Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Behandlung eines Materials, mit der eine bestimmte Materialeigenschaft optimal wird.
Es sind bereits Messwerterfassungssysteme bekannt, die durch den Einsatz von Rechnern Reihenuntersuchungen an einer grossen Menge von Proben und eine schnelle Auswertung der gewonnenen Messergebnisse ermöglichen. Die Proben liegen dabei, wie zum Beispiel bei der Gaschromatographie oder bei einer chemischen Analyse in unveränderbarer Form vor und werden der Reihe nach untersucht.
Bei der Entwicklung oder Optimierung von Produkte, das heisst beim Suchen nach Produkten mit bestimmten optimalen Eigenschaften ist nicht nur die Kenntnis der Eigenschaften, sondern auch die Kenntnis der Abhängigkeit dieser Eigenschaften von bestimmten technologischen Parametern erforderlich. Derartige Zusammenhänge lassen sich im allgemeinen theoretisch nicht beschreiben und müssen methodisch ermittelt werden.
Der Einsatz der bekannten Systeme für die Ermittlung dieser Zusammenhänge benötigt unverhältnismässig viel Aufwand und Zeit. Es müsste nämlich nicht nur für jede Parameterkombination jeweils eine Probe angefertigt werden, diese Proben müssten auch nacheinander untersucht, durchgemessen und die Messergebnisse müssten ausgewertet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, mittels welchem die Behandlung eines Materials bestimmt wird, mit welcher eine bestimmte Materialeigenschaft optimal wird.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass eine Materialprobe einer solchen Behandlung unterworfen wird, dass eine die Behandlung charakterisierende Grösse in einer bestimmten Richtung zunimmt, dass hierauf die genannte Materialeigenschaft der Probe gemessen wird, worauf man die Behandlung mit einer neuen Materialprobe unter Verkleinerung des Bereiches, welchen die die Behandlung charakterisierende Grösse durchläuft, wiederholt, und zwar unter Verkleinerung auf einen solchen Bereich, in welchem das Optimum der gemessenen Werte der genannten Materialeigenschaft lag.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine Recheneinheit aufweist, welche mit einer Behandlungseinrichtung in zweiseitigem Informationsaustausch steht, wobei in der Behandlungseinrichtung ein Proberaum mit einer Behandlungseinheit und mit einem Messorgan und ein Prüfraum mit Messapparat vorhanden sind.
Vorzugsweise kann an den Eingang der Behandlungseinrichtung ein Speicher für Materialproben angeschlossen sein, während der Ausgang der Behandlungseinrichtung mit einem Sammelspeicher zur Aufnahme der behandelten Materialproben in Verbindung steht.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn zwischen dem Speicher und oder dem Sammelspeicher und der Recheneinheit eine in beiden Richtungen wirksame Informationsübermittlung vorhanden ist und wenn die für die Materialprobe dienenden Transportmittel mit der Recheneinheit in zweiseitigem Informationsaustausch stehen und durch diese steuerbar sind, wobei mit den Steuermitteln zwei Einheiten der Gruppe verbunden sind, welche aus dem Speicher, dem Proberaum, dem Prüfraum und aus dem Sammelspeicher gebildet ist und schliesslich wenn die Recheneinheit zur automatischen Förderung der Materialproben programmiert ist.
Bevorzugt können sämtliche Einheiten zur Aufnahme und Behandlung von Materialproben über steuerbare Fördermittel mit der Recheneinheit verbunden sein.
Die Erfindung wird im weiteren an Hand von Beispielen und auf Grund von Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Fig. 1 das Blockschema der Einrichtung mit einer einzigen Probekörper-Behandlungseinrichtung,
Fig. 2 das Blockschema nach Fig. 1 mit mehreren, an eine einzige Recheneinheit angeschlossenen Probekörper-Behandlungseinrichtungen,
Fig. 3 das Schema einer mit automatischem Probekörper Transport ergänzten Anordnung.
Gemäss Fig. 1 ist die Recheneinheit 10 an eine einzige Behandlungseinrichtung 30 für eine Materialprobe 31 angeschlossen.
Die mit unterbrochener Linie dargestellte Behandlungseinrichtung 30 besteht aus dem Proberaum 34 und dem Prüfraum 40. Der Einfachheit halber wurde der allgemeine Fall dargestellt, bei dem der Proberaum 34 und der Prüfraum 40 voneinander getrennt angeordnet sind. Dies trifft nicht zwangsläufig zu und der Prüfraum 40 und der dazu gehörende Messapparat 42 können auch im Proberaum 34 angeordnet sein.
Eine Anzahl von das zu prüfende Material repräsentierenden Materialproben 31 werden einzeln und nacheinander aus einem Speicher 44 in den Proberaum 34 gebracht.
Die Materialproben 31 sind bezüglich der für die.Prüfung massgebenden Behandlungseigenschaften homogen und zweckdienlicherweise prismenförmig ausgebildet, um dadurch die wiederholten Prüfungen zu erleichtern.
Zwischen dem Speicher 44 und der Recheneinheit 10 besteht eine in zwei Richtungen wirkende Informationsverbindung. Dementsprechend leitet der Speicher 44 der Recheneinheit 10 Informationen bezüglich der Anzahl der gespeicherten Materialproben 31 weiter. Andererseits erteilt die Recheneinheit 10 dem Speicher 44 Befehle zum Ausstoss einer bestimmten Materialprobe 31.
