CZ2013258A3 - Systém instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru - Google Patents

Abstract

Měřící systém pro nedestruktivní zkoušky založený na vtlačování indentoru a nepřetržitém měření elektrických signálů (mV), který odpovídá změnám měřených parametrů hloubky vtisku (h) a aplikovaného zatížení (P) během indentace. Ze závislostí zatížení-hloubka a napětí-deformrace, založených na registrovaných signálech, lze stanovit číslo tvrdosti a další mechanické vlastnosti jako modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění a velikost zrna. Systém se skládá z následujících částí: počítač (1), zesilovač analogového signálu (2), držák zkušebního vzorku (3), měřící zařízení (4), obsahující adaptér (5), snímač zatížení (13) a snímač posuvu (9) s tenzometrickými snímači (10), víko pouzdra (19) se snímačem akustické emise (20) a zatěžovací mechanismus (5). Snímač zatížení je výměnným dynamometrem (13) s deformačními pásky (14), které měří při nízkých hodnotách zatížení. Vysoké hodnoty zatížení jsou měřené tužší částí dynamometru, válcem (15). Snímač posuvu je výměnnou kapslí (9), která obsahuje pákový násobič (12) lineárního posuvu indentoru (18) během jeho vtlačování do povrchu zkušebního vzorku (3).

Description

Vynález se týká systému instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru, obsahujícího zatěžovací mechanizmus zkušebního vzorku a měřící zařízení opatřené snímačem posuvu a snímačem zatížení.

Dosavadní stav techniky

Klasické metody měření mechanických vlastností materiálů jsou časově náročně a drahé, vyžadují výrobu speciálních zkušebních vzorků. Nejrozšířenější mechanické zkoušky jsou zkouška tahem, zkouška rázem v ohybu a zkoušky tvrdosti. Obvyklým výstupem z těchto zkoušek jsou grafické závislosti mezi napětím a deformací zkoušeného materiálu. Existují nedestruktivní metody a zařízení pro provedení rychlého hodnocení vlastností materiálu s postačující přesností, které zahrnují metody automatizovaného vtlačování indentoru. Tyto metody se používají při vývoji nových materiálů a zařízení, hodnocení a včasný odhad možných odchylek jejich vlastností během provozu. Základními vlastnostmi, které jsou zjišťovány, jsou tvrdost, modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění a velikost zrna.

Měření tvrdosti je založené na procesu indentace, kde indentor vniká do povrchu zkušebního vzorku a číslo tvrdosti se následně určuje podle geometrických parametrů indentace, v závislosti na použitém zatížení. Základními geometrickými parametry jsou průměr vtisku podle Brinella, diagonála - podle Vickerse, nebo hloubka vtisku - podle Rockwella. Techniky, které stanoví korelaci mezi číslem tvrdostí a základními mechanickými vlastnostmi, jsou dobře známé v inženýrské praxi a byly standardizovány, např. GOST 18835-73, GOST 2276277. Teoretické a experimentální studie ukazují, že indentační zkouška poskytuje nejvíce objektivní výsledky stanovených mechanických vlastností materiálů a povlaků, použitím nejen jedné hodnoty tvrdosti při daném zatížení, ale průběžným zaznamenáváním parametrů

-2procesu zatížení a odlehčení, tzv. křivka zatížení-hloubka [Anisimov Evgeniy, Puchnin Maxim: Reduction of Elastic modulus of Titanium Alloy TÍ-6AI-4V by Quenching, in Book of Abstracts, Local Mechanical Properties, 2012, Slovák Republic, ISBN 978-80-553-1163-0, Puchnin Maxim, Anisimov Evgeniy: The Method of Accounting of Elastic Deformation Occur During the Automated Balí lindentation Test, in Conferrence Proceedings, COMAT, 2012, Czech Republic, ISBN 978-80-87294-34-5]. Tato metoda je nazývána instrumentovanou zkouškou materiálů vtlačováním indentoru. Křivka zatížení-hloubka potom popisuje charakteristické chování materiálu pod vlivem elastické, elasticko-plastické a plastické deformace [ASTM WK381, US 6,718,820 (Kwon) 13.04.2004],

