TWI360654B - Apparatus and method for measuring material qualit - Google Patents
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Description
丄J0U034 — 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 '動以==關於一種藉由計測材料内所產生之超音波振 材料的組織材質測量裝置及組織材質測量方 •“其疋’關於一種藉由超音波振動計 料之組織材質者。 』里i屬材 【先前技術】 七在鋼鐵材料之組織材質中’有被稱為機械性質之強度 ^ =性,該等機械性f,—般係藉由拉伸試驗等 =十測。又’該等鋼鐵材料之機械性質由於 f金屬組織有關係,所以亦可藉由掌握結晶粒徑等金屬: ?:算出上述機械性質。但是,在習知上述各二: 等許多的步驟曰:ί 切出、研磨、顯微鏡觀察 〇 纟各步驟中需要許多的勞力及時間。因 =早:來就強烈期望以非破壞方式計測結晶粒握: 近作為以非破壞方式推# & a 取 '進仃、,日日粒徑之計測的方法一, 提案一種使用超音波振動的方法。 有 另外,作為以非破壞方式進 技術’有提案-種使脈衝雷射光:== = 振盡器照射在被測量村料之一側表面,使被測量材::另皮 一㈣位’同時藉由零差(h_dyne)干涉叶等 音波檢測器檢測出上述被測量材料之另-側表面所產= 振動移位者(例如,參照專利文獻1)。另外,第1〇圖係顯 示習知組織材質測量裝置之構成圖,其示意性顯示 319484 5 丄則654 前技術。 曰本專利第3184368號公報 專利文獻1 : 【發明内容】 (發明所欲解決之課題) 象獻1所記載者’並非假想各式各樣的測量對 被測量材料之狀態,而不適於結晶粒徑之 月形。尤其是,在與超音波檢測器相 =另-侧,有氧化皮膜時,會有返回至超音= 題益返回光d,而無法實施充分之結晶粒徑解析的問 3㈣為瞭解決上述課題而研創者,其目的在於提 2 9由去除附著在被測量材料表面之氧化皮膜,即可 確實地實施非破壞下的結晶粒徑之計測的組織材質測 置及組織材質測量方法。 (解決問題之手段) ^本發明之組織材質測量裝置係具備:超音4振盪器, 係對滾乾製品之-側表面照射雷射光,以使滾乾製品之另 側表面產生超音波振動;超音波檢測器,係對滾乾製^ 之另-側表面照射雷射光,且接收來自滾軋製品之另一: 表面的反射光’藉此檢測出滾乾製品之另一侧表面所產生 的超音波振動;粒徑算出手段’係根據超音波檢測器之檢 測結果’算出隸製品之結晶粒徑;及表面去除裝置係 在從上述超音波檢測n照射於滾乾製品之另—側表面的雷 射光照射位置,照射雷射光,以去除滾軋製品之另υ表 319484 6 Ι36ϋ654 面的氧化皮膜。 又,本發明之組織材質測量方法係具備以下步驟:在 ••從超音波檢測器照射於滾軋製品之另一側表面的雷射光昭 ···射位置,從表面去除裝置照射雷射光之步驟, ·.製品之另-側表面的氧化皮膜;在去除滾乾製品之另j 表面的氧化皮膜之後,從超音波振盪器對滾軋製品之一側 表面照射雷射光,以使滾軋製品之另一側表面產生超音波 •振動之步驟;從上述超音波檢測器對滾乳製品之另一側表 面照射雷射光,且利用超音波檢測器接收來自滾乳製品之 另一側表面的反射光,藉此檢測出滾軋製品之另一側表面 所產生的超音波振動之步驟;及根據超音波檢測器之檢測 結果’算出滾軋製品之結晶粒徑。 (發明之效果) 本發明之構成係具備:超音波振盪器,對滾軋製品之 :侧表面照射雷射光,以使滾軋製品之另一側表面產生超 魯音波振動;超音波檢測器,對上述滚乾製品之另一側表面 照射雷射光,且接收來自滚軋製品之另一側表面的反射 光,藉此檢測出滾軋製品之另一側表面所產生的超音波振 動,粒徑算出手段,根據超音波檢測器之檢測結果,算出 滾軋f品之結晶粒徑;及表面去除裝置,對從上述超音波 仏測益照射於滾軋製品之另一側表面的雷射光照射位置, 照射雷射光,以去除滾軋製品之另一側表面的氧化皮膜; 藉由上述構成即可去除附著在被測量材料表面之氧化皮 膜’以破實地實施非破壞下的結晶粒徑之計測。 319484 1360654 • 同樣地’本發明係具備以下步驟:對從超音波振蓋器 照射於滾乾製品之另一側表面的雷射光照射位置從表面 •去除裝置照射雷射光,以去除滚乾製品之另一側表面的氧 .·化皮膜之步驟,在去除滾乳製品之另一側表面的氧化皮膜 .