DE102009008288B4

DE102009008288B4 - Device for hardness testing of workpieces

Info

Publication number: DE102009008288B4
Application number: DE200910008288
Authority: DE
Inventors: Robert HÖLL
Original assignee: EMCO TEST PRUEFMASCHINEN GmbH; Emco-Test Pruefmaschinen GmbH
Current assignee: EMCO TEST PRUEFMASCHINEN GmbH; Emco-Test Pruefmaschinen GmbH
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2029-02-11
Also published as: AT505557B1; DE102009008288A1; AT505557A4

Abstract

Vorrichtung zur Härteprüfung von Werkstücken mit einem Messkopf, in dem ein Eindringkörper (15) mit einer vorbestimmten Masse vertikal beweglich gelagert ist, und mit einer optischen Erfassungseinrichtung (26) zur Erfassung und Auswertung des durch den Eindringkörper (15) bewirkten Eindrucks im Werkstück, sowie mit einem Haltetisch (9), der in horizontaler Richtung beweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (7) in einer ersten horizontalen Richtung beweglich gelagert ist und dass der Haltetisch (9) in einer zweiten horizontalen Richtung beweglich gelagert ist.Device for testing the hardness of workpieces with a measuring head, in which an indenter (15) with a predetermined mass is mounted vertically movable, and with an optical detection device (26) for detecting and evaluating the indentation (15) caused impression in the workpiece, and with a holding table (9), which is movably mounted in the horizontal direction, characterized in that the measuring head (7) is movably mounted in a first horizontal direction and that the holding table (9) is movably mounted in a second horizontal direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Härteprüfung von Werkstücken mit einem Messkopf, in dem ein Eindringkörper mit einer vorbestimmten Masse vertikal beweglich gelagert ist, und mit einer optischen Erfassungseinrichtung zur Erfassung und Auswertung des durch den Eindringkörper bewirkten Eindrucks im Werkstück, sowie mit einem Haltetisch, der in horizontaler Richtung beweglich gelagert ist.The invention relates to a device for hardness testing of workpieces with a measuring head, in which an indenter with a predetermined mass is mounted vertically movable, and with an optical detection device for detecting and evaluating the indentation caused by the indenter in the workpiece, and with a holding table, the is mounted movably in the horizontal direction.

Grundsätzlich sind Mikrohärteprüfungsgeräte bekannt, bei denen die Kraft, mit der ein Eindringkörper auf das Werkstück gedrückt wird, über einen Kraftsensor gemessen wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der EP 1 434 045 A offenbart. Problematisch ist dabei die beschränkte Genauigkeit, wobei diese Frage umso kritischer wird, je kleiner die aufzubringenden Kräfte sind. Um die Nachteile in Hinblick auf die Genauigkeit in Grenzen zu halten, müssen die Verfahrgeschwindigkeiten klein gehalten werden, was den Nachteil einer geringen Arbeitsgeschwindigkeit mit sich bringt.In principle, microhardness testing devices are known in which the force with which an indenter is pressed onto the workpiece is measured by means of a force sensor. Such a device is for example in the EP 1 434 045 A disclosed. The problem here is the limited accuracy, and this question is the more critical the smaller the forces to be applied are. In order to limit the disadvantages in terms of accuracy, the travel speeds must be kept small, which entails the disadvantage of a low operating speed.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei denen die Kraft, mit der der Eindringkörper auf das Werkstück gedrückt wird, als Gewichtskraft dargestellt wird. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der JP 63 252 232 A offenbart. Der Einsatzbereich solcher Geräte ist jedoch beschränkt, da nur wenige vorgegebene Gewichtsstufen angefahren werden können und insbesondere höhere Prüflasten von beispielsweise mehr als 2 kg platzbedingt nur schwer darstellbar sind.To avoid these disadvantages, devices have become known in which the force with which the indenter is pressed onto the workpiece is shown as a weight force. Such a solution is for example in the JP 63 252 232 A disclosed. However, the field of application of such devices is limited, since only a few predetermined weight levels can be approached and in particular higher test loads of, for example, more than 2 kg due to space are difficult to represent.

Beiden Messprinzipien gemeinsam ist die Tatsache, dass es grundsätzlich erforderlich ist, dass der Eindringkörper in allen drei Achsen des Raumes beweglich angeordnet ist. Die Bewegung in vertikaler Richtung ist dabei für den Messvorgang selbst erforderlich, d. h. um den Eindringkörper auf das Werkstück hin zu bewegen und an dieses anzudrücken. Die Bewegung in der horizontalen Ebene dient dazu, den entsprechenden Messpunkt auf dem Werkstück anzufahren.Common to both measuring principles is the fact that it is fundamentally necessary for the indenter to be movably arranged in all three axes of the room. The movement in the vertical direction is required for the measurement itself, d. H. to move the indenter onto the workpiece and press against it. The movement in the horizontal plane serves to approach the corresponding measuring point on the workpiece.