Měřící zařízení, používané pro zkoušení vtlačováním indentoru, obsahuje snímač zatížení, snímač posuvu [PCT/KRO2/31351 (Lee) 18.07.2002, PCT/IB200^t)02275 (Beghini) 01.08.2005, US 2009/3107221 AI (Ernst) 30.04.2009], Existují různé metody zatížení indentoru, jako hydraulické [US 4,059,990 (Glover) 29.11.1977], pneumatické [US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980, US 2,839,917 (Webster) 24.06.1958, US 4,534,212 (Targosz) 13.08.1985], elektromechanické [US 4,611,487 (Krenn) 16.09.1986, US 6,718,820 (Kwon) 13.04.2004, PCT/IB200^002275 (Beghini) 01.08.2005, US 7,066,013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/3132078 AI (Wu) 09.06.2011] s použitím elektrických motorů se zubovou převodovkou [US 4,635,471 (Rogers) 13.01.1987] nebo s řemenovým převodem [US 5,616,857 (Měrek) 01.04.1997], elektromagneticky anebo piezoelektrickými prvky [US 4,304,123 (Ashinger) 08.12.1981, US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000], mechanické s použitím závaží [US 3,367,174 (Affri) 06.02.1968, US 4,103,538 (Stóferle) 01.08.1978], klikových a pákových mechanizmů [US 4,435,976 (Edward) 13.03.1984, US 4,535,623 (Gilberto) 20.08.1985, US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980, US 2009/3107221 AI (Ernst) 30.04.2009, EP 2 345 884 A2 (Sawa) 06.01.2011]. Hydraulické [US 4,059,990 (Glover) 29.11.1977] a pružinové [US 4,312,220 (Borgersen) 26.01.1982] měřiče zatížení, piezoelektrické prvky [US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000], kapacitní [US 7,066,013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2013/3132078 AI (Wu) 09.06.2011] a tenzometrické snímače [US 3,934,463 (Vanderjagt) 27.01.1976, US 4,304,123 (Ashinger) 08.12.1981, US 4,611,487 (Krenn) 16.09.1986, US 6,718,820 (Kwon) 13.04.2004, US 2013/3132078 AI (Wu) 09.06.2011] jsou používány pro měření hodnoty zatížení. Metody založené na laserové optice [US 5,616,857 (Měrek)

-301.04.1997, US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000, PCT/KR0#)1351 (Lee) 18.07.2002, PCT/IB2OO5/3O2275 (Beghini) 01.08.2005, US 6,755,075 B2 (Nagashima) 29.01.2004] a elektro-optické mechanice [US 4,312,220 (Borgersen) 26.01.1982], kapacitní [US 7,066,013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2013/3132078 AI (Wu) 09.06.2011], potenciometrické [EP 2 390 649 AI (Sakuma) 18.01.2010] elektromagnetické [US 4,159,640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980, US 4,435,976 (Edward) 13.03.1984, US 4,534,212 (Targosz) 13.08.1985, US 6,718,820 (Kwon) 13.04.2004, US 4,034,603 (Leeb) 12.07.1977], piezoelektrické [US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000] a tenzometrické snímače [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368-1025] jsou často využívané pro záznam hloubky vnikání, neboli aktuálního lineárního posuvu indentoru během indentační zkoušky, neboli aktuálního lineárního posuvu indentoru během indentační zkoušky.

Přesnost měření celkového lineárního posuvu indentoru závisí na citlivosti snímače indentační hloubky, jež má svoje rozlišení a umožňuje záznam určitého konečného počtu hodnot při daném posuvu. Problematika přesnosti záznamu malých posuvů indentoru se řeší obvykle pomocí laserové optiky nebo elektromagnetických systémů. Přesnost měření závisí nejen na diskrétnosti zaznamenávané hodnoty, ale také na vzdálenosti snímače od indentoru. Větší počet prvků mezi snímačem a indentorem zvětšuje chybu měření, protože samotné měření je potom ovlivněno napěťově-deformačními stavy těchto prvků v závislosti na zatěžovacích podmínkách, počtu cyklů a na atmosférických parametrech, zejména tlaku a teplotě. Snímač posuvu je často součástí zatěžovacího mechanismu a během indentace se tak komplikuje proces korektní interpretace výsledků [US 2,839,917 (Webster) 24.06.1958, US 4,159.640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4,435,976 (Edward) 13.03.1984, US 3,367,174 (Affri) 06. 02. 1968, US 4,245,496 (Napetschnig) 20.01.1981, US 4,312,220 (Borgersen) 26.01.1982, US 4^534,212 (Targosz) 13.08.1985, US 6,755,075 B2 (Nagashima) 29.01.2004, US 7,066,013 B2 (Wu) 27.06.2006]. Existující zařízení, která realizují instrumentovanou indentační metodu s vysokou přesností a opakovatelností procesu měření, mají větší rozměry [US 5,616,857 (Měrek) 01.04.1997, US 2011/3132078 AI (Wu) 09.06.2011], jsou často omezené rozsahem používaného zatížení [US 4,159,640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4,304,123 (Ashinger)

