ES2878898T3 - Procedimiento y disposición para estimar una propiedad de material de un objeto por medio de un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) - Google Patents

Procedimiento y disposición para estimar una propiedad de material de un objeto por medio de un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para estimar el tamaño de grano de un objeto metálico (2) mediante un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) (200) que comprende un láser de generación (210), un láser de detección (220) y un detector (230), comprendiendo el procedimiento: - proporcionar (S1) un pulso de láser sobre una superficie del objeto mediante el láser de generación de modo que se genere un pulso ultrasónico en el objeto y de manera que se genere inmediatamente una vibración ultrasónica en la superficie, - medir (S2) al menos un primer eco ultrasónico subsiguiente del objeto mediante el uso del láser de detección y el detector, eco ultrasónico que es un eco del pulso ultrasónico generado en el objeto, caracterizado por que el procedimiento comprende además: - medir (S3) la vibración ultrasónica que se genera inmediatamente en la superficie, mediante el uso del láser de detección y el detector, y - estimar (S5) el tamaño de grano mediante el uso de un parámetro de atenuación ultrasónica basado en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido, por lo que el tamaño de grano se estima utilizando la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie como referencia al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido, por lo que la referencia se proporciona comparando una amplitud espectral basada en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido con una amplitud espectral basada en la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y disposición para estimar una propiedad de material de un objeto por medio de un equipo de medición láser ultrasónico (LUS).
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un procedimiento para estimar el tamaño de grano de un objeto metálico por medio de un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) que comprende un láser de generación, un láser de detección y un detector. La presente divulgación se refiere además a un procedimiento para controlar un proceso de laminación de acero, a una disposición para medir el tamaño de grano de un objeto metálico, a un programa informático y/o un medio legible por ordenador que lleva un programa informático.
Antecedentes
El laminado en caliente para producir acero es un proceso de trabajo de metales ampliamente conocido en el que un material de acero calentado se hace pasar entre uno o más pares de rodillos para reducir el grosor del material y hacer que el grosor sea más uniforme. La laminación en caliente se caracteriza por que la temperatura del acero está por encima de su temperatura de recristalización durante el proceso de laminación. El proceso da como resultado generalmente una placa/banda de acero alargada, tal como una hoja de metal, que se puede enrollar en una bobina de acero.
Para poder producir acero de alta calidad es importante controlar el proceso de laminación en caliente. Esto puede realizarse, por ejemplo, controlando la temperatura del material de acero, la presión ejercida sobre el acero por los rodillos, la velocidad del proceso de laminación, etc. Un parámetro del acero que afecta a las propiedades del acero y, por lo tanto, la calidad del acero, es el tamaño de grano. Por lo tanto, sería beneficioso poder medir y estimar el tamaño de grano del acero durante el proceso de laminación en caliente y usarlo para controlar el proceso de manera que el acero alcance un tamaño de grano deseado o un intervalo de tamaño de grano deseado.
Un procedimiento conocido para medir el tamaño de grano es mediante el uso de un equipo de medición denominado LUS, en el que se usa un láser para generar un pulso ultrasónico en el material de acero. El pulso ultrasónico generado en el acero se propaga a través del material y proporciona un eco ultrasónico, mediante el cual se puede determinar la atenuación ultrasónica del eco ultrasónico. La atenuación ultrasónica se puede utilizar para estimar el tamaño de grano del acero. Un procedimiento conocido para estimar una propiedad de material de un objeto, tal como el tamaño de grano, se divulga en el documento Us 2007/0006651 A1. De acuerdo con su descripción, divulga un procedimiento para usar atenuación ultrasónica para determinar una propiedad de material e implica recibir una señal de interacción de un detector de ultrasonidos. La señal de interacción captura al menos una manifestación de un pulso ultrasónico de banda ancha que incide en una ubicación de detección del objeto después de que el pulso ultrasónico se haya propagado en el objeto. En la propagación a través del objeto, el pulso ultrasónico es atenuado por uno o más mecanismos físicos. Una parte de la señal de interacción correspondiente al pulso ultrasónico atenuado se transforma del dominio de tiempo al dominio de frecuencia para obtener un espectro de amplitud. Una vez obtenido el espectro de amplitud, se compara con un espectro de amplitud de referencia para obtener un espectro de atenuación. A continuación, el espectro de atenuación se ajusta a un modelo de atenuación para obtener un parámetro de atenuación, y el parámetro de atenuación se usa para calcular la propiedad de material.
Además, el espectro de amplitud de referencia se produce de manera similar al espectro de amplitud utilizando una pieza de referencia. La pieza de referencia tiene propiedades de difracción equivalentes a las del objeto con respecto al pulso ultrasónico de banda ancha, pero el espectro de amplitud de referencia está sustancialmente libre de atenuación, ya sea porque la pieza de referencia tiene parámetros de atenuación conocidos que se utilizan para corregir la atenuación en el espectro de amplitud de la pieza de referencia, o porque la pieza de referencia se selecciona para proporcionar una atenuación insignificante.