Die zu behandelnde Materialprobe 31 gelangt aus dem Speicher 44 nach automatischem oder halbautomatischem Transport in den Proberaum 34. Der Proberaum 34 bildet eine separate Einheit, in welcher verschiedene Behandlungen der Materialprobe in höchstens drei Richtungen erfolgt.
Die Behandlungen wirken inhomogen auf die Materialprobe 31, das heisst die Behandlungsbedingungen werden während der Behandlung geändert.
Die inhomogene Behandlung der Materialprobe 31 wird durch die im Proberaum 34 angeordnete Behandlungseinheit 36 durchgeführt. Zur Kontrolle und Regelung der Behandlung steht mit der Materialprobe 31 mindestens ein Messgerät 38 in Verbindung. Die Behandlungseinheit 36 kann höchstens entlang von drei Richtungen auf die Materialprobe 31 einwirken. Jede Einwirkung ist von der anderen unabhängig und erfolgt nicht gleichmässig, sondern in der Koordinatenrichtung veränderlich gehalten. Die Grösse der Veränderung kann innerhalb eines Materialwertes beliebig gewählt werden. Die Behandlungseinheit 36 kann in Einklang mit der tatsächlich zu verrichtenden Aufgabe auch aus mehreren Untereinheiten bestehen. Zwischen der Behandlungseinheit 36 und der Recheneinheit 10 besteht eine in beiden Richtungen wirkende direkte Verbindung.
Die Behandlungseinheit 36 informiert die Recheneinheit 10 kontinuierlich über die Art und Grösse der Behandlung sowie die mit der Behandlung in Zusammenhang stehenden Daten und wird gleichzeitig in Übereinstimmung mit der Behandlung durch die Recheneinheit 10 gesteuert. Hinsichtlich der tatsächlichen Ausbildung der Behandlungseinheit 36 wird nur die einzige Einschränkung gemacht, dass sie über einen analogen oder digitalen Eingang oder Ausgang verfügen muss, der die Möglichkeiten bietet, mittels der durch ihn erhaltenen bzw. weitergeleiteten Informationen die inhomogene Behandlung der Materialprobe 31 im Verlaufe der gegenseitigen Kommunikation mit der Recheneinheit durchzuführen.
Das Programm und/ oder der Speicher der Recheneinheit 10 muss natürlich den zwischen dem Eingangssignal der Behandlungseinheit 36 und der in Abhängigkeit von der Ortskoordinate der Materialprobe 31 durchgeführten Behandlung bestehenden übertragungsfunktionellen Zusammenhang enthalten. Die Behandlungseinheit 36 kann den Wärmebehandlungszustand, das elektrische oder magnetische Feld, das Legierungsverhältnis, den galvanischen oder sonstigen Überzug, die Formgebung, Bearbeitung usw. der Materialprobe 31 verändern.
Die Behandlungseinheit 36 wirkt auf die im Proberaum 34 angeordnete Materialprobe 31 gleichzeitig entlang den Koordinaten der Materialprobe 31 in unterschiedlichem Masse ein, wobei die Recheneinheit 10 von den zu einem beliebigen Punkt P der Materialprobe 31 gehörenden tatsächlichen Eigenschaften und Messwerte Informationen einholt bzw. in der Lage ist, aus den entsprechenden Angaben die technologischen Eigenschaften und Messwerte in einem beim.
bigen Punkt durch Interpolation zu bestimmen. Die Recheneinheit 10 kennt den Zusammenhang, hält diesen in seinem Speicher fest und bringt nötigenfalls die Zusammenhänge auf der Display Einheit 52 oder in gedruckter Form zur Anzeige bzw. zur Mitteilung.
Die behandelte Materialprobe 31 gelangt dann aus dem Proberaum 34 in den Prüfraum 40. Im Prüfraum 40 besteht zwischen der Materialprobe 31 und den Sonden des Messapa rates 42 eine bestimmte Verbindung. Der Messapparat 42 ist mit der Recheneinheit 10 in einer in beiden Richtungen wirkenden Verbindung, das heisst, er leitet die zu den Koordinaten der Materialprobe 31 bezogenen Werte der einzelnen Sonden und die Momentanwerte der gemessenen Parameter kontinuierlich an die Recheneinheit 10 weiter. Diese wirkt andererseits in der Weise auf den Messapparat 42 ein, indem sie die Abtastbahnen der Sonden, deren geeignete Abmessungen, Empfindlichkeit und Messgrenzen bestimmt. Der Mess apparat 42 eignet sich zur ortsabhängigen Bestimmung von Materialkennwerten der behandelten Materialprobe 31.
Ein derartiger Materialkennwert kann zum Beispiel die Härte, der elektrische oder magnetische Zustand, die Abschrecktiefe, Zusammensetzung, Dehnung usw. der Materialprobe 31 sein. Hinsichtlich der konkreten Ausführung des Messapparates 42 werden ähnlich wie bei der Behandlungseinheit 36 keine Einschränkungen gemacht. Die im gegenseitigen Einklang erfolgende Auswahl der Behandlungseinheit 36 und des Messapparates 42 bestimmt die tatsächlichen Einsatzmög lichkeiten der Einrichtung. Die weitläufige Verwendbarkeit der Einrichtung erlaubt, dass sie weit über das Gebiet der eigentlichen Materialprüfung hinaus auch bei der automatischen Durchführung von mikrobiologischen, biochemischen, Pflanzenbau- und Tierzuchtversuchen ausgenutzt werden kann.
