RU2808618C1 - Устройство для измерения механических свойств, способ измерения механических свойств, оборудование для изготовления материала, способ контроля материала и способ изготовления - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для определения механических свойств производимого материала. Предложены устройство и способ измерения механического свойства материала, оборудование и способ для производства материала, а также способ классификации материалов. Устройство содержит блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала, блок классификации, выполненный с возможностью выбора одной модели из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя по меньшей мере из двух величин из указанной совокупности измеренных физических величин, и блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычислять механическое свойство материала для каждой из ряда расчетных моделей с использованием ряда расчетных моделей, каждая из которых предназначена для расчета механического свойства указанного материала, и по меньшей мере двух величин из совокупности измеренных физических величин. Использование изобретений позволяет повысить точность определения механического свойства производимого материала и повысить его качество. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для измерения механических свойств, способу измерения механических свойств, оборудованию для изготовления материала, способу контроля материала и способу изготовления материала.

Уровень техники

При производстве стального материала, используемого в качестве сырья для трубопроводных труб и т.п., иногда проводят выборочную проверку для проверки механического свойства стального материала. Выборочная проверка - это разрушающий тест, при котором часть, подлежащую проверке, извлекают из стального материала, обрабатывают в механический тестовый образец и подвергают испытанию. В последние годы возникла потребность в том, чтобы вместо выборочных проверок проводить неразрушающее измерение или оценку механического свойства самого изделия из стального материала и гарантировать качество. Таким образом, были предприняты попытки измерить механическое свойство стального материала с помощью различных физических величин, относящихся к механическим свойствам стального материала и измеренных во время или после производства стального материала.

Например, в документе JP 2008-224495 A (PTL 1) описан способ приложения переменного магнитного поля к металлическому материалу и детектирования индуцированного вихревого тока для обнаружения участка высокой твердости, локально присутствующего в металлическом материале.

Например, в документе WO 2019/087460 A1 (PTL 2) описано устройство детектирования, включающее в себя магнитопровод, который имеет первое отверстие, в которое вставляют длинномерный материал с одной стороны в продольном направлении длинного материала, и второе отверстие, в которое вставляют длинномерный материал с другой стороны в продольном направлении длинного материала, и который имеет форму, приблизительно симметричную относительно оси, проходящей через первое отверстие и второе отверстие. Устройство детектирования в PTL 2 может уменьшить мертвые зоны на продольных концах длинномерного материала и точно обнаруживать изменения магнитных свойств.

Например, в документе JP H9-113488 А (PTL 3) описан способ оценки толщины материала покрытия исследуемого объекта по интенсивности вихревого тока, индуцируемого в объекте, и определения степени деградации объекта на основе информации об уменьшении толщины материала покрытия.

Список источников

Патентная литература

PTL 1: JP 2008-224495 A

PTL 2: WO 2019/087460 A1

PTL 3: JP H9-113488 A

Сущность изобретения

Техническая задача

В случае измерения значений электромагнитных характеристик поверхностного слоя стального материала с помощью датчика для измерения механических свойств, при использовании обычных методов точный расчет затруднен, поскольку соотношение между значениями электромагнитных характеристик и механическим свойством сильно варьируется. Например, стальные материалы, изготовленные с одинаковым механическим свойством, могут отличаться значениями электромагнитных характеристик поверхностного слоя стального материала, измеренных датчиком. Таким образом, имеется потребность в способе, который можно использовать в процессе производства стальных материалов и который позволяет точно измерять механическое свойство неразрушающим образом.

Поэтому было бы полезно предложить устройство измерения механических свойств и способ измерения механических свойств, которые могут точно измерять механическое свойство с помощью физических величин. Также может быть полезно предложить оборудование для производства материала и способ производства материала, которые могут повысить выход материала при производстве за счет обеспечения возможности точного измерения механического свойства с помощью физических величин. Также было бы полезно предложить способ контроля материала, который может обеспечить получение высококачественного материала за счет точного измерения механического свойства с помощью физических величин.

Решение задачи

Мы изучили взаимосвязь между физическими величинами и механическим свойством измеряемого объекта (т.е. объекта, подлежащего измерению), и обнаружили, что на взаимосвязь влияют свойства пленки измеряемого объекта.

Устройство для измерения механических свойств в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; блок классификации, выполненный с возможностью выбирать одну модель из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из указанной совокупности измеренных физических величин; и блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычислять механическое свойство материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин;

Способ измерения механических свойств в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: этап измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; этап классификации, на котором выбирают одну модель из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из указанной совокупности измеренных физических величин; и этап вычисления механических свойств материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин,

Оборудование для производства материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: производственное оборудование, выполненное с возможностью производства материала; и устройство измерения механических свойств, причем устройство измерения механических свойств включает в себя: блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; блок классификации, выполненный с возможностью выбирать одну модель из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из совокупности измеренных физических величин; и блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычислять механическое свойство материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин, и устройство измерения механических свойств выполнено с возможностью измерения механического свойства материала, изготовленного с помощью указанного производственного оборудования.

Способ контроля материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения содержит: этап измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя материал и пленку на поверхности материала; этап классификации, на котором выбирают одну модель из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из совокупности измеренных физических величин; этап вычисления механических свойств материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин; и классифицируют материал на основе вычисленного механического свойства материала.

Способ изготовления материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включает в себя: этап изготовления материала; этап измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя изготовленный материал и пленку на поверхности материала; этап классификации, на котором выбирают одну модель из ряда расчетных моделей, подготовленных для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из совокупности измеренных физических величин; и этап вычисления механических свойств материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин.

Полезные эффекты

Таким образом, можно предложить устройство измерения механических свойств и способ измерения механических свойств, которые могут точно измерять механическое свойство с помощью физических величин. Также возможно предложить оборудование для производства материала и способ производства материала, которые могут повысить выход материала при производстве за счет обеспечения возможности точного измерения механического свойства с помощью физических величин. Также возможно предложить способ контроля материала, который может обеспечить получение высококачественного материала за счет точного измерения механического свойства с помощью физических величин.

Краткое описание чертежей

На сопровождающих чертежах:

на фиг. 1 приведена структурная схема устройства измерения механических свойств в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 приведена структурная схема блока измерения физических величин;

на фиг. 3 приведена схема, иллюстрирующая конкретный пример структуры датчика;

на фиг. 4 приведена схема, иллюстрирующая пример сигнала, подаваемого на катушку возбуждения для генерации переменного магнитного поля;

на фиг. 5 приведена блок-схема, иллюстрирующая процесс сбора обучающих данных;

на фиг. 6 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ измерения механических свойств;

на фиг. 7 приведена диаграмма, сравнивающая расчетные значения механического свойства с фактическими измеренными значениями;

на фиг. 8 приведена структурная схема устройства измерения механических свойств в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 9 приведена структурная схема устройства измерения механических свойств в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 10 приведена схема, иллюстрирующая пример способа изготовления стального материала;

на фиг. 11 приведена диаграмма, показывающая пример отображения результата определения на дисплее;

на фиг. 12 приведена диаграмма, показывающая пример соответствия между одним параметром и одним механическим свойством в случае, когда имеется одна модель;

на фиг. 13 приведена диаграмма, показывающая пример соответствия между одним параметром и одним механическим свойством в случае, когда имеется ряд моделей;

на фиг. 14 приведена диаграмма, объясняющая разделение распределения посредством нескольких параметров в случае, когда имеется ряд моделей; и

на фиг. 15 приведена диаграмма, объясняющая список информации о положении твердых участков.

Подробное описание изобретения

Вариант 1 осуществления

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства 100 измерения механических свойств в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. Измерительное устройство 100 неразрушающим образом измеряет механическое свойство (или механические свойства, то же самое предполагается и далее) материала 1 в измеряемом объекте 101 (см. фиг. 2) с помощью совокупности физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Механическое свойство здесь является динамическим свойством и, в частности, свойством противостоять внешней силе, такой как растяжение, сжатие или сдвиг. Примеры механического свойства включают в себя прочность, например, напряжение при растяжении, предел текучести и напряжение при сжатии, твердость, например, твердость по Виккерсу и твердость по Леебу, и хрупкость. Физические величины являются реально измеримыми величинами. Примеры физических величин включают в себя значения температуры, массы и значения электромагнитных характеристик.

Хотя в этом варианте осуществления описан пример, в котором материал 1 представляет собой стальной материал, материал 1 не ограничивается только стальным материалом. Хотя в этом варианте осуществления описан пример, в котором механическим свойством является твердость, механическое свойство не ограничивается только твердостью. Хотя в этом варианте осуществления описан пример, в котором физические величины являются значениями электромагнитных характеристик, включающих величину искажения формы колебательного сигнала тока, амплитуду колебательного сигнала тока, амплитуду гармоники, магнитную проницаемость и коэрцитивную силу, физические величины не ограничиваются только значениями электромагнитных характеристик. Общеизвестно, что значения электромагнитных характеристик, таких как магнитная проницаемость и коэрцитивная сила, коррелируют с механическим свойством металла. Следовательно, предпочтительно измерять или оценивать механическое свойство с использованием значений электромагнитных характеристик. Предпочтительным способом измерения значений электромагнитных характеристик является, например, вихретоковое исследование или микромагнитный многопараметрический анализ микроструктуры и напряжений (3МА). В частности, предпочтительно использовать сигнал переменного тока (переменный ток или переменное напряжение), полученный путем наложения двух или нескольких частот, в качестве сигнала, применяемого для генерации переменного магнитного поля, поскольку можно получить больше значений электромагнитных характеристик. Более предпочтительно установить одну из частот равной 200 Гц или меньше, поскольку даже в случае, когда на поверхности материала 1 образована пленка 2 (см. фиг. 2), переменное магнитное поле в достаточной степени проникает к поверхности материала 1, и механическое свойство может быть измерено или оценено более точно. Описанный выше способ измерения особенно предпочтителен в случае измерения значений электромагнитных характеристик поверхностного слоя материала 1.