Por tanto, el procedimiento conocido anterior requiere que se utilice una pieza de referencia para estimar la propiedad de material. Como otro ejemplo, también se conoce el uso de múltiples ecos para estimar una propiedad de material. Por lo tanto, en lugar de utilizar una pieza de referencia para el cálculo, se pueden comparar dos ecos ultrasónicos para calcular la propiedad de material.
De acuerdo con su resumen, el documento WO 02/103347 A2 se refiere a la medición de tamaño de grano, donde los tamaños de grano, por ejemplo en una hoja, se supervisan generando ondas ultrasónicas de banda ancha con un generador de láser de pulso en una primera ubicación en una superficie del objeto, y observando, con un detector de láser, las ondas en la superficie en una ubicación diferente.
El artículo con referencia MONCHALIN J-P ET AL.: "LASER-ULTRASONIC DEVELOPMENT TOWARDS INDUSTRIAL APPLICATIONS", ACTAS DEL SIMPOSIO ULTRASÓNICO, CHICAGO, del 2 al 5 de octubre de 1988; [ACTAS DEL SIMPOSIO ULTRASÓNICO], NUEVA YORK, IEEE, EE.UU., vol. 1,2 DE OCTUBRE DE 1988 (02/10/1988), páginas 1041-1044, XP000077087, se refiere a ultrasonidos láser en la industria del acero. El artículo divulga que la evaluación del tamaño de grano se puede realizar midiendo la atenuación ultrasónica. Mientras se realizaba la evaluación del tamaño de grano, se utilizó un equipo de medición láser ultrasónico con un láser de generación en un lado del objeto investigado y un láser de detección en el otro lado opuesto del objeto investigado.
El documento JP H05333003 A se refiere a un aparato de medición de atenuación ultrasónica. Por ejemplo, se divulga un procedimiento ultrasónico láser sin contacto. Divulga la realización de análisis de frecuencia de cada eco que se extrae.
El documento KR 2012 0113161 A se refiere a un procedimiento para medir la relación de Poisson mediante la generación de una onda ultrasónica sin dañar la superficie de un objeto de prueba mediante el uso de un efecto termoelástico en un procedimiento ultrasónico láser.
El documento KR 100643351 B1 se refiere a un sistema y procedimiento para medir tamaños de grano de cristal en línea y, más en particular, a un sistema y procedimiento para medir tamaños de grano de cristal en línea, en el que un haz de láser pulsado se irradia sobre una hoja de acero para generar ondas ultrasónicas.
Aunque los procedimientos anteriores parecen funcionar para estimar una propiedad de material, tal como estimar el tamaño de grano del acero, sigue siendo necesario desarrollar un procedimiento que sea más eficiente y útil en un entorno de producción, especialmente durante el laminado en caliente del acero.
Sumario
En vista de lo anterior, un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento y una disposición mejorados para estimar una propiedad de material de un objeto. Además, un objetivo de la presente invención es proporcionar un control mejorado de un proceso de laminación de acero realizando mediciones in situ del tamaño de grano durante el proceso de laminación de acero.
De acuerdo con un primer aspecto, el objetivo se logra mediante un procedimiento como el definido en la reivindicación 1. De acuerdo con un tercer aspecto, el objetivo se logra mediante una disposición como la definida en la reivindicación 9. De acuerdo con un cuarto aspecto, el objetivo se logra mediante un tren de laminación de acero como el definido en la reivindicación 12. De acuerdo con un quinto aspecto, el objetivo se logra mediante un programa informático como el definido en la reivindicación 13. De acuerdo con un sexto aspecto, el objetivo se logra mediante un medio legible por ordenador que lleva un programa informático como el definido en la reivindicación 14. Pueden encontrarse modos de realización adicionales de la divulgación en las reivindicaciones dependientes y en la descripción y los dibujos adjuntos.
De acuerdo con su primer aspecto, el objetivo se logra mediante un procedimiento para estimar el tamaño de grano de un objeto metálico mediante un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) que comprende un láser de generación, un láser de detección y un detector. El procedimiento comprende:
- proporcionar un pulso de láser sobre una superficie del objeto mediante el láser de generación de modo que se genere un pulso ultrasónico en el objeto y de manera que se genere inmediatamente una vibración ultrasónica en la superficie,
- medir al menos un primer eco ultrasónico subsiguiente del objeto mediante el uso del láser de detección y el detector, eco ultrasónico que es un eco del pulso ultrasónico generado en el objeto,
- medir la vibración ultrasónica que se genera inmediatamente en la superficie, mediante el uso del láser de detección y el detector, y
- estimar el tamaño de grano mediante el uso de un parámetro de atenuación ultrasónica basado en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido, por lo que el tamaño de grano se estima utilizando la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie como referencia al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido.
