DD252244A1 - MICRO-HARD PROTECTION DEVICE, PREFERABLY FOR LIGHT MICROSCOPES - Google Patents
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Abstract
Mikrohaertepruefeinrichtung, vorzugsweise fuer Lichtmikroskope, zum Erzeugen und Auswerten von Mikrohaerteeindruecken an Proben in Verbindung mit einem aufrechten oder umgekehrten Lichtmikroskop, wobei das Aufbringen der Pruefkraft und die Auswertung der Mikrohaerteeindruecke automatisch und rechnergesteuert erfolgt. Erfindungsgemaess ist eine Eindringvorrichtung und ein Steuergeraet vorgesehen. Die Elemente beider bilden ein Kraftmess- und ein Wegmesssystem, deren Signale in einem Rechner ausgewertet werden. Vor Beginn des Haertepruefvorganges wird eine Eichung des Gesamtsystemes vorgenommen, mit dem die Geraetedeformation ermittelt und zur Beruecksichtigung waehrend des Haertepruefvorganges gespeichert wird. Fig. 1Mikrohaertepruefeinrichtung, preferably for light microscopes, for generating and evaluating Mikrohaerteeindruecken on samples in conjunction with an upright or inverted light microscope, wherein the application of the test force and the evaluation of the Mikrohaerteeindruecke done automatically and computer controlled. According to the invention, a penetration device and a control device are provided. The elements of both form a force measuring and a displacement measuring system whose signals are evaluated in a computer. Before the start of the hardness test process, a calibration of the entire system is carried out, with which the device deformation is determined and stored for consideration during the hardness test process. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope, zum Erzeugen und Auswerten von Mikrohärteeindrücken an Proben in Verbindung mit einem aufrechten oder umgekehrten Lichtmikrosk'op, wobei das Aufbringen der Prüfkräfte und die Auswertung der Mikrohärteeindrücke.automatisch und rechnergesteuert erfolgt.The invention relates to a microhardness test device, preferably for light microscopes, for generating and evaluating microhardness impressions on samples in conjunction with an upright or inverted Lichtmikrosk'op, wherein the application of the test forces and the evaluation of Mikrohärteeindrücke.automatically and computer controlled takes place.
Für die Durchführung der Härteprüfung an mit Lichtmikroskopen untersuchten Proben sind zum Beispiel Mikrohärteprüfer bekannt, bei denen in der Frontlinse eines Objektives des Lichtmikroskopes der Eindringkörper angeordnet ist (DR-P 688026). Die Prüfkräfte werden mittels des Mikroskopeintriebes aufgebracht und der Kraftwert an einer ins Zwischenbild eingespiegeltenMicrohardness testers are known, for example, for carrying out the hardness test on samples examined with light microscopes, in which the indenter is arranged in the front lens of an objective of the light microscope (DR-P 688026). The test forces are applied by means of the microscope drive and the force value is mirrored to an intermediate image
Skale abgelesen (Druckschrift 30-6676e-1 des Kombinates VEB Carl Zeiss JENA, DDR). Nachteilig ist bei dieser Anordnung die eingeschränkte Bildgüte des Objektives und die ungenaue Aufbringung der Prüfkraft. Weiterhin ermöglicht eine derartige Anordnung nur die manuelle Anwendung eines speziellen Härteprüfverfahrens an inversen Mikroskopen. Mit einer Lösung nach DE-PS 958513, bei derein Objektiv neben einer Aufnahme des Eindringkörpers auf einer Horizpntalführung angeordnet ist und wechselseitig in die optische Achse des Mikroskopes positioniert werden können, wird der Nachteil der eingeschränkten Bildgüte beseitigt. Die Betätigung der einzelnen Elemente erfolgt jedoch noch manuell. Um den Härteprüfvorgang zu automatisieren, wurden bekannte Anordnungen mit hydraulisch oder auch pneumatisch arbeitenden Bedieneinheiten versehen (z.B. DE-PS 1 000614). Diesen Lösungen ist jedoch der Nachteil gemeinsam, daß der Aufwand technisch-ökonomisch sehr hoch ist.Scales read (publication 30-6676e-1 of the combine VEB Carl Zeiss JENA, GDR). The disadvantage of this arrangement, the limited image quality of the lens and the inaccurate application of the test load. Furthermore, such an arrangement allows only the manual application of a special hardness test method on inverted microscopes. With a solution according to DE-PS 958513, in which a lens is arranged next to a recording of the indenter on a Horizpntalführung and can be mutually positioned in the optical axis of the microscope, the disadvantage of limited image quality is eliminated. The actuation of the individual elements is still done manually. In order to automate the hardness testing process, known arrangements have been provided with hydraulically or pneumatically operated operating units (e.g., DE-PS 1 000614). However, these solutions have the common drawback that the cost is technically and economically very high.
Eine automatisch arbeitende Mikrohärteprüfeinrichtung als Zusatzgerät für ein Lichtmikroskop ist nach der DE-OS 3506437 bekannt. Bei dieser Lösung ist der Eindringkörper von einer Federanordnung belastbar und es wird die Durchbiegung von Dehnmeßstreifen, die auf der Federanordnung befestigt sind, als Meßsignale für die auf den Eindringkörper aufgebrachte Kraft verwendet. Die Prüfeinrichtung ist so vorgesehen, daß sie ein der Form und den Abmessungen eines Objektiveinsatzes angenähertes Gehäuse aufweist und der Eindringkörper in der optischen Achse einjustierbar ist.An automatically operating microhardness test device as an accessory for a light microscope is known from DE-OS 3506437. In this solution, the indenter of a spring assembly is resilient and it is the deflection of strain gauges, which are mounted on the spring assembly, used as measuring signals for the force applied to the indenter. The test device is provided so that it has a shape approximated to the shape and dimensions of a lens insert housing and the indenter is einjustierbar in the optical axis.
