DE2210340A1

DE2210340A1 - Mikrohärteprüfer

Info

Publication number: DE2210340A1
Application number: DE19722210340
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Current assignee: Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1972-09-21
Also published as: NL7202830A; DE2210340B2; US3739630A; BE779743A; CH551003A; IT949210B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ilikrohärteprüfer zur Besti::;men der HV'rte einer Probe unter Erzeugung eines Eindrucks darin mittels einer r:.±t einer Kraft P aufgedrückten ν ^: <■ ^v-rf lächi jen Diamant-Pj-ranide und Berechnung der zu bestinkenden H"rte H nach der Porr.iel H = K . -4» , in der d die

^l'-'.M^e des in der Probe erzeugten Sindrucks und Il eine Konstante bedeuten, mit einem gleitend verschiebbaren ■rr"-'.;;er für die Diamant-Pyramide, einer Ilanövriereinrichtung Z' :i Aufpr-'^en einer eJnsfcellbaxen Kraft auf den Trllger für d:!.e D;¹ ?.:-.ant-?yrar.iide, einer Beobachtungsoptilc zum Beobachten ceε in der Probe erzeugten Eindrucks und einer I.e3einrichtung zur-· I-.essen der Diatonall^v"nge des Eindrucks durch lineare Verschiebung eines Fadenkreuzes.

; it der Erfindung soli ein IJii:rohärteprüfer geschaffen v;crden, der dio Bestimmung der -;ntersuehten HUrte in einer au.tor;:?tischen Rechnung so^T-j:'e die Anzeige wad das Ausdruckten Gen ^rgebnifiKes dieser ?.e<-:hrrang ermöglicht.

;lü-C, 1/19)-DfP 'j)

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iAD ORIGINAL

Die Bestimmung der H-Vrte einer Me.'jprobe geschieht heute :;;it einen; sogenannten Mikrohärteprüfer, in_dem in der zu untersuchenden Frobe mit Hilfe einer vierflächigen Dianant-I-yr.T.viide ein Eindruck erzeugt wird,, v/ob ei auf die Probe eine bestimmte Bs lastung P wirkt. Mit Hilfe einer Mikrorneteranordnung v/ird dann die Diagonallänge des erzeugten Einc.rucks best.i r.:H:t. Entsprechend der For;n der für die Erzeugung des Eindrucks verv/enaeten Diamant-Pyramide Iä3t sich die Π arte H entv/eder nach der Skala von Vickers durch die Porrr.el H = 185^, ^ . -^o oder nach der Skala von Knoop durch die For::el H = 14229 . -I^ ausdrücken; in beiden Formeln ist die Belastung P in Gram-:: einzusetzen, während die Länge d für die Diagonale des erzeugten Eindrucks in Mikron anzugeben ist.

Die bisher üblichen Härteprüfer ermöglichen eine getrennte Messung der über die Diimant-Pyramide auf die Probe wirkenden Belastung P und der Diagonallänge d für den erzeugten Eindruck. Die zu bestimmende Härte v/ird dann unter Verwendung von Tabellen ermittelt, die im allgemeinen mit dem Härteprüfer mitgeliefert werden und die verschiedenen Werte für die Härte H als Funktion der beiden Variablen P und d angeben.

Bei den Geräten dieser Art wird der Zyklus für die Herstellung des Eindrucks in der Probe häufig bereits automatisiert, so daß ein menschlicher Fehlerfaktor bei dem mechanischen Vorgang der Eindruckerzeugung ausgeschaltet ist. Die Bestimmung der tatsächlich aufgebrachten Belastung und vor allem die Messung der Diagonallänge bleiben jedoch Maßnahmen, die einer interpretierenden Ablesung unterliegen, was je nach dem jeweiligen Bedienungsmann zu geringfügig abweichenden Keßergebnissen führen kann.

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BAD ORIGINAL

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen \'.i :roli"rteprüfer zu schaffen, der eine automatische Entnahme der verschiedenen Vierte für die BeIe stun.? P und die Diagon~ll"nge d und anhand dieser Werte die vollkommen automatische Bestimmung der gesuchten Härte ohne die Einschaltung einer subjektiven Interpretation für eine Ablesung auf einer Skala oder einer Tffei ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfinoungsgcr/'S dadurch gelöst,, daß r.it der Meßeinrichtung zum Messen der Diagonallänge des Eindrucks ein erster Spannungsgenerator verbunden ist, der eine de-i Quadrat der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes umgekehrt proportionale Spannung abgibt und eine Rückstelleinrichtung auf Null für eine einstellbare Ausgangslage für das Fadenkreuz aufweist, und da3 dieser erste Spannungsgenerator :;-iit einen zweiten Spannungsgenerator, der eine der auf die Diamant-Pyramide wirkenden Kraft proportionale Spannung abgibt, unter Bildung des analogen Produkts der Generatorausgangsspannungen ein Voltrr.eter für die Messung des Produkts dieser beiden Spannungen tr.it einer in Härtezahlen geteilten Skala speist.