Mediante la provisión del procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el tamaño de grano se puede estimar y determinar de una manera mejorada. De hecho, la invención se basa en la constatación del inventor de que cuando se usa un equipo de medición LUS, el propio evento de generación puede medirse y utilizarse para estimar y determinar de manera eficiente el tamaño de grano del objeto, que es un metal, preferentemente acero. Se ha entendido, en general, que el evento de generación, es decir, cuando el láser de generación proporciona un pulso de láser sobre la superficie del objeto, no puede usarse como una referencia fiable ya que contiene demasiada contaminación lumínica del láser de generación y también demasiada vibración causada por expansión térmica en la superficie. Utilizando el evento de generación como referencia, en comparación con el uso de una pieza de referencia o múltiples ecos ultrasónicos como se conoce en la técnica anterior, se puede realizar una medición y una estimación del tamaño de grano más eficientes. Más en particular, no será necesario realizar mediciones en ninguna pieza de referencia. Además, al usar el evento de generación como referencia, se ha observado que se pueden medir y determinar tamaños de grano más grandes en comparación con cuando se usa el procedimiento de múltiples ecos. Los tamaños de grano más grandes darán como resultado niveles de atenuación ultrasónica más grandes y, por lo tanto, solo será posible medir un eco ultrasónico con suficiente precisión (relación señal/fondo).
De acuerdo con la invención, la referencia se proporciona comparando una amplitud espectral basada en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido con una amplitud espectral basada en la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie.
Opcionalmente, el objeto puede tener una temperatura de 600 ° C o más cuando se proporciona el pulso de láser sobre la superficie del objeto. De hecho, se ha observado que el evento de generación puede medirse y evaluarse más fácilmente a temperaturas elevadas de 600 ° C o más, ya que a estas temperaturas el ultrasonido inducido por la parte térmica de la generación se vuelve más pequeño que la parte de la ablación en la superficie. Aun opcionalmente, la temperatura puede ser de 800-1200 ° C, tal como de 850-950 ° C, cuando se proporciona el pulso de láser sobre la superficie del objeto.
Opcionalmente, la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie y el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido dan como resultado una señal que tiene una variación de amplitud en un dominio de tiempo, donde el procedimiento puede comprender además la etapa de proporcionar un modelo para convertir la señal desde el dominio de tiempo a un dominio de frecuencia, y donde el tamaño de grano del objeto se estima en base a valores de la señal convertida que están en un intervalo de frecuencia de 3 a 200 MHz, preferentemente 3-100 MHz, tal como 3-40 MHz. Además, se ha observado que cuando se usa el evento de generación como referencia en los intervalos de frecuencia antes mencionados, es posible medir el tamaño de grano de diferentes objetos con diferentes espesores sin el uso de varias piezas de referencia como en la técnica anterior. Por tanto, el procedimiento que se describe en el presente documento ha demostrado ser beneficioso en un entorno de producción, especialmente en un tren de laminación de acero. Además, la señal convertida puede proporcionarse aislando la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie y/o el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido mediante el uso de una función de ventana, también conocida como función de apodización o función de reducción, tal como como una ventana de Tukey. A modo de ejemplo, la ventana de Tukey puede tener un parámetro a de 0,7 y la ventana puede ser mayor que dos veces, típicamente tres veces, el FWHM (ancho completo a la mitad del máximo) de la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie y/o el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido.
Opcionalmente, la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie y el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido dan como resultado una señal que tiene una variación de amplitud en un dominio de tiempo, donde el procedimiento puede comprender además la etapa de proporcionar un modelo para convertir la señal desde el dominio de tiempo a un dominio de frecuencia, y donde el tamaño de grano del objeto se estima en base a valores del intervalo de frecuencia de la señal convertida que están por encima de un valor umbral de amplitud espectral, valor umbral de amplitud espectral que define un umbral mínimo de ruido del equipo de medición (LUS), umbral mínimo de ruido debajo del cual la señal convertida no se puede distinguir del ruido. Por lo tanto, debajo del umbral mínimo de ruido no se puede distinguir la señal de ultrasonido. Además, se ha observado que es beneficioso utilizar mediciones que estén por encima del umbral mínimo de ruido, es decir, donde hay un patrón de ruido insignificante. El patrón de ruido puede definirse como un patrón de señal que muestra un patrón irregular y/o estocástico. Opcionalmente, el tamaño de grano del objeto se puede estimar preferentemente en base a valores del intervalo de frecuencia de la señal convertida que sean al menos diez (10) veces superiores al valor umbral de amplitud espectral, tal como 25 veces superiores al valor umbral de amplitud espectral, es decir, superiores al umbral mínimo de ruido. Aun opcionalmente, el tamaño de grano del objeto se puede estimar preferentemente en un intervalo de frecuencia en base a valores de la señal convertida donde el límite de frecuencia inferior es al menos el 60 % de un valor máximo de amplitud espectral de la señal convertida, tal como al menos el 75 % del valor máximo de amplitud espectral. En concreto, se ha observado que se puede obtener una estimación más fiable del tamaño de grano cuando se utilizan mediciones en los intervalos de frecuencia mencionados anteriormente. Como alternativa o complemento, si la pendiente de la atenuación ultrasónica medida en el límite de frecuencia inferior de la curva de atenuación resultante es negativa, puede significar que la atenuación ultrasónica dependiente de la difracción es demasiado alta. Entonces, el límite de frecuencia inferior se puede llevar al otro lado del mínimo de atenuación, donde la dependencia de la difracción se considera insignificante.
