<Desc/Clms Page number 1>
Die vorliegende Neuerung betrifft ein Härteprüfgerät zur Prüfung von metallischen Werkstücken wie insbesondere nach Vickers, Brinell und Rockwell, aber auch nach (Knoop, Martens).
Härteprüfgeräte verwenden nach dem Stand der Technik Eindringkörper (Kugel, Diamantspitze) mit Hebelwerken oder Spindeln oder Kombinationen aus beiden um den Eindringkörper mit definierter Kraft in den Prüfkörper zu drücken. Gemessen wird dabei z. B. die Kraft, der zurückgelegte Weg und die Fläche des Eindrucks.
An die Messungen werden sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt, d. h. u. a. dass die optische Vermessung genau in der Achse der Belastungseinleitung erfolgen muss.
Die Kraftmessung mit Hilfe von Kraftmessdosen und die Messung des zurückgelegten Weges verursachen keine Probleme, bei der optischen Vermessung stört jedoch die koaxiale Spindel, sie braucht eine Umführung)um den optischen Kanal freizuhalten, was jedoch die Knicklänge der Belastungseinrichtung verlängert. Hebeiwerke weisen eine indirekte Krafteinleitung mit veränderter Wirkungslinie auf, beides beeinträchtigt deutlich die Prüfgenauigkeit Da entsprechend dem Eindruck im Prüfkörper unterschiedliche Vergrösserungen erforderlich sind, sind auch die verwendeten Objektive auszuwechseln, wobei die Auflösung z. B. für die Länge der Diagonalen (Vickers) von ds 0,04 mm 0,0002 mm beträgt und die Abweichung maximal 0,0004 mm betragen darf.
<Desc/Clms Page number 2>
Dass heisst, es kommen beim Prüfverfahren mehrere Objektive zum Einsatz, die jeweils genau zentral ausgerichtet sein müssen, so dass auch hier eine Fehler- quelle liegt.
Ausserdem treten dabei Zwischenbereiche auf, die ebenfalls zu Messungenauig- keiten führen. Der Einsatz digitaler Kameras erfordert eine sehr feinstufige Ver- grösserungsanpassung, die Diagonallänge müsste mindestens 200 Pixel betragen, dies ist mit den herkömmlichen Wechselobjektiven nicht zu erreichen.
Die vorliegende Neuerung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Handhabung und die Messgenauigkeit derartiger Härteprüfgeräte zu verbessern und insbeson- dere auch die Verwendung von CCD-Kameras zur Auswertung der Messergeb- nisse für einen erweiterten Einsatzbereich zu ermöglichen, d. h. auch in den mit Normalobjektiven nicht erfassbaren Grenzbereichen Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Härteprüfgerät mit optischer Mess- einrichtung und Spindeltrieb zur Absenkung des auf den zu messenden Prüfkörper einwirkenden Eindringkörpers, bei weichem erfindungsgemäss der Spindeltrieb zwei voneinander beabstandete Spindeln aufweist)denen jeweils Stützsäulen zugeordnet sind, die über obere und untere Brücken miteinander verbunden sind, wobei in der Belastungsachse für den Eindringkörper ein Zoomobjektiv angeord- net ist,
sich in der Belastungsachse eine Kraftmesszelle befindet und der Ein- dringkörper mit seiner Halterung aus der optischen Achse des Zoomobjektivs schwenkbar ist.
Die Messung erfolgt wie im Stand der Technik zunächst dadurch, dass der Prüf- körper auf eine Unterlage gebracht und zum Eindringkörper,z. B. über eine Spin- del, hochgefahren wird.
<Desc/Clms Page number 3>
Der Eindringkörper (Diamantspitze oder Stahlkugel) wird mit der vorgegebenen Kraft in das Metall eingedrückt, wobei über den Fühler der Weg erfasst wird. Danach wird der Eindringkörper mit seiner Halterung aus dem Strahlengang des Zoomobjektivs weggeschwenkt, das Objektiv (auf die Oberkante des Eindrucks) scharfgestellt und an der Mattscheibe am Gerät oder digital mit einer CCD-Ka- merader Eindruck ausgemessen.
Die Doppelspindelverfahrung gewährleistet dabei eine optimierte Abstützung durch relativ kurze Höhen und breite Stützweite in der Anordnung der Spindeln und Führungen.
Dieser Aufbau bewirkt eine besondere Steifigkeit und vermindert den Knickeffekt maximal.
Gleichzeitig führt der Aufbau zu einer direkten Krafteinleitung im Zentrum der Belastungsachse bei gleichbleibender Wirkungslinie während des Versuches. Die Kraftmessung erfolgt. ebenso wie der Krafteintrag direkt im Zentrum der Belastungsachse mit einer Kraftmesszelle.
Durch die ideale konzentrische Anordnung der Belastungsachse und der Achse der optischen Messeinrichtung, wird es möglich, ohne Strahlenumlenkung (z. B.
Spiegel oder Prismen) die je nach Prüfmethode erforderlichen optischen Systeme einzubauen. Damit wird in der Summe eine optimale Realisierung des Abbeschen Komparatorprinzips erreicht.
Weiterhin wird durch diesen Aufbau eine achsnahe Tiefenmessung auf Verbindungslinie der Antriebsspindeln ermöglicht. Dieses Prinzip stellt, bei allen Härteprüfverfahren,die auf der Tiefenmessung beruhen,wie z. B. Rockwell, eine besonders hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse sicher.
<Desc/Clms Page number 4>
Die Anordnung des Eindringtiefenmessfühlers ist unproblematisch, da lediglich der Weg der Antriebsspindeln bzw. der mit diesen verbundenen Brücken, z. B. an den Stützsäulen/festgestellt zu werden braucht.
Mit besonderem Vorteil lassen sich neuerungsgemäss Digitalkameras zur Erfas- sung und Auswertung, z. B. über einen angeschlossenen Rechner einsetzen, um direkt digitalisierte Ergebnisse zu erhalten. Dies ist erstmals und umfassend mög- lich, da innerhalb des Brennweitenbereiches jede beliebige Abmessung scharf gestellt werden kann, hierzu dient bevorzugt ein motorgetriebenes Zoomobjektiv mit vorzugsweise automatischer Scharfeinstellung, wie dies aus der Kameratech- nik bekannt ist.
Das Zoomobjektiv ermöglicht einen Vergrösserungsbereich von z. B. 1:7 stufenlos, d. h. mit beliebig feiner Stufung innerhalb des gegebenen Vergrösserungsberei- ches, mit nur einem Standardobjektiv zu nutzen. Bei Bedarf kann durch den Ein- satz weiterer Standardobjektive der Vergrösserungsbereich nach oben bzw. unten erweitert werden. Die Kalibrierung der Vergrösserungsstufen kann beliebig erfol- gen.
Durch diesen Aufbau kann, sowohl mit analogen Me@systemen als auch mit einer CCD-Kamera. die bestmögliche Ausnutzung des vorhandenen Auflösungsvermö- gens durch Anpassung der Bildgrösse auf den Darstellungsbereich erfolgen. Bei einer CCD-Kameraauswertung wird sichergestellt dayrder auszuwertende Härte- prüfeindruck immer mindestens 200 Pixel gross ist. Somit wird die in den Normen geforderte Messgenauigkeit exakt eingehalten.
<Desc/Clms Page number 5>
Anhand der beiliegenden Figuren wird die Neuerung näher erläutert. Dabei zei- gen :
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines neuerungsgemässen Härteprüfge- rätes und -Figur-2 eine Draufsicht.- @ @
In Figur 1 ist die erfinderische Anordnung mit dem zentralen Zoomobjektiv 9 dargestellt.
Seitlich von diesem sind die Spindeln 1, 2 und die Stützsäulen 3,4 angedeutet, die über eine obere Brücke 5 und eine unter Brücke 6 miteinander verbunden sind.
Unterhalb der unteren Brücke 6 befindet sich die Kraftmessdose 10 und an dieser der Eindringkörper 8 in einer schwenkbaren Halterung 11. Unterhalb des Eindringkörpers 8 liegt der zu prüfende Gegenstand (nicht dargestellt), wobei zwischen diesem und den Brücken 5,6 ein Kraftschluss besteht, so dass der Eindringkörper 8 in das Prüfstück beim Betätigen der Spindeln 1, 2 einzudringen vermag.
Die Brücken 5,6 weisen entsprechende mittige Öffnungen für das Zoomobjektiv 9 auf bzw. umgreifen dieses.
Die Einheit von Halterung 11und Eindringkörper 8 wird nach der Erzeugung des Eindrucks im Prüfkörper von der unteren Brücke 6 weggeschwenkt und gleichzeitig das Zoomobjektiv eingeschwenkt, wobei die optische Achse genau mit der Belastungsachse zusammenfällt.
<Desc/Clms Page number 6>
Danach stellt das Zoomobjektiv motorisch scharf und bildet den Eindruck auf einer Mattscheibe ab oder leitet das Bild einer Digitalkamera mit Auswertungseinheit zu.
Die Spindeln 1, 2 ebenso wie die Stützsäulen 3, 4 als auch die Brücken 5, 6 sind so ausgelegt, dass in ihnen nur eine vernachlässigbare Verformung unter Prüflast geschieht, wobei dafür zu sorgen ist, dass die Spindeln 1, 2 die Brücken 5,6 sehr gleichmässig absenken, so dass die Lastachse 7 mit der Vertikalachse des Ein- dringkörpers 8 genau zusammenfällt.
Figur 2 zeigt die vorzugsweise diagonale Anordnung der Spindeln 12 (Kugelum- laufspindeln) und der Stützsäulen 3, 4, die die Brücken 5,6 führen, d. h. dafür sor- gen, dass die obere Brücke 5 genau parallel zur unteren Brücke 6 abgesenkt wer- den kann.
Die hier gezeigte äquidistante Ausführung ist bevorzugt aber nicht zwingend.
Ebenso ist die gezeigte Anordnung von Spindeln, Stützsäulen und Brücken rein mechanisch funktionell zu verstehen und kann durch gleichwirkende Mittel ersetzt werden, d. h. die Stützsäulen können durch einen das Zoomobjektiv 9 umgeben- den Zylinder ersetzt werden, wobei in diesem ein Ringkolben abgesenkt wird, der den Eindringkörper bzw. dessen Halterung und die Messdose trägt.
<Desc/Clms Page number 7>
Bezugszeichenliste
1, 2 Spindeln
3, 4 Stützsäulen
5, 6 Brücken
7 Belastungsachse
8 Eindringkörper
9 Zoomobjektiv -
10 Kraftmessdose
11 Halterung