Ger.^vß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die sich auf einen Mikrohärteprüfer bezieht, bei dem die Verschiebung des Fadenkreuzes für die Beobachtung des Eindrucks durch e:ne Scheibe steuerbar ist, deren Winke!drehung der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes proportional ist, besteht der erste Spannungsgenerator aus einer Spannungsquelle, die ein der Gesetzmäiigkeit a = ^5— unterworfenes und von 1~t Scheibe mit konstanten Drehverhältnis mitgenommenes Potentiometer mit einer stabilisierten Spannung speist, und aus

ten einer; Verstärker für die Verstärkung der Portiometerausgangsspannurg

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Gemäß einer zweiten AuefUhrungsform, deren Hauptziel in der Gewinnung einer dem Quadrat der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes umgekehrt proportionalen Spannung ohne die Notwendigkeit eines Potentiometers mit einer Gesetzmäßigkeit a = -—— , sondern unter Verwendung von üblichen linearen Gesetzmäßigkeiten folgenden und eine mit steigender Größe des Wertes χ steigende Genauigkeit liefernden Einrichtungen liegt, besteht der eine dem Quadrat der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes umgekehrt proportionale Spannung abgebende erste Spannungsgenerator aus einer Spannungsquelle, die zwei von der Steuereinrichtung für die Verschiebung des Fadenkreuzes gleichzeitig und mit konstantem Drehverhältnis mitgenommene lineare Potentiometer mit einer stabilisierten Spannung speist, von denen jedes mit den Eingang eines Rechenverstärkers verbunden ist, wobei die beiden Schaltungen aus Potentiometer und Verstärker in Serie liegen.

Weiterhin hat die Erfindung zum Ziel, die Messung von Diagonalen der Eindrucke zu ermöglichen, deren Länge die einem normalen Umlauf der Steuerscheibe für die Verschiebung des Fadenkreuzes entsprechende Länge übersteigt.

Bei einer weiteren, der Erreichung dieses Zieles dienenden Ausführungsforn. der Erfindung ist zwischen jedes Potentiometer und seinen zugehörigen Verstärker je ein fester zusätzlicher Widerstand eingefügt und sind die Klemmen jedes dieser beiden Widerstände mit je einem Kurzschlußschalter verbunden, die beide mit einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung gekoppelt . sind.

Außerdem zielt die Erfindung darauf ab, die Genauigkeit und die Geschwindigkeit für die Kessung dadurch zu steigern, daß die Notwendigkeit einer Rückstellung auf den Wert Null von

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Hand eliminiert wird. Zur Erreichung dieses Zieles ist unter Verwendung eines Mikrohärteprüfers, dessen erster Spannungsgenerator ein mit der Meßeinrichtung für die Diagonallänge des Eindruckes gekoppeltes und sich in einem Gehäuse verschiebendes bewegliches Bauelement aufweist, erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Gehäuse mit einer Einstelleinrichtung zu seinem Einstellen relativ zum Rahmen des Kikrohärteprüfers versehen ist und daß die ursprüngliche Lage des beweglichen Bauelements relativ zum Gehäuse durch einen Anschlag verkörpert ist.

Nachstehend wird die Erfindung in allen ihren Einzelheiten unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 eine schematisch gehaltene Darstellung eines Härtemessers mit einer eingebauten Einrichtung zum optischen Beobachten des in der Probe erzielten Eindrucks;

Fig.2 ein Blockschaltbild für die Funktionsweise der automatischen Meßkette für die Härtemessung;

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für ein Ausführungsbeispiel für die beiden Spannungsgeneratoren unter Verwendung von Zugspannungsmessern für den zweiten Spannungsgenerator;

Fig. 4 ein entsprechendes Schaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Vervrendung eines Kontaktpotentiometers für den zweiten Spannungsgenerator;

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Fig. 5 eine perspektivisch gehaltene Gesamtansicht eines Ilikrohärteprüfers;

Fig. β ein Funktionsschema für eine der Darstellung in Fig. 2 vergleichbare automatische Keßkette für die Härtemessung, die jedoch zwei lineare Potentiometer enthalt;

Fig. 7 in Fig. 4 vergleichbarer Darstellung ein Schaltschema für ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Kontaktpotentiometers für den zweiten Spannungsgenerator;

Fig. 8 eine Projektion des Eindrucks in die Ebene des Fadenkreuzes sowie die entsprechenden Stellungen der geteilten Scheibe für den Fall der Messung eines Eindrucks, dessen Diagonallänge die einem normalen Umlauf der Scheibe entsprechende Länge übersteigt;