De acuerdo con la invención, el objeto es un objeto metálico, preferentemente una aleación de acero, donde la propiedad de material es el tamaño de grano. En el presente documento, tamaño de grano del objeto se refiere a un tamaño de grano promedio del objeto. El tamaño de grano se puede definir como el diámetro de granos individuales de un material, tal como el acero.
Opcionalmente, los haces de láser del láser de generación y del láser de detección pueden dirigirse hacia la misma ubicación en la superficie del objeto. "Misma ubicación" puede significar en el presente documento que los haces de láser se proporcionan a una distancia entre sí en la superficie que es de 100 mm (milímetros) o menos. En otras palabras, la generación y la detección pueden superponerse preferentemente en la superficie. Aun opcionalmente, una dirección del haz de láser del láser de generación y una dirección del haz de láser del láser de detección pueden estar desalineadas angularmente entre sí. Proporcionando al láser de generación y al láser de detección una desalineación angular entre sí, la medición puede mejorarse aún más, ya que el láser de generación puede causar de ese modo menos perturbaciones al detector que, en un modo de realización, puede ser un interferómetro. Sin embargo, debe observarse que el procedimiento divulgado en el presente documento también puede ser utilizado por un láser de generación y un láser de detección cuyos haces de láser estén alineados, es decir, sean coaxiales.
Opcionalmente, el láser de generación y el láser de detección pueden configurarse para proporcionar diferentes longitudes de onda de haz de láser. Por ejemplo, el láser de detección puede configurarse para proporcionar una longitud de onda de haz de láser mayor que la longitud de onda de haz de láser proporcionada por el láser de generación. A modo de ejemplo, el láser de generación puede configurarse para proporcionar una longitud de onda de haz de láser de 532 nm (nanómetros) y el láser de detección puede configurarse para proporcionar una longitud de onda de haz de láser de 1064 nm.
De acuerdo con un segundo aspecto de la divulgación, se proporciona un procedimiento para controlar un proceso de laminación de acero, donde el procedimiento comprende:
- realizar mediciones in situ del tamaño de grano de un objeto de acero durante el proceso de laminación de acero mediante el uso del procedimiento de acuerdo con uno cualquiera de los modos de realización del primer aspecto, y
- controlar el proceso de laminación del acero en base al tamaño de grano estimado.
Las ventajas y efectos proporcionados por el segundo aspecto son en gran parte análogos a las ventajas y efectos proporcionados por el procedimiento de acuerdo con los modos de realización del primer aspecto. También se observará que todos los modos de realización del segundo aspecto son aplicables a y combinables con todos los modos de realización del primer aspecto y viceversa.
Se ha observado que se puede proporcionar un control mejorado del proceso de laminación del acero utilizando el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto divulgado en el presente documento. Más en particular, el tamaño de grano del acero medido durante el proceso de laminación del acero puede utilizarse como información de retroalimentación y/o como información predictiva para controlar el proceso de manera más eficiente y/o para mejorar la calidad del acero de manera que se logre un tamaño de grano promedio deseado. El proceso de laminación del acero es preferentemente un proceso de laminación en caliente. El tamaño de grano estimado se puede utilizar, por ejemplo, para controlar la temperatura del acero, la presión ejercida sobre el acero por los rodillos del tren de laminación de acero, la velocidad del proceso de laminación, etc. Además, el tamaño de grano del acero medido durante el proceso de laminación del acero se puede utilizar como complemento o como alternativa al uso de temperatura como parámetro de control del proceso. Además, el tamaño de grano estimado se puede utilizar, por ejemplo, para controlar la distribución de deformación en el proceso de laminación del acero.
De acuerdo con su tercer aspecto, el objetivo se logra mediante una disposición para medir el tamaño de grano de un objeto metálico, que comprende:
- un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) que comprende un láser de generación, un láser de detección y un detector, y
- una unidad de control configurada para realizar las etapas del procedimiento de acuerdo con uno cualquiera de los modos de realización del primer aspecto.
Las ventajas y efectos proporcionados por el tercer aspecto son en gran parte análogos a las ventajas y efectos proporcionados por el procedimiento de acuerdo con los modos de realización del primer y segundo aspectos. También se observará que todos los modos de realización del tercer aspecto son aplicables a y combinables con todos los modos de realización del primer y segundo aspectos y viceversa.
Opcionalmente, los haces de láser del láser de generación y del láser de detección pueden dirigirse hacia la misma ubicación en la superficie del objeto, y/o una dirección del haz de láser del láser de generación y una dirección del haz de láser del láser de detección pueden estar desalineadas angularmente entre sí.