Bekannte Messgeräte sind so ausgebildet, dass die Vertikalbewegung sowohl durch den Messkopf als auch durch eine Bewegung des Haltetisches realisiert werden kann. Die Bewegung in beiden horizontalen Richtungen wird durch entsprechende Führungen realisiert, auf denen der Haltetisch gelagert ist. Um einen entsprechenden Bewegungsbereich des Werkstückes in horizontaler Richtung sicherstellen zu können, ist es dabei erforderlich, eine entsprechende Ausladung des Messkopfes vorzusehen, was sich entsprechend auf die Baugröße der Vorrichtung auswirkt, die somit einen beträchtlichen Aufstellraum benötigt.Known measuring devices are designed so that the vertical movement can be realized both by the measuring head and by a movement of the holding table. The movement in both horizontal directions is realized by corresponding guides on which the holding table is mounted. In order to ensure a corresponding range of movement of the workpiece in the horizontal direction, it is necessary to provide a corresponding projection of the measuring head, which has a corresponding effect on the size of the device, which thus requires a considerable space.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der oben genannten Art so weiterzubilden, dass eine möglichst geringe Baugröße der Vorrichtung erreicht wird. Insbesondere soll dabei der benötigte Aufstellraum in horizontaler Richtung minimiert werden.Object of the present invention is to avoid these disadvantages and to develop a device of the type mentioned above so that the smallest possible size of the device is achieved. In particular, the required installation space should be minimized in the horizontal direction.

Weiters sollen in verschiedenen Messbereichen hohe Genauigkeiten erzielt werden. Dabei ist es wünschenswert, eine möglichst hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu erzielen, so dass Messungen, bei denen eine Vielzahl von Messpunkten untersucht werden müssen, in vergleichsweise kurzer Zeit durchgeführt werden können.Furthermore, high accuracies are to be achieved in different measuring ranges. In this case, it is desirable to achieve the highest possible operating speed, so that measurements in which a multiplicity of measuring points have to be examined can be carried out in a comparatively short time.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass der Messkopf in einer ersten horizontalen Richtung beweglich gelagert ist und dass der Haltetisch in einer zweiten horizontalen Richtung beweglich gelagert ist. Bei bekannten Lösungen ist der Haltetisch für das Werkstück in x- und y-Richtung beweglich, d. h., dass der Haltetisch innerhalb konstruktiv gegebener Grenzen beliebige Koordinaten der Horizontalebene anfahren kann. Bei einer solchen Lösung muss stets ein Kompromiss zwischen ausreichenden Verfahrwegen einerseits und der Gesamtgröße der Vorrichtung andererseits getroffen werden. Dies bedeutet, dass in Fällen, bei denen der Haltetisch einen größeren Verfahrweg aufweisen muss, auch eine entsprechend große Ausladung des Messkopfes und damit eine entsprechende Baugröße der gesamten Vorrichtung erforderlich ist. Durch die erfindungsgemäße Verlegung einer Verstellachse in den Messkopf ist es möglich, eine wesentlich kompaktere Ausführung auch dann zu erzielen, wenn vergleichsweise große Verfahrwege benötigt werden. Vorzugsweise sind dabei die x-Richtung und die y-Richtung rechtwinkelig aufeinander. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang von besonderem Vorteil, wenn der Messkopf an einer Säule befestigt ist und wenn die Bewegungsbahn des Haltetisches seitlich über diese Säule hinausragt.According to the invention, these objects are achieved in that the measuring head is movably mounted in a first horizontal direction and that the holding table is movably mounted in a second horizontal direction. In known solutions, the holding table for the workpiece in the x and y directions is movable, d. h., That the holding table within structurally given limits can approach any coordinates of the horizontal plane. In such a solution, a compromise must always be made between sufficient travel distances on the one hand and the overall size of the device on the other hand. This means that in cases where the holding table must have a larger travel, also a correspondingly large projection of the measuring head and thus a corresponding size of the entire device is required. By laying a Verstellachse invention in the measuring head, it is possible to achieve a much more compact design, even if comparatively large travels are needed. Preferably, the x-direction and the y-direction are perpendicular to each other. In particular, it is particularly advantageous in this connection if the measuring head is fastened to a column and if the movement path of the holding table projects laterally beyond this column.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösungen können insbesondere dann voll ausgeschöpft werden, wenn für jede der drei Achsen des Raumes jeweils nur ein einziger Stellantrieb vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass der Messkopf für die Bewegung in vertikaler Richtung und in einer ersten horizontalen Richtung verantwortlich ist und der Messtisch für die Bewegung in der anderen horizontalen Richtung.The advantages of the solutions according to the invention can be fully exploited, in particular, if only one single actuator is provided for each of the three axes of the room. This means that the measuring head is responsible for the movement in the vertical direction and in a first horizontal direction and the measuring table for the movement in the other horizontal direction.