-408.12.1981, US 4,611,487 (Krenn) 16.09.1986, US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000, PCT/KRO2/O1351 (Lee) 18.07.2002, US 6,718,820 (Kwon) 13. 04. 2004, US 2009^107221 AI (Ernst) 30.04.2009] anebo rozměrem indentoru [US 4,534,212 (Targosz) 13.08.1985, US 4,535,623 (Gilberto) 20.08.1985, PCT/KR02&1351 (Lee) 18.07.2002, US 6,755,075 B2 (Nagashima) 29.01.2004], měří celkový lineární posuv indentoru. Jsou také známy potíže s identifikací parametrů iniciace porušení ze závislostí zatížení-hloubka a napětí-deformace při měření vlastností povlaků [PCT/US00/39940 (White) 13. 04. 1999, N.H. Faisal, J.A. Steel The Use of Acoustic Emission to Characterize Fracture Behavior During Vickers Indentation of HVOF Thermally Sprayed WC-Co Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18(4), p.525 ^-535, (2009), Markus G. R. Sause, Daniel SchultheiR. Acoustic emission investigation of coating fracture and delamination in hybrid carbon fiber reinforced plastic structures, Journal of Acoustic Emission, 26, p.1^13, (2008)], které se řeší pomocí snímačů akustické emise[US 4,856,326 (Tsukomoto) 15.08.1989].

Ashinger [US 4,304,123 (Ashinger) 08.12.1981] popisuje možnost využití tenzometrických snímačů, které jsou připojeny k průžnému ramenu, pro registraci nízkých hodnot zatížení a posuvů indentoru. Měření vyšších hodnot parametru indentace popisuje [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368-1025]. Napetschnig [US 4,245*496 (Napetschnig) 20.01.1981] navrhuje vertikální umístění průžného ramena. V zařízení Fohey [US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980] je realizován krátký měřicí obvod měření posuvu, kde je zatěžován pouze držák indentoru a indentor, což je nejnížší nalezený počet prvků mezi snímačem a indentorem, které se deformují. Borgersen [US 4,312,220 (Borgersen) 26.01.1982] realizuje pákovým mechanizmém odečet parametru zatížení.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny systémem instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru, obsahujícím zatěžovací mechanizmus zkušebního vzorku a měřící zařízení opatřené snímačem posuvu a snímačem zatížení, podle tohoto

-5vynálezu. Jeho podstatou je to, že měřící zařízení obsahuje pouzdro, ve kterém je umístěn adaptér s pružinou a snímač posuvu, opatřený tenzometrickým snímačem a deformačním páskem a snímač zatížení opatřený deformačními páskami, válcem a tyči, procházející od indentoru umístěného v držáku k snímači posuvu.

Zatěžovací mechanizmus může být tvořen tvrdoměrem podle Brinella, Vickerse, Rockwella, univerzálním trhacím strojem, pákovým mechanizmem se svým vlastním zdrojem zatížení nebo piezoelektrickým elementem.

Snímač posuvu může být tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje pákový násobič lineárního posuvu indentoru s kulovou miskou pro uložení tyče, přičemž k deformačním páskům jsou připojeny tenzometrické snímače pro generování signál' (mV) v závislosti na jejich elastické deformaci, jejich registrování v zesilovači analogového signálu a ukládání do počítače. Případně může být snímač posuvu tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje deformační můstek s kulovou miskou pro uložení tyče a tenzometrické snímače. Dále může snímač posuvu být tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje deformační pásek ve tvaru ramena opatřeného kulovou miskou pro uložení tyče a tenzometrické snímače.

Snímač zatížení je s výhodou tvořen vyměnitelným dynamometrem, který je opatřen deformačními páskami s tenzometrickými snímači pro měření malých hodnot zatížení a pohybovým válcem s tenzometrickými snímači, přičemž tenzometrické snímače jsou propojeny se zesilovačem analogového signálu a počítačem.