Opcionalmente, el láser de generación y el láser de detección pueden configurarse para proporcionar diferentes longitudes de onda de haz de láser.
De acuerdo con su cuarto aspecto, el objetivo se logra mediante un tren de laminación de acero que comprende la disposición de acuerdo con uno cualquiera de los modos de realización del tercer aspecto de la invención. El tren de laminación de acero es preferentemente un tren de laminación de acero en caliente.
Las ventajas y efectos proporcionados por el cuarto aspecto son en gran parte análogos a las ventajas y efectos proporcionados por el procedimiento de acuerdo con los modos de realización del primer y segundo aspectos. También se observará que todos los modos de realización del cuarto aspecto son aplicables a y combinables con todos los modos de realización del primer, segundo y tercer aspectos y viceversa.
De acuerdo con su quinto aspecto, el objetivo se logra mediante un programa informático que comprende medios de código de programa para realizar las etapas de cualquiera de los modos de realización del primer y segundo aspectos de la invención, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador. De acuerdo con su sexto aspecto, el objetivo se logra mediante un medio legible por ordenador que lleva un programa informático que comprende medios de código de programa para realizar las etapas de cualquiera de los modos de realización del primer y segundo aspectos de la invención, cuando dicho producto de programa se ejecuta en un ordenador.
Las ventajas y efectos proporcionados por el cuarto y quinto aspectos son en gran parte análogos a las ventajas y efectos proporcionados por los procedimientos de acuerdo con los modos de realización del primer y segundo aspectos. También se observará que todos los modos de realización de los quinto y sexto aspectos son aplicables y combinables con todos los modos de realización de los primero, segundo, tercero y cuarto aspectos y viceversa.
Breve descripción de los dibujos
Con referencia a los dibujos adjuntos, a continuación sigue una descripción más detallada de modos de realización de la divulgación citados como ejemplos.
En los dibujos:
La Fig. 1 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con un modo de realización de ejemplo del primer aspecto de la invención;
La Fig. 2 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con un modo de realización de ejemplo del segundo aspecto de la divulgación;
La Fig. 3 muestra un gráfico de una amplitud medida de atenuación ultrasónica en el dominio de tiempo de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente invención;
La Fig. 4 muestra un gráfico de una amplitud espectral en el dominio de frecuencia de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente invención;
La Fig. 5 muestra un gráfico de una atenuación de amplitud espectral calculada de acuerdo con un modo de realización de ejemplo del primer aspecto de la invención;
La Fig. 6 muestra un gráfico de un parámetro b calculado de acuerdo con un modo de realización de ejemplo del primer aspecto de la invención;
La Fig. 7 muestra curvas de calibración calculadas obtenidas a partir de mediciones utilizando el procedimiento de acuerdo con el primer aspecto de la invención;
La Fig. 8 muestra un modo de realización de ejemplo de un tren de laminación de acero y una disposición de acuerdo con un modo de realización de ejemplo del tercer aspecto de la invención; y
La Fig. 9 muestra un modo de realización de ejemplo de una disposición con un equipo de medición LUS de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente invención.
Los dibujos muestran modos de realización esquemáticos ilustrativos de la presente divulgación y, por tanto, no están necesariamente dibujados a escala. Se entenderá que los modos de realización mostrados y descritos son ilustrativos y que la invención no se limita a estos modos de realización. También se observará que algunos detalles de los dibujos pueden exagerarse para describir e ilustrar mejor el modo de realización particular. Caracteres de referencia similares se refieren a elementos similares a lo largo de la descripción, a menos que se indique lo contrario.
Descripción detallada de modos de realización preferentes
En la Fig. 1 se muestra un diagrama de flujo de un procedimiento para estimar una propiedad de material de un objeto 2 por medio de un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) 200 tal como el mostrado en la Fig. 9. El equipo LUS 200 comprende un láser de generación 210, un láser de detección 220 y un detector 230 (véase la Fig. 9). El procedimiento comprende las siguientes etapas:
- S1: proporcionar un pulso de láser sobre una superficie del objeto 2 mediante el láser de generación 210 de modo que se genere un pulso ultrasónico en el objeto 2 y de manera que se genere inmediatamente una vibración ultrasónica en la superficie,
- S2: medir al menos un primer eco ultrasónico subsiguiente del objeto 2 mediante el uso del láser de detección 220 y el detector 230, eco ultrasónico que es un eco del pulso ultrasónico generado en el objeto 2,
- S3: medir la vibración ultrasónica que se genera inmediatamente en la superficie, mediante el uso del láser de detección 220 y el detector 230, y
- S5: estimar la propiedad de material mediante el uso de un parámetro de atenuación ultrasónica basado en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido, por lo que la propiedad de material se estima utilizando la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie como referencia al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido.
