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特開2025-25553破面率算出方法、情報処理装置、及びプログラム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025025553
(43)【公開日】2025-02-21
(54)【発明の名称】破面率算出方法、情報処理装置、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
   G01N 3/30 20060101AFI20250214BHJP
   G01B 11/24 20060101ALN20250214BHJP
【FI】
G01N3/30 P
G01B11/24 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023130403
(22)【出願日】2023-08-09
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(74)【代理人】
【識別番号】100164471
【弁理士】
【氏名又は名称】岡野 大和
(72)【発明者】
【氏名】坂本 卓矢
(72)【発明者】
【氏名】古屋 諒祐
(72)【発明者】
【氏名】上村 一成
(72)【発明者】
【氏名】松木 洋一郎
【テーマコード(参考)】
2F065
2G061
【Fターム(参考)】
2F065AA52
2F065AA53
2F065BB05
2F065DD03
2F065FF09
2F065FF13
2F065GG07
2F065QQ31
2G061AA15
2G061AB04
2G061BA20
2G061CA01
2G061CB07
2G061DA20
2G061EA10
2G061EB07
2G061EC02
(57)【要約】
【課題】材料の破面率の算出技術を改善する。
【解決手段】破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、2次元(X,Z)断面の形状データ及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、を備える。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、
前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、
前記2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、
前記境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、
を備える材料の破面率算出方法。
【請求項2】
前記3次元の点群データよりX軸方向の前記破面の端点についてY軸方向に端点データ(X,Y)群を作成する第2の作成工程と、
前記端点データ(X,Y)群を用いて所定の点数毎に近似直線を作成し、隣り合う近似直線がなす角度に基づき、脆性領域と延性領域とのX軸方向の境界線を抽出する第2の抽出工程と、
をさらに備え、
前記算出工程において、前記第2の抽出工程で抽出された脆性領域のX軸方向の境界線とX軸とがなす角度が所定の角度未満の場合、第2の抽出工程で抽出されたX軸方向の境界線と、前記境界点とに基づき、前記脆性領域の面積を算出する請求項1に記載の材料の破面率算出方法。
【請求項3】
前記3次元の点群データをポリゴンメッシュデータに変換し、各面の法線ベクトルを算出する工程を含み、
前記第1の作成工程において、前記各面の法線ベクトルによりフィルタリングした前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する、請求項1又は請求項2に記載の破面率算出方法。
【請求項4】
制御部を備え、破面率を算出する情報処理装置であって、前記制御部は、
破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、
前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、
前記2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、
前記境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、
を実行する、情報処理装置。
【請求項5】
破面率を算出するプログラムであって、コンピュータに、
破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、
前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、
前記2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、
前記境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、材料の破面率を算出する方法、情報処理装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、金属材料の破壊靭性を評価する手段として、シャルピー衝撃試験が広く適用されている。シャルピー衝撃試験は、切欠き(ノッチ)を付けた試験片(シャルピー試験片)にハンマーで衝撃を加えて破断させ、試験によって吸収されるエネルギー、横膨出及び破面率を求める試験である。
