Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Härteprüfung von Werkstücken mit einem vertikal beweglichen Eindringkörper mit einer vorbestimmten Masse, der mit einem Kraftsensor in Verbindung steht, und mit einer optischen Erfassungseinrichtung zur Erfassung und Auswertung des durch den Eindringkörper bewirkten Eindrucks im Werkstück.
Es sind Mikrohärteprüfungsgeräte bekannt, bei denen die Kraft, mit der ein Eindringkörper auf das Werkstück gedrückt wird, über einen Kraftsensor gemessen wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der EP 1 434 045 A offenbart. Problematisch ist dabei die beschränkte Genauigkeit, wobei diese Frage umso kritischer wird, je kleiner die aufzubringenden Kräfte sind. Um die Nachteile in Hinblick auf die Genauigkeit in Grenzen zu halten, müssen die Verfahrgeschwindigkeiten klein gehalten werden, was den Nachteil einer geringen Arbeitsgeschwindigkeit mit sich bringt.
Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen die Kraft, mit der der Eindringkörper auf das Werkstück gedrückt wird, als Gewichtskraft dargestellt wird. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der JP 63 252 232 A offenbart. Der Einsatzbereich solcher Geräte ist jedoch beschränkt, da nur wenige vorgegebene Gewichtsstufen angefahren werden können. Ausserdem sind höhere Prüflasten von 2 kg oder mehr platzbedingt nur schwer darstellbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der oben genannten Art so weiterzubilden, dass in verschiedenen Messbereichen hohe Genauigkeiten erzielt werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu erzielen, so dass Messungen, bei denen eine Vielzahl von Messpunkten untersucht werden müssen, in vergleichsweise kurzer Zeit durchgeführt werden können.
Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass der Eindringkörper eine Anschlagfläche aufweist, oberhalb der mit einem vorbestimmten Spiel ein erster Gewichtskörper vorgesehen ist, der eine Auflagefläche aufweist, die mit der Anschlagfläche zusammenwirkt.
Durch die erfindungsgemässe Lösung wird erreicht, dass in einem ersten Messbereich mit sehr geringen Auflagekräften die Gewichtskraft aufgrund der Masse des Eindringkörpers selbst massgeblich für die Beaufschlagung des Werkstückes ist. Es wird dabei der Eindringkörper nur so weit zum Werkstück hinbewegt, dass er auf diesem aufliegt und gegebenenfalls in dieses eindringt, das Spiel an der Anschlagfläche zum ersten Gewichtskörper jedoch nicht aufgebraucht wird. Ein weiterer Messbereich mit einer grösseren Kraft wird durch eine weitere Bewegung der Halterung des Eindringkörpers realisiert, die bewirkt, dass nun auch der erste Gewichtskörper zu der Auflagekraft beiträgt. Höhere Kräfte können über weitere Gewichtskörper generiert werden bzw. werden über den Kraftsensor geregelt.
Wesentlich an der Erfindung ist die Tatsache, dass relativ grosse Vorschubgeschwindigkeiten realisiert werden können, da eine extrem feine Regelung des Kraftsensors nicht erforderlich ist. Die geringen Auflagekräfte im unteren Messbereich werden durch die Gewichtskörper realisiert, was bedeutet, dass zur Durchführung der Messung nur ein Punkt angefahren werden muss, bei dem der betreffende Gewichtskörper vollständig auf dem Eindringkörper, bzw. auf dem vorgelagerten Gewichtskörpern aufliegt, der nächste Gewichtskörper jedoch noch keinen Einfluss auf die Messung ausübt. Der Kraftsensor kommt erst bei höheren Gewichtsstufen ins Spiel, bei denen die Feinheit der Regelung nicht mehr kritisch ist.