Nach Messung der Materialkennwerte der Materialprobe 31 kennt die Recheneinheit 10 bereits den zum beliebigen Punkt P /x, y, z/ der Materialprobe 31 gehörenden Materialkennwert-Vektor und speichert diese Funktion in ihrem Speicher. Da jede Recheneinheit den Gradient-Vektor G in allen Punkten kennt, ist sie in Kenntnis des Materialkennweri Vektors Ö in der Lage, auch den funktionellen Zusammenhang zu bestimmen. Dieser Zusammenhang ist Gegenstand der Forschung, da der Vektor G der Gradient-Vektor der technologischen Parameter, der Vektor G hingegen der Vektor des entsprechenden Materialkennwertes-ist. Die exakte automatische Lösung des Zusammenhanges G = F / Ö kann in der Praxis nur mit Hilfe der vorgeschlagenen, mit einer Recheneinheit ausgestatteten Einrichtung verwirklicht werden.
Das Gesagte soll nachstehend an Hand eines Beispiels näher erläutert werden:
Es besteht die Aufgabe, einen Transformatorenstahl mit optimalen magnetischen Eigenschaften zu finden, die wesentlich von der Kaltverformung und der Wärmebehandlung (Rekristallisation) des Stahls abhängen.
Als Materialprobe 31 wird eine rechteckige Platte aus Transformatorenstahl verwendet, die zunächst in einer Rich- tung mit Schrägwalzen-Behandlungseinheit 36 kaltgewalzt wird. Nach dem Walzen weist die Platte in der anderen Richtung einen stetig veränderten Verformungsgrad auf. Nach dieser Behandlung wird die Platte einer inhomogenen Wär.
mebehandlung unterworfen, wobei die Behandlungstemperatur senkrecht zum Gradienten der Verformung stetig verändert wird. Dazu ist eine weitere Behandlungseinheit als Wärmebehandlungseinrichtung erforderlich.
Während der Behandlung wird die Verteilung der technologischen Parameter, das heisst die Grösse der Kaltverformung in der einen Behandlungsrichtung mit Hilfe einer Mikrometerschraube und die Änderung der Behandlungstemperatur in der dazu senkrechten Richtung durch eine Reihe von in dieser Richtung angeordneten Thermoelementen gemessen. Die Behandlung kann in einem geeigneten Proberaum durchgeführt werden.
Durch die geschilderte Behandlung wird die Kristallstruktur der Materialprobe 31 verändert, die eine entsprechende Veränderung der magnetischen Eigenschaften nach sich zieht. Dementsprechend ändern sich die magnetischen Eigenschaften der Materialprobe in Abhängigkeit von den Verteilungsfunktionen der Kaltverformung und der Wärmebehandlung, die an verschiedenen Punkten der Oberfläche der behandelten Platte jeweils verschiedene Wertepaare bilden.
Während der Behandlung der Materialprobe 31 wird die Arbeit der Behandlungseinheit 36 durch die Recheneinheit 10 gesteuert. Diese bekommt zusätzliche Informationen über die momentanen Ergebnisse der Behandlung durch mit ihr gekoppeltes Messgerät 38. Aufgrund dieser Information kann die Recheneinheit für jeden Punkt der Platte ein Wertepaar für den Verformungsgrad und die Wärmebehandlung bilden, wobei gegebenenfalls die Informationen auch in Form von Gradientenfunktionen oder dergleichen in der Recheneinheit gespeichert werden können.
Nach der technologischen Behandlung werden die Gesuchten magnetischen Eigenschaften bestimmt. Das kann im Probenraum oder in einem weiteren Messraum erfolgen.
Das Messen erfolgt systematisch, das heisst, zu jedem Messpunkt wird auch die zugehörige Koordinate bestimmt, indem die Messeinrichtung 42 und Materialprobe 31 durch die Recheneinheit gesteuert oder geregelt relativ zueinander bewegt werden.
Nach diesem Ausführungsbeispiel wird die Materialprobe 31 auf einen programmgesteuerten Koordinatentisch gelegt und seine Eigenschaften werden durch Sonden des Messapparates 42 in jedem Koordinatenpunkt gemessen.
Der Messapparat 42 weist einen Ultraschall-Härtegradmesser, ein die anisotrope magnetische Koerzitivkraft H messendes Gerät und einen Verlustleistungsmesser auf. Die Recheneinheit 10 steuert die Bewegung des Koordinatentisches, bestimmt die Messbereiche der Sonden und speichert die Messergebnisse.
Nach der Bestimmung der magnetischen Eigenschaften der in Fig. 1 dargestellten Materialprobe wird zum Beispiel festgestellt, dass die gesuchten günstigen und vorteilhaften magnetischen Eigenschaften sich in einem Bereich in der linken oberen Ecke der Materialprobe befinden. Dieser Bereich kann nun gesondert untersucht werden, und zwar dadurch, dass eine weitere Materialprobe in der beschriebenen Weise untersucht wird, wobei allerdings die betreffenden technologischen Parameter in einem wesentlich kleineren Bereich geändert werden. Dadurch werden auch die Gradienten der Verteilungsfunktionen kleiner. Eine solche zweite Materialprobe stellt praktisch einen vergrösserten Unterbe reich der linken oberen Ecke der ersten Materialprobe dar.
Die Koordinaten erscheinen in einem grösseren Massstab.
Durch Behandlung und Messung der zweiten Materialprobe lassen sich die gesuchten Funktionen und Zusammenhänge sowie das gesuchte Optimum genauer bestimmen. Die Genauigkeit kann durch weitere Massstabvergrösserungen verbessert werden.