Preferentemente, el procedimiento comprende además una etapa S4 de proporcionar un modelo para convertir la señal desde el dominio de tiempo a un dominio de frecuencia. Esta etapa es opcional, como se indica mediante el recuadro S4 con líneas discontinuas en la Fig. 1. La señal se puede convertir mediante el uso de un modelo de transformada de Fourier.
En la Fig. 2 se muestra un diagrama de flujo de un procedimiento para controlar un proceso de laminación de acero de acuerdo con un modo de realización de ejemplo del segundo aspecto. El procedimiento comprende las siguientes etapas:
- S10: realizar mediciones in situ del tamaño de grano de un objeto de acero 2 durante el proceso de laminación de acero mediante el uso del procedimiento de acuerdo con uno cualquiera de los modos de realización de acuerdo con el primer aspecto de la invención, y
- S20: controlar el proceso de laminación del acero en base al tamaño de grano estimado.
Con respecto a especialmente las Figs. 3-7 se describirán un ejemplo y modos de realización de la presente invención de acuerdo con el primer aspecto de la invención.
En primer lugar, la atenuación ultrasónica total tiene tres factores contribuyentes y puede expresarse como:
Figure imgf000007_0001
Donde a_absorción es la absorción de material debido a la fricción interna, a-difracción es la atenuación debido a la difracción y a_dispersión es la atenuación de señal debido a la dispersión. Además, f es la frecuencia, D es el tamaño de grano promedio del objeto, T es la temperatura de objeto. Por tanto, de acuerdo con un modo de realización de ejemplo, la temperatura T del objeto también se mide in situ durante el proceso de laminación del acero. Por ejemplo, la temperatura se mide, en general, en varias posiciones diferentes en un tren de laminación de acero, y estas mediciones pueden utilizarse para la presente invención. Como alternativa, la temperatura T del objeto puede ser aproximada y/o estar predefinida.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de una medición realizada mediante el uso de un detector 230 de un equipo de medición LUS 200 después de que se haya proporcionado un pulso de láser sobre una superficie de un objeto de acero 2. El eje vertical define la amplitud y el eje horizontal es el tiempo en ps. La señal medida se somete a un filtrado de paso banda utilizando un filtro Butterworth digital de cuarto orden con compensación de desfase y límites de 3 dB entre 3 y 100 MHz. El primer GE de variación de amplitud relativamente grande que se produce inmediatamente cuando se proporciona el pulso de láser sobre la superficie es la vibración ultrasónica que se genera inmediatamente en la superficie, es decir, en el evento de generación. Posteriormente, el detector 230 observa un primer eco ultrasónico E1, seguido de ecos más pequeños, E2-E3. Las observaciones del evento de generación GE y de los ecos subsiguientes pueden convertirse entonces desde el dominio de tiempo a un dominio de frecuencia, por ejemplo mediante el uso de un modelo de transformada de Fourier como se menciona anteriormente. El contenido espectral se muestra en la Fig. 4, que comprende los ecos E1-E3 y el evento de generación GE. Los valores "+" se eligen para la atenuación espectral y los valores pueden ser, preferentemente, 25 veces superiores, aproximadamente, a un umbral mínimo de ruido NF (mostrado por la línea discontinua/de puntos), como se muestra en la Fig. 4. Los valores "x" se eligen como el 75 % del valor máximo de amplitud espectral.
Un ejemplo de una atenuación espectral calculada utilizando el evento de generación medido como referencia se muestra en la Fig. 5. El cálculo puede realizarse, por ejemplo, mediante la siguiente fórmula:
Figure imgf000008_0001
donde Age y An es el contenido espectral de las mediciones del evento de generación GE y uno de los ecos E1-E3, respectivamente. Además, Ad es la distancia recorrida desde el evento de generación GE hasta el número de eco n. Preferentemente, se utiliza el contenido espectral A e1 del primer eco E1, que muestra la mayor variación de amplitud en el dominio de tiempo.
La atenuación ultrasónica debida a la dispersión de los límites de grano depende de la longitud de onda del sonido ultrasónico y del tamaño de los granos. Una expresión general se puede escribir como:
Figure imgf000008_0002
donde n depende del régimen de dispersión (Rayleigh n = 4, estocástico n = 2), y r(7) representa la anisotropía dependiente de la temperatura y la longitud de onda aparente debida a la velocidad dependiente de la temperatura. En el intervalo de longitud de onda considerado aquí, n~3, da como resultado la expresión:
Figure imgf000008_0003
El polinomio de tercer orden anterior puede entonces adaptarse a la parte espectralmente relevante de aGE-n, es decir, entre el valor "x" y el valor "+" de la Fig. 4, donde el límite de frecuencia inferior, "x", puede ajustarse a una región con difracción despreciable, utilizando el procedimiento de mínimos cuadrados y se muestra como la línea discontinua en la Fig. 5. El parámetro b ajustado puede trazarse en relación con el tamaño de grano metalográfico (que puede hallarse por extinción de la muestra y microscopía) y se puede realizar un ajuste de curva de calibración que se correlacione con la atenuación espectral medida con respecto al tamaño de grano. Siguiendo la convención en las fórmulas como se menciona anteriormente, la correlación entre el tamaño de grano promedio metalográfico Di y el parámetro b se puede escribir como
y 1000*1 = r(T)6D„
donde 5 es un parámetro de material que depende de la anisotropía del material. Un valor de ó más alto implica que el desajuste de impedancia acústica entre dos granos vecinos es grande y, por tanto, la parte dispersa de la energía es mayor.
En la Fig. 6 se muestra un ejemplo de parámetros b calculados utilizando el evento de generación como referencia de acuerdo con el primer aspecto de la invención. En este ejemplo, los aceros estaban a una temperatura ambiente de 25 ° C. A partir de los parámetros b calculados utilizando un evento de generación registrado previamente de una acería en la que la temperatura del acero era de 900 ° C, se realizó una estimación del tamaño de grano. Más en particular, en la Fig. 7 se muestra un ejemplo de la curva de calibración calculada con el parámetro b, que se traza en relación con el tamaño de grano.
En el ejemplo mostrado, siete muestras de acero inoxidable (SAE 304) se caracterizaron con LUS de acuerdo con la invención, y muestras idénticas se examinaron destructivamente cortándolas por la mitad y formando imágenes de los límites de grano de la sección transversal con microscopio óptico de luz (LOM) y microscopio de difracción de retrodispersión de electrones (EBSD). Los tamaños de grano se tomaron como el promedio de la longitud de intersección lineal media en la dirección transversal y en la dirección de propagación del ultrasonido. El ajuste lineal se ponderó mediante la distribución tanto en la estimación del tamaño de grano como en el cálculo del parámetro b.
La Fig. 8 muestra un tren de laminación de acero en caliente 1 que comprende una disposición 100 que tiene un equipo de medición LUS 200 de acuerdo con el tercer aspecto de la invención. El tren de laminación de acero en caliente puede ser, por ejemplo, un tren de bandas en caliente. Desde el lado izquierdo de la figura, las planchas de acero 2 se calientan en un horno de planchas 21 a una temperatura de laminación específica, por ejemplo, hasta aproximadamente 1250 ° C. En una etapa siguiente, la plancha de acero 2 se introduce en un desbastador 3, donde el espesor de la plancha de acero se reduce, por ejemplo de aproximadamente 200 mm a 30 mm, y aumenta su longitud, convirtiéndose en un listón de transferencia de acero. A continuación se enrolla el listón de transferencia de acero 2.
A continuación, el listón de transferencia de acero 2 entra en el tren de laminación en caliente 1 donde, en primer lugar, se puede limpiar en un equipo de limpieza 4 para eliminar la cascarilla de laminación. En una etapa subsiguiente, el listón de transferencia de acero 2 se lamina mediante uno o más pares de rodillos 5 ubicados de manera opuesta. En el ejemplo mostrado hay seis pares de rodillos. El par de rodillos 5 reduce el grosor del listón de transferencia de acero, por ejemplo, de 18 a 16 mm. La velocidad de laminación al final del tren de laminación en caliente 1 puede ser de hasta 15 m/s. A continuación, la banda de acero delgada 2 se enfría en un equipo ROT (mesa de salida) de sección de enfriamiento 6 y se enrolla y/o se corta en una longitud específica.
El proceso de laminación en caliente puede controlarse estimando el tamaño de grano promedio de la placa de acero 2 durante el proceso de laminación en caliente. Por ejemplo, un equipo de medición LUS 200 que está conectado a una unidad de control 300 que comprende un programa informático que realiza las etapas de un modo de realización del primer aspecto de la invención puede colocarse antes y/o después del par de rodillos 5, como se indica en la Fig. 8, y/o entre dos pares de rodillos adyacentes. El control puede ser un control de retroalimentación y/o predictivo. Como se indicó anteriormente, la velocidad, la presión de los rodillos, la temperatura, etc. pueden controlarse para lograr un tamaño de grano deseado de la banda de acero acabada.
La Fig. 9 muestra una vista esquemática de una disposición 100 para medir una propiedad de material de un objeto de acero 2 en un proceso de laminación de acero, que comprende:
- un equipo de medición LUS 200 que comprende un láser de generación 210, un láser de detección 220 y un detector 230, y
- una unidad de control 300 configurada para realizar las etapas del procedimiento de acuerdo con uno cualquiera de los modos de realización del primer aspecto de la invención.
Para realizar el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de los modos de realización de la presente invención, la unidad de control 300 puede incluir un microprocesador, un microcontrolador, un procesador de señales digitales programable u otro dispositivo programable. La unidad de control puede incluir además, o en cambio, un circuito integrado específico de la aplicación, una matriz de puertas programables o lógica de matriz programable, un dispositivo de lógica programable o un procesador de señales digitales. Cuando la unidad de control incluye un dispositivo programable tal como el microprocesador, el microcontrolador o el procesador de señales digitales programable mencionado anteriormente, el procesador puede incluir además un código ejecutable por ordenador que controla el funcionamiento del dispositivo programable.