Die Prüf kraft wird von einem Tauchspulen-Permanentmagnet-System erzeugt. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die Prüf kraft wird definiert aufgebracht. Der erzeugte Eindruck wird optisch vermessen, die Meßdaten in eine Auswerteeinheit eingegeben, in der die Berechnung der Härte erfolgt.The test force is generated by a moving coil permanent magnet system. It is provided a control unit, the test force is applied defined. The impression produced is measured optically, the measurement data is entered into an evaluation unit in which the calculation of the hardness takes place.
Bei allen genannten Anordnungen wird zur Bestimmung der Härte der Probe die Diagonalen des Eindruckes gemessen und die ermittelten Werte für die Berechnung (manuell oder maschinell) zugrunde gelegt.In all of these arrangements, the diagonal of the impression is measured to determine the hardness of the sample and the calculated values for the calculation (manual or mechanical) are used.
Nachteile dieses Verfahrens sind eine Vielzahl von Meßfehlern, die in die Berechnung eingehen. Hervorgerufen werden diese durchDisadvantages of this method are a variety of measurement errors that go into the calculation. These are caused by
— keine scharfe Eindruckbegrenzung auf Grund einer Eindruckrandwulst;- no sharp impression limit due to an impression edge bead;
— Strichstärke und Form der Strichfiguren im Meßokular und daraus resultierend toleranzbehaftetes Anfahren an die Kanten des Eindruckes, .Line width and shape of the stick figures in the Meßokular and as a result tolerant approach to the edges of the impression,.
— Getriebeumkehrspannen im Meßokular, . . "- Transmission reverse spans in the measuring eyepiece,. , "
— Abbildungsfehler der Auswerteoptik,- aberrations of the evaluation optics,
— Beleuchtungsprobleme mit unmittelbarem Einfluß auf das Meßergebnis u.a.m.Illumination problems with direct influence on the measurement result u.a.m.
Ein weiterer Nachteil ist, daß Werkstoffe mit elastischer Rückdeformation, wie z. B. Kunststoffe, Gummi oder auch Lackschichten mit diesem Verfahren auf ihre Härte nicht untersucht werden können.Another disadvantage is that materials with elastic back deformation, such. As plastics, rubber or lacquer layers can not be examined by this method on their hardness.
Anordnungen die nach dem Verfahrensprinzip der Eindringtiefenmessung arbeiten, sind die vorgenannten Nachteile nicht eigen, haben jedoch den Nachteil, daß sie während des Prüfvorganges zu Stativdeformationen neigen, die zu Fehlern im Meßergebnis führen. Anordnungen, die nach diesem Verfahrensprinzip arbeiten, sind sehr steif ausgebildete Materialprüfmaschinen (DD-WP 249484). Eine Anwendung an Lichtmikroskopen bekannter Bauform ist derzeit nicht gegeben.Arrangements that operate according to the principle of the penetration depth measurement, the aforementioned disadvantages are not inherent, but have the disadvantage that they tend to tripod deformations during the testing process, which lead to errors in the measurement result. Arrangements that operate on this principle are very stiff material testing machines (DD-WP 249484). An application to light microscopes of known design is currently not given.
Ziel der Erfindung ist es, eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope zu schaffen, die als Zubehöreinheit ausgebildet ist, automatisch arbeitet und höchste Genauigkeiten gewährleistet und mit geringem technisch-ökonomischen Aufwand fertigbar ist.,The aim of the invention is to provide a Mikrohärteprüfeinrichtung, preferably for light microscopes, which is designed as Zubehöreinheit, works automatically and ensures highest accuracy and can be manufactured with little technical and economic effort.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope zu schaffen, die nach dem Verfahrensprinzip der Eindringtiefenmessung arbeitet, bei der die Meßwerte automatisch erfaßt und ausgewertet werden und bei der Gerätefehler, wie Stativdeformationin der Meßwertauswertung berücksichtigt werden, sowie mit geringem technischökonomischen Aufwand fertigbar ist.The object of the invention is to provide a Mikrohärteprüfeinrichtung, preferably for light microscopes, which operates according to the principle of Eindringtiefenmessung, in which the measured values are automatically detected and evaluated and in the device errors, such as tripod deformation in the measured value evaluation are considered, and manufacturable with low technical and economic effort is.