Das inhomogene Optimierungsverfahren bildet die Grundlage der Programmierung der Recheneinheit 10, und deshalb lässt die Recheneinheit 10 die im ersten Durchgang als wertvoll befundenen Bereiche durch Schaffung verminderter Gra- dienten im Proberaum 34, unter Verwendung weiterer Materialproben 31 wiederholt prüfen und im Prüfraum 40 aufnehmen. Aus dem Prüfraum 40 gelangen die Materialproben 31 in den Sammelspeicher 46 und werden hier in sortierten Fächern gespeichert. Im Falle von Optimierungsaufgaben erscheinen als Ergebnis des letzten Durchgangs im Sammelspei- cher 46 genau die mit der optimalen Technologie behandelten Materialproben 31.
Zur Ermittlung der Grenzen und Kennwerte der neuen Zyklen kann die Recheneinheit 10 neben den aus den vorhergehenden Zyklen herrührenden Angaben auch die sich auf die Materialien beziehenden und in seinem Speicher gespeicherten Daten verwenden, gegebenenfalls mit Hilfe der Display-Einheit 52 die Eingabe weiterer Daten verlangen oder aus einer fremden Datenbank Informationen einholen. Da die einzelnen Zyklen die Kenntnisse der Recheneinheit 10 erweitern, kann dieses Material nötigenfalls aus der Recheneinheit 10 abgelesen werden.
Bei Abschluss der Forschungstätigkeit kann die Recheneinheit 10 das Endergebnis mit beliebiger Genauigkeit zur Anzeige bringen.
In Fig. 2 wird eine Variante dargestellt, bei der an eine einzige Recheneinheit 10 gleichzeitig mehrere Behandlungseinrichtungen 30 angeschlossen sind. Diese Ausführung wird dadurch ermöglicht, dass die in den Behandlungseinrichtungen 30 ablaufenden Vorgänge im Vergleich zur Operationsge- schwindigkeit der Recheneinheit ausserordentlich langsam vor sich gehen.
Mit der Ausführung gemäss Fig. 2 wird eine Forschungseinrichtung geschaffen, die die gleichzeitige Prüfung von mehreren gleiche oder voneinander unterschiedliche Bestimmung aufweisenden Gegenstand verschiedener Forschungen bzw. Optimierungen bildenden Materialien entnommenen Materialproben 31 ermöglicht.
Bisher wurde noch keine Einschränkung in dem Sinne vorgenommen, dass auch die mit der Weiterleitung der Materialproben 31 verbundenen Operationen automatisch durchgeführt werden müssen. Zur Arbeit der Einrichtung ist dies auch nicht unbedingt erforderlich, obwohl es sich als vorteilhaft erweist, wenn die Forschung in vollem Ausmasse ohne menschliche Eingriffe abläuft. Zwischen den einzelnen Einheiten der Einrichtung können aus diesem Grunde Probekörper Transportmittel 48 eingeführt werden, die unter Einwirkung der durch die Recheneinheit 10 erhaltenen Steuerung die Materialproben 31 automatisch weiterleiten.
Zur Förderung der interaktiven Kommunikation zwischen der Recheneinheit 10 und den Behandlungseinrichtungen 30 können zwischen dem zur Interpretation und Ausgabe der digitalen Signale geeigneten Recheneinheit 10 und den auf die mit den Technologien verbundenen Operationen orientierten Behandlungseinheiten 36, Messorgane 38 und Messapparaten 42 entsprechende Digital-Analog-Konverter 54 und Servosysteme 56 eingefügt werden. Die tatsächliche Ausführung derselben ist für die auf den gegebenen Gebieten bewanderten Fachleute bereits bekannt.
Zwischen der Recheneinheit 10 und den Behandlungseinrichtungen 30 muss eine direkte beidseitige mehrkanalige Verbindung gesichert werden. Diese Verbindung kann auch über eine Datenübertragungskette verwirklicht werden, und so kann die Einrichtung auch entfernt gelegene Behandlungseinrichtungen 30 aufweisen. In Fig. 2 ist diese Möglichkeit mit einer über Zeitabtastungsleitungen 62 angeschlossene Behandlungseinrichtung 30 dargestellt.
Fig. 3 zeigt das Schema einer automatischen Einrichtung, bei der sämtliche mit den Materialproben in Zusammenhang stehenden Operationen ohne menschlichen Eingriff erfolgen.
Die Behandlungseinheit 36 und das Messgerät 38 sind bei dieser Ausführung in einen direkten Regelkreis eingeschaltet.
Die Ausgangssignale des Messgerätes 38 bilden für die Behandlungseinheit 36 Fehlersignale in bezug auf die vorgesehenen technologischen Parameter, und die Behandlungseinheit 36 verändert unter ihrer Einwirkung den Charakter des Eingriffes der Richtung des minimalen Fehlers entsprechend.
Dabei ist zu betonen, dass das Sollsignal des Regelkreises, das heisst die Regelung auch in diesem Falle durch die Recheneinheit 10 erfolgt. Natürlich können die Behandlungseinheit 36 und das Messgerät 38 über die Recheneinheit 10 auch in einen indirekten Regelkreis eingeschaltet werden.
Die günstigere von den beiden Ausführungsvarianten wird ausschliesslich durch den Charakter der zur Verwirklichung der gegebenen Technologie erforderlichen Mittel bestimmt.
