DE20207836U1 - Hardness Tester - Google Patents
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Description
Die vorliegende Neuerung betrifft ein Härteprüfgerät zur Prüfung von metallischen Werkstücken wie insbesondere nach Vickers, Brinell und Rockwell, aber auch nach (Knoop, Martens).The present innovation concerns a hardness testing device for testing metallic workpieces, in particular according to Vickers, Brinell and Rockwell, but also according to (Knoop, Martens).
Härteprüfgeräte verwenden nach dem Stand der Technik Eindringkörper (Kugel, Diamantspitze) mit Hebelwerken oder Spindeln oder Kombinationen aus beiden um den Eindringkörper mit definierter Kraft in den Prüfkörper zu drücken. Gemessen wird dabei z. B. die Kraft, der zurückgelegte Weg und die Fläche des Eindrucks. State-of-the-art hardness testers use indenters (balls, diamond tips) with levers or spindles or combinations of both to press the indenter into the test specimen with a defined force. The force, the distance traveled and the area of the indentation are measured.
An die Messungen werden sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt, d. h. u. a. dass die optische Vermessung genau in der Achse der Belastungseinleitung erfolgen muss.Very high accuracy requirements are placed on the measurements, i.e., among other things, the optical measurement must be carried out exactly in the axis of the load introduction.
Die Kraftmessung mit Hilfe von Kraftmessdosen und die Messung des zurückgelegten Weges verursachen keine Probleme, bei der optischen Vermessung stört jedoch die koaxiale Spindel, sie braucht eine Umführung um den optischen Kanal freizuhalten, was jedoch die Knicklänge der Belastungseinrichtung verlängert. Hebelwerke weisen eine indirekte Krafteinleitung mit veränderter Wirkungslinie auf, beides beeinträchtigt deutlich die PrüfgenauigkeitThe force measurement using load cells and the measurement of the distance travelled do not cause any problems, but the coaxial spindle is a problem with optical measurement; it requires a bypass to keep the optical channel free, which, however, increases the buckling length of the loading device. Lever mechanisms have an indirect force introduction with a changed line of action, both of which significantly affect the test accuracy.
Da entsprechend dem Eindruck im Prüfkörper unterschiedliche Vergrößerungen erforderlich sind, sind auch die verwendeten Objektive auszuwechseln, wobei die Auflösung z. B. für die Länge der Diagonalen (Vickers) von d < 0,04 mm 0,0002 mm beträgt und die Abweichung maximal 0,0004 mm betragen darf.Since different magnifications are required depending on the impression in the test specimen, the lenses used must also be exchanged, whereby the resolution, for example, for the length of the diagonal (Vickers) of d < 0.04 mm is 0.0002 mm and the deviation may not exceed 0.0004 mm.
Dass heißt, es kommen beim Prüfverfahren mehrere Objektive zum Einsatz, die jeweils genau zentral ausgerichtet sein müssen, so dass auch hier eine Fehlerquelle liegt.This means that several lenses are used in the testing procedure, each of which must be precisely centrally aligned, so this is also a source of error.
Außerdem treten dabei Zwischenbereiche auf, die ebenfalls zu Meßungenauigkeiten führen. Der Einsatz digitaler Kameras erfordert eine sehr feinstufige Vergrößerungsanpassung, die Diagonallänge müsste mindestens 200 Pixel betragen, dies ist mit den herkömmlichen Wechselobjektiven nicht zu erreichen.In addition, intermediate areas occur, which also lead to measurement inaccuracies. The use of digital cameras requires very finely adjusted magnification; the diagonal length would have to be at least 200 pixels, which cannot be achieved with conventional interchangeable lenses.
