S46 повторного измерения как твердый участок, удаляют. В частности, часть, определенную как твердый участок, удаляют путем шлифования с использованием известного средства шлифования, такого как шлифовальная машина. После этапа S47 удаления изготовление стальной пластины 43 из стальной пластины 42 завершают, и стальную пластину 43 отправляют на другие этапы (этап отгрузки заказчику, этап изготовления стальной трубы или трубки и т.д.). Желательно для части стальной пластины 42, отшлифованной на этапе S47 удаления, измерить толщину стальной пластины 42 в месте шлифования с использованием известного или существующего толщиномера и определить, находится ли она в пределах допуска на размеры, предварительно заданного при производстве стальной пластины. Кроме того, желательно после удаления твердого участка еще раз измерить твердость поверхностного слоя для твердого участка с использованием известного контактного твердомера. По этому результату измерения определяют, является ли твердость поверхностного слоя меньше или равной заданной твердости поверхностного слоя. Если твердость поверхностного слоя меньше или равна заданной твердости поверхностного слоя, то изготовление стальной пластины 43 из стальной пластины 42 завершают.
В случае, если этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя определили отсутствие твердого участка, или в случае, если определили, что часть не является твердым участком на этапе S46 повторного измерения, изготовление стальной пластины 43 из стальной пластины 42 завершают без выполнения этапа S47 удаления, и стальную пластину 43 отправляют на другой этап (этап отгрузки заказчику, этап изготовления стальной трубы или трубки и т.д.).
Способ изготовления стальной пластины в этом примере также может включать в себя этап S48 отжига (не показан) и т.п. после этапа S43 охлаждения и перед этапом S45 измерения твердости поверхностного слоя. В частности, в случае, если твердость поверхностного слоя (более конкретно, твердость по Викерсу, измеренная по верхней поверхности, с которой была удалена оксидная окалина, в соответствии со стандартным способом испытаний ASTM A 956/A 956MA для определения твердости стальных изделий по Леебу) изготавливаемой стальной пластины 43 составляет 230 единиц твердости по Викерсу или больше, и сталь относится к типу, который имеет тенденцию к деформации в стальной пластине 43, желательно выполнить этап S48 отжига после этапа S43 охлаждения и перед этапом S45 измерения твердости поверхностного слоя. Этап S48 отжига может способствовать размягчению микроструктуры путем отпуска. Поскольку размягчение микроструктуры приводит к уменьшению количества твердых участков, можно ожидать уменьшения областей удаления.
На этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя твердость измеряют с верхней поверхности, с которой была удалена оксидная окалина в соответствии со стандартным способом испытаний ASTM A 956/A 956MA для определения твердости стальных изделий по методу Лееба, как упоминалось выше. Здесь, при измерении упругой твердости, толщина измеряемого объекта влияет на измеряемое значение. Следовательно, значение твердости по Викерсу в поперечном сечении на глубине 0,25 мм и значение твердости поверхностного слоя, полученное с помощью измерителя упругой твердости, изучают для каждой толщины и предварительно составляют соответствующую формулу. Значение твердости, определенное как твердый участок, может быть скорректировано на основе предварительно составленной соответствующей формулы с учетом влияния толщины по отношению к твердости поперечного сечения на глубине 0,25 мм. Хотя в этом примере эталонная глубина составляет 0,25 мм, эталонная глубина не ограничена этим значением.
Хотя в качестве способа удаления твердого участка в поверхностном слое стальной пластины 42, определенного на этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя, в этом примере используют известное шлифовальное средство, способ удаления не ограничен этим. В равной степени может быть использован любой известный способ (например, термическая обработка), который может удалить твердый участок, помимо шлифования.
В случае, когда способ измерения механических свойств, выполняемый измерительным устройством 100, используют в способе изготовления стальной пластины 43, как в этом примере, может быть получена стальная пластина 43, которая является материалом 1 высокого качества, поскольку механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин. Более конкретно, из стальной пластины 42 может быть изготовлена стальная пластина 43 без твердых участков.
Вариант 2 осуществления
На фиг. 11 приведена структурная схема устройства 100 для измерения механических свойств в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения. В варианте 1 осуществления набор 110 обучающих данных сохранен в запоминающем устройстве 10, включенным в измерительное устройство 100. В этом варианте осуществления набор 110 обучающих данных сохранен в базе 12 данных за пределами 12 измерительного устройства 100. Блок 8 управления может обратиться к базе 12 данных посредством блока 7 связи. В этом варианте осуществления блок 8 управления сохраняет набор 110 обучающих данных в базе 12 данных с использованием блока 7 связи. Блок 8 управления также получает набор 110 обучающих данных из базе 12 данных с использованием блока 7 связи. Другие конструкции измерительного устройства 100 такие же, как и в варианте 1 осуществления.