【0003】
破面率は、破面の全面積に対する脆性破面の面積の割合を示す脆性破面率、又は破面の全面積に対する延性破面の面積の割合を示す延性破面率として算出される。ここで、脆性破面は、多くの結晶粒がへき開破壊又は粒界破壊して輝いて見える破面をいう。一方、延性破面は、繊維状にせん断破壊して、にぶく輝きのない破面をいう。
【0004】
これまで、破面率は、例えば、JIS Z2242:2018「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」の付属書C(規定)「破面率の求め方」に準拠して、シャルピー衝撃試験において破断した後の金属材料の破面において、検査員が目視判定にて、脆性破面である領域、延性破面である領域を判断し、その面積を計測してきた。しかしながら、破面率を目視判定して計測する場合、検査員により破面率の値がばらつく問題があった。この問題は、試験片の破面について、延性破面と脆性破面の境界位置を検査員が判定する際に、検査員により境界位置がばらつくことが要因と考えられる。そのため、検査員の個人差に依存しない精度の高い破面率の測定方法が望まれていた。
【0005】
例えば、特許文献1には、鋼材の破面の形状を測定する3次元形状測定装置と、該3次元形状測定装置で測定された破面形状の3次元の点群データを取得し、該3次元の点群データから鋼材のき裂伝播方向に対し垂直な平面で切断した2次元断面の形状データを抽出し、抽出された2次元断面の形状データにおける隣接する点間の線分の傾きの絶対値及び隣接する線分の傾きの差の絶対値に基づいて、線分の範囲が脆性破壊部か延性破壊部かを判別する判別手段とを備えた鋼材破面の判別装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2021-148453号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1に記載の鋼材破面の判別装置を用い、鉄鋼材料の破面率を評価した結果、精度が不十分であることが分かった。つまり材料の破面率の算出技術には改善の余地があった。
【0008】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、材料の破面率の算出技術を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)本開示の一実施形態に係る方法は、
破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、
前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、
前記2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、
前記境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、
を備える。
【0010】
(2)本開示の一実施形態に係る方法は、(1)に記載の方法であって、
前記3次元の点群データよりX軸方向の前記破面の端点についてY軸方向に端点データ(X,Y)群を作成する第2の作成工程と、
前記端点データ(X,Y)群を用いて所定の点数毎に近似直線を作成し、隣り合う近似直線がなす角度に基づき、脆性領域と延性領域とのX軸方向の境界線を抽出する第2の抽出工程と、
をさらに備え、
前記算出工程において、前記第2の抽出工程で抽出された脆性領域のX軸方向の境界線とX軸とがなす角度が所定の値未満の場合、第2の抽出工程で抽出されたX軸方向の境界線と、前記境界点とに基づき、前記脆性領域の面積を算出する。
【0011】
(3)本開示の一実施形態に係る方法は、(1)又は(2)に記載の方法であって、
前記3次元の点群データをポリゴンメッシュデータに変換し、各面の法線ベクトルを算出する工程を含み、
前記第1の作成工程において、前記各面の法線ベクトルによりフィルタリングした前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する。
【0012】
(4)本開示の一実施形態に係る情報処理装置は、
制御部を備え、破面率を算出する情報処理装置であって、前記制御部は、
破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、
前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、
前記2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、
前記境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、
を実行する。
【0013】
(5)本開示の一実施形態に係るプログラムは、
破面率を算出するプログラムであって、コンピュータに、
破面を有する材料において、前記材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、前記材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸としたとき、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを取得する取得工程と、
前記3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する第1の作成工程と、
