DD285833A5 - Mikrohaertepruefeinrichtung - Google Patents

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 automatisch und die Auswertung der Eindruecke teilautomatisiert erfolgt. Erfindungsgemaesz ist eine Eindringvorrichtung vorgesehen, die einen in einer Frontlinse eines Objektives in axialer Richtung angeordneten Eindringkoerper aufweist, wobei das Objektiv mittels Membranfedern zentrisch in einem objektivaehnlichen Gehaeuse gehaltert ist. In dem Gehaeuse sind weiterhin einander gegenueberliegend eine Senderdiode und ein Empfaengerelement und zwischen beiden eine Meszblende angeordnet. Des weiteren sind eine mit dem Empfaengerelement und einen Rechner in Verbindung stehende Signalerfassungseinheit und eine aus mehreren Bauelementen bestehende z-Verstelleinrichtung vorgesehen.{Mikrohaertepruefeinrichtung; Diagonalmessung; Objektiv mit Eindringkoerper; Steuereinheit; Pruefkraftmessung; Rechner; Eindruckmessung; Auswertung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung als Mikrohärteprüfeinrichtung, die vorzugsweise in Verbindung mit Lichtmikr jskopen aufrechter oder umgekehrter Bauform einsetzbar ist, zum Erzeugen und Auswerten von Mikrohärteeindrücken an Proben, wobei das Aufbringen der Prüfkräfte und die Auswertung der Meßwerte von den Eindruckdiagonalen automatisch und rechnergesteuert erfolgt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die Durchführung der Härteprüfung an mit Lichtmikroskopon untersuchten Proben sind zum Beispiel Mikrohärteprüfer bekannt, bei denen in der Frontlinse eines Objektives des Lichtmikroskopes der Eindringkörper angeordnet ist (DR-P 688 026).

Die Prüf kräfte werden mittels des Mikroskopfeintriebes aufgebracht und der Kraftwert an einer ins Zwischenbild eingespiegelten Skale abgelesen (Druckschrift 30-6676e-1 der JENOPTIK JENA GmbH, DDR). Nachteilig ist bei dieser Anordnung die eingeschränkte Bildgüte dos Objektives und die ungenaue Aufbringung der Prüfkraft.

Weiterhin ermöglicht eine derartige Anordnung nur die manuelle Anwendung eines speziellen Härteprüfverfahrens an inversen Mikroskopen.

Mi' einer Lösung nach DE-PS 958513, bei der ein Objektiv neben einer Aufnahme des Eindringkörpers auf einer Horizontalführung 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 jodoch noch manuell.

Um den Härteprüfvorgang zu automatisieren, wurden bekannte Anordnungen mit hydraulisch oder auch pneumatisch arbeitenden Bedieneinheiten versehen (z. B. DE-PS 1000614). Nachteil dieser Lösungen ist die ungenaue Treffsicherheit der Eindrücke, die auch mit sehr hohem technisch-ökonomischen Aufwand nur unwesentlich gesteigert werden kann.

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 der Eindringkörper in der optischen Achse einjustierbar ist.

Die Prüfkraft wird von einem Tauschspulen-Permanentmagnet-System erzeugt. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die Prüfkraft wird definiert aufgebracht. Der erzeugte Eindruck wird optisch vermessen, die Meßdaten in eine Auswerteeinheit eingegeben, in der die Berechnung der Härte erfolgt.

Auch bei dieser Lösung ist noch eine zu ungenaue Treffsicherheit zu verzeichnen. Darüber hinaus ist sie vorzugsweise für aufrechte Mikroskope anwendbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Mikrohärteprüfeinrichtung für das Meßprinzip der uiagonalmessung von Eindrücken in Proben, die in Verbindung mit einem Lichtmikros^op aufrechter oder umgekehrter Bauform einsetzbar ist und die Nachteile der bekannten Lösungen nicht aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Mikrohärteprüfeinrichtung für das Meßprinzip der Diagonalmessung von Eindrücken in Proben, die in Verbindung mit einem Lichtmikroskop aufrechter oder umgekehrter Bauform einsetzbar ist, beim Erzeugen der Eindrücke in der Probe eine sehr hohe Treffsicherheit zuläßt, eino definierte Aufbringung der Prüfkräfte sichert, bei der die Erzeugung des Eindruckes in der Probe und auch die Auswertung dieses Eindruckes teil- oder automatisiert abläuft und insgesamt mit geringstem technisch-ökonomischen Aufwand rolisierbar ist.

Erfindungsgemäß löst die Aufgabe eine Mikrohärteprüfeinrichtung für ein Lichtmikroskop aufrechter oder umgekehrter Bauart mit einem einzelne Bauelemente umschießenden, der Form eines Mikroskopobjoktives angenäherten Gehäuse, einem eine Speichereinheit, eine Eingabeeinheit und eine Ausgabeeinheit enthaltenden Rechner dadurch, daß sie in Kombination enthält,

- einen in einer Frontlinse eines Objektives in axialer Richtung angeordneten Eindringkörper

- ein ein Anschlußteil aufweisendes Gehäuse, in dem mittels Membranfedern das Objektiv zentrisch gedauert ist, einander gegenüberliegend eine Senderdiode und ein Empfängerelement und eine zwischen der Senderdiode und dem Empfängerelement befindliche Moßblende vorgesehen sind,

- eine mit dem Empfängerelement und dem Rechner in Verbindung stehende Signalerfassungseinheit und

- eine aus mehreren Bauelementen bestehende Z-Verstelleinrichtung.

Vorteilhaft ist es, daß die aus mehreren Bauelementen, dem z-Trieb, dem Antriebsmotor und der z-Steuereinheit bestehende ^-Verstelleinrichtung mit dem Objekttisch gekoppelt ist. Sie ist aber anstelle dessen auch mit der Objektivwechseleinrichtung koppelbar.

Weiterhin ist erfindungsgemäß entweder die Meßblende oder das Empfängerelement fest mit dem Objektiv verbunden.

Folgend wird die Wirkungsweise dargestellt. Die Aufbringung der Prüfkräfte erfolgt mit der z-Verstelleinrichtung entweder über den Objekttisch oder über die Objektivwechseleinrichtung des verwendeten Lichtmikroskopes.

Über die Eingabeeinheit des Rechners werden Daten für die jeweilige Härteprüfung vorgegeben, wie Betrag der Prüfkraft, Zustellgeschwindigkeit, Haltezeit, Bauform des Lichtmikroskopes.

Mit dem Aufeinandertreffen von Eindringkörper und Probe wird entsprechend der gewählten Ausführungsva'riante die mit dem federnd befestigten Objektiv verbundene Meßblende oder das Empfängerelement bewegt.

Das von der Senderdiode über die Meßblende auf einen Teilbereich des Ernpfängerelementes auftreffende Licht erzeugt im Empfängerelement ein Signal.

Dieses Signal ist ein Äquivalent für die durch die axiale Bewegung des Objektives bewirkte Auslenkung der Membranfedern aus ihrer Nullage.

Das gewonnene Signal wird über die Signalerfassungseinheit dem Rechner zugeleitet. In diesem erfolgt der Vergleich der Soll· und Ist-Werte der aufzubringenden Prüfkraft. Im Ergebnis dieses Vergleiches, sowie den weiteren in den Rechner eingegebenen Werten wird die z-Verstelleinrichtung entsprechend angesteuert.

Nach der Erzeugung des Eindruckes in der Probe wird dieser visuell über das in der Eindringvorrichtung befindliche Objektiv und einer am nicht dargestellten Lichtmikroskop vorhandenen Meßeinrichtung, zum Beispiel ein Meßschraubenokular, vermessen.

Diese Meßeinrichtung ist erfindungsgemäß mit einem Wegmeßsystem, zum Beispiel einem inkrementellen Geber, verbunden.

Die vom Wegmeßsystem erzeugten Signale werden über eine Wegerfassungseinheit dem Rechner zugeleitet, in diesem verarbeitet und über seine Ausgabeeinheit angezeigt oder ausgegeben.

Die Erfindung regelt den Ablauf des Eindruckvorganges automatisch. Sie gewährleistet damit die stoßfreie und konstante Prüfkraftaufbringung im festgelegten Zeitintervall. Übertragungs- und Ablesefehler, die durch den Geräteanwender bei manuell vorgenommener Prüfkraftaufbringung entstehen, werden vermieden und damit der Anteil der Fehlerursachen verkleinert. Die Einhaltung konkreter Meßbedingungen, wie der Eindringgeschwindigkeit des Eindruckkörpers und Haltezeit, die durch Materialeigenschaft und Größe des zu erzeugenden Eindruckes beeinflußt werden, sind unter Vermeidung der Nachteile der bisher bekannten Lösungen realisierbar. Es wird eine weitere Objektivierung des Meßvorganges erreicht, der Bedienkomfort erhöht.

Auoführu'igsbelsplel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schomatisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figur zeigt im Schnitt eine Eindringvorrichtung sowie die weiteren Einheiten der Erfindung.

Aus der Figur ist der erfindungsgemäße Aufbau der Mikrohärteprüfeinrichtung und ihre Verbindung mit einem bekannten nicht weiter dargestellten Lichtmikroskop erkennbar. Die Eindringvorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2, welches in seinen äußeren Abmessungen einem Auflicht/Durchlicht-Objektiv ähnelt. Das Gehäuse 2 ist mit einem Anscnlußteil 2a, vorzugsweise einem Gewindestück, versehen, mit dem es an der Objektivwechseleinrichtung des besagten Lichtmikroskopes angeordnet ist. Im Gehäuse 2 ist ein Objektiv 3 in Membranfedern 4 aufgehängt, in dessen Frontlinse 3a ein Eindringkörpor 5 starr angeordnet ist, dessen geometrische Formfläche zur optischen Achse des Objektives 3 ausgerichtet ist. Weiterhin befinden sich im Gehäuse 1 eine Senderdiode 6 ur-,1 ein Empfängerelement 7, vorzugsweise eine CCD-Zeile. Mit dem Objektiv 3 ist vorzugsweise eine Meßblende 8 gekoppelt, die die optische Strahlung der Senderdiode 6 definiert auf das Empfängerelement 7 leitet. Unter dem Eindringkörper 5 befindet sich auf dem Objekttisch 9 die Probe 10. Der Objokttisch 9istüberdiez-Führung 11 und den z-Trieb 12 mittels eines Antriebsmotors 13 axial bewegbar.

Die Ansteuerung ei folgt über den Rechner 14.

Eine Stromquelle 20 dient der Versorgung der Senderdiode 6, wobei für das Verfahren beim Empfang mit einer CCD-Zeile die Strom- bzw. Leuchtkonstanz nicht wesentlich ist. Eine Signalerfassungseinrichtung 19 dient der Erfassung der Signale vom Err pfängerelement 7. Die von hier an den Rechner 14 weitergegebenen Daten müssen nicht die Kraftwerte selbst sein, nur die eindeutige funktioneile Zuordnung ist wichtig. Die z-Steuereinheit 18 enthält die Treiberstufen für den Antriebsmotor 13.

Darüber hinaus ist soviel Intelligenz sinnvoll, daß der Rechner 14 nur Kommandos und Daten wie „Stop", „Step" und „Geschwindigkeit" hierher überträgt.

Die Wegerfassungseinheit 21 enthält die Signalaufbereitung für das Wegmeßsystem 22. Eine richtungsabhängige Wegerfassung (im Beispiel Zählung) ist sinnvoll, der Rechner 14 fragt dann den Wert ab.

Der Rechner 14 enthält in seinem Speicher 17 unter anderem die Steuer-, Regel- und Auswerteprogramme und Kalibrierda'en.

Mit dem Bediener verkehrt er über seine Eingabeeinheit 15 und seine Ausgabeeinheiten) 16, z.B. Anzeige und Drucker. Der Rechner 14 bildet die Bedieneinheit und ist vorzugsweise ein Personalcomputer.

Am Beginn der Messung sind mindestens folgende Daten über die Eingabeeinheit 15 dem Rechner 14 mitzuteilen:

- Meßkraft

- Eindringgeschwindigkeit des Indenters

- Haltezeit (Krafthaltedauer nach Erreichen der Nennkraft).

Die Festlegung des Zielortes für den Eindruck auf der Oberfläche der Probe 10 erfolgt visuell über das Objektiv 3 der Eindringvorrichtung 1 und einer im Okular des besagten Lichtmikroskopes enthaltenen Zielmarke, in der Fig. nicht dargestellt, mit einer erreichbaren Abweichung S1 pm. Die damit vorgenommene Positionierung der Eindringvorrichtung wird über Eingabeeinheit 15 der z-Steuereinheit 18 mitgeteilt und anschließend der Eindruckvorgang ausgelöst.

Der zwischen Eindringkörpor 5 und Oberfläche der Probe 10 zu Beginn bestehende freie Arbeitsabstand wird mit einer höheren als der gewählten Eindringgeschwindigkeit durchlaufen. Der freie Arbeitsabstand ist dabei durch den Fokusabstand des Objektivs der Eindringvorrichtung 1 festgelegt und im Speicher 17 abgelegt. Diese Annäherungs- und Eindringgeschwindigkeit werden über die Schrittfrequenz des z-Triebes 12 geregelt. Durch die axiale Zustellung des z-Triebes wird beim Aufsetzen des Eindringkörpers auf die Oberfläche des Prüflings das Membranfedersystem entsprechend der z-Bewegung ausgelenkt. Diese Auslenkung wird mittels den Elementen 6,7,8 erfaßt, das entsprochende Signal gebildet und dem Rechner 14 über die Signalerfassungseinheit 19 zugeleitet. Durch vorhergehendes einmaliges Kalibrieren des Membranfedersystems mit entsprechenden Massestücken wird die korrekte Umrechnung des Weges in die Kraft ermöglicht.

Der in der Probe erzeugte Eindruck wird visuell über das in der Eindringvorrichtung befindliche Objektiv und einer am nicht dargestellten Lichtmikroskop vorhandenen Meßeinrichtung, zum Beispiel ein Meßschraubenokular, vermessen. Diese Meßeinrichtung ist erfindungsgemäß mit einem Wegmeßsystom 22, zum Beispiel einem inkrementalen Geber, verbunden. Die vom Wegmeßsystem erzeugten Signale werden über eine Wegerfassungseinheit 21 dem Rechner 14 zugeleitet, in diesem verarbeitet und über seine Ausgabeeinheit angezeigt oder ausgegeben.

Claims (5)

1. Mikrohärteprüfeinrichtung für ein Lichtmikroskop aufrechter oder umgekehrter Bauart mit einem einzelne Bauelemente umschließenden, der Form eines Mikroskopobjektives angenäherten Gehäuse, einem eine Speichereinheit, eine Eingabeeinheit und eine Ausgabeeinheit enthaltenden Rechner, gekennzeichnet dadurch, daß sie in Kombination enthält.

- einen in einer Frontlinse (3a) eines Objektives (3) in axialer Richtung angeordneten Eindringkörper (5),

- ein ein Anschlußteil (2a) aufweisendes Gehäuse, in dem mittels Membranfedern (4) das Objektiv (3) zentrisch gehaltert ist, einander gegenüberliegend eine Senderdiode (6) und ein Empfängerelement (7) und eine zwischen der Senderdiode (6) und dem Empfängerelement (7) befindliche Meßblende (8) vorgesehen sind,

- eine mit dem Empfängerelement (7) und dem Rechner (14) in Verbindung stehende Signalerfassungseinheit (19) und

- eine aus mehreren Bauelementen (12,13,18) bestehende z-Verstelleinrichtung.

2. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aus den Bauelementen (12,13,18) bestehende z-Verstelleinrichtung mit dem Objekttisch gekoppelt ist.

3. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aus den Bauelementen (12,13,18) bestehende z-Verstelleinrichtung mit derObjektivwschseleinrichtung gekoppelt ist.

4. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch ^gekennzeichnet dadurch, daß die Meßblende (8) mit dem Objektiv (3) verbunden ist.

5. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Empfängerelement (7) mit dem Objektiv (3) verbunden ist.