DE102019113477A1 - Instrument und Verfahren zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Instrument und auf ein Verfahren zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix. Das Instrument umfasst ein Mikrofotografiematrixsystem, eine numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank, eine Computerarbeitsgruppe und ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem; ein Prüfling ist eine große Metallkomponente; das Mikrofotografiematrixsystem kann in einer auf und ab beweglichen Weise an einer Z-Achse der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank befestigt werden; und die Computerarbeitsgruppe steuert die Verlagerung der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank durch ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem und bewegt Positionen des Prüflings schrittweise in der Weise, dass die Mikrofotografiematrix die Prüfflächen der gesamten Fläche des Prüflings durchläuft, wodurch eine Fotomikrografie des Prüflings in Originalgröße verwirklicht wird und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung ausgeführt werden. In der vorliegenden Erfindung ist eine Mikrofotografiematrix mit schneller Berechnung kombiniert, so dass die Probenabtastung eine große Größe, eine hohe Genauigkeit und eine hohe Geschwindigkeit aufweist und die Analyseeffizienz von Einschlüssen in großen Proben drastisch verbessert ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung gehört zu dem technischen Gebiet der mikroskopischen Charakterisierung mit hohem Durchsatz auf Oberflächen von Materialien, insbesondere einem Instrument und einem Verfahren zur schnellen vollautomatischen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix.
- Stand der Technik
- Kernkomponenten wichtiger Projekte sind allgemein große Metallkomponenten. Einschlüsse großer Metallkomponenten sind Schlüsselfaktoren, die in Branchen wie Luftfahrt und Hochgeschwindigkeitszügen einen Defekt kritischer Komponenten verursachen. Gegenwärtig sind in China und in Überseeländern keine automatischen Detektionsmittel zum direkten und schnellen Messen von Einschlüssen großer Metallkomponenten verfügbar. Wenn ein herkömmliches metallografisches Verfahren mit optischem Mikroskop angenommen wird, können nur Einschlüsse auf Oberflächen von Metallkomponenten mit einer Größe kleiner als 10 mm x 10 mm detektiert werden und sollte eine große Probe in Proben mit einer Größe, die für die normale metallografische Analyse geeignet ist, geschnitten werden, so dass die Verarbeitung Zeit und Arbeit verbraucht, die Effizienz niedrig ist und Parameter eines Teils der Oberflächen wegen der Schneidverarbeitung deformiert werden können. Somit kann die normale metallografische Mikrotechnik nur zur Verarbeitung kleiner Proben genutzt werden und können solche metallografischen Informationen wie Einschlüsse großer Proben nicht erhalten werden.
- Darstellung der Erfindung
- Auf das obige technische Problem gerichtet ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Instruments und eines Verfahrens zur schnellen vollautomatischen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix.
- Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Lösungen:
- Die vorliegende Erfindung schafft ein Instrument zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix, wobei das Analyseinstrument ein Mikrofotografiematrixsystem
1 , eine numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank2 , eine Computerarbeitsgruppe und ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem enthält, wobei ein Prüfstück10 eine große Metallkomponente ist, und wobei:- die numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank
2 einen horizontalen Objekttisch8 , der sich präzise entlang einer horizontalen X-Achse und Y-Achse bewegt und der zum Befestigen des Prüfstücks10 konfiguriert ist, enthält, und ferner eine Z-Achse9 , die vertikal zu einer Ebene ist, in der sich die X-Achse und die Y-Achse befinden, enthält; - das Mikrofotografiematrixsystem
1 auf und ab beweglich an der Z-Achse9 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 befestigt sein kann, wobei es sich über dem Prüfstück10 auf dem horizontalen Objekttisch8 befindet; und das Mikrofotografiematrixsystem1 mehrere Mikrofotografieeinheiten enthält, die in einer Anordnung angeordnet sind.