前記2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び前記2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する第1の抽出工程と、
前記境界点に基づき前記脆性領域の面積を算出し、破面率を算出する算出工程と、
前記境界点で囲まれた領域の面積を算出し、脆性破面率を算出する算出工程と、
を実行させる。
【発明の効果】
【0014】
本開示の一実施形態によれば、材料の破面率の算出技術を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本開示の一実施形態に係る破面率算出システムの概略構成を示すブロック図である。
図2】本開示の一実施形態に係る材料の破面を表す概念図である。
図3】本開示の一実施形態に係る情報処理装置の動作を示すフローチャートである。
図4】第1の抽出工程の概念を示す図である。
図5】第1の抽出工程の各ステップの一例を示す。
図6】本開示の一実施形態に係る算出工程の概要を示す概念図である。
図7】第1の変形例の概要を示す図である。
図8】第1の変形例に係る情報処理装置の動作を示すフローチャートである。
図9】第2の抽出工程の概念を示す図である。
図10】第2の変形例に係る情報処理装置の動作を示すフローチャートである。
図11】法線ベクトルの算出処理の概要を示す図である。
図12】第3の変形例に係る情報処理装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本開示の実施形態に係る材料の破面率算出システム1について、図面を参照して説明する。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。
【0017】
図1を参照して、本実施形態に係る破面率算出システム1の概要及び構成を説明する。
【0018】
本実施形態に係る破面率算出システム1は、3次元形状測定装置10と、情報処理装置20と、を備える。3次元形状測定装置10と、情報処理装置20とは、例えばネットワークにより通信可能に接続されている。
【0019】
3次元形状測定装置10は、破断された鋼材の上方に設置され、鋼材の破面の形状を測定する。3次元形状測定装置10としては、例えば、LEDを用いた測定器(3Dスキャナ)が使用される。3次元形状測定装置10は、例えば光学による距離計測を行うものである。3次元形状測定装置10による距離計測方式は、三角測距方式、位相差測距方式等の任意の方式であってもよい。
【0020】
情報処理装置20は、ユーザによって使用される任意の装置である。例えばパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、汎用の電子機器、又は専用の電子機器が、情報処理装置20として採用可能である。情報処理装置20は、3次元形状測定装置10で測定された破面形状の3次元の点群データを処理し破面率を算出する。
【0021】
まず、本実施形態の概要について説明し、詳細については後述する。図2に、材料の破面を表す概念図を示す。材料の破面に対して垂直な方向をZ軸、材料のき裂伝播方向をY軸、Y軸-Z軸がなす面に対して垂直な方向をX軸とする。
図2に示す材料の破面は、ノッチ31と、延性領域32と、脆性領域33とを有する。概略として本実施形態にかかる破面率算出方法は、破面における延性領域32と脆性領域33との境界点を抽出し、抽出した境界点により定義される領域の面積を算出して、脆性破面率を算出する。具体的には抽出した境界点により、例えば図2におけるY軸方向の境界線A1及び境界線A2、並びにX軸方向の境界線B1及びB2を定め、これら境界線A1、境界線A2、境界線B1、及び境界線B2により囲まれる領域の面積に基づき、破面率を算出する。なお本実施形態において算出される破面率は脆性破面率及び延性破面率を含む。以下、本実施の形態では、脆性破面率を算出する場合について説明するが、これに限定されない。
【0022】
より具体的には、本実施形態にかかる破面率算出方法は、情報処理装置20が、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを3次元形状測定装置10から取得する。また本実施形態にかかる破面率算出方法は、情報処理装置20が、3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する。また本実施形態にかかる破面率算出方法は、情報処理装置20が、2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する。そして本実施形態にかかる破面率算出方法は、情報処理装置20が、抽出した境界点に基づき脆性領域の面積を算出し、脆性破面率を算出する。
【0023】
このように、本実施形態によれば、情報処理装置20が、2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データに基づき、2次元(X,Z)断面及び2次元(Y,Z)断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出し、境界点に基づき脆性領域の面積を算出して脆性破面率を算出する。つまり2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データに基づき境界点を定めるため、材料の破面率の算出技術を改善することができる。