С помощью устройства 100 измерения механических свойств, производственного оборудования для материала 1, включающего в себя измерительное устройство 100, способа измерения механических свойств, выполняемого измерительным устройством 100, и способа контроля и способа изготовления материала 1 с использованием способа измерения в соответствии с этим вариантом осуществления, механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, как в варианте 1 осуществления. Более того, поскольку набор 110 обучающих данных хранят в базе 12 данных вне измерительного устройства 100, можно работать с набором 110 обучающих данных, превышающим емкость внутреннего запоминающего устройства 10.
Способ связи посредством блока 7 связи может представлять собой стандарт беспроводной связи малой дальности, стандарт беспроводной связи с подключением к сети мобильной телефонной связи, или стандарт проводной связи. Примерами стандарта беспроводной связи ближнего действия являются Wi-Fi® (Wi-Fi является зарегистрированным товарным знаком в Японии, других странах или в и там, и там), Bluetooth® (Bluetooth является зарегистрированным товарным знаком в Японии, других странах или и там, и там), инфракрасная связь и связь ближнего поля (NFC). Примеры стандарта беспроводной связи с подключением к сети мобильной связи, включают в себя Long Term Evolution (LTE) и систему мобильной связи после 4G. Примеры способа связи, используемого для связи между блоком 7 связи и блоком 5 измерения физических величин, включают в себя стандарты связи, такие как маломощную региональную (LPWA) и маломощную региональную сеть (LPWAN).
Хотя раскрытые в этом документе способы были описаны посредством чертежей и вариантов осуществления, специалистами в данной области могут быть легко внесены различные изменения и модификации на основе настоящего изобретения. Таким образом, такие изменения и модификации включены в объем настоящего изобретения. Например, функции, включенные в средства, этапы и т.д., могут быть переставлены без логической несогласованности, и множество средств, этапов и т.д. могут быть объединены в одно средство, этап и т.д., и средство, этап и т.д. могут быть разделены на несколько средств, этапов и т.д.
Конструкции измерительного устройства 100 и блока 5 измерения физических величин, описанные в предыдущих вариантах осуществления, являются примерами, и необязательно, чтобы присутствовали все компоненты. Например, измерительное устройство 100 может не включать в себя дисплей 11. Измерительное устройство 100 и блок 5 измерения физических величин могут включать в себя другие компоненты. Например, может иметься физическое расстояние между блоком 5 измерения физических величин и блоком 8 управления и запоминающим устройством 10. В этом случае блок 5 измерения физических величин и блок 8 управления в измерительном устройстве 100 электрически соединены проводным способом или без проводов. Для соединения может быть использована известная технология.
Например, раскрытые в этом документе способы могут быть реализованы в виде программ, включающих в себя процессы для достижения функций измерительного устройства 100 или носителей информации, хранящих такие программы, которые также включены в объем настоящего изобретения.
Например, хотя в предыдущих вариантах осуществления описан случай, когда измерительное устройство 100 в соответствии с настоящим изобретением на фиг. 1 используют для получения набора 110 обучающих данных, настоящее изобретение не ограничено этим. Физические величины измеряемого объекта 101 могут быть получены с использованием другого физического измерительного устройства.
Например, хотя в предыдущих вариантах осуществления описан пример, в котором измерительное устройство 100 генерирует расчетную модель, расчетную модель может генерировать другое устройство обработки информации. В таком случае другое устройство обработки информации получает набор 110 обучающих данных и генерирует расчетную модель. Другое устройство обработки информации передает сформированную расчетную модель в измерительное устройство 100. То есть расчетную модель, сформированную другим устройством, устанавливают в блоке 8 управления в измерительном устройстве 100 и используют как часть измерительного устройства 100.
