专利名称：灰铸铁的石墨结构的评价方法和评价程序记录介质和评价体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及能分析灰铸铁的片状石墨结构、共晶石墨结构，或其混合物的图像的方法，以便定量、容易且准确地用数字评价石墨结构的固有性能如石墨片(piece)的形状(长度、厚度等)、分布和密度，和进一步涉及储存进行该方法用的程序的记录介质和评价体系。
背景技术：
例如在JP-A-2002-162348和Hideo Nakae与其它两位，RezaHenikei o Mochiita Henjo Kokuen Chutetsu no Hamen Kaiseki niyoru Kokuen Keitai no Hantei(Evaluation of graphite shapeby fracture surface analysis of graphite castiron using laserdisplacement meter)，Chuzo Kogaku，Japan FoundaryEngineering Society，Vol.74，2002，No.10，第644-649页公开了该领域中的已知技术。常规技术包括下述基本步骤用激光辐照铸铁的断裂表面，测量断裂表面的表面粗糙度，和基于表面粗糙度，评价包含在该结构内的石墨片的形状、分布等。
在已知的石墨结构评价方法当中，上述常规技术是在实际应用中最有前途的方法。然而，在这些技术中，必须直接读取所得图形以获得最终的评价结果。因此，该技术的缺点在于，在结果内的各结果之间存在差别和通过该结果难以想象图像的结构，于是仍存在有待改进的空间。
发明公开鉴于上述目的，从而完成本发明，以便使用已知的图像分析装置如石墨球化比测量装置提供能以数字术语、定量、容易且准确地评价灰铸铁的石墨结构的技术。
基于石墨片的形状、尺寸、长度、数量和厚度、石墨片的密度和分布取向等，鉴定灰铸铁内的各种石墨结构。石墨结构的状态与形成该结构的石墨片的数量紧密相关，因此当获得石墨片的数量时可估计石墨结构的状态。
灰铸铁通常是含有3-4％碳和2-3％硅的一种铁合金，并且具有以各种形状与尺寸分散在铁基体内的石墨片的结构。当铸铁固化时，在铸铁内的碳转化成石墨碳、形成渗碳体的组合碳，和与铁基体形成固体溶液的痕量碳。石墨片，由石墨碳组成，可使用显微镜，通过检验抛光铸铁样品从而观察所述石墨片。当抛光样品被腐蚀时，渗碳体可在珠光体内肉眼观察到。铸铁的石墨结构取决于石墨碳和组合碳的状态，而与肉眼观察不到的痕量固体溶液碳无关。
在灰铸铁厚度为10-30mm的情况下，组合碳的比例范围通常为约0.4-0.9％，和甚至当总碳量增加时，组合碳的含量也几乎不变。因此，通过从总碳量中减去组合碳量计算的数值随着总碳量的增加而增加，结果在铁基体内的石墨片的面积比增加。
在固化工艺中形成的石墨碳的形状与分布主要取决于混合基体金属、熔化、浇铸、熔融金属处理和模塑的条件。取决于条件，即使化学组成不变，石墨结构也发生显著改变。一般趋势是，在以低速固化的较厚部分内石墨片生长成具有较大的长度，和在以高速固化的较薄部分和熔融金属不流动部分内石墨片生长不充分，结果较短。
同时，由于石墨碳的含量恒定，当石墨片越长时，各石墨片中的碳含量越大和石墨片的数量越小。另一方面，当石墨片越短时，石墨片的数量越大。
因此，基于石墨结构的状态与形成该结构的石墨片的数量紧密相关的假设，从而实现本发明。
权利要求1所述的本发明的一个方面是通过图像分析装置，定量评价灰铸铁的石墨结构的方法，其特征在于包括下述步骤分析石墨结构的放大图像，进而提取(extract)包含在石墨结构内的特定尺寸组(class)的非球形石墨片，以计算非球形石墨片的数量和面积；基于该面积和数量计算表达非球形石墨片厚度的薄厚程度；输出结合在一起的非球形石墨片的数量和薄厚程度作为评价结果。
如权利要求2所述，可由通过图像摄取器件(CCD)如摄像机和数码相机拍摄的石墨结构的显微屏幕(screen)图像获取用于图像分析步骤的放大图像。此外，在一些情况下，放大图像可以是通过照相机拍摄的图像，所述图像可通过扫描仪等读取。