- die numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank
- Die Computerarbeitsgruppe enthält einen Server
3 , einen Switch4 und mehrere Workstations5 ; wobei der Server3 mit der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 verbunden ist, wobei der Server3 durch den Switch4 jeweils mit mehreren Workstations5 verbunden ist und wobei jede der Workstations5 mit mehreren Mikrofotografieeinheiten in dem Mikrofotografiematrixsystem1 verbunden ist. - Die Computerarbeitsgruppe steuert den Betrieb der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank
2 über das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem und bewegt die Position des Prüfstücks10 schrittweise in der Weise, dass das Mikrofotografiematrixsystem1 die Prüfflächen aller Prüfstücke10 durchläuft; wobei die Workstations5 das Zusammenfügen von durch entsprechende Mikrofotografieeinheiten gesammelten Bildern abschließen und wobei der Server3 daraufhin die Zusammenfügungsbilder jeder Workstation5 zu einem vollständigen metallografischen Bild des Prüfstücks10 zusammenfügt, wodurch er eine Fotomikrografie des Prüfstücks10 in Originalgröße verwirklicht, und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung ausführt. - Die Analyseskale des Analyseinstruments an Proben beträgt von einem Millimeterniveau bis zu einem Meterniveau.
- In dem Prozess, in dem das Mikrofotografiematrixsystem
1 die Prüfflächen der Prüflinge10 durchläuft, werden durch jede Mikrofotografieeinheit in dem Mikrofotografiematrixsystem1 aufgenommene Bilder der Prüfflächen der Prüflinge10 nicht miteinander überlappt. - Der Prüfling
10 ist auf dem horizontalen Objekttisch8 befestigt und die Prüffläche des Prüflings10 ist zu einer horizontalen Ebene parallel. - Das Mikrofotografiematrixsystem
1 ist durch einen an der Matrix befestigten Träger in einer auf und ab beweglichen Weise mit einer Z-Achse9 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 fest verbunden, wobei eine optische Achse des Systems jeder Mikrofotografieeinheit vertikal zu der Prüffläche des Prüflings10 ist und wobei jede Mikrofotografieeinheit oben eine Mikroskopkamera6 und unten ein Mikroskop7 mit großem Gesichtsfeld umfasst. - Die Verlagerungsgenauigkeit der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank
2 liegt auf einem Mikrometerniveau. - Die Anzahl der Mikrofotografieeinheiten ist auf der Grundlage der Größe des Prüflings
10 eingestellt; wobei die Anzahl der Workstations5 auf der Grundlage der Anzahl der Mikrofotografieeinheiten eingestellt ist. - Die Computerarbeitsgruppe nimmt eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) an.
- Die Mikroskopkamera
6 nimmt eine C-Schnittstellen-CMOS-Kamera eines CMOS-Sensors an und ist mit einer koaxialen Beleuchtungsquelle versehen. - Eine Workstation
5 ist mit 8 Mikrofotografieeinheiten verbunden und Anordnungen von 48 Mikrofotografieeinheiten bilden eine 12 x 4-Matrix. - Hinsichtlich einer maximal analysierbaren Größe des Prüflings
10 , der durch das Analyseinstrument detektiert werden kann, beträgt die Länge x Breite 1000 mm x 500 mm, während hinsichtlich der minimalen analysierbaren Größe die Länge x Breite 2 mm x 2 mm beträgt. - Das Analyseinstrument kann eine schnelle Analyse von Einschlüssen an großen Metallkomponenten von 1000 mm x 500 mm ausführen, wobei die Analysezeit kleiner als 1 h ist.
- Die Auflösung von Einschlüssen des Analyseinstruments beträgt 1 Mikrometer.
- Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Verwendung des Instruments für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix, wobei der Prüfling
10 des Verfahrens eine große Metallkomponente ist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: - 1) Ein Prüfling
10 wird auf einem horizontalen Objekttisch8 einer numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 , die sich präzise entlang einer horizontalen X-Achse und Y-Achse bewegt, befestigt; - 2) das Mikrofotografiematrixsystem
1 kann in einer auf und ab beweglichen Weise an einer Z-Achse9 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 befestigt werden, wobei das Mikrofotografiematrixsystem1 mehrere Mikrofotografieeinheiten enthält, die in Anordnungen angeordnet sind; - 3) die Computerarbeitsgruppe wird wie folgt konfiguriert: Ein Server
3 wird mit einer numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 verbunden, der Server3 wird über den Switch4 jeweils mit mehreren Workstations5 verbunden und jede der Workstations5 wird mit mehreren Mikrofotografieeinheiten in dem Mikrofotografiematrixsystem1 verbunden; - 4) die Computerarbeitsgruppe steuert über das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem den Betrieb der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank
2 und bewegt die Position des Prüflings10 schrittweise in der Weise, dass das Mikrofotografiematrixsystem1 die Prüfflächen der gesamten Fläche des Prüflings10 durchläuft; die Workstations5 schließen das Zusammenfügen von durch entsprechende Mikrofotografieeinheiten gesammelten Bildern ab und daraufhin fügt der Server3 die Zusammenfügungsbilder jeder Workstation5 zu einem vollständigen metallografischen Bild des Prüflings10 zusammen, wodurch er eine Fotomikrografie des Prüflings10 in Originalgröße verwirklicht und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung ausführt. - Die Analyseskale des Analyseverfahrens an Proben ist von einem Millimeterniveau bis zu einem Meterniveau.
- Die Prüffläche des Prüfstücks
10 in Schritt1 ) ist parallel zu einer horizontalen Ebene. - In Schritt
4 ) werden in dem Prozess, in dem das Mikrofotografiematrixsystem1 die Prüfflächen der Prüflinge10 durchläuft, durch jede Mikrofotografieeinheit in dem Mikrofotografiematrixsystem1 aufgenommene Bilder der Prüfflächen der Prüflinge10 nicht miteinander überlappt. - In Schritt
4 ) gibt ein Server3 in der Computerarbeitsgruppe einen Befehl zum Beginnen des Aufnehmens von Bildern und steuert er den horizontalen Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 in der Weise, dass er sich an eine Anfangsposition bewegt, und steuert jede Workstation5 die entsprechende Mikrofotografieeinheit zum Aufnehmen von Bildern, zum Sammeln von Bildern und zum Berechnen von Positionen und morphologischen Parametern von Einschlüssen in den Bildern;
gibt der Server3 daraufhin erneut einen Bewegungsbefehl, bewegt sich der horizontale Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 an eine nächste Position und steuert jede Workstation5 die entsprechende Mikrofotografieeinheit zum ununterbrochenen Aufnehmen von Bildern, Sammeln von Bildern und Berechnen von Positionen und morphologischen Parametern von Einschlüssen in den Bildern;
gibt der Server3 erneut einen Bewegungsbefehl, bewegt sich der horizontale Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 ununterbrochen, bis das Mikrofotografiematrixsystem1 die Prüfflächen aller Prüflinge10 durchläuft; und
fügt jede Workstation5 durch die entsprechende Mikrofotografieeinheit gesammelte Bilder zusammen, nachdem alle Bilder der Prüfflächen der Prüflinge10 gesammelt worden sind, lädt jede Workstation5 Bilder zu dem Server3 herauf und sendet sie gleichzeitig solche Informationen wie die Position, die Morphologie und die Größe von Einschlüssen in verschiedenen Abtastgebieten, die in der Charge jeder Workstation5 sind, an den Server3 , nachdem das Zusammenfügen abgeschlossen ist, und fügt der Server3 die Bilder jeder Workstation5 zu einem vollständigen metallografischen Bild einer großen Metallkomponente zusammen; und wird daraufhin eine Gesamtdatenverarbeitung und -analyse von Einschlüssen ausgeführt, um ein elektronisches metallografisches Bild mit der Einschlussposition in Originalgröße, die Morphologie, die Größe und die statistische Analyse zu erhalten. - Hinsichtlich einer maximal analysierbaren Größe des Prüflings
10 , der durch Annahme des Verfahrens detektiert werden kann, beträgt die Länge x Breite 1000 mm x 500 mm, während hinsichtlich einer minimal analysierbaren Größe die Länge x Breite 2 mm x 2 mm beträgt. - Das Verfahren kann genutzt werden, um an großen Metallkomponenten von 1000 mm x 500 mm eine schnelle Analyse von Einschlüssen auszuführen, wobei die Analysezeit weniger als 1 h beträgt.