【0024】
次に、破面率算出システム1における情報処理装置20の各構成について詳細に説明する。
【0025】
(情報処理装置20の構成)
図1に示されるように、情報処理装置20は、制御部21と、記憶部22と、通信部23と、入力部24と、出力部25とを備える。
【0026】
制御部21には、少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つの専用回路、又はこれらの組み合わせが含まれる。プロセッサは、CPU(central processing unit)若しくはGPU(graphics processing unit)などの汎用プロセッサ、又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、FPGA(field-programmable gate array)又はASIC(application specific integrated circuit)である。制御部21は、情報処理装置20の各部を制御しながら、情報処理装置20の動作に関わる処理を実行する。
【0027】
記憶部22には、少なくとも1つの半導体メモリ、少なくとも1つの磁気メモリ、少なくとも1つの光メモリ、又はこれらのうち少なくとも2種類の組み合わせが含まれる。半導体メモリは、例えば、RAM(random access memory)又はROM(read only memory)である。RAMは、例えば、SRAM(static random access memory)又はDRAM(dynamic random access memory)である。ROMは、例えば、EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)である。記憶部22は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部22には、情報処理装置20の動作に用いられるデータと、情報処理装置20の動作によって得られたデータとが記憶される。
【0028】
通信部23には、少なくとも1つの外部通信用インターフェースが含まれる。通信用インターフェースは、有線通信又は無線通信のいずれのインターフェースであってよい。有線通信の場合、通信用インターフェースは例えばLAN(Local Area Network)インターフェース、USB(Universal Serial Bus)である。無線通信の場合、通信用インターフェースは例えば、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th generation)、若しくは5G(5th generation)などの移動通信規格に対応したインターフェース、Bluetooth(登録商標)などの近距離無線通信に対応したインターフェースである。通信部23は情報処理装置20の動作に用いられるデータを受信し、また情報処理装置20の動作によって得られるデータを送信する。
【0029】
入力部24には、少なくとも1つの入力用インターフェースが含まれる。入力用インターフェースは、例えば、物理キー、静電容量キー、ポインティングデバイス、ディスプレイと一体的に設けられたタッチスクリーンである。また入力用インターフェースは、例えば、音声入力を受け付けるマイクロフォン、又はジェスチャー入力を受け付けるカメラ等であってもよい。入力部24は、情報処理装置20の動作に用いられるデータを入力する操作を受け付ける。入力部24は、情報処理装置20に備えられる代わりに、外部の入力機器として情報処理装置20に接続されてもよい。接続方式としては、例えば、USB(Universal Serial Bus)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)、又はBluetooth(登録商標)などの任意の方式を用いることができる。
【0030】
出力部25には、少なくとも1つの出力用インターフェースが含まれる。出力用インターフェースは、例えば、情報を映像で出力するディスプレイ、又は情報を音声で出力するスピーカ等である。ディスプレイは、例えば、LCD(liquid crystal display)又は有機EL(electro luminescence)ディスプレイである。出力部25は、情報処理装置20の動作によって得られるデータを表示出力する。出力部25は、情報処理装置20に備えられる代わりに、外部の出力機器として情報処理装置20に接続されてもよい。接続方式としては、例えば、USB、HDMI(登録商標)、又はBluetooth(登録商標)などの任意の方式を用いることができる。
【0031】
情報処理装置20の機能は、本実施形態に係るプログラムを、情報処理装置20に相当するプロセッサで実行することにより実現される。すなわち、情報処理装置20の機能は、ソフトウェアにより実現される。プログラムは、情報処理装置20の動作をコンピュータに実行させることで、コンピュータを情報処理装置20として機能させる。すなわち、コンピュータは、プログラムに従って情報処理装置20の動作を実行することにより情報処理装置20として機能する。
【0032】