El equipo de medición LUS 200 puede comprender además uno o más espejos fijos y/o móviles 240, lentes 250 y una pantalla protectora con embudo 260, donde todos o la mayoría de los componentes se proporcionan en una carcasa 270. La dirección sobre la superficie de la banda de acero 2 del haz de láser del láser de generación 210 y del láser de detección 220 puede ser no coaxial, como se muestra en la Fig. 9. Los haces de láser se emiten además a través de una abertura 280 de una pared 290.
Debe entenderse que la presente divulgación no se limita a los modos de realización descritos anteriormente e ilustrados en los dibujos; en cambio, los expertos en la técnica reconocerán que se pueden realizar muchos cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para estimar el tamaño de grano de un objeto metálico (2) mediante un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) (200) que comprende un láser de generación (210), un láser de detección (220) y un detector (230), comprendiendo el procedimiento:
- proporcionar (S1) un pulso de láser sobre una superficie del objeto mediante el láser de generación de modo que se genere un pulso ultrasónico en el objeto y de manera que se genere inmediatamente una vibración ultrasónica en la superficie,
- medir (S2) al menos un primer eco ultrasónico subsiguiente del objeto mediante el uso del láser de detección y el detector, eco ultrasónico que es un eco del pulso ultrasónico generado en el objeto, caracterizado por que el procedimiento comprende además:
- medir (S3) la vibración ultrasónica que se genera inmediatamente en la superficie, mediante el uso del láser de detección y el detector, y
- estimar (S5) el tamaño de grano mediante el uso de un parámetro de atenuación ultrasónica basado en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido, por lo que el tamaño de grano se estima utilizando la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie como referencia al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido, por lo que la referencia se proporciona comparando una amplitud espectral basada en el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido con una amplitud espectral basada en la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el objeto tiene una temperatura de 600 °C o más cuando el pulso de láser se proporciona sobre la superficie del objeto.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la temperatura es de 800-1200 °C, tal como de 850-950 °C, cuando el pulso de láser se proporciona sobre la superficie del objeto.
4. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie y el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido dan como resultado una señal que tiene una variación de amplitud en un dominio de tiempo, donde el procedimiento comprende además proporcionar (S4) un modelo para convertir la señal desde el dominio de tiempo a un dominio de frecuencia, y donde el tamaño de grano del objeto se estima en base a valores de la señal convertida que están en un intervalo de frecuencia de 3 a 200 MHz, preferentemente 3-100 MHz, tal como 3-40 MHz.
5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la vibración ultrasónica medida que se genera inmediatamente en la superficie y el al menos primer eco ultrasónico subsiguiente medido dan como resultado una señal que tiene una variación de amplitud en un dominio de tiempo, donde el procedimiento comprende además proporcionar un modelo para convertir la señal desde el dominio de tiempo a un dominio de frecuencia, y donde el tamaño de grano del objeto se estima en base a valores del intervalo de frecuencia de la señal convertida que están por encima de un valor umbral de amplitud espectral, valor umbral de amplitud espectral que define un umbral mínimo de ruido del equipo de medición (LUS), umbral mínimo de ruido debajo del cual la señal convertida no se puede distinguir del ruido.
6. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los haces de láser del láser de generación y del láser de detección se dirigen hacia la misma ubicación en la superficie del objeto.
7. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una dirección del haz de láser del láser de generación y una dirección del haz de láser del láser de detección están desalineadas angularmente entre sí.
8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el láser de generación y el láser de detección están configurados para proporcionar diferentes longitudes de onda de haz de láser.
9. Una disposición (100) para medir el tamaño de grano de un objeto metálico (2), que comprende:
- un equipo de medición láser ultrasónico (LUS) (200) que comprende un láser de generación (210), un láser de detección (220) y un detector (230), y
- una unidad de control (300) configurada para realizar las etapas del procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8.
10. La disposición de acuerdo con la reivindicación 9, en la que haces de láser del láser de generación y del láser de detección son dirigidos hacia la misma ubicación en la superficie del objeto, y/o en la que una dirección del haz de láser del láser de generación y una dirección del haz de láser del láser de detección están desalineadas angularmente entre sí.
11. La disposición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en la que el láser de generación y el láser de detección están configurados para proporcionar diferentes longitudes de onda de haz de láser.
12. Un tren de laminación de acero (1) que comprende la disposición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-11.
13. Un programa informático que comprende medios de código de programa para hacer que la disposición de cualquiera de las reivindicaciones 9-11 realice las etapas de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
14. Un medio legible por ordenador que lleva un programa informático que comprende medios de código de programa para hacer que la disposición de cualquiera de las reivindicaciones 9-11 realice las etapas de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 cuando dicho producto de programa se ejecuta en un ordenador.
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