DE2803149C2

DE2803149C2 - Verfahren zum Ausmessen von Härteprüfeindrücken in Materialoberflächen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2803149C2
Application number: DE19782803149
Authority: DE
Inventors: Claus Dr. San José Kleesattel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-25
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1983-10-27
Also published as: DE2803149A1; JPS54110865A; JPS6212851B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausmessen von Härteprüfeindrücken in Materialoberflächen.

Es ist grundsätzlich bekannt, einen Härteprüfeindruck nach einem optoelektronischen Verfahren auszumessen. Entlastete Prüfeindrücke können z. B. nach einem aus der DE-OS 23 31 124 bekannten Verfahren ausgemessen werden, bei dem Licht in einer vorgegebenen Richtung auf eine, einen Härteprüfeindruck enthaltende Oberfläche auflallt, wobei die vom Härteprüfeindruck reflektierten Anteile des Lichtes jeweils in andere Richtungen umgelenkt werden, als die von der ungestörten Oberfläche reflektierten Anteile. Dies wird ausgenutzt, um ein Bild der ungestörten Oberfläche zu erzeugen mit dem Härteprüfeindruck als Dunkelzone. Dieses Bild wird dann ausgemessen, beispielsweise durch Abtastung der einzelnen Bildelemente.

Es ist weiterhin bekannt, bei derartigen Verfahren zur Kontrastverstärkung ein schräg auf die entlastete Materialoberfläche auftreffendes Bündel aus farbigem Licht zu verwenden (DE-PS 602 066), oder das auffallende Lichtbündel durch einen durchsichtigen Eindringkörper hindurch senkrecht auf die belastete Materialoberfläche zu richten (DE-OS 1648494). Es ist auch bekannt (GB-PS 5 07 737), einen Eindringkörper an der Frontlinse des Objektivs eines Meßmikroskops anzuordnen.

Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß ein vergrößertes Bild des Härteprüfeindrucks erzeugt werden muß. Dies hat zur Folge, daß ein Vergrößerungsfaktor in die Messungen eingeht, der bekannt sein muß, konstant gehalten und periodisch nachgeprüft werden muß. Weiterhin werden die Abtastwege relativ groß, was zu Linearitätsproblemen fuhrt. Als weitere Fehlerquellen kommen optische Verzerrungen hinzu, d. h., dte Fläche des erzeugten Bildes ist nicht notwendigerweise von gleicher Gestalt wie die Fläche des Härteprüfeindruckes.

Es ist auch bekannt, (DE-PS 8 90 575) zur Feststellung, ob der Durchmesser eines Härteprüfeindruckes innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der zwei getrennte Lichtbündel schräg auf die Materialoberfläche gerichtet werden und die jeweils reflektierten Lichtbündel durch Fotozellen aufgefangen werden. Bei entsprechender Ausrichtung der auffallenden Lichtbündel kann aus der Tatsache, ob beide Lichtbündel reflektiert werden oder nicht, daraufgeschlossen werden, ob der Durchmesser des Prüfeindruckes innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt oder nicht.

Eine genaue Ausmessung des Härteprüfeindruckes ist mit dieser bekannten Vorrichtung aber nicht durchführbar.

Es ist schließlich in der US-PS 3822 946 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein konzentriertes Lichtbündel auf die zu prüfende Oberfläche gerichtet wird, dessen Durchmesser am Auftreffpunkt auf die zu prüfende Oberfläche klein gegen den Durchmesser des Prüfeindruckes ist und das in einer senkrecht zur zu prüfenden Oberfläche stehenden Ebene so bewegt wird, daß die Bahn des sich über die Oberfläche bewegenden Lichtfleckes den Prüfeindruck vollständig überquert und die Intensität des in einen vorgegebenen Winkelbereich reflektierten Lichtes bestimmt wird, wobei die bei Überschreiten einer Randlinieid.es Prüfeindruckes auftretende Intensitätsänderung zur Markierung des Anfangs- und Endpunktes eines Abschnitces der Bewegung dient, der dem Abstand zweier Randpunkte des Prüfeindruckes entspricht und die Länge dieses Abschnittes bestimmt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Messung das Licht ausgenutzt, das von der den Prüfeindruck umgebenden Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes reflektiert wird. Die Rauhigkeit der den Prüfeindruck umgebenden Oberfläche erzeugt im reflektierten Licht einen schwankenden Intensitätsverlauf, der eine genaue Längenmessung außerordentlich schwierig und aufwendig macht. Hinzu kommt, daß aufgrund des schrägen Einfalls des beleuchtenden Lichtbündels der vom Mittelbereich des Prüfeindruckes erzeugte Lichtreflex gegen den Eindrucksmittelpunkt seitlich verschoben ist, wodurch die elektronische Auswertung des Eindrucksdurchmessers zusätzlich erschwert wird.