Die Begriffe ”horizontal” und ”vertikal” sind hier stets auf die Gebrauchsstellung der Vorrichtung bezogen, die wie bei Härteprüfmaschinen allgemein üblich eine vertikale Bewegung des Eindringkörpers vorsieht. The terms "horizontal" and "vertical" are always related to the position of use of the device, which provides a vertical movement of the indenter as is common practice in hardness testing machines.

Eine konstruktiv besonders günstige Ausführungsvariante der Erfindung sieht eine Grundplatte vor, an der eine Haltesäule nach oben ragt, an welcher Haltesäule eine Vertikalführung vorgesehen ist, auf der ein Schlitten beweglich angeordnet ist, wobei auf dem Schlitten eine Horizontalführung angeordnet ist, auf der der Messkopf beweglich angeordnet ist. Dadurch kann ein einfacher Aufbau erzielt werden, und es wird eine hohe Genauigkeit erzielt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass an der Haltesäule eine Horizontalführung vorgesehen ist, auf der ein Schlitten beweglich angeordnet ist, wobei auf dem Schlitten eine Vertikalführung angeordnet ist, auf der der Messkopf beweglich angeordnet ist.A structurally particularly favorable embodiment variant of the invention provides a base plate on which a holding column projects upwards, on which holding column a vertical guide is provided, on which a carriage is movably arranged, wherein a horizontal guide is arranged on the carriage, on which the measuring head is movable is arranged. Thereby, a simple structure can be achieved, and high accuracy is achieved. Alternatively, it is also possible that a horizontal guide is provided on the support column, on which a carriage is movably arranged, wherein on the carriage a vertical guide is arranged, on which the measuring head is movably arranged.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Eindringkörper vorzugsweise über einen Biegearm mit einem Kraftsensor mechanisch verbunden ist, der die Eindrückkraft auf das Werkstück bestimmt.Preferably, it is provided that the indenter is preferably mechanically connected via a bending arm with a force sensor which determines the indentation force on the workpiece.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Eindringkörper eine Anschlagfläche aufweist, oberhalb der mit einem vorbestimmten Spiel ein erster Gewichtskörper vorgesehen ist, der eine Auflagefläche aufweist, die mit der Anschlagfläche zusammenwirkt.It is particularly preferred if the indenter has a stop surface above which a first weight body is provided with a predetermined play, which has a bearing surface which interacts with the stop surface.

Durch obige Lösung wird erreicht, dass in einem ersten Messbereich mit sehr geringen Auflagekräften die Gewichtskraft aufgrund der Masse des Eindringkörpers selbst maßgeblich für die Beaufschlagung des Werkstückes ist. Es wird dabei der Eindringkörper nur so weit zum Werkstück hinbewegt, dass er auf diesem aufliegt und gegebenenfalls in dieses eindringt, das Spiel an der Anschlagfläche zum ersten Gewichtskörper jedoch nicht aufgebraucht wird. Ein weiterer Messbereich mit einer größeren Kraft wird durch eine weitere Bewegung der Halterung des Eindringkörpers realisiert, die bewirkt, dass nun auch der erste Gewichtskörper zu der Auflagekraft beiträgt. Höhere Kräfte können über weitere Gewichtskörper generiert werden bzw. werden über den Kraftsensor geregelt.By the above solution is achieved that in a first measuring range with very low contact forces, the weight due to the mass of the indenter itself is decisive for the application of the workpiece. It is the indenter moved only so far to the workpiece that it rests on this and optionally penetrates into this, the game is not used up on the stop surface to the first weight body. Another measuring range with a larger force is realized by a further movement of the holder of the indenter, which causes now also the first weight body contributes to the bearing force. Higher forces can be generated via additional weight bodies or are controlled via the force sensor.

Wesentlich dabei ist die Tatsache, dass relativ große Vorschubgeschwindigkeiten realisiert werden können, da eine extrem feine Regelung des Kraftsensors nicht erforderlich ist. Die geringen Auflagekräfte im unteren Messbereich werden durch die Gewichtskörper realisiert, was bedeutet, dass zur Durchführung der Messung nur ein Punkt angefahren werden muss, bei dem der betreffende Gewichtskörper vollständig auf dem Eindringkörper, bzw. auf dem vorgelagerten Gewichtskörpern aufliegt, der nächste Gewichtskörper jedoch noch keinen Einfluss auf die Messung ausübt. Der Kraftsensor kommt erst bei höheren Gewichtsstufen ins Spiel, bei denen die Feinheit der Regelung nicht mehr kritisch ist.Essential here is the fact that relatively high feed rates can be realized because an extremely fine control of the force sensor is not required. The low contact forces in the lower measuring range are realized by the weight body, which means that only one point must be approached to carry out the measurement, in which the relevant weight body rests completely on the indenter, or on the upstream weight bodies, the next weight body, however has no influence on the measurement. The force sensor comes into play only at higher weight levels, where the fineness of the control is no longer critical.

Es ist bevorzugt, wenn der Kraftsensor über einen Gewichtskörper beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Kraftsensor erst anschließend an den Messbereich aktiviert wird, der durch die gemeinsame Gewichtskraft des Eindringkörpers und des ersten bzw. der weiteren Gewichtskörper bedingt ist. Dazu ist es besonders günstig, wenn der Kraftsensor eine Sensor-Auflagefläche aufweist, die im unbelasteten Zustand in einem Abstand von einer Betätigungsfläche des ersten oder gegebenenfalls eines weiteren Gewichtskörpers angeordnet ist. Insbesondere ist dabei die Anordnung der Gewichtskörper und das Spiel zwischen ihnen so bemessen, dass der Kraftsensor erst dann beaufschlagt wird, wenn alle Gewichtskörper auf dem Eindringkörper aufliegen. Dadurch wird verhindert, dass der Kraftsensor die Messung in den unteren Messbereichen die Messung unzulässigerweise beeinflusst.It is preferred if the force sensor is acted upon by a weight body. In this way it is achieved that the force sensor is activated only after the measuring range, which is due to the common weight of the indenter and the first or the other weight body. For this purpose, it is particularly advantageous if the force sensor has a sensor bearing surface, which is arranged in the unloaded state at a distance from an actuating surface of the first or optionally another weight body. In particular, the arrangement of the weight body and the game between them is such that the force sensor is only applied when all weight body rest on the indenter. This prevents the force sensor from unduly influencing the measurement in the lower measuring ranges.

Besonders günstig ist es, wenn der Sensorauflageabschnitt durch mindestens eine Abrollfläche ausgebildet ist, die auf der Betätigungsfläche des Gewichtskörpers abrollt. Insbesondere bei kleinen Eindringkräften ist es wichtig, ein Verkanten des Eindringkörpers weitestgehend auszuschließen, um entsprechend wohlgeformte Eindrücke zu erreichen. Durch eine möglichst reibungsfreie Relativbewegung, die vorzugsweise durch Wälzlager erreicht wird, können die aus der Kinematik resultierenden minimalen Verschiebungen in horizontaler Richtung ausgeglichen werden.It is particularly favorable if the sensor support section is formed by at least one rolling surface which rolls on the actuating surface of the weight body. In particular, with small penetration forces, it is important to eliminate tilting of the indenter as far as possible in order to achieve well-formed impressions. By a possible friction-free relative movement, which is preferably achieved by rolling bearings, resulting from the kinematics minimum shifts in the horizontal direction can be compensated.

Kippbewegungen um eine Achse, die im Wesentlich parallel zur Längsachse des Kraftsensors liegt, können wirksam dadurch vermieden werden, dass der Sensorauflageabschnitt des Kraftsensors um eine im Wesentlichen horizontale Achse gelenkig gelagert ist.Tilting movements about an axis, which is substantially parallel to the longitudinal axis of the force sensor, can be effectively avoided by the fact that the sensor support portion of the force sensor is articulated about a substantially horizontal axis.

Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht einen ersten Haltekörper vor, auf dem der Eindringkörper im Ausgangszustand aufliegt, wobei der erste Haltekörper mit einem zweiten Haltekörper in Verbindung steht, der dazu bestimmt ist, den ersten Gewichtskörper zu tragen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung besonders leicht umgerüstet werden. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang günstig, wenn eine Wechseleinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den ersten Gewichtskörper durch mindestens einen alternativen ersten Gewichtskörper zu ersetzen. Damit ist es auch möglich, unterschiedliche Objektive in Stellung zu bringen. Bevorzugt ist die Wechseleinrichtung dabei als Revolversystem mit einem Drehteller ausgebildet.A particularly favorable embodiment variant of the invention provides a first holding body, on which the indenter rests in the initial state, wherein the first holding body is in communication with a second holding body, which is intended to carry the first weight body. In this way, the device can be easily converted. In particular, it is beneficial in this context, when a change device is provided which is adapted to replace the first weight body by at least one alternative first weight body. This also makes it possible to bring different lenses in position. Preferably, the changing device is designed as a revolver system with a turntable.