Fig. 9 ^ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Schaltung, die sich zum Messen einer solchen die einem normalen Umlauf der Scheibe entsprechende Länge übersteigenden Diagonallänge eignet, und

Fig.10 eine vereinfachte Darstellung für die Einrichtung zum automatischen Rückstellen auf den Wert Null.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Mikroharteprüfer besitzt einen Schieber 1, der durch Hollen 2 geführt int und so eine Translationsbewegung in seiner Längsrichtung ausführen kann. An seinem einen Ende tr'igt der Schieber 1 eine Diamant-Pyramide Eine Bewegung der Diamant-Pyramide ^ bis zur Anlage an einer Probe 4 läßt sich in einem automatischen Zyklus durch die Drehung eines Nockens β erreichen, auf den sich ein Hebel 7 abstützt, der an einen Ende an einem Festpunkt 8 angelenkt ist. Der Hebel 7 stützt sich außerdem über eine Schneide 9 an einem

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Balken 10 ab, der an einer, seiner Enden durch ein Gewicht belegtet ist und an seine«: anderen Ende an einer Schneide anliest, d^e ihrerseits fest mit dem Schieber 1 verbunden ist. Die Zeichnung läßt erkennen, daß sich dann, wenn der Nocken 6 den Hebel soweit engehoben hat, da3 die Diamant-Fyranide J nit der Probe k in Berührung kommt, die Kraft für das Eindringen der Spitze der Diamant-Pyramide ~$ in die Probe 4 aus dem Gewicht 11 bekannter Masse ergibt, das gegebenenfalls mit einem Faktor zu multiplizieren ist, der sich aus dem Hebelarmverhältnis für den Balken 10 errechnen

Sobald dann der Schieber 1 und die Diamant-Pyramide 3 wieder in ihre in der Zeichnung dargestellte Ruhelage zurückgeführt sind, läßt sich der durch die Diamant-Pyramide 5 in der Probe k erzeugte Eindruck durch ein übliches System von Linsen 15 hindurch nit Hilfe eines Spiegels 17 und eines Okulars Io beobachten. Dabei wird der Eindruck von einer Lichtquelle 18 her über einen teildurchlässigen Spiegel beleuchtet.

Die Ausmessung der Diagonallänge des Eindrucks erfolgt durch Vermessung seines Bildes in der Objektebene des Okulars durch ParalIe!verschiebung eines eingravierten Fadenkreuzes 20, wobei diese Verschiebung durch die Verdrehung eines eingravierten Teilkreises 21 bewirkt wird, die mit einer der Linearverschiebung des Fadenkreuzes 20 proportionalen Winkeldrehung vorgenommen wird.

Bei den bisher bekannten Mikrohärteprüfern erfolgt die Ausmessung der Diagonale des erzielten Eindrucks durch optische Einstellung des Fadenkreuzes 20 auf jedes der Enden des Bildes

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für den Eindruck, und die Messung ergibt sich aus der Ablesung der entsprechenden Drehung am Teilkreis 21. Die für die Erzeugung des Eindrucks angelegte Belastung ist aus der bekannten Masse des Gewichts 11 errechenbar, das auf das eine Ende des Balkens 10 wirkt.

Hie Fig. 2 zeigt, ist bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Mikrohärteprüfer der Teilkreis 21, der die Verschiebung des Fadenkreuzes 20 steuert, über einen Übertragungsmechanismus 22 mit positiver Bewegungsübertragung mit einem drehbaren Potentiometer 24 gekoppelt. Das Potentiometer 24 gehorcht einem Gesetz a = -^- , seine Ausgangsspannung variiert also umgekehrt proportional zürn Quadrat seiner WinkelverSchiebung.

Das Potentiometer 24 wird aus einem Generator 25 mit einer stabilisierten Spannung gespeist, und die am Schleifer des Potentiometers 24 abgenommene Ausgangsspannung wird in einem Verstärker 27 verstärkt.

Das Potentiometer 24 und ein Generator JO sind so zur Bildung des analogen Produktes zusammengeschaltet, daß die am Ausgang des Generators 3>0 auftretende Spannung das Produkt aus den in diesen beiden Schaltungsteilen erzeugten Spannungen darstellt.

Diese Ausgangs spannung wird in einem Verstärker J>1 verstärkt und einem Digitalvoltmeter 32 zugeführt.