Es ist bevorzugt, wenn der Kraftsensor über einen Gewichtskörper beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Kraftsensor erst anschliessend an den Messbereich aktiviert wird, der durch die gemeinsame Gewichtskraft des Eindringkörpers und des ersten bzw. der weiteren Gewichtskörper bedingt ist. Dazu ist es besonders günstig, wenn der Kraftsensor eine Sensor-Auflagefläche aufweist, die im unbelasteten Zustand in einem Abstand von einer Betätigungsfläche des ersten oder gegebenenfalls eines weiteren Gewichtskörpers angeordnet ist. Insbesondere ist dabei die Anordnung der Gewichtskörper und das Spiel zwischen ihnen so bemessen, dass der Kraftsensor erst dann beaufschlagt wird, wenn alle Gewichtskörper auf dem Eindringkörper aufliegen. Dadurch wird verhindert, dass der Kraftsensor die Messung in den unteren Messbereichen die messung unzulässigerweise beeinflusst.
Besonders günstig ist es, wenn der Sensorauflageabschnitt durch mindestens eine Abrollfläche ausgebildet ist, die auf der Betätigungsfläche des Gewichtskörpers abrollt. Insbesondere bei kleinen Eindringkräften ist es wichtig, ein Verkanten des Eindringkörpers weitestgehend auszuschliessen, um entsprechend wohlgeformte Eindrücke zu erreichen. Durch eine möglichst reibungsfreie Relativbewegung, die vorzugsweise durch Wälzlager erreicht wird, können die aus der Kinematik resultierenden minimalen Verschiebungen in horizontaler Richtung ausgeglichen werden.
Kippbewegungen um eine Achse, die im Wesentlich parallel zur Längsachse des Kraftsensors liegt, können wirksam dadurch vermieden werden, dass der Sen sorauflageabschnitt des Kraftsensors um eine im Wesentlichen horizontale Achse gelenkig gelagert ist.
Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht einen ersten Haltekörper vor, auf dem der Eindringkörper im Ausgangszustand aufliegt, wobei der erste Haltekörper mit einem zweiten Haltekörper in Verbindung steht, der dazu bestimmt ist, den ersten Gewichtskörper zu tragen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung besonders leicht umgerüstet werden. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang günstig, wenn eine Wechseleinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den ersten Eindringkörper durch mindestens einen alternativen ersten Eindringkörper zu ersetzen. Damit ist es auch möglich, unterschiedliche Objektive in Stellung zu bringen. Bevorzugt ist die Wechseleinrichtung dabei als Revolversystem mit einem Drehteller ausgebildet.
Konstruktiv besonders günstig ist es, wenn der erste Gewichtskörper und gegebenenfalls weitere Gewichtskörper koaxial zum Eindringkörper ausgebildet sind. Von besonderem Vorteil hat es sich dabei herausgestellt, wenn erste Gewichtskörper und gegebenenfalls weitere Gewichtskörper ringförmig ausgebildet sind und eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die Sichtverbindung zwischen der optischen Erfassungseinrichtung und dem Eindringkörper besteht.
Eine weitere besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Eindringkörper samt Gewichtskörper, Kraftsensor und optischer Erfassungseinrichtung in einem Messkopf aufgenommen sind, der durch einen Vertikalverstellantrieb in Bezug auf das Werkstück vertikal bewegbar ist, und dass die Relativbewegung des Eindringkörpers in Bezug auf das Werkstück in vertikaler Richtung ausschliesslich durch den Vertikalverstellantrieb erfolgt. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und kostengünstige Lösung realisiert werden, da nur ein einziger Antrieb für eine Bewegung in vertikaler Richtung erforderlich ist. Darüber hinaus ist eine solche Lösung positiv in Hinblick auf die Erzielung der entsprechenden Genauigkeit.