如权利要求3中所述，可提取非球形石墨片，基于面积等于各石墨片面积的圆的直径或者基于各石墨片的最大长度来计算其数量。如权利要求4所述，优选为计算其数量而提取的非球形石墨片的最小石墨片具有面积等于直径为5微米或者长度最大为10微米的圆的面积的尺寸。如权利要求5所述，更优选为计算其数量而提取的非球形石墨片的最小石墨片具有面积等于直径为5微米的圆的面积的尺寸。
在此情况下，如权利要求6所述，从改进评价精度角度考虑，优选在提取特定尺寸组的非球形石墨片之前，预处理放大图像，以便排除并淘汰与放大图像的框架接触的石墨片，和通过下述步骤校正所提取的非球形石墨片的数量计算将要被排除并淘汰的石墨片；把除了将要被排除并淘汰的石墨片以外的石墨片分成含特定尺寸组的多个尺寸组，以计算每一尺寸组的其它石墨片的数量；基于其它石墨片数量之间的比例，把将要被排除并淘汰的石墨片按比例分配到各尺寸组内，将所分配的石墨片的数量加到其它石墨片的数量中。
此外，如权利要求7中所述，可通过所提取的非球形石墨片的总面积除以总数量，来获得薄厚程度。更优�。缛ɡ�8中所述，从所提取的非球形石墨片中选择最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片，测量所选石墨片的最大长度与面积，和基于所测量的数据并除以100计算最大长度为100微米的石墨片的面积，获得石墨结构的各石墨片的薄厚程度。
权利要求9中所述的本发明的一个方面是计算机可读取的记录介质如CD-ROM和软磁盘，其储存进行权利要求11-8任何一项所述步骤用的程序。
此外，权利要求10中所述的本发明的一个方面是通过图像分析定量评价灰铸铁的石墨结构的体系。如图2所示，该体系包括图像分析单元1、用于将石墨结构的放大图像输入到图像分析单元1内的图像输入单元2，和用于显示分析结果的显示单元3。该体系的特征在于，图像分析单元1包括石墨片数量/面积计算单元4，用于分析石墨结构的放大图像，进而提取包含在该石墨结构内的特定尺寸组的非球形石墨片，以计算非球形石墨片的数量与面积，和薄厚程度的计算单元5，用于基于数量和面积，计算表达非球形石墨片厚度的薄厚程度，和在显示单元3上，可视地指出结合在一起的非球形石墨片的数量和薄厚程度作为评价结果。
在此情况下，鉴于权利要求5所述的方法，如权利要求11所述，优选为计算其数量而提取的非球形石墨片的最小石墨片具有面积等于直径为5微米的圆的面积的尺寸。
此外，鉴于权利要求6所述的方法，如权利要求12所述，优选在提取特定尺寸组的非球形石墨片之前，预处理放大图像，以便排除并淘汰与放大图像的框架接触的石墨片，和图像分析单元包括通过计算将要被排除并淘汰的石墨片；把除了将要被排除并淘汰的石墨片以外的石墨片分成含特定尺寸组的多个尺寸组，以计算每一尺寸组的其它石墨片的数量；基于其它石墨片数量之间的比例，把将要被排除并淘汰的石墨片按比例分配到各尺寸组内，将所分配的石墨片的数量加到其它石墨片的数量中的步骤，从而校正所提取的特定尺寸组的非球形石墨片的数量的单元13(图24)。
鉴于权利要求8所述的方法，如权利要求13所述，优选从所提取的非球形石墨片中选择最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片，测量所选石墨片的最大长度与面积，和基于所测量的数据并除以100，计算最大长度为100微米的石墨片的面积，获得石墨结构的各石墨片的薄厚程度。
因此，在本发明中，可基于石墨片的数量和相关的薄厚程度，用数字且定量地评价石墨结构。
根据本发明，可基于石墨片的数量和相关的薄厚程度，用数字容易且定量地评价石墨结构。因此，本发明的优点在于在每次评价之间没有差别的情况下，获得高度可靠的评价结果，和可容易地由该评价结果想象真实的石墨结构。
附图简述
图1是显示根据本发明的一个优选实施方案的整个评价体系的组件的例示示意图。
图2是显示图1原理部分的功能方框图。
图3是显示根据本发明的优选实施方案的评价方法的步骤的流程图。
图4是显示测量石墨球化比的图像分析步骤的流程图。
图5是显示图4的石墨球化比测量的分析结果实例的例示图。
图6A是测定石墨片尺寸的最大尺寸方法的例示图。
图6B是测定石墨片尺寸的平均尺寸方法的例示图。