Например, хотя в предыдущих вариантах осуществления описан пример, в котором сканирующий блок 6 перемещает датчик 3, положение датчика 3 может быть фиксированным. В случае, когда положение датчика 3 фиксировано, сканирующий блок 6 может перемещать измеряемый объект 101. Хотя выше описан случай, когда сканирующий блок 6 представляет собой тележку, приводимую в движение силой человека, сканирующий блок 6 может представлять собой тележку, включающую в себя механическое приводное устройство. Для перемещения датчика 3 сканирующим блоком 6 может управлять блок управления, отличный от блока 8 управления в измерительном устройстве 100. В частности, в случае, когда блок 5 измерения физических величин в соответствии с настоящим изобретением установлен в оборудовании для изготовления материала 1, предпочтительно использовать одно или более из следующего: известное сканирующее устройство, новое сканирующее устройство, известный способ сканирования, новый способ сканирования, известное устройство управления, новое устройство управления, известный способ управления и новый способ управления. Блок управления сканирующего блока 6 может взаимодействовать с блоком управления (не показан) в другом производственном оборудовании для обеспечения автоматического сканирования. И наоборот, автоматическое сканирование может допускать блок 8 управления в устройстве 100 измерения механических свойств. В этом случае сканирующий блок 6 может быть электрически соединен с блоком управления сканирующего блока, блоком управления в производственном оборудовании или блоком 8 управления в измерительном устройстве 100 измерения с помощью проводов или беспроводным способом. Для соединения может быть использована известная технология.
Например, в предыдущих вариантах осуществления пользователь может ввести определение, основанное на отображаемом механическом свойстве материала 1. Пользователь может вводить, например, определение качества на дисплее 11, прикасаясь к сенсорному экрану пальцем или подобным образом. Блок 8 управления может выполнять, например, управление определением того, следует ли выполнять этап зачистки, в зависимости от результата определения качества от пользователя. В качестве альтернативы, блок 8 управления может определять качество материала 1 на основе установленного порога вместо пользователя, чтобы повысить эффективность на этапе контроля по контролю материала 1.
Хотя в вышеупомянутых вариантах осуществления описан пример, в котором материал 1 представляет собой стальной материал, физические величины представляют собой значения электромагнитных характеристик, а механическим свойством является твердость, может быть использована любая другая комбинация. Например, эффекты в соответствии с настоящим изобретением могут быть достигнуты даже в том случае, когда физическими величинами являются значения температуры. Например, эффекты в соответствии с настоящим изобретением могут быть достигнуты даже в том случае, когда материал 1 представляет собой металл или соединение. Эффекты могут быть дополнительно усилены в случае, когда пленка 2 на поверхности металла или соединения имеет отличающуюся от металла или соединения характеристику в отношении совокупности физических величин, подлежащих измерению. Примеры металла включают в себя железо, сталь, никель, кобальт, алюминий, титан и сплавы, содержащие один или несколько из них. Примеры соединения включают в себя неорганические соединения, органические соединения и соединения, содержащие одно или несколько из следующего: железо, сталь, никель, кобальт, алюминий и титан. Если материал 1 представляет собой железо, сталь, никель, кобальт, сплав, содержащий одно или несколько из этих веществ, или соединение, содержащее одно или несколько из этих веществ, то эффекты в соответствии с настоящим изобретением могут быть достигнуты более явно в случае использования значений электромагнитных характеристик в качестве совокупности физических величин. В частности, в случае, если материал 1 представляет собой стальной материал, его механическое свойство определяют соотношением легирующих элементов, содержащихся в стальном материале, и способами закалки и отжига. Соответственно, по меньшей мере одна из температур поверхности до и после закалки, а также до и после отжига может быть использована в качестве физической величины, подлежащей измерению.
Примеры применения
Устройство 100 измерения механических свойств, сконфигурированное, как описано выше, и способ измерения механических свойств, выполняемый измерительным устройством 100, подходят для использования, например, в следующих линиях или ситуациях.
Раскрытые в этом документе способы могут быть применены как часть оборудования для контроля, включенного в состав оборудования для производства материала 1. В частности, устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано для измерения поверхности материала 1, изготовленного на известном, новом или существующем производственном оборудовании, вместе с пленкой 2 на поверхности материала 1. Исходя из результата измерения и, например, заданного механического свойства, контрольное оборудование может проверять механическое свойство материала 1. Другими словами, устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим описанием измеряет материал 1, изготовленное с помощью производственного оборудования. Контрольное оборудование, включающее в себя устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением, проверяет материал 1, изготовленный с помощью производственного оборудования, используя предварительно заданное механическое свойство.