Mit der beschriebenen Einrichtung können in Abhängigkeit von den gegebenen Aufgaben und dem Aufbau zahlreiche Organisations- und Rationalisierungsmassnahmen verwirklicht werden, und die Einrichtung ist auch für ausserordentlich vielfältige zusätzliche Dienstleistungen geeignet.
Die Speicher 44 und die Sammelspeicher 46 können zum Beispiel für mehrere Behandlungseinheiten 30 vereint, weiterhin können an die Recheneinheit 10 gleichzeitig die verschiedensten Zusammenhänge zur Anzeige bringende Display-Einheiten 52 angeschlossen werden. Vorgenannte Änderungen berühren jedoch die wesentlichen Merkmale der Einrichtung in keiner Weise.
Zum Messapparat 42 gehören vorteilhafterweise mehrere Sonden oder Messfühler, deren Empfindlichkeit sowie Mittelbildungsbereich sich den gegebenen Schritten entsprechend verändern.
In Übereinstimmung mit dem Verfahren kann im Verlaufe der Forschungszyklen der Wert der in der Materialprobe 31 gebildeten Gradienten sehr unterschiedlich sein.
Zu den veränderlichen Gradienten gehören im allgemeinen Materialkennwertänderungen unterschiedlicher Steilheit, die sich auch auf den Messbereich der Messapparate 42 auswirken. Die richtige Einstellung kann in der Weise erreicht werden, dass die durchschnittlichen Schwankungen der sich in Abhängigkeit vom Ort bewegenden Messsonden durch die Recheneinheiten 10 bewertet werden, wobei letzterer die Grösse bzw. den Messbereich und die Empfindlichkeit der Sonde dementsprechend auswählt. Dieser Arbeitsgang ist zu der bei Mikroskopuntersuchungen angewandten Einstellung der Vergrösserung analog.
Vorgenannte Beispiele zeigten verschiedene Möglichkeiten der Verwirklichung der Einrichtung. Nachstehend wird ein Beispiel zum praktischen Einsatz der Einrichtung beschrieben.
Aufgabe ist die allgemeine Bestimmung des Zusammenhanges zwischen den durch eine oder mehrere technologische Behandlungen veränderten Materialeigenschaften der verschiedensten (z. B. zum Tätigkeitsprofil eines Forschungsinstitutes gehörenden) Materialien und den für die technologischen Behandlungen charakteristischen Parametern, das heisst eine angewandte Grundforschung mit dem Ziel, bei Auftreten eines beliebigen späteren Verbraucherbedarfes bestimmen zu können, ob eine Kombination der vorhergehend durch das System untersuchten Materialien und der Techno logien existiert - und wenn ja, welche von diesen genau diese ist -, die den aufgetretenen Bedarf befriedigt.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Einrichtung in der Weise gelöst, dass zuerst sämtliche zur Verfügung stehenden Materialproben 31 den verschiedenen möglichen technologischen Schritten entsprechend mit Hilfe der Behandlungseinheit 36 behandelt, und dann durch das Messgerät 38 geprüft werden.
Dann werden mittels der bekannten Funktionsprüfungsmethoden die charakteristischen Punkte der Skalar-Vektor Funktionen ¯ (x, y, z) der Materialkennwerte (z. B. Maximum, Minimum, Inflexion, bzw. die im gegebenen Prüfungsbereich aufgenommenen maximalen und minimalen Werte usw.) bestimmt und hiernach auch die dazugehörigen technologischen Parameterwerte festgestellt.
Im gegebenen Fall bestimmt die Einrichtung in den folgenden Schritten durch systematische Herabsetzung der tech nologischen Parameter-Gradienten auch den Zusammen hang der charakteristischen Punkte und der technologischen
Parameter genauer. Im weiteren werden die Kennwerte der charakteristischen Punkte und die mit diesen verbundenen technologischen Parameterwerte im Speicher der Rechenein heit 10 gespeichert.
Nach Eintreffen eines bestimmten Verbraucherbedarfes bildet die Recheneinheit aus den in ihrem Speicher gespei cherten vorgenannten Daten - wobei eine Lösung in trivia ler Weise nicht ausgeschlossen ist - mit guter Näherung die
Vektor-Vektor-Funktionen G (x, y, z) = F o (x, y, z) und grenzt dann innerhalb derselben die wahrscheinlichen Lösun gen ab. Im weiteren wird an den vom Speicher 44 abgerufe nen Materialproben 31 in den vorstehend abgegrenzten Be reichen die Gradienten-Verminderung durchgeführt und sowie ein dem gegebenen Bedarf entsprechendes Material bzw. eine dazu anwendbare Technologie zur Verfügung steht, diese durch die Einrichtung genau bestimmt und zugleich das optimal behandelte Material auch hergestellt.
Auch aus diesem Beispiel geht hervor, dass die aktive Arbeitsweise der Einrichtung beim Einsatz in der Grundforschung im Vergleich zu bekannten Systemen für ähnliche Aufgaben eine bedeutende Einsparung an Speicherkapazität ergibt bzw. eine lückenfreie systematische Aufarbeitung eines bedeutenden Erkenntnisstoffes in sehr kurzer Zeit er möglicht, wobei das gespeicherte Material für konkrete Anwendungen leicht zugänglich ist.
Die Einrichtung erfüllt demgemäss die anfänglich festgelegten Zielsetzungen und ist auf den breitesten Gebieten der
Forschung verwendbar.