Eine besonders kompakte Lösung kann dadurch erreicht werden, dass der Eindringkörper samt Gewichtskörper, Kraftsensor und optischer Erfassungseinrichtung in. einem Messkopf aufgenommen sind, der in einer ersten horizontalen Richtung beweglich gelagert ist und dass das Werkstück auf einem Haltetisch in der Form eines Positionierschlittens aufspannbar ist, der in einer zweiten horizontalen Richtung beweglich gelagert ist. Üblicherweise ist der Haltetisch für das Werkstück in x- und y-Richtung beweglich, d.h., dass der Haltetisch innerhalb konstruktiv gegebener Grenzen beliebige Koordinaten der Horizontalebene anfahren kann. Bei einer solchen Lösung muss stets ein Kompromiss zwischen ausreichenden Verfahrwegen einerseits und der Gesamtgrösse der Vorrichtung andererseits getroffen werden.
Dies bedeutet, dass in Fällen, bei denen der Haltetisch einen grösseren Verfahrweg aufweisen muss, auch eine entsprechend grosse Ausladung des Messkopfes und damit eine entsprechende Baugrösse der gesamten Vorrichtung erforderlich ist. Durch Verlegung einer Verstellachse in den Messkopf ist es möglich, eine wesentlich kompaktere Ausführung auch dann zu erzielen, wenn vergleichsweise grosse Verfahrwege benötigt werden. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang von besonderem Vorteil, wenn der Messkopf an einer Säule befestigt ist und wenn die Bewegungsbahn des Haltetisches seitlich an dieser Säule vorbeigeht.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer axonometrischen Darstellung, Fig. 2 eine Vorderansicht eines Details von Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4 ein Detail von Fig. 3.
Die Vorrichtung von Fig. 1 besteht aus einer Grundplatte 1, von der eine Haltesäule 2 nach oben ragt. Die Haltesäule 2 besitzt eine Vertikalführung 3, auf der ein Schlitten 4 in vertikaler Richtung beweglich angeordnet ist. Diese vertikale Richtung wird üblicherweise als z-Richtung bezeichnet und ist durch den Doppelpfeil 5 gekennzeichnet. Am Schlitten 4 ist eine Horizontalführung 6 vorgesehen, auf der ein Messkopf 7 in einer ersten Horizontalrichtung beweglich angeordnet ist, die hier als y-Richtung bezeichnet wird und durch den weiteren Doppelpfeil 8 gekennzeichnet ist.
An der Grundplatte 1 ist weiters ein Haltetisch 9 angeordnet, der auf seiner Schlittenplatte 29 eine Werkstück-Haltevorrichtung 10 für das hier nicht dargestellte Werkstück trägt. Der Haltetisch 9 ist in einer zweiten Horizontalrichtung gegenüber der Grundplatte 1 beweglich, die als x-Achse bezeichnet wird und durch den Doppelpfeil 11 gekennzeichnet ist. Die Bewegungsbahn des Haltetisches 9 führt dabei seitlich, d.h. in y-Richtung, neben der Säule 2 vorbei, so dass die Säule 2 die Bewegung des Haltetisches 9 in x-Richtung (Doppelpfeil 11) nicht einschränkt.
Fig. 2 zeigt den Messkopf 7 in grösserem Detail. Eine Wechseleinrichtung 12 in Form eines Drehtellers 13 ist dazu vorgesehen, verschiedene Eindringkörper und/oder Objektive zu halten. In den Fig. 2, und 3 ist ein erster Haltekörper 14 ersichtlich, in dem ein Eindringkörper 15 vertikal beweglich gehalten ist. An sei ner Oberseite besitzt der Eindringkörper 15 eine Anschlagfläche 16, die mit einer Auflagefläche 18 eines ersten Gewichtskörpers 17 zusammenwirkt. In unbelastetem Zustand ist zwischen der Anschlagfläche 16 und der Auflagefläche 18 ein erstes Spiel Si vorgesehen. Der erste Gewichtskörper 17 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und besitzt eine zentrale Öffnung 19. Ausserhalb des ersten Gewichtskörpers 17 und koaxial zu diesem ist ein weiterer Gewichtskörper 20 vorgesehen, der mit einem zweiten Spiel s2 von diesem entfernt angeordnet ist.