Zusätzlich ergibt sich bei dem bekannten Verfahren, verursacht durch den um den Prüfeindruck herum bei dessen Erzeugung entstehenden Randwulst, ein Intensitätsabfall in der Nähe der beiden Randlinien des Prüfeindrukkes, was zusätzliche Probleme bei der Auswertung zur Folge hat. Schließlich treten bei dem bekannten Verfahren als ungünstige Folge des Schrägeinfalles des abtastenden Lichtbündels Vielfach-Reflexionen im Prüfeindruck auf, die Störlicht zur Folge haben, so daß bei bestimmten kritischen Durchmessern, die aus einer einfachen mathematischen Beziehung abgeleitet werden können, eine Messung überhaupt nicht mehr möglich ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein Verfahren zum Ausmessen von Härteprüfeindrücken in Materialoberflächen der letztgenannten und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß es bei geringem apparativem Aufwand zu sehr genauen Meßergebnissen führt, unabhängig von der Form und von kritischen Durchmessern des Prüfeindruckes, von auftretenden Randwülsten, von der Krümmung und Rauhigkeit der Materialoberfläche sowie von der zentrischen Lage des Prüfeindruckes zum Abtastsystem und das ohne bildformende Optik auskommt, frei von veränderlichen optischen Parametern ist und auch so aufgebaut werden kann, daß Messungen während der Belastung des Härteprüfeindruckes möglich sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Durchmesser des auf die zu prüfende Oberfläche gerichteten Lichtbündels bzw. des Lichtfleckes richtet sich nach der Größe des auszumessenden Prüfeindruckes. Um eine hinreichende Meßgenauigkeit zu erzielen, muß ein geeignetes Verhältnis von Lichtfleckdurchmesser zu Eindruckdurchmesser oder besser ein entsprechendes Ver-

hältnis der Lichtfleckfläche zur Eindrucksfläche gewählt werden. Im allgemeinen dürfte hier ein Flächenverhältnis von 1:100 ausreichend sein. Wenn die Fläche des Härteprüfeindrucks relativ klein (0,01 bis 0,1 mm²) ist, empfiehlt es sich, eine Lichtquelle, die ein leicht konvergentes Bündel monochromatischen, kohärenten Lichtes liefert, beispielsweise einen Laser mit Strahlaufweiter und Sammellinse zu verwenden, mit dessen Hilfe sich ohne großen technischen Aufwand über eine größere Strecke Lichtbündel mit einem halben Öffnungswinkel von 1° und Lichtfleckdurchmesser unter 50 μτη erzeugen lassen. Bei einer solchen Lichtquelle ist der Abstand der zu prüfenden Oberfläche von der Lichtquelle nicht mehr kritisch. Es sind dann keine optischen Zusatzeinrichtungen zur Scharfeinstellung erforderlich.

Bei größeren Flächen des Härtepriifeindrucks (1 bis 10 mm") kann selbstverständlich auch mit gewöhnlichem, inkohärentem Licht ein hinreichend kleiner Lichtfleck erzeugt werden.

Zur Bestimmung der Intensität des reflektierten Lichtes kann ein beliebiges lichtempfindliches Element, z. B. eine Fotozelle, ein Fotowiderstand, eine Sperrschichtzelle usw., dienen, wobei das lichtempfindliche Element so angeordnet ist, daß es das vom Prüfeindruck selbst reflektierte Licht aufnimmt. Dabei soll möglichst wenig Streulicht aus anderen Richtungen auf das lichtempfindliche Element auftreffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, daß den bekannten Definitionen für Härteprüfverfahren im allgemeinen eine Flächenmessung zugrunde liegt. Werden, wie bei der Vickers-Härteprüfung, anstelle der Eindruckfläche die Diagonalen gemessen, so können sich Unterschiede zwischen der gemessenen und der tatsächlichen Härte ergeben, die beispielsweise bei astroidischer Eindruckform bis zu 25 %ausmachen. Es wird daher der gesamte Prüfeindruck abgetastet und die Fläche direkt ausgemessen.

Besonders vorteilhaft ist es (Patentanspruch 2), wenn die Flächenmessung auf eine Zeitmessung zurückgeführt wird, die in besonders zweckmäßiger Weise mittels Zählung elektrischer Impulse durchgeführt und voll automatisiert werden kann. Dies wird weiter unten anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Flächenmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl an entlasteten Eindrücken als auch unter Einwirkung der Prüfkraft durch den Eindringkörper hindurch vorgenommen werden.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gegeben ist.

Vorteilhafte Ausiuiirungsformen dieser Einrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 5 bis 14.