Die vorliegende Neuerung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Handhabung und die Messgenauigkeit derartiger Härteprüfgeräte zu verbessern und insbesondere auch die Verwendung von CCD-Kameras zur Auswertung der Messergebnisse für einen erweiterten Einsatzbereich zu ermöglichen, d. h. auch in den mit Normalobjektiven nicht erfassbaren GrenzbereichenThe aim of this innovation is therefore to improve the handling and measurement accuracy of such hardness testers and, in particular, to enable the use of CCD cameras to evaluate the measurement results for an expanded range of applications, i.e. also in the border areas that cannot be detected with normal lenses.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Härteprüfgerät mit optischer Messeinrichtung und Spindeltrieb zur Absenkung des auf den zu messenden Prüfkörper einwirkenden Eindringkörpers, bei welchem erfindungsgemäß der Spindeltrieb zwei voneinander beabstandete Spindeln aufweist denen jeweils Stützsäulen zugeordnet sind, die über obere und untere Brücken miteinander verbunden sind, wobei in der Belastungsachse für den Eindringkörper ein Zoomobjektiv angeordnet ist, sich in der Belastungsachse eine Kraftmesszelle befindet und der Eindringkörper mit seiner Halterung aus der optischen Achse des Zoomobjektivs schwenkbar ist.This problem is solved with a hardness tester with an optical measuring device and spindle drive for lowering the indenter acting on the test specimen to be measured, in which according to the invention the spindle drive has two spaced-apart spindles, each of which is assigned support columns that are connected to one another via upper and lower bridges, wherein a zoom lens is arranged in the loading axis for the indenter, a force measuring cell is located in the loading axis and the indenter with its holder can be pivoted out of the optical axis of the zoom lens.
Die Messung erfolgt wie im Stand der Technik zunächst dadurch, dass der Prüfkörper auf eine Unterlage gebracht und zum Eindringkörper z. B. über eine Spindel hochgefahren wird.As in the state of the art, the measurement is first carried out by placing the test specimen on a base and then moving it up to the indenter, e.g. via a spindle.
Der Eindringkörper (Diamantspitze oder Stahlkugel) wird mit der vorgegebenen Kraft in das Metall eingedrückt, wobei über den Fühler der Weg erfasst wird. Danach wird der Eindringkörper mit seiner Halterung aus dem Strahlengang des Zoomobjektivs weggeschwenkt, das Objektiv (auf die Oberkante des Eindrucks) scharfgestellt und an der Mattscheibe am Gerät oder digital mit einer CCD-Kamera oder Eindruck ausgemessen.The indenter (diamond tip or steel ball) is pressed into the metal with the specified force, and the path is recorded by the sensor. The indenter and its holder are then swiveled away from the beam path of the zoom lens, the lens is focused (on the upper edge of the impression) and measured on the ground glass on the device or digitally with a CCD camera or impression.
Die Doppelspindelverfahrung gewährleistet dabei eine optimierte Abstützung durch relativ kurze Höhen und breite Stützweite in der Anordnung der Spindeln und Führungen.The double spindle movement ensures optimized support through relatively short heights and wide support widths in the arrangement of the spindles and guides.
Dieser Aufbau bewirkt eine besondere Steifigkeit und vermindert den Knickeffekt maximal.This structure provides particular rigidity and minimizes the buckling effect.
Gleichzeitig führt der Aufbau zu einer direkten Krafteinleitung im Zentrum der Belastungsachse bei gleichbleibender Wirkungslinie während des Versuches. Die Kraftmessung erfolgt, ebenso wie der Krafteintrag direkt im Zentrum der Belastungsachse mit einer Kraftmesszelle.At the same time, the structure leads to a direct introduction of force in the center of the load axis with a constant line of action during the test. The force measurement, as well as the force input, takes place directly in the center of the load axis with a load cell.
Durch die ideale konzentrische Anordnung der Belastungsachse und der Achse der optischen Messeinrichtung, wird es möglich, ohne Strahlenumlenkung (z. B. Spiegel oder Prismen) die je nach Prüfmethode erforderlichen optischen Systeme einzubauen. Damit wird in der Summe eine optimale Realisierung des Abbeschen Komparatorprinzips erreicht.The ideal concentric arrangement of the load axis and the axis of the optical measuring device makes it possible to install the optical systems required for the test method without beam deflection (e.g. mirrors or prisms). This results in an optimal implementation of the Abbe comparator principle.