图7是显示所检测的不同形状与尺寸的石墨片数量的图表。
图8是将左侧的石墨结构分成最大尺寸小于10微米的石墨片和最大尺寸为10微米或更大的石墨片的例示图。
图9是显示石墨结构的密度与所检测的石墨片数量之间关系的图表。
图10是显示最小的石墨片尺寸与所检测的石墨片数量之间关系的图表。
图11是显示灰铸铁结构与石墨片数量之间关系的例示图。
图12是显示具有相同数量石墨片的结构之间的薄厚程度差别的实例的例示图。
图13是基于尺寸对石墨片数量为90的石墨结构分类的例示图。
图14是多个石墨片的连接的例示图，其在尺寸为约150微米或更大的石墨片中增加。
图15是测量在石墨片数量为90的石墨结构内各石墨片的长度与面积结果的例示图。
图16是显示图15结构的石墨片的长度(最大尺寸)与面积之间关系的图表。
图17是表征长度为100微米的假设的代表性石墨片的薄厚程度的实施方案的例示图。
图18是三维显示在由铸铁制造的制动片转子截面内石墨片分布的例示图，以改进浇铸制动片转子的条件。
图19是三维显示在制动片转子截面内石墨片分布的例示图，使熔融金属处理合理化。
图20是显示本发明第二个实施方案的流程图。
图21是比较在排除并淘汰与分析用的图像框架接触的石墨片之前与之后观察到的石墨结构的例示图。
图22还是比较在排除并淘汰与分析用的图像框架接触的石墨片之前与之后观察到的石墨结构的例示图。
图23是以成比例的分配添加将要被排除并淘汰与图像框架接触的石墨片数量的例示图。
图24是显示图2的改性实例的功能方框图。
实施我们发明的最佳模式图1-3示出了本发明的优选实施方案。
图1图示了本发明评价体系的组件，和图2示出了其示意的功能方框图。该体系由具有个人计算机6的图像分析装置20的图像分析单元1作为主要组件；光学金相显微镜7；CCD照相机(摄像机)8的图像输入单元(图像摄取单元)2；等组成。CCD照相机8拍摄的图像经输入端口9输入到图像分析装置20内。个人计算机6除了包括CPU、ROM和RAM之外，还包括具有事先安装的预定图像分析软件的存储器器件如硬盘；和进一步包括未示出的键盘或鼠标的输入单元、CRT显示器10的显示单元3、打印机11的输出单元、外部存储器器件12如MO等。
通过金相显微镜放大100倍灰铸铁的评价目标的石墨结构，和通过CCD照相机8拍摄放大的显微图像并输入到图像分析装置20内。例如，对输入100倍放大的显微图像的640×480像素(图像元素)进行图像分析。图像框架的640-像素宽度分布在640微米的标尺上，从而存在1像素对应1微米的关系。
如图3的步骤S1所示，在图像输入到图像分析装置20内之后，将输入的图像二值化为亮处和暗处，用白色表示铸铁和用黑色表示石墨片(步骤S2)。与此同时，淘汰并排除与图像框架相交(交叉)或接触的石墨片(步骤S3)。然后，在步骤S4中，提取并计算仅仅石墨面积比小于54％的非球形石墨片。
一般地，可使用图6A和6B所示的两种方法测定待提取的各石墨片的尺寸。一种方法是图6A所示的最大尺寸方法，其中石墨片的最长部分在圆内内接，和圆的直径被认为是石墨片的尺寸，而与石墨片的面积无关。另一方法是图6B所示的平均尺寸方法，其中面积等于石墨片面积的圆的直径被认为是石墨片的尺寸，而与石墨片的长度无关。
在该实施方案中，提取平均尺寸为5微米或更大的石墨片。如上所述，仅仅提取石墨面积比小于54％和平均尺寸为5微米或更大的非球形石墨片，和计算并表示所提取的非球形石墨片的数量。在没有平均尺寸方法的情况下，可提取最大尺寸(最大长度)为10微米或更大的石墨片，和可结合使用这两种方法提取仅仅最大尺寸为10微米或更大和平均尺寸为5微米或更大的石墨片。在图13的左上方示出了例如在所检测的石墨片的数量为90的情况下，所提取的石墨片结构的状态。
根据图13可假设，整个石墨结构的印象(impression)主要取决于最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片的厚度(如随后所述，在该实施方案中被称为薄厚程度)，如左下方所示。基于该假设，从非球形石墨片中仅仅提取最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片，和测量各石墨片的最大尺寸(最大长度)和面积(图3的步骤S5)。在图15中示出了所测量的各石墨片的最大长度和面积这二者，和在图16中以图表形式示出了其分布。然后，获得石墨片长度的中值，和通过使用图16所示的关系表达式计算具有该中值的石墨片的面积。