Konstruktiv besonders günstig ist es, wenn der erste Gewichtskörper und gegebenenfalls weitere Gewichtskörper koaxial zum Eindringkörper ausgebildet sind. Von besonderem Vorteil hat es sich dabei herausgestellt, wenn erste Gewichtskörper und gegebenenfalls weitere Gewichtskörper ringförmig ausgebildet sind und eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die Sichtverbindung zwischen der optischen Erfassungseinrichtung und dem Eindringkörper besteht.It is particularly advantageous in terms of construction if the first weight body and possibly further weight bodies are formed coaxially with the indenter. Of particular advantage, it has been found, when first weight body and optionally further weight body are annular and have a central opening through the visual communication between the optical detection device and the indenter.

Eine weitere besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Eindringkörper samt Gewichtskörper, Kraftsensor und optischer Erfassungseinrichtung in einem Messkopf aufgenommen sind, der durch einen Vertikalverstellantrieb in Bezug auf das Werkstück vertikal bewegbar ist, und dass die Relativbewegung des Eindringkörpers in Bezug auf das Werkstück in vertikaler Richtung ausschließlich durch den Vertikalverstellantrieb erfolgt. Auf diese Weise kann eine besonders einfache und kostengünstige Lösung realisiert werden, da nur ein einziger Antrieb für eine Bewegung in vertikaler Richtung erforderlich ist. Darüber hinaus ist eine solche Lösung positiv in Hinblick auf die Erzielung der entsprechenden Genauigkeit.Another particularly favorable embodiment variant of the invention provides that the indenter together with the weight body, force sensor and optical detection device are accommodated in a measuring head, which is vertically movable by a Vertikalverstellantrieb with respect to the workpiece, and that the relative movement of the indenter with respect to the workpiece in the vertical direction exclusively by the Vertikalverstellantrieb. In this way, a particularly simple and inexpensive solution can be realized, since only a single drive for a movement in the vertical direction is required. In addition, such a solution is positive in terms of achieving the appropriate accuracy.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS. Show it:

1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer axonometrischen Darstellung; 1 the basic structure of a device according to the invention in an axonometric representation;

2 eine Vorderansicht eines Details von 1; 2 a front view of a detail of 1 ;

3 einen Schnitt nach Linie III-III in 2; und 3 a section along line III-III in 2 ; and

4 ein Detail von 3. 4 a detail of 3 ,

Die Vorrichtung von 1 besteht aus einer Grundplatte 1, von der eine Haltesäule 2 nach oben ragt. Die Haltesäule 2 besitzt eine Vertikalführung 3, auf der ein Schlitten 4 in vertikaler Richtung beweglich angeordnet ist. Diese vertikale Richtung wird üblicherweise als z-Richtung bezeichnet und ist durch den Doppelpfeil 5 gekennzeichnet. Am Schlitten 4 ist eine Horizontalführung 6 vorgesehen, auf der ein Messkopf 7 in einer ersten Horizontalrichtung beweglich angeordnet ist, die hier als y-Richtung bezeichnet wird und durch den weiteren Doppelpfeil 8 gekennzeichnet ist.The device of 1 consists of a base plate 1 from which a holding column 2 sticks up. The holding column 2 has a vertical guide 3 on a sled 4 is arranged movable in the vertical direction. This vertical direction is commonly referred to as the z direction and is indicated by the double arrow 5 characterized. At the sled 4 is a horizontal guide 6 provided on which a measuring head 7 is movably arranged in a first horizontal direction, which is referred to here as y-direction and by the further double arrow 8th is marked.

An der Grundplatte 1 ist weiters ein Haltetisch 9 angeordnet, derauf seiner Schlittenplatte 29 eine Werkstück-Haltevorrichtung 10 für das hier nicht dargestellte Werkstück trägt. Der Haltetisch 9 ist in einer zweiten Horizontalrichtung gegenüber der Grundplatte 1 beweglich, die als x-Achse bezeichnet wird und durch den Doppelpfeil 11 gekennzeichnet ist. Die Bewegungsbahn des Haltetisches 9 führt dabei seitlich, d. h. in y-Richtung, neben der Säule 2 vorbei, so dass die Säule 2 die Bewegung des Haltetisches 9 in x-Richtung (Doppelpfeil 11) nicht einschränkt.At the base plate 1 is also a holding table 9 arranged on his sled plate 29 a workpiece holding device 10 carries for the workpiece, not shown here. The holding table 9 is in a second horizontal direction with respect to the base plate 1 movable, which is called the x-axis and the double arrow 11 is marked. The trajectory of the holding table 9 leads to the side, ie in the y-direction, next to the column 2 over, leaving the pillar 2 the movement of the holding table 9 in the x direction (double arrow 11 ) does not restrict.