Die Aufgabe löst eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope, bestehend aus einer Eindringvorrichtung, enthaltend eine Eindringkörperaufnahme mit einer Wechselstelle, zur wahlweisen Aufnahme von Eindringkörpern verschiedener Formen, wobei die Eindringkörperaufnahme mittels Federanordnungen so gehalten ist, daß der aufgenommene Eindringkörper in der Achse des Eindringkörpers zu liegen kommt, und Bauelemente zur Erzeugung einer Meßkraft mit axialer Wirkungsrichtung auf den Eindringkörper vorgesehen und alle Elemente der Eindringvorrichtung in einem in den Objektivrevolver eines Lichtmikroskopes einsetz- bzw. einschraubbaren bzw. der Form und den Abmessungen eines Objektives angenäherten Gehäuse aufgenommen sind und aus einem Steuergerät, in dem eine Eingabeeinheit, eine Ausgabeeinheit, ein Speicher, eine Recheneinheit, eine Regeleinrichtung, ein Hochspannungsteil und eine Spannungsstabilisierungseinheit vorgesehen sind, erfindungsgemäß dadurch, daß in einem Gehäuse einer Eindringvorrichtung symmetrisch zur Achse mindestens ein, vorzugsweise zwei, piezoelektrische Biegestäbe mittels Kontaktringen mit dem Gehäuse und jeweils das zweite Ende über einen Doppelwinkel mit einem Kraftmeßgehäuse in Wirkverbindung stehen, daß das Kraftmeßgehäuse jeweils im Zentrum von zwei übereinander im Gehäuse angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern befestigt und damit in axialer Richtung geführt ist und daß eine Eindringkörperaufnahme jeweils im Zentrum von zwei weiteren übereinander in dem Kraftmeßgehäuse angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern befestigt und damit ebenfalls in axialer Richtung geführt ist, daß als Kraftmeßsystem im Kraftmeßgehäuse einander gegenüberliegend eine Lumineszenzdiode und eine Doppeldiode, in der Eindringkörperaufnahme eine Meßblende und in einem Steuergerät eine Kraftmeßschaltung, mittels einer Leitung mit der Doppeldiode verbunden, vorgesehen sind, daß als Wegmeßsystem im Gehäuse einander gegenüberliegend eine zweite Lumineszenzdiode und eine zweite Doppeldiode, in der Eindringkörperaufnahme eine zweite Meßblende und in einem Steuergerät eine Wegmeßschaltung, mittels einer Leitung mit der zweiten Doppeldiode verbunden, vorgesehen sind und daß die Kraftmeßschaltung und die Wegmeßschaltung mit einem Rechner verbunden sind.The object is achieved by a Mikrohärteprüfeinrichtung, preferably for light microscopes, consisting of an indenter, containing a Eindringkörperaufnahme with a change point, for selectively receiving indenters of different forms, the Eindringkörperaufnahme is held by spring arrangements so that the recorded indenter to lie in the axis of the indenter is received, and components for generating a measuring force with axial direction of action provided on the indenter and all elements of the penetrating device are accommodated in an insertable or screwed into the nosepiece of a light microscope or the shape and dimensions of an objective housing and from a control unit, in which an input unit, an output unit, a memory, a computing unit, a control device, a high voltage part and a voltage stabilizing unit are provided, according to the invention in that in a housing of a penetration device symmetrically to the axis at least one, preferably two, piezoelectric bending rods by means of contact rings with the housing and the second end are in operative connection via a double angle with a Kraftmeßgehäuse that the Kraftmeßgehäuse arranged in the center of two superposed in the housing, broken and held on its circumference held diaphragm springs and thus is guided in the axial direction and that a Eindringkörperaufnahme respectively in the center of two further superposed in the Kraftmeßgehäuse, openworked and held at its periphery diaphragm springs and thus also guided in the axial direction that as Kraftmeßsystem in Kraftmeßgehäuse each other opposite a light emitting diode and a double diode in the Eindringkörperaufnahme an orifice plate and in a control unit a force measuring circuit, by means of a line with the double diode verbund en, are provided that the measuring system in the housing opposite each other, a second light emitting diode and a second double diode in the Eindringkörperaufnahme a second orifice and in a control device a Wegmeßschaltung, connected by a line to the second double diode, are provided and that the Kraftmeßschaltung and the Position measuring circuit are connected to a computer.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen bestehen darin, daß als Meßstrahl aussendende Lumineszenzdiode eine Lumineszenzdiode in der Eindringkörperaufnahme angeordnet ist und mittels einem Teilerprisma den Doppeldioden jeweils ein Teilmeßstrahl zugeführt wird, daß die beiden Meßblenden auf die entsprechenden Oberflächen des Teilerprisma aufgebracht sind, daß an Stelle des Eindringkörpers ein Eichkörper mit relativ stark abgeflachter Spitze verwendet werden kann und daß der piezoelektrische Biegestab mindestens aus einem Einzelstab besteht. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zu Beginn des Prüfvorganges über eine Eingabeeinheit mindestens nachstehende Daten in das Steuergerät eingegeben werden:Advantageous embodiments are that a light emitting diode emitting diode is arranged in the Eindringkörperaufnahme and by means of a splitting prism the Doppeldioden a Teilmeßstrahl is supplied, that the two Meßblenden are applied to the corresponding surfaces of the splitter prism that instead of the indenter with a calibration body relatively flattened tip can be used and that the piezoelectric bending bar consists of at least one single rod. The essence of the invention is that at the beginning of the test procedure via an input unit at least the following data are entered into the control unit:
— Eichvorgang,- calibration process,
— Betrag der Prüfkraft, " .- Amount of the test load, ".
— Form des Eindringkörpers,- shape of the indenter,
— Zustellgeschwindigkeit,- delivery speed,
— Haltezeit,- holding time,
— Ausgabeform der Härtewerte, als Wert von Einzelmessungen oder Mittelwert von Meßreihen,- output form of the hardness values, as the value of individual measurements or mean of series of measurements,
— Bauform des Lichtmikroskops, aufrechtes — umgekehrtes,- Type of light microscope, upright - inverted,
— eventuell spezielle anwenderorientierte Daten.- possibly special user-oriented data.
Vom Rechner werden über die Regeleinrichtung und das Hochspannungsteil die piezoelektrischen Biegestäbe angesteuert. Bei Anliegen einer Spannung an den piezoelektrischen Biegestäben wird über einen Doppelwinkel eine resultierende, in der Achse liegende Kraft auf das Kraftmeßgehäuse ausgeübt. Dieses und der in derEindringkörperaufnahme befindliche Eichkörper werden nach unten, in Richtung der auf einem Objekttisch aufgelegten Probe bewegt. Nach Auftreffen des Eichkörpers auf die Probe bewegt sich der Eichkörper, die Eindringkörperaufnahme, sowie die Meßblenden auf das Kraftmeßgehäuse bezogen relativ in die Gegenrichtung.From the computer, the piezoelectric bending rods are controlled via the control device and the high voltage part. When a voltage is applied to the piezoelectric bending bars, a resultant in-axis force is applied to the load cell via a double angle. This and the calibration body located in the penetrator receptacle are moved downwards, in the direction of the sample placed on a stage. After impact of the calibration body on the sample moves the calibration body, the Eindringkörperaufnahme, and the orifices relative to the Kraftmeßgehäuse relative moves in the opposite direction.