Weiterhin wird durch diesen Aufbau eine achsnahe Tiefenmessung auf Verbindungslinie der Antriebsspindeln ermöglicht. Dieses Prinzip stellt, bei allen Härteprüfverfahren die auf der Tiefenmessung beruhen wie z. B. Rockwell, eine besonders hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse sicher.This design also enables depth measurement close to the axis on the connecting line of the drive spindles. This principle ensures a particularly high level of reproducibility of the test results for all hardness testing methods that are based on depth measurement, such as Rockwell.
Die Anordnung des Eindringtiefenmessfühlers ist unproblematisch, da lediglich der Weg der Antriebsspindeln bzw. der mit diesen verbundenen Brücken, z. B. an den Stützsäulen festgestellt zu werden braucht.The arrangement of the penetration depth sensor is unproblematic, since only the path of the drive spindles or the bridges connected to them, e.g. on the support columns, needs to be determined.
Mit besonderem Vorteil lassen sich neuerungsgemäß Digitalkameras zur Erfassung und Auswertung, z. B. über einen angeschlossenen Rechner einsetzen, um direkt digitalisierte Ergebnisse zu erhalten. Dies ist erstmals und umfassend möglich, da innerhalb des Brennweitenbereiches jede beliebige Abmessung scharf gestellt werden kann, hierzu dient bevorzugt ein motorgetriebenes Zoomobjektiv mit vorzugsweise automatischer Scharfeinstellung, wie dies aus der Kameratechnik bekannt ist.It is particularly advantageous to use digital cameras for recording and evaluation, e.g. via a connected computer, in order to obtain directly digitized results. This is possible for the first time and in a comprehensive manner, since any dimension within the focal length range can be focused. A motor-driven zoom lens with preferably automatic focusing, as is known from camera technology, is preferably used for this purpose.
Das Zoomobjektiv ermöglicht, einen Vergrößerungsbereich von z. B. 1:7 stufenlos, d. h. mit beliebig feiner Stufung innerhalb des gegebenen Vergrößerungsbereiches, mit nur einem Standardobjektiv zu nutzen. Bei Bedarf kann durch den Einsatz weiterer Standardobjektive der Vergrößerungsbereich nach oben bzw. unten erweitert werden. Die Kalibrierung der Vergrößerungsstufen kann beliebig erfolgen. The zoom lens enables a magnification range of 1:7, for example, to be used continuously, i.e. with any fine increments within the given magnification range, with just one standard lens. If required, the magnification range can be extended upwards or downwards by using additional standard lenses. The magnification levels can be calibrated as required.
Durch diesen Aufbau kann, sowohl mit analogen Meßsystemen als auch mit einer CCD-Kamera, die bestmögliche Ausnutzung des vorhandenen Auflösungsvermögens durch Anpassung der Bildgröße auf den Darstellungsbereich erfolgen. Bei einer CCD-Kameraauswertung wird sichergestellt das der auszuwertende Härteprüfeindruck immer mindestens 200 Pixel groß ist. Somit wird die in den Normen geforderte Messgenauigkeit exakt eingehalten.This design allows the best possible use of the available resolution by adjusting the image size to the display area, both with analogue measuring systems and with a CCD camera. With a CCD camera evaluation, it is ensured that the hardness test impression to be evaluated is always at least 200 pixels in size. This means that the measurement accuracy required by the standards is precisely maintained.
Anhand der beiliegenden Figuren wird die Neuerung näher erläutert. Dabei zeigen: The new feature is explained in more detail using the attached figures. They show:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines neuerungsgemäßen Härteprüfgerätes und Figure 1 is a schematic side view of a hardness tester according to the innovation and
Figur 2 eine Draufsicht. Figure 2 is a top view.
In Figur 1 ist die erfinderische Anordnung mit dem zentralen Zoomobjektiv 9 dargestellt. Figure 1 shows the inventive arrangement with the central zoom lens 9.
Seitlich von diesem sind die Spindeln 1, 2 und die Stützsäulen 3, 4 angedeutet, die über eine obere Brücke 5 und eine unter Brücke 6 miteinander verbunden sind.To the side of this, the spindles 1, 2 and the support columns 3, 4 are indicated, which are connected to each other via an upper bridge 5 and a lower bridge 6.