Wie sich anhand der Beschreibung der Ausführungsbeispiele zeigen wird, erfordert die Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer der erfindungsgemäßen Einrichtungen keine Kalibirierung. Die Messung ist unabhängig von optischen Vergrößerungen, Verstärkungsfaktoren oder Komponenten, deren Linearität sich ändern kann.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen darin, daß infolge des senkrechten Einfalls des abtastenden Lichtbündels und der Auswertung des vom Prüfeindruck selbst reflektierten Lichtes ein glatter Intensitätsverlauf erzeugt wird, da einerseits die Oberfläche des Prüfeindrukkes aufgrund der plastischen Deformationen glatt ist und andererseits das Licht, das von der umgebenden Oberfläche reflektiert wird, von den verwendeten Fotodetektoren gar nicht empfangen wird. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren gegen Änderung in der Höhe des Randwulstes und gegenüber Richtungsfehlern in der horizontalen Ausrichtung des Lichtbündels unempfindlich. Es ermöglicht somit unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren eine außerordentlich genaue Ausmessung des Härteprüfeindruckes.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren und Einrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das auf die Material-

!5 oberfläche aufsetzbare Bauteil einer ersten Ausrührungsform einer Einrichtung zum Ausmessen der Fläche eines Härteprüfeindrucks;

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der gemessenen Lichtintensität;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 bei einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zum Ausmessen der Fläche eines Härteprüfeindrucks;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 bei einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 in Teildarstellung einen Vertikalschnitt durch ein ringförmiges Bauteil zur Winkelbegrenzung des reflektierten Lichtbündels;

Fig. 6 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 bei einer vierten Ausführungsform;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des mechanischoptischen Teils einer Ausführungsform der Gesamteinrichtung zur Ausmessung der Fläche eines Härteprüfeindrucks;

Fig. 8 eine Teilseitenansicht der Einrichtung nach Fig. 7;

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der

Gesamteinrichtung einschließlich des elektrischen Teils.

Im folgenden wird zunächst anhand der Fig. 1 und 2

das Prinzip der Bestimmung der Fläche bzw. des Durchmessers eines Härteprüfeindrucks näher erläutert.

Hierzu ist in Fig. 1 bei einer einfachen Ausführungsform das auf die Materialoberfläche M um den Härteprüfeindruck E herum aufgesetzte, zylindrische, rohrförmige Bauteil 1 dargestellt, durch dessen Inneres ein, von einer nicht dargestellten Lichtquelle, beispielsweise einem Laser, ausgehendes, schmales, leicht konvergierendes Lichtbündel geführt ist, das in Fig. 1 durch einen einzigen Strahl A 1, A 2, A 3 in drei verschiedenen Positionen des Bündels symbolisiert ist. Das Lichtbündel durchläuft vor seinem Eintritt in das Bauteil 1 eine nicht dargestellte Vorrichtung, durch welche es in Richtung des Pfeiles X und in der Richtung Y, d. h. senkrecht zu X und senkrecht zur Zeichenebene ablenkbar ist. Es trifft dann senkrecht auf die Materialoberfläche M auf, und seine Verschiebung erfolgt parallel zur Materialoberfläche, so daß Winkelfehler ausgeschlossen sind. Die Materialoberfläche soll innerhalb des Härteprüfeindrucks E mindestens nahezu spiegelnd sein, so daß das einfallende Bündel regulär reflektiert wird, eine Bedingung, die bei den meisten Metallen gut erfüllt ist. Innerhalb des Härteprüfeindrucks £auftreffende Strahlen A 1 bzw. A2 werden von der Oberfläche des Kegel- oder Pyramideneindrucks schräg zur Einfallsrichtung reflektiert und erreichen eine an der Innenwand des Bauteils 1 in der Nähe des Austrittsendes angeordnete, lichtempfindliche Schicht 2, beispielsweise einer Fotozelle, eines Fotowiderstandes oder einer Sperrschichtzelle. Der lichtempfindlichen Schicht 2 kann eine Streuschicht 3 vorgelagert sein, um eine Verteilung des

auftrefTenden Lichtes auf eine möglichst große Fläche zu erzielen. Die lichtempfindliche Schicht 2 ist über eine Leitung 9 elektrisch mit der nicht dargestellten Auswertevorrichtung verbunden.

Außerhalb des Härteprüfeindrucks E auftreffende Strahlen A 3 werden bei hinreichend glatter Oberfläche hauptsächlich in sich selbst reflektiert und verlassen das Bauteil 1 ohne auf die lichtempfindliche Schicht 2 aufzutreffen.

Die Ablenkung des Lichtbündels erfolgt nun so, daß der am Auftreffpunkt auf die Materialoberfläche M entstehende Lichtfleck ein Feld vom Durchmesser D mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung Λ' durchläuft. Durch die lichtempfindliche Schicht 2 wird dabei eine Spannung £(/) erzeugt, deren zeitlicher Verlauf in Fig. 2 linke Hälfte α dargestellt ist.