之後⑼超g波振盪器對滾乾製品之一側表面照射雷射 光’以使;袞軋製品之另一側表面產生超音波振動之步驟; 從超音波檢測器對滾乾製品之另一側表面照射雷射光,且 利用超音波檢測器接收來自滾乾製品之另一側表面的反射 光藉此檢測出滾軋製品之另一側表面所產生的超音波振 動之步驟;及根據超音波檢測器之檢測結果,算出滾軋製 j之結晶粒徑之步驟;藉由以上步驟即可去除附著在被測 量材料表面之氧化皮膜,以確實地實施非破壞下的結晶粒 徑之計測。 【實施方式】 f先,在說明本發明具體構成之前,先就以非破壞方 •式測量金屬材料之結晶粒徑的方法加以說明。在以非破壞 =式進行金屬材料之結晶粒徑測量的方法中,有提出利用 =立散射(Rayleigh scattering)之方法、利用超音波傳播速 又之方法、及使用超音波顯微鏡之方法等方案。其中,各 測量方法雖然在本發明中亦可適當採用,但是在此,係就 代表陡之超音波之結晶粒子所致的散射(瑞立散射)所 產生之衰減的方法加以說明。 超音波係依其振動形態之差異而分類成縱波或橫波 。在利用瑞立散射的結晶粒徑之測量方法中,係使用其 319484 8 超曰皮之縱波(體;皮,bulk wave)。另夕卜,體波之衰減 係以下式所示者為人所周知。 [數學式1] .·,·⑴ P=p *exp( —a*x) 在此P及p〇為音壓,a為衰減常數,x為鋼板中之傳 播距離。 吁 又’在體波之頻率1「 為铂立區域」時,上述衰減常數 a就可以下式表示。 [數學式2] ⑵ a=a -f+a -f4 .... 衰減^’^及〜為係數,f為超音波頻率,如上所述, 之第率f之4次函數近似。又,(2)式 第1項係顯不因内部摩擦所產生之 係顯示瑞立散射項。 收哀減項,第2項 相’上述所謂瑞立區域係指結晶粒徑I體波之波長 相較十分小的區域,例,、體波之波長 [數學式3] °又為滿足下式之範圍。 〇. 03<d/又 <〇 3 .⑶ 在此,d係顯示結晶粒徑, 知 [數學式4] a =S*d3 又,⑺式之4次的俜數& λ係顯示體波之波長。 的係數〜’係以滿足下式者為人所周 (4) 之 為散射讀。亦即’係數〜與結晶粒徑d 319484 9 3次方成正比。 2音波《器所發送之體㈣於其波形中由 頻率成分’所以藉由頻率分析在超音波檢測器 所接收的波形,即可獲得各頻率成分之衰減率。而且,由 於可藉由檢财發訊之時間差而得知鋼板内之傳播距離, 斤=可根據各頻率成分之衰減率與傳播距離,導出⑺式之 系數」後#由在標準取樣等中事先決定散射常數$, 即可依(4)式獲得結晶粒徑d。 接著為了更加詳細說明本發明之材質測量裝置,而 按…、所附圖式甙明 <。另外,各圖中,對相同或相當部分 標記相同的元件符號,而其重複說明則適當地簡略說明或 省略之。 (實施形態1) 第1圖係顯示本發明實施形態丨之組織材質測量裝置 的構成圖。另外’後述之組織材質測量裝置係設在從滾乳 _素材(平板,slab)製造成滾軋製品(亦包含從平板完成製品 中途之狀態。以下相同)之滾軋生產線,用以測量流動於滾 軋生產線上的上述滾軋製品之組織材質。 第1圖中’元件符號為上述滚軋製品(鋼板)所製成 的被測量材料;2為超音波振盪器(發送侧雷射),其設在流 動於滾軋生產線上的滾軋製品之下方,用以對滚軋製品之 一側表面照射雷射光’並使滾軋製品之另一側表面產生超 音波振動;3為超音波檢測器(接收側雷射),其設在流動於 滾軋生產線上的滾軋製品之上方,用以對滚軋製品之另一 10 319484 1360654 •側表面照射雷射光,同時接收來自滾軋製品之另一側表面 的反射光,藉此檢測在滾軋製品之另一側表面所產生的超 曰波振動,4為信號處理手段,其連接在超音波檢測器3, .:用以接收來自超音波檢測器3之檢測信號,並處理為了算 出滾軋製品之結晶粒徑而接收的檢測信號;5為粒徑算出 手段其根據信號處理手段4之處理結果,算出滾軋製品 之結晶粒徑;6為表面去除裝置(追加雷射),其設在流動於 滚軋生產線上的滾軋製品之上方’用以在從超音波檢測器 3照射於滾軋製品之另一側表面的雷射光照射位置,照射 雷射光,以去除滾軋製品之另一側表面的氧化皮膜。 上述超音波振盪器2係對被測量材料〗(滾軋製品)之 一側表面照射強力的脈衝狀雷射光,用以使被測量材料ι 之側表面產生超音波脈衝。另外,作為從超音波振盪器 2發出脈衝雷射光之脈衝雷射,例如,可使用能進行卩開 關(Q switch)動作之YAG雷射等。