Bei Auftreffen des Eichkörpers auf die Probe liefert das aus den Elementen Lumineszenzdiode, Doppeldiode, Meßblende und der Kraftmeßschaltung bestehende Kraftmeßsystem der Wegmeßschaitung ein Signal, welches den Nullpunkt festlegt und das Wegmeßsystem, bestehend aus den Elementen einer zweiten Lumineszenzdiode, einer zweiten Doppeldiode, einer zweiten Meßblende und der Wegmeßschaltung, zum Messen freigibt. Die durch das Wegmeßsystem gemessenen Werte werden in den Speicher gespeichert, sie bilden die dem verwendeten Mikroskopstativ zugeordnete Deförmationsfunktion in Abhängigkeit des Betrages der Prüfkraft.Upon impact of the calibration body on the sample, consisting of the elements Lumineszenzdiode, double diode, orifice plate and Kraftmeßschaltung Kraftmeßsystem the Wegmeßschaitung provides a signal which defines the zero point and the position measuring system consisting of the elements of a second light emitting diode, a second double diode, a second orifice and the distance measuring circuit, free for measuring. The measured by the measuring system values are stored in the memory, they form the microscope stand used Deförmationsfunktion function of the amount of Prüfkraft.
Die Signale der Kraftmeßschaltung werden der Regeleinrichtung und der Wegmeßschaltung, die Signale der Wegmeßschaltung dem Rechner zugeführt.The signals of the force measuring circuit of the control device and the Wegmeßschaltung, the signals of the Wegmeßschaltung supplied to the computer.
Zur gleichmäßigen Beleuchtung der Doppeldioden ist eine Spannungsstabilisierungseinheit zwischen den Lumineszenzdioden und der Kraftmeßschaltung und der Wegmeßschaltung vorgesehen. Nach dem Eichvorgang wird der Eichkörper gegen einen Eindringkörper, gewünschter Form, ausgewechselt. Der funktionell Ablauf des Härteprüfvorganges ist analog dem Eichvorgang unter Berücksichtigung der zu Beginn eingegebenen Daten, einschließlich Prüfprogramm.For uniform illumination of the double diodes, a voltage stabilizing unit is provided between the light emitting diodes and the force measuring circuit and the distance measuring circuit. After the calibration process, the calibration body is replaced by an indenter of the desired shape. The functional sequence of the hardness test procedure is analogous to the calibration procedure, taking into account the data entered at the beginning, including the test program.
Nach Abschluß des Härteprüfvorganges liefert die Ausgabeeinheit folgende Ergebnisse — Prüfkraft; Eindringtiefe; Eindringdiagonale, aus der Eindringtiefe berechnet; Mikrohärtewert mit Angabe der Eindruckform; spezielle anwenderorientierte Angabe — entsprechend dem eingegebenen Prüfprogramm.After completion of the hardness test, the output unit delivers the following results - test load; penetration depth; Penetration diagonal, calculated from the penetration depth; Microhardness value indicating the shape of the impression; special user-oriented information - according to the entered test program.
Es ist auch möglich den Härteprüfvorgang ohne vorherigen Eichvorgang vorzunehmen.It is also possible to perform the hardness test without prior calibration.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen in schematischer DarstellungThe invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. It show in a schematic representation
Fig. 1 eine Mikrohärteprüfeinrichtung, bestehend aus einer Eindringvorrichtung in Verbindung mit einem Steuergerät (Blockschaltbild),1 shows a microhardness test device, consisting of an intrusion device in conjunction with a control unit (block diagram),
Fig. 2 u. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Eindringvorrichtung Fig. 4 u. 5 Funktionsdiagramme der Mikrohärteprüfvorgänge bei hängender und stehender Anordnung der Eindring vorrichtung.Fig. 2 u. 3 is a horizontal section through the penetration device Fig. 4 u. 5 functional diagrams of the microhardness tests in hanging and standing arrangement of the penetration device.
Aus Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Aufbau der Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope erkennbar. Die Eindringvorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 9, daß in Form und Abmessung annähernd einem Objektiv eines Lichtmikroskopes entspricht. Das Gehäuse 9 ist mit einem Anschlußteil 9a, vorzugsweise einem Gewindestück, versehen, mit dem es an einer Objektivwechseleinrichtung, z. B. einem Objektivrevolver, anbringbar ist. Nicht dargestellt sind Justierelemente, mit denen die Achse 6 der Eindringvorrichtung 1 in der optischen Achse des Lichtmikroskopes positioniert wird. Im Gehäuse 9 sind symmetrisch zur Achse 6 mindestens ein, vorzugsweise zwei, piezoelektrische Biegestäbe 3 vorgesehen. Ein Ende der Biegestäbe 3 steht jeweils mittels Kontaktringen 4 a und 4 b mit dem Gehäuse 9 und die zweiten Enden stehen über die Schenkel 5a und 5b und den Zapfen 5c eines biegesteifen Doppelwinkels 5 mit einem Kraftmeßgehäuse 7 in Wirkverbindung. Die Stromzufuhr zu den piezoelektrischen Biegestäben 3 erfolgt über eine Leitung 25a von einem Hochspannungsteil 25 kommend direkt oder über die Kontaktringe 4a und 4b zu diesen.From Fig. 1, the inventive structure of the microhardness tester, preferably recognizable for light microscopes. The penetration device 1 consists of a housing 9 that corresponds in shape and dimension approximately to a lens of a light microscope. The housing 9 is provided with a connection part 9a, preferably a threaded piece, with which it is connected to a lens changing device, for. B. a nosepiece, can be attached. Not shown are adjusting elements with which the axis 6 of the penetration device 1 is positioned in the optical axis of the light microscope. In the housing 9, at least one, preferably two, piezoelectric bending rods 3 are provided symmetrically to the axis 6. One end of the bending rods 3 is in each case by means of contact rings 4 a and 4 b with the housing 9 and the second ends are connected via the legs 5a and 5b and the pin 5c of a rigid double angle 5 with a Kraftmeßgehäuse 7 in operative connection. The power supply to the piezoelectric bending bars 3 via a line 25a from a high voltage part 25 coming directly or via the contact rings 4a and 4b to these.