Unterhalb der unteren Brücke 6 befindet sich die Kraftmessdose 10 und an dieser der Eindringkörper 8 in einer schwenkbaren Halterung 11. Unterhalb des Eindringkörpers 8 liegt der zu prüfende Gegenstand (nicht dargestellt), wobei zwischen diesem und den Brücken 5, 6 ein Kraftschluss besteht, so dass der Eindringkörper 8 in das Prüfstück beim Betätigen der Spindeln 1, 2 einzudringen vermag.Below the lower bridge 6 there is the load cell 10 and on this the indenter 8 in a pivotable holder 11. Below the indenter 8 there is the object to be tested (not shown), with a force connection between this and the bridges 5, 6 so that the indenter 8 can penetrate into the test piece when the spindles 1, 2 are actuated.
Die Brücken 5, 6 weisen entsprechende mittige Öffnungen für das Zoomobjektiv 9 auf bzw. umgreifen dieses.The bridges 5, 6 have corresponding central openings for the zoom lens 9 or surround it.
Die Einheit von Halterung 11 und Eindringkörper 8 wird nach der Erzeugung des Eindrucks im Prüfkörper von der unteren Brücke 6 weggeschwenkt und gleichzeitig das Zoomobjektiv eingeschwenkt, wobei die optische Achse genau mit der Belastungsachse zusammenfällt.After the impression has been made in the test specimen, the unit of holder 11 and indenter 8 is pivoted away from the lower bridge 6 and at the same time the zoom lens is pivoted in, whereby the optical axis coincides exactly with the load axis.
Danach stellt das Zoomobjektiv motorisch scharf und bildet den Eindruck auf einer Mattscheibe ab oder leitet das Bild einer Digitalkamera mit Auswertungseinheit zu.The zoom lens then focuses using a motor and projects the impression onto a focusing screen or sends the image to a digital camera with an evaluation unit.
Die Spindeln 1, 2 ebenso wie die Stützsäulen 3, 4 als auch die Brücken 5, 6 sind so ausgelegt, dass in ihnen nur eine vernachlässigbare Verformung unter Prüflast geschieht, wobei dafür zu sorgen ist, dass die Spindeln 1, 2 die Brücken 5, 6 sehr gleichmäßig absenken, so dass die Lastachse 7 mit der Vertikalachse des Eindringkörpers 8 genau zusammenfällt.The spindles 1, 2 as well as the support columns 3, 4 and the bridges 5, 6 are designed in such a way that only a negligible deformation occurs in them under test load, whereby it must be ensured that the spindles 1, 2 lower the bridges 5, 6 very evenly so that the load axis 7 coincides exactly with the vertical axis of the indenter 8.
Figur 2 zeigt die vorzugsweise diagonale Anordnung der Spindeln 12 (Kugelumlaufspindeln) und der Stützsäulen 3, 4, die die Brücken 5, 6 führen, d. h. dafür sorgen, dass die obere Brücke 5 genau parallel zur unteren Brücke 6 abgesenkt werden kann. Figure 2 shows the preferably diagonal arrangement of the spindles 12 (ball screws) and the support columns 3, 4, which guide the bridges 5, 6, ie ensure that the upper bridge 5 can be lowered exactly parallel to the lower bridge 6.
Die hier gezeigte äquidistante Ausführung ist bevorzugt aber nicht zwingend.The equidistant design shown here is preferred but not mandatory.
Ebenso ist die gezeigte Anordnung von Spindeln, Stützsäulen und Brücken rein mechanisch funktionell zu verstehen und kann durch gleichwirkende Mittel ersetzt werden, d. h. die Stützsäulen können durch einen das Zoomobjektiv 9 umgehenden Zylinder ersetzt werden, wobei in diesem ein Ringkolben abgesenkt wird, der den Eindringkörper bzw. dessen Halterung und die Messdose trägt.Likewise, the arrangement of spindles, support columns and bridges shown is to be understood as purely mechanically functional and can be replaced by means having the same effect, i.e. the support columns can be replaced by a cylinder surrounding the zoom lens 9, in which an annular piston is lowered which carries the indenter or its holder and the load cell.
Claims (5)
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2003
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Also Published As
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Legal Events
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| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |