DD140589A5 - Hardness Tester - Google Patents

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DD140589A5
DD140589A5 DD20925378A DD20925378A DD140589A5 DD 140589 A5 DD140589 A5 DD 140589A5 DD 20925378 A DD20925378 A DD 20925378A DD 20925378 A DD20925378 A DD 20925378A DD 140589 A5 DD140589 A5 DD 140589A5
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DD
German Democratic Republic
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image
circuit
impression
signals
signal
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Application number
DD20925378A
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German (de)
Inventor
John N Batie
Graham T Relf
Geoffrey A Wilkin
Original Assignee
Vickers Ltd
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Abstract

Das erfindungsgemäße Gerät ist anwendbar bei der Vickers“Härteprüfung. Es dient zum Abschätzen der als Ausgangsgröße für die Bestimmung eines Härtewertes herangezogenen Abmessungen eines Eindrucks, der unter Einhaltung bestimmter Bedingungen in der Oberfläche eines Prüfkörpers erzeugt wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, durch Einsatz optoelektronischer Nachweismittel bei der Vickers-Härteprüfung die Meßzeit zu verkürzen und die Meßgenauigkeit wesentlich zu erhöhen. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Härteprüfgerät umfaßt eine lichtempfindliche Nachweiseinrichtung, die helligkeitsabhängige elektrische Signale liefert und so angeordnet ist, daß die Helligkeit im Bereich eines Bildes abgetastet wird, in welchem der Eindruck oder ein Teil des Eindrucks sich in seiner Helligkeit von dem übrigen Bild unterscheidet. Mit einer Dis’kriminatcrschaltung werden Signale, die für die Helligkeit innerhalb des Eindrucks charakteristisch sind, von Signalen unterschieden, die für die Helligkeit außerhalb des Eindrucks charakteristisch sind. Die Ergebnisse dieses Diskriminationsschrittes v/erden in Beziehung su geschätzten Abmessungen von Eindrücken gesetzt. - Fig.3a -The device according to the invention is applicable to the Vickers' hardness testing. It is used for estimating the output dimensions used to determine a hardness value an impression that under certain conditions in the Surface of a specimen is generated. Goal and task of Invention consist in using optoelectronic Verification means in the Vickers hardness test the measuring time too shorten and significantly increase the accuracy of measurement. On Inventively designed hardness tester comprises a photosensitive detection device, the brightness-dependent provides electrical signals and is arranged so that the Brightness is sampled in the area of an image in which the Impression or part of the impression itself in its brightness different from the rest of the picture. With a Discriminator be signals for the brightness are characteristic of the impression of signals distinguished for the brightness outside the impression are characteristic. The results of this Discriminatory steps are estimated in relation to each other Dimensions of impressions set. - Fig.3a -

Description

HärteprüfgerätHardness Tester

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Daß erfindungsgemäße Gerät ist anwendbar bei der Yickers-Härteprüfung« Bs dient zum Abschätzen der als Ausgangsgröße für die Bestimmung eines Härtewertes herangezogenen Abmessungen eines Eindrucks, der unter Einhaltung bestimmter Bedingungen in der Oberfläche eines Prüfkörpers erzeugt wird«That device according to the invention is applicable to the Yickers hardness test "Bs is used to estimate the dimensions of an impression used as the starting point for the determination of a hardness value, which is produced in the surface of a test specimen while maintaining certain conditions."

.Charakteristik.„der ,bekannten technischen Lösungen.Characteristic. "Of the known technical solutions

Die Vickers-Härteprüfung ist eine bekannte Prüfmethode zur Härtebestimmungo Bei dem üblichen Vickers-Prüfverfahren wird eins Diamantpyrainide mit einem halben Spitzenwinkel von 68° unter- vorbestimmter Last in die Oberfläche des Werkstoffs gedrückt^ dessen Härte geprüft werden SoIl9 und der entstandene Eindruck wird unter einem visuellen Mikroskop, das mit in der Bildebene des Objektivs liegenden beweglichen Meßblenden ausgerüstet ist, untersucht*. Der Benutzer kann die Lage der Blenden mit Hilfe von Stellschrauben regulieren« Beira Gebrauch werden die Schrauben betätigt» bis die Kanten eier Meßblenden mit diagonal einander gegenüberliegenden Ecken des vergrößerten Bildes des Eindrucks zusammenfallens wobei das Bild so ausgerichtet ist? daß eine Diagonale senkrecht auf den Kanten der Meßblende steht* Die Stellschrauben für die Meßblende sindThe Vickers hardness test is a known test method for Härtebestimmungo In the conventional Vickers testing procedures one Diamantpyrainide is pressed with half a point angle of 68 ° lower predetermined load to the surface of the material ^ whose hardness are tested Soll 9 and the resulting impression is under a visual microscope equipped with movable orifices in the image plane of the objective *. The user can regulate the position of the panels by means of adjusting screws. "Beira use the screws are pressed" until the edges of the orifice plates coincide with diagonally opposite corners of the enlarged image of the impression s with the image aligned? that a diagonal is perpendicular to the edges of the orifice * The adjusting screws for the orifice are

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mit einer mechanischen Zählvorrichtung verbunden , die die Öffnungsweite der Meßblendenkanten anzeigt. Unter diesen Umständen ist die öffnungsweite der Meßblendenkanten ein Maß für die Länge der Diagonale des Bildes, und diese Länge wird in der mechanischen Zählvorrichtung angezeigt*connected to a mechanical counting device which indicates the opening width of the metering orifice edges. Under these circumstances, the aperture width of the metering orifice edges is a measure of the length of the diagonal of the image, and this length is displayed in the mechanical metering device *

Der Meßvorgang wird dann an der anderen Diagonalen des Bildes des Eindrucks wiederholt. Der Mittelwert der Diagonalenlänge wird aus der bekannten Vergrößerung des Mikroskops errechnet und in die BeziehungThe measuring process is then repeated on the other diagonal of the image of the impression. The average of the diagonal length is calculated from the known magnification of the microscope and into the relationship

eingeführt, worin HV die Vickershärte,where HV is the Vickers hardness,

P die von der Ein&ruokpyramide aufgebrachte Kraft (kp)P the force applied by the Ein & ruokpyramide (kp)

und d die mittlere Diagonalenlänge (mm.) desand d is the median diagonal length (mm.) of the

Eindrucks bedeuten»Impression mean »

Dieses Verfahren ist weitverbreitet und liefert brauchbare Ergebnisse für eine groß© Zahl von Werkstoffen^ ist aber zeitraubend und hängt hinsichtlich seiner Genauigkeit von der Fertigkeit des Untersuchers aba Bei Ermüdung können Fehler auftreten«'This method is widely used and provides useful results for a large number of materials but is time consuming and depends on the skill of the examiner in terms of accuracy a. Errors can occur during fatigue.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ess durch Ausschaltung subjektiver Fehlerquellen während des Meßvorganges die Vickers-Härte« prüfung zu optimieren©'The aim of the invention is to optimize s test by eliminating subjective errors during the measuring the Vickers hardness '©'

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Darlegung deS1 We„aens .der .Erfindung-Explanation of the 1 article of the "invention"

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Vickers-Härteprüfung durch Einsatz optoelektronischer -Naohweismittel die Meßzeit zu verkürzen und die Meßgenauigkeit wesentlich zu erhöheneThe invention has for its object to shorten the measurement time in the Vickers hardness test by using optoelectronic -Naohweismittel and to increase the accuracy significantly

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Härteprüfgerät zum Abschätzen der als Ausgangsgröße für die Bestimmung eines Härtewertes dienenden Abmessungen eines Eindrucks$ der unter Einhaltung bestimmter Bedingungen in der Oberfläche eines hinsichtlich seiner Härte zu untersuchenden Prüfkörpers erzeugt wird, ausgestattet mit einer Abbildungsvorrichtungs die in einer Bildebene ein Bild des den Eindruck enthaltenden Oberflächenbereichs entwirft«This object is achieved by a hardness tester for estimating the dimension of an indentation $ serving as an output for the determination of a hardness value, which is produced in the surface of a specimen to be examined for hardness according to certain conditions, provided with an imaging device which images an image plane of the surface area containing the impression

Erfindungsgemäß umfaßt ein derartiges Härteprüfgerät eine lichtempfindliche Kachv/eiseinrichtungj die in der Bildebene angeordnet ist und elektrische Hachweissignale zu liefern vermag» die für die Helligkeitspegel innerhalb des Bildes des genannten Oberflächenbereichs charakteristisch sind«, sowie eine Diskriminatorschaltung* die diese elektrischen Nachweissignale empfängt und elektrische Eachweissignale, deren Pegel für die Helligkeit in einem Bildbereich innerhalb des Bildes des Eindrucks charakteristisch ist» von Signalen unterscheidet* deren Pegel für die Helligkeit in einem Bildbereich außerhalb des Bildes des Sindrucks charakteristisch ist, wodurch die genannten Abmessungen bestimmbar sind«.According to the invention, such a hardness tester comprises a photosensitive camera arranged in the image plane and capable of providing electrical signals indicative of the brightness levels within the image of said surface area, as well as a discriminator circuit receiving these electrical detection signals and electrical signals each the level of which is characteristic of the brightness in an image area within the image of the impression differs from signals whose level is characteristic of the brightness in an image area outside the image of the impression, whereby the said dimensions can be determined.

Bei den bevorzugten Aueführungsformen der Erfindung wird ein Yielfacetten-Eindruck nicht in Normalenrichtung beleuchtet« sondern die Bilder des Eindrucks v/erden unterIn the preferred embodiments of the invention, a Yielfacette impression is not illuminated in the normal direction, but the images of the impression are subdued

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schräg einfallendem Licht erzeugt. Das heißt, die Eindrücke werden nicht aus der ITormalenrichtung, sondern mit einem Licht beleuchtet, das in einem Winkel gegenüber der normalen einfällt, so daß bestimmte Facetten-•flächen des Eindrucks besonders hell erscheinen.generated obliquely incident light. That is, the impressions are illuminated not from the IT normal direction, but with a light incident at an angle to the normal, so that certain facets of the impression appear particularly bright.

Insbesondere wird der Eindruck mit mindestens einem Parallelstrahlen-Lichtbündel beleuchtet das oder die auf entsprechende Facettenflächen des Eindrucks unter solchen Winkeln einfallen^ daß "das oder die Strahlenbündel von der zugeordneten Pacettenfläche in die ITorraalenrichtung spiegelnd'reflektiert werden.» Diese Beleuchtungsweise läßt helle Bilder der Facetten des Eindrucks auf einem dunkleren Hintergrund entstehen Daraus können sich erhebliche Vorteile hinsichtlich dor Meßgenauigkeit ergeben,,In particular, the impression is illuminated with at least one collimated beam of light incident on corresponding facet surfaces of the impression at angles such that "the beam (s) are reflected from the associated pacet surface in the ITorraal direction." This mode of illumination leaves bright images of the facets The impression on a darker background can give rise to considerable advantages in terms of measuring accuracy,

Bei einer Xusführungsform des erfindungsgemäßen Härteprüfgerätes, weist die lichtempfindliche Hachweiseinrichtung ein einzelnes lichtempfindliches Element aufe Desweiteren ist eine Abtasteinrichtung vorgesehen, die eine Abtastrelativbewegung 'zwischen dem genannten einzelnen lichtempfindlichen Element und dem Bild des Oberflächenbereichs, in dem der Eindruck angebracht ist, ausfuhrtf wenn das Gerät für die Abschätzung von Abmessungen des Eindrucks benutzt wird«.In a Xusführungsform of the hardness tester according to the invention has the photosensitive Hachweiseinrichtung a single light-sensitive element on e Furthermore, a scanning device is provided that performs an Abtastrelativbewegung 'between said individual light-sensitive element and the image of the surface area in which the impression is attached, f when the Device used for estimation of dimensions of impression «.

Eine andere AusfUhrungsform des Gerätes arbeitet mit einer lichtempfindlichen Kachweiseinrichtung, die eine eindimensionale Anordnung von lichtempfindlichen Elementen besitzte Die Abtasteinrichtung ist so ausgebildet» daß sie während des MeßVorganges eine senkrecht sur geradlinigen Anordnung der lichtempfindlichen Elemente verlaufende Abtast» ' relativbewegung zwischen dieser Anordnung und dein Bild des OberflächenbereiehSi in dem der Eindruck angebracht ist9 Another embodiment of the apparatus employs a photosensitive detector having a one-dimensional array of photosensitive elements. The scanner is designed to provide a scanning movement perpendicular to the rectilinear array of photosensitive elements between the device and the image of the photosensitive body during the measuring process Surface cooking Si in which the impression is applied 9

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herbeiführt.causes.

Me lichtempfindliche Nachweiseinrichtung eines Härteprüfgeräte s nach der Erfindung kann auch in der Weise gestattet seinp daß eine zweidimensionale Anordnung von lichtempfindlichen Elementen gegeben ist.Me photosensitive detection device of a hardness tester s according to the invention may be also permitted in such a manner that p a two dimensional array of photosensitive elements is given.

Bei einem Gerät, dessen Hachweiseinrichtung ein einzelnes lichtempfindliches Element aufweists kann die Abtasteinrichtung unterschiedlich gestaltet sein«. Eine Au3führungs~ form der Abtasteinrichtung hat eine Zunge mit dem genannten lichtempfindlichen Element an ihrem einen Endes ferner eine Zungenhalterung, an der das andere Ende der Zunge befestigt ist» Diese Zungenhalterung ist geradlinig bewegbar? derart j daß das lichtempfindliche Element über das Bild des OberflächenbereichSf in dem der Eindruck angebracht iet? geführt v/irde Die Abtasteinrichtung weist ferner eine Vorrichtung auf5 die das eine Ende der Zunge mit dem lichtempfindlichen Element quer zu der Bewegungsrichtung der Zungenhaiterung hin und her schwingen läßt«In a device whose detection device has a single photosensitive element s , the scanning device can be designed differently. An embodiment of the scanning device has a tongue with said photosensitive element at its one end s also a tongue holder to which the other end of the tongue is attached »This tongue holder is linearly movable ? j such that the photosensitive element in which the impression iet placed over the image of the OberflächenbereichSf? The scanner also has a device which causes one end of the tongue with the photosensitive element to oscillate transversely to the direction of movement of the tongue holder. "

Eine andere Ausführungsform der Abtasteinrichtung für eine Hachweiseinrichtung mit einem einzelnen lichtempfindlichen Element v/eist .eine bewegbare Halterung auf* an der das Element befestigt ist* Diese Halterung 1st in der Weise geradlinig bewegbar, daß das lichtempfindliche Element über das Bild des Oberflächenbcreichs. in dem der Sindruck angebracht ist* geführt wird« Eine opto-mechanische Torrichtung läßt das genannte Bild über das lichtempfindliche Element quer zur Bewegungsrichtung der genannten Halterung schwingen.·1 Another embodiment of a single light-sensitive element detection device of the present invention comprises a movable support on which the element is mounted. The support is linearly movable such that the photosensitive element overlies the image of the surface area. in which the jolt are attached * is guided "An opto-mechanical Torrichtung allows said image on the photosensitive element transverse to the direction of movement of said support oscillate. · 1

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Die opto-mechanische Vorrichtung kann durch einen Spiegel realisiert sein, der zum Schwingen gebracht werden kann und auf diese Weise das Bild des Eindrucks hin und her bewegt·The opto-mechanical device can be realized by a mirror which can be made to oscillate and in this way moves the image of the impression back and forth.

Bei einem Härteprüfgerät, dessen lichtempfindliche nachweis« einrichtung eine eindimensionale Anordnung von lichtempfindlichen Elementen besitzt^ weist die Abtasteinrichtung eine senkrecht zur geradlinigen Anordnung der Elemente bewegbare Halterung für diese Anordnung sowie eine Abtastschaltung auf» Diese Abtastschaltung leitet die Naehweissignale von den Jeweiligen lichtempfindlichen Elementen ab? wobei die Elemente zur Erzeugung der Naehweissignale in zyklisch wiederholter Reihenfolge nacheinander abgetastet werden?·With a hardness tester, the light-sensitive evidence "means a one-dimensional array of light sensitive elements ^ has, the scanning device is a vertically movable to the rectilinear arrangement of the elements support for this arrangement as well as a sampling of" This sampling leads the Naehweissignale of the Respective photosensitive members from? wherein the elements for generating the Naehweissignale are scanned sequentially in cyclic repeated order?

Bei einem Härteprüfgerät? dessen lichtempfindliche nachweiseinrichtung eine zweidimensional Anordnung von lichtempfindlichen Elementen besitzt 9 ist eine Abtastschaltung vorgesehen, welche die ITachweiesignale von den jeweiligen lichtempfindlichen Elementen ableitets wobei die Elemente jeder Zeile der Anordnung der Reihe nach nacheinander und die Zeilen der Anordnung der Reihe nach nacheinander in zyklisch wiederholter Folge abgetastet ?/er&en«With a hardness tester? the light-sensitive detection means has a two-dimensional array of light sensitive elements 9 is a sampling circuit is provided which derives the ITachweiesignale from the respective photosensitive elements S wherein the elements of each row of the array in sequence one after another and the rows of the array in turn sequentially in cyclic repeated sequence scanned? / er & en «

Erfindungsgemäß weist die Diskriminatorschaltung eines Härteprüfgerätes der vorgeschlagenen Art einen Komparator aufg der die lachweissignale empfangt und diese mit einem dem Komparator zugeführten Schwellwertsignal vergleicht 9 Entsprechend den Ergebnissen des Vergleichs werden Vergleichssignale abgegeben,, die entweder eine erste Pe gelhöhe haben* die kennzeichnend ist für ein ÜTachweissignalj das die Helligkeit in einem.Bildbereich innerhalb des Bildes des Sin« drucks charakterisiertj, oder, eine zweite Pegelhöhe, die kennzeichnend ist für ein Nachweissignal? das die Helligkeit inAccording to the invention, the discriminator circuit of a hardness tester of the type proposed receives a comparator aufg the lachweissignale and compares them with a comparator supplied threshold signal compares 9 According to the results of the comparison comparison signals are given, which have either a first Pe gelhöhe * which is indicative of a Ütachweissignalj that characterizes the brightness in a picture area within the image of the sinj, or, a second level that is indicative of a detection signal? that the brightness in

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einein Bildbereich außerhalb des Bildes des Eindrucks charakterisiert. Außerdem ist ein Abtast- und Haltekreis vorgesehen, der die genannten Vergleichssignale empfängt und auf die Vergleichssignale mit der ersten Pegelhöhe in der Weise reagiert, daß ein Abtastausgangssignal bestimmter Höhe abgegeben wird, das nach dem Verschwinden des Vergleichssignals mit erster Pegelhöhe während eines von der verwendeten Anordnung der lichtempfindlichen Elemente abhängigen Zeitabschnitts aufrechterhalten wirdeone characterizes an image area outside the image of the impression. In addition, a sample and hold circuit is provided which receives said comparison signals and responds to the first level comparison signals so as to output a sample output of predetermined magnitude after the disappearance of the first level comparison signal during one of the arrangement used of the photosensitive elements dependent period of time

Dieser Zeitabschnitt ist bei einer Anordnung mit einem einzelnen lichtempfindlichen Element gleich einer halben Periode der Relativschwingung zwischen dem Bild und dem Elementj bei einer eindimensionalen Anordnung von lichtempfindlichen Elementen gleich einer ganzen Abtastperiode der Anordnung und bei einer zweidlmensionalen Anordnung von lichtempfindlichen Elementen gleich der erforderlichen Zeit für die Abtastung einer Zeile der An« Ordnungθ This time interval is equal to a whole scanning period of the array in a one-dimensional array of photosensitive elements, and equal to the time required for the photosensitive elements in a single light-sensitive element arrangement equal to half a period of the relative vibration between the image and the element j Scanning a line of order θ

In weiterer Ausgestaltung des Gerätes ist eine mit dem Abtast»- und Haltekreis verbundene Torschaltung vorgesehen die das Abtastausgangssignal empfängt und Meßsignale auf» ni-rant, die in dem Gerät erzeugt werden«. Diese Meßsignale sind kennzeichnend für Bewegungen der Halterung der Abtasteinrichtung, sei es ein System mit einem lichtempfindlichen Element oder mit eindimensionaler Anordnung mehrerer lichtempfindlicher Elemente 9 ferner kennzeichnend für die jeweiligen aufeinanderfolgenden·Abtastungen der -letztgenannten Anordnung bzw, für die Abtastung von jeweils aufeinanderfolgenden Zeilen bei einem System mit zweidimensionaler Anordnung von lichtempfindlichen Elementen« Die Torschaltung leitet die genannten Meßsignale nur dann in einen Me i3 kreisIn a further embodiment of the device, a gate circuit connected to the sample and hold circuit is provided, which receives the sample output signal and produces measurement signals on "ni-rant generated in the device". These measuring signals are characteristic of movements of the support of the scanning device, be it a system with a photosensitive element or with a one-dimensional arrangement of a plurality of photosensitive elements 9 further characterizing the respective successive scans of the last-mentioned arrangement or for the scanning of respectively successive lines in one System with Two-Dimensional Arrangement of Photosensitive Elements «The gate circuit only passes the measuring signals mentioned above into a measuring circuit

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des Gerätes weiter, wenn das Abtastausgangssignal den gewählten Wert besitzt.of the device if the scan output signal has the selected value.

Die Diskriminatorschaltung weist eine weitere Torschaltung auf, welche die Nachweissignale und die Vergleichssignale empfängt« Sie leitet die %chweissignale weiter, wenn die Vergleichssignale die zweite Pegelhöhe haben. Ein Mittelwert (bildungs) kreis ist vorgesehen^ der die von der genannten weiteren Torschaltung weitergeleiteten ITachweissignale empfängts ferner eine -Summierschaltung, die ein in der Diskriminatorschaltung erzeugtes Bezugspegelsignal,. sowie ein gernitteltes Signal aus dem Mittelwertkreis empfängt und dem Komparator die Summe des Bezugspegelsignals und des gemittelten Signals als Schwellwertsignal weiterleitet*The discriminator circuit has a further gate circuit which receives the detection signals and the comparison signals. It forwards the% chweiss signals when the comparison signals have the second level level. An averaging circuit is provided, and the IT detection signals relayed by said another gate circuit further receives a summing circuit which generates a reference level signal generated in the discriminating circuit. and receiving a common average signal from the averaging circuit and passing the sum of the reference level signal and the averaged signal as a threshold signal to the comparator *

Bei einem Härte prüf geräte dessen Nachweiseinriehtung eine eindimensionale oder zweidimensional© Anordnung mehrerer lichtempfindlicher Elemente aufweist^, ist die Diskriminatorschaltung entsprechend ausgebildet«, Eine derartige Schaltung enthält einen Komparator, der die Nach«- v/eissignale empfängt und diese mit einem dem Komparator zugeführten Schwellwertsignal vergleichto Entsprechend den Ergebnissen des Vergleiche werden Vergleichssignale abgegebeiig die entweder eine erste Pegelhöhe haben, die kennzeichnend ist für ein Nachweissignal, das die Helligkeit in einem Bildbereich innerhalb des Bildes des Eindrucks charakterisiert s oder eine zweite Pegelhöhe, die kennzeichnend ist für ein Nachweissignals das die Helligkeit in einem Bildbereich außerhalb des Bildes des Eindrucks charakterisiert« Außerdem ist ein Äbtast·» und Haltekreis vorgesehen* der die genannten Vergleichssignale empfängt und auf die Vergleichssignale mit der ersten PegelhöheIn a hardness test devices whose Verify Einriehtung a one-dimensional or two-dimensional © arrangement of several photosensitive elements has ^, the discriminator circuit is formed accordingly, "Such a circuit includes a comparator which receives the Nach- v / eissignale and this with a comparator supplied threshold signal compares o According to the results of the comparisons are comparison signals abgegebeiig have either a first level height which is indicative of a detection signal which characterizes the brightness in an image area within the image of the impression s or a second level height which is indicative of a detection signal which the Brightness in an image area outside the image of the impression is characterized. In addition, there is provided a scanning and holding circuit which receives the said comparison signals and the comparison signals of the first level

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in der Weise reagiert, daß ein Abtastausgangssignal bestimmter Höhe abgegeben wird. Dieses Abtastausgangssignal wird während eines Zeitabschnitts aufrechterhalten, der gleich der Laufzeit zwischen dem Abtasten eines einzelnen Elementes der Anordnung und des nächsten ist.reacts in such a way that a Abtastausgangssignal certain height is delivered. This sample output is maintained for a period of time equal to the time between sampling a single element of the array and the next.

Mit dein Abtast- und Haltekreis ist eine Torschaltung verbunden, die das genannte Abtastausgangssignal und ferner Adreßsignale aufnimmt, welche in der Abtastschaltung erzeugt werden, damit die jeweiligen Elemente der- Anordnung abgetastet werden» Dabei liefert ein einzelnes Element immer dann ein Nachweissignal, wenn der Anordnung ein Adreßsignal zugeführt wird« Die Adreßsignale werden nur dann einem Meßkreis (Zähler) des Gerätes zugeleitet, wenn das Abtastausgangssignal den gewählten Wert besitzteConnected to the sample and hold circuit is a gate circuit which receives said sample output and further address signals which are generated in the sample circuit to scan the respective elements of the array. A single element will then provide a detection signal whenever the device is placed An address signal is supplied. The address signals are only supplied to a measuring circuit (counter) of the device if the sampling output signal has the selected value

Zum besseren Verständnis der Erfindung und um. ihare praktische Anwendung zu zeigen, werden nachstehend an Hand der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele beschriebene Die Figuren zeigen?For a better understanding of the invention and to. ihare practical application, will be described below with reference to the drawing several embodiments described The figures show?

Pig* las die schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen HärfeprüfgeratestPig * read the schematic representation of an embodiment of the Hüfigkeitgergerät test according to the invention

Pig, Ib: ein Wellenfomv-Diagramm,Pig, Ib: a wavefront diagram,

Fig« Ic: eine abgewandelte. Ausführungsform des Härteprüf·=, gerätes nach Pig« 1a in schematischer Darstellung,,Fig. Ic: a modified. Embodiment of the hardness test · =, device according to Pig "1a in a schematic representation,

Fig. 2 : ein Blockschaltbild,2 is a block diagram,

Figo 3as eine weitere Ausführungsform der Erfindung (schematisch),Fig. 3as a further embodiment of the invention (schematically),

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3b s ein Wellenform~Diagramm,3b s a waveform ~ diagram,

4as ein Blockachaltbild,4as a block picture,

Fig. 4b: . ein Diagramm,Fig. 4b. a diagram,

Fig. 5a, 5b,,5ci Möglichkeiten für die BeleuchtungFig. 5a, 5b ,, 5ci possibilities for lighting

einer zu untersuchenden Fläche nach einer Ausführungsform der Erfindung (schematisch)f a surface to be examined according to an embodiment of the invention (schematically) f

Fig. 6ai eine weitere Ausführungsform der ErFig. 6ai a further embodiment of Er

findung (schematisch) s invention (schematic) s

Fi ge 6bs ein \Vellenform~Diagramms Fi e 6BS a \ Vellenform ~ s chart

Fige : 7 s eine schematische Darstellung mit zahlFig e : 7 s is a schematic representation with number

reichen Einzelheiten in einer teilweise im Schnitt gezeigten Seitenansicht einer- Ausführungsform der Erfindung^rich details in a partially sectioned side view of an embodiment of the invention ^

Figo 8as 8b, Oc s Möglichkeiten für die BeleuchtungFig. 8a s 8b, Oc s possibilities for lighting

einer zu untersuchenden Fläche nach einer Ausführungsform der Erfindung (schematisch)sa surface to be examined according to an embodiment of the invention (schematically) s

Figo 9 s Teile einer weiteren Ausführungsform derFIG. 9 s parts of a further embodiment of the

Erfindung (schematisch)©Invention (schematic) ©

Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung werden im Rahmen der lichtempfindlichen lachweiseinrichtung optoelektronische Mittel eingesetzt, deren elektrische Kenngrößen von der auf ihnen herrschenden Beleuchtungsstärke abhängen« Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt und sind in einer Vielzahl von Anwendungsfällen benutzt worden, wenn ihre be-. leuchtungsabhängigen Kenngrößen in Verbindung mit geeigneten elektronischen Schaltungen eingesetzt werden können, um elektrische Ausgangsgrößen für Meß- und Steuerswecke zu er-In the embodiments of the invention, optoelectronic means are used in the context of the photosensitive laughter device whose electrical characteristics depend on the prevailing illuminance on them. Such devices are known per se and have been used in a variety of applications, when their be. illumination-dependent parameters in conjunction with suitable electronic circuits can be used to generate electrical output variables for measurement and control purposes.

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halten· Zum Beispiel nimmt der elektrische Leitwert einer Siliziumphotodiode zu, wenn die auffallende Lichtenergie zunimmt, und beim Anlegen einer Batterie oder einer anderen Gleichspannung an die Siliziumphotodiode hängt der in der •Photodiode fließende Strom von der auf die Photodiode fallenden Lichtenergie ab. Diese Stromänderung läßt sich elektronisch verstärken und an einem geeigneten Meßgerät anzeigen^ so daß Lichtintensitäten bis hinab zu sehr geringen Werten gemessen v/erden können.For example, the electrical conductance of a silicon photodiode increases as the incident light energy increases, and when a battery or other DC voltage is applied to the silicon photodiode, the current flowing in the photodiode depends on the light energy incident on the photodiode. This current change can be amplified electronically and displayed on a suitable measuring device, so that light intensities can be measured down to very low values.

Für die Messung niedriger Helligkeitspegel geeignete Photodioden lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Härte» prüfgerät einsetzen, bei dem mindestens eine derartige, in der lichtempfindlichen Nachweiseinrichtung verwendete Photodiode mit ihrer lichtempfindlichen Fläche in der Bildebene eines Mikroskopobjektivs angeordnet ist«, Das Mikroskop ist ein Teil der Abbildungsvorrichtung des Gerätes. Das,-Bild des Eindrucks in der Oberfläche eines auf seine Härte zu untersuchenden Prüfkörpers erscheint normalerweise vergrößert«. Die Photodiode(n), die in einer derartigen..Ausführungsform der Erfindung angewandt wird (werden)., hat (haben) eine Größe? die klein gegenüber der zu erwartenden Größe der zu untersuchenden vergrößerten Bilder von Eindrücken sind* Die Ausgangsgröße einer elektronischen Verstärkerschaltung für die Photodiode der lichtempfindlichen Uaehviieißsinrichtung bei einer. Ausführungsform der Erfindung hängt von der Lage dieser Photodiode gegenüber dem Bilde eines gerade untersuchten beleuchteten Eindrucks ab«, Wenn die Abbildungsniittel des Gerätes, so ausgebildet sindf daß ein Eindruck in der -Formalenrichtung durch das Mikroskopobjektiv hindurch beleuchtet..wird, erscheint das Bild des Eindrucks als dunkles Quadrat gegenüber einem hellerenPhotodiodes suitable for the measurement of low brightness levels can be used in the hardness tester according to the invention, in which at least one such photodiode used in the photosensitive detector is arranged with its photosensitive surface in the image plane of a microscope objective. The microscope is a part of the imaging apparatus of device. The image of the impression in the surface of a specimen to be examined for its hardness normally appears enlarged. The photodiode (s) used in such an embodiment of the invention has a size . which are small compared to the expected size of the magnified images of impressions to be examined are * The output of an electronic amplifier circuit for the photodiode of the photosensitive Uaevviieißsinrichtung in a. Embodiment of the invention depends on the location of the photodiode with respect to the image of a under examination illuminated impression from "When the Abbildungsniittel of the device, are configured f that an impression in the -Formalenrichtung beleuchtet..wird through the microscope objective through appears the image of the Impression as a dark square opposite a lighter one

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Hintergrund, und der Ausgang der Verstärkerschaltung hat einen niedrigen Wert, wenn die Photodiode sich innerhalb des Bildes des Eindrucks befindet, - und einen hohen Wert, wenn sie außerhalb dieses Bildes steht^Background, and the output of the amplifier circuit has a low value when the photodiode is within the image of the impression - and a high value when it is outside this image ^

In einer schematisch in Fig. 1a dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird eine lichtempfindliche lachv/eiseinrichtung verwendet, die eine einzelne Photodiode 1 enthalte Es werden Abtastmittel eingesetzt, die eine relative Abtastbewegung der Photodiode 1 gegenüber» deia Bild in einer Bildebene des- zu dem Gerät gehörenden Mikroskops hervorrufen» Die Photodiode 1 wird mechanisch zu, Schwingungen in der Bildebene des (nicht gezeichneten), zur Betrachtung eines in der zu untersuchenden Oberfläche erzeugten Eindrucks bestimmten Mikroskops angeregt* Dazu wird in der Abtasteinrichtung beispielsweise eine schwingende Zunge 2 verwendet$, die durch schematisch angedeutete mechanische oder elektromagnetische Mittel 2as beispielsweise durch Zupfens zum Schwingen gebracht wird« Die Schwingungsamplitude wird so groß gewählt, daß sie das größte zn erwartende Bild bedeckt^ Die Abbildungseinrichtungen des Gerätes sorgen für die Beleuchtung des Eindrucks und die Erzeugung eines Bildes de.s zu unter«-- suchenden Oberflächonteils, in dem der Eindruck erzeugt wird, in der Bildebene* Im vorliegenden Falle dient als Abbildungsvorrichtung ein (nicht gezeichnetes) Mikroskop«,-Die Zunge 2. ist an einem verschiebbaren Zungenhalter 3 angebrachte Ψβηη die Zunge 2 und damit die Photodiode 1 schwingts wird-der Zungenhalter 3 in Richtung des Pfeils (quer, zur Richtung der Schwingbewegung der Photodiode 1) bewegt« wosu beispielsweise eine Spindel 5 verwendet wird» die von einem (nicht gezeichneten) Motor angetrieben wird©In an embodiment of the invention shown schematically in Fig. 1a, a photosensitive laughter device comprising a single photodiode 1 is used. Scanning means are used which sense relative movement of the photodiode 1 relative to the image in an image plane of the device Inducing microscopes »The photodiode 1 is mechanically excited , oscillations in the image plane of the microscope (not shown) to observe an impression generated in the surface to be examined * For this purpose, in the scanning device, for example, a vibrating tongue 2 is used, which by schematically indicated mechanical or electromagnetic means 2a s is caused to vibrate, for example by plucking s "The amplitude of vibration is chosen so large that it covers the largest zn expected image ^ The imaging devices of the device provide the illumination of the impression and the generation of a B. In the present case, the imaging device is a microscope (not shown) ", - The tongue 2. is attached to a displaceable tongue holder 3 the tongue 2 and thus the photodiode 1 vibrates-the tongue holder 3 in the direction of the arrow (transversely to the direction of oscillatory movement of the photodiode 1) moves «wosu example, a spindle 5 is used» which is driven by a (not shown) motor ©

20-9 25 3 -13- -12.3.197920-9 25 3 - 13 - -12.3.1979

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Die Schwingungsfrequenz der Zunge 2 und die Vorschubgeschwindigkeit des Zungenhalters 3 sind so aufeinander abge· stimmt, daß der in Richtung des Pfeils 4 während einer Schwingungsperiode der Zunge 2 zurückgelegte. Weg der verlangten Auflösung des Meßvorganges entspricht« Die Photodiode 1 tastet somit ein Bild 6 eines in der Bildebene 6a entworfenen Bildes eines Eindrucks auf einer-Bahn ab, die durch die.gestrichelte Linie 7 angedeutet ist. Der Ausgang einer mit der Photodiode 1 elektrisch verbundenen (nicht gezeichneten) Verstärkerschaltung liefert elektrische ITachweissignale, die je nach der Lage der Photodiode 1 gegenüber dein Bilde 6 des Eindrucks variieren«. Während einer typischen halben Schwingungsperiode 8 ändern sich die elektrischen Nachweissignale im allgemeinen gemäß dem in Figo 1b dargestellten Verlaufe Man sieht, daß die elektrischen Nachweissignale zwischen Pegelwerten schwanken, die anzeigen? daß die Photo·*- diode 1 sich innerhalb des Bildes 6 des Eindrucks oder außerhalb des Bildes 6 des Eindrucks befindete Bei Schwingtingsbewegungen der "Photodiode 1,. die-·das Bild des Eindrucks nicht überschneiden, tritt natürlich keine Änderung des Pegels des Nachweissignals aus der Verstärkerschaltung der Photodiode 1 auf* Dieser Unterschied bildet den. Ausgangspunkt der bei dieser Ausführungsform der Erfindung .angewandten Hachweistechnik« Die Differenz kann zur Beeinflussung einer geeigneten Meßvorrichtung verwendet werden*' die mit dem Verschiebemechanismus des Geräts verbunden ist*; The oscillation frequency of the tongue 2 and the feed rate of the tongue holder 3 are coordinated with one another such that the distance traveled in the direction of the arrow 4 during a period of oscillation of the tongue 2. The photodiode 1 thus scans an image 6 of an image of an impression, designed in the image plane 6a, on an orbit, which is indicated by the dotted line 7. The output of an amplifier circuit (not shown) electrically connected to the photodiode 1 provides electrical information signals which, depending on the position of the photodiode 1, vary with respect to the image 6 of the impression. During a typical half cycle period 8, the electrical detection signals generally change in accordance with the profile shown in Fig. 1b. It can be seen that the electrical detection signals vary between level values indicating? that the photo diode 1 is within the image 6 of the indentation or outside the image 6 of the indentation. In the case of oscillatory movements of the photodiode 1, the image of the indentation does not of course overlap, no change in the level of the detection signal occurs, of course This difference forms the starting point of the Hachweist technique used in this embodiment of the invention. "The difference can be used to influence a suitable measuring device * connected to the displacement mechanism of the device * ;

Das Blockschaltbild Pig* 2 ist ein Beispiel für die Möglichkeit einer Ausnutzung der Änderungen der elek« irischen Eachweissignale» Die Ausgangsgröße eines, elektrischen ITachweissignals in einer Photodiodenverstärker»-The block diagram Pig * 2 is an example of the possibility of exploiting the changes of the electrical single-white signals. The output quantity of an electrical information signal in a photodiode amplifier.

~U~ 12.3.1979~ U ~ 12.3.1979

54 569/16 .54 569/16.

schaltung 9 wird einer Diskriminatorschaltung zugeführt, die einen Komparator 10 aufweist, in dem sie mit einem vorgegebenen feststehenden elektrischen Schwellwertsignal verglichen wird, das aus einem Bezugsstromkreis 11 kommt* Dieses feststehende elektrische Schwellwertsignal liegt mit seinem Betrag ungefähr in der Mitte zwischen demoberen und dem unteren Pegel-(vgl. Pig,-1b) des elektrischen Ausgangs der Photodiodenverstärkerschaltung 9» und der Ausgang des !Comparators 10 liefert Diskriminatorsignale, bei denen es sich um positive oder negative elektrische Signale handelt, je nachdem, ob die Photodiode 1 (Figo 1a) sich innerhalb oder außerhalb des Bildes des Eindrucks befindet (Pig« 1a)β Zum Abschätzen der Abmessungen des Eindrucks v/erden die Diskriminatorsignale in eine. Korrelationseinrichtung geführt, die einen Abtast- und Haltekreis 12-enthält, der nur auf positive Diskriminatorsignale (verhältnismäßig hoher Pegel) aus"dem Komparator 10 anspricht und eine elektrische Ausgangsgröße liefert, die während eines Zeitintervalle s das einer Halbschwingung der Zunge. 2 (Figo 1a) entspricht} nach einem letzten positiven Diskriminatorsignal aus dem Komparator 10 aufrechterhalten wird» Während die Photodiode 1 (Figo-1a) über das Bild 6 des Eindrucks (Figö 1a) hinweg, schwingt, wird die elektrische Ausgangsgröße des Abtast- und Haltekreises 12 konstant und verhältnismäßighoch gehalten, aber wenn der Vorschub in Pachtung des Pfeils 4 (Pig, la) die Photodiode 1 gerade über das Bild 6 des Eindrucks hinaus.bewegt, verschwindet die elektrische Ausgangsgröße des Abtast- und Haltekreises 12 innerhalb einer Halbschwingung der Zunge 2 (E1Xg0 Ia)0 Diesel elektrische Ausgangsgröße kann dann benutzt werden^ um eine Torschaltung 13 zu erregen, die elektrische Meßsignale von einem Umformer 14 zu einen kompatiblen Meßkreis 15 nur eh» läßt, während der elektrische Ausgang des Abtast- und Halte-Circuit 9 is fed to a discriminator circuit having a comparator 10 in which it is compared with a predetermined fixed threshold electrical signal coming from a reference circuit 11. This fixed threshold electrical signal is approximately midway between the upper and lower levels - (See Pig, -1b) of the electrical output of the photodiode amplifier circuit 9 »and the output of the! Comparator 10 provides discriminator signals which are positive or negative electrical signals, depending on whether the photodiode 1 (Fig. 1a) inside or outside the image of the indentation (Pig "1a) β For estimating the dimensions of the indentation, the discriminator signals into one. Out correlation device 12 includes a sample and hold circuit, the only positive Diskriminatorsignale (relatively high level) "to the comparator 10 responds and provides an electrical output which o during a time interval s, the (a half-oscillation of the tongue. 2 Fig 1a) corresponds} after a last positive discrimination signal from the comparator 10 is maintained "While the photodiode 1 (Figo-1a) on the image 6 of the indentation (Fig ö 1a) of time, oscillates, the electrical output of the sample and hold circuit 12 held constant and relatively high, but when the advance in lease of the arrow 4 (Pig, la) moves the photodiode 1 just beyond the image 6 of the impression, the electrical output of the sample and hold circuit 12 disappears within one half cycle of the tongue 2 (FIG. E 1 Xg 0 Ia) 0 Diesel electric output can then be used to excite a gate 13, ie e electrical measuring signals from a converter 14 to a compatible measuring circuit 15 only eh »leaves while the electrical output of the sample and hold

209 253209 253

-15- 12.3.1979-15- 12.3.1979

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kreises 12 konstant und verhältnismäßig hoch gehalten wird« Der Meßkreis 15 mißt somit nur die Signale von dem Umformer H> während die Photodiode 1 (Pig· 1a) daa Bild des Eindrucks (Fig. 1a) in jeder Halbperiode der Schwingung der Zunge 2 (Fig· 1a) überstreicht·The measuring circuit 15 thus measures only the signals from the transducer H> while the photodiode 1 (Pig · 1a) has the image of the indentation (FIG. 1a) in each half cycle of the oscillation of the tongue 2 (FIG · 1a) passes over ·

Bei dem Umformer 14 kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die auf einem feststehenden Tragteil 17 angeordnet und mit der Spindel 5 (Pig· 1a) verbunden ists um eine Folge von elektrischen Impulsen oder Meßsignalen au erzeugen? die unmittelbar der Drehung dieser Spindel relativ zu dem feststehenden Tragteil 17 entsprechen«» Eine derartige, üblicherweise als Analog/Digital-Umsetzer bezeichnete Vorrichtung kann über die Torschaltung 13 mit dem Meßkreis 15 verknüpft v/erden, bei dem es sich hier um einen elektrischen Zähler handeln kann, der die Impulse zählt, die von dem Analog/Digital-Umsetzer auf Grund der Drehung der Spindel 5 erzeugt werdend Wenn die Torschaltung 13 nach Maßgabe des Photodiodenausgangs in der obenbeschriebenen V/eise arbeitetf werden Impulse nur gezählt^ wenn die schwingende Photodiode 1 über das vergrößerte Bild 6 des Eindrucks in der durch den Pfeil 4. angegebenen Richtung hinwegstreicht^ Die Zahl der während einer der» artigen Vorschubbewegung gezählten Impulse ist somit ein Maß für die Diagonalstrecke IG des Bindrucks» Die-positiven und negativen DiskriminatorsignaIe werden somit in Beziehung zu entsprechenden Bildflächen innerhalb und außerhalb, des Bildes 6 des Eindrucks gesetzt? um eine Abschätzung der Abmessungen des Eindrucks zu ermöglichen*In the converter 14 may be a device mounted on a fixed support part 17 and connected to the spindle 5 (Pig x 1a) s is to generate a sequence of electric pulses or measuring signals au? which correspond directly to the rotation of this spindle relative to the fixed support member 17 "" Such, commonly referred to as analog / digital converter device can v linked via the gate 13 to the measuring circuit 15, which is here an electrical counter may be, which counts the pulses generated by the a / D converter due to the rotation of the spindle 5 becoming when the gate circuit 13 in accordance with the photodiode output in the above-described V / else operates f pulses are counted ^ when the oscillating photodiode 1 over the magnified image 6 of the indentation in the direction indicated by the arrow 4. The number of pulses counted during one of the »like advancing movements is thus a measure of the diagonal distance IG of the indentation. The positive and negative discriminator signals are thus written in FIG Relationship to corresponding image areas inside and outside, the image 6 of the E indrucks set ? to allow an estimate of the dimensions of the impression *

209 253 -16- 12,3.1979209 253 -16- 12.3.1979

* 54 569/16 * 54 569/16

Der Umformer 14 kann auch als linear variabler Differentialumsetzer (LVDT) ausgebildet sein, der Teil eines Wechselstromkreises ist und unmittelbar mit dem Zungenhalter 3 und dem feststehenden Tragteil 17 verbunden ist* Die elektrische Ausgangsgröße des. mit dem LVDT verknüpften Wechselstromkreises kann direkt in ?/erten der Lage des Zungenhalters 3 in Richtung des Pfeils 4 relativ zu dem feststehenden Tragteil 17 geeicht werden, und der MeßkreisThe converter 14 may also be formed as a linear variable differential transformer (LVDT), which is part of an AC circuit and is directly connected to the tongue holder 3 and the fixed support member 17. The electrical output of the AC circuit associated with the LVDT may be directly in the position of the tongue holder 3 in the direction of the arrow 4 are calibrated relative to the fixed support member 17, and the measuring circuit

15 kann so ausgebildet werdens daß er die Diagonalstrecke15 can be formed so that s the diagonal line

16 als Differenz zwischen dem Anfangsstellungssignal, wenn die Photodiode 1 zum ersten Male eine Ecke des Bildes 6 des Eindrucks feststellt^ und dem Endstellungssignal angibt j wenn die Photodiode 1 das Bild 6 des Eindrucks nicht mehr nachweist, nachdem sie die volle Strecke einer Diagonalen des Bildes 6 des Sindrucks in Richtung des Pfeils 4 durchlaufen hat«16 as the difference between the initial position signal when the photodiode 1 first detects a corner of the image 6 of the indentation ^ and the end position signal j when the photodiode 1 no longer detects the image 6 of the indentation after having traveled the full stretch of one diagonal of the image 6 has passed through the impression in the direction of arrow 4 «

Der Umformer 14 kann auch als optischef eine lineare Verschiebung bewirkende Vorrichtung mit Beugungsgittern zur Erzeugung von Moire-Fransen ausgebildet sein, wobei optoelektronische Mittel zum nachweis der Verschiebung dieser Fransen vorgesehen sindo Eine mit dem Zungenhalter und dem feststehenden Tragteil 17 verbundene Vorrichtung erzeugt eine Folge von elektrischen Impulsen (Meßsignalen), die sich unmittelbar auf die Verschiebung des Zungenhalters 3 gegenüber dem feststehenden Tragteil 17 in Richtung des Pfeils 4 beziehen« Durch Verknüpfung des elektrischen Ausgangs eines Umformers dieser Art über die Torschaltung mit dem Meßkreis 15* der als elektronischer Impulszähler ausgeführt sein kann? läßt sich die Diagonalstrecke 16 in Impulszahlen angeben? die während einer Bewegung in Richtung des Pfeils 4 in der gleichen Weise wie oben für den Analog/Digital-Umsetzer beschrieben wurdes gezähltThe transducer 14 may be formed of a linear displacement effecting having diffraction gratings for generating moire fringes as optical f, said opto-electronic means Sindo provided for detecting the displacement of fringes A connected with the tongue holder and the fixed support part 17 apparatus produces a sequence of electrical impulses (measuring signals), which relate directly to the displacement of the tongue holder 3 relative to the fixed support member 17 in the direction of arrow 4 «By linking the electrical output of a converter of this kind via the gate circuit with the measuring circuit 15 * to be designed as an electronic pulse counter can ? can the diagonal section 16 be specified in pulse numbers ? s has been described counted during movement in the direction of arrow 4 in the same manner as described above for the analog / digital converter

209 253209 253

-17- ' 12.3.1979-17- '12.3.1979

5.4 569/165.4 569/16

werden»become"

Die oben erwähnten Umformer sind an sich bekannt und werden hier nur beispielshalber erwähnt» Man kann auch andere Arten einer Verschiebungs- oder Wegmessung anwenden, sofern diese Verfahren mittelbar oder unmittelbar §in elektrisches Signal liefern, das zur Übertragung durch die Torschaltung 13 in aen Meßkreis geeignet ist. Natürlich kann außerdem die Ausführung der Korschaltung 13 wie des Meßkreises 15 variiert werden, um sie der Form des elektrischen Signals anzupassen, das von einer beliebigen Art von Verschiebungsumformern übertragen wird.The above-mentioned converters are known per se and are only by way of example mentioned "One can also use other types of displacement or distance measurement, provided that these methods provide, directly or indirectly §in electrical signal suitable for transmission by the gate circuit 13 in the measuring circuit aen is. Of course, moreover, the design of the corrugator 13, such as the measuring circuit 15, can be varied to suit the shape of the electrical signal transmitted by any type of displacement transducer.

Die Vorrichtung nach Fig« 1a wird der Vollständigkeit halber beschriebe^ es handelt sich aber dabei nicht um die für diese spezielle Anwendung bevorzugte Ausführungsform* denn? wie ohne weiteres erkennbar, muß eine geeignete Einrichtung vorgesehen werden;, mit der die Zunge 2 in der richtigen Frequenz zum Schwingen gebracht wird,' während die Photodiode 1 genau in der Bildebene gehalten wird«, Zu diesem Zweck stehen zwar einige Methoden zur Verfügungs beispielsweise das Zupfen der Zunge 2 mit nachfolgendem Schwingen in der Eigenfrequenz der Zunge 2 ©der der Antrieb ά&τ Zunge 2 mit einer gewählten Frequenz mittels mechanischer oder elektromagnetischer Einrichtungen, es·wird.aber, angesichts der vorhandenen unterschiedlichen Arten von Vielfachphotodiodenanordnung ein anderer Vorschlag gemacht« Mit diesen Vielfachanordnungen können zahlreiche Photodioden in der Bildebene des Mikroskops längs einer senkrecht zu der zu messenden Diagonalen verlaufenden Geraden angeordnet werden« Eine mögliche Abänderung des Geräte nach Fig« 1a mit einer einzelnen Photodiode soll jedoch erwähnt werden» Bei dieser Abwandlung wird eineThe device of Fig. 1a will be described for the sake of completeness, but it is not the preferred embodiment for this particular application * because ? as can be readily seen, a suitable means must be provided ;, with which the tongue is caused to oscillate in the proper frequency 2 'while the photodiode 1 is accurately held in the image plane, "although stand For this purpose, some methods are available s For example, the plucking of the tongue 2 with subsequent oscillation in the natural frequency of the tongue 2 of the drive ά & Tue 2 with a selected frequency by means of mechanical or electromagnetic means, it is made, however, given the existing different types of multiple photodiode array another proposal « With these multiple arrangements, numerous photodiodes can be arranged in the image plane of the microscope along a straight line perpendicular to the diagonal to be measured. A possible modification of the device according to Fig. 1a with a single photodiode should, however, be mentioned in this modification

-18- 12.3.1979-18- 12.3.1979

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einzelne Photodiode auf einer starren verschiebbaren Halterung statt auf der schwingenden Zunge 2 angebracht, und eine οptomechanische Einrichtung läßt das Bild des Eindrucks über die Photodiode in einer senkrecht zu der von dem Pfeil 4 in Fig* 1a angezeichneten "Vorschubrichtung schwingen« Zu diesem Zweck kann ein Schwingspiegel verwendet werden, sofern seine Bewegung gut definiert ist, wie es bei Spiegelgalvanometern der Fall ist, die üblicherweise in UV-Registriergeräten verwendet werden·a single photodiode mounted on a rigid sliding support instead of on the oscillating tongue 2, and an ôptomechanische device makes the image of the impression on the photodiode in a direction perpendicular to the arrow 4 in Fig * 1a marked "feed direction swing" Oscillating mirrors are used, provided that its movement is well defined, as is the case with mirror galvanometers commonly used in UV recorders ·

Pig«.' 1c stellt eine derartige Anordnung schematisch als Abwandlung des Ein-Photodiodengeräts nach Fig«, 1a dare Mach Fig» Ic ist eine einzelne Photodiode 201 an dem einen Ende eines starren Bauteils 202 angeordnet, dessen anderes Ende an einer Halterung 203 angebracht ist9 die in Richtung des Pfeils 204 mittels einer Gewindespindel 205 verschoben v/erden kann, die von einem (nicht gezeichneten) Motor angetrieben wirdο Die Spindel 205 ist auf einem feststehenden Tragteil 21? angebrachtePig ". ' 1c illustrates such an arrangement schematically as a modification of the single-photodiode device of Figure "1a represents e Mach FIG» Ic is disposed at one end of a rigid component 202 201, whose other end is attached to a bracket 203, a single photodiode 9 in Direction of the arrow 204 by means of a threaded spindle 205 can move v / ground, which is driven by a (not shown) motor o The spindle 205 is on a fixed support member 21? Inappropriate

Die Photodiode 201 bewegt sich in einer Bildebene 200a des Gerätes^ die ein Bild 200 eines Eindrucks enthält··The photodiode 201 moves in an image plane 200a of the device, which contains an image 200 of an impression.

Das Bild wird in der Bildebene beispielsweise durch die Elemente 195 bis 199 (Figo 1c) hin und her bewegteThe image is moved back and forth in the image plane, for example, by elements 195 to 199 (FIG. 1c)

Ein Teil der Oberfläche eines Probekörpers 1999 in den ein zu untersuchender Eindruck gedrückt ist, wird mittels-eines Mikroskopobjektivs 198S eines Prismas 197 und eines Spiegels 196 in der Bildebene 200a abgebildet« Der Spiegel 196 wird schwingend hin und her bewegt, wozu eine Antriebsein« richtung 195 vorgesehen'ist« Auf diese Weise entsteht ein schwingendes Bild in der Bildebene 200a.A part of the surface of a specimen 199 9 into which an impression to be examined is pressed is imaged by means of a microscope objective 198 S of a prism 197 and a mirror 196 in the image plane 200 a. The mirror 196 is oscillated to and fro, which requires a drive In this way, a vibrating image is created in the image plane 200a.

-19- 12.3.1979-19- 12.3.1979

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Eine Anordnung mit einer lichtempfindlichen Fachweiseinrichtung aus einer Vielfach-Photodiodenanordnung ist in Pige 3a wiedergegeben, nach welcher eine lineare (eindimensionale) Anordnung 18 auf einem die Anordnung tragenden Schlitten 19 in der V/eise angebracht istf daß die Photodioden der Anordnung in der Ebene eines vergrößerten Bildes 20 eines Eindrucks liegen« Die lineare Anordnung 18 ist so ausgeführt* daß ihre Längserstreckung mit den Abmessungen des Bildes 20 des größten zu erwartenden Eindrucks vergleichbar ist, und der Abstand zwischen benachbarten Photodioden der Anordnung ist praktisch konstant und mit der Auflösung vergleichbar, die für die Messung der Diagonalstrecke des Bildes 20 verlangt wird·An arrangement with a light-sensitive compartment Weis device consists of a multi-photodiode array is shown in Pig e 3a, after which a linear (one-dimensional) array 18 on an arrangement supporting carriage 19 in the V / is mounted else f that the photodiodes of the array in the plane The linear array 18 is made * such that its longitudinal extent is comparable to the dimensions of the image 20 of the largest anticipated impression, and the distance between adjacent photodiodes of the array is practically constant and comparable to the resolution. which is required for the measurement of the diagonal distance of the image 20 ·

Eine derartige Anordnung 18 kann beispielsweise 256 Photodioden umfassen, die auf einer Geraden im Abstand von 0,025 mm angeordnet sind? es sind aber auch andere Anordnungsarten bekannt, die bis zu 1024 Photodioden im Abstand von 0,0125 mm aufweisend Derartige Anordnungen bestehen im allgemeinen aus einem einseinen Siliziumchip, auf dem photornechanisch eine Reihe von Photodioden erzeugt wurde, und nach dem gleichen Prinzip kann auf dem gleichen Chip eine Schaltung hergestellt werden« Eine derartige Anordnung umfaßt eine Abtastschaltung, mit der der Beleuchtungszustand jeder- Photodiode der Reihe nach Maßgabe einer Folge von elektronischen Adreßimpulsen (Adreßsignalen) abgefragt werden kann, die in einer von der Anordnung getrennten und mit ihr durch Leiterdrähte verbundenen Schaltung erzeugt werden*- Den Pegel der Beleuchtung* die eine vorgegebene Photodiode empfängt, führt zu einem entsprechenden Betrag des elektrischen Leitwerts an der Photodiode und zu einem Verlust elektrischer Ladung aus einer mit der Photodiode verbundenen und auf dem gleichen Siliziumchip angebrachtenSuch an arrangement 18 may comprise, for example, 256 photodiodes arranged on a straight line at a distance of 0.025 mm. However, other types of arrangements are known which comprise up to 1024 photodiodes spaced 0.0125 mm. Such arrangements generally consist of a one-silicon chip on which a series of photodiodes have been photonucleated, and the same principle can be applied to the same Such an arrangement comprises a scanning circuit which is capable of interrogating the lighting condition of each photodiode in turn in accordance with a sequence of electronic address pulses (address signals) in a circuit separate from the array and connected thereto by conductor wires The level of illumination received by a given photodiode will result in a corresponding amount of electrical conductance at the photodiode and a loss of electrical charge from a photodiode connected and mounted on the same silicon chip

209 25 3 -20- 12.3.1979209 25 3 -20- 12.3.1979

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Schaltung·' Wenn eine Photodiode von den aus der getrennt angebrachten Schaltung herrührenden elektronischen Impulsen angesteuert wird9 führt das Abfließen elektrischer Ladung durch die beleuchtete Photodiode zu einem abnehmenden Spannungspegel an der Photodiode und zu einer stärkeren Zuführung" elektrischer Ladung, um die Spannung auf einer vorbestimmten Höhe zu halten. Einer dieser Parameter kann überwacht werden^ um den Pegel der Beleuchtung abzuschätzen, der an der speziellen Photodiode herrscht, und die Anordnung liefert dann eine entsprechende kurzdauernde Signalausgabe«· Dieser Vorgang läuft nacheinander für alle Photodioden der Anordnung der Reihe nach ab, und die Ausgabegröße .besteht somit aus einer Aufeinanderfolge von kurzen Impulsen} die für den Beleuchtungspegel charakteristisch sindj der an jeder einseinen Diode der Anordnung besteht© Die für die Abtastung der Anordnung in dieser Form erforderliche Zeit laßt sich ändern, indem die Frequenz der in der getrennten Schaltung erzeugten Adreßimpulse geändert wird, sie kann beispielsweise 10 ms betragene Die Abtastschaltung 118a für die Anordnung 18 ist in Pig« 3a schematisch angedeuteteCircuit · 'If a photodiode is driven by the stemming from the separately mounted circuit electronic pulses 9 performs the drainage of electric charge through the illuminated photodiode to a decreasing voltage level at the photodiode and to a greater supply "of electrical charge to the voltage predetermined at a One of these parameters can be monitored to estimate the level of illumination prevailing at the particular photodiode, and the array then provides a corresponding short-duration signal output. This process sequentially progresses for all photodiodes of the array in turn, and the output quantity is thus a series of short pulses which are characteristic of the illumination level which exists at each one of the diodes of the device. The time required to scan the device in this form can be varied by taking the frequency of the pulses in the It may, for example, be 10 ms. The sampling circuit 118a for the arrangement 18 is schematically indicated in FIG. 3a

Der serielle Signalausgang während einer einzelnen Abtastung der Anordnung 18 stellt ein gestückeltes Analogen zu dem kontinuierlichen Signal darp das von der einzelnen Photodiode 1 nach. Fig» 1a-während einer einzelnen Halb™ schwingung der Zunge 2 ausgeht, und wenn die Ausgangsgröße der Anordnung 18 mit den üblichen elektronischen Mitteln verstärkt wird, haben die entstehenden elektrischen Kachweissignale am Verstärkerausgang die in Pig» 3b angedeutete Form«,' Diese elektrischen ITachweissignale können in Diskriminatorschaltungen und Korrelationseinrichtungen in der im Zusammenhang mit' Fig» 2 bereits erörterten Weise be-The serial signal output during a single scan of the array 18 represents a pieced analog to the continuous signal p from the single photodiode 1. 1a, during a single half oscillation of the tongue 2, and when the output of the device 18 is amplified by the usual electronic means, the resulting electrical signals at the amplifier output have the shape indicated in FIG. 3b, These electrical information signals can be used in discriminator circuits and correlation devices in the manner already discussed in connection with FIG.

25 3 -21- 12.3.197925 3 -21- 12.3.1979

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nutzt worden, abgesehen davon, daß der Verstärker 9 nun mit dem Ausgangssignal der Anordnung 18 verträglich sein muß und der Abtast- und Halte-Kreis 12 der Korrelationsanordnung jetzt jedes positive Signal aus dem Komparator 10 während der Dauer einer Abtastung aller Photodioden in der Anordnung 18 aufrechterhalten*muß. Die Torschaltung 13 kann dann, wie bereits erwähnt, benutzt werden^ um Meßsignale von dem Umformer 14 in den Meßkreis 15 zu überführen.Apart from the fact that the amplifier 9 must now be compatible with the output signal of the arrangement 18 and the sample and hold circuit 12 of the correlation arrangement now every positive signal from the comparator 10 during the duration of a scan of all photodiodes in the assembly 18th * maintained must. The gate circuit 13 can then, as already mentioned, be used ^ to transfer measuring signals from the converter 14 in the measuring circuit 15.

In dem Gerät nach Figo 3a bildet der Schlitten 19 einen Teil der Abtasteinrichtung des Geräts, und die geradlinige Verschiebung des Schlittens 19 längs der feststehenden Führungen 21 läßt die Photodiodenanordnung 18 in Richtung des Pfeils 22 über das in der Bildebene 20a entworfene ver~ größerte Bild 20 des Eindrucks wandern. Die Bewegung kann mit Hilfe einer Gewindespindel 23 erfolgen, die in einer feststehenden Halterung 24 angeordnet ist und mit einer Gewindebohrung 25 in dem Schlitten 19 zusammenwirkt« Die Gewindespindel 23 kann von einem (nicht gezeichneten) Motor oder einer anderen geeigneten Einrichtung angetrieben werden^ so daß der Schlitten 19 und die Anordnung 18 in Richtung des Pfeils 22 mit einer Geschwindigkeit in Bewegung gesetzt werden^ die von der verlangten Meßauflösung beim Nachweis der gegenüberstehenden Koken 26, 27 des Bildes 20 .des Sindrucks und der Geschwindigkeit der elektronischen Abtastung der Photodioden in der Anordnung 18 abhängt» Wenn beispielsweise eine Messungsauflösung von OsO25 mm verlangt wird« muß die Anordnung 18 in Richtung des Pfeils 22 um Oj025 mm in dem Zeitabschnitt vorgeschoben werden, der für eine vollständige elektronische Abtastung aller Photodioden in der Anordnung 18 erforderlich ist· ^enn dieser Zeitabschnitt 10 ms beträgt, muß der Schlitten-19In the apparatus of Fig. 3a, the carriage 19 forms part of the scanner of the apparatus, and the linear displacement of the carriage 19 along the fixed guides 21 leaves the photodiode array 18 in the direction of the arrow 22 over the enlarged image 20 designed in the image plane 20a of the impression. The movement can be done by means of a threaded spindle 23 which is arranged in a fixed support 24 and cooperates with a threaded bore 25 in the carriage 19. The threaded spindle 23 can be driven by a (not shown) motor or other suitable means ^ so that the carriage 19 and the assembly 18 are set in motion in the direction of the arrow 22 at a speed determined by the required measuring resolution in detecting the opposing cokes 26, 27 of the image 20 of the impression and the speed of electronic scanning of the photodiodes in the assembly depends 18. "for example, if a measurement resolution of O s O25 mm is required," the arrangement must be advanced 18 in the direction of arrow 22 to Oj025 mm in the period, which is necessary for a complete electronic scanning of all photodiodes in the array 18 · ^ hen this period is 10 ms, must the sled n-19

209 25 3 -22* 12.3.1979209 25 3 -22 * 12.3.1979

' . * " 54 569/16'. * 54 569/16

mit der Anordnung 18 gegenüber dem Bilde 20 des Eindrucks in Richtung des Pfeils 22 um 2,5 mm/s bewegt werden, und die Drehzahl und die Steigung der Gewindespindel 23 sind entsprechend zu wählen·1 Sofern diese Kriterien erfüllt sind, können auch andere Einrichtungen für den Vorschub des Schlittens 19 und der Anordnung 18 verwendet v/erden»with the arrangement 18 opposite the image 20 of the indentation in the direction of the arrow 22 by 2.5 mm / s, and the speed and the pitch of the threaded spindle 23 are to be selected accordingly. 1 If these criteria are met, other means may be used used for the advancement of the carriage 19 and the assembly 18 v / earth »

Die Messung des Vorschubs kann mit allen den Mitteln vorgenommen werden, die im Zusammenhang mit der Pig. 2 angegeben worden sind» In Verbindung mit dem Gerät nach Fig. 3a könnte ein (nicht gezeichneter) geeigneter Umformer eingeschaltet werden, der elektrische Meßsignale liefertj, die der Verschiebung oder der Lage des Schlittens in Richtung des Pfeils 22 gegenüber der feststehenden Halterung 24 entsprechen« Stattdessen kann auch ein Umformer verwendet werden, der elektrische Meßeignale liefert die von der Drehung der Gewindespindel 23 relativ zu der feststehenden Halterung 24 abhängig sind* Beim Betrieb des Gerätes würde der Umformer H (Pig· 2) elektrische Meßsignale liefern, die in definierter Beziehung zu dem linearen Vorschub der Anordnung 18 stehen* Zu Beginn ihrer Bewegung steht die Anordnung 18 in der Position 18a (ge~ strichelt gezeichnet) mit keinem Abschnitt des Bildes des Eindrucks in Koinzidenz, ..und das serielle Ausgangssignal der Anordnung wäre praktisch konstant und läge oberhalb des Bezugsschwellenpegels, der in dem Bezugs™ Stromkreis 11 nach Fige 2 eingestellt ist« Unter diesen Umständen wurden keine Signale aus' dem Umformer 14 in den Meßkreis 15 nach Fig. 2 ' gelangen'. Während der Vorschubbewegung in Richtung des Pfeils 22 trifft die Anordnung aber auf die Ecke 26 des Bildes 20? und. mindestens eine Photodiode würde weniger hell beleuchtet v/erden als die übrigen^ und das Ausgangssignal bzw* die AusgangssignaleThe measurement of the feed can be made with all the means associated with the Pig. In connection with the device according to Fig. 3a, a suitable converter (not shown) could be switched on, which supplies electrical measuring signals j which correspond to the displacement or the position of the carriage in the direction of the arrow 22 with respect to the fixed support 24. Instead, a converter may be used which provides electrical measuring signals dependent on the rotation of the threaded spindle 23 relative to the fixed support 24. In operation of the apparatus, the converter H (Pig * 2) would provide electrical measurement signals which are in definite relation to At the beginning of their movement, the arrangement 18 in position 18a (shown in dotted outline) does not coincide with any portion of the image of the impression, and the serial output signal of the arrangement would be practically constant and above the reference threshold level, the ™ in the reference circuit 11 of Figure 2 is e is "Under these circumstances, no signals from the transducer 14 in the measuring circuit 15 of FIG. 2 'reach''. During the advancing movement in the direction of the arrow 22, however, the arrangement hits the corner 26 of the image 20? and. at least one photodiode would be illuminated less brightly than the remaining ^ and the output signal or * the output signals

209 253 . -23- ,12.3.1979209 253. -23-, 12.3.1979

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dieser Photodiode(η) würden infolgedessen unter den allgemeinen Pegel fallen sowie unter den in dem Bezugsstromkreis 11 nach Fig. 2 eingestellten Bezugspegel· Unter diesen Umständen würden Meßsignale aus dem Umformer 14 in den Meßkreis 15 nach Fig* 2 aufgenommen v/erden, und die Punktion des Abtast-» und Haltekreises 12 würde bewirken, daß diese Signale weiterhin während des Zeitraums einer vollständigen elektronischen Abtastung der Photodioden in der Anordnung 18 angenommen würden, nachdem das.letzte der Ausgangssignale unter dem allgemeinen Pegel an dem Komparator 10 empfangen wurde (dch· nach dem letzten positiven oder relativ hohen Diskriminatorsignal), v/ährend welcher Zeit in Richtung auf die Mitte der Anordnung gelegene Photodioden wiederum unter dem Bezugspegel liegende Signale abgeben würden, wodurch bewirkt würde, daß Meßsignale aus dem Umformer 14 weiterhin in den Meßkreis 15 nach Fig. 2 einliefen« Dieser Vorgang würde sich wiederholen,--da die Anordnungselemente in zyklischer Wiederholung abgetastet würden und weiterhin ständig Umformersignale in den Meßkreis 15 nach Fig«· 2 eingingens bis die Anordnung 18 das Bild 20 in Richtung des Pfeils 22 vollständig überstrichen hätteβ Während einer vollständigen Bewegung der Anordnung 18 von der Position 18a bis zur Position 18b würden somit Umformersignale in den Meßkreis 15 entsprechend der Länge der Diagonalen· des Bildes 20 des Eindrucks aufgenommen werden«*As a result, these photodiodes (η) would fall below the general level and below the reference level set in the reference circuit 11 of Fig. 2. Under these circumstances, measuring signals would be taken from the converter 14 into the measuring circuit 15 of Fig. 2, and Figs Puncturing the sample and hold circuit 12 would cause these signals to continue to be asserted during the period of complete electronic scanning of the photodiodes in the array 18 after the last of the output signals was received below the general level at the comparator 10 (FIG. after the last positive or relatively high discriminator signal), at which time photodiodes in the direction of the center of the array would again emit signals below the reference level, thereby causing measurement signals from the converter 14 to continue to enter the measuring circuit 15 of FIG 2 "This process would be repeated, - since the Anordnun gselemente were sampled in a cyclic repetition and still s absence constantly convertor signals in the measuring circuit 15 of FIG «· 2 to the arrangement 18, the image 20 in the direction of arrow 22 is completely swept hätteβ during a complete movement of the assembly 18 from the position 18a to the position 18b would thus transducer signals are recorded in the measuring circuit 15 according to the length of the diagonal · image 20 of the impression «

Bei einer abgeänderten Ausführungsform, bei der kein Umformer 14 verwendet wird» werden Impulse8 die zum Adressieren einer Photodiode der Anordnung benutzt werden*' anstelle der von dem Umformer ausgehenden Signale als Meß». signalo in den Meßkreis 15 eingeführte Beispielsweise können Impulses die zum Adressieren der ersten PhotodiodeIn a modified embodiment in which no transducer 14 is used, "pulses 8 used to address a photodiode of the device will be used instead of the signals emanating from the transducer as a measurement. Signalo introduced into the measuring circuit 15 For example, the pulses s for addressing the first photodiode

209 25 3 -24~ 12.3.1979209 25 3 - 24 ~ 12.3.1979

&υy .Äjw 54 569/1β & υy .Äjw 54 569 / 1β

der Anordnung verwendet werden, in entsprechenden Abtastungen der Anordnung eingesetzt werden·of the arrangement used in corresponding scans of the arrangement.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die in dem Bezugsstromkreis 11 nach Fig. 2 erzeugte Schwellwertspannung zwischen den Spannungen, liegen muß, die sich aus der Verstärkung von Anordnungssignalen ergeben, die Photodioden entsprechen, die hohen und niedrigen Beleuchtungspegeln in der Bildebene.ausgesetzt sind, wobei die hohen Pegel die Beleuchtung der den Eindruck umgebenden Oberfläche des Härteprüfkörpers wiedergeben, und die niedrigen Pegel dem Eindruck selbst zuzuordnen sinde Im Prinzip wäre es erwünscht s die in dem Bezugsstromkreis 11 nach PIg0 2 erzeugte Besugsspannung so nahe wie möglich der höheren Spannung einzustellen» die der Beleuchtung der den Eindruck umgebenden Oberfläche des Härteprüfkörpers entspricht, um Meßsignale aus dem Umformer 14 dem Meßkreis 15 so schnell wie möglich zuzuführen, nachdem irgendeine Photodiode in der Anordnung nach Pig* 3 einen niedrigeren Beleuchtungspegel nach dem Eintritt in das Bild des Eindrucks empfangen hat» Auf diese V/eise würde die Hachweiseinpfindlichkeit in dem Bild erhöht werden, wodurch die Genauigkeit der Messung der · · Diagonalstrecke verbessert werden würde· Es .ergeben sich jedoch Schwierigkeiten* wenn der Bezugsstromkreis .11 nach Fig. 2 auf diese Weise benutzt würde,, weil die höhere Spannung, die sich aus der Beleuchtung der den Eindruck umgebenden Prüfkörperoberfläche ergibt, nicht festliegt, sondern in Undefinierter Weise von Prüfkörper zu Prüfkörper wechselt«. Bei festliegender Bezugs spannung würde sich dann die Empfindlichkeit des Bildnachweises von einem Prüfkörper zum anderen ändern, und die Meßgenauigkeit würde daher wechseln« · It will be readily appreciated that the threshold voltage generated in the reference circuit 11 of Figure 2 must be between the voltages resulting from the amplification of array signals corresponding to photodiodes exposed to high and low levels of illumination in the image plane. wherein the high level representing the illumination of the surrounding the impression surface of the Härteprüfkörpers, and the low level assigned to the impression itself shall find in principle, it would be desirable s Besugsspannung generated in the reference circuit 11 according to Pig 0 2 as close as possible to the higher voltage adjust " which corresponds to the illumination of the surface of the hardness specimen surrounding the indentation so as to supply measuring signals from the transducer 14 to the measuring circuit 15 as quickly as possible after any photodiode in the arrangement of Pig * 3 has received a lower illumination level after entering the image of the indentation " To this On the contrary, the sensitivity of detection in the image would be increased, whereby the accuracy of the measurement of the diagonal distance would be improved. However, difficulties would arise if the reference circuit 11 of Fig. 2 were used in this way, because the higher voltage, which results from the illumination of the impression surrounding the specimen surface, not fixed, but in an undefined manner from specimen to specimen changes «. If the reference voltage was fixed, the sensitivity of the image detection would then change from one test piece to the other, and the measuring accuracy would therefore change.

209 25 3 ~25~ 12.3.1979209 25 3 ~ 25 ~ 12.3.1979

54 569/16 .54 569/16.

Eine Meßtechnik, bei der diese Schwierigkeit ausgeschaltet werden könnte, arbeitet mit einer Schaltung gemäß Fig. 4a. Das von der Photodiodenanordnung einlaufende Signal wird in der Eingangsverstärkerschaltung 9 verstärkt, und die sich ergebenden elektrischen Nachweissignale werden der Diskriminatorschaltung zugeleitet, die aus einer Komparatorschaltung 10 und einer parallel liegenden Torschaltung besteht^ Diese Torschaltung 28 wird eingeschaltet beim Fehlen eines positiven Diskriminatorsignals aus dem Ausgang der Komparatorschaltung 10 und läßt dann elektrische Nachweis«- signale aus der Verstärkerschaltung 9 in einen Mittelwertkreis 29 (Mittelwertbildner) eintreten,. Der Spannungsmittel«· wertausgang aus dem Kreis 29 wird einem Summierverstärker zugeleitet, in dem er zu der Bezugsspannung aus dem Bezugsstromkreis 11 addiert wirds und die Summe dieser beiden Spannungen wird der Komparatorschältung 10 als Schwellwertspannung zugeführt. Die Komparatorschaltung 10 empfängt also ein gleichförmiges elektrisches Signal, das dem mittleren Photodiodenausgang entspricht, der von der AlLgemeinbeleuchtuhg der Oberfläche des gerade untersuchten speziellen Probekörpers und der Bezugsspannung von dem Bezugsstromkreis 11 herrührt, wobei diese letztere Spannung innerhalb enger Grenzen und entgegengesetzt dem Ausgang des Mittelwertkreises 29 eingestellt werden kann« Das ist in dem Diagramm Pig· 4b dargestellt, in der Spannungspegel 31 9 329 339 die den Ausgangsgrößen von Mittelwertkreis 29 bzw« Bezugsstromkreis 11 bzw« Sumaierverstärker 30 entsprechen, als Linien wiedergegeben sind« In Funktion der Schaltung ergibt sich, während aufeinanderfolgende Signale von Photodioden in der Anordnung* verstärkt durch den Eingangsverstärker 9s den Spannungspegel 33 überschreiten^ eine negative Ausgangsgröße an dem .Komparator 1O9 und die Torschaltung 28 läßt Bingangssignale in den Mittelwertkreis 29 eintreten, wo-A measuring technique in which this difficulty could be eliminated, works with a circuit of FIG. 4a. The incoming signal from the photodiode array is amplified in the input amplifier circuit 9, and the resulting electrical detection signals are fed to the discriminator circuit consisting of a comparator circuit 10 and a parallel gate. This gate circuit 28 is turned on in the absence of a positive discriminator signal from the output of Comparator circuit 10 and then causes electrical detection signals from the amplifier circuit 9 to enter into a mean value circuit 29 (averager). The average voltage "· value output from the circuit 29 is fed to a summing amplifier, where it is added to the reference voltage from the reference circuit 11 s and the sum of these two voltages is the Komparatorschältung 10 is supplied as threshold voltage. The comparator circuit 10 thus receives a uniform electrical signal corresponding to the average photodiode output resulting from the general illumination of the surface of the particular specimen being tested and the reference voltage from the reference circuit 11, the latter voltage being within narrow limits and opposite the output of the averaged circle 29 This is shown in diagram Pig. 4b, in which voltage levels 31 9 32 9 33 9 which correspond to the output values of mean value circuit 29 or reference circuit 11 and summing amplifier 30 are represented as lines , whereas successive signals from photodiodes in the arrangement * amplified by the input amplifier 9s exceed the voltage level 33, a negative output at the comparator 10 9 and the gate circuit 28 cause input signals to enter into the averaging circuit 29;

-26- 12.3.1979-26- 12.3.1979

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durch ein aktueller Wert des Signals 31 aufrechterhalten wird, der der Allgemeinbeleuchtung der Prüfkörperoberfläche entspricht. Wenn eine beliebige Photodiode in der-Anordnung einem niedrigeren Beleuchtungspegel ausgesetzt ist, fällt die Ausgangsgröße des Verstärkers 9 unter den Spannungapegel 33}und in-dem Komparator 10 wird ein positives Ausgangssignal erzeugt« Durch dieses Ausgangssignal wird die Torschaltung veranlaßt, das Einlaufen von Photodiodensignalen in den Mittelwertkreis 29 zu unterbinden» wodurch das Absinken des Allgemeiribeleuchtungs-Signals 31 verhindert.wird» Dieses Signal wird beim Ausbleiben von Eingangssignalen für den Mittelwertkreis 29 praktisch konstant gehaltene Das positive Ausgangssignal des !Comparators 10 erregt auch den Abtast- und Haltekreis 12 und von dort aus die Torschaltung 13S so daß Signale aus dem Umformer 14 in den Meßkreis 15 gelangen, wie oben beschriebeneis maintained by a current value of the signal 31, which corresponds to the general lighting of the specimen surface. When any photodiode in the array is exposed to a lower illumination level, the output of the amplifier 9 falls below the voltage level 33 and a positive output is produced in the comparator 10. By this output, the gate is caused to enter photodiode signals This signal will be kept practically constant in the absence of input signals for the averaging circuit 29. The positive output signal of the comparator 10 also energizes the sample and hold circuit 12 and from there from the gate circuit 13 S so that signals from the converter 14 enter the measuring circuit 15, as described above

In der vorstehenden Beschreibung wird zwar von positiven und negativen Spannungspegeln für spezielle Signale ge«» sprochen, jedoch können die Polaritäten geändert werden-, um eine Anpassung an bestimmte Erfordernisse der elektronischen Schaltung zu erreichen, vorausgesetzt·, daß die Be» triebsweise dadurch nicht verändert wird»: Beispielsweise, können die beiden.Eingänge zu dem Summierverstärker 30 über einen invertierenden und einen nicht«invertierenden Anschluß' erfolgen« In diesem Falle können die Signale aus dem Mittelwertkreis 29 und dem Bezugsstrorakreis 11 die gleiche Polarität haben und brauchen nicht, wie bisher beschrieben, entgegengesetzte Polarität'aufzuweisendWhile the foregoing description speaks of positive and negative voltage levels for particular signals, the polarities can be changed to accommodate certain electronic circuit requirements, provided that the mode of operation does not change thereby will ": for example, can beiden.Eingänge to the summing amplifier 30 via an inverted and a non" inverting terminal be done '' In this case, the signals from the averaging circuit 29 and the Bezugsstrorakreis 11 may have the same polarity and do not need as before described, opposite polarity'aufaufweisend

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt für den· Gebrauch der beschriebenen Anordnungen zum Messen der DiagonalstreckeAnother essential aspect of the use of the described arrangements for measuring the diagonal distance

. 209 25 3 -27- 12.3.1979, 209 25 3 -27- 12.3.1979

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eines pyramidenartigen Eindrucks ist die Zurückweisung aller Oberflächenmerkmale, die nicht den in Frage stehenden Eindruck darstellen· Das braucht mit den bisher beschriebenen Systemen nicht immer ohne weiteres möglich zu seins weil 'diese Systeme so ausgebildet sind, daß Kontraste in dem vergrößerten Bild der Prüfkörperoberfläche nachgewiesen werdend und bei der Beleuchtungsmethode f die normalerweise für Messungen der Vickershärte angewandt wird, können Schleif-» spuren und poröse Stellen oder sonstige Oberflächenerscheinungen Kontrastbereiche in dem Bild entstehen lassen, die vergleichbar denen sind, die von dem Eindruck der Prüfpyramide selbst herrühren«a pyramid-like impression is the rejection of all surface features that do not represent the impression in question · This need not always be possible with the systems described so far s because 'these systems are designed so that contrasts detected in the enlarged image of the specimen surface becoming and in illuminating method f which is normally used for measurements of Vickers hardness can traces grinding "and give rise in the image porosities or other surface phenomena contrast areas that are comparable to those resulting from the impact of the test pyramid itself"

Bei Verfahren^ die diese Schwierigkeit beheben sollen? wird versucht$ Eigenschaften des Eindrucks zu ermitteln, die bei anderen Oberflachermierkmalen,- die im Gesichtsfeld des Mikroskops auftreten können, nicht ausgeprägt sind· Die offensichtliche Besonderheit des Härteeindrucks ist dessen geometrische Fora, die von dem Eindrücken einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche und einem halben Spitzenwinkel von 68° Größe in die Prüfkörperoberfläche verursacht wird, und es ist möglich, die Diskriminatorschaltung, die Korrelationseinrichtung und die Meßschaltungen, wie sie oben beschrieben worden sinds so .auszuführen, daß Messungen zurückgewiesen werden, die dem erwarteten geometrischen Muster nicht entsprechen* Beispielsweise können bei der Anordnung nach PIg6' 3a die Frequenz der Diodenabtastung in der Anordnung 18 und die Vorschubgeschwindigkeit in Pachtung des Pfeils 22 so gewählt werden, daß bei jeder Abtastung der Anordnung IS eine ganK--zahlige Anzahl, beispielsweise zwei Phot-odloden mehr in der Lage sind, das Bild 20 des Sindrucks ,nachzuweisen als bei jeder %rorhergehenden Abtastungc ITach dem Passieren der Mittellinie 34.des Bildes 20 ist die Situation umgekehrtjIn procedures that should solve this difficulty? it tries to get $ properties of the impression that other Oberflachermierkmalen, - that may occur in the visual field of the microscope, are not pronounced · The obvious feature of the hardness impression is its geometric Fora that of the impressions of a pyramid with a square base and a half apex angle is of 68 ° size caused in the test specimen, and it is possible, the discriminator, the correlation means and the measuring circuits, such as those described above s .auszuführen so that measurements are rejected which do not correspond to the expected geometric pattern * For example, in the arrangement according to PIg 6 '3a, the frequency of the diode scan in the array 18 and the feed rate in lease of the arrow 22 are chosen so that at each scan of the array IS a ganK - number, for example, two more photodloden more in the Location are that Figure 20 of the Do jerk prove than any% r orhergehenden Abtastungc iTach passing through the center line 34.des image 20 the situation is umgekehrtj