Раскрытые в этом документе способы могут быть применены как часть этапа контроля, включенного в состав способа производства материала 1. В частности, материал 1, изготовленное на известном, новом или существующем этапе производства, может быть проверено на этапе контроля в состоянии, в котором на поверхности материала 1 образована пленка 2. Этап проверки включает в себя вышеупомянутый этап измерения, этап выбора, этап генерации и этап вычисления в соответствии с настоящим изобретением, и на этом этапе вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, выступающего в качестве измеряемого объекта 101. В качестве альтернативы, на этапе контроля вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, выступающего в качестве измеряемого объекта 101, с использованием устройства 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим описанием. Более предпочтительно, в случае, если механическое свойство материала 1, рассчитанное на этапе вычисления или с использованием измерительного устройства 100, находится за пределами контрольного диапазона, способ изготовления может включать в себя этап изменения условий, на котором изменяют условия производства на этапе изготовления так, чтобы механическое свойство было в пределах контрольного диапазона. Контрольный диапазон здесь может быть стандартным диапазоном механического свойства, статистически полученным с использованием материалов 1, изготовленных в прошлом. Условия производства представляют собой параметры, регулируемые на этапе изготовления материала 1. Примеры условий производства включают в себя температуру нагрева, время нагрева и время охлаждения материала 1.
С помощью оборудования для изготовления материала 1 и способа изготовления материала 1 механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, так что материал 1 может быть изготовлен с высоким выходом. В случае, когда механическое свойство материала 1, полученное с помощью устройства 100 измерения механических свойств или на этапе расчета, является механическим свойством поверхностного слоя материала 1, более подходящая расчетная модель может быть сформирована блоком 81 формирования расчетной модели или этапом выбора и этапом генерации (этапы S12 и S13), так что вышеупомянутые эффекты могут быть дополнительно усилены.
Примером производственного оборудования для материала 1 является следующее:
Оборудование для производства стальных пластин, содержащее:
прокатное оборудование, выполненное с возможностью прокатки сляба с получением стальной пластины;
контрольное оборудование, включающее в себя устройство для измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением, выполненное с возможностью измерения твердости поверхностного слоя стальной пластины с помощью устройства измерения и определения в качестве твердого участка, исходя из измеренной твердости поверхностного слоя стальной пластины, той части в поверхностном слое стальной пластины, которая является более твердой, чем предварительно заданная твердость поверхностного слоя; и
устройство для удаления, выполненное с возможностью удаления определенного твердого участка в поверхностном слое стальной пластины.
Более предпочтительно, опционально производственное оборудование также содержит размагничивающее оборудование, выполненное с возможностью размагничивания поверхностного слоя стальной пластины или всей стальной пластины между прокатным оборудованием и контрольной линией. Таким образом, можно предотвратить снижение точности измерения или оценки механического свойства.
Пример способа изготовления материала 1 заключается в следующем:
Способ изготовления стальной пластины, содержащий следующее:
этап прокатки сляба для получения стальной пластины;
этап проверки, на котором измеряют твердость поверхностного слоя стальной пластины с использованием способа измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением и определяют в качестве твердого участка, исходя из измеренной твердости поверхностного слоя стальной пластины, ту часть в поверхностном слое стальной пластины, которая является более твердой, чем предварительно заданная твердость поверхностного слоя; и
этап удаления, на котором удаляют определенный твердый участок в поверхностном слое стальной пластины.
Более предпочтительно, опционально способ производства также содержит этап размагничивания, на котором размагничивают поверхностный слой стальной пластины или всю стальную пластину между этапом прокатки и этапом контроля. Таким образом, можно предотвратить снижение точности измерения или оценки механического свойства.
В вышеупомянутом способе изготовления стальной пластины этап прокатки выполняют на непрерывном слябе при температуре 850°C или более для получения заданной формы и механических свойств. После этапа прокатки в качестве этапа термической обработки могут быть выполнены закалка и отжиг. Хорошо известно, что электромагнитные характеристики, такие как дифференциальная магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и шум Баркхаузена, коррелируют с механическим свойством стального материала. Поэтому предпочтительно измерять электромагнитные характеристики в качестве физических величин измеряемого объекта 101 в состоянии, в котором микроструктура стального материала была установлена на этапе термической обработки. Здесь под измеряемым объектом 101 понимают стальную пластину и пленку на поверхности стальной пластины. Примеры пленки на поверхности стальной пластины включают в себя пленки оксида железа, такие как окалина и вторичная окалина, органические покрытия, такие как полимерное покрытие, гальванические пленки и покрытия для химической конверсии. Учитывая, что механическое свойство определяется закалкой и отжигом, могут быть дополнительно измерены и использованы в качестве физических величин измеряемого объекта 101 в способе изготовления температура до и после закалки, температура до и после отжига и т.д.