從超音波振盪器2發出 Φ之脈衝雷射光係依透鏡(未圖示)等而調節成目標之光束直 徑,並照射於被測量材料i之一側表面。然後,藉由從超 音波振盤器2照射之脈衝雷射光而在被測量材料1之一側 表面所產生的超音波脈衝,係傳播於被測量材料丨中並使 被貝J里材料1之另一側表面振動,同時往復於被測量材料 1中並反覆進行多重反射。 又,上述超音波檢測器3中,藉由使用cw(連續波) 雷射’而檢測出依上述超音波脈衝在被測量材料i之另一 側表面所產生的超音波振動之移位。為了檢測出在被測量 319484 11 材料之另一側表面所產生的上述超音波振動之移位(以 下,簡%為「振動移位」),例如,可採用使用光折射(photo refractlve)之干涉言十。另外除了使用光折射之干涉計以 外γ亦可在超音波檢測器3之設置環境不差的情況下適當 用法布立-柏若干涉計(Fabry-Perot interferometer) ’而 在被測里材料1之另一側表面非為粗面的情況下適當地採 用麥克生(MlchelS0n)干涉計等。在此,第2圖係顯示本發 月實%形態1之組織材質測量裝置的主要部分構成圖,其 具體顯不使用法布立_柏若干涉計時之超音波檢測器3的 構成以下,就依法布立-柏若方式之超音波檢測器3檢測 出上述振動移位的情形加以詳細說明。
、第2圖中,元件符號7為cw雷射,8為鏡片,9及 W為光束分路器(beam splitter),u為法布立柏若干涉 计,12為光檢測器。上述法布立_柏若干涉計η之構成係 包含一對反射鏡13a及13b、調節反射鏡13a及m間距 離之致動器14、以及控制致動器14之㈣機構(未圖示)。 另外’上述致動器14係由例如壓電元件所構成,其為了使 反射鏡13a及13b間距離正確地保持於所希望值而利 控制機構逐次操作。 具有上述構成之超音波檢測器3中,從cw雷射7检 出的雷射光係在鏡U反射之後,射人至光束分路器 並分歧成照射於被測量材料】之另一側表面的雷射光、及 直接射入至法布立·柏若干涉計u而作為參考光的雷射 光。照射於被測量材料i之另—側表面的雷射光,係在超 319484 12 1360654 *音波振動的被測量材料1之另一側表面反射,且射入至法 布立-柏若干涉計11。法布立-柏若干涉計u係可利用反射 .•鏡13a及13b使在被測量材料!之另一側表面反射的雷射 .··.光(反射光)與參考光諧振。另外,反射鏡i3a及13b之間 •隔係以反射光與參考光諧振之方式由致動器14來調整。在 法布立-柏若干涉計11諧振的雷射光,會變成干涉光並經 由光束分路器10射入至光檢測器12。然後,在光檢測器 籲12中,根據被射入之干涉光,檢測出依反射光與參考光之 光路差而產生的干涉波形,即干涉光之強度變化。 另一方面,上述表面去除裝置6係具備其具有會引起 磨耗程度之高能量密度的脈衝雷射,且藉由對被測量材料 1之表面照射脈衝雷射光,以去除被測量材料〗表面之氧 化皮膜。另外,所謂磨耗係指在照射具有高能量密度之雷 射光時所產生之伴隨電漿發光與衝擊音的固體表面層之 發性剝離。. ’ φ 接著,就上述超音波振盪器2、超音波檢測器3、表面 去除裝置6之設置位置加以說明。另外,第3圖係顯示本 發明實施形態1之組織材質測量裝置的配置圖。第3圖中, 超a波振盪器2係隔有預定距離而設置在被測量材料^之 一側表面(底面)。然後,上述超音波振盪器2係配置成照 射於被測1材料丨之一側表面的脈衝雷射光之光路,相對 於與被測量材才斗i之一側表面呈垂直的直線具有〇度以上 ^度以下之傾斜。另外’第3圖中,係就來自超音波振遭 益2的脈衝雷射光之光路,相對於被測量材料1之一側表 319484 13 1360654 " 面成為垂直的情形加以顯示。 再者,超音波檢測器3係隔有預定距離而設置在被測 .·.量材料1之一側表面相反側的另一側表面(上面)。然後, -...上述超音波檢測器3係配置成從Cw雷射7所發射的雷射 ·-光之光路,相對於與被測量材料1之另一側表面大略垂 直,同時配置成從超音波振盪器2照射的脈衝雷射光之光 路,通過與被測量材料i之-側表面相交之點(超音波振動 之音源)、及與上述超音波振動之音源對應(實施形態丨中 成為上述超音波振動之音㈣正上㈤的被測量㈣2之 另一侧表面上之點的至少其中一方。而且,超音波檢測器 3係配置成可接收來自被測量材料i之另一側表面的反射 光。另外,為了要防止來自超音波振盪器2之脈衝雷射光 直接射入至超音波檢測器3,而亦可不在從超音波振盈器2 所輸出的脈衝雷射光之光路的延長唆 ^ 我踝上,配置超音波檢測 器3之受光部(例如透鏡等)。