Neben den detailliert beschriebenen Vorteilen ist mit grossem Nachdruck zu betonen, dass die automatische mit
Elektronenrechner arbeitende Forschungseinrichtung im Verlauf ihrer Tätigkeit auch in der Lage ist, ihre Kenntnisse zu erweitern, das heisst zu lernen.
The invention relates to a method for determining a treatment of a material with which a certain material property is optimal.
Measured value acquisition systems are already known which, through the use of computers, enable series examinations on a large number of samples and rapid evaluation of the measurement results obtained. The samples are available in an unchangeable form, for example in gas chromatography or chemical analysis, and are examined one after the other.
When developing or optimizing products, that is to say when searching for products with certain optimal properties, not only is knowledge of the properties necessary, but also knowledge of the dependence of these properties on certain technological parameters. Such relationships cannot generally be described theoretically and must be determined methodically.
The use of the known systems to determine these relationships requires a disproportionate amount of effort and time. Not only would a sample have to be made for each parameter combination, these samples would also have to be examined and measured one after the other, and the measurement results would have to be evaluated.
The object of the invention is to find a method by means of which the treatment of a material is determined with which a certain material property is optimal.
This object is achieved in that a material sample is subjected to such a treatment that a parameter characterizing the treatment increases in a certain direction, that the mentioned material property of the sample is then measured, whereupon the treatment with a new material sample is carried out while reducing the area, which the parameter characterizing the treatment passes through, repeated, with a reduction to such a range in which the optimum of the measured values of the material property mentioned was.
The invention also relates to a device for carrying out the method. This device is characterized in that it has a computing unit which is in bilateral information exchange with a treatment device, a rehearsal room with a treatment unit and a measuring device and a test room with a measuring device being present in the treatment device.
A storage device for material samples can preferably be connected to the input of the treatment device, while the output of the treatment device is connected to a collecting storage device for receiving the treated material samples.
It is also advantageous if there is an information transmission effective in both directions between the memory and / or the collective memory and the arithmetic unit and if the means of transport used for the material sample are in two-way information exchange with the arithmetic unit and can be controlled by the latter, two of which are controlled by the control means Units of the group are connected, which is formed from the memory, the sample room, the test room and from the collective memory and finally when the computing unit is programmed to automatically convey the material samples.
All units for receiving and treating material samples can preferably be connected to the computing unit via controllable conveying means.
The invention is described in more detail below on the basis of examples and drawings.
1 shows the block diagram of the device with a single specimen treatment device,
FIG. 2 shows the block diagram according to FIG. 1 with several test specimen treatment devices connected to a single processing unit,
3 shows the diagram of an arrangement supplemented with automatic test specimen transport.
According to FIG. 1, the computing unit 10 is connected to a single treatment device 30 for a material sample 31.
The treatment device 30 shown with a broken line consists of the sample room 34 and the test room 40. For the sake of simplicity, the general case was shown in which the sample room 34 and the test room 40 are arranged separately from one another. This does not necessarily apply and the test room 40 and the associated measuring apparatus 42 can also be arranged in the sample room 34.
A number of material samples 31 representing the material to be tested are brought individually and one after the other from a store 44 into the sample room 34.
The material samples 31 are homogeneous and expediently prism-shaped with regard to the treatment properties that are decisive for the test, in order to facilitate the repeated tests.
There is an information link acting in two directions between the memory 44 and the processing unit 10. The memory 44 accordingly forwards information relating to the number of stored material samples 31 to the computing unit 10. On the other hand, the computing unit 10 issues commands to the memory 44 to eject a specific material sample 31.
The material sample 31 to be treated passes from the store 44 after automatic or semi-automatic transport into the sample room 34. The sample room 34 forms a separate unit in which various treatments of the material sample take place in at most three directions.
The treatments have an inhomogeneous effect on the material sample 31, that is to say the treatment conditions are changed during the treatment.
The inhomogeneous treatment of the material sample 31 is carried out by the treatment unit 36 arranged in the sample room 34. At least one measuring device 38 is connected to the material sample 31 to control and regulate the treatment. The treatment unit 36 can act on the material sample 31 in at most three directions. Each action is independent of the other and does not take place uniformly, but kept variable in the coordinate direction. The size of the change can be selected as desired within a material value. The treatment unit 36 can also consist of several sub-units in accordance with the task actually to be performed. There is a direct connection that acts in both directions between the treatment unit 36 and the computing unit 10.
The treatment unit 36 continuously informs the arithmetic unit 10 about the type and size of the treatment as well as the data related to the treatment and is at the same time controlled by the arithmetic unit 10 in accordance with the treatment. With regard to the actual design of the treatment unit 36, the only restriction is that it must have an analog or digital input or output that offers the possibility of using the information received or forwarded by it, the inhomogeneous treatment of the material sample 31 in the course of the perform mutual communication with the computing unit.
The program and / or the memory of the computing unit 10 must of course contain the transfer-functional relationship existing between the input signal of the treatment unit 36 and the treatment carried out as a function of the location coordinate of the material sample 31. The treatment unit 36 can change the heat treatment state, the electric or magnetic field, the alloy ratio, the galvanic or other coating, the shape, processing, etc. of the material sample 31.
The treatment unit 36 acts on the material sample 31 arranged in the sample room 34 at the same time along the coordinates of the material sample 31 to a different extent, the computing unit 10 being able to obtain or be able to obtain information from the actual properties and measured values belonging to any point P of the material sample 31 is, from the corresponding information, the technological properties and measured values in one at.
to determine the point by interpolation. The arithmetic unit 10 knows the relationship, stores it in its memory and, if necessary, displays the relationships on the display unit 52 or in printed form for display or communication.