在图16中，长度为50-150微米的中值是100微米，从而中值长度为100微米的石墨片的面积为1006平方微米。因此，由所示数据获得最大长度(最大尺寸)为100微米的假想石墨片，该假想石墨片是长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片的代表，该假想石墨片的面积为1006平方微米。如图17所示，通过用面积1006平方微米除以长度100微米获得数值10.06和所得数值被认为是薄厚程度(图3的步骤S6)。薄厚程度相当于具有相同面积且长度为100微米的矩形的宽度，和可提供石墨结构实际的图像。
然后，假想石墨片的宽度10.06近似为10.1，和以“所检测石墨片的数量(薄厚程度)”形式将所检测的石墨片的数量90可视地表示为90(10.1)(图3的步骤S7)。用石墨组分的薄厚程度表示石墨结构的形状。应当注意，可在图2所示的图像分析装置内进行一系列的上述算术处理。
接下来，使用常规的石墨球化比测量装置校正评价灰铸铁的石墨结构的方法的适用性和合理性，其中包括使用2-或3-位(digit)数值的薄厚程度评价。
图4示出了使用广泛已知的石墨球化比测量装置的测量步骤。如图4所示，在石墨球化比测量装置中，基于预定尺寸区分在输入图像内的所有石墨片并计算，而与石墨片是否球形或非球形无关。通过使用这种计算函数，定量评价片状或共晶石墨片的结构。
例如，通过图1的摄像机8(图像读取器件如CCD)拍摄的放大100倍的显微图像的640×480像素(照片元素)用作图像分析的目标。如上所述，存在1像素＝1微米的关系。图5示出了分析结果的实例，其中独立地表示根据JIS所检测的不同球形或非球形(片状)形状的石墨片的数量。
如上所述，可使用最大尺寸方法和平均尺寸方法这两种方法测定待提取的各石墨片的尺寸。根据JIS的定义，通过最大尺寸方法进行石墨球化比的测量。然而，在一定程度上，这两种方法是有意义的，因此此处结合使用最大尺寸方法和平均尺寸方法这两种方法。
制备具有相对长石墨片的粗糙石墨结构、微细的共晶石墨结构及其中间结构的三个样品。图7示出了中间石墨结构的评价结果，以测量作为实例的不同形状和尺寸的石墨片的数量。
如图7所示，提取数种尺寸组的石墨片。例如，根据最大尺寸和平均尺寸这二者，石墨片被分成7个尺寸组1微米或更大、2微米或更大、3微米或更大、5微米或更大、10微米或更大、15微米或更大和20微米或更大。结果以所检测的各尺寸组的石墨片的数量、累积总数和所检测的球形或非球形石墨片的数量的形式表示。
如图7所示，在每一相对较大的尺寸组中，通过使用最大尺寸方法获得的石墨片的数量较大，和通过使用平均尺寸方法获得的石墨片的数量较小。另一方面，在每一相对较小的尺寸组中，通过使用平均尺寸方法获得的石墨片的数量较大，和通过使用最大尺寸方法获得的石墨片的数量较小。对于最大尺寸和平均尺寸的以上所述的定义来说，这是合理的。相反，当计算尺寸组为1微米或更大的石墨片时，检测到在图像内的基本上所有石墨片，而与形状无关，和通过使用最大尺寸方法测量的石墨片的总数为约433，与通过使用平均尺寸方法测量的数量接近相同，为约436。
未示出测量粗糙石墨结构和共晶石墨结构这两种其它样品的结果。在粗糙石墨结构的情况下，所检测的尺寸组为1微米或更大的石墨片的数量，在最大尺寸方法中为约211，和在平均尺寸方法中为约223。在共晶石墨结构的情况下，所检测的尺寸组为1微米或更大的石墨片的数量，在最大尺寸方法中为约1172，和在平均尺寸方法中为约1176。结果表明，除了这一差别之外，具有与中间石墨结构的那些相同的趋势。
同时，发现在尺寸组为10微米或更大内几乎观察不到球形石墨片，和在所有样品中，作为共同的特征，球形石墨片在较小的尺寸组内增加。