Раскрытые в этом документе способы могут быть применены к способу контроля материала 1 для проверки и, таким образом, контроля материала 1. В частности, материал 1, имеющий пленку 2 на своей поверхности и подготовленный заранее, проверяют на этапе проверки, и контролируют на этапе контроля путем классификации материала 1 на основе результата проверки на этапе проверки. Этап проверки включает в себя вышеупомянутый этап измерения, этап выбора, этап генерации и этап вычисления в соответствии с настоящим изобретением, и на этом этапе вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, и предварительно подготовленного в качестве измеряемого объекта 101. В качестве альтернативы, на этапе проверки вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, выступающего в качестве измеряемого объекта 101, с использованием устройства измерения механических свойств в соответствии с настоящим описанием. На следующем этапе контроля материал 1 может быть проконтролирован. На этапе контроля изготовленный материал 1 классифицируют в соответствии с предварительно заданным критерием на основе механического свойства материала 1, полученного на этапе вычисления или с помощью устройства 100 измерения механических свойств, и, таким образом, его контролируют. Например, в случае, если материал 1 представляет собой стальной материал, а механическим свойством материала 1 является твердость стального материала, то стальной материал может быть отнесен к классу с соответствующей твердостью. При таком способе контроля материала 1 механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, так что может быть получен материал 1 высокого качества. В случае, когда механическое свойство материала 1, полученное с помощью устройства 100 измерения механических свойств или на этапе расчета, является механическим свойством поверхностного слоя материала 1, более подходящая расчетная модель может быть сформирована блоком 81 формирования расчетной модели или этапом выбора и этапом генерации (этапы S12 и S13), так что вышеупомянутые эффекты могут быть дополнительно усилены.
Примером способа контроля для материала 1 является следующий:
Способ изготовления стальной пластины, содержащий следующие этапы:
этап проверки, на котором измеряют твердость поверхностного слоя стальной пластины с использованием способа измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением и определяют в качестве твердого участка, исходя из измеренной твердости поверхностного слоя стальной пластины, ту часть в поверхностном слое стальной пластины, которая является более твердой, чем предварительно заданная твердость поверхностного слоя; и
этап контроля, на котором классифицируют стальную пластину по площади и/или положению определенного твердого участка в поверхностном слое стальной пластины.
Список ссылочных позиций
1 - материал
2 - пленка
3 - датчик
5 - блок измерения физических величин
6 - сканирующий блок
7 - блок связи
8 - блок управления
10 - запоминающее устройство
11 - дисплей
12 - база данных
31 - катушка возбуждения
32 - намагничивающее ярмо
41 - сляб
42 - стальная пластина
43 - стальная пластина (без твердых участков)
81 - блок формирования расчетной модели
82 - блок вычисления механических свойств
83 - блок управления измерением физических величин
100 - измерительное устройство
101 - измеряемый объект
110 - набор обучающих данных
Группа изобретений относится к области измерительной техники. Устройство измерения механических свойств содержит блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала, блок формирования расчетной модели, блок вычисления механических свойств, причем выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения. Технический результат – повышение точности измерения механических свойств материала и пленки, расположенной на поверхности материала, посредством измеренных физических величин материала и пленки. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил.
1. Устройство определения механических свойств стального материала в объекте, включающем указанный стальной материал и пленку оксида железа на поверхности стального материала, содержащее:
блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя стальной материал и пленку оксида железа, а именно окалину или вторичную окалину на поверхности стального материала;
блок формирования расчетной модели, выполненный с возможностью выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две физические величины из совокупности измеряемых физических величин, и формирования из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства стального материала; и
блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычислять механическое свойство стального материала в указанном измеряемом объекте с использованием сформированной расчетной модели и указанных по меньшей мере двух физических величин из совокупности физических величин;
причем выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеряемую с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеряемую с использованием второго сигнала измерения.
2. Устройство определения механических свойств по п. 1, в котором физические величины указанной совокупности физических величин являются физическими величинами, связанными с указанным механическим свойством указанного стального материала.
3. Устройство определения механических свойств по п. 1 или 2, в котором совокупность физических величин включает по меньшей мере одну из следующих физических величин: температуры, массы и величины электромагнитной характеристики.