Měřící systém je s výhodou opatřen víkem pouzdra a snímačem akustické emise pro měření akustického signálu, který je registrován zesilovačem analogového signálu a ukládán do počítače.

Měřící systém je založen na automatickém vtlačování indentoru při zatížení, který má spolehlivý, snadno vyrobitelný a provozovatelný adaptér pro měření hlavních parametrů indentace, jako zatížení (P) a hloubka (h). Měřicí zařízení, díky svému designu, nezatěžuje snímač posuvu, určený pro záznam indentační hloubky (h) při vtlačování indentoru a

-6umožňuje záznam parametrů indentace (mV) s větší přesností, ve srovnání se zařízeními, které mají delší měřicí obvod. Měřicí zařízení je kompaktní a může být použité spolu s různými měřícími systémy, jako trhací stroj a tvrdoměr, čímž rozšiřuje jejich možnosti a optimalizuje proces indentace. Určení mechanických vlastností se provádí na základě parametrů indentace. K dispozici je možnost používání různých indentorů, jako např. Brinell, Vickers, Knoop, Berkovich, Rockwell. Grafická závislost zatížení-hloubka ukazuje na deformační chování materiálu během cyklu zatížení.

Snímač zatížení je vyměnitelný dynamometr, který obsahuje deformační pásky pro měření malých hodnot zatížení, větší hodnoty zatížení se měří tužším prvkem dynamometru, válcem. Zvýšením celkového měřeného rozsahu deformace snímačem zatížení pomocí deformačních pásků se zvyšuje úroveň deformace tenzometrických snímačů a tím přesnost detekce nízkých hodnot zatížení, což dovoluje zvýšit frekvenci záznamu registrovaného signálu (mV) při stejné citlivosti měřících prvků, tenzometrických snímačů. Pro optimalizaci procesu měření hodnot zatížení během indentace byly vyvinuty snímače zatížení několika typů.

Snímač posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje pákový násobič lineárního , posuvu indentorů během jeho vtlačování do povrchu zkušebního vzorku, který zvyšuje úroveň průhybu deformačního pásku. Zvýšením úrovně deformace tenzometrických snímačů, které jsou připojené k deformačnímu pásku, se dosahuje zvýšení frekvence záznamu registrovaného signálu (mV) a zvětšuje se přesnost detekce malých posuvů při stejné citlivosti měřících prvků, tenzometrických snímačů. Pro optimalizaci procesu měření hodnot posuvu během indentace byly vyvinuty snímače posuvu několika typů.

Měřící systém umožňuje nepřetržité měření elektrických signálů (mV), které odpovídá změnám měřených parametrů hloubky vtisku (h) a aplikovaného zatížení (P) během indentace, kde podle závislostí zatížení-hloubka a napětí-deformace získaných z registrovaných signálů, je vyhodnoceno číslo tvrdosti a další mechanické vlastnosti jako modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění, velikost zrna.

Objasnění obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je znázorněn v nárysu příkladný instrumentovaný měřící systém. Na Obr. 2 je znázorněno příkladné měřící zařízení. Na Obr. 3(a) je dynamometr košíkového typu. Na Obr. 3(b) je dynamometr válcového typu. Na Obr. 4(a) je kapsle pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek pákového typu. Na Obr. 4(b) je kapsle pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek typu můstek. Na Obr. 4(c) je kapsle pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek typu rameno. Obr. 5 ilustruje umístění snímače akustické emise ve víku pouzdra. Obr. 6(a) ilustruje variantu zatížení měřícího zařízení pomocí tvrdoměru. Obr. 6(b) ilustruje variantu zatížení měřícího zařízení pomocí trhacího stroje. Obr. 6(c) ilustruje variantu zatížení měřícího zařízení pomocí piezoelektrického prvku. Obr. 6(d) ilustruje variantu zatížení měřícího zařízení pomocí zatěžovacího mechanismu s pákovým přenosem. Obr. 7 ilustruje typickou indentační křivku zatížení-hloubka, která obsahuje hodnoty zatížení (N) a hloubky (mm).

Příklady uskutečnění vynálezu

Cíle a výhody předkládaného vynálezu jsou detailně popsány v následujícím textu a doplněny o obrazovou dokumentaci.