Структура устройства для измерения механических свойств

Как показано на фиг. 1, измерительное устройство 100 включает в себя блок 5 измерения физических величин, блок 8 управления, запоминающее устройство 10 и дисплей 11. Блок 8 управления включает в себя блок 81 классификации, блок 82 вычисления механических свойств и блок 83 управления измерением физических величин. Запоминающее устройство 10 включает в себя ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n для вычисления механического свойства материала 1, где n - целое число, равное 2 или более. Детали каждого компонента в измерительном устройстве 100 будут описаны позже.

На фиг. 2 приведена структурная схема блока 5 измерения физических величин. Блок 5 измерения физических величин включает в себя датчик 3 и сканирующий блок 6. Датчик 3 измеряет физические величины измеряемого объекта 101. Измеряемый объект 101 включает в себя материал 1 и пленку 2, образованную на поверхности материала 1. Детали каждого компонента в блоке 5 измерения физических величин будут описаны позже.

Например, в случае, когда материал 1 представляет собой стальной материал, на поверхности стального материала во время производства стального материала образуется пленка оксида железа, называемая окалиной или заводской окалиной. Существуют различные типы пленок оксида железа, и широко известны магнетит (оксид железа Fe₃O₄), вюстит (оксид железа FeO) и гематит (красный гематит, Fe₂O₃). Эти окалины различаются не только по составу кислорода и железа, но и по электромагнитным свойствам (т.е. электромагнитным характеристикам). Например, магнетит является магнитным, но вюстит является немагнитным. Для измерения механического свойства материала 1 (в частности, поверхностного слоя), который представляет собой стальной материал, физические величины измеряют с поверхности. То есть в настоящем изобретении физические величины измеряют с использованием в качестве измеряемого объекта 101 материала 1, который представляет собой стальной материал, и пленки 2, которая представляет собой окалину.

Соответственно, пленка 2, представляющая собой окалину, влияет на измерение материала 1, который представляет собой стальной материал. Тип и состав окалины варьируются в зависимости от состояния стального материала в процессе производства. Кроме того, стальной материал может обладать магнитной анизотропией в зависимости от микроструктуры стального материала. Таким образом, электромагнитные характеристики измеряемых объектов 101 различаются. Поэтому для измеряемого объекта 101, включающего в себя стальной материал и окалину, очень трудно измерить или оценить механическое свойство стального материала, такое как твердость, просто связав механическое свойство со значениями электромагнитных характеристик измеряемого объекта 101. В частности, в случае измерения механического свойства поверхностного слоя материала 1, электромагнитные характеристики окалины в виде пленки 2 оказывают большее влияние. Это затрудняет для измеряемого объекта 101, включающего в себя стальной материал и окалину, измерение или оценку механического свойства поверхностного слоя стального материала, такого как твердость, просто связав механическое свойство со значениями электромагнитных характеристик измеряемого объекта 101.

То же самое относится к случаям, когда материал 1 отличается от стального материала, а пленка 2 отличается от окалины. В частности, в случае, когда пленка 2 имеет характеристики, отличные от материала 1, в отношении совокупности физических величин, подлежащих измерению, для измеряемого объекта 101, включающего в себя материал 1 и пленку 2 на его поверхности, очень трудно измерить или оценить механическое свойство материала 1 путем простого сопоставления механического свойства с совокупностью физических величин измеряемого объекта 101. Более того, в случае измерения механического свойства поверхностного слоя материала 1 для измеряемого объекта 101, включающего в себя материал 1 и пленку 2 на его поверхности, сложнее измерить или оценить механическое свойство поверхностного слоя материала 1 путем простого сопоставления механического свойства с совокупностью физических величин измеряемого объекта 101.

Сложность измерения или оценки механического свойства материала 1 путем простого сопоставления механического свойства с совокупностью физических величин измеряемого объекта 101 будет описана ниже со ссылкой на фиг. 12-14. На фиг. 12 приведена диаграмма, показывающая пример соответствия между одним параметром и одним механическим свойством в случае, когда имеется одна модель. В случае если может быть построена одна математическая модель (например, модель M1 на фиг. 12), которая взаимнооднозначно связывает любой один параметр A (например, одно значение электромагнитной характеристики) и механическое свойство, эта модель может быть использована для вычисления механического свойства (твердость в примере на фиг. 12-14) из параметра A. Однако, например, в случае, если материал 1 представляет собой стальной материал, в действительности имеются элементы, которые составляют структуру поверхностного слоя, например, распределение микроструктуры стали и окалина (пример пленки 2). Следовательно, корреляция между любым одним параметром А и механическим свойством включает в себя ряд взаимосвязей (модели M1, M2, M3 и M4) в соответствии с комбинацией материала 1 и пленки 2, составляющих структуру поверхностного слоя, как показано на фиг. 13. Например, модели M2 и M3 могут соответствовать случаю, когда окалина толстая, и случаю, когда окалина тонкая, соответственно. Как показано на фиг. 13, существует вероятность того, что вычисляют два разных значения твердости, даже если измеренное значение параметра A является одним и тем же, что приводит к снижению точности расчета твердости. Такого снижения точности расчета твердости можно избежать, выбрав соответствующую модель. Однако, например, в случае, когда имеется ряд моделей, которые выдают аналогичные значения механического свойства для заданного значения одного параметра A (например, в области, включающей в себя верхний правый конец модели M2 и нижний левый конец модели M4 на фиг. 13), существует возможность того, что ряд моделей расценивают как одну модель. Эта проблема может быть решена путем использования совокупности параметров для распознавания каждой модели в отдельности, как показано на фиг.14. В примере на фиг. 14 комбинацию параметров A и B используют для раздельного распознавания модели M1, модели M3 и распределения, объединяющего модели M2 и M4. Кроме того, комбинацию параметров A и C используют для раздельного распознавания модели M2 и модели M4. Хотя это и не показано на чертеже, при использовании дополнительно комбинации параметров B и C можно дополнительно гарантировать, что модели будут распознаны отдельно. Используя таким образом совокупность параметров, можно определить набор данных каждой модели. Затем из определенного ряда моделей может быть выбрана подходящая модель и использована для точного измерения или оценки механического свойства.

Запоминающее устройство 10 хранит различную информацию и программы для приведения в действие измерительного устройства 100. Информация, хранящаяся в запоминающем устройстве 10, может включать в себя ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, подготовленных заранее для расчета механического свойства материала. Программы, сохраненные в запоминающем устройстве 10, включают в себя программу для инициирования работы блока 8 управления в качестве блока 81 классификации, программу для инициирования работы блока 8 управления в качестве блока 82 вычисления механических свойств и программу для инициирования действия блока 8 управления в качестве блока 83 управления измерением физических величин. Запоминающее устройство 10 включает в себя, например, полупроводниковую память или магнитную память. Запоминающее устройство 10 может хранить предварительно подготовленную информацию о диапазоне или границе каждой из ниже описанных групп G₁, G₂,…, G_n.

Дисплей 11 отображает пользователю различную информацию, включая механическое свойство материала 1. В этом варианте осуществления дисплей 11 включает в себя дисплей, способный воспроизводить текст, изображения и т.д., и сенсорный экран, способный детектировать контакт с пальцем пользователя или тому подобное. Дисплей может быть устройством отображения, таким как жидкокристаллический дисплей (LCD) или органический электролюминесцентный дисплей (OELD). Принцип работы сенсорного экрана может быть любым, например, емкостный, резистивный, с использованием поверхностной акустической волны, инфракрасный, с использованием электромагнитной индукции или детектирование нагрузки. В качестве альтернативы, дисплей 11 может быть дисплеем без сенсорного экрана.

Блок 8 управления управляет общей работой измерительного устройства 100. Блок 8 управления включает в себя один или несколько процессоров. Процессоры могут включать в себя процессор общего назначения, который считывает конкретную программу и выполняет конкретную функцию, и/или специализированный процессор, предназначенный для конкретного процесса. Специализированный процессор может включать в себя специализированную интегральную схему (ASIC). Каждый процессор может включать в себя программируемое логическое устройство (PLD). PLD может включать в себя программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA). Блок 8 управления может включать в себя по меньшей мере одно из следующего: система в пакете (SiP) и система на кристалле (SoC), в которых один или несколько процессоров взаимодействуют друг с другом. Блок 8 управления функционирует в качестве блока 81 классификации, блока 82 вычисления механических свойств и блока 83 управления измерением физических величин в соответствии с соответствующей программой, считанной из запоминающего устройства 10.

Блок 8 управления может иметь функцию генерации ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n после завершения сбора обучающих данных. Блок 8 управления также устанавливает диапазон или границу каждой из групп G₁, G₂,…, G_n соответственно, соответствующих указанному ряду расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n. Например, в случае, если определено, что измеряемый объект 101 относится к группе G_i и классифицирован соответствующим образом на основе значений электромагнитных характеристик, то используют соответствующую расчетную модель M_i, где i представляет собой целое число от 1 до n. Подробности генерации модели будут описаны позже.

Блок 81 классификации выполняет классификацию на ряде расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n на основе по меньшей мере двух из совокупности физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Более конкретно, блок 81 классификации выбирает одну из ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n на основе по меньшей мере двух из совокупности физических величин измеряемого объекта 101. В качестве примера предположим, что все значения электромагнитных характеристик - величины искажения колебательного сигнала тока, амплитуды колебательного сигнала тока, амплитуды гармоник, магнитной проницаемости и коэрцитивной силы - используют для выбора одной расчетной модели M_i. Сначала блок 81 классификации получает информацию о диапазоне или границе каждой из групп G₁, G₂,…, G_n из запоминающего устройства 10. Затем блок 81 классификации определяет, к какой из групп G₁, G₂,…, G_n относится комбинация значений - величины искажения колебательного сигнала тока, амплитуды колебательного сигнала тока, амплитуды гармоник, магнитной проницаемости и коэрцитивной силы. В случае если определяют, что комбинация значений относится к группе G_i, блок 81 классификации выбирает расчетную модель M_i, соответствующую группе G_i. Выбранную расчетную модель M_i использует блок 82 расчета механических свойств.

Блок 82 вычисления механических свойств вычисляет механическое свойство материала 1 с использованием расчетной модели M_i, выбранной блоком 81 классификации, и по меньшей мере двух из совокупности физических величин. В качестве примера предположим, что совокупность физических величин включает в себя вышеупомянутые значения электромагнитных характеристик, и все из следующих величин: величина искажения колебательного сигнала тока, амплитуда колебательного сигнала тока, амплитуда гармоник, магнитная проницаемость и коэрцитивная сила - используются для вычисления механического свойства материала 1. Блок 82 вычисления механических свойств получает информацию о выбранной расчетной модели M_i из блока 81 классификации. Блок 82 вычисления механических свойств получает расчетную модель M_i из запоминающего устройства 10. Блок 82 вычисления механических свойств вводит значения величины искажения колебательного сигнала сигнала тока, амплитуды колебательного сигнала тока, амплитуды гармоник, магнитной проницаемости и коэрцитивной силы в расчетную модель M_i для вычисления механического свойства материала 1. Блок 82 вычисления механических свойств может выводить вычисленную твердость стального материала на дисплей 11, чтобы представить ее пользователю.

Хотя блок 81 классификации использует все значения электромагнитных характеристик, когда выполняет классификацию на ряде расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, т.е. при выборе расчетной модели M_i, в предыдущем примере может быть использована комбинация двух или более, но не всех значений электромагнитных характеристик. Хотя в предыдущем примере при вычислении механического свойства материала 1 блок 82 вычисления механических свойств использует все значения электромагнитных характеристик, в расчетную модель M_i может быть введено два или более, но не все значения электромагнитных характеристик. Здесь значения электромагнитных характеристик, вводимые в расчетную модель M_i, могут отличаться от значений электромагнитных характеристик, используемых, когда блок 81 классификации выбирает расчетную модель M_i. Например, блок 81 классификации выбирает расчетную модель M_i, используя комбинацию величины искажения колебательного сигнала тока и амплитуды колебательного сигнала тока, а блок 82 вычисления механических свойств вводит амплитуду колебательного сигнала тока, амплитуду гармоник и магнитную проницаемость в расчетную модель M_i и вычисляет механическое свойство материала 1.

Блок 83 управления измерением физических величин управляет работой блока 5 измерения физических величин. Например, блок 83 управления измерением физических величин инициирует работу датчика 3 и измерение значения электромагнитных характеристик.

Структура блока измерения физических величин

Датчик 3 измеряет физические величины измеряемого объекта 101, включающего материал 1 и пленку 2. Хотя в этом варианте осуществления описан пример, в котором датчик 3 является магнитным датчиком, датчик 3 не ограничен магнитным датчиком. Датчик 3 может состоять из одного или нескольких датчиков. Результаты измерений датчика 3 указывают на физические величины, связанные с влиянием пленки 2, то есть физические величины в состоянии, в которое включен не только материал 1, но и пленка 2. С другой стороны, механическое свойство, рассчитанное блоком 82 вычисления механических свойств, относится к материалу 1 без пленки 2.

На фиг. 3 приведена схема, иллюстрирующая конкретный пример структуры датчика 3. Датчик 3 является, например, магнитным датчиком и может включать в себя катушку 31 возбуждения и намагничивающее ярмо 32. Датчик 3 прикладывает переменное магнитное поле к измеряемому объекту 101 при перемещении относительно измеряемого объекта 101. В датчике, показанном на фиг. 3, одну катушку используют в качестве катушки возбуждения и в качестве измерительной катушки для измерения электромагнитных изменений. Датчик 3 измеряет влияние вихревого тока или подобного, индуцируемого в измеряемом объекте 101 переменным магнитным полем, в виде изменения значений электромагнитных характеристик. В качестве другого примера датчик, который измеряет значения электромагнитных характеристик, может иметь конструкцию, в которой катушка возбуждения намотана на намагничивающее ярмо, а катушка для приема сигнала намотана отдельно от катушки возбуждения. В качестве другого примера датчик, который измеряет значения электромагнитных характеристик, может иметь конструкцию, в которой катушка возбуждения намотана на намагничивающее ярмо, а катушка для измерения электромагнитных изменений размещена независимо между намагничивающими ярмами. Датчик, который измеряет значения электромагнитных характеристик, не ограничен конструкцией, показанной на фиг.3, при условии, что он включает в себя катушку возбуждения, катушку для измерения электромагнитных изменений и намагничивающее ярмо.

В качестве физических величин стального материала, подлежащего измерению, можно использовать значения электромагнитных характеристик поверхностного слоя. Известно, что в стальном материале изменения кривой магнитного гистерезиса и шум Баркхаузена коррелируют с механическим свойством материала, таким как прочность на растяжение и твердость. Следовательно, предпочтительно измерять значения электромагнитных характеристик поверхностного слоя с помощью магнитного датчика, показанного на фиг.3. Кривую магнитного гистерезиса также называют B-H кривой, и она представляет собой кривую, показывающую взаимосвязь между напряженностью магнитного поля и плотностью магнитного потока (магнитной индукцией). Более того, на основе явления (скин-эффекта), заключающегося в том, что, когда переменный ток протекает через проводник, плотность тока высока на поверхности проводника и уменьшается с удалением от поверхности, с помощью магнитного датчика могут быть выборочно измерены значения электромагнитных характеристик только поверхностного слоя измеряемого объекта. При скин-эффекте, когда частота переменного тока выше, ток больше концентрируется на поверхности. Предполагая, что глубина проникновения - это глубина, на которой ток составляет примерно 0,37 от поверхностного тока вследствие скин-эффекта, соотношение задается следующей формулой (1). В формуле (1) d - глубина проникновения [м], f - частота [Гц], (- магнитная проницаемость [Н/м], (- электропроводность [С/м], а (- круговая постоянная.

$$d=\sqrt{\frac{1}{\pi \times f\times \mu \times \sigma }}$$ формула (1).

В соответствии с формулой (1), глубина проникновения меньше, если частота выше. Другими словами, глубина проникновения становится больше, когда частота ниже. Следовательно, глубину проникновения можно регулировать, регулируя частоту в соответствии с диапазоном глубины поверхностного слоя, подлежащим измерению или оценке. Например, для измерения или оценки механических свойств примерно до 0,25 мм поверхностного слоя частоту задают таким образом, чтобы глубина проникновения составляла около 0,25 мм. Предпочтительно, чтобы 3/4 глубины проникновения было больше, чем 0,25 мм по отношению к глубине поверхностного слоя, с учетом ослабления.

На фиг.4 показан пример сигнала, подаваемого на катушку 31 возбуждения для создания переменного магнитного поля. Сигнал на фиг.4 представляет собой сигнал, полученный путем наложения высокочастотного сигнала на низкочастотный сигнал. Используя такой сигнал, датчик 3 может эффективно измерять значения электромагнитных характеристик на основе низкочастотного сигнала и значения электромагнитных характеристик на основе высокочастотного сигнала. Низкочастотный сигнал представляет собой, например, синусоидальную волну частотой 150 Гц. Высокочастотный сигнал представляет собой, например, синусоидальную волну частотой 1 кГц. Путем наложения высокочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, даже в случае, когда на материале 1 сформирована пленка 2, значения электромагнитных характеристик могут быть легко измерены для поверхностного слоя материала 1. Например, в случае, когда пленка 2 тонкая, если относительная магнитная проницаемость пленки 2 (т.е. отношение магнитной проницаемости материала к магнитной проницаемости вакуума) низкая, то магнетизм легко проникает. В случае если магнетизм проникает легко, значения электромагнитных характеристик могут быть измерены с использованием только соответствующего высокочастотного сигнала. Например, в случае, когда пленка 2 является толстой, если относительная магнитная проницаемость вещества, образующего пленку 2, высока, то магнетизм не проникает легко, и сигнал с трудом достигает материала 1. В случае если магнетизм проникает нелегко, наложение высокочастотного сигнала на низкочастотный сигнал позволяет магнетизму проникать глубже. Здесь низкочастотный сигнал может быть сигналом постоянного тока. В качестве альтернативы, низкочастотный сигнал может представлять собой синусообразный сигнал или прямоугольный сигнал.

Сканирующий блок 6 перемещает датчик 3 относительно измеряемого объекта 101. Сканирующий блок 6 может перемещать датчик 3 к месту оценки, указанному блоком 83 управления измерением физических величин. Сканирующий блок 6 может получать информацию о скорости перемещения материала 1 и настраивать датчик 3 для перемещения с соответствующей относительной скоростью.

Сбор обучающих данных и генерация модели

Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления вычисляет механическое свойство материала 1 на основе физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Например, измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину. Например, физические величины включают в себя значения электромагнитных характеристик. Например, механическим свойством материала 1 является твердость стального материала. При вычислении механического свойства материала 1 используют одну из ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n. Чтобы точно вычислитель механическое свойство, важно выбрать подходящую расчетную модель M_i на основе корректности ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n и физических величин. Измерительное устройство 100 собирает обучающие данные, генерирует ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n и устанавливает диапазон для каждой из групп G₁, G₂,…, G_n следующим образом.

На фиг.5 приведен блок-схема, иллюстрирующая процесс сбора обучающих данных. Блок 8 управления задает положение в измеряемом объекте 101, в котором должны быть измерены физические величины, т.е. место оценки (этап S1).

Блок 8 управления инициирует блок 5 измерения физических величин для измерения физических величин в заданном месте оценки (этап S2). В обучающих данных физические величины измеряемого объекта 101 являются объясняющими переменными.

Блок 8 управления выполняет предварительную обработку (этап S3). Предварительная обработка заключается, например, в удалении пленки 2 с измеряемого объекта 101, чтобы обеспечить измерение механического свойства в месте оценки. Например, в случае, если измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину на своей поверхности, окалина может быть удалена путем травления, шлифования или тому подобного. Предварительная обработка может включать в себя разрезание измеряемого объекта 101 в месте оценки для получения поперечного сечения материала 1.