Das Kraftmeßgehäuse 7 ist jeweils im Zentrum von zwei übereinander im Gehäuse 9 angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern 8 befestigt und damit in axialer Richtung geführt bewegbar. Die Eindringkörperaufnahme ist ebenfalls jeweils im Zentrum von zwei übereinander jedoch im Kraftmeßgehäuse 7 angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern 14 befestigt und ebenfalls in axialer Richtung geführt bewegbar. Die Eindringkörperaufnahme 15 ist in Richtung der Öffnung 9b des Gehäuses 9 mit einer an sich bekannten Wechselstelle, für die wahlweise Aufnahme unterschiedlicher Eindringkörper versehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Eindringkörper mit relativ stark abgeflachter Spitze als Eichkörper 17 zu verwenden. In Richtung ihres anderen Endes sind zwei Meßblenden 18 und 19 vorgesehen. Sie bestehen zum Beispiel in Form von sich in einem Winkel von vorzugsweise 90° kreuzenden, in vorzugsweise einer Ebene liegenden, zylindrischen Durchbrüchen mit abgesetztem Durchmesser. In der Ebene der Meßblende 19 sind in dem Kraftmeßgehäuse 7 einander gegenüberliegend eine Lumineszenzdiode 12 und eine Doppeldiode 13 angeordnet.The Kraftmeßgehäuse 7 is in each case in the center of two superposed in the housing 9, openworked and held at its periphery diaphragm springs 8 fixed and thus guided in the axial direction movable. The Eindringkörperaufnahme is also in the center of two superimposed but in the Kraftmeßgehäuse 7 arranged, openworked and held at its periphery diaphragm springs 14 and also guided in the axial direction movable. The Eindringkörperaufnahme 15 is provided in the direction of the opening 9b of the housing 9 with a known change point, for selectively receiving different indenters. According to the invention, it is provided to use an indenter with a relatively sharply flattened tip as the calibration body 17. In the direction of its other end two orifices 18 and 19 are provided. They consist for example in the form of crossing at an angle of preferably 90 °, lying in preferably one plane, cylindrical openings with a reduced diameter. In the plane of the metering orifice 19, a light emitting diode 12 and a double diode 13 are arranged opposite each other in the Kraftmeßgehäuse 7.
in der Ebene der Meßblende 18 sind im Gehäuse 9 einander gegenüberliegend eine Lumineszenzdiode 11 und eine Doppeldiode 10 vorgesehen. Im Kraftmeßgehäuse 7 sind entsprechende Durchbrücke eingelassen, siehe auch Figur 2.in the plane of the metering orifice 18, a light-emitting diode 11 and a double diode 10 are provided in the housing 9 opposite one another. In Kraftmeßgehäuse 7 corresponding bridges are inserted, see also Figure 2.
Im Steuergerät 2 sind eine Eingabeeinheit 22, eine Ausgabeeinheit 23, ein Speicher 21 ,ein Rechner 20, eine Regeleinrichtung 24, ein Hochspannungsteil 25 und eine Spannungsstabilisierungseinheit 28, sowie erfindungsgemäß eine Kraftmeßschaltung 26 und eine Wegmeßschaltung 27 vorgesehen, die gemäß dem Blockschaltbild, siehe Figur 1, untereinander und mit der Eindringvorrichtung 1 in Wirkverbindung stehen.In the control unit 2, an input unit 22, an output unit 23, a memory 21, a computer 20, a control device 24, a high voltage part 25 and a voltage stabilizing unit 28, and according to the invention, a force measuring circuit 26 and a Wegmeßschaltung 27 are provided, which according to the block diagram, see FIG 1, with each other and with the penetration device 1 in operative connection.
In Fig.3 ist eine Variante der Lumineszenzdiodenanordnung gezeigt. Die Meßstrahlen, die auf die Doppeldioden 10 und 13 gerichtet sind, werden von einer Lumineszenzdiode 29 erzeugt. Dabei ist die Lumineszenzdiode 29 an der Eindringkörperaufnahme 15 angeordnet. Der von ihr erzeugte Meßstrahl wird mittels einem Teilerprisma 30 geteilt und den Doppeldioden 10,13 zugeführt. Die Meßblenden 18,19 sind direkten den entsprechenden Oberflächen des Teilerprisma 30 aufgebracht. Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben.FIG. 3 shows a variant of the luminescence diode arrangement. The measuring beams, which are directed to the double diodes 10 and 13, are generated by a light-emitting diode 29. In this case, the light-emitting diode 29 is arranged on the indenter body 15. The measuring beam generated by it is divided by means of a splitter prism 30 and fed to the double diodes 10,13. The orifices 18,19 are applied directly to the corresponding surfaces of the splitter prism 30. The operation will be described below.
Zu Beginn des Prüfvorganges werden über eine Eingabeeinheit 22 mindestens nachstehende Daten in das SteuergerätAt the beginning of the testing process, at least the following data are fed into the control unit via an input unit 22
eingegeben: * .entered: *.