The treated material sample 31 then passes from the sample room 34 into the test room 40. In the test room 40, there is a certain connection between the material sample 31 and the probes of the measuring device 42. The measuring apparatus 42 is connected to the computing unit 10 in a connection that acts in both directions, that is, it continuously forwards the values of the individual probes relating to the coordinates of the material sample 31 and the instantaneous values of the measured parameters to the computing unit 10. On the other hand, this acts on the measuring apparatus 42 in that it determines the scanning paths of the probes, their suitable dimensions, sensitivity and measurement limits. The measuring apparatus 42 is suitable for the location-dependent determination of material characteristics of the treated material sample 31.
Such a material characteristic can be, for example, the hardness, the electrical or magnetic state, the quenching depth, composition, elongation, etc. of the material sample 31. As in the case of the treatment unit 36, no restrictions are made with regard to the specific design of the measuring apparatus 42. The mutually consistent selection of the treatment unit 36 and the measuring apparatus 42 determines the actual possible uses of the device. The wide range of uses of the facility means that it can be used far beyond the field of actual material testing, also for the automatic implementation of microbiological, biochemical, plant cultivation and animal breeding experiments.
After measuring the material characteristics of the material sample 31, the computing unit 10 already knows the material characteristic vector belonging to the arbitrary point P / x, y, z / of the material sample 31 and stores this function in its memory. Since every computing unit knows the gradient vector G in all points, it is also able to determine the functional relationship with knowledge of the material characteristic vector Vekt. This relationship is the subject of research, since the vector G is the gradient vector of the technological parameters, while the vector G is the vector of the corresponding material characteristic. The exact automatic solution of the relationship G = F / Ö can only be realized in practice with the aid of the proposed device equipped with a computing unit.
What has been said is explained in more detail below using an example:
The task is to find a transformer steel with optimal magnetic properties, which essentially depend on the cold deformation and the heat treatment (recrystallization) of the steel.
A rectangular plate made of transformer steel is used as material sample 31, which is first cold-rolled in one direction with a skew-roll treatment unit 36. After rolling, the plate shows a steadily changing degree of deformation in the other direction. After this treatment, the plate becomes an inhomogeneous heat.
Subjected to treatment, the treatment temperature is continuously changed perpendicular to the gradient of the deformation. For this purpose, another treatment unit is required as a heat treatment device.
During the treatment, the distribution of the technological parameters, i.e. the size of the cold deformation in one treatment direction, is measured with the aid of a micrometer screw and the change in the treatment temperature in the direction perpendicular to it is measured by a series of thermocouples arranged in this direction. The treatment can be carried out in a suitable rehearsal room.
The described treatment changes the crystal structure of the material sample 31, which results in a corresponding change in the magnetic properties. Accordingly, the magnetic properties of the material sample change as a function of the distribution functions of the cold deformation and the heat treatment, which form different pairs of values at different points on the surface of the treated plate.
During the treatment of the material sample 31, the work of the treatment unit 36 is controlled by the computing unit 10. This receives additional information about the current results of the treatment from the measuring device 38 coupled to it. On the basis of this information, the arithmetic unit can form a value pair for the degree of deformation and the heat treatment for each point on the plate, whereby the information may also be in the form of gradient functions or the like the computing unit can be stored.
After the technological treatment, the required magnetic properties are determined. This can be done in the sample room or in another measuring room.
The measurement is carried out systematically, that is to say the associated coordinate is also determined for each measurement point, in that the measurement device 42 and material sample 31 are moved in a controlled or regulated manner relative to one another by the computing unit.
According to this exemplary embodiment, the material sample 31 is placed on a program-controlled coordinate table and its properties are measured by probes of the measuring apparatus 42 at each coordinate point.
The measuring apparatus 42 has an ultrasonic hardness meter, a device measuring the anisotropic magnetic coercive force H, and a power loss meter. The computing unit 10 controls the movement of the coordinate table, determines the measuring ranges of the probes and stores the measurement results.
After determining the magnetic properties of the material sample shown in FIG. 1, it is established, for example, that the favorable and advantageous magnetic properties sought are located in a region in the upper left corner of the material sample. This area can now be examined separately, namely in that a further material sample is examined in the manner described, although the technological parameters in question are changed in a much smaller area. This also makes the gradients of the distribution functions smaller. Such a second material sample practically represents an enlarged sub-area of the upper left corner of the first material sample.
The coordinates appear on a larger scale.
By treating and measuring the second material sample, the desired functions and relationships as well as the desired optimum can be determined more precisely. The accuracy can be improved by increasing the scale further.
The inhomogeneous optimization method forms the basis of the programming of the computing unit 10, and therefore the computing unit 10 has the areas found to be valuable in the first run by creating reduced gradients in the sample room 34, using further material samples 31, and then records them in the test room 40. The material samples 31 pass from the test room 40 into the collecting storage 46 and are stored here in sorted compartments. In the case of optimization tasks, exactly the material samples 31 treated with the optimal technology appear in the collective memory 46 as the result of the last pass.
To determine the limits and characteristic values of the new cycles, the computing unit 10 can, in addition to the information from the previous cycles, also use the data relating to the materials and stored in its memory, optionally request the input of further data with the aid of the display unit 52 or Obtain information from an external database. Since the individual cycles expand the knowledge of the computing unit 10, this material can be read from the computing unit 10 if necessary.