因此，将另一样品的石墨片分成10微米或更大和小于10微米的最大尺寸组或分成5微米或更大和小于5微米的平均尺寸组，以观察所分类的石墨结构之间的差别。图8示出了将石墨结构分成最大尺寸组的结果。在小于10微米的最大尺寸组内，所检测的134块石墨片中大多数是点状、粒状或块状，通过肉眼观察不可能判断该片是否为球形或非球形，和在实际中部分所检测的片有可能结渣或生锈。此外，重要的是，在肉眼观察中，通过最大尺寸为10微米或更大的石墨片形成石墨结构的印象或图像，和最大尺寸小于10微米的石墨片被认为是不影响印象的噪音。在其中石墨片分成5微米或更大的平均尺寸组的情况下也获得相同的观察结果，但未示出小于5微米的平均尺寸组的情况。
本发明的目的是区分石墨结构，进而对结构进行分类。鉴于该目的，最大尺寸组小于10微米或平均尺寸组小于5微米的点状或粒状石墨片不影响整个结构的印象，只是为噪音。因此，下述观察覆盖仅仅最大尺寸为10微米或更大或平均尺寸为5微米或更大的非球形石墨片。
测量在石墨结构内的石墨片数量的条件限制于上述方式，和在该限制的条件下进行实验。
首先，制备具有各种石墨结构的样品，和以从较长石墨片结构到微细共晶石墨片结构的顺序从中选择No.1-No.10共10个样品，以便从5个观察者的每一个中获得认可。然后，根据最大尺寸方法和平均尺寸方法，将石墨片分成4个尺寸组5微米或更大、10微米或更大、15微米或更大和20微米或更大，和测量根据JIS非球形石墨片的数量。
图9示出了结果。以从较长石墨片结构到微细共晶石墨片结构的结构密度的顺序示出了所检测的石墨片的数量。通过最大尺寸方法获得的数据(虚线)和通过平均尺寸方法获得的数据(实线)重叠。根据该结果，显然的是，平均尺寸为5微米或更大的石墨片的数量与最大尺寸为10微米或更大的石墨片的数量与石墨结构的密度具有最直的线性关系。相对于平均尺寸为5微米或更大的石墨片数量和最大尺寸为10微米或更大的石墨片的数量来测量更多的样品，以判断哪一种作为标准是最有效的方法。图10示出了结果。
根据图10，显然的是，尽管在石墨片数量为约300或更少的较大石墨片结构内，通过这两种尺寸方法获得相同的石墨片数量，但在石墨片数量为大于300的相对微细、接近共晶的石墨结构内，通过使用5微米或更大的平均尺寸检测到更多的石墨片。这方面的原因认为是，如上所述，在最大尺寸方法中使用石墨片的长度，而在平均尺寸方法中使用石墨片的面积作为尺寸的量度。因此，一些块状、粒状或几乎点状的石墨片具有比预定平均尺寸大的面积，这些石墨片的长度小于预定的最大尺寸，在最大尺寸方法中它们将从测量(或检测或提取)中被除去。
在石墨结构的区分中，较微细的石墨结构比相对较大的石墨片结构更难以检测其间的差别。特别优选甚至在这种较微细的石墨结构情况下，更精确地获得石墨片的数量，和作为结论，不使用最大尺寸方法，而是平均尺寸方法，测定待提取的最小的石墨片的尺寸是合理的，以便基于石墨组分的数量，评价石墨结构。
根据上述研究结果，显然的是，通过测量评价尺寸为5微米或更大的非球形(片状)石墨片的数量，可容易地可靠地评价灰铸铁的石墨结构，且每次评价之间没有差别，同时如上所述地计算2-或3-位的薄厚程度值。
图11示出了所检测的上述10个样品No.1-No.10的片状石墨片的显微图与数量之间的关系作为进一步的实例。显然，在每种结构内的石墨片的形状与所检测的石墨片的数量具有某种相关性。在图11中，样品No.1-No.10以K-1至K-10的形式示出，和所检测的非球形(片状)石墨片的数量在括号内示出。
存在下述情况其中所检测的石墨片的数量相同的石墨结构在组成的石墨片的厚度方面不同，和此处这些差别的影响不一定被充分地考虑。石墨片的厚度(或薄度)临时被称为薄厚程度，和图12示出了具有显著不同薄厚程度的石墨结构的实例。
图12所示的石墨结构在石墨片的薄厚程度方面不同，这根据石墨面积比可看出，尽管它们具有相同的所检测石墨片数量90。具有不同结构的灰铸铁本质上在机械性能等方面不同。因此，肯定可以认为，在没有考虑到薄厚程度的情况下，评价石墨结构的方法不是完美的。
在此情况下，最简单的是包括比较具有相同石墨片数量的结构的总石墨面积的方法，或包括比较石墨片平均面积的方法，其中通过用总的石墨面积除以石墨片数量获得各石墨片的平均面积，和这些方法在一定程度上是有效的。然而，尽管这些结构具有相同的石墨片数量，但它们具有不同的尺寸分布，因此，简单地比较石墨片面积的方法并不总是合适。
因此，在图12所示的4类石墨结构当中，通过分配石墨片，将左上方所示的薄厚程度为10.1的结构分成3个最大尺寸组10微米或更大且小于50微米、50微米或更大且小于150微米、和150微米或更大并如图13所示。图13的左上方与图12的左上方相同。根据图12和13，显然的是，石墨片在石墨结构内的溶胀印象主要取决于最大程度为50微米或更大且小于150微米的石墨片。以与该实验相同的方式检验具有不同石墨片数量的另一石墨结构，和结果是，最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片显著影响溶胀印象。因此，石墨片在整个石墨结构内的溶胀印象可以以最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片的薄厚程度来表示。
多个石墨片可连接并作为一个石墨片被识别，和在最大长度为150微米或更大的石墨片当中，连接显著增加，如图14所示。理想地排除最大长度为150微米或更大的石墨片，以防止错误识别(miss-recognition)。
测量50微米或更大且小于150微米的上述石墨片的最大尺寸(最大长度)和面积并一起在图15中示出，和图16以图表的形式示出了石墨片的分布。根据图15和16可获得中值长度为100微米的石墨片的面积为1006平方微米。
最大长度(最大尺寸)为100微米的假想石墨片可以成为石墨片的代表，它由50微米或更大且小于150微米的石墨片的数据而获得，计算假想石墨片的面积为1006平方微米，和通过用面积1006平方微米除以长度100微米获得数值10.06，如图17所示。该数值相当于具有相同面积和长度为100微米的矩形的宽度，和可提供实际的溶胀图像。
然后，假想石墨片的宽度10.06近似为10.1，和以90(10.1)表示所检测石墨片的数量90，进而用石墨结构的形状表示石墨组分的薄厚程度。
如上所述，证明了使用2-或3-位数值评价薄厚程度是合适的。
在生产由铸铁制造的制动片转子中，三维地示出了在制动片转子截面内石墨片的分布，以改进图18中的浇铸条件，和在图19中三维地示出了在制动片转子截面内石墨片的分布，以使熔融金属处理合理化。更有效地，连同以上所述的薄厚程度一起示出了石墨结构的数值。
图20-24示出了本发明的第二个实施方案。
如图20的流程图所示，与用于图像分析的放大图像的框架相交或接触的石墨片，不是测量目标，在预处理步骤中将要被排除和淘汰，而与石墨片是否为球形或非球形无关(参见，图3和20的步骤S3)。与框架接触的石墨片被排除并淘汰，是因为除了图像中示出的部分以外的未示出部分的形状和尺寸不可能被检测，和对于图像分析来说，该步骤是不可避免的。
在石墨球化比的测量中，即使所提取的用于测量的石墨片数量略微小于其实际数量，也可通过测量残留在框架内的石墨片获得石墨的球化比，且没有严重的实际问题。
另一方面，在本发明中，基于石墨组分片的数量定量地评价灰铸铁的片状石墨结构，因此从评价精度角度考虑，重要的石墨片数量不同于实际数量是永远不优选的。
图21示出了在排除并淘汰与图像框架(测量框架)相交或接触的石墨片之前和之后观察到的结构比较。当与框架接触的石墨片被排除并淘汰时，在框架附近处存在明显空的空间，如图21的右图所示。仅仅残留在框架内的石墨片用作测量目标，和结果是，所分析的石墨结构部分不同于实际结构，但结果类似。
灰铸铁的薄且长的石墨片的含量比含球形或块状石墨片的球形石墨铸铁高得多。较长的片状石墨片更有可能与图像框架接触。此外，当石墨片较长时，石墨片的数量变得较�。虼撕薪铣な氖峁咕哂薪细弑壤慌懦⑻蕴挠肟蚣芙哟サ氖�
图22示出了具体的明显的实施例，和通过排除并淘汰超过一半的所存在的石墨片，使测量的目标石墨结构完全不同于起始，如图22的右图所示。在该实例中使用极长的石墨片的结构，和在普通的FC-250石墨结构中没有观察到这样大的差别。然而，在通过使用640×480微米的图像评价普通的所谓A-类石墨结构的情况下，不可避免地将要被排除并淘汰的约5-20％的石墨片与框架接触。
由于含类似石墨片的石墨结构显示出与被排除并淘汰的石墨片相类似的比例，因此可进行石墨结构的相对比较，且没有严重的实际问题。然而，为了忠实反映被评价的起始石墨结构，优选还评价被排除并淘汰的石墨片。
尽管不可能测量如上所述将被排除并淘汰的与框架接触的石墨片的形状与尺寸，但可测量其数量。此外，认为与框架接触的石墨片的形状与尺寸并不如此不同于随机在框架内残留的大多数石墨片。
因此，可通过下述步骤计算将被排除并淘汰的与框架接触的石墨片；将残留在框架内的石墨片分成多个尺寸组，以计算每一尺寸组的石墨片的数量；计算在各尺寸组的残留石墨片的数量之间的分配比；和基于该比例将被排除并淘汰的与框架接触的石墨片分配到各尺寸组内，将所分配的石墨片的数量加到上述数中，从而在考虑到将被排除并淘汰的与框架接触的石墨片的数量的同时，复制极其类似于具有全部石墨片的起始结构的石墨结构。
图23示出了图20的步骤的具体实例，和图20的步骤S1-S3等于图3的那些。当在步骤S3中，与二值化为亮处和暗处的图像的框架相交或接触的石墨片从石墨结构(全部石墨片)的图像中排除并淘汰时，计算将被排除并淘汰的石墨片的数量(步骤S3-1)。然后，作为图3的情况，提取石墨面积比小于54％和平均尺寸为5微米或更大的非球形石墨片并与小于5微米的石墨片相分离，和在步骤S4中计算或计数被分类的非球形石墨片的数量。
在图23的实例中，与将被排除并淘汰的图像的框架相交或接触的石墨片的数量是32，和在框架内小于5微米的石墨片的数量为26，和5微米或更大的石墨片的数量为148。
接下来，如图23所示，除了图20的步骤s4-1以外，还基于残留在框架内的小于5微米的石墨片的数量为26和5微米或更大的石墨片的数量为148的比例对32块被排除并淘汰的石墨片分类。因此，将数量为32块的被排除并淘汰的石墨片基于比例26∶148分成5和27。将数字27加到残留在框架内的5微米或更大的石墨片的数量148上，从而将数字校正为175。结果是，获得假想的石墨结构指数148作为待提取的平均尺寸为5微米或更大的石墨片的数量，所述假想的石墨结构指数148不是取决于被排除并淘汰的与框架接触的石墨片，和接近实际值的真实的石墨结构指数175，所述实际值是通过按比例地分配被排除并淘汰的石墨片来校正的。
随后，在步骤S5和S6中计算薄厚程度，和如同图3的情况一样，在步骤S7中，一起可视地示出了以上获得的真实石墨结构指数175(10.1)。应当注意，可在图24所示的图像分析装置中进行一系列上述算术处理。图24所示的装置包括按比例地添加被排除的与框架接触的石墨片的数量的单元13，因此不同于图2所示的装置。
在该实施方案中，通过按比例地分配与被排除并淘汰的与框架相交或接触的石墨片，来校正所提取的特定尺寸组的非球形石墨片的数量，从而可进一步改进石墨结构图像分析的精度，以提供高度可靠的评价结果。
权利要求
1.一种通过图像分析装置定量评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于包括下述步骤分析石墨结构的放大图像，从而提取包含在石墨结构内的特定尺寸组的非球形石墨片，以计算非球形石墨片的数量与面积；基于该数量和面积计算表达非球形石墨片厚度的薄厚程度；和输出结合在一起的非球形石墨片的数量和薄厚程度作为评价结果。
2.权利要求1的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于由通过图像摄取器件拍摄的石墨结构的显微屏幕图像中获取用于图像分析步骤的放大图像。
3.权利要求1或2的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于提取非球形石墨片，基于面积等于各石墨片面积的圆的直径或者基于各石墨片的最大长度来计算其数量。
4.权利要求1-3任何一项的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于为计算其数量而提取的非球形石墨片的最小石墨片具有面积等于直径为5微米或者长度最大为10微米的圆的面积的尺寸。
5.权利要求4的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于为计算其数量而提取的非球形石墨片的最小石墨片具有面积等于直径为5微米的圆的面积的尺寸。
6.权利要求1-5任何一项的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于在提取特定尺寸组的非球形石墨片之前，预处理放大图像，以便排除并淘汰与放大图像的框架接触的石墨片，和通过下述步骤校正所提取的特定尺寸组的非球形石墨片的数量计算将要被排除并淘汰的石墨片；把除了将要被排除并淘汰的石墨片以外的石墨片分成含特定尺寸组的多个尺寸组，以计算每一尺寸组的其它石墨片的数量；基于其它石墨片数量之间的比例，把将要被排除并淘汰的石墨片按比例分配到各尺寸组内，将所分配的石墨片的数量加到其它石墨片的数量中。
7.权利要求1-6任何一项的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于通过所提取的非球形石墨片的总面积除以其总数量，来获得薄厚程度。
8.权利要求3-7任何一项的评价灰铸铁中石墨结构的方法，其特征在于从所提取的非球形石墨片中选择最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片，测量所选石墨片的最大长度与面积，和基于所测量的数据并除以100计算最大长度为100微米的石墨片的面积，获得石墨结构的各石墨片的薄厚程度。
9.计算机可读取的记录介质，其储存进行权利要求1-8任何一项所述步骤用的程序。
10.通过图像分析定量评价灰铸铁的石墨结构的体系，其特征在于，该体系包括图像分析单元、用于将石墨结构的放大图像输入到图像分析单元内的图像输入单元，和用于显示分析结果的显示单元，其中图像分析单元包括石墨片数量/面积计算单元，用于分析石墨结构的放大图像，进而提取包含在该石墨结构内的特定尺寸组的非球形石墨片，以计算非球形石墨片的数量与面积，和薄厚程度计算单元，用于基于数量和面积，计算表达非球形石墨片厚度的薄厚程度，和在该显示单元上，可视地指出结合在一起的非球形石墨片的数量和薄厚程度作为评价结果。
11.权利要求10的评价灰铸铁的石墨结构的体系，其特征在于，为计算其数量而提取的非球形石墨片的最小石墨片具有面积等于直径为5微米的圆的面积的尺寸。
12.权利要求10或11的评价灰铸铁的石墨结构的体系，其特征在于在提取特定尺寸组的非球形石墨片之前，预处理放大图像，以便排除并淘汰与放大图像的框架接触的石墨片，和图像分析单元包括通过下述步骤校正所提取的特定尺寸组的非球形石墨片的数量的单元计算将要被排除并淘汰的石墨片；把除了将要被排除并淘汰的石墨片以外的石墨片分成含特定尺寸组的多个尺寸组，以计算每一尺寸组的其它石墨片的数量；和基于其它石墨片数量之间的比例，把将要被排除并淘汰的石墨片按比例分配到各尺寸组内，将所分配的石墨片的数量加到其它石墨片的数量中。
13.权利要求11或12的评价灰铸铁的石墨结构的体系，其特征在于从所提取的非球形石墨片中选择最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片，测量所选石墨片的最大长度与面积，和基于所测量的数据并除以100，计算最大长度为100微米的石墨片的面积，以获得石墨结构的各石墨片的薄厚程度。
全文摘要
本发明提供基于石墨结构内石墨组分的数量和薄厚程度来定量评价灰铸铁的石墨结构性能的方法。特别地，从石墨结构的预处理图像中仅仅提取平均尺寸为5微米或更大的非球形石墨片并计数(图3的步骤S5)。此外，从中仅仅选择最大长度为50微米或更大且小于150微米的石墨片(步骤S6)。由这些数据计算最大长度(最大尺寸)为100微米的各假想石墨片的面积，并除以长度100微米，获得薄厚程度(步骤S7)。与石墨片的数量一起示出了薄厚程度(步骤S8)。
文档编号G01N21/88GK1692276SQ20038010061
公开日2005年11月2日 申请日期2003年12月25日 优先权日2002年12月27日
发明者市村元, 今崎正典, 青木铁朗, 增尾国博 申请人:汽龙株式会社
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