Instrumentovaný měřící systém obsahuje počítač 1, zesilovač 2 analogového signálu, držák zkušebního vzorku 3, měřící zařízení 4 a zatěžovací mechanizmus 5. Měřící zařízení obsahuje pouzdro 6, adaptér 7, pružinu 8, kapsle 9, tenzometrické snímače 10, deformační pásek 11, páku 12, dynamometr 13, deformační pásek 14, válec 15, tyč 16, držák 17 indentoru, indentor 18, víko 19 pouzdra, snímač 20 akustické emise, zkušební vzorek 3.

Na Obr. 3(a) je dynamometr 13 košíkového typu pro měření použitého zatížení, který obsahuje deformační pásky 14, válec 15 a tenzometrické snímače 10. Na Obr. 3(b) je dynamometr 13 válcového typu pro měření použitého zatížení, který obsahuje tenzometrické snímače 10.

-8Na Obr. 4(a) je kapsle 9 pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek 11 pákového typu, pákový násobič 12, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Na Obr. 4(b) je kapsle 9 pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek 11 typu můstek, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Na Obr. 4(c) je kapsle 9 pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek 11 typu rameno, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Snímač 20 akustické emise může být ve víku 19 pouzdra.

Na Obr. 6 jsou znázorněny různé varianty zatížení měřícího zařízení 4 pomocí tvrdoměru 26, trhacího stroje 27, piezoelektrického prvku 28 a pomocí zatěžovacího mechanismu 30 s pákovým přenosem 29.

Na Obr. 7 je znázorněna typická indentační křivka zatížení-hloubka, která obsahuje hodnoty zatížení (N) a hloubky (mm).

Jak znázorňuje Obr. 1, měřící systém je určen k provedení indentační zkoušky a obsahuje držák zkušebního vzorku 3, testovaný pomocí měřícího zařízení 4, které generuje signály během procesu indentace při zatížení vytvořeném zatěžujícím mechanizmem 5, registrované zesilovačem 2 analogového signálu a ukládány do počítače 1.

Jak dokumentuje Obr. 2, při přiložení zatížení k adaptéru 7 zatěžujícím mechanizmem 5 se adaptér 7 začíná pohybovat v pouzdru 6 měřícího zařízení 4. Pouzdro 6 je přitlačováno ke zkušebnímu vzorku 3 pomocí víka 19 s pružinou 8. Zatížení je dále přenášeno z adaptéru 7 na dynamometr 13, který přes držák 17 indentoru vtlačuje indentor 18 do povrchu zkušebního vzorku 3. Tyč 16 se pohybuje spolu s indentorem 18 a způsobuje snížení průhybu deformačního pásku 11 pomocí páky 12 násobiče. V počáteční pozici, kdy indentor 18 leží na povrchu zkušebního vzorku 3, je tyč 16 přitlačena k indentoru 18 pomocí deformačního pásku 11 přes páku 12 násobiče. Páka 12 má ve své spodní části kulovou misku 22 sloužící k vycentrování tyče 16. Tyč 16 je opatřena vodícím lemem, který omezuje její axiální pohyb, čímž chrání obsah kapsle 9 a zabraňuje vypadnutí tyče 16 během výměny indentoru 18.

-9Na začátku indentačního procesu, v oblastí nízkých hodnot zatížení se deformační pásky 14 dynamometru 13 deformují elasticky jako první, dále se elastická deformace přenáší na tužší prvek dynamometru 13 - válec 15. Deformační pásky 14 dynamometru 13 košíkového typu, které se nacházejí ve více deformovaném stavu než válec 15, zvyšují diskrétnost signálu generovaného tenzometrickými snímači 10, čímž se dosahuje větší přesnost měření malých zatížení. Větší zatížení jsou potom registrovány tenzometrickými snímači 10 válce 15. Signál generovaný tenzometrickými snímači 10 se zaznamenává zesilovačem 2 analogového signálu a ukládá se do počítače 1. Otvor v horní části dynamometru 13 slouží k polohování kapsle 9 a poskytuje potřebný prostor pro pohyb částí měřícího zařízení 4 během procesu indentace. Další modifikací dynamometru 13 je dynamometr válcového typu, který má jednodušší provedení a je určen hlavně pro měření větších zatížení. Tenzometrické snímače 10 jsou v tomto případě umístěny na jeho vnějším povrchu.