Die Punkte F₁ und P₁ entsprechen Randpunkten des Prüfeindruckes E. Die Querabmessungen des Prüfeindrucks können nunmehr bei bekannter Strahlablenkungsgeschwindigkeit v_v aus der gemessenen Zeitdifferenz Δ t (Fig. 2) ermittelt werden. Wird nun das Lichtbündel nach jedem Durchgang in X-Richtung zeilenweise in der dazu senkrechten K-Richtung abgelenkt, so ergibt sich eine periodische Wiederholung der Spannungsimpulse mit variierender Impulsbreite Δ t. Dieser Spannungsverlauf ist in der linken und rechten Hälfte a-b von Fig. 2 dargestellt. Wenn das ganze, den Prüfeindruck enthaltende Feld in dieser Weise durch das Lichtbündel abgetastet ist, ergibt sich als Maß für die Fläche des Prüfeindrucks folgender Ausdruck:

A= b_yv_x- Z(At)

Hierbei bedeutet b_s die Zeilenbreite der Abtastung.

Einzelheiten über die Ablenkung des Lichtbündels und die Auswertung des Spannungsverlaufes werden weiter unten näher erläutert.

Grundsätzlich ist das oben beschriebene Verfahren nicht nur zum Ausmessen von kegel- oder pyramidenförmigen Prüfeindrücken geeignet, sondern auch für Kugeleindrücke (Brinell-Härteprüfverfahren) verwendbar. Eine Abänderung der Einrichtung für diesen Zweck ist in Fig. 3 dargestellt. Wiederum ist nur das auf die Materialoberfläche M um den Prüfeindruck EB herum aufgesetzte, in diesem Fall leicht konische, rohrformige Bauteil 11 dargestellt, in das von oben das von der Lichtquelle kommende, in X- und K-Richtung ablenkbare Lichtbündel eintritt.

Mit A 4 und A 5 sind zwei als Strahlen gezeichnete Positionen des einfallenden Lichtbündels bezeichnet. Wegen der Kugelform des Prüfeindrucks EB werden die vom Prüfeindruck reflektierten Strahlen in einen relativ großen Winkelbereich ausgesendet. Der Winkelbereich ist gegeben durch die Bedingung, daß bei der Härteprüfung nach Brinell der Eindrucksdurchmesser d nicht kleiner als 0,25 D_t und nicht größer als 0,6 D_k sein soll, wenn D_k der Kugeldurchmesser ist.

Entsprechend groß muß die lichtempfindliche Schicht 12 mit Streuschicht 13 ausgebildet sein. Von der Mittelzone des Prüfeindrucks erreicht die lichtempfindliche Schicht 12 kein direkt reflektiertes Licht Es entsteht an dieser Stelle im Spannungsverlauf ein »Loch«, das bei elektrischer Auswertung jedoch elektronisch ausgeblendet werden kann. Der Meßvorgang verläuft im übrigen analog dem bei kegel- und pyramidenförmigen Prüfeindrücken.

In den Fig. 1 und 3 sind verhältnismäßig einfach aufgebaute Einrichtungen dargestellt, die für viele Zwecke durchaus ausreichend sein dürften.

Bei genaueren Messungen muß jedoch berücksichtigt werden, daß die Materialoberfläche im allgemeinen nicht ideal reflektierend ist, sondern eine gewisse Rauhigkeit, ζ. B. Schleifriefen, aufweist. Es wird daher ein Teil des senkrecht auf die Materialoberfläche auftreffenden Lichtes in alle Richtungen gestreut. Daher ist es wichtig, das Verhältnis »Spannung aufgrund von reflektiertem Licht zu Streulichtspannung« möglichst groß zu machen.

Außer dem Streulicht können noch andere, unerwünschte Lichtstrahlen auftreten. So besitzen die Prüfeindrücke häufig keine scharfen Randlinien, sondern eine Randzone mit einer wulstartigen Erhöhung. Zur Erläuterung dieses Sachverhaltes dient Fig. 4. Der in der Materialoberfläche M erzeugte Prüfeindruck E besitzt einen, maßstäblich etwas übertrieben dargestellten Wulst W. Ein auf diesen Wulst W auftreffender Lichtstrahl A 6 wird unter anderen Winkeln reflektiert, als ein von der Fläche des Prüfeindrucks selbst kommender Lichtstrahl Al, AS.

Es kann daher zweckmäßig sein optisch wirksame Vorrichtungen vorzusehen, die der lichtempfindlichen Schicht einen Richteffekt geben, so daß die Schicht nur von Licht innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereiches erreicht wird, während unerwünschte Lichtstrahlen abgelenkt und ausgeblendet werden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung ist eine derartige Vorrichtung vorhanden. Es ist wiederum das auf die Materialoberfläche M um den Prüfeindruck E herum aufgesetzte rohrformige Bauteil 21 dargestellt, in welches das von der Lichtquelle kommende, ablenkbare Lichtbündel von oben eintritt. Die Strahlen A 6 bis A 9 stehen für verschiedene Positionen dieses Lichtbündels.