When the research activity is completed, the computing unit 10 can display the end result with any degree of accuracy.
In FIG. 2, a variant is shown in which several treatment devices 30 are connected to a single processing unit 10 at the same time. This embodiment is made possible by the fact that the processes taking place in the treatment devices 30 proceed extremely slowly compared to the operating speed of the computing unit.
With the embodiment according to FIG. 2, a research facility is created which enables the simultaneous testing of a plurality of material samples 31 taken from a plurality of identical or mutually different determination objects from different research or optimization materials.
So far, no restriction has been made in the sense that the operations associated with the forwarding of the material samples 31 must also be carried out automatically. This is also not strictly necessary for the facility to operate, although it will be beneficial for the research to be conducted to the full without human intervention. For this reason, test specimen transport means 48 can be introduced between the individual units of the device, which, under the influence of the control obtained by the computing unit 10, automatically forward the material samples 31.
To promote interactive communication between the processing unit 10 and the treatment devices 30, between the processing unit 10 suitable for interpreting and outputting the digital signals and the processing units 36, measuring devices 38 and measuring devices 42 oriented towards the operations associated with the technologies, corresponding digital-to-analog converters can be used 54 and servo systems 56 can be inserted. The actual practice thereof is already known to those skilled in the art.
A direct bilateral multi-channel connection must be ensured between the processing unit 10 and the treatment devices 30. This connection can also be implemented via a data transmission chain, and so the device can also have remotely located treatment devices 30. This possibility is shown in FIG. 2 with a treatment device 30 connected via time scanning lines 62.
Fig. 3 shows the scheme of an automatic device in which all operations associated with the material samples take place without human intervention.
The treatment unit 36 and the measuring device 38 are switched into a direct control loop in this embodiment.
The output signals of the measuring device 38 form error signals for the treatment unit 36 with regard to the intended technological parameters, and the treatment unit 36 changes the character of the intervention according to the direction of the minimum error under its influence.
It should be emphasized here that the setpoint signal of the control loop, that is to say the control is also carried out in this case by the computing unit 10. Of course, the treatment unit 36 and the measuring device 38 can also be switched into an indirect control loop via the computing unit 10.
The more favorable of the two design variants is determined exclusively by the nature of the means required to implement the given technology.
With the described facility, depending on the given tasks and structure, numerous organizational and rationalization measures can be implemented, and the facility is also suitable for an extremely diverse range of additional services.
The memories 44 and the collective memories 46 can, for example, be combined for a plurality of treatment units 30; furthermore, the most varied of correlations for displaying display units 52 can be connected to the computing unit 10 at the same time. However, the aforementioned changes do not affect the essential characteristics of the device in any way.
The measuring apparatus 42 advantageously includes several probes or measuring sensors, the sensitivity and averaging area of which change according to the given steps.
In accordance with the method, the value of the gradients formed in the material sample 31 can vary widely over the course of the research cycles.
The variable gradients generally include changes in material characteristic values of different steepness, which also have an effect on the measuring range of the measuring apparatus 42. The correct setting can be achieved in such a way that the average fluctuations of the measuring probes moving depending on the location are evaluated by the arithmetic unit 10, the latter selecting the size or the measuring range and the sensitivity of the probe accordingly. This operation is analogous to the setting of the magnification used in microscopic examinations.
The above examples showed various possibilities for implementing the facility. An example of practical use of the device will be described below.
The task is the general determination of the relationship between the material properties changed by one or more technological treatments of the most diverse materials (e.g. belonging to the activity profile of a research institute) and the parameters characteristic of the technological treatments, i.e. applied basic research with the aim of Occurrence of any later consumer need to be able to determine whether a combination of the materials and technologies previously examined by the system exists - and if so, which of these is exactly this - that satisfies the need that has arisen.
This object is achieved with the aid of the device in such a way that all available material samples 31 are first treated with the aid of the treatment unit 36 in accordance with the various possible technological steps, and then checked by the measuring device 38.
Then the characteristic points of the scalar vector functions ¯ (x, y, z) of the material parameters (e.g. maximum, minimum, inflexion or the maximum and minimum values recorded in the given test area, etc.) are determined using the known functional test methods and then determined the associated technological parameter values.
In the given case, the facility also determines the relationship between the characteristic points and the technological ones in the following steps by systematically reducing the technological parameter gradients
Parameters more precisely. In addition, the characteristic values of the characteristic points and the technological parameter values associated with them are stored in the memory of the computing unit 10.
After a certain consumer demand has arrived, the arithmetic unit forms the aforementioned data stored in its memory - with a solution in a trivial manner not being ruled out - with a good approximation
Vector-vector functions G (x, y, z) = F o (x, y, z) and then delimit the probable solutions within them. In addition, the gradient reduction is carried out on the material samples 31 retrieved from the memory 44 in the above delimited Be rich and as soon as a material corresponding to the given requirement or a technology applicable to it is available, this is precisely determined by the device and at the same time that optimally treated material also produced.
This example also shows that the active mode of operation of the facility when used in basic research results in significant savings in storage capacity compared to known systems for similar tasks or enables a seamless systematic processing of important knowledge in a very short time stored material is easily accessible for specific applications.
Accordingly, the institution fulfills the initially set objectives and is in the broadest areas of
Research usable.
In addition to the advantages described in detail, it is important to emphasize that the automatic with
Research institute working on electronic computers is also able to expand its knowledge in the course of its activity, i.e. to learn.