2 zeigt den Messkopf 7 in größerem Detail. Eine Wechseleinrichtung 12 in Form eines Drehtellers 13 ist dazu vorgesehen, verschiedene Eindringkörper und/oder Objektive zu halten. In den 2 und 3 ist ein erster Haltekörper 14 ersichtlich, in dem ein Eindringkörper 15 vertikal beweglich gehalten ist. An seiner Oberseite besitzt der Eindringkörper 15 eine Anschlagfläche 16, die mit einer Auflagefläche 18 eines ersten Gewichtskörpers 17 zusammenwirkt. In unbelastetem Zustand ist zwischen der Anschlagfläche 16 und der Auflagefläche 18 ein erstes Spiel s₁ vorgesehen. Der erste Gewichtskörper 17 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und besitzt eine zentrale Öffnung 19. Außerhalb des ersten Gewichtskörpers 17 und koaxial zu diesem ist ein weiterer Gewichtskörper 20 vorgesehen, der mit einem zweiten Spiel s₂ von diesem entfernt angeordnet ist. Sowohl der erste Gewichtskörper 17 als auch der weitere Gewichtskörper 20 werden in unbelastetem Zustand von einem zweiten Haltekörper 21 gehalten. An der Oberseite des ersten Gewichtskörpers 17 ist eine Betätigungsfläche 22a ausgebildet, auf der der Außenring zweier Wälzlager, von denen eines mit 22 hier nur angedeutet ist, über eine Abrollfläche 22b reibungsarm abrollt. Das Wälzlager 22 ist an einem Biegearm 23 befestigt, der einen Kraftsensor 24 trägt, um die Kraft zu bestimmen, die vom Eindringkörper 15 über den ersten und/oder den zweiten Gewichtskörper 17, 20 auf das Wälzlager 22 ausgeübt wird. Über ein hier nicht dargestelltes Gelenk ist dabei der vordere Teil des Biegearmes 23 mit dem Wälzlager 22 um die Achse 25 verdrehbar, um ein Verkanten des Eindringkörpers 15 um die Achse 25 zu vermeiden. 2 shows the measuring head 7 in greater detail. A change device 12 in the form of a turntable 13 is intended to hold different indenters and / or lenses. In the 2 and 3 is a first holding body 14 it can be seen in which an indenter 15 is held vertically movable. On its upper side has the indenter 15 a stop surface 16 that with a support surface 18 a first weight body 17 interacts. In unloaded condition is between the stop surface 16 and the bearing surface 18 a first game s ₁ provided. The first weight body 17 is substantially annular and has a central opening 19 , Outside the first weight body 17 and coaxial with this is another weight body 20 provided, which is arranged with a second game s ₂ away from this. Both the first weight body 17 as well as the further weight body 20 be in the unloaded state of a second holding body 21 held. At the top of the first weight body 17 is an actuating surface 22a formed on the outer ring of two rolling bearings, one of which with 22 only hinted at here, about a rolling surface 22b unwinds friction. The rolling bearing 22 is on a bending arm 23 attached, which is a force sensor 24 contributes to determine the force of the indenter 15 over the first and / or the second weight body 17 . 20 on the rolling bearing 22 is exercised. About a not shown here joint is the front part of the bending arm 23 with the rolling bearing 22 around the axis 25 rotatable to tilt the indenter 15 around the axis 25 to avoid.

Die optische Erfassungseinrichtung zur Beobachtung und Vermessung des Eindruckes am Werkstück ist allgemein mit 26 bezeichnet.The optical detection device for observation and measurement of the impression on the workpiece is generally with 26 designated.

In der Folge wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung näher erläutert.In the following, the operation of the present invention will be explained in more detail.

Zunächst wird das am Haltetisch 9 aufgespannte Werkstück durch Bewegung der Schlittenplatte 29 in Richtung des Doppelpfeils 11 und durch Bewegung des Messkopfes 7 über seine Horizontalführung 27 in Richtung des Doppelpfeils 8, d. h. in x- und y-Richtung so ausgerichtet, dass der Eindringkörper 15 oberhalb der gewünschten Messstelle positioniert ist. Dann wird der Messkopf 7 durch den Vertikalverstellantrieb 28 so weit abgesenkt, dass der Eindringkörper 15 mit seiner Spitze das Werkstück berührt. Nun sind unterschiedliche Fälle zu unterscheiden:

a) Die aufzubringende Prüfkraft entspricht dem Gewicht des Eindringkörpers 15 – In diesem Fall wird der Vertikalverstellantrieb gestoppt, sobald der Eindringkörper 15 am Werkstück sicher aufliegt, jedoch jedenfalls bevor die Anschlagfläche 16 die Auflagefläche 18 berührt. Danach schaltet der Vertikalverstellantrieb um und bewegt den Messkopf 7 nach oben. Durch Drehung des Drehtellers 13 wird ein passendes Objektiv an die Stelle des ersten Haltekörpers 14 gebracht und es wird durch entsprechende Vertikalbewegung das Bild an der optischen Erfassungseinrichtung 26 fokussiert. Der Eindruck am Werkstück kann somit beobachtet und vermessen werden.
b) Die aufzubringende Prüfkraft entspricht der Summe der Gewichte des Eindringkörpers 15 und des ersten Gewichtskörpers 17 – In diesem Fall wird – wie oben – die Vertikalbewegung nach unten durchgeführt, wobei jedoch die Bewegung so weit erfolgt, bis der erste Gewichtskörper 17 mit seiner Auflagefläche 18 sicher und vollständig auf der Anschlagfläche des Eindringkörpers 15 aufliegt, jedoch nicht so weit, dass das zweite Spiel s₂ vollständig aufgebraucht ist. Der weitere Messvorgang verläuft wie oben dargestellt.
c) Die Prüfkraft entspricht der Summe der Gewichte des Eindringkörpers 15 und der beiden Gewichtskörpers 17, 20 – In diesem Fall erfolgt die Bewegung in z-Richtung so weit, bis beide Gewichtskörper 17, 20 auf dem Eindringkörper 15 aufliegen. Ansonsten verläuft der Messvorgang wie oben ausgeführt.
d) Für größere Prüfkräfte erfolgt die Bewegung in z-Richtung so weit, bis ein Signal am Kraftsensor 24 anliegt – Dieses Signal wird als Regelungsgröße für den Vertikalverstellantrieb verwendet, der so geregelt wird, dass die gewünschte Prüfkraft am Werkstück vorliegt. Die am Kraftsensor 24 gemessene Kraft muss dabei die Differenz zwischen der gewünschten Prüfkraft und der Summe der Gewichtskräfte vom Eindringkörper und den Gewichtskörpern 17, 20 betragen.

First, this is the holding table 9 clamped workpiece by movement of the carriage plate 29 in the direction of the double arrow 11 and by movement of the measuring head 7 about his horizontal guidance 27 in the direction of the double arrow 8th , ie in the x and y directions aligned so that the indenter 15 is positioned above the desired measuring point. Then the measuring head 7 through the vertical adjustment drive 28 lowered so far that the indenter 15 touches the workpiece with its tip. Now different cases have to be distinguished:

a) The applied test force corresponds to the weight of the indenter 15 - In this case, the vertical adjustment is stopped as soon as the indenter 15 securely rests on the workpiece, but in any case before the stop surface 16 the bearing surface 18 touched. Then the vertical adjustment drive switches over and moves the measuring head 7 up. By turning the turntable 13 is a matching lens in place of the first holder body 14 brought and it is by appropriate vertical movement of the image on the optical detection device 26 focused. The impression on the workpiece can thus be observed and measured.
b) The test load to be applied corresponds to the sum of the weights of the indenter 15 and the first weight body 17 - In this case - as above - the vertical movement is performed downwards, but the movement takes place until the first weight body 17 with its support surface 18 safe and complete on the abutment surface of the indenter 15 but not so far that the second game s _{2 is} completely used up. The further measuring process proceeds as shown above.
c) The test load corresponds to the sum of the weights of the indenter 15 and the two weight body 17 . 20 - In this case, the movement in the z-direction takes place until both weight bodies 17 . 20 on the indenter 15 rest. Otherwise, the measuring process proceeds as described above.
d) For larger test forces, the movement in the z-direction takes place until a signal at the force sensor 24 applied - This signal is used as the control variable for the vertical adjustment drive, which is controlled in such a way that the desired test load is applied to the workpiece. The at the force sensor 24 measured force must be the difference between the desired test load and the sum of the weight forces from the indenter and the weight bodies 17 . 20 be.

Typischerweise können die verschiedenen Bauteile folgende Gewichte aufweisen: Eindringkörper 10 g Erster Gewichtskörper 17 15 g Zweiter Gewichtskörper 20 25 g Typically, the various components may have the following weights: penetrator 10 g First weight body 17 15 g Second weight body 20 25 g

Auf diese Weise ist es möglich, durch die entsprechenden Gewichtskörper Prüfkräfte von 10 g, 25 g und 50 g darzustellen. Für größere Prüfkräfte wie etwa 100 g, 500 g oder 1.000 g wird die am Kraftsensor 24 anliegende Kraft auf 50 g, 450 g bzw. 950 g geregelt.In this way it is possible to represent by the corresponding weight body test loads of 10 g, 25 g and 50 g. For larger test loads such as 100 g, 500 g or 1,000 g, the force sensor 24 applied power to 50 g, 450 g or 950 g regulated.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, bei kleiner Baugröße große Verstellbereiche zu realisieren.With the solution according to the invention, it is possible to realize large adjustment ranges with a small size.

Claims

Device for hardness testing of workpieces with a measuring head in which an indenter ( 15 ) is mounted vertically movably with a predetermined mass, and with an optical detection device ( 26 ) for the detection and evaluation of the indenter ( 15 ) caused impression in the workpiece, as well as with a holding table ( 9 ), which is movably mounted in the horizontal direction, characterized in that the measuring head ( 7 ) is movably mounted in a first horizontal direction and that the holding table ( 9 ) is movably mounted in a second horizontal direction.

Device according to claim 1, characterized in that the measuring head ( 7 ) is movably mounted in a first horizontal direction which is perpendicular to the second horizontal direction in which the holding table ( 9 ) is movably mounted.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring head ( 7 ) on a support column ( 2 ) and that the trajectory of the holding table ( 9 ) laterally over the support column ( 2 protrudes).

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a base plate ( 1 ) is provided, on which a support column projects upwards, at which support column ( 2 ) a vertical guide ( 3 ) is provided, on which a carriage ( 4 ) is movably arranged, and that on the carriage ( 4 ) a horizontal guide ( 6 ) is arranged, on which the measuring head ( 7 ) is movably arranged.

Device according to claim 4, characterized in that the carriage ( 4 ) protrudes laterally over the column.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the indenter ( 15 ) preferably via a bending arm ( 23 ) with a force sensor ( 24 ) is mechanically connected, which determines the Eindrückkraft on the workpiece.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the indenter ( 15 ) a stop surface ( 16 ), above which with a predetermined play a first weight body ( 17 ) is provided which a support surface ( 18 ), which with the stop surface ( 16 ) and that the force sensor ( 24 ) from the first weight body ( 17 ) or another weight body ( 20 ) is applied.

Apparatus according to claim 7, characterized in that at least one further weight body ( 20 ) provided with a predetermined play (s ₁ ) above the first weight body ( 17 ) is arranged.

Apparatus according to claim 8, characterized in that a plurality of weight bodies ( 17 . 20 ) are provided, each with game (s ₁ , s ₂ ) are arranged one above the other.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the force sensor ( 24 ) from the uppermost weight body ( 20 ) is applied.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the force sensor ( 24 ) via a sensor support section ( 22b ) is actuated in the unloaded state at a distance from an actuating surface ( 22a ) of a weight body ( 17 . 20 ) is arranged.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the sensor support section ( 22b ) by at least one rolling surface ( 22b ) is formed on the actuating surface ( 22a ) of a weight body ( 17 . 20 ) rolls off.

Apparatus according to claim 12, characterized in that the rolling surface ( 22b ) through the outer rings of two rolling bearings ( 22 ) is formed.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the sensor support portion of the force sensor ( 24 ) is articulated about a substantially horizontal axis.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that a first holding body ( 14 ) is provided, on which the indenter ( 15 ) rests in the initial state and that the first holding body ( 14 ) via a turntable ( 13 ) with a second holding body ( 21 ), which is intended to be the first weight body ( 17 ) to wear.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that a changing device ( 12 ) is provided, which is adapted to the first indenter ( 15 ) by at least one alternative first indenter to replace.

Apparatus according to claim 16, characterized in that the changing device ( 12 ) the turntable ( 13 ) having a plurality of first weight bodies ( 17 ) wearing.

Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the first weight body ( 17 ) and optionally further weight bodies ( 20 ) coaxial with the indenter ( 15 ) are formed.

Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the first weight body ( 17 ) and optionally further weight bodies ( 20 ) have a recess, through which a visual communication between the optical detection device and the workpiece is given to the observation of the impression in the workpiece by the optical detection device ( 26 ).

Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the indenter ( 15 ) including weight body ( 17 . 20 ), Force sensor ( 24 ) and optical detection device ( 26 ) in a measuring head ( 7 ), which is vertically movable by a Vertikalverstellantrieb with respect to the workpiece, and that the relative movement of the indenter ( 15 ) with respect to the workpiece in the vertical direction exclusively by the Vertikalverstellantrieb.

Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that the relative movement of the indenter ( 15 ) with respect to the workpiece in the first horizontal direction solely by the movement of the measuring head ( 7 ) he follows.

Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that the force sensor ( 24 ) is designed as a bending beam.