Sowohl der erste Gewichtskörper 17 als auch der weitere Gewichtskörper 20 werden in unbelastetem Zustand von einem zweiten Haltekörper 21 gehalten. An der Oberseite des ersten Gewichtskörpers 17 ist eine Betätigungsfläche 22a ausgebildet, auf der der Aussenring eines hier nur angedeuteten Wälzlagers 22 über eine Abrollfläche 22b reibungsarm abrollt. Das Wälzlager 22 ist an einem Biegearm 23 befestigt, der einen Kraftsensor 24 trägt, um die Kraft zu bestimmen, die vom Eindringkörper 15 über den ersten und/oder den zweiten Gewichtskörper 17, 20 auf das Wälzlager 22 ausgeübt wird. Über ein hier nicht dargestelltes Gelenk ist dabei der vordere Teil des Biegearmes 23 mit dem Wälzlager 22 um die Achse 25 verdrehbar, um ein Verkanten des Eindringkörpers 15 um die Achse 25 zu vermeiden.
Die optische Erfassungseinrichtung zur Beobachtung und Vermessung des Eindruckes am Werkstück ist allgemein mit 26 bezeichnet.
In der Folge wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Zunächst wird das am Haltetisch 9 aufgespannte Werkstück durch Bewegung der Schlittenplatte 29 in Richtung des Doppelpfeils 11 und durch Bewegung des Messkopfes 7 über seine Horizontalführung 27 in Richtung des Doppelpfeils 8, d.h. in x- und y-Richtung so ausgerichtet, dass der Eindringkörper 15 oberhalb der gewünschten Messstelle positioniert ist. Dann wird der Messkopf 7 durch den Vertikal verStellantrieb 28 so weit abgesenkt, dass der Eindringkörper 15 mit seiner Spitze das Werkstück berührt. Nun sind unterschiedliche Fälle zu unterscheiden:
a) Die aufzubringende Prüfkraft entspricht dem Gewicht des Eindrin[alpha]körpers 15 - In diesem Fall wird der Vertikalverstellantrieb gestoppt, sobald der Eindringkörper 15 am Werkstück sicher aufliegt, jedoch jedenfalls bevor die Anschlagfläche 16 die Auflagefläche 18 berührt. Danach schaltet der Vertikalverstellantrieb um und bewegt den Messkopf 7 nach oben. Durch Drehung des Drehtellers 13 wird ein passendes Objektiv an die Stelle des ersten Haltekörpers 14 gebracht und es wird durch entsprechende Vertikalbe wegung das Bild an der optischen Erfassungseinrichtung 26 fokussiert. Der Eindruck am Werkstück kann somit beobachtet und vermessen werden.
b) Die aufzubringende Prüfkraft entspricht der Summe der Gewichte des Eindrin[alpha]körpers 15 und des ersten Gewichtskörpers 17 - In diesem Fall wird wie oben - die Vertikalbewegung nach unten durchgeführt, wobei jedoch die Bewegung so weit erfolgt, bis der erste Gewichtskörper 17 mit seiner Auflagefläche 18 sicher und vollständig auf der Anschlagfläche des Eindringkörpers 15 aufliegt, jedoch nicht so weit, dass das zweite Spiel s2 vollständig aufgebraucht ist. Der weitere Messvorgang verläuft wie oben dargestellt.
c) Die Prüfkraft entspricht der Summe der Gewichte des Eindrin[alpha]körpers 15 und der beiden Gewichtskörpers 17, 20 - In diesem Fall erfolgt die Bewegung in z-Richtung so weit, bis beide Gewichtskörper 17, 20 auf dem Eindringkörper 15 aufliegen. Ansonsten verläuft der Messvorgang wie oben ausgeführt.
d) Für grössere Prüfkräfte erfolgt die Bewegung in z-Richtung so weit, bis ein Signal am Kraftsensor 24 anliegt - Dieses Signal wird als Regelungsgrösse für den Vertikalverstellantrieb verwendet, der so geregelt wird, dass die gewünschte Prüfkraft am Werkstück vorliegt. Die am Kraftsensor 24 gemessene Kraft muss dabei die Differenz zwischen der gewünschten Prüfkraft und der Summe der Gewichtskräfte vom Eindringkörper und den Gewichtskörpern 17, 20 betragen.