Diese Darstellung zeigt, daß dann, wenn das Potentiometer unter Drehung in seinem Gehäuse 26 mittels eines Knopfes J4 nach der Einstellung des Fadenkreuzes 20 auf das eine Ende

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des Eindrucks in der Probe 4 auf den Wert Null gestellt wird, die am Schleifer des Potentiometers 24 nach Einstellung des Fadenkreuzes 20 auf das andere Ende der Diagonale des Eindrucks auftretende Spannung proportioal ist zum Kehrwert des Quadrats der Diagonallänge d des Eindrucks. Der Generator ist ein linearer Generator, er erzeugt also eine der Belastung durch das Gewicht 11 proportionale Spannung. Bei dieser Ausgangslage ist die sich am Ausgang des Verstärkers einstellende Spannung zum einen proportional zu der Belastung durch das Gewicht 11 und zum anderen umgekehrt proportional zum Quadrat aus der Diagonale d des Eindrucks in der Probe Die durch das Digitalvoltmeter 32 angezeigte Spannung ist daher bis auf einen nahezu konstanten Koeffizienten der Meßwert für die gesuchte H''rte, und daher kann die Skala des Digitalvoltnieters 32 unmittelbar in Härtezahlen geteilt werden. In der Praxis besitzt das Digitalvoltmeter 32 zwei mit Hilfe eines Umschalters 35 auswählbare Empfindlichkeitsbereiche, die den beiden Härteskalen nach Vickers und Knoop entsprechen. Das Bigitalvoltmeter 32 wird schließlich noch durch eine ausdruckende Registriereinrichtung 3β ergänzt.

In Fig.3 ist eine besondere Ausführungsform für einzelne Teile der oben beschriebenen Meßkette dargestellt. In Fig. dient als Generator 25 für die Erzeugung einer stabilisierten Spannung eine einfache Batterie, während der Generator 30 aus vier Zugspannungsmessern besteht, die zu einer Wheatstone'sehen Brücke zusammengeschaltet sind. Diese Zugspannungsmesser sind gemeinsam auf einen Stab aufgeklebt, über den die das Gewicht 11 tragende Platte am Balken 10 aufgehängt ist.

In Fig.4 ist eine AusführungsVariante für den Generator

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veranschaulicht. Bei dieser zweiten Ausführungsform besteht der zweite Generator 30 einfach aus einem Kontaktpotentiometer, das mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 27 gespeist wird. Jeder Kontakt des Potentiometers entspricht dabei einem Gewicht aus einer Serie von zur Belastung desjBalkens 10 dienenden Gewichten in der Weise, daß der Spannungsabfall am Potentiometer proportional ist zu dem Gewicht, dem die Markierung des jeweiligen Kontaktes entspricht.

Die Darstellung in Fig.5 zeigt in vereinfachter Weise das Äußere eines erfindungsgemäß ausgebildeten MikrohärteprUfers und läßt alle bekannten Elemente eines Mikrohärteprüfers bekannter Bauart erkennen. So wird die Probe 4, deren Härte gemessen werden soll, durch einen Halter 4l auf einer Platte festgehalten. Das Okular ΐδ für die Beobachtung ist in eine gerändelte Fassung 42 eingebaut, die als Steuerorgan für die Drehung des Teilkreises 21 und gleichzeitig zur Linearverschiebung des Fadenkreuzes 20 dient. Im Innern des dargestellten Gerätes übertragen Zahnräderpaare 44 und 45 die Drehbewegung vom Teilkreis 21 auf das Potentiometer 24. Der Knopf 34 ermöglicht eine Verdrehung des Gehäuses für das Potentiometer 24 gegenüber diesem zur Einstellung von dessen Ausgangsspannung und damit der Anzeige am Digitalvoltmeter auf den Wert Null anschließend an die erste Einstellung des Fadenkreuzes 20 auf das eine Ende der Diagonale des Eindrucks in der Probe 4.

Das dargestellte GerLit ist mit einem Generator 30 in der Bauart mit vier Zugspannungsnessern ausgerüstet, die zwischen dem Balken 10 und der durch das Gewicht 11 belasteten Platte angeordnet sind. Die elektrische Verbindung zwischen der Brücke aus den vier Zugspannungsmessern mit den übrigen Teilen des Geräts erfolgt über ein Kabel 36. Das endgültige Meßsignal wird dem Digitalvoltmeter 32 über ein Kabel 37 zugeführt.

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FiIr das automatische Arbeiten eines solchen Gerätes genügt es daher, am Anfang den Umschalter 35 in. die der Art der verwendeten Diamant-Pyramide 3 an Schieber 1 entsprechende Stellung zu bringen und sodann den Eindruck in der Probe "■"■"".t Hilfe dieser Diamant-Pyramide 3 zu erzeugen. Anschließend rird das Fadenkreuz 20 au? df·.ε eine Ende der Diagonale des erzeugten Eindrucks optisch eingestellt und mit Hilfe des Knopfes 3^ das Digitalvoltrr.eter 32 auf eine Anzeige Null gebracht. IJach der zvreiten Einstellung des Fadenkreuzes 20 r.uf aas andere Ende der Diagonale des Eindrucks in der Probe wird d<vr Wert für die gesuchte Härte dann ar. Digitalvoltnieter MJtonatisch angezeigt, ohne daß irgendwelche neuerliche Rechnungen vorgenommen werden müßten.

Ist das Gerät mit einen Kontaktpotent3 orneter ausgestattet, so genügt es offensichtlich, wenn vor der Verstellung des Fadenkreuzes 20 dieses IZontaktpotentiometer auf den der jeweils durch das Gewicht 11 auf der Platte am Balken 10 entsprechenden Belastung zugeordneten Kontakt eingestellt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 ist der Teilkreis •mit der übrigen Einrichtung zum Verschieben des Fadenkreuzes mechanisch gekoppelt, und auuerdem besteht eine mechanische Kopplung zwischen dem Teilkreis 21 und den Schleifern zweier linearer Potentiometer 50 und 51. Jedes dieser linearen Potentiometer 50 und 51 ist mit variablem Widerstand an den Eingang eines von zwei Reehenverstarkem 52 und 53 angeschaltet. Die beiden Kombinationen von Potentiometer 50 bzw. und Rechenverstärker 5I bzw. 53 sind dabei in Serie geschaltet. Das Schaltschema von Fig. 7 zeigt außerdem genauer die Gegenkopplungswiderstände 64 und 65 für die beiden Rechenverstärker 52 bzw. 53· Bemerkt sei dazu, daß die beiden Rechenverstärker 52 und 53, ihre beiden Gegenkopplungswiderstände 64 und 65 und die beiden Potentiometer 50 und 51

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jeweils gleiche Kenngrößen aufweisen. Bezeichnet man den Widerstandswert für die Gegenkopplungswiderstände 64 oder 65 mit R und den Widerstandswert für d:" e Potentiometer 50 oder 51 mit r, so ergibt sich die Verstärkung für jede Verstärkerstufe zu R/r. Da nun die Größe r proportional ist zur Auslenkung χ des Teilkreises 21, also zur Verschiebung d des Fadenkreuzes 20 bei dessen Einstellung auf ■ den in der Probe 4 erzielten Eindruck, ergibt sich demzufolge die Verstärkung g für jede Verstärkerstufe zu g und die GesamtverStärkung berechnet sich zu

und dieser Ausdruck läßt sich wiederum schreiben zu

da ja die Werte R und A Konstante sind. Da die vom Generator gelieferte Eingangsspannung U einen festen Wert besitzt, wird die Ausgangsspannung U am Ausgang des Verstärkers 55 zu

κ ^

Ug. -J75— . Es genügt daher, die Verstärkungen für die einzelnen Verstärker 52, 53, 27 und 31 einzustellen, um die gewünschte

Gesetzmäßigkeit H = K. ■*£-- zu erhalten, die eine unmittelbare Messung der Härte ermöglicht.

Das in Fig. 9 veranschaulichte Schaltbild unterscheidet sich von dem Schaltbild in Fig. 7 durch die zusätzliche Einfügung zweier fester Widerstände 59 und 60. Der Widerstand 59 ist dabei in Serie zwischen das Potentiometer 50 und den Rechenverstärker 52 eingefügt, und seine Größe entspricht dem Maximalwert für das Potentiometer 50. In gleicher V/eise besitzt der zwischen dem Potentiometer 50 und dem Rechenverstärker eingefügte Widerstand 60 einen Wert, der dem Maximalwert für das Potentiometer 5I entspricht. Die beiden Widerstände 59 und

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lassen sich jeweils durch einen Schalter 6l bzw. 62 kurzschließen, und diese beiden Schalter öl und 62 sind mechanisch zu gemeinsamer Betätigung miteinander verbunden.

Sowohl für den Fall des Schaltbildes nach Fig. 7 als auch für den des Schaltbildes nach Fig. 9 bei geschlossenen Schaltern öl und 62 entspricht die maximale meßbare Länge für die Diagonale d des in der Probe 4 erzeugten Eindrucks einer eine volle Umdrehung des Teilkreises 21 geringfügig unterschreitenden Rotation, also einem vollen Umlauf für die Potentiometer 50 und 51. Für die Vereinfachung der Darstellung sei dabei angenommen, daß der maximale Weg für den Teilkreis einer Verschiebung des Fadenkreuzes 20 um 100 Mikron entspricht. Erinnert man sich dabei daran, daß in diesem Falle die Messung der Diagonale d des in der Probe 4 erzeugten Eindrucks durch Einstellung des Fadenkreuzes auf das eine Ende dieser Diagonale und Überführung eines Zeigers auf den Viert Null der Teilung auf dem Teilkreis 21 sowie durch anschließende zweite Einstellung des Fadenkreuzes 20 auf das andere Ende dieser Diagonale erfolgt, so wird sofort klar, daß sich die gesuchte Diagonallänge dann unmittelbar an der Teilung des Teilkreises 21 ablesen läßt. Dies gilt selbstverständlich für eine Betätigung von Hand, während das Gerät an sich im übrigen auf eine unmittelbare Anzeige der Härtemessung eingerichtet ist.

Für den Fall, daß die Diagonallänge einen Wert von 100 liikron überschreitet, ermöglicht die oben beschriebene Vervollkommnung jedoch ebenfalls eine Mössung, iruäem ein Fadenkreuz mit zwei Teilungen 55 und 56 (Fig. 8) verwendet wird, wobei der Abstand zwischen den beiden Teilungen genau 100 Mikron betrugt und der positive Heßsinn einer Verschiebung von der Teilung 56 zur Teilung 55 zugeordnet ist. Die Arbeitsweise

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bei der Messung ist dann in drei Phasen unterteilt, die in Fig. 8 durch die drei Zeilen 8a. 8b und 8c veranschaulicht sind.. In der ersten Phase wird das Zentrum der rechten Teilung 55 des Fadenkreuzes 20 angenähert in die lütte des Eindrucks in der Probe 4 gebracht, und der Zeiger vor dem Teilkreis 21 wird auf den wert Null eingestellt (Zeile 8a). In einer zweiten Phase (Zeile 8b) wird das linke Ende des Eindrucks in der Probe 4 mit der linken Teilung 56 des Fadenkreuzes 20 anvisiert, und auf dem Teilkreis 21 wird die entsprechende Ablesung dl vorgenommen. Diese Ablesung liegt unterhalb von 50 Mikron, da der zu messende Eindruck zu mehr als 100 Mikron angenommen ist. In einer dritten Phase (Zeile 3c) wird das rechte Ende der Diagonale des Eindrucks in der Probe 4 mit der rechten Teilung 55 des Fadenkreuzes 20 anvisiert, und es ergibt sich dann auf dem Teilkreis 21 eine entsprechende Ablesung d2, die größer sein muß als 50 Mikron. Die gesuchte Diagonallänge d in Mikron berechnet sich dann zu d = 100 + d2 - dl.

Daraus folgt, daß gegenüber einer unmittelbaren Vermessung des in der Probe 4 erzeugten Eindrucks der Diagonallänge d eine Konstante von 100 liikron hinzugefügt ist, die dem Abstand zwisehen den beiden Teilungen 55 und 56 des Fadenkreuzes 20 entspricht. In der Schaltung von Fig. 9 entsprechen die beiden konstanten Widerstände 59 und 60 dieser Vergrößerung der Konstante um 100 Mikron, da jeder dieser beiden Widerstände und oO gleich dem Maximalwert für die Potentiometer 50 und. 5I bemessen ist und diese beiden Potentiometer 50 und 5I gerade eine Strecke von 100 Mikron zu überdecken gestatten.

Die durch diese Schaltung vorn Eingang des Potentiometer ε bis zum Ausgang des nechenverst"rkers 5Z realisierte

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Funktion für- die Aul; ^ :aijs spannung U^. ergibt sich dann -^u ^r. - ^ue ' (100 + UZ) '

Xn Fi.^. 10 ist das genaue Aussehen einer Vorrichtung veranscharlicht, die eine Einstellung auf den Wert Null von Hand ermöglicht. Die beiden Potentiometer 50 und 51 sind dabei in einem gemeinsamen Geh" us ε 2o mit einen Kremen 70 untergebracht. Das Gehäuse 2o seinerseits ist in bekannter Weise an Rahmen des Hikrohärteprüfers angeordnet, so daß es eine freie Drehung gegenüber diesem Rahmen ausführen kann. Aus diese:: Grunde und zur Vereinfachung der Zeichnung ist in ?ig. 10 das Gehäuse 20 als gegenüber de^vr, Rahmen frei dargestellt. Das Gehäuse 26 kann am Rahmen festgelegt oder demgegenüber freigegeben vrerden durch Zinv'irl.ung auf eine Bloci:ierschra;;be 71, die in einen Teil 72 des Rahmens eingeschraubt ist und deren freies Ende 73 zur Anlage am Kragen des Gehäuses 2o kommen kann, um dieses gegen eine Drehung zu blockieren.

Andererseits j.pt eine fest mit dem beweglichen Teil der Potentiometer 50 und 51 verbundene Stange 22 mit dem Kragen über eine Spiralfeder 75 gekoppelt, die zum einen bei 76 mit der Stange 22 und zum anderen bei 77 mit dem Kragen 70 verbunden ist. Die Stange 22 weist außerdem einen transversalen Zapfen 78 auf, während der Kragen 70 einen Anschlag 79 trägt. Die Spiralfeder 75 sucht den Zapfen 7c und den Anschlag 79 zu gegenseitiger Berührung zu br⁴ngen, und die ganze Anordnung ist so getroffen, daß diese Berührungslage dem elektrischen Ursprung für die Potentiometer 50 und 51 entspricht.

Bei einer solchen Anordnung läßt sich die Arbeitsweise bei der Härtemessung besonders einfach und genau gestalten. Der Kragen 70 wird durch die Blockierschraube 71 festgelegt, worauf danr die erste Anvisierung eines der Enden des in der Probe k

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erzeugten Eindrucks in normaler V/eise vorgenommen wird. Dies führt zu einer Drehung des Teilkreises 21, der beweglichen inneren Teile der Potentiometer 50 und 51 und des Zapfens Dann braucht lediglich bei Aufrechterhaltung der Anvisierung der Kragen 70 und mit ihm das Gehäuse 26 für die Potentiometer 50 und 51 durch Betätigung der Blockierschraube 71 freigegeben zu werden, und die Spiralfeder 75 führt den Anschlag 79 am Gehäuse 26 automatisch in Kontakt mit dem Zapfen 78, wodurch die Einstellung der beiden Potentiometer und 51 auf einen Widerstandswert Null erfolgt. Sodann kann der Bedienungsmann, ohne den Visiervorgang zu unterbrechen, den Kragen 70 ^un^ ^m:!'-t i^nm das Gehäuse 26 in dieser Nullstellung blockieren, worauf er in normaler V/ei se die zweite Anvisierung des anderen Endes des Eindrucks in der Probe 4 vornimmt, wobei die Anzeige am Digitalvoltmeter 32 dann unmittelbar dem gesuchten Viert für die Härte entspricht.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele lassen zahlreiche Abwandlungen zu, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielswei se eine v/echselstromspeisung vorgesehen sein, so daß die Verwendung von Drifterscheinungen zeigenden Gleichspannungsverstärkern entbehrlich wird. In diesem Falle kann der Generator 25 ein Oszillator mit Pilotfrequenz und konstantem Niveau sein, wobei der übrige Teil der elektronischen Schaltung praktisch unverändert bleibt und lediglich das Voltmeter 32 ein 'lechselspannungsmeßgerät sein muß. Der Vorteil, daß die Überführung des Gehäuses 2β und damit der Potentiometer 50 und 51 in ihre Nullstellung ohne Überwachung der Anzeige auf dem Voltmeter 32 erfolgen kann, bleibt im übrigen auch dann erhalten, wenn auf die rückstellende Spiralfeder 75 verzichtet wird und die Verdrehung des Gehäuses 25 in seine Anschlagstellung von Hand erfolgt. Eine

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entsprechende Einrichtung für die Nullstellung nach der ersten Anvisierung des Eindrucks in der Probe 4 kann im übrigen sowohl bei der Ausführung mit zwei linearen Potentiometern als auch bei der Ausführung mit einen einer quadratischen Gesetzniä3i£:-:eit folgenden Potentiometer vorgesehen werden.

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Claims

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Patentansprüche

1 J Mikroh'irteprüf er zum Bestimmen der Härte einer Probe unter Erzeugung eines Eindrucks darin mittels einer mit einer Kraft P aufgedrückten vierflächigen Diamant-Pyramide und Berechnung der zu bestimmenden Härte fl nach der Formel

HT/" *

in der d die Diagonallänge des in der Probe erzeugten Eindrucks und K eine Konstante bedeuten, mit einem gleitend verschiebbaren Träger für die Diamant-Pyramide, einer I4anövriereinrichtung zum Aufprägen einer einstellbaren Kraft auf den Träger für die Diamant-Pyramide, eine»'Beobachtungsoptik zum Beobachten des in der Probe erzeugten Eindrucks und einer Meßeinrichtung zurr. Messen der Diagonal länge des Eindrucks durch lineare Verschiebung eines Fadenkreuzes, dadurch gekenn- ?; e i chnet, daß mit der Meßeinrichtung zum Messen der Diagonallänge des Eindrucks ein erster Spannungsgenerator (25) verbunden ist, der eine dem Quadrat der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes (20) umgekehrt proportionale Spannung abgibt und eine Rückstelleinrichtang auf Null für eine einstellbare Ausgangslage für das Fadenkreuz aufweist, und daß dieserjsrste Spannungsgenerator mit einem zweiten Spannungsgenerator (30), der eine der auf die Diamant-Pyramide (3) wirkenden Kraft proportionale Spannung abgibt,unter Bildung des analogen Produkts deiJGeneraturSu^^annungen ein Voltmeter (32) für die Messung des Produkts dieser beiden Spannungen mit einer in Härtezahlen geteilten Skala speist.