Im unteren Teil des Bauteils 21 ist unterhalb eines Einsatzteils 24 ein Glaskörper 25 angeordnet, der eine zylindrische Bohrung aufweist und dessen äußere Mantelfläche konisch verläuft, mit einem Kegelwinkel γ solcher Größe, daß der Einfallswinkel α für vom Piüfeindruck E reflektierte Strahlen AT, Ai nicht weit vom kritischen Winkel

<*„,= aresin ~-

(η_Μ= Berechnungsindex Glaskörper)

ist. Diese Strahlen treffen auf die lichtempfindliche Schicht 22 bzw. die Streuschicht 23 auf. Die lichtempfindliche Schicht 22 ist wiederum über eine Leitung 29 elektrisch mit der Auswerteeinheit verbunden.

Strahlen A 6, die von der Randzone W des Prüfeindrucks £ herkommen, fallen unter einem steileren Winkel auf die äußere Mantelfläche des Glaskörpers 25'auf, werden dort total reflektiert und fallen auf eine lichtschlukkende Schicht 26 an der Oberseite des Glaskörpers 25. Durch den Glaskörper 25 wird auch ein wesentlicher Teil des Streulichtes, das von Strahlen A 9 herrührt, die senkrecht auf die Materialoberfläche M auftreffen, daran gehindert, die lichtempfindliche Schicht 22 zu erreichen.

Die lichtempfindliche Schicht 22 ist an einem Ring 27 angeordnet, der zwischen dem Bauteil 21 und dem Einsatzteil 24 gehalten ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 kann grundsätzlich der Raum zwischen dem Glaskörper 25 und demBauteil 21 auch in nicht dargestellter Weise zur StrardenveTteilung nach dem Prinzip der multiplen Reflektionen ausgenutzt werden und in diesem Falle kann auch' auf die Streuschicht 23 verzichtet werden.
Auf eine Streuschicht kann ferner auch dann verzichtet werden, wenn die lichtempfindliche Schicht aus einer Fotokathode (Vakuumzelle) besteht.

Eine sehr wirksame Möglichkeit Streulicht zu eliminieren, wird erhalten, wenn in den Strahlengang eine Vorrich-

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tung eingeschaltet wird, welche lediglich Strahlen, die unter einem sehr engen nach beiden Seiten begrenzten Winkelbereich auftreffen, auf die lichtempfindliche Schicht gelangen läßt.

Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Der besseren Übersicht wegen sind in Fig.5 lediglich die Materialoberfläche M mit dem Prüfeindruck E, die lichtempfindliche Schicht 32 mit Streuschicht 33, die winkelbegrenzende Vorrichtung und die Strahlengänge eingezeichnet, während das rohrförmige Bauteil selbst und die Halterungen nicht dargestellt sind, aber ähnlich, wie in den vorbeschriebenen Ausfuhrungsformen aufgebaut sein können.

Die winkelbegrenzende Vorrichtung besteht aus einem ringförmigen Glaskörper 35, der im Querschnitt analog dem Porro-Prisma ausgebildet ist. Bei dem Porro-Prisma tritt bekanntlich nur ein Lichtstrahl, der innerhalb eines engen Winkelbereiches senkrecht auf die Basis des Prismas auftrifft, nach zweimaliger Reflektion an den Seitenflächen des Prismas wieder aus der Basisfläche aus. Strahlen außerhalb dieses engen Winkelbereiches werden durch die Seitenflächen des Prismas ausgeblendet.

Der Winkelbereich ist gegeben durch den Ausdruck:

±ß=± (45° - aresin -)(n = Berechnungsindex) (III)

Aus III ergibt sich Tür Glas mit η = 1,485 beispielsweise ein Winkel β = ± 2,7° und für Glas mit η = 1,603 ein Winkel./? = ±6,4°.

Dieses Prinzip wird bei dem in Fig.5 dargestellten »Porro-Ring« ausgenutzt. Der rotationssymmetrische Glaskörper 35 besitzt dreieckigen Querschnitt mit einem Winkel von 90° an der außen liegenden Spitze und Winkeln von 45° an oben und unten liegenden Spitzen des Dreiecks. Die ringförmige, lichtempfindliche Schicht 32 mit Streuschicht 33 ist an der inneren Basisfläche F₃ in der oberen Hälfte angeordnet. Der vom Prüfeindruck E reflektierte Strahl A 10 erreicht über die Fläche F₃ die Schicht 32, während die unter größeren oder kleineren Winkeln auf die Basisfläche F₃ treffenden, von außerhalb des Prüfeindrucks auftreffenden Strahlen All erzeugten Streusirahlen B\ B"den Glaskörper 35 durch die Seitenfläche F₁ und F₂ verlassen.