— Eichvorgang,- calibration process,
— Betrag der Prüfkraft,- amount of test load,
— Form des Eindringkörpers, - shape of the indenter,
— Zustellgeschwindigkeit,- delivery speed,
— Haltezeit,- holding time,
— Ausgabeform der Härtewerte, als Wert von Einzelmessungen oder Mittelwert von Meßreihen,- output form of the hardness values, as the value of individual measurements or mean of series of measurements,
— Bauform des Lichtmikroskops, aufrechtes, umgekehrtes,- Type of light microscope, upright, inverted,
— eventuell spezielle anwenderorientierte Daten.- possibly special user-oriented data.
Vom Rechner 20 werden über die Regeleinrichtung 24 und das Hochspannungsteil 25 die piezoelektrischen Biegestäbe 3 angesteuert.From the computer 20, the piezoelectric bending rods 3 are controlled via the control device 24 and the high voltage part 25.
Bei Anliegen einer Spannung an den piezoelektrischen Biegestäben 3 wird über einen Doppelwinkel 5 eine resultierende, in der Achse 6 liegende Kraft auf das Kraftmeßgehäuse 7 ausgeübt. Dieses und der in der Eindringkörperaufnahme 15 befindliche Eichkörper 17 werden nach unten, in Richtung derauf einem Objekttisch 32 aufgelegten Probe 31, bewegt. Nach Auftreffen des Eichkörpers 17 auf die Probe 31 bewegt sich der Eichkörper 17, die Eindringkörperaufnahme 15, sowie die Meßblenden 18 und 19 auf das Kraftmeßgehäuse 7 bezogen relativ in die Gegenrichtung.When a voltage is applied to the piezoelectric bending bars 3, a resultant force lying in the axis 6 is exerted on the force measuring housing 7 via a double angle 5. This and the calibration body 17 located in the indenter receptacle 15 are moved downwards in the direction of the sample 31 placed on a stage 32. After impact of the calibration body 17 on the sample 31, the calibration body 17 moves, the indenter 15, and the orifices 18 and 19 relative to the Kraftmeßgehäuse 7 relative moves in the opposite direction.
Bei Auftreffen des Eichkörpers 17 auf die Probe 31 liefert das aus den Elementen Lumineszenzdiode 12, bzw. 29, Doppeldiode 13, Meßblende 19 und der Kraftmeßschaltung 26 bestehende Kraftmeßsystem der Wegmeßschaltung 27 ein Signal, welches den Nullpunkt festlegt und das Wegmeßsystem, bestehend aus den Elementen einer zweiten Lumineszenzdiode 11, bzw..29, einer zweiten Doppeldiode 10, einer zweiten Meßblende 18 und der Wegmeßschaltung 27, zum Messen freigibt. Die durch das Wegmeßsystem gemessenen Werte werden in den Speicher 21 gespeichert, sie bilden die dem verwendeten Mikroskopstativ zugeordnete Deformationsfunktion in Abhängigkeit des Betrages der Prüfkraft.When the calibration body 17 strikes the sample 31, the force measuring system of the position measuring circuit 27 consisting of the elements luminescence diode 12 or 29, double diode 13, orifice plate 19 and force measuring circuit 26 delivers a signal which defines the zero point and the position measuring system consisting of the elements a second light emitting diode 11, bzw..29, a second double diode 10, a second orifice 18 and the Wegmeßschaltung 27, for measuring releases. The values measured by the measuring system are stored in the memory 21, they form the deformation function assigned to the microscope stand used as a function of the amount of the test force.
Die Signale der Kraftmeßschaltung 26 werden der Regeleinrichtung 24 und der Wegmeßschaltung 27, die Signale der Wegmeßschaltung 27 dem Rechner 20 zugeführt.The signals of the force measuring circuit 26 are the controller 24 and the distance measuring circuit 27, the signals of the distance measuring circuit 27 to the computer 20, respectively.
Zur gleichmäßigen Beleuchtung der Doppeldioden 10 und 13 ist eine Spannungsstabilisierungseinheit 28 zwischen den Lumineszenzdioden 11und12und der Kraftmeßschaltung 26 und der Wegmeßschaltung 27 vorgesehen.For uniform illumination of the double diodes 10 and 13, a voltage stabilizing unit 28 is provided between the light emitting diodes 11 and 12 and the force measuring circuit 26 and the distance measuring circuit 27.
Nach dem Eichvorgang wird der Eichkörper 17 gegen einen Eindringkörper 16, gewünschter Form, ausgewechselt. Der funktioneile Ablauf des Härteprüfvorganges ist analog dem Eichvorgang unter Berücksichtigung der zu Beginn eingegebenen Daten, einschließlich Prüfprogramm.After the calibration process, the calibration body 17 is replaced by an indenter 16, the desired shape. The functional sequence of the hardness test procedure is analogous to the calibration process, taking into account the data entered at the beginning, including the test program.
Nach Abschluß des Härteprüfvorganges liefert die Ausgabeeinheit 23 folgende Ergebnisse — Prüfkraft; Eindringtiefe; Eindringdiagonale, aus der Eindringtiefe berechnet; Mikrohärtewert und Angabe der Eindruckform; spezielle anwenderorientierte Angabe — entsprechend dem eingegebenen Prüfprogramm.After completion of the hardness test, the output unit 23 delivers the following results - test load; penetration depth; Penetration diagonal, calculated from the penetration depth; Microhardness value and indication of impression shape; special user-oriented information - according to the entered test program.
Es ist auch möglich, den Härteprüfvorgang ohne vorherigen Eichvorgang vorzunehmen.It is also possible to perform the hardness test without prior calibration.
Mit der erläuterten Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope wird das Ziel der Erfindung und die Aufgabenstellung realisiert, sowie die genannten Nachteile der bisher bekannten technischen Lösungen beseitigt.With the explained microhardness tester, preferably for light microscopes, the object of the invention and the task is realized, and eliminates the aforementioned disadvantages of the previously known technical solutions.