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2. Hikrohärteprüfer nach Anspruch 1, bei dem die Verschiebung des Fadenkreuzes für die Beobachtung des Eindrucks durch eine Scheibe steuerbar ist, deren Winkeldrehung der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungsgenerator (25) aus einer Spannungsquelle, die ein der Gesetzmäßigkeit a = -K* unterworfenes und von der Scheibe (21) mit konstantem Drehverhältnis mitgenommenes Potentiometer (24) mit einer stabilisierten Spannung speist, und aus einem Verstärker (27) für die Verstärkung der Potentioraeterausgangsspannung besteht.

5. :;i:-:rolv'rteprüfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsgenerator (JO) aus einer Wheatstori£sehen Brücke aus zusammengeschalteten Zugspannungsmessern, die mit der Aupgangsspannung des ersten Spannungsgenerator (25) speisbar und mit einem Übertragungslied (10) für die anliegende Kraft fest verbunden sind, und aus einem Verstärker (31) für die Ausgangsspannung der VJheatstoni sehen Brücke besteht.

4. Ilikrohärteprüfer nach Anspruch 1, bei dem als Einstelleinrichtung für die auf die Diamant-Pyramide wirkende Kraft eine mit geeichten Gewichten belastbare Platte vorgesehen ist, dadurch geleennzeichnet, daß der zweite Spannungsgenerator (JO) ein Kontalctpotentiometer ist, bei den· jeder Kontakt durch den Jert für e.'nes der geeichten Gewichte (11) markiert ist und die Stufung der Widerstände des Potentiometers umgekehrt proportional zur Stufung der Gewichte verläuft,

5. IlikrohärteprUfer nach einem der Ansprüche 1 bis k₃ dadurch gekennzeichnet, daß die roickstelleinrichtung für die Einstellung der Auseangsspannung des ersten Spannungsgenerators (25) auf den Wert Hull aus einer Einstelleinrichtimg zum Verdrehen

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cle- C-Pl]'.'ucCE (2^) tines einer Gesetzmäßigkeit folgenden Potentiometers (?A } besteht.

6. !,ikrohärteprüfer n?cb Anspruch 1, bei dem die Verschiebung des Fadenkreuzes für die Beobachten;;:;, det Eindrucks durch eine Scheibe mit der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes proportionaler Winkeldrehung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der e'ne dem Quadrat der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes (20) umgekehrt proportionale Spannung abgebende erste Spannungsgenerator (25) aus einer Spannungsquelle besteht, die zwei von der Steuereinrichtung für die Verschiebung des Fadenkreuzes (20^N; gleichzeitig und mit konstantem Drehverh".ltnis mitgenommene lineare Potentiometer (50 und 51) mit einer stabilisierten Spannung speist, von denen jedes mit dem Eingang eines Rechenverstärkers (52 bzw. 55) verbunden ist, wobei die beiden Schaltungen aus Potentiometer und Verstärker in Serie liegen.

7. Ikkrohärteprüfer nach Anspruch 6 für die Messung der Diagonale eines Eindrucks, deren Länge größer ist als die einer vollen Drehung der Steuerscheibe für die Verschiebung|des Fadenkreuzes entsprechende Länge, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedes Potentiometer (50 und 51) und seinen zugehörigen Verstärker (52 bzw. 5J) je ein zusätzlicher fester Widerstand (59 bzw. 6o) eingefügt ist und daß die Klemmen jedes dieser beiden Widerstände mit je einem liurzschlußschalter (6l bzw. 6?) verbunden sind, die beide mit einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung gekoppelt sind.

8. F.ikrohärteprüfer nach Anspruch 7,dadurchteekennzelehnet, daß die festen zusätzlichen Widerstände (59 und βθ) jeweils einen dem I'aximalwert des zugehörigen Potentiometers (50 bzw. 51) gleichen Wert aufweisen.

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9. Uikrohärteprüfer nach Anspruch 1, bei dem die Verschiebung des Fadenkreuzes für die Beobachtung des Eindrucks durch eine Scheibe mit der linearen Verschiebung des Fadenkreuzes proportionaler Winkeldrehung steuerbar ist und der erste Spannungsgenerator ein mit der Meßeinrichtung für die Diagonallänge des Eindrucks gekoppeltes und sich in einen Gehäuse verschiebendes bewegliches Bauelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (26) mit einer Einstelleinrichtung (22) zu seinem Einstellen relativ zum Rahmen des I-Iikroh'irteprüfers versehen ist und daß die ursprüngliche Lage des beweglichen Bauelements relativ zum Gehäuse (2β) durch einen Anschlag (79) verkörpert ist.

10. Ilikrohärteprüfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung für die Einstellung von Gehäuse (26) und Rahmen relativ zueinander eine lösbare Blockiervorrichtung (71, 72, 73) enthält.

11. Mikrohärteprüfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauelement und das Gehäuse (2β) über ein elastisches Rückstellglied (75) miteinander gekoppelt sind, das sie in gegenseitige Anlage in ihrer anfänglichen Relativstellung zu bringen sucht.

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