本実施形態においてプログラムは、コンピュータで読取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読取り可能な記録媒体は、非一時的なコンピュータ読取可能な媒体を含み、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、又は半導体メモリである。プログラムの流通は、例えば、プログラムを記録したDVD(digital versatile disc)又はCD-ROM(compact disc read only memory)などの可搬型記録媒体を販売、譲渡、又は貸与することによって行う。またプログラムの流通は、プログラムを外部サーバのストレージに格納しておき、外部サーバから他のコンピュータにプログラムを送信することにより行ってもよい。またプログラムはプログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【0033】
(情報処理装置の動作)
図3を参照して、本実施形態に係る情報処理装置20の動作について説明する。図3は本実施形態に係る情報処理装置20が実行する方法の一例を示すフローチャートである。
【0034】
ステップS100:情報処理装置20の制御部21は、破面を有する材料の破面形状の3次元の点群データを3次元形状測定装置10から取得する。以下、この工程を取得工程ともいう。
【0035】
ステップS110:制御部21は、取得工程により取得された3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する。以下、この工程を第1の作成工程ともいう。なお第1の作成工程において、3次元の点群データに基づき、X軸方向及びY軸方向のそれぞれにおいて所定のピッチにて複数の断面の形状データが生成される。所定のピッチは、例えば1mmである。
【0036】
ステップS120:制御部21は、第1の作成工程により作成された2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報及び2次元(Y,Z)断面の形状データの高さ情報に基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出する。以下、この工程を第1の抽出工程ともいう。第1の抽出工程の詳細については後述する。
【0037】
ステップS200:制御部21は、第1の抽出工程により抽出された境界点に基づき脆性領域の面積を算出し、脆性破面率を算出する。以下、この工程を第1の算出工程ともいう。算出工程の詳細については後述する。
【0038】
以下、上述の第1の抽出工程の一例について詳細に説明する。
【0039】
(第1の抽出工程)
第1の抽出工程では、2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データから、各断面における脆性領域と延性領域との境界点が抽出される。図4に、第1の抽出工程の概念図を示す。図4では2次元(X,Z)断面の形状データを一例として示している。図4に示すように、第1の抽出工程では、概略として2次元(X,Z)断面の形状データの高さ情報(Zの値)に基づき断面形状の一部を直線に近似することで、当該線分の端点が境界点として抽出される。なおここでは、2次元(X,Z)断面の形状データに基づき、境界点を抽出する例を示すが、2次元(Y,Z)断面の形状データに基づく境界点の抽出も同様の方法を採用可能である。
【0040】
図5に第1の抽出工程の各ステップの一例を示す。2次元(X,Z)断面の形状データのうち、Xの値が最も小さい点であるプロット401から順にX方向に隣接するプロットとの高さの差(Zの差分)が算出される。高さの差が所定の閾値(以下、高さ閾値ともいう)以下である場合、これらのプロットが近似直線を形成するグループであると判定される。かかる判定処理が、高さ閾値を超えるまで(ここではプロット411まで)繰り返される。当該グループに含まれるプロットのX及びZの値に基づき、例えば最小二乗法等により近似直線が作成される(ステップS121)。
【0041】
近似直線が作成された場合、近似直線の削除の要否に係る処理(以下、削除処理ともいう。)が実行される。具体的には近似直線と、X軸とのなす角度が判定され、当該角度が所定の角度(以下、角度許容値ともいう。)を超過する場合、近似直線は削除される。また近似直線のX軸方向の長さが判定され、当該長さが所定の閾値(以下、長さ閾値ともいう。)以下である場合、近似直線が削除される。なお近似直線のX軸方向の長さは、近似直線を形成するグループのプロットの数により判定されてもよい。近似直線とX軸とのなす角度が角度許容値以下である場合で、かつ、近似直線のX軸方向の長さが長さ閾値を超過する場合、近似直線は削除されない。ここで図5の近似直線501は、近似直線と、X軸とのなす角度が角度許容値以下であり、かつ、近似直線のX軸方向の長さが長さ閾値を超過するため、削除されていない。
【0042】
高さの差が高さ閾値を超過した場合、次のプロットのグループの判定に進み、これらのプロットに係る近似線が同様に作成される。例えば図5に示すように、高さの差が高さ閾値を超過したプロット(ここではプロット412)から順にX方向に隣接するプロットとの高さの差が算出される。高さの差が高さ閾値以下である場合、これらのプロットが近似直線を形成するグループであると判定される。かかる判定処理が、高さ閾値を超えるまで繰り返される。ここではプロット413、プロット414がいずれも高さ閾値を超過しているため、近似線が引かれない(ステップS123)
【0043】