- Im Vergleich zum Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen auf:
- In der vorliegenden Erfindung sind eine Mikrofotografiematrix, eine numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank und eine schnelle Berechnung miteinander kombiniert, wodurch solche Vorteile wie eine vollautomatische schnelle Analyse von Einschlüssen auf Oberflächen großer Metallkomponentenproben mit einer Größe von 1000 mm x 500 mm, eine große Probenabtastgröße, eine hohe Präzision (ein Einschluss von 1 Mikrometer kann bis auf das Minimum analysiert werden und die Auflösung von Einschlüssen kann 1 Mikrometer betragen) und eine hohe Geschwindigkeit (die maximale Probenanalysezeit ist weniger als 1 h) verwirklicht werden und wodurch sie die Analyseeffizienz von Einschlüssen in großen Proben weiter drastisch verbessert.
- Im Vergleich zu herkömmlichen technischen Mitteln der metallografischen Analyse ist die Größe der Analyseprobe in der vorliegenden Erfindung stark erhöht und ist die Analyseeffizienz verbessert, wodurch eine automatische Charakterisierungsfunktion der Analyse der Einschlussverteilung auf der Oberfläche einer großen Metallkomponente verwirklicht wird, darüber hinaus der manuelle Eingriff verringert wird, wodurch ein durch Schneiden in einem Analyseprozess verursachtes Problem des Fehlens eines Teils der Charakterisierungen vermieden wird, die Genauigkeit der Analyse verbessert wird und eine gesamte und schnelle Analyse und genaue Ortsbestimmung verwirklicht wird. Im Vergleich zu den Analysearten des Standes der Technik kann durch Einrichten eines lokalen Netzes zum Berechnen und Steuern (das aus einem Server und mehreren Workstations zusammengesetzt ist) jede Workstation mit höchstens 8 Mikrofotografieeinheiten verbunden sein und können 6 Workstations höchstens eine Matrix, die aus 48 Mikrofotografieeinheiten zusammengesetzt ist, steuern. Mit einer numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank ist ein Server verbunden, wobei er über einen Switch mit Workstations verbunden ist, wodurch eine Fotomikrografie einer Probe in Originalgröße verwirklicht wird, so dass eine Probe mit einer Größe von maximal 1000 mm (Länge) x 500 mm (Breite) abgetastet werden kann und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung schnell ausgeführt werden können, was, insbesondere in solchen Anwendungsanlässen, die die Bearbeitung und Detektion großer Metallkomponenten integrieren, für die schnelle Beurteilung von Verteilungsbedingungen von Einschlüssen vorteilhaft ist.
- Figurenliste
-
-
1 ist eine schematische Strukturdarstellung eines Systems zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine schematische Strukturdarstellung einer Mikrofotografieeinheit. - Die Bezugszeichen in den Figuren sind wie folgt:
- 1
- Mikrofotografiematrixsystem
- 2
- numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank
- 3
- Server
- 4
- Switch
- 5
- Workstation
- 6
- Mikroskopkamera
- 7
- Mikroskop mit großem Gesichtsfeld
- 8
- horizontaler Objekttisch
- 9
- Z-Achse
- 10
- Prüfstück
- Detaillierte Beschreibung der Ausführungsform
- Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung zusammen mit beigefügten Zeichnungen und einer Ausführungsform weiter beschrieben.