Der Winkel Vi ■ ψ unter dem die innere Basisfläche F₃ gegen die Materialoberfläche M geneigt ist, richtet sich nach dem Kegelwinkel ψ des Prüfeindrucks (bzw. dem Flächenwinkel bei einem pyramidenförmigen Prüfeindruck). Unter Umständen ist hier noch der Rückfederungseffekt zu beachten, der beim Entlasten des Eindrucks auftritt, wodurch ψ (entlastet) > ψ (belastet) wird.

Wie bereits erwähnt, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, die F.ächenrncssung am Härteprüfeindruck bei belastetem Prüfeindruck vorzunehmen. Dies ist aus folgenden Gründen besser und exakter als die Messung am entlasteten Eindruck:

1. Die unter Last gemessene Eindruckfläche ist diejenige Größe, die gemäß der ursprünglichen Definition der Härte gemessen werden sollte. Bei der Mehrzahl der Metalle beträgt der Unterschied zwischen ent- und belasteten Eindruckflächen höchstens einige Prozente. Bei Kunststoffen können jedoch beträchtliche Unterschiede auftreten.

2. Die Messung beansprucht weniger Zeit, da beim Messen am entlasteten Eindruck erst der Eindringkörper nach vorhergehender Entlastung entfernt und das Flächenmeßgerät aufgesetzt werden muß, während beim Messen am belasteten Eindruck die Flächenmessung nach einer bestimmten Einwirkungs

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65 zeit der Prüfkraft sofort beginnen kann. Für die in der Industrie heute weit verbreitete Härteschnellprüfung ist daher die Messung am belasteten Eindruck vorzuziehen.

Die die Kontaktfläche begrenzende Randlinie des Prüfeindrucks zeichnet sich im belasteten Zustand durch den Eindringkörper hindurch betrachtet klarer ab als bei direkter Beobachtung nach Wegnahme des Eindringkörpers.

Es sind damit auch Eindrucksflächenmessungen an Kunststoffen möglich.
Das Streulicht ist weniger störend. Da keine elastische Rückverformung des Prüfeindrucks auftritt solange dieser belastet ist, kann der Winkeldurchlaßbereich für das auf das lichtempfindliche Element fallende Licht enger gezogen und besser definiert werden.

In Fig.6 ist eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Flächenmessung am belasteten Prüfeindruck dargestellt. Es ist, wie bei den vorbeschriebenen Ausrührungsformen, lediglich das untere Ende des rohrförmigen Bauteils 41 dargestellt, durch welches das abtastende Lichtbündel zugeführt wird.

In das untere Ende des rohrförmigen Bauteils 41 ist eine durchsichtige, planparallele Platte 44 aus einem widerstandsfähigen Material (Korund, Quarz, Spezialgas) eingesetzt, an deren Unterseite der auf seiner Rückseite plangeschliflene, ebenfalls durchsichtige Eindringkörper 48 angeordnet ist. Der Eindringkörper 48 besteht aus einem durchsichtigen, harten Stoff (Diamant, Saphir, amorpher Korund). Sein Durchmesser D_F entspricht dem größten Durchmesser D„des Meßfeldes. Er ist an allen Seiten von einem weiteren durchsichtigen Körper 45 umgeben, an dessen Außenmantel die lichtempfindliche Schicht 42 mit der Streuschicht 43 angeordnet ist.

Die Prüfkraft P wird vom Bauteil 41 über die Platte 44 auf den Eindringkörper 48 übertragen. Der durchsichtige Korper 45 hat keine Kräfte zu übertragen. Er kann daher auch aus Kunststoff bestehen oder aus Glas, in das der Eindringkörper 48 eingeschmolzen ist. Bei quadratischem Querschnitt des Eindringkörpers 48 kann der durchsichtige Körper 45 auch aus vier Segmenten zusammengesetzt sein.

Aus dem Eindringkörper 48, dem ihn umgebenden Körper 45, der lichtempfindlichen Schicht 42 mit Streuschicht 43 und der Platte 44 kann eine einbaufertige, leicht auswechselbare Bauteilgruppe gebildet sein, dadurch, daß man diese Teile in einer ringförmigen Fassung unterbringt. Letztere kann mit einem Gewinde versehen werden zum Anschrauben an ein Härteprüfgerät.

An der Grenzfläche zwischen dem Eindringkörper 48 und dem ihn um^aebenden Köpfer 45 darf für die vom Prüfeindruck E reflektierten Strahlen A 12 die unter dem Sollwinkel a₂= ψ— 90° einfallen, keine Totalreflektion auftreten. Die Bedingung hierfür ist:

ff,< α (kritisch) = aresin (n_4S//7_4g)

(n₄₅= Brechungsindex des Körpers 45, n_iS= Brechungsindex des Eindringkörpers 48).