Kapsle 9 snímače posuvu je určená nejen pro měření posuvu indentoru 18 a zabránění mechanickému poškození svého obsahu, ale také zachycuje dynamometr 13 i po odtížení měřícího zařízení 4 a během výměny indentoru 18. Kapsle 9 je samostatným prvkem měřícího zařízení 4, zabezpečuje snadný přístup ke svému obsahu, opravu nebo výměnu v případě poškození. Signál tenzometrických snímačů 10 připojených k deformační pásce 11 pákového typu je generován průhybem deformační pásky 11 působícím zatížením a je průběžně registrován zesilovačem 2 analogového signálu a ukládán do počítače 1. Deformační páska 11 přitlačovaná pákou 12 k horní části kapsle 9 pomocí tyče 16 slouží ke zvětšení diskrétnosti signálu generovaného tenzometrickými snímači 10, které jsou připojené k deformační pásce 11. Kulová miska 22 na spodní straně páky 12 slouží k vycentrování tyče 16. Pomocí navrženého pákového systému kapsle 9 se zvětšuje přesnost měření malých posuvů indentoru 18 během probíhající zkoušky. Další modifikací kapsle 9 snímače posuvu je kapsle 9 obsahující deformační pásku 11 typu můstek, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Kapsle 9 má jednodušší provedení a je určená hlavně pro měření větších posuvů. Modifikace kapsle 9 snímače posuvu s deformační páskou 11 typu rameno je znázorněna na Obr. 4(c). Skládá se z kulové misky 22, tenzometrických

-10snímačů 10 a snímače 20 akustické emise, má jednodušší provedení a je určená hlavně pro měření větších posuvů.

Měřící zařízení také obsahuje snímač 20 akustické emise, čímž se rozšiřují jeho možnosti. Například, určení parametrů zatížení, které odpovídají mezním stavům a porušení materiálu, ne vždy možné při studiu vlastností systémů jako substrát/povlak. Tento problém řeší předložený vynález záznamem signálu akustické emise (mV) během indentace, který je generován zkušebním vzorkem 3 při dosažení mezních stavů a je registrován zesilovačem 2 analogového signálu a ukládán do počítače 1. Během indentace může být akustický signál generován porušením materiálu nebo také v průběhu jeho fázových transformací. Snímač 20 akustické emise je umístěn na deformačním pásku 12 v kapsli 9 snímače posuvu přímo nad kulovou miskou 22. Snímač 20 akustické emise je umístěn ve víku 19 pouzdra měřícího zařízení 4 pro zvýšení jeho citlivosti na procesy probíhající pod indentorem 18 ve zkušebním vzorku 3.

Měřící systém je používán společně se zatěžovacím mechanizmem 5, který je připojen k měřícímu zařízení 4 pomocí adaptéru 7. Na Obr. 6(a) je znázorněná varianta použiti tvrdoměru 26 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 6(b) je znázorněná varianta použiti trhacího stroje 27 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 6(c) je znázorněná varianta použiti piezoelektrického prvku 28 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 6(d) je znázorněná varianta zatěžovacího mechanizmu 5 s pákovým přenosem 29. Jako vlastní mechanizmus 30 zatížení může být použito např. elektromotoru.

Průmyslová využitelnost

Měřící systém pro nedestruktivní zkoušky vtlačováním indentoru podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění ve zkušebnách, laboratořích a podobně.

fX/Igr. Maxim Puchnin, Mgr. Evgeniy Anisimov, Ph.D.

GOST 18835-73

GOST 22762-77

ASTM WK381

Anisimov Evgeniy, Puchnin Maxim: Reduction of Elastic modulus of Titanium Alloy TÍ-6AI-4V by Quenching, in Book of Abstracts, Local Mechanical Properties, 2012, Slovák Republic, ISBN 978 80 553 1163 0.

Puchnin Maxim, Anisimov Evgeniy: The Method of Accounting of Elastic Deformation Occur During the Automated Balí lindentation Test, in Conferrence Proceedings, COMAT, 2012, Czech Republic, ISBN 978-80-87294-34-5.

Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368 1025.

N.H. Faisal, J.A. Steel The Use of Acoustic Emission to Characterize Fracture Behavior During Vickers Indentation of HVOF Thermally Sprayed WC-Co Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18(4), p. 525 -*535, (2009).