4. Устройство определения механических свойств по любому из пп. 1-3, в котором указанная совокупность физических величин представляет собой величины электромагнитных характеристик,
первый сигнал измерения представляет собой сигнал переменного тока, имеющий первую частоту, и
второй сигнал измерения представляет собой сигнал переменного тока, имеющий вторую частоту, которая выше первой частоты.
5. Устройство определения механических свойств по п. 4, в котором величины электромагнитных характеристик, измеряемые с использованием первого сигнала измерения, включают в себя характеристики, относящиеся к изменению фазы колебательного сигнала тока, и
величины электромагнитных характеристик, измеряемые с использованием второго сигнала измерения, включают в себя характеристики, относящиеся к дифференциальной магнитной проницаемости.
6. Способ определения механических свойств стального материала в объекте, включающем указанный стальной материал и пленку оксида железа на поверхности стального материала, включающий:
этап измерения, на котором измеряют совокупность физических величин измеряемого объекта, который включает в себя стальной материал и пленку оксида железа, а именно окалину или вторичную окалину на поверхности стального материала;
этап выбора, на котором выбирают совокупность частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две физические величины из совокупности измеренных физических величин;
этап формирования, на котором из совокупности выбранных частей обучающих данных формируют расчетную модель для вычисления механического свойства стального материала; и
этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство стального материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух физических величин из совокупности физических величин,
при этом указанные выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения.
7. Оборудование для производства стального материала, содержащее:
производственное оборудование, выполненное с возможностью производства стального материала; и
устройство определения механических свойств стального материала в объекте, включающем указанный стальной материал и пленку оксида железа на поверхности стального материала,
причем указанное устройство определения механических свойств включает в себя:
блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя стальной материал и пленку оксида железа, а именно окалину или вторичную окалину на поверхности стального материала;
блок формирования расчетной модели, выполненный с возможностью выбора совокупности частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две физические величины из совокупности измеряемых физических величин, и формирования из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетной модели для вычисления механического свойства стального материала; и
блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычислять механическое свойство стального материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух физических величин из указанной совокупности физических величин;
причем указанные выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеряемую с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеряемую с использованием второго сигнала измерения, и
указанное устройство определения механических свойств выполнено с возможностью определения механического свойства стального материала, изготовленного с помощью указанного производственного оборудования.
8. Способ контроля стального материала в объекте, включающем указанный стальной материал и пленку оксида железа на поверхности стального материала, включающий:
этап измерения, на котором измеряют совокупность физических величин измеряемого объекта, включающего в себя стальной материал и пленку оксида железа, а именно окалину или вторичную окалину на поверхности стального материала;
этап выбора, на котором выбирают совокупность частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две физические величины из совокупности измеренных физических величин и включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения;
этап формирования, на котором формируют из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетную модель для вычисления механического свойства стального материала;
этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство стального материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух физических величин из указанной совокупности физических величин; и
этап контроля, на котором классифицируют стальной материал на основе вычисленного механического свойства стального материала.
9. Способ производства стального материала, включающий:
этап изготовления, на котором изготавливают стальной материал, при этом в ходе процесса производства стального материала на его поверхности образуется пленка оксида железа;
этап измерения, на котором измеряют совокупность физических величин измеряемого объекта, который включает в себя изготовленный стальной материал и пленку оксида железа, а именно окалину или вторичную окалину на поверхности стального материала;
этап выбора, на котором выбирают совокупность частей обучающих данных из набора обучающих данных на основе выборных физических величин, которые представляют собой по меньшей мере две физические величины из совокупности измеренных физических величин;
этап формировании, на котором формируют из совокупности выбранных частей обучающих данных расчетную модель для вычисления механического свойства стального материала; и
этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство стального материала с использованием сформированной расчетной модели и по меньшей мере двух физических величин из указанной совокупности физических величин,
при этом выборные физические величины включают в себя по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием первого сигнала измерения, и по меньшей мере одну физическую величину, измеренную с использованием второго сигнала измерения.
| JP 2013025367 A, 04.02.2013 | |||
| 0 |
|
SU157557A1 | |
| РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБ | 2006 |
|
RU2349825C1 |
| СИСТЕМА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОШИВНОЙ И ПРОКАТНОЙ ОПРАВКИ | 2013 |
|
RU2600771C2 |
| СПОСОБ КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА ИЗ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1991 |
|
RU2078334C1 |