另-方面,上述表面去除裝置6係為了從與超音波檢 測器3照射cw雷射光之方向相同的方向對被測量材料ι =-側表面照射脈衝雷射光,而隔有預定距離設置在被 料1之另一側表面。然後,為了防止對被測量材料 1照射的脈衝雷射光直接射人至超音波㈣器3,上述 纽係配置成,相對於從超音波檢_ CW=先古之光路具有〇度以上9。度未滿之預定傾斜Θ 矣上!上述構成之超音波振盪器2、超音波檢測器3、 表面去除裝置6中,當測量被測量材料】之組織材質時, 319484 14 1360654 首先,在從超音波檢測器3照射於被測量材料丨之另一側 表面(滚軋製品之上面)的CW雷射光之照射位置,從表面 ,去除裝置6照射脈衝雷射光,即可去除附著在被測量材料 I之另一侧表面的氧化皮膜。然後,在去除被測量材料】 2另一侧表面的氧化皮膜之後,從超音波振盪器2對被測 置材料1之一側表面(滾軋製品之底面)照射脈衝雷射光, 以使被測量材料k另一側表面產生超音波振動。接著, 藉由從超音波檢測器3對被測量材料丨之另一側表面照射 cw雷射光’㈣利用超音波檢測器3來接收在被測量材 料1之另-側表面反射的cw雷射光之反射光,從而利用 上述超音波檢測器3檢測出在被測量材料i之另一側表面 所產生的超音波振動^,由超音波檢測器3所檢測出的 檢測信號係藉由數位波形記憶器(例如,數位示波器㈣㈣ 〇scilloscope))等而導入,且輸出至信號處理手段4。 另外,上述過程中表面去除裳置6之雷射輸出,係因 為了去除做為去除對象之氧化皮膜,而要求預定值以上之 功率。因此,實際上需要調整表面去除裝置6之雷射輸出。 在該種調整中,例如,在從表面去除裝置6將脈衝雷射光 照射於被測量材料!之另一側表面之後,藉由確認超音波 檢測斋3之輸出,以判斷氧化皮膜之去除狀態。在判斷氧 化皮膜之去除並不充分的情況下,亦即 超音波檢測器3之輪出的情況下,提高表面= 出’以對被測量材料1之另-側表面再次照射脈衝 雷射先,且貫施超音波檢測器3之輸出確認。另外,在被 319484 15 1360654 認為即使藉由再次之照射亦無法使超音波檢測器3之輸出 充分時,即-面緩慢地提高表面去除裝置6之雷射輸出, 一面對被測量材料1之另-側表面照射脈衝雷射光,以在 母次照射時確認超音波檢測器3之輪出。錢在獲得既 充分又適當的超音波檢測器3之輪㈣,停止表面去除裝 置6的雷射輸出之上升。 就接收來自超音波檢測器3之檢測信號的信號
Si又:之動作加以說明。第4圖係顯示本發明實施形 二理且:材質測量裝置的主要部分構成圖,尤其是顯示 =處理手段4與粒徑算出手段5的構成。第4圖中,信 I ^理手段4之構成係包含例如粗密波回波抽出手段15、 頻率分析手段16、頻率別声试ώ # 及多項函數擬合咖ng)手線鐘別(identify)手段17、 之檢到j 4中’首先根據從超音波檢測器3輸入 波回波信號。接著,利用頻 複歎個粗在 複數個粗密波迴波信號之 2 2订所採取的 I表面的多重回咗"j析 來自被測量材料 Q仏叙波譜強度的差#出各每—頻率之 哀減1。而且,若為必要,則進 羊之 失修正’且算出衰減常數之頻率特:。二,損 合,以求出多項函數之係數向量。線等夕項函數擬 然後,從使上述衰減常數 線時所得的多項函數之係數向量、及從:::擬“次曲 篁及從权正用之被測量材 319484 16 科:所i的散射係數s’算出依各副(sub)組織之體積率進 仃仏正前的結晶粒徑之測量值d〇。 另外’以下具體說明上述處理步驟。 利用上述超音波檢測器3測量如第J超音波脈衝 2音波脈衝、…之類的超音波脈衝串。此時,各超音波 :衝中所含的能量會因伴隨反射時之損失或被測量材料i 中之傳播所造成的衰減而緩慢地變小。亦即,當只取 :超音波脈衝及第2超音波脈衝之—部分並進行頻率解 衝之2二自:能量(功率波譜)時,由於第2超音波脈 播離,、有比第1超音波脈衝還長被測量材料i之 =厚t的二倍份’所以會發生上述⑴式所帶來的能量衰 厂。又,作為與第1超音波脈衝之功率波譜的差,當求 :者間之衰減量時,就變成往右上昇之曲線。該曲線係相 备於上述⑺式之衰減常數a乘以傳播距離之差2t所得之 值。藉此,利用最小平方法等求出單位傳播距離之上述⑺ ^的各係數。然後’藉由從事先依標準取樣所求出的散射 常數S、及如同上述所求㈣係數内之〜,倒算上述⑺式, 即可求出結晶粒徑之測量值d〇。 