- Wie in
1 gezeigt ist, enthält das Instrument zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix der vorliegenden Erfindung: ein Mikrofotografiematrixsystem1 , eine numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank2 , eine Computerarbeitsgruppe sowie ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem. - Die numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank
2 , die durch eine PLC präzise gesteuert wird und durch eine Leitspindel angetrieben wird, enthält einen horizontalen Objekttisch8 , der sich präzise entlang einer horizontalen X-Achse und Y-Achse bewegt und der zum Befestigen des Prüfstücks10 konfiguriert ist, und enthält ferner eine Z-Achse9 , die zu einer Ebene, in der sich die X-Achse und die Y-Achse befinden, vertikal ist. Die Verlagerungsgenauigkeit der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 ist ein Mikrometerniveau. - Das Prüfstück
10 ist auf dem horizontalen Objekttisch8 befestigt und die Prüffläche des Prüfstücks ist parallel zu der horizontalen Ebene. Das Prüfstück10 ist eine große Metallkomponente und hinsichtlich einer maximal analysierbaren Größe des Prüfstücks10 , die durch das Analyseelement detektiert werden kann, beträgt die Länge x Breite 1000 mm x 500 mm, während hinsichtlich einer minimal analysierbaren Größe die Länge x Breite 2 mm x 2 mm beträgt. - Das Mikrofotografiematrixsystem
1 ist in einer durch einen an der Matrix befestigten Träger auf und ab beweglichen Weise fest mit einer Z-Achse9 verbunden und befindet sich direkt über dem Prüfling10 des horizontalen Objekttischs8 . Das Mikrofotografiematrixsystem1 enthält mehrere Mikrofotografieeinheiten, die in einer Anordnung angeordnet sind, wobei eine optische Achse des Systems jeder Mikrofotografieeinheit vertikal zu der Prüffläche des Prüfstücks10 ist. Wie in2 gezeigt ist, enthält dabei jede Mikrofotografieeinheit eine Mikroskopkamera6 und ein Mikroskop7 mit großem Gesichtsfeld, die von oben nach unten der Reihe nach angeordnet sind. - Die Mikroskopkamera
6 nimmt eine C-Schnittstellen-CMOS-Kamera eines CMOS-Sensors an und ist mit einer koaxialen Beleuchtungsquelle versehen. - Die Computerarbeitsgruppe enthält einen Server
3 , einen Switch4 und mehrere Workstations5 . Der Server3 ist mit der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 verbunden, der Server3 ist jeweils über den Switch4 mit mehreren Workstations5 verbunden und jede der Workstations5 ist mit mehreren Mikrofotografieeinheiten in dem Mikrofotografiematrixsystem1 verbunden. Die Computerarbeitsgruppe steuert über das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem den Betrieb (oder die Verlagerung) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 und steuert und überwacht außerdem Mikrofotografieeinheiten in dem Mikrofotografiematrixsystem1 einschließlich der Überwachung und Steuerung des Öffnens, des Schließens, von Verbindungszuständen, der Parametereinstellung, der Echtzeitbildanzeige, der Kalibrierung und eines anomalen Zustands der Mikroskopkamera6 , wodurch eine Fotomikrografie des Prüfstücks in Originalgröße verwirklicht wird und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung ausgeführt werden. - Die Computerarbeitsgruppe nimmt eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) an.
- Vorzugsweise ist eine Workstation
5 mit 8 Mikrofotografieeinheiten verbunden. Die Anzahl der Workstations5 kann auf der Grundlage der Anzahl der Mikrofotografieeinheiten eingestellt werden. Die Anordnung von 48 Mikrofotografieeinheiten bildet eine 12 x 4-Matrix. Die Anzahl der Mikrofotografieeinheiten kann auf der Grundlage der Größe des Prüfstücks10 eingestellt werden. - Das Instrument zur schnellen vollautomatischen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage der Mikrofotografiematrix kann genutzt werden, um an großen Metallkomponenten von 1000 mm x 500 mm eine schnelle Analyse von Einschlüssen auszuführen, wobei die Analysezeit weniger als 1 h beträgt.