Typischer Weise können die verschiedenen Bauteile folgende Gewichte aufweisen:
Eindringkörper 10 g
Erster Gewichtskörper 17 15 g
Zweiter Gewichtskörper 20 25 g
Auf diese Weise ist es möglich, durch die entsprechenden Gewichtskörper Prüfkräfte von 10 g, 25 g und 50 g darzustellen. Für grössere Prüfkräfte wie etwa 100 g, 500 g oder 1000 g wird die am Kraftsensor 24 anliegende Kraft auf 50 g, 450 g bzw. 950 g geregelt.
Mit der erfindungsgemässen Lösung ist es möglich, mit lediglich einem Vertikalverstella ntrieb das Auslangen zu finden. Darüber hinaus können die entsprechenden Prüfkräfte sicher und genau angefahren werden.
The invention relates to a device for hardness testing of workpieces with a vertically movable indenter with a predetermined mass, which is in communication with a force sensor, and with an optical detection device for detecting and evaluating the indentation caused by the indentation in the workpiece.
Microhardness testing devices are known in which the force with which an indenter is pressed onto the workpiece is measured by means of a force sensor. Such a device is disclosed, for example, in EP 1 434 045 A. The problem here is the limited accuracy, and this question is the more critical the smaller the forces to be applied are. In order to limit the disadvantages in terms of accuracy, the travel speeds must be kept small, which entails the disadvantage of a low operating speed.
To avoid these disadvantages, devices have become known in which the force with which the indenter is pressed onto the workpiece is shown as a weight force. Such a solution is disclosed, for example, in JP 63 252 232 A. However, the field of application of such devices is limited because only a few predetermined weight levels can be approached. In addition, higher test loads of 2 kg or more are difficult to display due to space.
Object of the present invention is to avoid these disadvantages and to develop a device of the type mentioned above so that high accuracies are achieved in different measuring ranges. A further object of the invention is to achieve the highest possible operating speed, so that measurements in which a multiplicity of measuring points have to be examined can be carried out in a comparatively short time.
According to the invention, these objects are achieved in that the indenter has a stop surface, above which a first weight body is provided with a predetermined clearance, which has a bearing surface which cooperates with the stop surface.
By means of the solution according to the invention, it is achieved that in a first measuring range with very low contact forces, the weight force itself is decisive for the loading of the workpiece due to the mass of the indenter. It is the indenter moved only so far to the workpiece that it rests on this and optionally penetrates into this, the game is not used up on the stop surface to the first weight body. Another measuring range with a larger force is realized by a further movement of the holder of the indenter, which causes now also the first weight body contributes to the bearing force. Higher forces can be generated via additional weight bodies or are controlled via the force sensor.
Essential to the invention is the fact that relatively high feed rates can be realized because an extremely fine control of the force sensor is not required. The low contact forces in the lower measuring range are realized by the weight body, which means that only one point must be approached to carry out the measurement, in which the relevant weight body rests completely on the indenter, or on the upstream weight bodies, the next weight body, however has no influence on the measurement. The force sensor comes into play only at higher weight levels, where the fineness of the control is no longer critical.
It is preferred if the force sensor is acted upon by a weight body. In this way it is achieved that the force sensor is activated only subsequently to the measuring range, which is due to the common weight of the indenter and the first or the other weight body. For this purpose, it is particularly advantageous if the force sensor has a sensor bearing surface, which is arranged in the unloaded state at a distance from an actuating surface of the first or optionally another weight body. In particular, the arrangement of the weight body and the game between them is such that the force sensor is only applied when all weight body rest on the indenter. This prevents the force sensor from unduly influencing the measurement in the lower measuring ranges.
It is particularly favorable if the sensor support section is formed by at least one rolling surface which rolls on the actuating surface of the weight body. Especially with small penetration forces, it is important to largely exclude a tilting of the indenter in order to achieve well-formed impressions accordingly. By a possible friction-free relative movement, which is preferably achieved by rolling bearings, resulting from the kinematics minimum shifts in the horizontal direction can be compensated.
Tilting movements about an axis which is substantially parallel to the longitudinal axis of the force sensor can be effectively avoided by the fact that the Sen sorauflageabschnitt of the force sensor is articulated about a substantially horizontal axis.
A particularly favorable embodiment variant of the invention provides a first holding body, on which the indenter rests in the initial state, wherein the first holding body is in communication with a second holding body, which is intended to carry the first weight body. In this way, the device can be easily converted. In particular, it is favorable in this context if a changing device is provided, which is designed to replace the first indenter by at least one alternative first indentor. This also makes it possible to bring different lenses in position. Preferably, the changing device is designed as a revolver system with a turntable.
It is particularly advantageous in terms of construction if the first weight body and possibly further weight bodies are formed coaxially with the indenter. Of particular advantage, it has been found, when first weight body and optionally further weight body are annular and have a central opening through the visual communication between the optical detection device and the indenter.
Another particularly favorable embodiment variant of the invention provides that the indenter together with the weight body, force sensor and optical detection device are accommodated in a measuring head, which is vertically movable by a Vertikalverstellantrieb with respect to the workpiece, and that the relative movement of the indenter with respect to the workpiece in the vertical direction exclusively by the Vertikalverstellantrieb. In this way, a particularly simple and inexpensive solution can be realized, since only a single drive for a movement in the vertical direction is required. In addition, such a solution is positive in terms of achieving the appropriate accuracy.
A particularly compact solution can be achieved in that the indenter together with the weight body, force sensor and optical detection device are accommodated in a measuring head that is movably mounted in a first horizontal direction and that the workpiece can be clamped on a holding table in the form of a positioning carriage, which is movably mounted in a second horizontal direction. Usually, the holding table for the workpiece is movable in the x and y directions, that is to say that the holding table can approach arbitrary coordinates of the horizontal plane within structurally given limits. In such a solution, a compromise must always be made between sufficient travel distances on the one hand and the overall size of the device on the other hand.
This means that in cases where the holding table has to have a larger travel, a correspondingly large projection of the measuring head and thus a corresponding size of the entire device is required. By laying an adjustment axis in the measuring head, it is possible to achieve a much more compact design even if comparatively large travel distances are required. In particular, it is particularly advantageous in this context if the measuring head is fastened to a column and if the movement path of the holding table passes laterally on this column.
In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS.
1 shows the basic structure of a device according to the invention in an axonometric representation, FIG. 2 shows a front view of a detail of FIG. 1, FIG. 3 shows a section along line III - III in FIG. 2 and FIG. 4 shows a detail from FIG 3.
The device of Fig. 1 consists of a base plate 1, from which a support column 2 projects upwards. The support column 2 has a vertical guide 3, on which a carriage 4 is arranged to be movable in the vertical direction. This vertical direction is usually referred to as z-direction and is characterized by the double arrow 5. On the carriage 4, a horizontal guide 6 is provided, on which a measuring head 7 is movably arranged in a first horizontal direction, which is referred to here as y-direction and is characterized by the further double arrow 8.
On the base plate 1, a holding table 9 is further arranged, which carries on its carriage plate 29, a workpiece holding device 10 for the workpiece, not shown here. The holding table 9 is movable in a second horizontal direction relative to the base plate 1, which is referred to as the x-axis and is characterized by the double arrow 11. The trajectory of the holding table 9 leads laterally, i. in the y-direction, past the column 2, so that the column 2 does not restrict the movement of the holding table 9 in the x-direction (double arrow 11).
Fig. 2 shows the measuring head 7 in greater detail. A changing device 12 in the form of a turntable 13 is intended to hold different indenters and / or lenses. 2, and 3, a first holding body 14 can be seen, in which an indenter 15 is held vertically movable. On his ner top of the indenter 15 has a stop surface 16 which cooperates with a bearing surface 18 of a first weight body 17. In the unloaded state, a first clearance Si is provided between the abutment surface 16 and the support surface 18. The first weight body 17 is formed substantially annular and has a central opening 19. Outside the first weight body 17 and coaxially to this another weight body 20 is provided, which is arranged with a second game s2 away from this.
Both the first weight body 17 and the further weight body 20 are held in the unloaded state by a second holding body 21. At the top of the first weight body 17, an actuating surface 22a is formed, on which the outer ring of a rolling bearing 22, which is only indicated here, unrolls over a rolling surface 22b with low friction. The rolling bearing 22 is attached to a bending arm 23, which carries a force sensor 24 to determine the force exerted by the indenter 15 via the first and / or the second weight body 17, 20 on the rolling bearing 22. In this case, the front part of the bending arm 23 with the roller bearing 22 can be rotated about the axis 25 via a joint (not illustrated here), in order to prevent tilting of the indenter 15 about the axis 25.
The optical detection means for observing and measuring the indentation on the workpiece is generally indicated at 26.
In the following, the operation of the present invention will be explained in more detail.
First, the workpiece clamped on the holding table 9 by movement of the carriage plate 29 in the direction of the double arrow 11 and by movement of the measuring head 7 via its horizontal guide 27 in the direction of the double arrow 8, i. aligned in the x and y directions so that the indenter 15 is positioned above the desired measuring point. Then, the measuring head 7 is lowered by the vertical adjusting drive 28 so far that the indenter 15 touches the workpiece with its tip. Now different cases have to be distinguished:
a) The applied test force corresponds to the weight of the Eindrin [alpha] body 15 - In this case, the Vertikalverstellantrieb is stopped when the indenter 15 rests securely on the workpiece, but in any case before the abutment surface 16 contacts the support surface 18. Thereafter, the Vertikalverstellantrieb switches and moves the measuring head 7 upwards. By rotation of the turntable 13, a matching lens is placed in the place of the first holding body 14 and it is focused by appropriate Vertikalbe movement the image on the optical detection device 26. The impression on the workpiece can thus be observed and measured.
b) The applied test force corresponds to the sum of the weights of the Eindrin [alpha] body 15 and the first weight body 17 - In this case, as above - the vertical movement is carried out downward, but the movement is carried out until the first weight body 17 with its support surface 18 securely and completely rests on the abutment surface of the indenter 15, but not so far that the second game s2 is completely used up. The further measuring process proceeds as shown above.
c) The test force corresponds to the sum of the weights of the Eindrin [alpha] body 15 and the two weight body 17, 20 - In this case, the movement in the z-direction so far, until both weight body 17, 20 rest on the indenter 15. Otherwise, the measuring process proceeds as described above.
d) For larger test forces, the movement in the z-direction until a signal is applied to the force sensor 24 - This signal is used as a control variable for the vertical adjustment, which is controlled so that the desired test force is present on the workpiece. The force measured on the force sensor 24 must be the difference between the desired test force and the sum of the weight forces of the indenter and the weight bodies 17, 20.
Typically, the various components may have the following weights:
Indenter 10 g
First weight body 17 15 g
Second weight body 20 25 g
In this way it is possible to represent by the corresponding weight body test loads of 10 g, 25 g and 50 g. For larger test loads, such as 100 g, 500 g or 1000 g, the force applied to the force sensor 24 is regulated to 50 g, 450 g or 950 g.
With the inventive solution, it is possible with only one Vertikalverstella drive to find the Auslangen. In addition, the corresponding test loads can be safely and accurately approached.