Markus G. R. Sause, Daniel SchultheiR Acoustic emission investigation of coating fracture and delamination in hybrid carbon fiber reinforced plastic structures, Journal of Acoustic Emission, Vol. 26, p. 1 -^13, (2008).

US 2,839,917 (Webster) 24.06.1958.

US 3,367,174 (Affri) 06.02.1968.

US 3,934,463 (Vanderjagt) 27.01.1976.

US 4,034,603 (Leeb) 12.07.1977.

US 4,059,990 (Glover) 29.11.1977.

US 4,103,538 (Stóferle) 01.08.1978.

US 4,159,640 (Lévěque) 3.07.1979.

US 4,182,164 (Fohey) 08.01.1980.

US 4,245,496 (Napetschnig) 20.01.1981.

US 4,304,123 (Ashinger) 08.12.1981.

-1>

US 4,312,220 (Borgersen) 26.01.1982.

US 4,435,976 (Edward) 13.03.1984.

US 4,534,212 (Targosz) 13.08.1985.

US 4,535,623 (Gilberto) 20.08.1985.

US 4,611,487 (Krenn) 16.09.1986.

US 4,635,471 (Rogers) 13.01.1987.

US 4,856,326 (Tsukomoto) 15.08.1989.

US 5,616,857 (Měrek) 01.04.1997.

PCT/US00/39940 (White) 13.04.1999.

US 6,026,677 (Bonin) 22.02.2000.

PCT/KR0#)1351 (Lee) 18.07.2002.

US 6,755,075 B2 (Nagashima) 29.01.2004.

US 6,718,820 (Kwon) 13. 04. 2004.

PCT/IB2005/302275 (Beghini) 01.08.2005.

US 7,066,013 B2 (Wu) 27.06.2006.

US 2009/3107221 AI (Ernst) 30.04.2009.

EP 2 390 649 AI (Sakuma) 18.01.2010.

EP 2 345 884 A2 (Sawa) 06.01.2011.

US 2011/3132078 AI (Wu) 09.06.2011.

Claims (7)

1. Měřící systém pro nedestruktivní zkoušky vtlačováním indentoru, obsahující zatěžovací mechanizmus (5) zkušebního vzorku (3) a měřící zařízení (4) opatřené snímačem (9) posuvu a snímačem (13) zatížení, vyznačující se tím, že měřící zařízení (4) obsahuje pouzdro (6) ve kterém je umístěn adaptér (7) s pružinou (8) a snímač (9) posuvu, opatřený tenzometrickým snímačem (10) a deformačním páskem (11) a snímač (13) zatížení opatřený deformačními páskami (14), válcem (15) a tyči (16), procházející od indentoru (18) umístěného v držáku (17) k snímači (9) posuvu.

2. Měřící systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že zatěžovací mechanizmus (5) je tvořen tvrdoměrem (26) podle Brinella, Vickerse, Rockwella, univerzálním trhacím strojem (27), pákovým mechanizmem (29) se svým vlastním zdrojem zatížení nebo piezoelektrickým elementem (28).

3. Měřící systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač (9) posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje pákový násobič (12) lineárního posuvu indentoru (18) s kulovou miskou (22) pro uložení tyče (16), přičemž k deformačním páskům (11) jsou připojeny tenzometrické snímače (10) pro generování signálu (mV) v závislosti na jejich elastické deformaci, pro jejich registrování v zesilovači (2) analogového signálu a pro ukládání do počítače (1).

4. Měřící systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí (9), která obsahuje deformační můstek (11) s kulovou miskou (22) pro uložení tyče (16) a tenzometrické snímače (10).

5. Měřící systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí (9), která obsahuje deformační pásek (11) ve tvaru ramena opatřeného kulovou miskou (22) pro uložení tyče (16) a tenzometrické snímače (10).

i »

Z/

6. Měřící systém podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že snímač zatížení je tvořen vyměnitelným dynamometrem (13), který je opatřen deformačními páskami (14) s tenzometrickými snímači (10) pro měření malých hodnot zatížení a pohybovým válcem (15) s tenzometrickými snímači (10), přičemž tenzometrické snímače (10) jsou propojeny se zesilovačem (2) analogového signálu a počítačem (1).

7. Měřící systém podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že je opatřen víkem (19) pouzdra a snímačem (20) akustické emise pro měření akustického signálu, pro jeho registraci zesilovačem (2) analogového signálu a pro ukládání do počítače (1).