依據本發明之實施形態!,藉由具備表面去除裝置6, 即可去除附著在被測量材料i之另一側表面的氧化皮膜。 亦即’上述構成之組織材質測量裝置,係在利用從表面去 除裝置6所產生的脈衝雷射光去除被測量材料、之另一側 表面的氧化皮膜之後,從超音波㈣器2對被測量材料! 照射脈衝雷射光’即可利用超音波檢測器3檢測出被測量 319484 17 1360654 _材料1所產生的超音波振動。因此,在CW雷射光從超音 波檢測器3照射於被測量材料i時,可去除被測量材料i ..之另:側表面的氧化皮膜,且增加對超音波檢測器3之返 .回光量,並可大幅提高超音波檢測器3之解析能力。 . 而且,表面去除裝置6係配置成所輸出的脈衝雷射光 之光路相對於從超音波檢測器3所發射的(:霤雷射光之光 路具有〇度以上未達90度之傾斜θ。因此,可防止從表面 #去除裝置6所輸出的脈衝雷射光在被測量材料!反射並直 接射入至超音波檢測器3。此外,由於表面去除裝置6且 f上述配置’所以可將超音波檢測器3設置成相對於被測 量材料1大致垂直,且可效率佳地進行超音波振動之檢 測。另外,由於在超音波檢測器3動作前使表面去除裝置 6動作並去除氧化皮膜,所以來自表面去除裝置6之脈衝 雷射光不會對超音波檢測器3之性能帶來板波發生等不良 影響。 • 再者,在滾軋生產線上使用上述組織材質測量裝置 時藉由將超曰波檢測器3及表面去除裝置6設置在滾乳 製品之上方,將超音波振盈器2設置在滚乾製品之下方, 即可避免從滾軋生產線產生之水蒸氣或灰塵等落下物在滚 軋製品下麵之滞留,而可將超音波振動檢測之不良影響抑 制在最小限度。因而,.即使在滾乳製品在滚乾生產線上移 動的環境下,亦可效率佳且安全地藉由超音波檢測器3進 行超音波振動之檢測,且可在非破壞下確實地實施結晶粒 控之計測。 319484 18 1360654 另外,實施形態1中,雖已就將超音波振盪器2設置 在二動於滾軋生產線上的滾軋製品之下方,而將超音波檢 測益3及表面去除裝置6設置在流動於滾軋生產線上的滾 軋製品之上方的情形加以說明,但是該配置亦可依設置組 織材質測量裝置之環境條件而作任意選擇。亦即,亦可依 «•又置裱境,構成為:將超音波振盪器2設置在滾軋製品之 方’並將來自超音波振盪器2之脈衝雷射光照射於滚乳 製品之上面,同時將超音波檢測器3及表面去除裝置6設 置在滾軋製品之下方,並將來自超音波檢測器3之cw雷 射光與來自表面去除裝置6之脈衝雷射光照射於滚軋製品 之底面。 (實施形態2) 第5圖係顯示本發明實施形態2之組織材質測量裝置 的主要部分構成圖,尤其是具體顯示超音波檢測器3之構 成。第5圖中,超音波檢測器3之構成係包含cW雷射7、 鏡片8、光束分路器9、光折射元件19、及光檢測器12。 亦P上述超g波檢測器3係使用光折射元件1 9的光折射 方式之超音波檢測器,其他具有與實施形態丨同樣的構成。 在具有該種構成之超音波檢測器3中’從CW雷射7 所輸出的雷射光係在鏡片8反射之後,射入至光束分路器 9 ’並分歧成照射於被測量材料〗之另一侧表面的當射光、 及直接射入至光折射元件19作為參考光的雷射光。而且, 在超音波振動的被測量材料丨之另一側表面反射的反射 光,係通過光束分路器19並射入至光折射元件19。光折 19 319484 1360654 射π件19係在結晶内使反射光與參考光干涉,且將該干涉 光直接射入至檢測器12。 " 另外,在將光折射元件19用於干涉計時,超出接收光 的波長之"8的表面移位有無法檢測之限制。該限制特別 係在2mm以下之薄板測量時會造成問題。因此,由於為了 使振幅落在上述限制值之範圍内而降低超音波振器2' 雷射輸出,所以在表面之移位超出66.5請(波長532nm=綠 色)、或133nm(波長1〇64ηπι=紅外線)時,有必要調節超音 波振逢器2之雷射輸出,而縮小表面移位本身。或是,不 降低超音波振盪器2之雷射輸出,而必須藉由縮小光點直 徑’而抑制板波振動。另外,來自超音波㈣器2之雷射 達被測量材料丨之前,將在空間中未發生磨耗之 程度δ又為下限’而縮小光點直徑。 依據本發明之實施形態2,則藉由採用光折射方心
超曰波檢測器3,與採用法布立_柏若方式之超音波檢測著 3的情形相較,即可減少玄县 丨J碼夕合易因如反射鏡13a及13b之夕 部振動等幹擾而受到影變$ 算铲心或致動器14及控制則 等精逸之機構部。因此,不易受 勿至J振動等幹擾的影響,市 且即使在裱境差之滾軋生 量。 玍屋綠上亦可長時間實現穩定的调 尤其,在實施熱軋線之線上計測時 ==材料之通過等的振動、或為了進行被滾= 冷卻線對被滾乾材料喷送冷卻水時所產 ^,其計測環㈣差。W,純下之被滾軋 319484 20 1360654 Λ 材料亦達到約500度至約9〇η择、太、六 非堂含 又被/袞軋材料附近之溫度 檢測Ζ而可提供—種藉由採用光折射方式之超音波 '、态’亦可適合上述環境的組織材質測量裝置。 出而=不降低來自超音波振盡器2的脈衝雷射光之輸 猎由縮小絲直徑,即可減少低頻振動之振幅,取而 ’可增加計測結晶粒徑時所需的超音波成分之振幅。 在^避S造成測量精確度降低之—個原因的板波振 ^在_㈣測量時可檢測出有效的超音波振動。 (實施形態3) 第6圖係顯示本發明實施形態3之組織材質測量裝置 Γ己置圖°第6圖中,超音波振盪器2、超音波檢測器3、 面去除裝置6係具有與實施形態i或實施形態2同樣的 成及配置。兀件符號2G為氣體噴出裝置,其設於流動於 ^軋生產線上的滾軋製品(被測量材料1}之上方對從表面 去除裝置6照射於被測量材料i之另—侧表面的脈衝雷射 光照,位置及其照射位置附近,嘴送氮氣等惰性氣體,以 防止氧化皮膜被去除的制量材料i之另一侧表面重新氧 化。 具有該種構成之組織材質測量裝置,係在從表面去除 裝^ 6對被測量材料丨之另一側表面照射脈衝雷射光以去 ^氧化皮膜後,從氣體喷出裝置2〇朝向氧化皮膜被去除之 邛刀喷出惰性氣體。其他構成及動作係與實施形態1及2 相同。 依據本發明之實施形態3,由於可將從被測量材料1 319484 21 1360654 .之另一側表面去除氧化皮膜的狀態持續某程度之時間,所 以可提高超音波檢測器3之靈敏度,並可進行更確實的結 日曰粒彳至之測量〇 • : ·(實施形態4) . 此實施形態之組織材質測量裝置係設成,在實施形態 1或2中,以使表面去除裝置之測量點與滾軋製品之檢查 線上的機械性質或組織材料資訊之測量目標點一致的方 式,利用追蹤資訊等來決定表面去除裝置之測量點。以下 利用第7圖及第8圖說明其構成。 第7圖係顯示本發明實施形態4之滾軋設備之主要部 分構成圖。第8圖係顯示組織材質之預測模式的構成圖。 在第7圖中,從滾軋機21出來之帶22係在終點台(〇utnm tab〗e)23被冷卻後,由捲繞機所捲繞而成為線圈24。接著, 線圈24係被搬運至檢查線,其一部分被切取而加工成為試 驗片。再者,在檢查線上,藉由機械性質實測手段25,實 •際測量上述試驗片之拉伸強度及降伏應力(yield stress)等 機械性質。再者,猎由根據顯微鏡觀察等之組織材質資訊 實測手段26,實際測量肥粒鐵(ferrite)粒徑或肥粒鐵•波 來鐵(pearlite)·變韌鐵(bainite)等各相體積率等之上述試驗 片之組織材質資訊。 組織材質測量裝置27係設置在滾軋機21出側及捲燒 機前,藉由組織材質資訊收集手段28,收集由上述組織材 質測量裝置27所測量之結晶粒徑等組織材質資訊。藉由第 1組織材質資訊比較手段29,比較由組織材質資訊收集手 319484 22
Γ二所二集之來自組織材質測量裝置2 7的指示值、及由 Γ"且織材貝:::手段2 6所實際測量之實測值。接著,將 弟1組織材質貧訊比較手 資訊收隼手俨”并 果反映至組織材質 用於組織材質測量裝置27之校正及 確認。再者’第"且織材質資訊比較手段29之比較 ,果亦用於提升組織材質測量裝i 27算出結晶粒徑時之 鑑別手法的調校(tuning)參數的精密度提升。 Η 面’由滚軋機21所得之負載及速度資料、由設 置在滚乾機21之前後的溫度計%所得之 資料係由製程資料收隼手俨Ή # +隹 叶寻 , 叶收第乎敫31所收集。所測量之製程資料 係’、檢查線上之機械性質或組織材質資訊之測量目標點及 時刻=加關聯,且作為資料庫储存在例如未圖示之資料記 隐手段然:後’由滾乾時刻等檢索資料記憶手段内之材質 及裝程貝並以使表面去除裝置之測量點、與檢查線之 機械性質或組織材質資訊之測量目標點一致之方式,控制 組織材質測量裝置27。 再者由製程資料收集手段31所得之應變、應變速 度:溫度等製程資料係傳送至組織材質資訊預測手段32, 並藉由▲織材質資訊預測手段32,以數學式模型算出組織 材質資訊。以下,根據第8圖說明組織材質資訊預測手段 32之算出方法。 用以算出組織材質資訊之組織材質模式係大致由熱加 工模i及變態模型(transformation model)所構成。熱加工 模型係用於藉由將在被滾軋機21之軋輥壓下時產生之動 23 319484 1360654 -態再m續於動態再結晶後產生之回復、靜㈣結晶、 粒成長等現象予以定式化,而計算滾乾中及滾札後之粒巧 ··(每一單位面積之粒界面積)、殘留轉移密度等奥式^ • (austenite)狀態。該熱加工模型係藉由r粒徑、根據溫度及 -速度之溫度•銜接(interPass)時間資訊、根據壓下形態2等 效應變•應變速度資訊,來計算滾軋r粒徑及轉移^度等 之中間組織狀態。此外,上述溫度·銜接時間資訊及等效 _應變•應變速度資訊係根據滾軋條件(入侧板厚、出側板厚、 加熱溫度、銜接時間資訊、軋輥直徑、軋輥轉速)而算出。 變態模型係使核生成與成長予以分離,並用於推定粒 徑、波來鐵及變韌鐵之分率等變態後之組織狀態。'該變態 模型係利用根據在終點台23之冷卻型態的溫度資訊,來言^ 算肥粒鐵粒徑及各相的組織分率等。此外,上述溫度資訊 係分別依據冷卻條件(空冷及水冷區分、水量密度、冷卻裝 置内通板速度、成分)及變態模型所得之變態量來算出。 • 再者,除了熱加工模型及變態模型,在考量Nb、v、 Τι等微量添加元素之影響時,由於考慮析出粒子之影響, 因此亦可適當採用析出模型。此外,關於鋁、不銹鋼等一 部分的金屬材料,由於不會變態,因此不採用上述變態模 型亦可。 W、 由具有上述構成之組織材質資訊預測手段32所算出 之組織材質資訊、及由組織材質資訊實測手段26所實際測 量之實測值係藉由第2組織材質資訊比較手段33來進行比 較。然後,藉由將第2組織材質資訊比較手段33之比較結 319484 24 1360654 * .果反映在組織材質資訊預測手段32,而進行組織材料模型 之調校’以謀求預測精密度之提升。 . 再者’由製程資料收集手段31所得之製程資料及由組 ··.織材質資訊預測手段32所算出之組織材質資訊係傳送至 ·-機械性質預測手段34,在該機械性質預測手段34中,根 據預定之預測模型算出機械性質。由機械性質預測手段% 所异出之機械性質、及由機械性質實測手段2 5所實際測量 之實測值係藉由機械性質比較手段35來進行比較。缺後, ,藉由將機械性質比較手段35之比較結果反映在機械性質 預句手& 34 $進行機械性質之預測模型的調校,以謀求 預測精密度之提升。 根據本發明實施形態4,可提供一種即使在環境惡劣 2滾軋線上亦可對組織材質測量之目標點檢測出有效之超 音波振動的組織材質測量裝置。 再者’第9圖係顯示本發明實施形態4之滚乳設備之 „成圖。實施形態4之構成亦可如第9圖所示改變輸 2構成。亦即,對第2組織材質資訊比較手段%之輸入, 質Si:::?材質資訊收集手段28所收集之來自組織材 26所實的指示值’以取代由組織材質資訊實測Μ 之松入貝*Γ、里之實測值。而且,對機械性質預測手段34 ㈣材為由組織材質資訊收集手段28所收集之來自 測手段32 ^ 以取代由組織材質資訊預 成盥上^之組織材##訊。藉由上述構成,亦可達 成與上述實施形態相同之效果。 運 319484 25 1360654 另外,本發明並非被限定於上述實施形態之形態,在 實施階段中只要在不脫離其要旨範圍内均可將 = 以變形並具體化。此外,可依上述實施形態中 ...數個構成元件之適當組合,形成各式各樣的發明。例如, •亦可從實施形態所示之全構成元件中,刪除幾個構成元 件。而且,亦可適當組合不同實施形態之構成元件。 (產業上之可利用性) 如以上所述,依據本發明之組織材質測量裝置,則由 於可在被測量材料之氧化皮膜被去除的狀態下檢測出在立 另-側表面所產生的超音波振動,所以可大幅增加對檢測 超音波振動的超音波檢測器之返回光量,並可確實地實施 被測量材料的結晶粒徑之測量。 又,由於可去除附著在被測量材料之氧化皮膜,且在 非破壞下進行結晶粒徑之測量,所以特別亦可對應熱札線 之線上測量。 _ 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明實施形態i之組織材質測量裝置 的構成圖。 第2圖係顯示本發明實施形態1 的主要部分構成圖。 第3圖係顯示本發明實施形態1 的配置圖。 之組織材質測量裝置 之組織材質測量裝置 第4圖係顯示本發明實施形態丨之組織材質測量裝置 的主要部分構成圖。 319484 26 1360654 第5圖係顯示本發明實施形態2之組織材質測量裝置 的主要部分構成圖。 第6圖係顯示本發明實施形態3之組織材質測量裝置 的配置圖。 第7圖係顯示本發明實施形態4之滾軋設備之主要部 分構成圖。 第8圖係顯示組織材質之預測模式的構成圖。 第9圖係顯示本發明實施形態4之滚軋設備之其他構 成圖。 第W圖係顯示習知組織材質測量裝置之構成圖。 【主要元件符號說明】 1 被測量材料 2 超音波振盪器 3 超音波檢測器 4 信號處理手段 5 粒徑算出手段 6 表面去除裝置 7 CW雷射 8 鏡片 9、 10光束分路器 11 法布立-柏若干涉計 12 光檢測器 13a > 13b 反射鏡 14 致動器 15 粗密波回波抽出手段 16 頻率分析手段 17 頻率別衰減曲線鑑別手段 18 多項函數擬合手段 19 光折射元件 20 氣體喷出装置 21 滾軋機 22 帶 23 終點台 24 線圈 25 機械性質實測手段 319484 27 1360654 * '26 組織材質資訊實測手段 27 組織材質測量裝置28 組織材質資訊收集手段 • - 29 第1組織材質資訊比較手段 - 30 溫度計 31 製程資料收集手段 32 組織材質資訊預測手段 33 第2組織材質資訊比較手段 34 機械性質預測手段35 機械性質比較手俨
319484 28
Claims (1)
1360654 十、申請專利範圍: 1 . 一種組織材質測量系統,其特徵為具備: 組織材質測量裝置(27),係言免置於滚軋線,以非接 觸的方式測量流動於前述滾軋線上的滾軋製品之組織 材質資訊; 組織材質資訊收集手段(28),收集由前述組織材質 測量裝置(27)所測量的組織材質資訊; 製程資料收集手段(31),收集前述滾軋線的製程資 組織材質資訊預測手段(32),根據由前述製程資料 收木手#又(31)所收集的製程資料,藉由預定之組織材質 預測模型而算出前述滾軋製品之組織材質資訊;以及 組織材質資訊比較手段(33),係比較由前述組織材 質貪訊㈣手段(28)所收錢_材質#訊、與由前述 組織材質資訊預測手段(32)所算出的組織材質資訊。
第096130286號專利申請案 101年1月6曰修正替換頁 2. 如申凊專利範圍第!項所述之組織材質測量系統,前述 組織材質資訊預測手段(32)係根據由所述組織材質資 訊比較手段(33)而得的比較結果而進行前述組織材質 預測模型之調校。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之組織材質測量系 統’其中’復具有第2組織材質資訊 :材,前述組織材質資訊收集手.段⑽所二組 ::材質資訊、與前述滾軋製品之組織材質資訊 值。 3194^(修正本) 29 1360654 130286號專利申請案 月6日修正替換頁 4. 如申缚直4丨丨歆㈤6日修正替換】 ° 靶圍弟3項所述之組織材質測量系統,其 中二前述組織材質測量裝置(27)係藉由預定之鑑 : 而算出前述滾軋贺CT夕6士 s & " 组㈣暂4製 且根據前述第2 …織材質^比較手段(29)之比較結果 別手法之參數的調校。 们j述鑑 5·:申::利範圍^項或第2項所述之組織材質 統,其中,復具有: 機械性質預測手段(34),根據由前述製程資料 手段⑼所收集的製程資料、與前述組織材質資訊收集 手? (28)所收集的組織材質資訊,藉由預定之預測模型 而算出前述滾軋製品之機械性質;以及 ^機械性質比較手段(3 5 )’比較由前述機械性質預測 所算出的機械性質、與前述滾軋製品之機 質的實測值。 6.如申睛專利範圍第5項所述之組織材質測量系統,前述 _ W性質㈣手段(34)係根據由前錢械性質比較手 段(35)而得的比較結果而進行前述預測模型之調校。 如申。月專利範圍第1項或第2項所述之組織材質測量系 統,其中,復具有: 、 ’' &機械性質預測手段(34),根據由前述製程資料收集 手^(31)所收集的製程#料、與前述組織材質資訊預測 手,(32)所算出的組織材質資訊,藉由狀之預測模型 而算出前述滾軋製品之機械性質;以及 機械性質比較手段(35),比較由前述機械性質預測 319484(修正本) 30 1360654 _ 4 第096130286號專利申請案 - 101年1月6曰修正替換頁 . 手段(34)所算出的機械性質、與前述滚軋製品之機械性 質的實測值。 • · 8.如申請專利範圍第7項所述之組織材質測量系統,前述 .. 機械性質預測手段(34)係根據由前述機械性質比較手 段(35)而得的比較結果而進行前述預測模型之調校。
31 319484(修正本)
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