- Ein Arbeitsprozess der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
- Das Prüfstück
10 wird auf dem horizontalen Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 befestigt, wobei die Prüffläche des Prüfstücks10 parallel zu einer horizontalen Ebene ist. - Der Server
3 gibt über ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem einen Kalibrierungsbefehl, die Workstation5 führt an den Mikrofotografieeinheiten, die mit der Workstation5 verbunden sind, nacheinander eine Winkel- und Positionskoordinatenkalibrierung aus; die Workstation5 beginnt ein Selbsttestprogramm, um Zustände des Analyseinstruments zu detektieren, und daraufhin wird eine Brennweite des Mikroskops7 mit großem Gesichtsfeld über die Z-Achse9 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 auf eine optimale Position eingestellt. - Der Server
3 gibt einen Befehl zum Beginnen des Aufnehmens von Bildern und steuert den horizontalen Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 , um ihn an eine Anfangsposition zu bewegen, und jede Workstation5 steuert die entsprechende Mikrofotografieeinheit, um Bilder aufzunehmen, Bilder zu sammeln und Positionen und die Morphologie und andere Parameter von Einschlüssen in den Bildern zu berechnen. - Daraufhin gibt der Server
3 erneut einen Bewegungsbefehl, bewegt sich der horizontale Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 an die nächste Position, steuert jede Workstation5 die entsprechende Mikrofotografieeinheit dafür, ununterbrochen Bilder aufzunehmen, Bilder zu sammeln und Positionen und morphologische Parameter von Einschlüssen in den Bildern zu berechnen. - Der Server
3 gibt erneut einen Bewegungsbefehl, der horizontale Objekttisch8 der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank2 bewegt sich kontinuierlich, bis das Mikrofotografiematrixsystem1 die Prüfflächen aller Prüfstücke10 durchläuft. - Nachdem alle Bilder der Prüffläche des Prüfstücks
10 gesammelt worden sind, fügt jede Workstation5 die durch die entsprechende Mikrofotografieeinheit gesammelten Bilder zusammen, lädt jede Workstation5 , nachdem das Zusammenfügen abgeschlossen ist, Bilder zu den Server3 herauf und sendet sie gleichzeitig solche Informationen wie die Position, die Morphologie und die Größe von Einschlüssen in verschiedenen Abtastgebieten, die in der Charge jeder Workstation5 sind, an den Server3 und fügt der Server3 die Bilder jeder Workstation5 zu einem vollständigen metallografischen Bild einer großen Metallkomponente zusammen; woraufhin die Gesamtdatenverarbeitung und -analyse von Einschlüssen ausgeführt wird. - Oben ist eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, wobei die vorliegende Erfindung aber selbstverständlich nicht darauf beschränkt ist. Für den Fachmann sollen alle Änderungen und Umwandlungen, die unter der Voraussetzung gemacht werden, dass sie von dem Erfindungsgedanken und Wesen der vorliegenden Erfindung nicht abweichen, im Anwendungsbereich der Ansprüche der vorliegenden Erfindung liegen.
Claims (18)
- Instrument zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix, wobei das Instrument ein Mikrofotografiematrixsystem (1), eine numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank (2), eine Computerarbeitsgruppe und ein Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem umfasst, wobei ein Prüfstück (10) eine große Metallkomponente ist, und wobei: die numerisch gesteuerte dreidimensionale Hochpräzisionswerkbank (2) einen horizontalen Objekttisch (8), der sich präzise entlang einer horizontalen X-Achsen- und Y-Achsen-Richtung bewegt, zum Befestigen des Prüfstücks (10) umfasst, und ferner eine Z-Achse (9), die vertikal zu einer Ebene ist, in der sich die X-Achse und die Y-Achse befinden, umfasst, das Mikrofotografiematrixsystem (1) in einer auf und ab beweglichen Weise an der Z-Achse (9) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) befestigt werden kann und sich über dem auf dem horizontalen Objekttisch (8) befestigten Prüfstück (10) befindet; und das Mikrofotografiematrixsystem (1) mehrere Mikrofotografieeinheiten umfasst, die in einer Anordnung angeordnet sind; die Computerarbeitsgruppe einen Server (3), einen Switch (4) und mehrere Workstations (5) umfasst; wobei der Server (3) mit der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) verbunden ist, wobei der Server (3) durch den Switch (4) jeweils mit mehreren Workstations (5) verbunden ist und wobei jede der Workstations (5) mit mehreren Mikrofotografieeinheiten in dem Mikrofotografiematrixsystem (1) verbunden ist; wobei die Computerarbeitsgruppe den Betrieb der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) über das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem steuert und die Position des Prüfstücks (10) schrittweise in der Weise bewegt, dass das Mikrofotografiematrixsystem (1) die Prüfflächen der gesamten Fläche des Prüfstücks (10) durchläuft; wobei die Workstations (5) das Zusammenfügen von durch entsprechende Mikrofotografieeinheiten gesammelten Bildern abschließen und wobei der Server (3) daraufhin die Zusammenfügungsbilder jeder Workstation (5) zu einem vollständigen metallografischen Bild des Prüfstücks (10) zusammenfügt, wodurch er eine Fotomikrografie des Prüfstücks (10) in Originalgröße verwirklicht und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung ausführt; und die Analyseskale des Instruments an Proben von einem Millimeterniveau bis zu einem Meterniveau beträgt.
- Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei in dem Prozess, in dem das Mikrofotografiematrixsystem (1) die Prüfflächen der Prüflinge (10) durchläuft, durch jede Mikrofotografieeinheit in dem Mikrofotografiematrixsystem (1) aufgenommene Bilder der Prüfflächen der Prüflinge (10) nicht miteinander überlappt werden. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei der Prüfling (10) auf dem horizontalen Objekttisch (8) befestigt ist und wobei die Prüffläche des Prüflings (10) parallel zu einer horizontalen Ebene ist. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei das Mikrofotografiematrixsystem (1) durch einen an der Matrix befestigten Träger in einer auf und ab beweglichen Weise mit einer Z-Achse (9) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) fest verbunden ist, wobei eine optische Achse des Systems jeder Mikrofotografieeinheit vertikal zu der Prüffläche des Prüflings (10) ist und wobei jede Mikrofotografieeinheit oben eine Mikroskopkamera (6) und unten ein Mikroskop (7) mit großem Gesichtsfeld umfasst. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei die Verlagerungsgenauigkeit der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) auf einem Mikrometerniveau liegt. - Instrument zur schnellen Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei die Anzahl der Mikrofotografieeinheiten auf der Grundlage der Größe des Prüflings (10) eingestellt ist; und wobei die Anzahl der Workstations (5) auf der Grundlage der Anzahl der Mikrofotografieeinheiten eingestellt ist. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei die Computerarbeitsgruppe eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) annimmt. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei die Mikroskopkamera (6) eine C-Schnittstellen-CMOS-Kamera eines CMOS-Sensors annimmt und mit einer koaxialen Beleuchtungsquelle versehen ist. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei eine Workstation (5) mit 8 Mikrofotografieeinheiten verbunden ist und wobei eine Anordnung von 48 Mikrofotografieeinheiten eine 12 x 4-Matrix bildet. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei hinsichtlich einer maximal analysierbaren Größe des Prüflings (10), der durch das Analyseinstrument detektiert werden kann, die Länge x Breite 1000 mm x 500 mm beträgt, während hinsichtlich der minimalen analysierbaren Größe die Länge x Breite 2 mm x 2 mm beträgt. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei das Instrument eine schnelle Analyse von Einschlüssen an großen Metallkomponenten von 1000 mm x 500 mm ausführen kann und wobei die Analysezeit kleiner als 1 h ist. - Instrument für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß
Anspruch 1 , wobei die Auflösung von Einschlüssen des Analyseinstruments 1 Mikrometer beträgt. - Verfahren zur Verwendung des Instruments für die schnelle Multiskalenanalyse von Einschlüssen von Material auf der Grundlage einer Mikrofotografiematrix gemäß einem der
Ansprüche 1 -12 , wobei der Prüfling (10) des Verfahrens eine große Metallkomponente ist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: 1) Ein Prüfling (10) wird auf einem horizontalen Objekttisch (8) einer numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2), die sich präzise entlang einer horizontalen X-Achse und Y-Achse bewegt, befestigt; 2) das Mikrofotografiematrixsystem (1) kann in einer auf und ab beweglichen Weise an einer Z-Achse (9) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) befestigt werden, wobei das Mikrofotografiematrixsystem (1) mehrere Mikrofotografieeinheiten umfasst, die in Anordnungen angeordnet sind; 3) die Computerarbeitsgruppe wird wie folgt konfiguriert: Ein Server (3) wird mit einer numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) verbunden, der Server (3) wird über den Switch (4) jeweils mit mehreren Workstations (5) verbunden und jede der Workstations (5) wird mit mehreren Mikrofotografieeinheiten in dem Mikrofotografiematrixsystem (1) verbunden; 4) die Computerarbeitsgruppe steuert über das Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem den Betrieb der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) und bewegt die Position des Prüflings (10) schrittweise in der Weise, dass das Mikrofotografiematrixsystem (1) die Prüfflächen der gesamten Fläche des Prüflings (10) durchläuft; die Workstations (5) schließen das Zusammenfügen von durch entsprechende Mikrofotografieeinheiten gesammelten Bildern ab und daraufhin fügt der Server (3) die Zusammenfügungsbilder jeder Workstation (5) zu einem vollständigen metallografischen Bild des Prüflings (10) zusammen, wodurch er eine Fotomikrografie des Prüflings (10) in Originalgröße verwirklicht und eine Einschlusssuche, eine Flächenberechnung, eine Ortsbestimmung, eine Verstärkung der morphologischen Korngrößenverteilung und eine Analyse der statistischen Verteilung ausführt; und wobei die Analyseskale des Analyseverfahrens an Proben von einem Millimeterniveau bis zu einem Meterniveau beträgt. - Verfahren gemäß
Anspruch 13 , wobei die Prüffläche des Prüfstücks (10) in Schritt 1) parallel zu einer horizontalen Ebene ist. - Verfahren gemäß
Anspruch 13 , wobei in Schritt 4) in dem Prozess, in dem das Mikrofotografiematrixsystem (1) die Prüfflächen der Prüflinge (10) durchläuft, durch jede Mikrofotografieeinheit in dem Mikrofotografiematrixsystem (1) aufgenommene Bilder der Prüfflächen der Prüflinge (10) nicht miteinander überlappt werden. - Verfahren gemäß
Anspruch 13 , wobei in Schritt 4) ein Server (3) in der Computerarbeitsgruppe einen Befehl zum Beginnen des Aufnehmens von Bildern gibt und den horizontalen Objekttisch (8) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) in der Weise steuert, dass er sich an eine Anfangsposition bewegt, und jede Workstation (5) die entsprechende Mikrofotografieeinheit zum Aufnehmen von Bildern, zum Sammeln von Bildern und zum Berechnen von Positionen und morphologischen Parametern von Einschlüssen in den Bildern steuert; der Server (3) daraufhin erneut einen Bewegungsbefehl gibt, sich der horizontale Objekttisch (8) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) an eine nächste Position bewegt und jede Workstation (5) die entsprechende Mikrofotografieeinheit zum ununterbrochenen Aufnehmen von Bildern, Sammeln von Bildern und Berechnen von Positionen und morphologischen Parametern von Einschlüssen in den Bildern steuert, der Server (3) erneut einen Bewegungsbefehl gibt, sich der horizontale Objekttisch (8) der numerisch gesteuerten dreidimensionalen Hochpräzisionswerkbank (2) ununterbrochen bewegt, bis das Mikrofotografiematrixsystem (1) die Prüfflächen aller Prüflinge (10) durchläuft; und nachdem alle Bilder der Prüfflächen der Prüflinge (10) gesammelt worden sind, jede Workstation (5) durch die entsprechende Mikrofotografieeinheit gesammelte Bilder zusammenfügt, nachdem das Zusammenfügen abgeschlossen ist, jede Workstation (5) Bilder zu dem Server (3) herauflädt und gleichzeitig solche Informationen wie die Position, die Morphologie und die Größe von Einschlüssen in verschiedenen Abtastgebieten, die in der Charge jeder Workstation (5) sind, an den Server (3) sendet, und der Server (3) die Bilder jeder Workstation (5) zu einem vollständigen metallografischen Bild einer großen Metallkomponente zusammenfügt; und daraufhin eine Gesamtdatenverarbeitung und -analyse von Einschlüssen ausgeführt wird, um ein elektronisches metallografisches Bild mit der Einschlussposition in Originalgröße, die Morphologie, die Größe und die statistische Analyse zu erhalten. - Verfahren gemäß
Anspruch 13 , wobei hinsichtlich einer maximal analysierbaren Größe des Prüflings (10), der durch Annahme des Verfahrens detektiert werden kann, die Länge x Breite 1000 mm x 500 mm beträgt, während hinsichtlich einer minimal analysierbaren Größe die Länge x Breite 2 mm x 2 mm beträgt. - Verfahren gemäß
Anspruch 13 , wobei das Verfahren genutzt werden kann, um an großen Metallkomponenten von 1000 mm x 500 mm eine schnelle Analyse von Einschlüssen auszuführen, wobei die Analysezeit weniger als 1 h beträgt.
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