Блок 8 управления измеряет механическое свойство в месте оценки (этап S4). Обучающие данные включают в себя механическое свойство в качестве целевой переменной. Механическим свойством может быть, например, твердость поперечного сечения стального материала в месте оценки. В качестве механического свойства, например, может быть использовано значение, полученное путем преобразования твердости по Леебу поверхности стального материала, измеренной устройством для измерения упругой твердости, в твердость поперечного сечения с использованием формулы преобразования, полученной из прошлых испытаний. Для более точного преобразования может быть использовано значение, полученное путем нормализации преобразованного значения по отношению к толщине стального материала. То есть может быть выполнен процесс преобразования в значение при эталонной толщине стального материала. Эталонная толщина стального материала составляет, например, 28 мм. В случае если вышеупомянутая предварительная обработка включает в себя разрезание измеряемого объекта 101 в месте оценки, механическим свойством может быть твердость по Виккерсу, полученная путем непосредственного измерения поверхности среза. Блок 8 управления получает измеренное механическое свойство. Блок 8 управления сохраняет метку данных, такую как контрольный номер и место оценки материала 1, объясняющие переменные и целевую переменную, в запоминающем устройстве 10 в сочетании друг с другом в виде одного элемента обучающих данных.

В случае, если блок 8 управления определяет, что не были собраны обучающие данные, достаточные для генерации модели, (этап S5: Нет), то блок 8 управления возвращается к процессу на этапе S1 и собирает дополнительные обучающие данные.

В случае, если блок 8 управления определяет, что были собраны обучающие данные, достаточные для генерации модели, и сбор завершен (этап S5: Да), то блок управления 8 переходит на этап S6 процесса.

Набор обучающих данных, сохраненный в запоминающем устройстве 10 блоком 8 управления, т.е. набор из нескольких элементов обучающих данных, может включать в себя целевые переменные, полученные с помощью различных способов. В предыдущем примере набор обучающих данных может включать в себя целевые переменные, полученные по меньшей мере двумя способами из числа твердости по Виккерсу, полученной путем непосредственного измерения поверхности среза, значения, полученного путем преобразования твердости по Леебу поверхности стального материала в твердость поперечного сечения, и значения полученного путем нормализации преобразованного значения по отношению к толщине стального материала. Например, твердость по Виккерсу является точной, но измерение твердости по Виккерсу требует времени, поскольку стальной материал подвергают резке. За счет учета сочетания целевых переменных, полученных с помощью различных способов измерения, может быть сформирован точный набор обучающих данных в течение реалистичного времени.

Блок 8 управления разделяет обучающие данные, входящие в набор обучающих данных, на группы G₁, G₂,…, G_n с помощью машинного обучения. При группировании может быть выполнено машинное обучение на основе значений электромагнитных характеристик и других параметров. Соответствующее разделение с помощью машинного обучения может быть выполнено после предварительного задания групп (исходных групп) на основе части значений электромагнитных характеристик и других параметров. Другие параметры могут включать в себя, например, по меньшей мере одно из следующего: состав пленки 2 и микроструктура материала 1. В качестве способа разделения на группы G₁, G₂,…, G_n могут быть использованы логистическая регрессия, машины опорных векторов, алгоритм k-ближайших соседей, случайные деревья или тому подобное. Из них наиболее предпочтительно классифицировать обучающие данные по группам G₁, G₂,…, G_n с помощью машины опорных векторов, поскольку граница может быть установлена таким образом, чтобы максимизировать зазор для набора обучающих данных каждой группы.

Блок 8 управления сохраняет информацию о диапазоне или границе каждой из групп G₁, G₂,…, G_n, определенных вышеуказанным способом, в запоминающем устройстве 10. В частности, в случае, если материал 1 представляет собой стальной материал, на механическое свойство влияют свойства окалины в виде пленки 2. Поэтому предпочтительно выполнять группировку с помощью машинного обучения на основе состава пленки 2. Для более точного вычисления механического свойства предпочтительно выполнять машинное обучение на основе микроструктуры материала 1 с учетом влияния магнитной анизотропии стального материала.

Блок 8 управления генерирует расчетные модели M₁, M₂,…, M_n соответственно для групп G₁, G₂,…, G_n (этап S6). Например, блок 8 управления генерирует расчетную модель M_i на основе обучающих данных, классифицированных в группу G_i. Расчетная модель M_i может быть подготовлена в виде линейной регрессионной модели или нелинейной регрессионной модели, которая связывает объясняющие переменные и целевую переменную обучающих данных. В качестве модели линейной регрессии может быть использована обобщенная линейная модель, обобщенная линейная смешанная модель или тому подобное. Может быть использована нейронная сеть, использующая глубокое обучение. Модель линейной регрессии является более точной, чем модель нелинейной регрессии в случае экстраполяции. Поэтому наиболее предпочтительно использовать модель линейной регрессии. Предпочтительно группировку выполняют с помощью машинного обучения на основе свойства по меньшей мере материала 1 и/или пленки 2 для генерации ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n в соответствии со свойством по меньшей мере материала 1 и/или пленки 2, как упомянуто выше. Блок 8 управления сохраняет сформированный ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n в запоминающем устройстве 10 и завершает серию процессов.

Способ измерения механических свойств

Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления вычисляет механическое свойство материала 1 на основе физических величин измеряемого объекта 101, измеренных блоком 5 измерения физических величин. Например, измеряемый объект 101 представляет собой стальной материал, имеющий окалину. Например, материал 1 представляет собой стальной материал. Например, пленка 2 на поверхности материала 1 представляет собой окалину. Например, физические величины включают в себя значения электромагнитных характеристик. Например, механическим свойством материала 1 является твердость стального материала. Например, датчик 3 представляет собой магнитный датчик, показанный на фиг. 2 и фиг. 3. При вычислении механического свойства материала 1 используют одну из ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n. Чтобы точно вычислитель механическое свойство, важно выбрать подходящую расчетную модель M_i на основе корректности ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n и физических величин. Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления вычисляет механическое свойство материала 1 следующим образом. На фиг.6 приведена блок-схема, иллюстрирующая способ измерения механических свойств. Заблаговременно, перед измерением измеряемого объекта 101, было подготовлено и сохранено в запоминающем устройстве 10 в измерительном устройстве 100 ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n для измерения механического свойства.

Блок 8 управления инициирует блок 5 измерения физических величин для измерения физических величин измеряемого объекта 101 (этап измерения, этап S11). Для измерения механического свойства материала 1 (в частности, поверхностного слоя) физические величины измеряют с поверхности материала 1, на которой сформирована пленка 2. То есть, в этом способе измерения физические величины измеряют с использованием в качестве измеряемого объекта 101 материала 1, который представляет собой стальной материал, и пленки 2, которая представляет собой окалину. То же самое относится к случаям, когда материал 1 отличается от стального материала, а пленка 2 отличается от окалины. В частности, датчик 3 в блоке 5 измерения физических величин расположен на поверхности пленки 2. Результаты измерений датчика 3 указывают на физические величины, связанные с влиянием пленки 2, то есть физические величины в состоянии, в которое включен не только материал 1, но и пленка 2. Сканирующий блок 6 перемещает датчик 3 относительно измеряемого объекта 101. В результате датчик 3 прикладывает переменное магнитное поле к месту оценки в измеряемом объекте 101, указанному блоком 83 управления измерением физических величин. Датчик 3 измеряет влияние вихревого тока или подобного, индуцируемого в измеряемом объекте 101 переменным магнитным полем, в виде изменения значений электромагнитных характеристик. Блок 5 измерения физических величин выдает измеренные значения электромагнитных характеристик в блок 8 управления в виде совокупности физических величин.

Блок 8 управления выполняет классификацию на ряде расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, подготовленных заранее для вычисления механического свойства материала, на основе по меньшей мере двух из совокупности физических величин измеряемого объекта 101. Подробнее, блок 8 управления выбирает одну из ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n на основе по меньшей мере двух из совокупности физических величин (этап классификации, этап S12). В частности, на основе информации о диапазоне или границе каждой из групп G₁, G₂,…, G_n, предварительно подготовленной и сохраненной в запоминающем устройстве 10, блок 8 управления определяет группу G_i, к которой относится комбинация значений по меньшей мере двух физических величин. Блок 8 управления выбирает расчетную модель M_i, соответствующую определенной группе G_i. В качестве способа разделения на группы G₁, G₂,…, G_n могут быть использованы логистическая регрессия, машины опорных векторов, алгоритм k-ближайших соседей, случайные деревья или тому подобное, как упомянуто выше. Из них наиболее предпочтительно классифицировать обучающие данные по группам G₁, G₂,…, G_n с помощью машины опорных векторов, поскольку граница может быть установлена таким образом, чтобы максимизировать зазор для набора обучающих данных каждой группы. В случае сохранения диапазона каждой из групп G₁, G₂,…, G_n в запоминающем устройстве 10 в устройстве 100 измерения механических свойств предварительно подготавливают и сохраняют диапазон каждой из групп G₁, G₂,…, G_n перед измерением измеряемого объекта 101.

Блок 8 управления вычисляет механическое свойство материала 1 на основе выбранной расчетной модели M_i (этап расчета, этап S13). Каждая из расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n может быть подготовлена в виде модели линейной регрессии или модели нелинейной регрессии, которая связывает по меньшей мере две физические величины измеряемого объекта 101 в качестве объясняющих переменных и механическое свойство материал 1 в качестве целевой переменной. В качестве модели линейной регрессии может быть использована обобщенная линейная модель, обобщенная линейная смешанная модель или тому подобное. Может быть использована нейронная сеть, использующая глубокое обучение. Модель линейной регрессии является более точной, чем модель нелинейной регрессии в случае экстраполяции. Поэтому наиболее предпочтительно использовать модель линейной регрессии. Предпочтительно группировку выполняют с помощью машинного обучения на основе свойства по меньшей мере материала 1 и/или пленки 2 для генерации ряда расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n в соответствии со свойством по меньшей мере материала 1 и/или пленки 2, как упомянуто выше. Блок 8 управления вычисляет механическое свойство материала 1, используя выбранную расчетную модель M_i и по меньшей мере две физические величины, необходимые в качестве входных данных.

Механическим свойством материала 1 может быть, например, твердость поперечного сечения стального материала в месте оценки. В качестве механического свойства, например, может быть использовано значение, полученное путем преобразования твердости по Леебу поверхности стального материала, измеренной устройством для измерения упругой твердости, в твердость поперечного сечения с использованием формулы преобразования, полученной из прошлых испытаний. Для более точного преобразования может быть использовано значение, полученное путем нормализации преобразованного значения по отношению к толщине стального материала. То есть может быть выполнен процесс преобразования в значение при эталонной толщине стального материала. Эталонная толщина стального материала составляет, например, 28 мм. В случае если вышеупомянутая предварительная обработка включает в себя разрезание измеряемого объекта 101 в месте оценки, механическим свойством может быть твердость по Виккерсу, полученная путем непосредственного измерения поверхности среза.

Блок 8 управления выводит рассчитанное механическое свойство материала 1 на дисплей 11 (этап вывода, этап S14) и завершает серию процессов. Пользователь воспринимает механическое свойство материала 1, отображаемое дисплеем 11. Пользователь может, например, провести контроль материала 1 или выдать инструкцию по изменению производственных параметров для материала 1 на основе отображаемого механического свойства материала 1.

Как описано выше, с помощью устройства 100 измерения механических свойств и способа измерения механических свойств, выполняемого измерительным устройством 100 в соответствии с этим вариантом осуществления, механическое свойство может быть точно измерено с использованием физических величин. В частности, в случае, когда пленка 2 имеет характеристики, отличные от материала 1, в отношении совокупности физических величин, подлежащих измерению, блок 81 классификации или на этапе классификации (этап S12) может выбрать более подходящую расчетную модель, так что вышеупомянутые эффекты могут быть еще более усилены. Более того, в случае измерения механического свойства поверхностного слоя материала 1 блок 81 классификации или на этапе классификации (этап S12) может быть сформирована и выбрана более подходящая расчетная модель, так что вышеупомянутые эффекты могут быть дополнительно усилены. Вышеуказанные эффекты могут быть в равной степени достигнуты в описанных ниже вариантах 2 и 3 осуществления.

Примеры

Эффекты в соответствии с настоящим изобретением будут подробно описаны ниже в виде примеров, хотя настоящее раскрытие не ограничено этими примерами.

Пример 1

В примере 1 измерительное устройство 100 представляет собой устройство, которое измеряет твердость поверхностного слоя стального материала. В этом примере материал 1 представляет собой стальной материал. Пленка 2 представляет собой окалину, образованную на поверхности стального материала. Датчик 3 представляет собой электромагнитный датчик. Физические величины измеряемого объекта 101 представляют собой значения электромагнитных характеристик стального материала, имеющего окалину. Механическое свойство, подлежащее измерению в этом примере, представляет собой твердость поперечного сечения стального материала на глубине 0,25 мм.

Стальной материал был изготовлен путем выполнения черновой прокатки непрерывно литого сляба и последующей закалки путем непрерывного охлаждения. Для сбора обучающих данных была измерена твердость поперечного сечения на глубине 0,25 мм для стального материала, изготовленного с помощью этого производственного процесса.

В этом примере в устройстве 100 измерения были установлены электромагнитные датчики, способные измерять значения электромагнитных характеристик, и были измерены значения электромагнитных характеристик поверхностного слоя стального материала, имеющего окалину на поверхности. В качестве сканирующего устройства 6 использовали тележку, приводимую в движение человеческой силой. Восемь электромагнитных датчиков были расположены бок о бок в тележке. Восемь электромагнитных датчиков сканировали всю поверхность стального материала.

Напряжение, полученное наложением синусоидальной волны с частотой 1 кГц или более на синусоидальную волну с частотой 150 Гц или менее, подавали на каждый электромагнитный датчик. Несколько типов значений электромагнитных характеристик были извлечены из колебательных сигналов тока, наблюдаемых электромагнитными датчиками. В этом примере в качестве значений электромагнитных характеристик было извлечено 20 значений характеристик, таких как величина искажения, амплитуда и изменение фазы колебательного сигнала тока, амплитуда и изменение фазы гармоники, максимальное значение, минимальное значение и среднее значение дифференциальной магнитной проницаемости и коэрцитивная сила. Здесь частота применяемой синусоидальной волны была ограничена 150 Гц или менее, чтобы переменное магнитное поле, возбуждаемое каждым электромагнитным датчиком, проникало на глубину около 300 μм от поверхности стального материала. Дифференциальная магнитная проницаемость представляет собой намагничиваемость в состоянии, в котором приложено магнитное поле, и выражается она посредством градиента частной петли гистерезиса, который указывает взаимосвязь между магнитной индукцией и магнитным полем.

После сбора обучающих данных было сформировано три группы G₁, G₂ и G₃ на основе взаимосвязи между составом окалины, микроструктурой стального материала, значениями электромагнитных характеристик и твердостью в поперечном сечении. Для машинного обучения при группировке использовали машину опорных векторов. Для трех групп G₁, G₂ и G₃ был сформирован ряд расчетных моделей M₁, M₂ и M₃ с помощью машинного обучения с использованием обобщенной модели линейной регрессии.

Для вычисления твердости поверхностного слоя стального материала измерительное устройство 100 измеряло значения электромагнитных характеристик с помощью блока 5 измерения физических величин. Блок 8 управления определил группу, к которой принадлежат измеренные значения электромагнитных характеристик, и выбрал одну из расчетных моделей M₁, M₂ и M₃ для вычисления твердости по значениям электромагнитных характеристик. Затем блок 8 управления рассчитал твердость, используя выбранную расчетную модель M₁, M₂ или M₃.

На фиг.7 представлена диаграмма, сравнивающая значения твердости, рассчитанные в этом примере, и фактические измеренные значения, полученные устройством измерения твердости. Фактическая твердость поверхностного слоя на горизонтальной оси – это фактическое измеренное значение, которое представляет собой твердость, полученную путем вырезания испытуемого образца и измерения его с помощью устройства измерения упругой твердости. Прогнозируемая твердость по вертикальной оси - это твердость, рассчитанная с использованием групп G₁, G₂ и G₃ и выбранной расчетной модели M₁, M₂ или M₃. Здесь твердость H₀ и твердость H₁ представляют собой соответственно нижний предел и верхний предел измеряемой твердости. Как показано на фиг. 7, прогнозируемая твердость примерно соответствовала фактической твердости поверхностного слоя, и измерение удалось выполнить со стандартным отклонением около 9 единиц твердости по Виккерсу. Это указывает на то, что твердость, рассчитанная вышеуказанным способом, имеет примерно тот же уровень точности, что и испытание на твердость.

Пример 2

Пример 2 представляет собой пример, в котором способ измерения механического свойства, выполняемый измерительным устройством 100, использовали для проверки твердости поверхностного слоя в способе изготовления стальных пластин. На фиг.10 показан конкретный пример способа изготовления. Способ изготовления стальных пластин 43, показанный на фиг.10, включает в себя этап S41 черновой прокатки, этап S42 чистовой прокатки, этап S43 охлаждения, этап S45 измерения твердости поверхностного слоя, этап S46 повторного измерения твердости поверхностного слоя и этап S47 удаления. Как вариант, способ также может включать в себя этап S44 размагничивания. В случае добавления этапа S44 размагничивания, этап S43 охлаждения, этап S44 размагничивания и этап S45 измерения твердости поверхностного слоя выполняют в этом порядке.

На этапе S41 черновой прокатки, например, сляб 41 подвергают черновой горячей прокатке при температуре 1000°C или более. На следующем этапе S42 чистовой прокатки сляб 41 подвергают чистовой горячей прокатке при температуре 850°C или более для получения стальной пластины 42. На следующем этапе S43 охлаждения стальную пластину 42 охлаждают.На этапе S43 охлаждения, например, стальную пластину охлаждают от температуры 800°C или более до температуры около 450°C.

На этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя измеряют механическое свойство поверхностного слоя для всей поверхности стальной пластины 42 после охлаждения, используя метод измерения, выполняемый измерительным устройством 100. По результатам измерения каждую часть, твердость которой превышает заданную твердость поверхностного слоя, считают твердым участком. На фиг.11 приведен пример отображения результата определения на дисплее 11. На фиг.11 каждый твердый участок, где твердость поверхностного слоя превышает пороговое значение, нанесен на двумерное отображение определенным цветом (темно-серым) в соответствии с местом измерения. В качестве примера пороговое значение устанавливают равным 230 HV. На фиг.11 определено несколько твердых участков, расположенных вблизи правого конца. Такую стальную пластину 42, определяемая как имеющая твердые участки, отправляют на этап S46 повторного измерения.

В случае, если стальную пластину поднимают с использованием магнитной силы, например, магнитного крана, в детали, к которой притягивается магнитная часть крана, остается магнитное поле. При измерении значений электромагнитных характеристик для измерения механического свойства, если имеется остаточное магнитное поле по меньшей мере в поверхностном слое, то точность измерения или оценки механического свойства может снизиться. Соответственно, в случае если имеет место процесс, который вызывает генерацию остаточного магнитного поля, предпочтительно добавить этап S44 размагничивания непосредственно перед этапом S45 измерения твердости поверхностного слоя и устранить остаточное магнитное поле на этапе S44 размагничивания. На этапе S44 размагничивания размагничивающее устройство выполняет размагничивание с использованием способа ослабления с увеличением дальности, так что остаточное магнитное поле в поверхностном слое будет составлять 0,5 мТл или менее.

На этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя для частей, определенных как твердые участки, выводят двумерную карту и список информации о положении обнаруженных твердых участков. Двумерную карта и список информации о положении твердых участков передают в систему управления качеством в производственном процессе, и к ним можно обращаться в каждом процессе. В качестве информации о положении твердых участков каждый обнаруженный твердый участок помечают, и ему совместно присваивают идентификатор как тому же дефекту, как показано на фиг.15. Для каждого идентификатора может быть выведена максимальная твердость (H_max на чертеже), средняя твердость (H_ave), положение в направлении L, соответствующее максимальной твердости (X_max), и положение в направлении C, соответствующее максимальной твердости (Y_max), и т.д. В качестве двумерной карты может быть выведена карта результатов определения, указывающая определенные твердые участки, как показано на фиг.11, карта распределения твердости, указывающая твердость в цвете в диапазоне измерения стальной пластины, и карта модели, указывающая, какая модель используется. Как правило, используют только карту результатов определения. Однако в случае, когда требуется подробное распределение твердости, например, при сравнении с производственными условиями на этапе S43 охлаждения, можно обращаться по меньшей мере к одной из следующих карт: карта распределения твердости и карта модели.

На этапе S46 повторного измерения повторно измеряют твердость поверхностного слоя каждого твердого участка, обнаруженного на этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя. Здесь механическое свойство поверхностного слоя повторно измеряют только для твердого участка и его окрестностей, используя способ измерения, выполняемый измерительным устройством 100. В случае если снова определено, что повторно измеренная твердость поверхностного слоя твердого участка превышает вышеуказанный порог, то считают, что деталь обладает локально твердым участком, и стальную пластину 42 направляют на этап S47 удаления.

На этапе S47 удаления часть, определенную на этапе S46 повторного измерения как твердый участок, удаляют. В частности, часть, определенную как твердый участок, удаляют путем шлифования с использованием известного средства шлифования, такого как шлифовальная машина. После этапа S47 удаления изготовление стальной пластины 43 из стальной пластины 42 завершают, и стальную пластину 43 отправляют на другие этапы (этап отгрузки заказчику, этап изготовления стальной трубы или трубки и т.д.). Желательно для части стальной пластины 42, отшлифованной на этапе S47 удаления, измерить толщину стальной пластины 42 в месте шлифования с использованием известного или существующего толщиномера и определить, находится ли она в пределах допуска на размеры, предварительно заданного при производстве стальной пластины. Кроме того, желательно после удаления твердого участка еще раз измерить твердость поверхностного слоя для твердого участка с использованием известного контактного твердомера. По этому результату измерения определяют, является ли твердость поверхностного слоя меньше или равной заданной твердости поверхностного слоя. Если твердость поверхностного слоя меньше или равна заданной твердости поверхностного слоя, то изготовление стальной пластины 43 из стальной пластины 42 завершают.

В случае, если этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя определили отсутствие твердого участка, или в случае, если определили, что часть не является твердым участком на этапе S46 повторного измерения, изготовление стальной пластины 43 из стальной пластины 42 завершают без выполнения этапа S47 удаления, и стальную пластину 43 отправляют на другой этап (этап отгрузки заказчику, этап изготовления стальной трубы или трубки и т.д.).

Способ изготовления стальной пластины в этом примере также может включать в себя этап S48 отжига (не показан) и т.п.после этапа S43 охлаждения и перед этапом S45 измерения твердости поверхностного слоя. В частности, в случае, если твердость поверхностного слоя (более конкретно, твердость по Виккерсу, измеренная по верхней поверхности, с которой была удалена оксидная окалина, в соответствии со стандартным способом испытаний ASTM A 956/A 956MA для определения твердости стальных изделий по Леебу) изготавливаемой стальной пластины 43 составляет 230 единиц твердости по Виккерсу или больше, и сталь относится к типу, который имеет тенденцию к деформации в стальной пластине 43, желательно выполнить этап S48 отжига после этапа S43 охлаждения и перед этапом S45 измерения твердости поверхностного слоя. Этап S48 отжига может способствовать размягчению микроструктуры путем отпуска. Поскольку размягчение микроструктуры приводит к уменьшению количества твердых участков, можно ожидать уменьшения областей удаления.

На этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя твердость измеряют с верхней поверхности, с которой была удалена оксидная окалина в соответствии со стандартным способом испытаний ASTM A 956/A 956MA для определения твердости стальных изделий по методу Лееба, как упоминалось выше. Здесь, при измерении упругой твердости, толщина измеряемого объекта влияет на измеряемое значение. Следовательно, значение твердости по Виккерсу в поперечном сечении на глубине 0,25 мм и значение твердости поверхностного слоя, полученное с помощью измерителя упругой твердости, изучают для каждой толщины и предварительно составляют соответствующую формулу. Значение твердости, определенное как твердый участок, может быть скорректировано на основе предварительно составленной соответствующей формулы с учетом влияния толщины по отношению к твердости поперечного сечения на глубине 0,25 мм. Хотя в этом примере эталонная глубина составляет 0,25 мм, эталонная глубина не ограничена этим значением.

Хотя в качестве способа удаления твердого участка в поверхностном слое стальной пластины 42, определенного на этапе S45 измерения твердости поверхностного слоя, в этом примере используют известное шлифовальное средство, способ удаления не ограничен этим. В равной степени может быть использован любой известный способ (например, термическая обработка), который может удалить твердый участок, помимо шлифования.

В случае, когда способ измерения механических свойств, выполняемый измерительным устройством 100, используют в способе изготовления стальной пластины 43, как в этом примере, может быть получена стальная пластина 43, которая является материалом 1 высокого качества, поскольку механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин. Более конкретно, из стальной пластины 42 может быть изготовлена стальная пластина 43 без твердых участков.

Вариант 2 осуществления изобретения

На фиг.8 приведена структурная схема устройства 100 измерения механических свойств в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения. В варианте 1 осуществления изобретения ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n сохраняют в запоминающем устройстве 10, включенном в измерительное устройство 100. В этом варианте осуществления изобретения ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n сохраняют в базе 12 данных вне измерительного устройства 100. Устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения включает в себя блок 7 связи. Блок 8 управления может обратиться к базе 12 данных посредством блока 7 связи. В этом варианте осуществления изобретения блок 8 управления сохраняет полученный ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n в базе 12 данных с использованием блока 7 связи. Блок 8 управления также получает выбранную расчетную модель M_i из базы 12 данных с использованием блока 7 связи. Другие конструкции измерительного устройства 100 такие же, как и в варианте 1 осуществления изобретения.

С помощью устройства 100 измерения механических свойств, производственного оборудования для материала 1, включающего в себя измерительное устройство 100, способа измерения механических свойств, выполняемого измерительным устройством 100, и способа контроля и способа изготовления материала 1 с использованием способа измерения в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, как в варианте 1 осуществления изобретения. Более того, поскольку ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n хранятся в базе 12 данных вне измерительного устройства 100, можно работать с рядом расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, превышающими емкость внутреннего запоминающего устройства 10.

Способ связи посредством блока 7 связи может представлять собой стандарт беспроводной связи малой дальности, стандарт беспроводной связи с подключением к сети мобильной телефонной связи, или стандарт проводной связи. Примерами стандарта беспроводной связи ближнего действия являются Wi-Fi((Wi-Fi является зарегистрированным товарным знаком в Японии, других странах или в и там, и там), Bluetooth((Bluetooth является зарегистрированным товарным знаком в Японии, других странах или и там, и там), инфракрасная связь и связь ближнего поля (NFC). Примеры стандарта беспроводной связи с подключением к сети мобильной связи, включают в себя Long Term Evolution (LTE) и систему мобильной связи после 4G. Примеры способа связи, используемого для связи между блоком 7 связи и блоком 5 измерения физических величин, включают в себя стандарты связи, такие как маломощную региональную (LPWA) и маломощную региональную сеть (LPWAN).

Вариант 3 осуществления

На фиг.9 приведена структурная схема устройства 100 измерения механических свойств в соответствии с вариантом 3 осуществления настоящего изобретения. В варианте 1 осуществления изобретения ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n сохраняют в запоминающем устройстве 10, включенным в измерительное устройство 100. Более того, в варианте 1 осуществления изобретения ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n являются моделями, соответствующими измеряемому объекту 101 одного типа. В этом варианте осуществления измерительное устройство 100 получает информацию 15 о типе с использованием блока 7 связи. Информация 15 о типе представляет собой информацию, указывающую тип материала 1. В этом варианте осуществления измерительное устройство 100 может поддерживать m различных типов, где m является целым числом, равным 2 или более. Если тип отличается, то, например, микроструктура и условия производства материала 1 отличаются. Соответственно, для каждого типа материала 1 готовят различный набор из ряда расчетных моделей M_j1, M_j2,…, M_jn, где j – целое число от 1 до m. Кроме того, группу G_ji задают в соответствии с расчетной моделью M_ji, как упоминалось выше. Таким образом, информацию о диапазоне или границе любого одного набора групп G_j1, G_j2,…, G_jn для материала 1 подготавливают в виде одной модели C_j классификации. Модель C_j классификации может быть, например, подготовлена для каждого типа в случае, если материал 1 представляет собой стальной материал.

Ряд моделей C₁, C₂,…, C_m классификации хранят в первой базе 13 данных вне измерительного устройства 100. Ряд расчетных моделей M₁₁, M₁₂,…, M_1n,…, M_m1, M_m2,…, M_mn хранят во второй 14 базе данных вне измерительного устройства 100. Блок 8 управления может получить доступ к первой базе 13 данных и второй базе 14 данных с использованием блока 7 связи. В этом варианте осуществления изобретения блок 8 управления сохраняет сформированный ряд моделей C₁, C₂,…, C_m классификации в первой базе 13 данных с использованием блока 7 связи. Блок 8 управления сохраняет сформированный ряд расчетных моделей M₁₁, M₁₂,…, M_1n,…, M_m1, M_m2,…, M_mn во второй базе 14 данных с использованием блока 7 связи. Блок 8 управления также получает информацию 15 о типе посредством блока 7 связи. Блок 8 управления получает модель C_j классификации, соответствующую типу материала 1, указанному информацией 15 о типе, из первой базы 13 данных посредством блока 7 связи. Блок 8 управления также получает выбранную расчетную модель M_ji из второй базы 14 данных с использованием блока 7 связи. Другие конструкции измерительного устройства 100 такие же, как и в варианте 2 осуществления.

С помощью устройства 100 измерения механических свойств, производственного оборудования для материала 1, включающего в себя измерительное устройство 100, способа измерения механических свойств, выполняемого измерительным устройством 100, и способа контроля и способа изготовления материала 1 с использованием способа измерения в соответствии с этим вариантом осуществления, механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, как в варианте 1 осуществления. Более того, поскольку ряд моделей C₁, C₂,…, C_m классификации и ряд расчетных моделей M₁₁, M₁₂,…, M_1n,…, M_m1, M_m2,…, M_mn хранятся соответственно в первой базе 13 данных и второй базе 14 данных вне измерительного устройства 100, то можно работать с моделями, превышающими емкость внутреннего запоминающего устройства 10. Кроме того, измерительное устройство 100 может поддерживать несколько типов материала 1 и, таким образом, обладает большей универсальностью при измерении механического свойства.

Хотя раскрытые в этом документе способы были описаны посредством чертежей и вариантов осуществления, специалистами в данной области могут быть легко внесены различные изменения и модификации на основе настоящего изобретения. Таким образом, такие изменения и модификации включены в объем настоящего изобретения. Например, функции, включенные в средства, этапы и т.д., могут быть переставлены без логической несогласованности, и несколько средств, этапов и т.д. могут быть объединены в одно средство, этап и т.д., и средство, этап и т.д. могут быть разделены на несколько средств, этапов и т.д.

Конструкции измерительного устройства 100 и блока 5 измерения физических величин, описанные в предыдущих вариантах осуществления, являются примерами, и необязательно, чтобы присутствовали все компоненты. Например, измерительное устройство 100 может не включать в себя дисплей 11. Измерительное устройство 100 и блок 5 измерения физических величин могут включать в себя другие компоненты. Например, может иметься физическое расстояние между блоком 5 измерения физических величин и блоком 8 управления и запоминающим устройством 10. В этом случае блок 5 измерения физических величин и блок 8 управления в измерительном устройстве 100 электрически соединены проводным способом или без проводов. Для соединения может быть использована известная технология.

Например, раскрытые в этом документе способы могут быть реализованы в виде программ, включающих в себя процессы для достижения функций измерительного устройства 100 или носителей информации, хранящих такие программы, которые также включены в объем настоящего изобретения.

Например, хотя в предыдущих вариантах осуществления описан случай, когда измерительное устройство 100 в соответствии с настоящим изобретением на фиг. 1 используют для получения набора обучающих данных, настоящее изобретение не ограничено этим. Физические величины измеряемого объекта 101 могут быть получены с использованием другого физического измерительного устройства.

Например, хотя в предыдущих вариантах осуществления описан пример, в котором измерительное устройство 100 генерирует способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n, генерировать способ может другое устройство обработки информации. В таком случае другое устройство обработки информации получает набор обучающих данных и генерирует способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n. Другое устройство обработки информации передает сгенерированный способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n в измерительное устройство 100. То есть способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n, сгенерированный другим устройством, устанавливают в блоке 8 управления в измерительном устройстве 100 и используют как часть измерительного устройства 100.

Например, хотя в предыдущих вариантах осуществления описан пример, в котором измерительное устройство 100 генерирует способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n, генерировать способ может другое устройство обработки информации. В таком случае другое устройство обработки информации получает отдельно подготовленный набор обучающих данных и генерирует способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n. Другое устройство обработки информации передает способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n в измерительное устройство 100. То есть способ различения между группами G₁, G₂,…, G_n, сгенерированный другим устройством, устанавливают в блоке 8 управления в измерительном устройстве 100 и используют как часть измерительного устройства 100.

Например, хотя в предыдущих вариантах описан пример, в котором измерительное устройство 100 генерирует ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, этот ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n может генерировать другое устройство обработки информации. В таком случае другое устройство обработки информации получает набор обучающих данных и генерирует ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n. Другое устройство обработки информации передает сформированный ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n в измерительное устройство 100. То есть ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, сформированный другим устройством, устанавливают в блоке 8 управления в измерительном устройстве 100 и используют как часть измерительного устройства 100.

Например, хотя в предыдущих вариантах описан пример, в котором измерительное устройство 100 генерирует ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, этот ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n может генерировать другое устройство обработки информации. В таком случае другое устройство обработки информации получает отдельно подготовленный набор обучающих данных и генерирует ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n. Другое устройство обработки информации передает сформированный ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n в измерительное устройство 100. То есть ряд расчетных моделей M₁, M₂,…, M_n, сформированный другим устройством, устанавливают в блоке 8 управления в измерительном устройстве 100 и используют как часть измерительного устройства 100.

Например, хотя в предыдущих вариантах описан пример, в котором сканирующий блок 6 перемещает датчик 3, положение датчика 3 может быть фиксированным. В случае, когда положение датчика 3 фиксировано, сканирующий блок 6 может перемещать измеряемый объект 101. Хотя выше описан случай, когда сканирующий блок 6 представляет собой тележку, приводимую в движение силой человека, сканирующий блок 6 может представлять собой тележку, включающую в себя механическое приводное устройство. Для перемещения датчика 3 сканирующим блоком 6 может управлять блок управления, отличный от блока 8 управления в измерительном устройстве 100. В частности, в случае, когда блок 5 измерения физических величин в соответствии с настоящим изобретением установлен в оборудовании для изготовления материала 1, предпочтительно использовать одно или более из следующего: известное сканирующее устройство, новое сканирующее устройство, известный способ сканирования, новый способ сканирования, известное устройство управления, новое устройство управления, известный способ управления и новый способ управления. Блок управления сканирующего блока 6 может взаимодействовать с блоком управления (не показан) в другом производственном оборудовании для обеспечения автоматического сканирования. И наоборот, автоматическое сканирование может допускать блок 8 управления в устройстве 100 измерения механических свойств. В этом случае сканирующий блок 6 может быть электрически соединен с блоком управления сканирующего блока, блоком управления в производственном оборудовании или блоком 8 управления в измерительном устройстве 100 измерения с помощью проводов или беспроводным способом. Для соединения может быть использована известная технология.

Например, в предыдущих вариантах пользователь может ввести определение, основанное на отображаемом механическом свойстве материала 1. Пользователь может вводить, например, определение качества на дисплее 11, прикасаясь к сенсорному экрану пальцем или подобным образом. Блок 8 управления может выполнять, например, управление определением того, следует ли выполнять этап зачистки, в зависимости от результата определения качества от пользователя. В качестве альтернативы, блок 8 управления может определять качество материала 1 на основе установленного порога вместо пользователя, чтобы повысить эффективность на этапе контроля материала 1.

Хотя в вышеупомянутых вариантах описан пример, в котором материал 1 представляет собой стальной материал, физические величины представляют собой значения электромагнитных характеристик, а механическим свойством является твердость, может быть использована любая другая комбинация. Например, эффекты в соответствии с настоящим изобретением могут быть достигнуты даже в том случае, когда физическими величинами являются значения температуры. Например, эффекты в соответствии с настоящим изобретением могут быть достигнуты даже в том случае, когда материал 1 представляет собой металл или соединение. Эффекты могут быть дополнительно усилены в случае, когда пленка 2 на поверхности металла или соединения имеет отличающуюся от металла или соединения характеристику в отношении совокупности физических величин, подлежащих измерению. Примеры металла включают в себя железо, сталь, никель, кобальт, алюминий, титан и сплавы, содержащие один или несколько из них. Примеры соединения включают в себя неорганические соединения, органические соединения и соединения, содержащие одно или несколько из следующего: железо, сталь, никель, кобальт, алюминий и титан. Если материал 1 представляет собой железо, сталь, никель, кобальт, сплав, содержащий одно или несколько из этих веществ, или соединение, содержащее одно или несколько из этих веществ, то эффекты в соответствии с настоящим изобретением могут быть достигнуты более явно в случае использования значений электромагнитных характеристик в качестве совокупности физических величин. В частности, в случае, если материал 1 представляет собой стальной материал, его механическое свойство определяют соотношением легирующих элементов, содержащихся в стальном материале, и способами закалки и отжига. Соответственно, по меньшей мере одна из температур поверхности до и после закалки, а также до и после отжига может быть использована в качестве физической величины, подлежащей измерению.

Примеры применения

Устройство 100 измерения механических свойств, сконфигурированное, как описано выше, и способ измерения механических свойств, выполняемый измерительным устройством 100, подходят для использования, например, в следующих линиях или ситуациях.

Раскрытые в этом документе способы могут быть применены как часть оборудования для контроля, включенного в состав оборудования для производства материала 1. В частности, устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано для измерения поверхности материала 1, изготовленного на известном, новом или существующем производственном оборудовании, вместе с пленкой 2 на поверхности материала 1. Исходя из результата измерения и, например, заданного механического свойства, контрольное оборудование может проверять механическое свойство материала 1. Другими словами, устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим описанием измеряет материал 1, изготовленное с помощью производственного оборудования. Контрольное оборудование, включающее в себя устройство 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением, проверяет материал 1, изготовленный с помощью производственного оборудования, используя предварительно заданное механическое свойство.

Раскрытые в этом документе способы могут быть применены как часть этапа контроля, включенного в состав способа производства материала 1. В частности, материал 1, изготовленное на известном, новом или существующем этапе производства, может быть проверено на этапе контроля в состоянии, в котором на поверхности материала 1 образована пленка 2. Этап проверки включает в себя вышеупомянутый этап измерения, этап классификации и этап вычисления в соответствии с настоящим изобретением, и на этом этапе вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, выступающего в качестве измеряемого объекта 101. В качестве альтернативы, на этапе контроля вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, выступающего в качестве измеряемого объекта 101, с использованием устройства 100 измерения механических свойств в соответствии с настоящим описанием. Более предпочтительно, в случае если механическое свойство материала 1, рассчитанное на этапе вычисления или с использованием измерительного устройства 100, находится за пределами контрольного диапазона, способ изготовления может включать в себя этап изменения условий, на котором изменяют условия производства на этапе изготовления так, чтобы механическое свойство было в пределах контрольного диапазона. Контрольный диапазон здесь может быть стандартным диапазоном механического свойства, статистически полученным с использованием материалов 1, изготовленных в прошлом. Условия производства представляют собой параметры, регулируемые на этапе изготовления материала 1. Примеры условий производства включают в себя температуру нагрева, время нагрева и время охлаждения материала 1.

С помощью оборудования для изготовления материала 1 и способа изготовления материала 1 механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, так что материал 1 может быть изготовлен с высоким выходом. В случае, когда механическое свойство материала 1, полученное с помощью устройства 100 измерения механических свойств или на этапе расчета, является механическим свойством поверхностного слоя материала 1, более подходящая расчетная модель может быть сформирована и выбрана блоком 81 классификации или на этапе классификации (этап S12), так что вышеупомянутые эффекты могут быть дополнительно усилены.

Примером производственного оборудования для материала 1 является следующее:

Оборудование для производства стальных пластин, содержащее:

прокатное оборудование, выполненное с возможностью прокатки сляба с получением стальной пластины;

контрольное оборудование, включающее в себя устройство для измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением, выполненное с возможностью измерения твердости поверхностного слоя стальной пластины с помощью устройства измерения и определения в качестве твердого участка, исходя из измеренной твердости поверхностного слоя стальной пластины, той части в поверхностном слое стальной пластины, которая является более твердой, чем предварительно заданная твердость поверхностного слоя; и

устройство для удаления, выполненное с возможностью удаления определенного твердого участка в поверхностном слое стальной пластины.

Более предпочтительно, опционально производственное оборудование также содержит размагничивающее оборудование, выполненное с возможностью размагничивания поверхностного слоя стальной пластины или всей стальной пластины между прокатным оборудованием и контрольным оборудованием. Таким образом, можно предотвратить снижение точности измерения или оценки механического свойства.

Пример способа изготовления материала 1 заключается в следующем:

Способ изготовления стальной пластины, содержащий следующее:

этап прокатки сляба для получения стальной пластины;

этап проверки, на котором измеряют твердость поверхностного слоя стальной пластины с использованием способа измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением и определяют в качестве твердого участка, исходя из измеренной твердости поверхностного слоя стальной пластины, ту часть в поверхностном слое стальной пластины, которая является более твердой, чем предварительно заданная твердость поверхностного слоя; и

этап удаления, на котором удаляют определенный твердый участок в поверхностном слое стальной пластины.

Более предпочтительно, опционально способ производства также содержит этап размагничивания, на котором размагничивают поверхностный слой стальной пластины или всю стальную пластину между этапом прокатки и этапом контроля. Таким образом, можно предотвратить снижение точности измерения или оценки механического свойства.

В вышеупомянутом способе изготовления стальной пластины этап прокатки выполняют на непрерывном слябе при температуре 850°C или более для получения заданной формы и механических свойств. После этапа прокатки в качестве этапа термической обработки могут быть выполнены закалка и отжиг. Хорошо известно, что значения электромагнитных характеристик, такие как дифференциальная магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и шум Баркхаузена, коррелируют с механическим свойством стального материала. Поэтому предпочтительно измерять значения электромагнитных характеристик в качестве физических величин измеряемого объекта 101 в состоянии, в котором микроструктура стального материала была установлена на этапе термической обработки. Здесь под измеряемым объектом 101 понимают стальную пластину и пленку на поверхности стальной пластины. Примеры пленки на поверхности стальной пластины включают в себя пленки оксида железа, такие как окалина и заводская окалина, органические покрытия, такие как полимерное покрытие, гальванические пленки и покрытия для химической конверсии. Учитывая, что механическое свойство определяется закалкой и отжигом, могут быть дополнительно измерены и использованы в качестве физических величин измеряемого объекта 101 в способе изготовления значения температуры до и после закалки, температуры до и после отжига и т.д.

Раскрытые в этом документе способы могут быть применены к способу контроля материала 1 для проверки и, таким образом, управления материалом 1. В частности, материал 1, имеющий пленку 2 на своей поверхности и подготовленный заранее, проверяют на этапе проверки, и контролируют его на этапе классификации материала 1 на основе результата проверки на этапе проверки. Этап проверки включает в себя вышеупомянутый этап измерения, этап классификации и этап вычисления в соответствии с настоящим изобретением, и на этом этапе вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на поверхности, и предварительно подготовленного в качестве измеряемого объекта 101. В качестве альтернативы, на этапе проверки вычисляют механическое свойство материала 1, имеющего пленку 2 на своей поверхности, выступающего в качестве измеряемого объекта 101, с использованием устройства измерения механических свойств в соответствии с настоящим описанием. На следующем этапе контроля можно контролировать материал 1. На этапе контроля изготовленный материал 1 классифицируют в соответствии с предварительно заданным критерием на основе механического свойства материала 1, полученного на этапе вычисления или с помощью устройства 100 измерения механических свойств, и, таким образом, контролируют его. Например, в случае если материал 1 представляет собой стальной материал, а механическим свойством материала 1 является твердость стального материала, то стальной материал может быть отнесен к классу, соответствующему твердости. При таком способе контроля материала 1 механическое свойство может быть точно измерено с помощью физических величин, так что может быть получен материал 1 высокого качества. В случае, когда механическое свойство материала 1, полученное с помощью устройства 100 измерения механических свойств или на этапе вычисления, является механическим свойством поверхностного слоя материала 1, блок 81 классификации или на этапе классификации (этап S12) может быть сформирована и выбрана более подходящая расчетная модель, так что вышеупомянутые эффекты могут быть дополнительно усилены.

Пример способа контроля материала 1.

Способ изготовления стальной пластины, включающий:

этап проверки, на котором измеряют твердость поверхностного слоя стальной пластины с использованием способа измерения механических свойств в соответствии с настоящим изобретением и определяют в качестве твердого участка, исходя из измеренной твердости поверхностного слоя стальной пластины, ту часть в поверхностном слое стальной пластины, которая является более твердой, чем предварительно заданная твердость поверхностного слоя; и

этап контроля, на котором классифицируют стальную пластину по площади и/или положению определенного твердого участка в поверхностном слое стальной пластины.

Список ссылочных позиций

1 материал

2 пленка

3 датчик

5 блок измерения физических величин

6 сканирующий блок

7 блок связи

8 блок управления

10 запоминающее устройство

11 дисплей

12 база данных

13 первая база данных

14 вторая база данных

15 информация о типе

31 катушка возбуждения

32 намагничивающее ярмо

41 сляб

42 стальная пластина

43 стальная пластина (без твердых участков)

81 блок классификации

82 блок вычисления механических свойств

83 блок управления измерением физических величин

100 измерительное устройство

101 измеряемый объект

Claims (35)

1. Устройство для определения механического свойства материала, содержащее

блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя указанный материал и пленку на поверхности материала,

блок классификации, выполненный с возможностью выбора одной из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из совокупности измеренных физических величин, и

блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычисления механического свойства материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин.

2. Устройство по п. 1, в котором указанная совокупность физических величин представляет собой физические величины, взаимосвязанные с указанным механическим свойством материала.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором указанная совокупность физических величин включает в себя по меньшей мере одну из температуры, массы и параметра электромагнитной характеристики.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, которое предназначено для металлического материала или соединения.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором указанная совокупность физических величин включает в себя величину искажения колебательного сигнала тока, амплитуду колебательного сигнала тока, амплитуду гармоники, магнитную проницаемость и коэрцитивную силу в качестве значений электромагнитных характеристик,

блок классификации выполнен с возможностью выбора одной модели из ряда расчетных моделей на основе по меньшей мере двух значений из указанных значений электромагнитных характеристик, а

блок вычисления механических свойств выполнен с возможностью вычисления механического свойства материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух значений из значений электромагнитных характеристик.

6. Способ определения механического свойства материала, включающий

этап измерения, на котором измеряют совокупность физических величин измеряемого объекта, который включает в себя указанный материал и пленку на поверхности материала,

этап классификации, на котором выбирают одну модель из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из указанной совокупности физических величин, и

этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство материала с использованием расчетной модели, выбранной на этапе классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин.

7. Оборудование для производства материала, содержащее

производственное оборудование, выполненное с возможностью производства материала, и

устройство для определения механического свойства материала,

при этом устройство для определения механического свойства материала содержит

блок измерения физических величин, выполненный с возможностью измерения совокупности физических величин измеряемого объекта, который включает в себя указанный материал и пленку на поверхности материала,

блок классификации, выполненный с возможностью выбора одной модели из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из указанной совокупности измеренных физических величин, и

блок вычисления механических свойств, выполненный с возможностью вычисления механического свойства материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин,

причем указанное устройство для определения механического свойства материала выполнено с возможностью определения механического свойства материала, изготовленного с помощью указанного производственного оборудования.

8. Оборудование по п. 7, в котором указанная совокупность физических величин включает в себя величину искажения колебательного сигнала тока, амплитуду колебательного сигнала тока, амплитуду гармоники, магнитную проницаемость и коэрцитивную силу, в качестве значений электромагнитных характеристик,

блок классификации выполнен с возможностью выбора одной модели из ряда расчетных моделей на основе по меньшей мере двух значений из указанных значений электромагнитных характеристик, и

блок вычисления механических свойств выполнен с возможностью вычислять механическое свойство материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух значений из указанных значений электромагнитных характеристик.

9. Способ классификации материала, включающий

этап измерения, на котором измеряют совокупность физических величин измеряемого объекта, который включает в себя указанный материал и пленку на поверхности материала,

этап классификации, на котором выбирают одну модель из ряда расчетных моделей для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из указанной совокупности измеренных физических величин,

этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство материала с использованием расчетной модели, выбранной блоком классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин, и

этап классификации материала, на котором классифицируют материал на основе вычисленного механического свойства материала.

10. Способ производства материала, включающий

этап изготовления, на котором изготавливают материал,

этап измерения, на котором измеряют совокупность физических величин измеряемого объекта, который включает в себя изготовленный материал и пленку на поверхности материала,

этап классификации, на котором выбирают одну модель из ряда расчетных моделей, подготовленных для вычисления механического свойства материала, исходя из по меньшей мере двух величин из указанной совокупности измеренных физических величин, и

этап вычисления, на котором вычисляют механическое свойство материала с использованием расчетной модели, выбранной на этапе классификации, и указанных по меньшей мере двух величин из совокупности физических величин.