209 253 -28- 12.3.1979209 253 -28- 12.3.1979

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und zv/ei Photodioden weniger sind in der Lage, das Bild nachzuweisen als in jeder vorausgegangenen Abtastung. Dieses Verhalten läßt sich durch Einschalten eines (nicht gezeichneten) Vorwärts»/Rückwärtszählers erreichen, der beim Vorliegen eines positiven Signals aus dem Komparator 10 die Photodiodenadreßimpulse zählen würde, die von der (nicht gezeichneten) getrennten Schaltung» die die Anordnung versorgt, erzeugt v/erden» Eine (nicht gezeichnete) Grenzwert schaltung würde Signale aus dem Vorwärts-/Rückwärtsschalter aufnehmen, die der Zahl der ".. Photodioden entsprechen, die den Eindruck auf jeder Abtastung der An-Ordnung nachweisen, und diese Schaltung wäre so ausgebildet, daß sie den Meßkreis 15 (Fig* 4) sperrt und zurückstellt, wenn der Absolutwert der Änderung der Zahl der Photodioden, die bei aufeinanderfolgenden elektronischen Abtastungen der Anordnung gezählt werden? sich merklich von der erwarteten Zuwachsrate unterschiede© llenn beispielsweise die erwartete Zuwachsrate 2 betrüge, könnte die Begrenzungsschaltung so ausgeführt.werden9 daß sie den Meßkreis 15 beim Auftreten von Zuwachsraten sperrte und zurückstellte« die außerhalb des Bereichs von 1 bis lägens) womit geringere Abweichungen von der idealen·-Bildgeometrie zugelassen würden, zweifelhafte Messungen, die auf das Vorhandensein anderer Oberflächenmerkmale im Gesichtsfeld zurückzuführen wäreiv aber ausgeschaltet würden«,and zv / ei photodiodes less are able to detect the image than in any previous scan. This behavior can be achieved by turning on an up / down counter (not shown) which, in the presence of a positive signal from comparator 10, would count the photodiode address pulses supplied by the separate circuit (not shown) which powers the array. A limit circuit (not shown) would pick up signals from the forward / reverse switch that correspond to the number of photodiodes that detect the impression on each scan of the on-order, and this circuit would be designed to operate If the absolute value of the change in the number of photodiodes counted on successive electronic scans of the array differs markedly from the expected rate of increase, for example, the expected rate of increase 2 would be Begrenzungsschaltung so executed.verde n 9 that they are the measuring circuit 15 would lock and reset "outside the range of 1 to 10", thus allowing for smaller deviations from ideal image geometry, dubious measurements that would be due to the presence of other surface features in the field of view but would be eliminated ",

Diese Methode ist zwar technisch ausführbar, könnte aber die nachteilige Folge haben? daß keine Messungen an Prüfkörpern gemacht werden, die eine merkliche Anzahl Oberflächenfehler neben dem. DiamantpyramideneindruGk aufweisen, weil die Messung verhindert wirds wenn die Anordnung an irgendeiner Stelle während ihres Vorschubs über.das BildThis method is technically feasible, but could have the disadvantageous consequence? that no measurements are made on specimens that show a noticeable number of surface defects besides the. DiamantpyramideneindruGk have, because the measurement is prevented s if the arrangement at any point during its Vorschubs über.d. The image

2.09 253 -29- 12.3.19792.09 253 -29- 12.3.1979

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des Eindrucks auf das Bild eines weiteren Oberflächenrnerkmais stößt. Dem läßt sich begegnen, indem eine zusätzliche digitale elektronische Schaltung vorgesehen wird, die weiterhin die von der Photodiodenanordnung ausgehenden Signale analysiert und dabei zugunsten der Eindruck-Geometrie aus« sondert, aber es können erheblich zusätzliche Schwierig- . keiten bei der elektronischen signalverarbeit'enden Schaltung auftreten, wenn weitere Kriterien für die Annahme der Diagonale nines sung eingebaut werden^of the impression on the image of another surface merkmais pushes. This can be countered by providing an additional digital electronic circuit which further analyzes the signals emanating from the photodiode array, thereby discriminating in favor of the indentation geometry, but can add considerably more difficulty. occur in the electronic signal-processing circuit, if further criteria for the adoption of the diagonal nines solution be incorporated ^

Eine einfachere Methode wird in einer augenblicklich bevorzugten Ausführungsfοrm der Erfindung angewandt. Dabei wird eine Abbildungsvorrichtung verwendet, die eine von der oben beschriebenen Beleuchtung in iformalenrichtung abweichende Methode der Beleuchtung vorsieht, um bestimmte Facetten des Eindrucks besonders hell erscheinen zu lassen und dabei einen verbesserten Kontrast in dem Bild zu erzielen während gleichzeitig der Kontrast aller anderen Oberflächenmerkmale in den Bildern herabgesetzt wirdο Sin dazu angewandtes Verfahren beruht auf der Tatsache s daß Eindrücke, die mit den vielflächigen Sindruckkörpern der angegebenen Form (ζ·Β,: pyramidenförmige Diamanteindruckkörper) in einem homogenen verformbaren Werkstoff hergestellt werdens die Geometrie des Eindruckkörpers sehr genau nachbilden und vier im wesentlichen ebene Facetten besitzen? die wie gut spiegelnde Lichtreflektoren wirken«. Außerdem ist beim Yickers-Kärtetest der Halbwinkel (68°) eines von der Eindruckpyramide mit quadratischer Grundfläche erzeugten Sindrucks ausreichend groß, um ein paralleles Lichtbündel, das auf eine beliebige vorgegebene Facette unter geeignetem Winkel auftrifft, von der gesamten Oberfläche dieser Facette in Richtung der Normalen auf die ITennflache des Härteprüfkörpers spiegelndA simpler approach is used in an instant preferred embodiment of the invention. An imaging device is provided which provides a different illumination method from the illumination described above in order to make certain facets of the impression appear particularly bright while achieving improved contrast in the image while simultaneously reducing the contrast of all other surface features in the image wirdο reduced images Sin to used method relies on the fact s that impressions that with the polyhedral are jerk bodies of the specified form (ζ · Β: pyramidal diamond indenter) can be produced in a homogeneous deformable material replicate s the geometry of the indenter very accurately and four possess essential planar facets ? how well mirrored light reflectors work ". In addition, in the Yickers Cure Test, the half-angle (68 °) of a sensation produced by the square-faced indentation pyramid is sufficiently large to make a parallel bundle of light incident on any given facet at an appropriate angle from the entire surface of that facet toward the normal Reflecting on the IT surface of the hardness test specimen

-30- 12.3.1979-30- 12.3.1979

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reflektieren zu lassen· Dieses Verfahren· ist in Pig. 5a dargestellt, in der ein Eindruck 35 im rechtwinkligen Schnitt eines Prüfkörpers 36 gezeichnet ist, 'wobei eine der·Facetten 37 des Sindrucks 35 von einem Parallelstrahlenbündel 33, 38a getroffen wird« Da die Facette 37 annähernd spiegelnd reflektiert, wird der größere Anteil 'des reflektierten Lichts als Parallelstrahlenbündel 39* 39a unter einem Y/inkel 40 gegenüber der Normalen 41 auf die Facette 37 weitergeleitet, wobei der Winkel 40 gleich dem Einfallwinkel 42 des StrahlenbUndeIs 38, 38a ist«; Da außerdem der Halbwinkel 43 des Eindrucks 35 größer als der doppelte Komplementärwinkel (d.h* größer als 60 ) ist, kann der Winkel 44 des einfallenden Strahlenbündels 38» 38a gegenüber der Normalen 45 auf die Oberfläche 46 des Prüfkörpers 36 so gewählt·werdend daß das reflektierte Strahlenbündel 39» 39a längs der Hormalen 45 verläuft. Bei einem Halbwinkel 43 von 68° hat der Winkel 44 des einfallenden Strahlenbündels 38, 38a gegenüber der normalen 45 die Größe von 44°* Man sieht, daß ein (nicht gezeichnetes) einen Teil der Abbildungsvorrichtung des Härteprüfgeräts bildendes Mikroskop oder ein anderes zur Betrachtung des Eindrucks geeignetes optisches Gerät, dessen optische Achse praktisch in Richtung der Normalen 45 verläuft, ein Bild des in der angegebenen Weise beleuchteten Eindrucks liefertj bei dem eine Facette sehr viel heller als die anderen Facetten und die übrigen Teile der Prüfkörperoberfläche erscheinen wird» Andere Oberflächenmerkmale, wie Bearbeitungsspuren oder poröse Stellen, können nur dann helle Bilder liefern? wenn sie beträchtliche Flächenanteile aufweisen? deren Ausrichtung ge.genu.ber dem Einfallslichtbündel 38=, 38a ganz ähnlich derjenigen der hell beleuchteten Facette 37 iste In dem.seltenen Falle ganz ähnlicher Ausrichtung ist es unwahrscheinlich, daß dieThis process is described in Pig. 5a, in which an indentation 35 is drawn in the rectangular section of a test specimen 36 ', whereby one of the facets 37 of the impressed impression 35 is struck by a parallel ray bundle 33, 38a. Since the facet 37 reflects approximately specularly, the greater part of the specimen becomes reflected light as a parallel beam 39 * 39a under a Y / inkel 40 relative to the normal 41 on the facet 37 forward, wherein the angle 40 is equal to the angle of incidence 42 of the StrahlenbUndeIs 38, 38a « ; In addition, since the half-angle 43 of the indentation 35 is greater than twice the complementary angle (ie * greater than 60), the angle 44 of the incident beam 38 38a relative to the normal 45 on the surface 46 of the specimen 36 can be chosen to be that Radiation bundle 39 »39a runs along the hormones 45. At a half-angle 43 of 68 °, the angle 44 of the incident beam 38, 38a is 44 ° as compared to the normal 45. It can be seen that a microscope (not shown) forming part of the imaging device of the hardness tester or another for viewing the Impression-capable optical device whose optical axis is substantially in the direction of the normal 45 gives an image of the illumination illuminated in the manner indicated, in which one facet will appear much brighter than the other facets and the remaining parts of the specimen surface Processing marks or porous spots, can only deliver bright images? if they have considerable area shares? ge.genu.ber whose orientation to the incident light beam 38 =, 38a quite similar to that of the brightly illuminated facet 37 is e dem.seltenen In the case of a very similar orientation, it is unlikely that the

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Reflezionseigenschaften eines solchen Bereichs denen der Facette 37 gleichen, und die Helligkeit des Bildes eines solchen Bereichs würde im Vergleich zu derjenigen der Facette 37 des Eindrucks 35 niedrig sein. Das konnte bei zahlreichen Versuchen bestätigt werden, und es hat sich gezeigt, daß dieses Beleuchtungsverfahren bei gleichzeitiger Betrachtung in Richtung der Linie der spiegelnden Reflexion von einer Facette in dem Bild dieser Facette eine besonders große Helligkeit hervorruft, womit eine Möglichkeit.gefunden ist, diese Facette von anderen Oberflächenmerkmalen zu unterscheiden«Reflecting properties of such a range as those of the facet 37 are equal, and the brightness of the image of such an area would be low as compared with that of the facet 37 of the indentation 35. This has been confirmed in numerous experiments, and it has been found that this illumination method, when viewed in the direction of the line of specular reflection from a facet in the image of this facet, produces a particularly high brightness, thus providing a possibility for this facet to differentiate from other surface features «

Das- Bild des Eindrucks 35 bei Beleuchtung gemäß Fig«. 5a und von einem Mikroskop oder einem anderen, einen Bestand~ teil des Gerätes bildenden geeigneten optischen System entworfen* dessen optische Achse praktisch parallel zu der Hormalen 45 verläuft, hat das Aussehen der Darstellung in Fig» 5b, wobei die beleuchtete Facette 37 als helles Dreieck 47 und die anderen drei Facetten als verhältnismäßig dunkle Dreiecke 48, 49* 50 erscheinen.» Das Bild 51 der den Eindruck 35 umgebenden Oberfläche 46 in der Bildebene 51a ist im allgemeinen wegen der diffusen Reflexion etwas heller als die Bilder der nichtbeleuchteten Facetten des Eindrucks, aber die Bildhelligkeit in diesem Bereich liegt erheblich unter derjenigen, in dem heilen Dreieck 47*The picture of the impression 35 with illumination according to FIG. 5a and designed by a microscope or other suitable optical system constituting a component of the device * whose optical axis is substantially parallel to the hormone 45 has the appearance of the illustration in FIG. 5b, with the illuminated facet 37 as a bright triangle 47 and the other three facets appear as relatively dark triangles 48, 49 * 50. "The image 51 of the surface 46 surrounding the impression 35 in the image plane 51a is generally somewhat brighter than the images of the non-illuminated facets of the impression because of the diffuse reflection. but the image brightness in this area is significantly below that in which heal triangle 47 *

Wenn das in Fig. 5a dargestellte Verfahren zur Beleuchtung von zwei nebeneinanderliegenden Facetten benutzt wird, so hat das von einem mikroskop oder einem anderen geeigneten optischen System, dessen optische Achse parallelIf the method shown in Fig. 5a is used to illuminate two adjacent facets, then this has to be done by a microscope or other suitable optical system whose optical axis is parallel

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zu der Normalen 45 verläuft, entworfene Bild ein Aussehen gemäß Pig. 5c, wobei die beiden beleuchteten Facetten als einheitliches helles Dreieck 52 und die beiden nichtbeleuchteten Facetten als verhältnismäßig dunkles Dreieck 53 erscheinen. Das in der Bildebene 54a entworfene Bild 54 der den Eindruck umgebenden Oberfläche des Prüfkörpers ist heller, als wenn nur eine einzige Facette beleuchtet würde, bleibt aber deutlich dunkler als das Dreieck 52* Natürlich ist diese Beleuchtungsart, bei der ein Bild gemäß Fige 5c entsteht, für die Diagonalenausmessung bei der Yickers-Härteprüfung besonders geeignet, weil eine Linie von der Ecke 55 zur Ecke 55a des Eindrucks an der Grenzlinie zwischen dem hellen Dreieck 52 und dem dunklen Dreieck 53 gerade die Diagonale des Sindrucks darstellt« Dank der Helligkeit des Dreiecks 52 läßt sich diese Diagonale besonders leicht mit optoelektronischen Mitteln, nachweisen, während die diesem Beleuchtungsverfahren eigentümlichen Vorzüge hinsichtlich der Unterscheidung von anderen Oberflächenmerkmalen erhalten bleiben«,'runs to the normal 45, designed image looks like Pig. 5c, wherein the two illuminated facets appear as a uniform bright triangle 52 and the two non-illuminated facets as a relatively dark triangle 53. Designed in the image plane 54a image 54 surrounding the impression surface of the specimen is lighter than if only one facet would be illuminated, but remains significantly darker than the triangle 52 * Of course, this type of lighting, in which an image of FIG e 5c arises , particularly suitable for the diagonal measurement in the Yickers hardness test, because a line from the corner 55 to the corner 55a of the impression at the boundary between the bright triangle 52 and the dark triangle 53 represents just the diagonal of the impression «Thanks to the brightness of the triangle 52 This diagonal can be detected particularly easily by opto-electronic means, while retaining the advantages peculiar to this method of illumination with regard to the differentiation of other surface features. "

Auch unter anderen Gesichtspunkten erscheint die Anwendung der in Verbindung mit den Fig. 5a bis 5c beschriebenen Beleuchtungsmethode bei den Ausführungsformen der Erfindung besonders günstige Die einzelnen Photodioden der Anordnung 18, beispielsweise nach Fige 3&s haben natürlich geringe Größe, damit die verlangte Auflösung eines in der Bildebene,-in der die Anordnung 13 vorgesehen ist, entworfenen Bildes eines Sindrucks gewährleistet ist. Die Kleinheit der Photodioden kann dazu führen, daß ihre Empfindlichkeit gegenüber Änderungen des Helligkeitspegels verhältnismäßig niedrig ist» Wenn das zutrifft, kann es erforderlich wer„ den., dafür· zu sorgen, daß für die Untersuchung durch dieThe application also to other aspects appear in conjunction with Figs. 5a through 5c described illumination method in the embodiments of the invention, particularly favorable The individual photodiodes of the array 18, for example of FIG e 3 & s also have small size so that the required resolution of an in the image plane, in which the arrangement 13 is provided, is guaranteed image of a Sindrucks guaranteed. The small size of the photodiodes may cause their sensitivity to changes in the brightness level to be relatively low. If that is the case, it may be necessary to ensure that they are examined by the

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Anordnung 18 ein ausreichend helles Bild erzeugt wird, damit die Bestimmungen der Abmessungen eines Eindrucks aus- · reichend schnell ausgeführt werden können« Ein derart ausreichend helles Bild ist durch die Beleuchtungsmethode, die im Zusammenhang mit den Fig. -5a bis 5c beschrieben ist und bei der von spiegelnder Reflexion an Facetten des Eindrucks Gebrauch gemacht wird* leicht zu erzielen·'In this way, a sufficiently bright image is produced so that the determinations of the dimensions of an impression can be made sufficiently fast. Such a sufficiently bright image is produced by the illumination method described in connection with FIGS. 5a to 5c the use of reflective reflection on facets of the impression * easy to achieve · '

Pige 6a gibt ein mit der Darstellung in Pig«- 3a vergleichbares Gerät zur Untersuchung eines Bildes 56 eines Eindrucks wieder» der wie zu Fige 5c beschrieben beleuchtet wird» Die verstärkten Ausgangssignale 57 (elektrische Nachweissignale) während einer einzelnen elektronischen Abtastung der Photodiodenanordnung 18 in der Bildebene 56a des Bildes 56 erscheinen wie die Darstellung in Fig· 6b, woraus sich das starke Ansprechen derjenigen Photodioden der Anordnung erkennen läßt, die mit dem Bild der hell beleuchteten Facetten des Sindrucks zusammenfallen«. Dieses Gerät kann in der schon beschriebenen V/eise in Verbindung mit den elektronischen Schaltungen nach Pig· 4a benutzt werden^ die zum Nachweis von Anordnungssignalen benutzt werdend die einer größeren Helligkeit und nicht einer geringeren Helligkeit entsprechen* Der Komparator 10 der Diskriminator» schaltung gibt daher ein positives Signal zur Einleitung der Messung von Meßsignalen aus dem Umformer 14 nur dann, wenn die Spannungen verstärkter Photodiodensignale aus dem Eingangsverstärker S über der Ausgangsspannung des Summierverstärkers 30 liegen, der in diesem Falle die positive Summe des Ausgangs de3 Hittelwertkreises 29 und der Bezugsotromkreise 11 wiedergibt* Die ungefähren Beziehungen zwischen diesen Spannungen können den in Fig* 6b gezeigten Verlauf besitzen» Dort zeigt eine Linie den Ausgangswert 58Pig are e 6a is a showing in Pig - that is illuminated as described with FIG e 5c "3a comparable device for examining an image 56 of an impression again""The amplified output signals 57 (electric detection signals) during a single electronic scanning of the photodiode array 18 appear in the image plane 56a of the image 56 as the representation in Figure 6b, from which the strong response of those photodiodes of the arrangement can be seen, which coincide with the image of the brightly lit facets of Sindrucks. This device can be used in the manner already described in connection with the electronic circuits of Pig * 4a which are used to detect device signals corresponding to greater brightness and not lower brightness * The comparator 10 of the discriminator circuit therefore gives a positive signal to initiate the measurement of measurement signals from the converter 14 only when the voltages of amplified photodiode signals from the input amplifier S are above the output voltage of the summing amplifier 30, which in this case represents the positive sum of the output of the third circuit 29 and the reference circuits 11 * The approximate relationships between these voltages may be as shown in Fig. 6b. There, a line indicates the output value 58

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des Bezugsstromkreises eine Linie den Ausgangswert 59 des Mittelwertkreises und eine Linie den Ausgangswert 60 des Summierverstärkers," alle bezogen auf 0 V, angedeutet .durch die Gerade 61« Jedes verstärkte Photodioden-Ausgangssignal 57 (elektrisches Uachweissignal), das größer ist als der Ausgangswert 60 des Summierverstärkers8 löst den Meßvorgang aus»1 Diese Verhältnisse liegen während der gesamten Bev/egung der Anordnung 18 über das Bild 56 des Eindrucks in Richtung des Pfeils 22 (Fig* 6a) vor, und sofern die Diagonale 62, 62a des Bildes 56 parallel zu der Pfeilrichtung 22 verläuft, kann die Länge des Bildes der Diagonalen 62, 62a bestimmt werden$ indem der Umformer 14 der Meßschaltung nach Figo 4a so eingerichtet wirdf daß die Signalabgabe entsprechend der genannten überquerenden Bev/egung der Anordnung erfolgte (Verschiedene Arten und Anwendungs» weisen von Umformern 14 für die vorliegende Aufgabe sind im Zusammenhang mit Figo 2 kurz beschrieben worden«)of the reference circuit, a line indicates the output value 59 of the averaging circuit and a line the output value 60 of the summing amplifier, "all referenced to 0V, indicated by the line 61." Each amplified photodiode output signal 57 (electrical detection signal), which is greater than the output value 60 of the summing amplifier 8 triggers the measuring process. " 1 These ratios are present throughout the population of the arrangement 18 via the image 56 of the indentation in the direction of the arrow 22 (FIG. 6a), and if the diagonal 62, 62a of the image 56 are parallel extends to the direction of the arrow 22, the length of the image of the diagonals 62 may be determined 62 $ by the converter 14 of the measuring circuit according to Figo 4a is established as f that the signal output corresponding to said traversing Bev / ath the arrangement was made (different types and application "Means of converters 14 for the present task have been briefly described in connection with Fig. 2")

Bei dieser Standardausführung verlangt die Vickershärteprüfung die Messung der Länge beider Diagonalen des Eindrucks j der von dem pyramidenförmigen Diamanteindruckkörper hervorgerufen wird» Die Anordnung nach Fige 6a in Verbindung mit der Beleuchtungsmethode nach Fige 5c und d.er elektronischen Schaltung nach Fige 4a (wie oben be=» schrieben) stellt die im Augenblick bevorzugte Methode zum Messen einer einzelnen Diagonalenlänge dar» Da der Diamanteindruckkorper als regelmäßige Pyramide mit quadratischer Grundfläche ausgebildet ists stehen die Diagonalen senkrecht aufeinander? wenn die Blickrichtung relativ zu dem Prüf» körper die gleiche ist wie die Richtung? die beim Herstellen des Eindrucks auf der Prüfkörperoberfläche eingehalten wird«, Wenn das Mikroskop oder ein anderes geeignetes optischesIn this standard, the Vickers hardness test requires the measurement of the length of the two diagonals of the indentation j which is caused by the pyramidal diamond indenter "The arrangement of FIG e 6a (in conjunction with the method of illumination according to FIG e 5c and d.er electronic circuit of FIG e 4a as written above) represents the currently preferred method for measuring a single diagonal length »Since the diamond impression body is designed as a regular pyramid with a square base area s are the diagonals perpendicular to each other? when the line of vision relative to the test piece is the same as the direction? If the microscope or another suitable optical

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System der Abbildungsvorrichtung so ausgerichtet ist, daß der Eindruck auf diese Weise betrachtet wird, stehen die Diagonalen in dem vergrößerten Bilde aufeinander senkrecht. Wenn bei der praktischen Arbeit der Eindruckkörper in Hormalenrichtung abwärts in die Oberfläche de*s Prüfkörpers gedruckt wird, braucht der Sindruck nur in Hormalenrichtung betrachtet zu werden, damit diese Bedingung erfüllt ist, sofern die Ausrichtung des Prüfkörpers unverändert geblieben ist» Mit der Vorrichtung nach Fig« 6a können dann Messungen der Länge beider Diagonalen in dem Bilde des Eindrucks vorgenommen werden? wenn eine geeignete Montierung eine Drehung um einen rechten Winkel um eine Achse erlaubt, die senkrecht auf der Bildebene steht und durch deren Mitte verläuft, während die Anordnung 18 in der Bildebene verbleibt«, Das 3LaBt sich beispielsweise mit der in Fig. 7 gezeigten Einrichtung ersi&Xoii, nach welcher eine Vorschubeinrichtung (verschiebbare Anordnungshalterung) 63s die mit der in Pige 6a gezeichneten Einrichtung vergleichbar ist, auf Führungen 21 in einem Gehäuse 64 angebracht ist, in welchem eine kombinierte Radial- und Axiallagerung 65 die gesamte Einrichtung auf dem Tubus 66 eines Mikroskops 67 oder eines entsprechenden optischen Systems hält, das ein vergrößertes Bild 68 eines (nicht gezeichneten) Eindrucks entwirft j der in der Oberfläche eines Prüfkörpers 69 angebracht ist.System of the imaging device is oriented so that the impression is considered in this way, the diagonals are perpendicular to each other in the enlarged image. If, during practical work, the indentation body is printed downwards in the surface of the test specimen in the hormonal direction, the pressure impression only has to be considered in the hormonal direction so that this condition is fulfilled, provided the alignment of the specimen has remained unchanged "6a can measurements of the length of both diagonals be made in the picture of the impression ? if a suitable mount permits rotation through a right angle about an axis perpendicular to the image plane and passing through the center thereof while the device 18 remains in the image plane. "For example, FIG. 3 can be implemented with the device shown in FIG according to which a feed device (displaceable arrangement holder) 63s comparable to the device shown in Fig. 6a is mounted on guides 21 in a housing 64 in which a combined radial and axial bearing 65 covers the entire device on the tube 66 of a microscope 67 or a corresponding optical system which forms an enlarged image 68 of an indentation (not shown) mounted in the surface of a specimen 69.

Das Mikroskop 67 bz\vo ein geeignetes anderweitiges optische« System sind Teil der Abbildungsvorrichtung des Geräts» Mit dem anderen Teil der Abbildungsvorrichtivng wird der Prüfkörper 69 beleuchtet. Zur Beleuchtung können elektrische Lichtquellen, oder Spiegel 671, wie beispielsweise schematisch in Pig» 7 angedeutet? benutzt werden*The microscope 67 bz \ v o a suitable other optical «system are part of the imaging device of the device» With the other part of the imaging device, the test piece 69 is illuminated. For illumination, electric light sources, or mirrors 671, such as schematically indicated in Pig »7 ? to be used*

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Dank der Lagerung 65 kann das Gehäuse 64.um eine Mittelachse 70 des Mikroskops 67 bei starrer Positionierung längs dieser Achse 70 geschwenkt werden, wodurch die Photodiodenanordnung 18 in der Ebene des Bildes 68 verbleibt· Der Schwenkwinkel des Gehäuses 64 wird durch eine Anschlagplatte 71 begrenzt, die starr mit dem Tubus 66 verbunden ist und am Umfang zwei Vorsprünge 72 aufweist, die mit einem fest in'dem Gehäuse 64 angebrachten Stift 73 zusammenwirken, um den Schwenkwinkel des Gehäuses 64 relativ zu dem Tubus 66 auf genau einen rechten Winkel zu begrenzen« Die Winkelstellung der Anschlagplatte 71 gegenüber der Mittelachse 70 wird so vorgenommens daß die Vorschubeinrichtung 63 beim Anschlag des Gehäuses an der einen Schwenkbegrenzung von der Gewindespindel 23 längs der Führung 21 in einer zu der einen Diagonalen des vergrößerten Bildes 68 des Sindrucks parallen Richtung gesteuert wird und beim Anliegen an der anderen Schwenkbegrenzung des Gehäuses 64 in einer parallel zu der anderen Diagonalen des Bildes 68 parallelen RichtungoThanks to the support 65, the housing 64 can be pivoted about a central axis 70 of the microscope 67 in rigid positioning along this axis 70, leaving the photodiode array 18 in the plane of the image 68. The pivoting angle of the housing 64 is limited by a stop plate 71. which is rigidly connected to the tube 66 and has two projections on the circumference 72, which cooperate with a fixed in'dem housing 64 mounted pin 73 to limit the pivot angle of the housing 64 relative to the tube 66 at exactly a right angle angular position of the stop plate 71 relative to the central axis 70 is made so s that the feed device 63 at a pivot limit of the threaded spindle 23 along the guide 21 in a toward the one diagonal of the enlarged image 68 of the Are jerk parallels direction is controlled at the stop of the housing and when Concerning the other pivoting limit of the housing 64 in a parallel el to the other diagonal of the image 68 parallel directiono

Ein weiteres Kennzeichen des Gerätes nach 3?ige 7 ist das Verfahren, nach dem die Dreh™ und die Vorschubbewegung ausgeführt werden· Für beide Bewegungen ist ein eintouriger Unikehrelektromotor 74 vorgesehen; der mittels eines Tragarms 75 starr mit dem Mikroskop 67 verbunden ist© Der Motor 74s bei dem es sicii um einen niedrigtourigen Motor oder einen mit Übersetzungsgetriebe versehenen hochtourigen Motor handeln kann, trägt auf seiner Antriebswelle 77 ein Ritzel 76o Das Ritzel 76 arbeitet mit einem Zahnrad 78 großen Durchmessers zusammen, das sich auf einem Radiallager 79 frei um die Achse 70 des Mikroskoptubus 65 drehen kantig in axialer Richtung aber durch ein (nicht gezeichnetes) Axiallager an einer Lageveränderung gehindert wird* Ein? A further characteristic of the device according to 3 ig e 7 is the method by which the rotational ™ and the feed movement are performed · For both movements is a single-speed Unikehrelektromotor provided 74; which is rigidly connected to the microscope 67 by means of a support arm 75. The motor 74s, which may be a low-speed motor or a geared, high-speed motor, carries on its drive shaft 77 a pinion 76 o. The pinion 76 operates with a gear 78 large diameter together, which is free to rotate on a radial bearing 79 about the axis 70 of the microscope tube 65 edged in the axial direction but prevented by a (not shown) thrust bearing on a change in position *

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weiteres Ritzel 80 ist an dem einen Ende einer Welle 81 befestigt, die durch das Gehäuse 64 verläuft und sich-in diesem frei drehen kann. Die Welle 81 wird in einer Lagerhülse 82a gehalten. Das Ritzel 80 kämmt mit dem Zahnrad 78 und überträgt die Drehbewegung auf ein Kegelrad 82 am anderen Ende der Welle 81, das mit einem weiteren Kegelrad 83 kämmt, das auf einer Welle 84 befestigt ist, deren eines Ende als Gewindespindel 23 ausgebildet ist© Der Aufbau ist so ausgeführt, daß das Drehmoment, das dem Zahnrad 78 zugeführt werden muß, um die Rotationsreibung zu überwinden, die an dem Ritzel 80, der Welle 81, der Lagerhülse 82aj. den Kegelrädern 82, 83, der Welle 84 in ihren (nicht gezeichneten) Lagerungen in dem Gehäuse 64 und der mit dem (nicht gezeichneten) Gewindeteil der Vorschubeinrichtung zusammenwirkenden Gewindespindel 23 auftritt, viel größer ist als data far die Überwindung der durch die Drehung des Gehäuses 64 um den Mikroskoptubus 66 an der Lagerung 65 entstehenden Reibung erforderliche Drehmoment« Wenn der Motor 74 gespeist wird, so daß da3 Ritzel 76 sich dreht und dadurch das Zahnrad 78 in Drehung versetzt, werden in erster Linie das Gehäuse 64 und die daran angebrachten Teile um die Achse 70 geschwenkt, bis der Stift 73 an einem der beiden Vorsprünge 72 anschlägt und dadurch ein Weiterschwenken verhindert« Nun nimmt der Motor 74 weitere Leistung auf und gibt ein höheres Drehmoment ab, das dann die Drehreibung überwindet,, die an den Teilen 76S 78, 80, 81, 82t 82a, 83 und 84 auftritt, und versetzt die Gewindespindel 23 in Drehung, wodurch die Vorschubeinrichtung 63 längs der Führungen 21 in einar Richtung parallel zu der einen Diagonalen in dein Bild 68 verschoben wird«.another pinion 80 is attached to one end of a shaft 81 which extends through the housing 64 and is free to rotate in it. The shaft 81 is held in a bearing sleeve 82a. The pinion 80 meshes with the gear 78 and transmits the rotational motion to a bevel gear 82 at the other end of the shaft 81, which meshes with another bevel gear 83 which is mounted on a shaft 84, one end of which is formed as a threaded spindle 23 © The structure is designed so that the torque which must be supplied to the gear 78 to overcome the rotational friction, on the pinion 80, the shaft 81, the bearing sleeve 82aj. the bevel gears 82, 83, the shaft 84 in their (not shown) bearings in the housing 64 and with the (not shown) threaded portion of the feed co-operating threaded spindle 23 occurs, is much greater than data far overcoming the by the rotation of the housing When the motor 74 is energized so that the pinion 76 rotates, thereby rotating the gear 78, the housing 64 and the parts mounted thereon are primarily reversed pivoted the shaft 70 until the pin 73 abuts one of the two projections 72 and thereby prevents further pivoting «Now the engine 74 takes on more power and outputs a higher torque, which then overcomes the Drehreibung ,, which at the parts 76 S 78, 80, 81, 82 t 82a, 83 and 84 occurs, and sets the threaded spindle 23 in rotation, whereby the feed device 63 along the Füh 21 is moved in one direction parallel to the one diagonal in your image 68 «.

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Wenn die Vorschubeinrichtung 63 in ihrer Endstellung 63a in der einen Richtung angekommen ist, berührt sie einen (nicht gezeichneten)Mikroschalter, der ein (nicht gezeichnetes) Relais betätigt, das den Motor 74 umsteuert» Wegen des oben erwähnten Unterschiedes der Drehungsreibung wird zunächst das Gehäuse 64 geschwenkt, bis der Stift 73 den anderen Vorsprung 72 berührt und damit die Schwenkung beendet©·When the feed device 63 has arrived in its end position 63a in one direction, it touches a (not shown) microswitch that actuates a (not shown) relay that reverses the motor 74 »Because of the above-mentioned difference in the rotation friction, the housing first 64 pivoted until the pin 73 touches the other projection 72, thus ending the pivoting © ·

Die Gewindespindel 23 wird jetzt in der entgegengesetzten Richtung angetrieben, so daß die Vorschubeinrichtung 63 sich in einer der vorigen Bewegung entgegengesetzten Richtung parallel zu der anderen Diagonalen des Bildes 68 längs der Führungen 21 bewegt« In ihrer Endstellung 63b in dieser Richtung berührt die Vorschubeinrichtung 63 einen zweiten (nicht gezeichneten) Mikroschalter, der das (nicht gezeichnete) Relais in seinen Anfangszustand zurückstellt, so daß der Motor 74 wieder in der ursprünglichen Drehrichtung läuft und das gesamte Arbeitsspiel von neuem beginnen kanne Bei einer praktisch ausgeführten Konstruktion des Gerätes empfiehlt es sich, eine Vorrichtung anzubringen, die den Speisestrom für den Motor 74 nach dem Abtasten der beiden Diagonalen des Bildes 68 abschaltet« Diese Abschaltung kann mit einem der beiden erwähnten Mikroschalter vorgenommen v/erden, der ein (nicht gezeichnetes) zweites Relais betätigt, das die Stromversorgung des Motors 74 unterbricht, wenn die Bewegung der Vorschubeinrichtung 63 eine der beiden Endstellungen 63as 63b erreicht hat. Sin (nicht gezeichneter) außenliegender Schalter kann dann zum Wiedereinschalten des Motors 74 und zum Einleiten eines weiteren vollständigen Arbeitsspiels der beschriebenen Art benutzt.werden» Als Alternative für daa System von Mikroschaltern und RelaisThe threaded spindle 23 is now driven in the opposite direction, so that the feed device 63 moves in a direction opposite to the previous movement parallel to the other diagonal of the image 68 along the guides 21. In its end position 63b in this direction, the feed device 63 touches a second (not shown) microswitch, which restores the (not shown) relay to its initial state, so that the motor 74 is back in the original direction and the whole working cycle can start again e In a practical design of the device, it is recommended to install a device which shuts off the supply current for the motor 74 after scanning the two diagonals of the image 68. This shut - off can be done with either of the two mentioned microswitches which actuates a second relay (not shown) which supplies the power supply to the motor Motors 74 interrupts, when the movement of the feed device 63 has reached one of the two end positions 63a s 63b. Sin (not shown) external switch can then be used to restart the motor 74 and initiate another complete working cycle of the type described. As an alternative to the daa system of microswitches and relays

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zur Steuerung des Motors 74 ist auch opto-elektronisches Umschalt system anwendbar, sofern die wesentlichen angegebenen Punktionen ausgeübt werden·for controlling the motor 74 and opto-electronic switching system is applicable, provided that the main specified punctures are exercised ·

'Bei dem Aufbau nach Fig. 7 ist eine mögliche Ausführungsform des Umformers 14 (Fig# 4a) vorgesehen, ausgestattet mit einem an einem Ansatz der Welle 84 angebrachten Zahnrad 85 und einer Lichtemitter/Detektor-Anordnung 86, die eine Pestkörperlichtquelle und einen Lichtdetektor aufweist und die so aufgebaut ist? daß die Lichtquelle auf den Detektor gerichtet ist β Beim Anlegen einer geeigneten niederspannung wird durch ein von der Lichtquelle ausgehendes Lichtbündel 87 der elektrische Leitwert des Detektors erhöht, und ein Strom fließt durch die Leiter S8? 89s deren andere Enden an einer (nicht gezeichneten) Hiederspannungsquelle liegen. Derartige Smitter/Detektor-Anordnungen sind an sich bekannt und in Handel erhältliche Yfenn das Lichtbündel 87 von einem undurchsichtigen Gegenstand unterbrochen wirds verringert · sich der Leitwert des Detektors.* und der in den Leitern 88, 89 fließende Strom wird erheblich herabgesetzt« Die gegenseitige Lage des Zahnrades 85 und der Emitter/Detektor« Anordnung 86 sowie die Abmessungen der Zähne am Kranz des Zahnrades 85 sind so gewählt* daß das Lichtbündel 87 regeln mäßig periodisch unterbrochen wird? wenn die Welle 84 mit gleichbleibender Drehzahl umläuft* Infolgedessen entsteht eine gleichmäßige periodische Folge von Stromimpulsen in den Leitern 88= 89 mit einer unmittelbar von der Drehzahl der Welle 84 und damit von der Vorschubgeschwindigkeit der Vor·» schubeinrichtung 63, die die Photodiodenanordnung 18 über das Bild 68 des Eindrucks hinwegführt, abhängigen Frequenz«, Diese Stroinimpulsfolge in den Leitern 88S 89 kann dann der Torschaltung 13 nach Fig. 4a augeführt werden, die mit Hilfe eines geeigneten Meßkreises 15 in der oben beschriebenenIn the construction of Fig. 7, there is provided a possible embodiment of the transducer 14 (Fig. 4a) equipped with a gear 85 attached to a shoulder of the shaft 84 and a light emitter / detector assembly 86 comprising a plague body light source and a light detector and that is structured ? that the light source is directed to the detector β When applying a suitable low voltage is increased by an outgoing light beam from the light source 87 of the electrical conductivity of the detector, and a current flows through the conductor S8 ? 89 s whose other ends are located on a (not shown) Hiederspannungsquelle. Such Smitter / detector assemblies are known and available in trade Yfenn the light beam is interrupted 87 of an opaque object is s reduced · the conductance of the detector. * And the current flowing in the conductors 88, 89 power is considerably reduced "Mutual Position of the gear 85 and the emitter / detector «arrangement 86 and the dimensions of the teeth on the rim of the gear 85 are chosen so * that the light beam 87 is regulated moderately periodically interrupted? As a result, a uniform periodic sequence of current pulses in the conductors 88 = 89 results directly from the rotational speed of the shaft 84 and thus from the advancing speed of the advancing device 63 which drives the photodiode array 18 over the The current pulse sequence in the conductors 88 S 89 can then be applied to the gate circuit 13 according to FIG. 4 a, which is determined by means of a suitable measuring circuit 15 in the above-described FIG

-40- 12.3.1979-40- 12.3.1979

. .'. 54 5*9/16, . '. 54 5 * 9/16

V/eise nur dann zählt, wenn das Bild 68 des Eindrucks nachgewiesen wird, so daß eine Messung der Länge der Diagonalen in dem Bild 68 erfolgt·It is important to count only if the image 68 of the impression is detected so that a measurement of the length of the diagonal is made in the image 68.

-Bei der Anordnung.nach Fig. 7 kann jeder geeignete Umformer eingesetzt werden, so daß dieäe Anordnung in Verbindung mit einem kompatiblen Meßkreis 15 verschiedene Möglichkeiten zur.Messung der Diagonalenlänge im Bild 68 bietet. Die in Fig· 7 gezeigte spezielle Ausbildung eines Umformers ist im Rahmen der vorliegenden Anwendung jedoch besonders gut geeignet, weil die Erzeugung einer regelmäßigen Folge von Impulsen zur Übertragung auf den Meßkreis 15 (Fig. 4a) die Anwendung elektronischer Digitaltechnik in diesem Meßkreis 15 sowie in den naengeordneten Schaltungen erlaubt, die die Vickershärtezahl aus den in Impulszählungen ausgedrückten Längen der beiden Diagonalen berechnen und anzeigen sollen^ Der Standardausdruck für die Berechnung der Vickershärte kann dann umgeformt werden zuIn the arrangement of Fig. 7, any suitable converter may be employed so that the same arrangement, in conjunction with a compatible measuring circuit 15, offers various possibilities for measuring the diagonal length in the image 68. However, the special configuration of a converter shown in FIG. 7 is particularly well suited in the present application, because the generation of a regular sequence of pulses for transmission to the measuring circuit 15 (FIG. 4a), the application of electronic digital technology in this measuring circuit 15 and in allows the associated circuits to calculate and display the Vickers hardness number from the lengths of the two diagonals expressed in pulse counts. The standard expression for calculating the Vickers hardness can then be converted to

HV .«. 2F sin 68° (SS )2 HV. «. 2F sin 68 ° (SS) 2

worinwherein

F die von der Eindruckpyramide aufgebrachte Kraft (kp),F the force applied by the imprint pyramid (kp),

ρ die festgelegte Zahl von Impulsen je Millimeter Vorschub der Vorschubeinrichtung 63sρ the fixed number of pulses per millimeter feed of the feed device 63s

m die feststehende Linearvergrößerung des Bildes 68 undm is the fixed linear magnification of the image 68 and

η das Mittel aus den beiden Impulszählungen, die den Längen der beiden Diagonalen in dem Bilde des Eindrucks zugeordnet sind,η the means of the two pulse counts, which are assigned to the lengths of the two diagonals in the image of the impression,

bedeuten«mean"

209 25 3 -41- ' 12.3.1979209 25 3 -41- '12.3.1979

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Wach auf dem Gebiet der elektronischen Datenverarbeitung an sich bekannten Methoden kann der Wert der Vickershärte aus den in Form von Impulszählungen vorliegenden Längen der beiden Diagonalen in dem Bild 68 berechnet werden, wenn die Werte von ρ und m vorgegeben sind und die bei der Herstellung des Eindrucks aufgewandte' Kraft gemessen ist. Bei derartigen Anordnungen v/erden verschiedenartige geeignet programmierte elektronische Rechner, auf, die spezielle Anwendung abgestimmte Mikroprozessoren und schließlich zweck·» bestimmte integrierte elektronische Rechnsrschaltungen eingesetzt* Mit einem von einer derartigen Anordnung ausgegebenen digitalen Härtewert können Automaten gespeist werden» die Prüfkörper nach Maßgabe der.für diese Prüfkörper vorgesehenen Härte automatisch sortieren«In the field of electronic data processing methods known per se, the value of the Vickers hardness can be calculated from the lengths of the two diagonals in the image 68 in the form of pulse counts, if the values of ρ and m are given and those in the production of the impression applied 'force is measured. In such arrangements, various suitably programmed electronic computers are used, microprocessors tuned to the particular application, and finally dedicated electronic integrated circuits. A digital hardness value output from such an array can be used to feed machines. Automatically sort hardness for these specimens «

Der Aufbau nach Pig« 7 kann zur Abschätzung von Sindrücken bei jeder gecdgnsten Beleuchtungsart benutzt werden, jedoch wird die in Fig« 5c angegebene Beleuchtung bevorzugt, wobei zv/ei nebeneinanderliegende. Facetten des Bindrucks gleich» zeitig beleuchtet werden*The construction of Pig ™ 7 can be used to estimate sinuses in any of the most appropriate illumination modes, but the illumination shown in Fig. 5c is preferred, with zv / ei juxtaposed. The facets of the impression are »timely illuminated *

Die Fig, Qs.P 8b und 8c zeigen zwei mögliche Arten, nach denen die Facetten des Eindrucks stark beleuchtet.werden können und ein Bild gemäS Fig· 5c zu erhalten ist· Figo 8a zeigt eine Draufsicht auf ein System aus drei genau ' '. gleichen Lichtquellen 9OS 91, 92 einer Abbildungsvorrichtung für ein Härteprüfgeräte Die Lichtquellen sind so angeordnet, daß drei Facetten eines Sindrucks beleuchtet werden» der innerhalb eines kleinen Bereichs 93 in einer Oberfläche eines Eärteprüfkörpers angeordnet ist, wobei der Bereich 93 das Gesichtsfeld des (nicht gezeichneten) Mikroskops in dem Aufbau nach Fig« 7 darstellt.The figure, Qs. Figures 8b and 8c show two possible ways in which the facets of the impression can be greatly illuminated and an image as shown in Figure 5c can be obtained. Figure 8a shows a plan view of a system of three exactly '. same light sources 9O S 91, 92 an imaging device for a hardness tester, the light sources are arranged so that three facets of a Are jerk be illuminated "is disposed within a small region 93 in a surface of a Eärteprüfkörpers, wherein the region 93, the field of view (not drawn ) Microscope in the construction of Fig. 7 represents.

209 25 3 -42- 12.3.1979209 25 3 -42- 12.3.1979

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Die drei Lichtquellen 90, 91, 92 liefern'gleichartige, im wesentlichen parallele Beleuchtungsbündel 94, 95, 96, die nacheinander eingeschaltet werden können, um wie zuvor beschrieben nebeneinanderliegende Facetten zu beleuchten*'The three light sources 90, 91, 92 provide similar, substantially parallel illumination beams 94, 95, 96, which may be sequentially turned on to illuminate adjacent facets as previously described.

Dies wird.in-Fig· 8b erläutert, wo in vergrößerter Ansicht der Eindruck, beleuchtet durch die Lichtbündel 94 und 95, dargestellt ist« Unter der Beleuchtung durch die Lichtbündel 94 und 96 erscheint der Eindruck wie in Pig. 8c dargestellt· Das Schalten der Lichtquellen 90, 91 und 92 phasenrichtig zu dem in Fig. 7 gezeigten System kann mit beliebigen Mitteln erfolgens so daß die Messung beider Diagonalen abwechselnd vorgenommen werden kann. Dafür eignen sich Vorrichtungen zum. wechselnden Einsähalten der elektrischen Lichtquellen 90, 91 $ 92 oder ein System beweglicher Blenden bei ständig eingeschaltet gehaltenen Lichtquellen oder schließlich auch ein geeignetes optisches System mit mindestens einem beweglichen Spiegel, um die Lichtstrahlenbündel, wie in den Figo 8b und 8c angedeutet, auszurichten. Bei der Anwendung beweglicher Blenden oder Spiegel können mechanische oder elektromechanisch^ Betätigungshilfen verwendet werden, um die erforderlichen Phasenbeziehungen zwischen dem Beleuchtungssystem und dem Meßsystem nach 7 aufrechtzuerhalten»This is illustrated in Fig. 8b where, in an enlarged view, the impression illuminated by the light beams 94 and 95 is shown. Under illumination by the light beams 94 and 96, the impression appears as in Pig. 8c · The switching of the light sources 90, 91 and 92 in the correct phase to that shown in Fig. 7 system can be effected by any means s so that measurement of both diagonals can be carried out alternately. For this purpose, devices are suitable for. changing Einsähalten of electric light sources 90, 91, $ 92, or a system of movable diaphragm in permanently switched-held light sources, or, finally, a suitable optical system having at least one movable mirror to align the light beam, as indicated in the Figo 8b and 8c. When using movable diaphragms or mirrors, mechanical or electromechanical actuation aids can be used to maintain the required phase relationships between the illumination system and the measurement system of FIG. 7.

Die bislang beschriebenen verschiedenartigen Systeme betreffen die Abschätzung der Härte gemäß den verschiedenen Standarddefinitionen für die Bestimmung der Vickershärte, die sämtlich auf der obengenannten Beziehung basieren«, Die Standardbeziehung verknüpft die Härte mit der Belastung durch den Eindruckkörper, dividiert durch, das Quadrat der mittleren Diagonalenlänge, wobei das letztgenannte Glied die doppelte Ober-flächenaüsdehnung des Härte©indrucks unterThe various systems described so far relate to the estimation of hardness according to the various standard definitions for the determination of Vickers hardness, all based on the above relationship. The standard relationship combines the hardness with the load of the indentor divided by, the square of the median diagonal length. the latter term being twice the surface area elongation of the hardness under pressure

209 25 3 -43- 12.3.1979209 25 3 -43- 12.3.1979

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der Voraussetzung bedeutet, daß diese Fläche wie vorgesehen quadratisch ist« Wenn man die OberflächengröSe mit A bezeichnet, geht die Härtebeziehung über inthe condition means that this surface is square as intended. " If the surface size is denoted by A, the hardness relationship becomes in

HV = ff sin 68°HV = ff sin 68 °

was ein Ausdruck für den mittleren Druck ist, der auf die Facetten bei Beendigung des Eindrückvorganges durch den Eindruckkörper ausgeübt wird«which is an expression of the mean pressure exerted on the facets at the end of the indentation process

Die Standardbeziehung wird im Interesse der Genauigkeit normalerweise in ihrer Anwendung beschränkt auf Eindrücke, bei denen die Kanten einigermaßen geradlinig verlaufen, aber es besteht die Möglichkeit, die wie oben abgewandelte Beziehung für die Abschätzung bei weniger regelmäßig ausgefallenen Eindrucken anzuwenden, wenn beispielsweise die Ränder wegen der" Bildung eines hochstehenden Grates gebogen ßindj vorausgesetztj es ließe sich eine geeignete Methode für die genaue Bestimmung der Flächengröße der Eindruckfläche finden* Das ist von Bedeutung für die obige Boschreibung der verschiedenen Systeme zum optoelektronischen Messen der Diagonallängen, weil sehr ähnliche Anordnungen für das Messen der Oberflächengröße vorgesehen werden können« Das in Fig·'6a gezeigte System könnte beispielsweise für diese Aufgabe herangezogen werden, wenn eine zusätzliche Beleuchtung vorgesehen wäre, mit der alle vier Facetten des Eindrucks gleichzeitig hell beleuchtet werden könnten, wobei von einer Erweiterung des in den Fig. 5a? 5b und 5c erläuterten Verfahrens Gebrauch gemacht würde«, Das Bild des Sindrucks in Fig. 6a würde dann als Quadrat mit praktisch gleichmäßiger Helligkeit erscheinen, und jede elektronische Abtastung der Anordnung 18 würde höhereThe standard relationship is usually limited in its application to impressions where the edges are reasonably straightforward in the interest of accuracy, but it is possible to apply the above-modified relationship for the less-impressed impression, for example, if the edges are due to "Formation of a raised ridge bent, given that an appropriate method for the accurate determination of the area size of the indentation surface could be found. This is important for the above Bosch friction of the various systems for optoelectronic measurement of the diagonal lengths, because very similar arrangements for measuring the surface area For example, the system shown in Figure 6a could be used for this task if additional lighting were provided to illuminate all four facets of the impression simultaneously brightly could, with an extension of the in Figs. 5a? 5b and 5c would then appear as a square of virtually uniform brightness and any electronic scan of the array 18 would be higher

-44- 12.3.1979-44- 12.3.1979

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Signalpegel von denjenigen Photodioden liefern, die in der Ebene des hellen Bildes liegen*1 Provide signal levels from those photodiodes that lie in the plane of the bright image * 1

Zu diesem Zweck kann eine angepaßte Heßschaltung nach Fig» 4a für die Signalverarbeitung eingesetzt werden, wobei der Abtast- und Haltekreis 12-abgewandelt-und der Umformer 14 weggelassen werden kann. Anstelle des Umformers 14 können Signale (Adreßsignale) aus der (nicht gezeichneten) Schaltung in der Abtastschaltung des Gerätes9 die für den Antrieb der Photodiodenanordnung benutzt wird, verwendet werden» In dieser Schaltung wird ein regelmäßiges, periodisch gepulstes elektronisches Signal erzeugtj, und die Frequenz dieser sogenannten Taktimpulse bestimmt unmittelbar die Geschwindigkeit, mit der aufeinanderfolgende Photodioden in der Anordnung adressiert werden. Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen (und damit den Idreßsignalen) ist somit gleich dem zeitlichen ICntervall zwischen den nebeneinanderliegenden Dioden zugeordneten Ausgangssignalen der Anordnung, und die Abtastzeit der Gesamtanordnung ist demnach bestimmt durch das Produkt . aus diesem Zeitintervall und der Zahl der Dioden in der Anordnung«, Die Gewindespindel 23 nach Fig. 6a kann mittels eines (nicht gezeichneten) Motors mit gleichbleibender Geschwindigkeit oder mit einem vergleichbaren Gerät angetrieben werdens damit der Schlitten 19 und die auf ihm befindliche Anordnung 18 mit gleichbleibender Geschwindigkeit über das Bild des Eindrucks in Richtung des Pfeils 22 hinwegbewegt wird. Die Yorschubgeschwindigkeit kann so groß gewählt werden,' daß von der Anordnung 18 während einer vollständigen elektronischen Abtastung durchlaufen© Strecke gleich der Abmessungsauflösung ist, die für die Messung des Bildes des Eindrucks verlangt wird«For this purpose, a matched Hessschaltung according to Fig »4a are used for the signal processing, wherein the sample and hold circuit 12-modified and the converter 14 can be omitted. Instead of the converter 14, signals (address signals) from the circuit (not shown) may be used in the sampling circuit of the device 9 used to drive the photodiode array. In this circuit, a regular, periodically pulsed electronic signal is generated, and the frequency these so-called clock pulses directly determine the speed with which successive photodiodes in the array are addressed. The time interval between successive clock pulses (and thus the idle signals) is thus equal to the time interval between outputs associated with the adjacent diodes of the array, and the sampling time of the overall array is thus determined by the product. from this time interval and the number of diodes in the arrangement ", the threaded spindle 23 of FIG. 6a can be driven by means of a (not shown) motor at a constant speed or with a similar device s so that the carriage 19 and the assembly located on it 18th at a constant speed over the image of the impression in the direction of the arrow 22 is moved away. The Yorschubgeschwindigkeit can be chosen so large 'that of the assembly 18 during a complete electronic scan through © distance is equal to the dimensional resolution that is required for the measurement of the image of the impression «

-45- 12.3.1979 -45- 12.3.1979

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Unter diesen Bedingungen kann ein stärkeres Signal aus irgendeiner bestimmten Photodiode während einer gegebenen elektronischen Abtastung der Anordnung 18 als Wiedergabe ,eines Teiles des hellen Bildes des Eindrucks auf einer im wesentlichen rechteckigen -Fläche angesehen werden, deren Größe durch das Produkt der Abmessungsauflösung und der Abstandswerte der Photodioden in der Anordnung bestimmt ist« Diese Fläche, multipliziert mit der Gesamtzahl größerer Photodioden3ignale, die während des mechanischen Vorschubs der Anordnung über das vergrößerte Bild des Eindrucks empfangen v/erden, liefert somit einen Meßwert für die Bestimmung der Gesamtfläche des Eindrucks«Under these conditions, a stronger signal from any particular photodiode during a given electronic scan of the array 18 may be viewed as a representation of a portion of the bright image of the impression on a substantially rectangular area, the size of which is determined by the product of the dimension resolution and distance values Photodiodes in the array is determined "This area, multiplied by the total number of larger photodiode signals received during the mechanical feed of the array over the magnified image of the indentation, thus provides a measurement for the determination of the total area of the impression."

Die Meßschaltung nach Fig. 4a kann in der oben beschriebenen Weise benutzt werdens wenn der Abtast» und Haltekreis 12 derart verändert wird, daß jedes Diskriminatorsignal aus dem Komparator 10 während eines Zeitabschnittes festgehalten wird» der dem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen während der Abtastung entspricht (d«h„ der Periode zwischen dem Abtasten eines Elementes der Anordnung und dem nächsten). Eine Aufeinanderfolge von größeren Photodiodensignalen hat eine gleichmäßige Serie von Diskriminatorsignalen aus dem Kömparator 10 zur Folges so daß ein zusammenhängendes elektronisches Signal aus dem Abtast- und Haltekreis 12 entsteht s das zum Erregen der Torschaltung 13 benutzt wird, so daS Taktimpulse oder Adreßsignale anstelle von Signalen aus dem Umformer H in den Zähl« oder Meßkreis 15 geleitet werden· Die Gesaratzahl Ή der während einer vollständigen mechanischen Verschiebung der Anordnung über das Bild des Eindrucks gezählten Impulse entspricht der Gesamtzahl von aufgenommenen größeren Photo» diodensignalen. und sie kann eingesetzt werden in die BesiehungThe measurement circuit of Fig. 4A can be used in the manner described above s when the sample "and hold circuit 12 is changed such that each discriminator is held from the comparator 10 during a time period" corresponds to the time interval between successive clock pulses during the scan ( d "h" the period between the scanning of one element of the device and the next one). A series of larger photodiode signals has a uniform series of Diskriminatorsignalen from the Kömparator 10 for the sequence s so that a coherent electronic signal from the sample and hold circuit 12 s is formed which is used for energizing the gate circuit 13, so the clock pulses or address signals instead of signals "be guided or the measuring circuit 15 · the Gesaratzahl Ή of over the image of the impression counted during a complete mechanical displacement of the arrangement pulses corresponds to the total number of recorded larger Photo" from the converters H in the count diode signals. and it can be used in the occupation

209 253 -46- 12.3.1979209 253 -46- 12.3.1979

* ·..'· 54 569/16* · .. '· 54 569/16

Psin; 68° m2 H? - ——— "Psin; 68 ° m 2 H? - --- "

.worin Na/m « A = Gesamtoberfläche des Eindrucks, m = LinearvergröSerung des Bildes" des Eindrucks und a = in» krementale Fläche, gegeben durch das Produkt aus der AbmessungsaufIb'sung und dem Photodiodenabstand in der Anordnung C.worin Na / m «A = total surface of the impression, m = linear magnification of the image" of the indentation and a = in »incremental surface, given by the product of the dimension projection and the photodiode spacing in the arrangement C

Mit den obenerwähnten· Einrichtungen vergleichbare Mittel können zur Berechnung der Härtezahl H? aus den obigen Werten eingesetzt werden* und HV kann automatisch als Zahlenwert angezeigt warden»Means comparable to the abovementioned devices can be used to calculate the hardness number H? can be used from the above values * and HV can be automatically displayed as a numerical value »

Dieses Verfahren bietet einige Vorteile gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren, und die Möglichkeit, Eindrücke mit gekrümmten Seitenrändern zu untersuchen, ergibt sich ohne weiteres· Es entstehen auch praktische Vorteile,, weil die Messung lediglich eine einzige mechanische Vorschubbewegung erfordert, bei der keine Einrichtung zum-Drehen der Meßvorrichtung um 90° erforderlich, ist und die Ausrichtung der Vorschubrichtung gegenüber dem Eindruck unkritisch ist« Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß die Messung in weniger als der halben Zeit durchgeführt werden kamwThis method offers several advantages over the method described above, and the possibility of examining impressions with curved side edges is readily apparent. There are also practical advantages, since the measurement requires only a single mechanical feed movement, in which no device is available. Turning the measuring device by 90 ° is required, and the orientation of the feed direction against the impression is not critical. "An additional advantage is that the measurement can be carried out in less than half the time

Anstelle von linearen Photodiodenanordnungens wie·sie in dem oben beschriebenen System verwendet werden, können zweidimensionale Anordnungen mit zahlreichen parallellaufenden Photodiodenzeilen eingesetzt werden·'· Mechanische Vorrichtungen für die Ausübung von Vorschubbewegungen sind dann nicht mehr erforderlich, und die Information ergebenInstead of linear photodiode arrays s as · they are used in the system described above, two-dimensional arrangements can be used with numerous parallel-running photodiode row x '· Mechanical devices for the exercise of feed movements are no longer necessary, and give the information

209 25 3 -4?- ' 12.3.1979209 25 3 - 4? - '12.3.1979

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sich durch elektronische Abtastung aller Dioden in der ersten Zeile nacheinander, dann aller Dioden in der zweiten Zeile und so fort, bis alle Photodioden in der Anordnung abgetastet sind. Das serielle Ausgangssignal aus einer derartigen Anordnung kann auf zweierlei V/eise benutzt werden. Wird eine Diagonalenmessung verlangt,, so kann die Ausgangsgröße in die Schaltung nach Pig. 4a eingeleitet werden, und elektronische Adreßsignale, die in einer außerhalb der Anordnung liegenden Schaltung erzeugt v/erden und zur Ansteuerung von Photodiodenreihen nacheinander benutzt werden, lassen sich der Torschaltung 13 anstelle von Signalen aus dem vorher beschriebenen Umformer 14 zuleiten« Die Diagonalenmessung wird dann in dem Meßkreis 15 als Zahl der Zeilen von Photodioden angesammelt, in denen ein größeres Signal er» zeugt wird, weil ein Teil des hellen Bildes des Eindrucks von mindestens einer Photodiode in jeder Zeile nachgewiesen ist«. Die Diagonalenlänge ist das Produkt aus der Anzahl.- derartiger Zeilen und dem Abstand der Mittellinien aufeinanderfolgender Zeilen voneinander© Die zweite Diagonalenmessung kann in ähnlicher- Weise vorgenommen werden, nachdem die Anordnung um 90° um eine senkrecht durch die Mitte der Bildebene verlaufende Achse geschwenkt worden ist, und die Härtezahl kann dann automatisch errechnet und angezeigt werden·by electronically scanning all the diodes in the first row one after the other, then all the diodes in the second row and so on until all the photodiodes in the array are scanned. The serial output from such an arrangement can be used in two ways. If a diagonal measurement is required, the output quantity can be added to the circuit according to Pig. 4a, and electronic address signals generated in an off-line circuit and used to drive photodiode arrays one after the other, can be supplied to the gate 13 instead of signals from the previously described transformer 14. The diagonal measurement is then recorded in FIG accumulated in the measuring circle 15 as the number of lines of photodiodes in which a larger signal is produced, because a part of the bright picture of the impression of at least one photodiode is detected in each line. " The diagonal length is the product of the number of such lines and the distance of the center lines of successive lines from each other. The second diagonal measurement can similarly be made after the assembly has been rotated 90 ° about an axis perpendicular to the center of the image plane is, and the hardness number can then be automatically calculated and displayed ·

Der andere Weg-zur Anwendung dos seriellen Ausgangs von einer vollständigen elektronischen Abtastung einer zweidimensionalen Photodiodenanordnung entspricht genau demjenigen, der für die Messung der Oberflächengröße Δ angegeben ist, mit der Ausnahme, daß die Anordnung in fester Stellung gegenüber dein Bild des Eindrucks gehalten werden kann und mechanische Vorschubmethoden entbehrlich sind» Die inkrementale Fläche, a wird hier als das Produkt aus dem Zeilenabstand und dem Photodiodenabstand in jeder Zeile der Anordnung definiert,The other way to use the serial output from a full electronic scan of a two-dimensional photodiode array is exactly the same as that given for the measurement of surface area Δ, except that the array can be held in a fixed position against the image of the impression and The incremental area, a is defined here as the product of the line spacing and the photodiode spacing in each line of the array,

J: 25 3 -48- 12.3.1979J: 25 3 -48- 12.3.1979

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und diese Maße sind bei den heutigen Photodiodenanordnungen dank der Präzision bei der Herstellung unter Anwendung photomechanischer Methoden praktisch konstant.and these dimensions are practically constant in today's photodiode arrays thanks to the precision of fabrication using photomechanical techniques.

Fig. 9 zeigt schematisch eine zweidimensionale Anordnung 100 und das Bild 101 eines Eindrucks in einer Prüfkörperoberfläche 102 in einer Bildebene 101a, in der sich die Anordnung 100 befindet. 103 soll die Abtastschaltung für die Photodiodenanordnung versinnbildlichen.FIG. 9 schematically shows a two-dimensional arrangement 100 and the image 101 of an impression in a specimen surface 102 in an image plane 101a in which the arrangement 100 is located. 103 is intended to symbolize the sampling circuit for the photodiode array.

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Härteprüfgerät werden subjektive Fehlerquellen während des MeßVorganges vermieden· Durch die Anwendung optoelektronischer Uachweismittel wird die Meßdauer verkürzt und die Meßgenauigkeit wesentlich erhöht. Strukturelle Störungen auf der Oberfläche des Prüflings im Umfeld und am unmittelbaren Rand des Pyramiden-Eindrucks haben keinen Einfluß auf das Meßergebnis.In a hardness tester designed according to the invention, subjective sources of error during the measurement process are avoided. The use of optoelectronic detection means shortens the measurement duration and substantially increases the measurement accuracy. Structural disturbances on the surface of the specimen in the environment and at the immediate edge of the pyramid impression have no influence on the measurement result.

Claims (4)

209 253209 253 Br findungs ans/pruc hBringing to mind 1, Härteprüfgerät zum Abschätzen der Abmessungen eines unter festgelegten Bedingungen in einer Oberfläche eines Prüfkörpers, dessen Härte zu prüfen ist, angebrachten Eindrucks, aus dessen Abmessungen ein Härtev/ert für den Prüfkörper abgeleitet v/erden kann, mit einer Abbildungsvorrichtung,, die in einer Bildebene ein Bild des Oberflächenbereichs entwirft, in dem der Eindruck angebracht ist» gekennzeichnet durch, eine in der Bildebene (6a ι 200a; 20a; 54a; 51a; 56a; 101a) angebrachte lichtempfindliche Nachweiseinrichtung (1,9? 18, 9; 100), die so betreibbar ist, daß elektrische Hachweissignale geliefert werden, die für Helligkeitspsgel innerhalb des Bildes des genannten Oberflächenbereichs charakteristisch sind, und durch eine Diskriminatorschaltung (10, 11? 10, 11, 28, 29, 30), die diese elektrischen Uachv/eissignale empfängt und elektrische Hachweissignale, deren Pegel für die Helligkeit in einem Bildbereich innerhalb des Bildes (6; 20; 56; 101) des Eindrucks charakteristisch ist, von Signalen unterscheidet, deren Pegel für die Helligkeit in einem Bildbereich außerhalb des Bildes (6; 20\ 565 101) des Sindrucks charakteristisch ist,1 1, hardness tester for estimating the dimensions of an impression applied under specified conditions in a surface of a test piece whose hardness is to be tested, from the dimensions of which a hardness value for the test piece can be derived, with an imaging device which is in one Image plane an image of the surface area designs in which the impression is appropriate »characterized by a in the image plane (6a ι 200a; 20a; 54a; 51a; 56a; 101a) attached photosensitive detection device (1,9? 18, 9, 100) which is operable to provide high definition electrical signals representative of brightness hazards within the image of said surface area, and a discriminator circuit (10, 11, 10, 11, 28, 29, 30) incorporating said electrical signals receives and electrical Hachweissignale whose level of brightness in an image area within the image (6; 20; 56; 101) of the impression cha is characteristic, different from signals whose level for the brightness in an image area outside the image (6; 20 \ 565 101) of the impression, 1 2, Härteprüfgerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abbildungsvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung (671; 90; 9I; 92) aufweist, die den Bildbereich mit schräg Ginfallendem Licht zu beleuchten vermag«2, hardness tester according to item 1, characterized in that the imaging device has a lighting device (671; 90; 9I; 92) capable of illuminating the image area with obliquely incident light « 209 25 3 -50- · 12.3.1979209 25 3 -50- · 12.3.1979 54 569/1654 569/16 Härteprüfgerät nach Punkt 2, mit einem Eindruckkörper in Form einer Diamantpyramide mit quadratischer Basis und einem Halbwinkel von 68° sowie einer Einrichtung zum Eindrücken des Eindruckkörpers in die Oberfläche des Prüfkörpers, wodurch der genannte Eindruck mit einer zu der Form des Eindruckkörpers komplementären Pyramidenform entsteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Beleuchtungseinrichtung (671» 90, 91» 92) so angeordnet ist, daß das von ihr ausgehende Beleuchtungslicht von mindestens einer der Facetten (37? 47» 52) des Eindrucks normal zu der Oberfläche des Prüfkörpers reflektiert wird·Hardness tester according to item 2, with an indenter in the form of a diamond pyramid with a square base and a half angle of 68 ° and a device for pressing the indentor in the surface of the specimen, whereby said impression is formed with a complementary to the shape of the indent body pyramid shape, characterized in that the illumination device (671 »90, 91» 92) is arranged so that the illuminating light emanating from it is reflected by at least one of the facets (37-47 »52) of the impression normal to the surface of the specimen · Härteprüfgerät nach Punkt 1, 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß die lichtempfindliche Nachweiseinrichtung ein einzelnes lichtempfindliches Element (1; 201) aufweist, und daß ferner eine Abtasteinrichtung (2, 3* 4? 55 202, 203, 204s 205). vorgesehen ist, die eine Abtastrelativbewegung zwischen dem einzelnen lichtempfindlichen Element (1 j 201) und dem Bild (6} 200) des Oberflächenbereichs, in dem der Eindruck angebracht ist, ausführt, wenn das Gerät für die Abschätzung von Abmessungen des Eindrucks benutzt wird·Hardness tester according to item 1, 2 or 3, characterized in that the photosensitive detection device comprises a single photosensitive element (1, 201), and in that a scanning device (2, 3 * 4? 55 202, 203, 204s 205). is provided which performs a scanning relative movement between the single photosensitive member (1 j 201) and the image (6} 200) of the surface area in which the imprint is applied when the apparatus is used for the estimation of dimensions of the indentation. Härteprüfgerät nach Punkt 1*2 oder 3? gekennzeichnet dadurch, daß die lichtempfindliche ITachweiseinrichtung eine eindimensionale Anordnung (18) von lichtempfindlichen Elementen aufweist*1 und daß das Gerät ferner eine Abtasteinrichtung (18a, 19, 21, 23, 24, 25; 21, 23* 70 bis 84) besitzt, die bei der Benutzung des Geräts zur Abschätzung von Abmessungen des Eindrucks eine senkrecht zu der geradlinigen Anordnung (18) verlaufende Abtastrelativbewegung zwischen der Anordnung (18) und dem Bild (20) des Oberflächenbereichs, in dem der Sinruck angebracht ists her- Hardness tester according to item 1 * 2 or 3? characterized in that the photosensitive ITacheinrichtung comprises a one-dimensional array (18) of photosensitive elements * 1 and that the apparatus further comprises a scanning device (18a, 19, 21, 23, 24, 25; 21, 23 * 70 to 84), the when using the device for assessing the dimensions of the impression a perpendicular to the straight-line arrangement (18) extending between the Abtastrelativbewegung assembly (18) and the image (20) of the surface area in which the Sinruck is attached manufacturer s β 209 25 3 -51- 12.3.1979 β 209 25 3 -51- 12.3.1979 54 569/1654 569/16 beiführt.beiführt. 6. Härtepriifgerät nach Punkt 1, 2 oder 3# gekennzeichnet da-• . durch, daß die lichtempfindliche Nachweiseinrichtung eine zweidimensional Anordnung*(100) von lichtempfindlichen Elementen aufweist*6. Hardness tester according to item 1, 2 or 3 # marked •. in that the photosensitive detection device has a two-dimensional arrangement * (100) of photosensitive elements * 7· Härteprüfgerät nach Punkt 4? gekennzeichnet dadurch, daß die Abtasteinrichtung eine Zunge (2) mit dem lichtempfindlichen Element (1) an ihrem einen Ende, ferner eine Zungenhalterung (3« 4)* an der das andere Ende der Zunge (2) befestigt ist und die geradlinig in der Weise bewegbar ist, daß das lichtempfindliche Element (1) über das Bild (6) des Oberflächenbereichs, in dem der Sindruck angebracht ist, geführt wird, sowie eine Vorrichtung aufweist, die das genannte eine Ende der Zunge (2) quer zu der genannten Bewegungsrichtung hin und her schwingen läßt»7 · hardness tester according to point 4? characterized in that the scanning device is a tongue (2) with the photosensitive member (1) at its one end, further a tongue holder (3 "4) * to which the other end of the tongue (2) is fixed and the rectilinear in the manner is movable, that the photosensitive member (1) over the image (6) of the surface region in which the sensation is attached, and a device having said one end of the tongue (2) transversely to the said direction of movement and let it swing " 8* Härteprüfgerät nach Punkt 4? gekennzeichnet dadurchs daß die Abtasteinrichtung eine bewegbare Halterung (202 bis 205) aufweistf an der das einzelne lichtempfindliche Element (201) befestigt und geradlinig in der Weise be~ wegbar ist? daß es über das Bild des Oberflächenbereichs, in dem der Eindruck angebracht ist,* geführt wird, sowie eine opto-mechaniyche Vorrichtung (19S5 195)s die das genannte Bild (200) über das lichtempfindliche Element (201) quer zu der genannten Bewegungsrichtung hin und her schwingen läßt/8 * hardness tester according to point 4? characterized s that said scanning a movable support (202 to 205) f at which the individual light-sensitive element (201) fixed and rectilinear be in the way ~ is wegbar? that it is passed over the image of the surface area in which the impression is made, * and an opto-mechanical device (19S 5 195) s the said image (200) across the photosensitive element (201) transversely to said direction of movement swinging back and forth / 9e Härteprüfgerät nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß9e hardness tester according to item 8, characterized in that die opto-iiiechanische Einrichtung einen Spiegel (196) auf-. weist* der sum Schwingen gebracht werden kann und auf die»the opto-iiiechanische device a mirror (196) on. indicates * the sum can be brought swinging and on the » -52- 12.3.1979-52- 12.3.1979 54 569/1654 569/16 se Weise das genannte Bild (200) hin und her bewegt,the way that said image (200) moves back and forth, 10v Härteprüfgerät nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Abtasteinrichtung eine senkrecht zu der linearen Erstreckung der Anordnung (18) bewegbare Halterung (19» 63) für die Anordnung (18) sowie eine Abtastschaltung (118a) aufweist, die die Nachweissignale von den jeweiligen lichtempfindlichen Elementen der Anordnung (18) ableitet, wobei die Elemente zur Erzeugung der Ifachweissignsle in zyklisch wiederholter Reihenfolge nacheinander abgetastet werden·10v hardness tester according to item 5 », characterized in that the scanning device has a support (19» 63) for the arrangement (18) movable perpendicular to the linear extent of the arrangement (18) and a scanning circuit (118a) which extracts the detection signals from the respective ones derived photosensitive elements of the arrangement (18), wherein the elements for generating the Ifachweissignsle be scanned in cyclic repeated order successively 11. Härteprüfgerät nach Punkt 6, gekennzeichnet durch eine Abtastschaltung (103)» die die liachweissignale von den jeweiligen lichtempfindlichen Elementen der Anordnung (100) ableitet, wobei die Elemente jeder Zeile der Anordnung der Reihe nach nacheinander und die Zeilen der Anordnung (100) der Reihe nach nacheinander in zyklisch wiederholter Folge abgetastet werden.11. Hardness tester according to item 6, characterized by a scanning circuit (103) »deriving the liachweissignale of the respective photosensitive elements of the arrangement (100), wherein the elements of each line of the array in turn successively and the rows of the arrangement (100) of Sequentially sequentially scanned in cyclically repeated sequence. 12. Härteprüfgerät nach Punkt 7» 8, 9f 10 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Diskriminatorschaltung einen Komparator (10) aufweist, der die liachweissignale empfängt und die empfangenen lachweissignale mit einem dem Komparator zugeführten Schwellwertsignal vergleicht und entsprechend den Ergebnissen des Vergleichs Vergleichssignale abgibt? die entweder eine erste Pegelhöhe habeiv die kennzeichnend ist für ein Ilachweissignal, das die Helligkeit in einem Bildbereich innerhalb des Bildes (6, 20, 56, 101) des Eindrucks charakterisiert, oder eine zweite Pegelhöhe-s, die kennzeichnend ist für das Nachweissignal, das die Helligkeit in einem Bild» bereich außerhalb des Bildes (6, 20, 56? 101) des Ein-12. hardness tester according to item 7 »8, 9 f 10 or 11, characterized in that the discriminator circuit comprises a comparator (10) which receives the liachweissignale and compares the received Lachweissignale with a comparator supplied threshold signal and according to the results of comparison comparison signals gives? which is either a first level level indicative of an illicit signal characterizing the brightness in an image area within the image (6, 20, 56, 101) of the indentation, or a second level height s indicative of the detection signal the brightness in an image area outside the image (6, 20, 56? 101) of the image 209 25 3 -53- 12.3.1979209 25 3 -53- 12.3.1979 54.569/1654,569 / 16 drucks charakterisiert, und da3 die Diskriminatorschaltung außerdem einen Abtast- und Haltekreis (12) aufweist, der die Vergleichssignale empfängt, und auf die Vergleichssignale mit der genannten ersten Pegelhöhe in der Weise reagiert, daß ein Abtastausgangssignal bestimmter Höhe abgegeben wird, das nach dem .Verschwinden deg Vergleichssignals mit erster Pegelhöhe während eines Zeitabschnitts aufrechterhalten wird, der je nachdem gleich einer halben Periode der Relativschwingung zwischen dem Bild und dem lichtempfindlichen Element (1, 201) gemäß Anspruch 7» 8 oder 9 oder gleich einer ganzen Abtastperiode der Anordnung (18) gemäß Punkt 10 oder gleich der Zeitspanne ist, die erforderlich ist, eine Zeile der Anordnung (100) gemäß Punkt 11 abzutasten«and that the discriminator circuit further comprises a sample and hold circuit (12) receiving the comparison signals and responsive to the comparison signals having said first level level for outputting a sample output signal of a predetermined level after fading level signal equal to a half period of the relative vibration between the image and the photosensitive member (1, 201) according to claim 7 »8 or 9 or equal to a whole scanning period of the assembly (18) according to Is point 10 or equal to the time required to scan one line of the array (100) according to point 11 13* Härteprüfgerät nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß eine Torschaltung (13) vorgesehen ist, die mit dem Abtast- und Haltekreis (12) verbunden ist und das Abtastausgangssignal empfängt sowie Meßsignale auf» nimmt, die in dem Gerät erzeugt werden und je nachdem kennzeichnend sind für Bewegungen der bewegbaren Halterung (3* 4; 202 bis 205) gemäß Punkt 7, 8 oder 9 oder für Bewegungen der bewegbaren Anordnungshalterung (19 s 63) geir.äS Punkt 10 oder für die jeweiligen aufeinanderfolgenden Abtastungen der Anordnung (18) gemäß Punkt 10 oder für die Abtastung von jeweils aufeinanderfolgenden Zeilen der Anordnung (100) gemäß Punkt 11, und die weiterhin jene Meßsignale in einen Meßkreis (15) des Gerätes nur dann weiterleitet, wenn das genannte Abtastausgangssignal den gewählten WertA hardness tester according to item 12, characterized by the provision of a gating circuit (13) connected to the sample and hold circuit (12) for receiving the sampling output signal and detecting measurement signals generated in the device and as appropriate characteristic of movements of the movable support (3 * 4, 202 to 205) according to item 7, 8 or 9 or for movements of the movable assembly support (19 s 63), see item 10 or for the respective successive scans of the assembly (18) according to item 10 or for the scanning of respectively successive rows of the arrangement (100) according to item 11, and which further forwards those measuring signals into a measuring circuit (15) of the apparatus only if said scanning output signal is the selected value 209 253 -54- 12.3.1979209 253 -54- 12.3.1979 54 569/1654 569/16 14· Härteprüfgerät nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch,' daß äie Diskriminatorschaltung eine weitere Torschaltung (28) aufweist, die die nachweissignale und die Vergleichssignale empfängt, die die Hachweissignale weiterleitet, wenn die Vergleichssignale die zweite Pegelhöhe haben, ferner einen Mittelwertbildungskreis (29), der die von der weiteren Torschaltung (28) weitergeleiteten Nachweissignale empfängt, sowie eine Summierschaltung (30), die ein in der Diskriminatorschaltung erzeugtes Bezugspegelsignal sowie ein gemitteltes Signal aus dem Mittelwertbildungskreis empfängt und dem Komparator (10) die Summe des Bezugspegelsignals und des gemittelten Signals als Schwellwertsignal weiterleiteteThe hardness tester according to item 12, characterized in that the discriminator circuit has a further gate circuit (28) which receives the detection signals and the comparison signals, which forwards the detection signals if the comparison signals have the second level level, and an averaging circuit (29). which receives the detection signals relayed by the further gate circuit (28), and a summing circuit (30) which receives a reference level signal generated in the discriminator circuit and an averaged signal from the averaging circuit and the comparator (10) the sum of the reference level signal and the averaged signal as Threshold signal forwarded 15* Härteprüfgerät nach Punkt 10 oder 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Diskriminatorschaltung einen Komparator (10) aufweist, der die Nachweissignale empfängt und die empfangenen Nachweissignale mit einem dem Komparator. (10) zugeführten Schwellwertsignal vergleicht und entsprechend den Ergebnissen des Vergleichs Vergleichssignale abgibt, die entweder eine erste Pegelhöhe haben, die kennzeichnend ist für ein Nachweissignal, das die Helligkeit in einem Bildbereich innerhalb des Bildes (6, 20, 56,. 101) des Eindrucks charakterisiert, oder eine zweite Pegelhöhe, die kennzeichnend ist für das Nachweissignal, das die Helligkeit in einem Bildbereich außerhalb des Bildes (6, 20, 56, 101) des Eindrucks charakterisiert, ferner einen Abtast- und Haltekreis (12), der die Vergleichssignale empfängt und auf die Vergleichssignale mit der ersten Pegelhöhe in der Weisereagiert, daß ein Abtastausgangssignal, bestimmter Höhe abgegeben wird, das während eines Zeitabschnitts auf»-15 * hardness tester according to item 10 or 11, characterized in that the discriminator circuit comprises a comparator (10) which receives the detection signals and the received detection signals with a the comparator. Compares (10) supplied threshold signal and outputs according to the results of the comparison comparison signals having either a first level level indicative of a detection signal representing the brightness in an image area within the image (6, 20, 56, 101) of the indentation or a second level level indicative of the detection signal characterizing the brightness in an image area outside the image (6, 20, 56, 101) of the indentation, further comprising a sample and hold circuit (12) receiving the comparison signals and responsive to the first level height comparison signals for outputting a sample output signal of predetermined magnitude that is set to "-" during a period of time. 9 25 3 -55- 12.3.197?9 25 3 - 55 - 12.3.197? 54 569/1654 569/16 rechterhalten wird, der gleich der Laufzeit zwischen dem Abtasten eines einzelnen Elementes der Anordnung (18, 100) und des nächsten ist, und schließlich eine Torschaltung (13), die mit dem Abtast- und Haltekreia verbunden ist und das Abtastausgangssignal aufnimmt und ferner Adreßsignale aufnimmt, die in der Abtastschaltung (118a, 103) erzeugt werden, damit die jeweiligen Elemente der Anordnung (18, 100) abgetastet werden, wobei ein einzelnes Element der Anordnung (18, 100) ein Hachweissignal immer dann liefert, wenn der Anordnung ein Adreßsignal zugeführt wird, und die schließlich jene Adreßsignale einem Zähler (15) des Gerätes nur dann zuleitet, wenn das Abtastausganggsignal den gewählten Wert besitzt*which is equal to the transit time between the scanning of a single element of the device (18, 100) and the next, and finally a gate circuit (13) connected to the sample and hold circuit which picks up the sampling output and further receives address signals generated in the sampling circuit (118a, 103) to scan the respective elements of the array (18, 100), a single element of the array (18, 100) providing a check signal whenever the array is supplied with an address signal which will eventually supply those address signals to a counter (15) of the device only if the sample output signal has the selected value * !ierzu ZiSeilen Zeichnungen! 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