In den Figuren 4 und 5 sind die Funktionsdiagramme der Mikrohärteprüfvorgänge oben bei hängender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 an aufrechten Mikroskopen (Figur 4) und unten bei stehender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 an inversen Mikroskopen (Figur 5) dargestellt.In FIGS. 4 and 5, the functional diagrams of the microhardness tests are shown above with hanging arrangement of the penetration device 1 on upright microscopes (FIG. 4) and below with the arrangement of the penetration device 1 on inverted microscopes (FIG. 5).
Auf der Ordinatenachse sind die Prüfkraftwerte F, auf den Abszissenachsen sind einmal die Wegwerte S, die vom Wegmeßsystem, und die Wegwerte S', die vom Kraftmeßsystem, welches im funktionellen Zusammenhang der Kennlinie der Membranfedern 14 geeicht ist, gemessen werden, aufgetragen.On the ordinate axis the test load values are F, on the abscissa axes are once the distance values S, which are measured by the position measuring system, and the displacement values S ', which are measured by the force measuring system, which is calibrated in the functional relationship of the characteristic curve of the diaphragm springs 14.
Die Kennlinie der Membranfedern 8 ist als Strich-Punkt-Linie, die Kennlinie der Membranfedern 14 als unterbrochene Strichlinie und die Gesamtkennlinie als ausgezogene Linie dargestellt.The characteristic of the diaphragm springs 8 is shown as a dash-dot line, the characteristic of the diaphragm springs 14 as a broken dashed line and the overall characteristic as a solid line.
Bei hängender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 beginnt die Kennlinie der Membranfedern 8 bei der Prüfkraft F = O, während bei stehender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 die Kennlinie der Membranfedern 8 und 14 verschoben sind um die Gewichtskraft FM (Kompensation der Massen von Kraftmeßgruppe 7 und Eindringkörper 16).In a hanging arrangement of the penetration device 1, the characteristic curve of the diaphragm springs 8 starts at the test force F = O, while standing the arrangement of the penetration device 1, the characteristic of the diaphragm springs 8 and 14 are shifted by the weight F M (compensation of the masses of Kraftmeßgruppe 7 and indenter 16 ).
Am Punkt So beginnt die Kennlinie der Membranfedern 14 und dieser Punkt stellt den Nullpunkt dar, d.h. der Eindringkörper trifftauf den Prüfling 31 auf. Durch die Mikroskopstativdeformation wird die Kennlinie der Membranfedern 14 nach rechts verschoben bis zum Punkt Sd und auf Grund der Eindringtiefe im Prüfling 31 erfolgt eine weitere Kennlinienverschiebung bis zum Punkt SE. Der Punkt SE stellt den Nullpunkt So· für das Kraftmeßsystem dar. Nach dem vorgegebenen Signal am Punkt S'P ist die Prüfkraft Fp erreicht. Die Weglänge vom Punkt S0 bis zum Punkt S0, die nach dem Eichvorgang im Speicher 21 entsprechend der Prüfkraft Fp gespeichert ist, wird im Mikrorechner 20 von der beim Mikrohärteprüfvorgang gemessenen Weglänge vom Punkt S0 bis zum Punkt SE subtrahiert und die sich als Ergebnis darstellende Eindringtiefe kann nun zur Auswertung der Mikrohärtewerte herangezogen werden.At point So, the characteristic curve of the diaphragm springs 14 begins and this point represents the zero point, ie the indenter impinges on the test piece 31. By the Mikroskopstativdeformation the characteristic of the diaphragm springs 14 is shifted to the right to the point Sd and due to the penetration depth in the DUT 31 is a further characteristic shift to point S E. The point S E represents the zero point So · for the force measuring system. After the predetermined signal at the point S ' P , the test force Fp is reached. The path length from the point S 0 to the point S 0 , which is stored in the memory 21 according to the test force Fp after the calibration process, is subtracted from the point S 0 to the point S E in the microcomputer 20 from the path length measured during the microhardness test process, and the Resulting penetration depth can now be used to evaluate the microhardness values.
Um eine definierte funktioneile Abhängigkeit zwischen der Prüfkraft und der Weglänge des Kraftmeßsystems zu erhalten, sind die Membranfedern 14 konstruktiv so zu gestalten, daß sich innerhalb des Meßbereiches eine lineare Kennlinie ergibt.In order to obtain a defined functional dependence between the test force and the path length of the force measuring system, the diaphragm springs 14 are structurally designed so that a linear characteristic curve results within the measuring range.
Claims (5)
Eindringvorrichtung, enthaltend eine Eindringkörperaufnahme mit einer Wechselstelle, zur
wahlweisen Aufnahme von Eindringkörpern verschiedener Formen, wobei die
Eindringkörperaufnahme mittels Federanordnungen so gehalten ist, daß der aufgenommene
Eindringkörper in der Achse des Eindringkörpers zu liegen kommt, und Bauelemente zur Erzeugung einer Meßkraft mit axialer Wirkungsrichtung auf den Eindringkörper vorgesehen und alle Elemente der Eindringvorrichtung in einem in den Objektivrevolver eines Lichtmikroskopes einsetz- bzw.
einschraubbaren bzw. der Form und den Abmessungen eines Objektives angenäherten Gehäuse aufgenommen sind und aus einem Steuergerät, in dem eine Eingabeeinheit, eine Ausgabeeinheit, ein Speicher, eine Recheneinheit, eine Regeleinrichtung, ein Hochspannungsteil und eine
Spannungsstabilisierungseinheit vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß in einem
Gehäuse (9) einer Eindringvorrichtung (1) symmetrisch zur Achse (6) mindestens ein, vorzugsweise zwei, piezoelektrische Biegestäbe (3) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Ende der piezoelektrischen Biegestäbe (3) mittels Kontaktringen (4a, 4b) mit dem Gehäuse (9) Und jeweils das zweite Ende über einem Doppelwinkel (5) mit einem Kraftmeßgehäuse (7) in Wirkverbindung stehen, daß das
Kraftmeßgehäuse (7) jeweils im Zentrum von zwei übereinander im Gehäuse (9) angeordneten,
durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern (8) befestigt und damit in
axialer Richtung geführt ist, und daß eine Eindringkörperaufnahme (15) jeweils im Zentrum von
zwei weiteren übereinander in dem Kraftmeßgehäuse (7) angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern (14) befestigt und damit ebenfalls in axialer Richtung geführt ist, daß als Kraftmeßsystem im Kraftmeßgehäuse (7) einander gegenüberliegend eine
Lumineszenzdiode (12) und eine Doppeldiode (13), in der Eindringkörperaufnahme (15) eine
Meßblende (19) und in einem Steuergerät (2) eine Kraftmeßschaltung (26), mittels einer Leitung
(26a) mit der Doppeldiode (13) verbunden, vorgesehen sind, daß als Wegmeßsystem im Gehäuse (9) einander gegenüberliegend eine zweite Lumineszenzdiode (11) und eine zweite Doppeldiode
(10), in der Eindringkörperaufnahme (15) eine zweite Meßblende (18) und in einem Steuergerät (2) eine Wegmeßschaltung (27), mittels einer Leitung (27 a), mit der zweiten Doppeldiode (10)
verbunden, vorgesehen sind und daß die Kraftmeßschaltung (26) und die Wegmeßschaltung (27) mit einem Rechner (20) verbunden sind.1. Mikrokhärteprüfeinrichtung, preferably for light microscopes, consisting of a
Penetrating device, comprising a Eindringkörperaufnahme with a change point, the
optional inclusion of indenters of different shapes, the
Indenter receiving by means of spring arrangements is held so that the recorded
Indenter in the axis of the indenter comes to rest, and provided components for generating a measuring force with axial direction of action on the indenter and insert all elements of the penetrating device in a in the nosepiece of a light microscope or.
einschraubbaren or the shape and dimensions of an objective approximated housing are included and from a control unit, in which an input unit, an output unit, a memory, a computing unit, a control device, a high voltage part and a
Voltage stabilizing unit are provided, characterized in that in a
Housing (9) of an intrusion device (1) symmetrically to the axis (6) at least one, preferably two, piezoelectric bending rods (3) are provided, wherein one end of the piezoelectric bending rods (3) by means of contact rings (4a, 4b) with the housing ( 9) And in each case the second end via a double angle (5) with a Kraftmeßgehäuse (7) are in operative connection, that the
Force measuring housing (7) in each case in the center of two superimposed in the housing (9),
pierced and held at its periphery diaphragm springs (8) and thus secured in
axial direction is guided, and that a Eindringkörperaufnahme (15) respectively in the center of
two further one above the other in the Kraftmeßgehäuse (7) arranged, openworked and held at its periphery diaphragm springs (14) and thus also guided in the axial direction, that as Kraftmeßsystem in Kraftmeßgehäuse (7) opposite one another
Luminescence diode (12) and a double diode (13), in the indenter receiving (15) a
Measuring orifice (19) and in a control unit (2) a force measuring circuit (26), by means of a line
(26a) connected to the double diode (13) are provided, that as a measuring system in the housing (9) opposite one another, a second light-emitting diode (11) and a second double diode
(10), in the Eindringkörperaufnahme (15) has a second orifice (18) and in a control device (2) a displacement measuring circuit (27), by means of a line (27 a), with the second double diode (10)
are connected, provided and that the force measuring circuit (26) and the Wegmeßschaltung (27) with a computer (20) are connected.
aussendende Lumineszenzdiode eine Lumineszenzdiode (29) in der Eindringkörperaufnahme (15) angeordnet ist und mittels einem Teilerprisma (30) den Doppeldioden (10) und (13) jeweils ein
Teilmeßstrahl zugeführt wird.2. Mikrohärteprüfeinrichtung according to claim 1, characterized in that as a measuring beam
emitting luminescence diode is a light emitting diode (29) in the Eindringkörperaufnahme (15) is arranged and by means of a splitter prism (30) the double diodes (10) and (13) each one
Teilmeßstrahl is supplied.
Meßblenden (18) und (19) auf die entsprechenden Oberflächen des Teilerprisma (30) aufgebracht sind.3. Mikrohärteprüfeinrichtung according to claim 1 and 2, characterized in that the two
Orifice plates (18) and (19) are applied to the corresponding surfaces of the splitter prism (30).
Eindringkörpers (16) ein Eichkörper (17).mit relativ stark abgeflachter Spitze verwendet werden
kann.4. Mikrohärteprüfeinrichtung according to claim 1 to 3, characterized in that instead of the
Indenter (16) a calibration body (17) .mit relatively strong flattened tip can be used
can.
piezoelektrische Biegestab (3) mindestens aus einem Einzelstab besteht.5. Mikrohärteprüfeinrichtung according to claim 1 to 4, characterized in that the
piezoelectric bending rod (3) consists of at least one single rod.
Priority Applications (2)
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| DD29400386A DD252244A1 (en) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | MICRO-HARD PROTECTION DEVICE, PREFERABLY FOR LIGHT MICROSCOPES |
| DE19873721525 DE3721525A1 (en) | 1986-09-01 | 1987-06-30 | Microhardness test device, preferably for optical (light) microscopes |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DD29400386A DD252244A1 (en) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | MICRO-HARD PROTECTION DEVICE, PREFERABLY FOR LIGHT MICROSCOPES |
Publications (1)
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| DD252244A1 true DD252244A1 (en) | 1987-12-09 |
Family
ID=5582115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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