ステップS123に続き、次のプロットのグループの判定に進み、これらのプロットに係る近似直線が同様に作成される(ステップS124)。具体的には図5に示すように、角度が角度許容値を超過した近似直線を形成するプロットに隣接するプロット(ここではプロット415)から順にX方向に隣接するプロットとの高さの差が算出される。高さの差が高さ閾値以下である場合、これらのプロットが近似直線を形成するグループであると判定される。かかる判定処理が、高さ閾値を超えるまで繰り返される。当該グループに含まれるプロットのX及びZの値に基づき、例えば最小二乗法等により近似直線が作成される。続いて削除処理が実行される。図5の近似直線503は、近似直線と、X軸とのなす角度が角度許容値以下であり、かつ、近似直線のX軸方向の長さが長さ閾値を超過するため、削除されていない。
【0044】
ステップS124に続き、次のプロットのグループの判定に進み、これらのプロットに係る近似直線が同様に作成される。例えば図5に示すように、高さの差が高さ閾値を超過したプロット(ここではプロット426)から順にX方向に隣接するプロットとの高さの差が算出される。ここではプロット427、プロット428がいずれも高さ閾値を超過しているため、近似線が引かれない(ステップS125)。
【0045】
続いて、残った近似直線(削除されていない近似直線)を形成するプロットのうち、Xの値が最小のものと、最大のものとが抽出される。これらを脆性領域の境界点とする。つまり、近似直線の線分の端点が境界点として抽出される。図5の例では、プロット401及びプロット425が境界点として抽出される。
【0046】
以下、上述の算出工程の一例について詳細に説明する。
【0047】
(第1の算出工程)
算出工程では、第1の抽出工程により抽出された境界点に基づき脆性領域の面積が算出され、かかる面積に基づき、脆性破面率が算出される。
【0048】
図6は、算出工程の概要を示す概念図である。算出工程では、第1の抽出工程により抽出された複数の境界点により囲まれる領域を脆性領域として、当該領域の面積が算出される。当該領域の面積の算出には各種方法が採用され得る。例えば、複数の境界点により境界線A1及び境界線A2、並びに境界線B1及びB2の各近似直線を定め、これらの境界線により囲まれる面積が算出されてもよい。また、当該面積を破面全体の面積により除算することにより、脆性破面率が算出されてもよい。
【0049】
以上説明したように、本実施形態によれば、情報処理装置20が、2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データに基づき、各断面における脆性領域と延性領域との境界点を抽出し、境界点に基づき脆性領域の面積を算出して脆性破面率を算出する。つまり2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データに基づき境界点を定めるため、材料の破面率の算出技術を改善することができる。
【0050】
(第1の変形例)
図7及び図8を参照して、本実施形態の第1の変形例について説明する。第1の変形例では、図7に示すように破面の側面の変曲点BL1、BR1、BL2、及びBR2が用いられる。具体的には第1の変形例では、変曲点BL1及びBR1を繋いだ境界線B1’と、変曲点BL2及びBR2を繋いだ境界線B2’が、境界線B1及びB2の代わりに用いられる。破面形状にこのようなある角度未満の変曲点(以下、くびれともいう。)が生じている場合には、第1の抽出処理に基づき抽出した境界点よりも、くびれを繋いだ境界線に基づき破面率を算出したほうが、算出精度が向上される。
【0051】
図8は本実施形態に係る情報処理装置20が実行する変形例にかかる方法の一例を示すフローチャートである。ステップS100からステップS120までは図3のフローチャートと同様であるため、同一の符号を付し説明は省略する。
【0052】
ステップS130:情報処理装置20の制御部21は、3次元の点群データよりX軸方向の破面の端点についてY軸方向に端点データ(X,Y)群を作成する。以下、この工程を第2の作成工程ともいう。
【0053】
ステップS140:制御部21は、第2の作成工程により作成された端点データ(X,Y)群を用いて所定の点数毎に近似直線を作成し、隣り合う近似直線がなす角度情報に基づき、脆性領域と延性領域とのX方向の境界線を抽出する。以下、この工程を第2の抽出工程ともいう。
【0054】
図9に、第2の抽出工程の概念図を示す。ここでは、BL1及びBL2を定める例を示すが、BR1、及びBR2も同様の手法により定められる。
【0055】
図9に示すように、例えば、端点データ(X,Y)群を用いて隣接する複数のプロット(例えば5つのプロット)ごとに近似直線が作成される。近似直線は例えば最小二乗法により定めてよい。次に、隣接する近似直線がなす角度情報が判定される。当該角度が所定の角度(以下、第1の角度閾値ともいう。)未満である場合、これら隣接する近似直線の交点が、くびれ(BL1及びBL2)と判定される。換言すると、隣接する近似直線がなす角度情報が、第1の角度閾値よりも鋭角である場合に、これら隣接する近似直線の交点が、くびれ(BL1及びBL2)と判定される。なお、上記条件を満たす近似直線の交点が複数検出された場合、最も外側(Yの値が最小及び最大の交点)が、くびれとして判定される。なお、第1の角度閾値は、材料(鋼種)により適宜設定される。
【0056】
なお図9に示すように、BL1の検出は、ノッチ31側から上記条件を満たす交点を検出することにより実行されてもよい。同様にBL2の検出は、ノッチ31と反対側から上記条件を満たす交点を検出することにより実行されてもよい。
【0057】
BL1、BR1、BL2、及びBR2が上述の手法により定められた後、BL1及びBR1を繋ぐ直線が、X方向の境界線B1’として抽出される。同様にBL2及びBR2を繋ぐ直線が、X方向の境界線B2’として抽出される。
【0058】
ステップS150:制御部21は、抽出された脆性領域のX方向の境界線(境界線B1’及び境界線B2’)とX軸とがなす角度が、所定の角度(以下、第2の角度閾値ともいう。)未満であるか否かを判定する。脆性領域のX方向の境界線とX軸とがなす角度が第2の角度閾値未満である場合、プロセスはステップS210に進む。他方で、脆性領域のX方向の境界線とX軸とがなす角度が第2の角度閾値以上である場合、プロセスはステップS220に進む。なお、第2の角度閾値は、材料(鋼種)により適宜設定される。
【0059】
ステップS210:第2の抽出工程で抽出された脆性領域のX軸方向の境界線(境界線B1’及び境界線B2’)とX軸とがなす角度が第2の角度閾値未満の場合、第2の抽出工程で抽出されたX軸方向の境界線(境界線B1’及び境界線B2’)と、第1の抽出工程で抽出された境界点とに基づき、脆性領域の面積が算出される。つまり境界線A1及び境界線A2は複数の境界点により定められる。また、第2の抽出工程で抽出されたX軸方向の境界線に基づき境界線B1’及びB2’が定められる。これらの境界線により囲まれる面積が算出され、当該面積を破面全体の面積により除算することにより、脆性破面率が算出される。
【0060】
ステップS220:第2の抽出工程で抽出された脆性領域のX軸方向の境界線(境界線B1’又は境界線B2’の少なくともいずれか一方)とX軸とがなす角度が第2の角度閾値以上の場合、第1の抽出工程で抽出された境界点に基づき、脆性領域の面積を算出する。つまり境界線A1及び境界線A2、並びに境界線B1及びB2はいずれも複数の境界点により定められる。そしてこれらの境界線により囲まれる面積が算出され、当該面積を破面全体の面積により除算することにより、脆性破面率が算出される。
【0061】
(第2の変形例)
以下、本実施形態の第2の変形例について説明する。第2の変形例では、上記実施形態において用いる3次元の点群データのうち、シャーリップに対応する点群データをフィルタリングすることにより、破面率の精度を向上させる。
【0062】
図10は本実施形態に係る情報処理装置20が実行する第2の変形例にかかる方法の一例を示すフローチャートである。ステップS100、及びステップS120は図3のフローチャートと同様であるため、同一の符号を付し説明は省略する。
【0063】
ステップS101:情報処理装置20の制御部21は、3次元の点群データをポリゴンメッシュデータに変換し、各面の法線ベクトルを算出する。図11に法線ベクトルの算出処理の概念図を示す。図11に示すように、ポリゴンメッシュデータへの変換処理において、制御部21は、3次元の点群データの隣接する3つのプロットから三角形の面を抽出する。当該三角形の法線ベクトルが制御部21により算出される。
【0064】
ステップS111:制御部21は、各面の法線ベクトルによりフィルタリングした3次元の点群データに基づき2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データを作成する。具体的には、法線ベクトルとZ軸とのなす角度に基づき、かかる角度が所定の角度(以下、第3の角度閾値ともいう。)未満であるか否かより3次元の点群データが一部の点群データのみにフィルタリングされる。そしてフィルタリングされた一部の3次元の点群データに基づき、2次元(X,Z)断面の形状データ及び2次元(Y,Z)断面の形状データが作成される。具体的には、上記フィルタリング処理において、ある面の法線ベクトルとZ軸とのなす角度が第3の角度閾値未満である場合、かかる面を形成する3つのプロットを一部の点群データに含める。これにより、シャーリップに対応する点群データを効率的に除外することができる。
【0065】
(第3の変形例)
以下、本実施形態の第3の変形例について説明する。第3の変形例では、上記変形例1において用いる3次元の点群データのうち、シャーリップに対応する点群データをフィルタリングすることにより、破面率の精度を向上させる。図12は本実施形態に係る情報処理装置20が実行する第3の変形例にかかる方法の一例を示すフローチャートである。各ステップは図8及び図11のフローチャートと同様であるため、同一の符号を付し説明は省略する。このように、破面形状にくびれが一定程度生じている場合にも、シャーリップに対応する点群データをフィルタリングすることにより、破面率の算出精度を向上させることができる。
【0066】
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段又はステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0067】
1 破面率算出システム1
10 3次元形状測定装置
20 情報処理装置
21 制御部
22 記憶部
23 通信部
24 入力部
25 出力部
31 ノッチ
32 延性領域
33 脆性領域
401、411、412、413、414、415、425、426、427、428 プロット
501、503 近似直線
A1、A2、B1、B2、B1’、B2’ 境界線
BL1、BL2、BR1、BR2 変曲点(くびれ)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12