Der Strahl A 12 erreicht die lichtempfindliche Schicht 42 nach Reflektion an einer zwischen der planparallelen Platte 44 und dem Körper 45 angeordneten spiegelnden Fläche 46. Die Bedingung dafür, daß bei Proben aus Metall, die außerhalb des Prüfeindrucks E auftreffenden Strahlen A13 nicht spiegelnd reflektiert werden, lautet

ff, = '/2 (180° - ψ )< α (kritisch)

Bei der Vickers-Pyramide aus Diamant (n = 2,415, α (kritisch) = 24,46°) ist der Flächenwinkel ^= 136°. Folglich gilt α, = 22° < 24,46°. Die Durchlässigkeitsbedingung ist also erfüllt. Der größte Teil der im von der Materialoberfläche M reflektierten Strahl A13 enthaltene Lichtenergie gelangt in die schwarz ausgekleidete Zentralbohrung des Bauteils 41.

Der Körper 45 ist an seiner Unterseite mit einer lichtabsorbierenden und lichtundurchlässigen Schicht 47 versehen. Weiterhin kann am Bauteil 41 außen ein in Fig. 6 nicht dargestelltes, verschiebbares Rohr oder eine Gummimanschette angeordnet sein, durch die von außen kommendes Licht von der Einrichtung femgehalten wird.

Besondere Verhältnisse liegen bei Messungen an durchsichtigen Proben vor. Hier muß gelten:

α, = V₂ ■ (180° - ψ) > α (kritisch)

Es tritt dann Totalreflektion an den an Luft angrenzenden Flächen des Eindringkörpers 48 ein und Durchlässigkeit an der Grenzfläche zwischen Eindringkörper 48 und Materialoberfläche M. Der Spannungsverlauf erfolgt dann umgekehrt wie in Fi g. 2 dargestellt und es werden statt der Zeiten A t mit erhöhter Lichtintensität die Zeiten A f'mit erniedrigter Lichtintensität bestimmt und die Eindruckfläche wird bestimmt aus dem Ausdruck A = b_y· v_x- <(aO.

In bestimmten Fällen kann es zweckmäßig sein, mit einer Variante der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform der Einrichtung zu arbeiten. Bei dieser nicht dargestellten Ausführungsform besteht der Eindringkörper 48 aus Diamant mit ψ= 136. Aus Formel IV folgt dann n₄₅> 1,744. Ein geeignetes Material für den Körper 45 wäre dann z. B. Zirkoniumsilicat ZrO₂SiOj (n = 1,923). Wegen der hohen Brechungsindizes fällt dann A12 unter einem sehr spitzen Einfallswinkel auf die spiegelnde Fläche 46, so daß die lichtempfindliche Schicht 42 zweckmäßigerweise an der Unterseite des Körpers 45. angeordnet wird. Der von der Materialoberfläche M reflektierte Strahl A13 wird in diesem Falle nicht in die Bohrung des Bauteils 41 zurückgeleitet, sondern erfährt im Eindringkörper 48eine Mehrfachreflektion und tritt schließlich in den Außenraum unterhalb des Körpers 45 aus.

Anhand der Fig. 7 bis ?soll im folgenden ein technisch besonders günstiges Meßverfahren zur Ausmessung der Fläche des Härteprüfeindrucks, insbesondere die Ablenkung des Lichtbündels, näher erläutert werden.

Bei der im folgenden beschriebenen Vorrichtung zur Ablenkung des abtastenden Lichtbündels in zwei, zueinander senkrechten Richtungen wird das abzutastende Feld auf die Größenordnung der Eindruckfläche beschränkt. So wird beispielsweise für eine Einrichtung zur Ausmessung von Prüfeindrücken mit einer durchschnittlichen Größe von 1 mm² ein Abtastfeld von ca. 4 mm² vorgesehen. Durch die geringen Ablenkwege werden die Linearitätsprobleme auf ein Minimum reduziert.

Weiterhin wird durch eine mechanisch-optische Vorrichtung das Lichtbündel parallel zu sich selbst in Transversalrichtung verschoben, wodurch mögliche Winkelfehler wie beim Gebrauch rotierender Spiegel vermieden werden.

Das Meßsystem ist so beschaffen, daß eine Eichung, nicht erforderlich ist, und es enthält keine Komponenten, Parameter oder elektrische Größen, die im Laufe der Zeit Änderungen unterliegen und Anzeigefehler verursachen können. Es hängt auch nicht von stabilisierten Frequenzen, konstanten Drehzahlen, konstanten Zeitschriften, konstanten elektrischen Spannungen etc ab.

Die Fig. 7 und die partielle Seitenansicht Fig. 8 zeigen in stark schematisierter Darstellung zunächst die wese'ntliehen Teile der optisch-mechanischen Vorrichtung zur Ablenkung des Lichtbündels.

Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle 52 auf, beispielsweise einen Laser, der ein eng begrenztes, leicht konvergentes Lichtbündel A erzeugt. Die Welle eines Elektromotors 53 ist einerseits direkt mit einer ersten Glasplatte 54 und andererseits über Untersetzungsgetriebe 55,56,57 mit einer zweiten Glasplatte 58 verbunden. Beide Glasplatten 54,58 können somit vom Elektromotor 53 in Drehung versetzt werden und sind so angeordnet, daß ihre Drehachsen senkrecht aufeinanderstellen. Wegen der Untersetzungsgetriebe 55, 56, 57 ist die Drehzahl der zweiten Glasplatte 58 sehr viel kleiner als die Drehzahl der ersten Glasplatte 54. Die oben beschriebenen Einzelteile sind an einem schwingungsfesten Rahmen 59 angeordnet, an dessen Unterseite sich eine Blende 51 befindet, durch deren Austrittsöffnung F das Äbtastfeld gegeben ist.

Der Lichtstrahl A gelangt von der Lichtquelle 52 durch die Glasplatten 54 und 58 und die Blende 51 auf die Materialoberfläche M bzw. den Härteprüfeindruck E.

Zwischen der Blende 51 und der Materialoberfläche M ist in, der Übersichtlichkeit wegen, nicht dargestellter Weise das rohrförmige Bauteil 1,11, 21 oder 41 angeordnet, in dem das lichtempfindliche Element und die optisehen Vorrichtungen zur Ablenkung der reflektierten Strahlen enthalten sind, wobei die lichtempfindlichen Elemente elektrisch mit den in Fig. 7 und 8 ebenfalls nicht dargestellten elektrischen Auswerteeinheiten verbunden sind.
Für die Ablenkung eines Lichtbündels durch eine plan-

parallele Glasplatte gilt die Formel

-cos φ

1 - ( — sin ψ
»„

sin φ

Hierbei ist n= Brechungsindex gegen Luft; φ= Drehwinkel = Einfallswinkel des Lichtbündels; t_p= Plattendicke. Für die Äblenkungsgeschwindigkeit beim. Nulldurchgang (α = ο) erhält man aus dieser Formel·:

= ι-

//,= Drehzahl, n_pl = Brechungsindex, t_pl= Dicke der Glasplatte 1.

Je dicker die Glasplatte und je größer der Brechungsindex n,, desto, besser ist die Linearitätsbedingung für eine

so gegebene Ablenkung a_f erfüllt.

Die beiden Glasplatten 54; und 5& liefern innerhalb der durch das Meßfeld gesetzten Grenzen die linearen Ablenkungen a,(t) und fl,.(i), womit sich infolge n, ^n₇= const, auch konstante Äblenkgeschwindigkeiteh ν_Λ> η,, ergeben.

Werden die Platten 54; und 58 in Rotation versetzt, so überstreicht der vom Lichtstrahl .4aii£der.i)laterialoberfläche M erzeugte Lichtfleck; wie weiter unten: besehrieben, das vorgegebene AbtastfekL; das den Prüfeindruck E enthält, und es ergibt sich-an dem UcljtempfipdlicriettEIe-

mentinderbereitsbeschriebenenWeise.d.eii in F^ !dargestellte Spannuagsverlauf E(t).

Zur Auswertung dieses Spannung^yeriauies kann beispielsweise die in-Fig. 9 d^gestellterAnpr;dijpclg; dienen. Mit dieser Anordnung werden; nich^-diQ,^;ZisitsriaHnen

A t (Fig. 2) direkt gemessen, sondern _; &e,^;Sji|^tiÄg;£{r) WK(LzUr. Steuerung eines Stromtörs 6^ verw^iaifä^t.!Hierzu wird, die Spannung E{1) von dem. li(?l^i^p;iBödljeHer} Element, beispielsweise einer Fotozelle, 62'infti elektrischen

Hilfskreisen, über einen Verstärker 63 der Triggervorrichtung 64 zugeführt, an der eine Spannungsschwelie E₁ einstellbar ist Wird E(t) E. so öfihet das Stromtor 61 und läßt die mit der Frequenz/ankommenden Impulse passieren. Wenn die Durchlaßzeit des Stromtores 61 ^ist so wird die Anzahl der durchlaufenden Impulse JV = /- /„und JV ist proportional der gemessenen Räche des Prüfeindrucks.

Die Zählfrequenz wird bei der Anordnung nach Fig. 9 dadurch erzeugt, daß ein vom Elektromotor 53 (s. Fig. 8 und 7) angetriebener Generator 65 zunächst eine Frequenz/= K₁ ■ n, erzeugt, die dem Stromtor 61 über einen Frequenzvervielfacher 66 und eine Impulserzeugungsstufe 67 zugeführt wird. Es gilt dann/= K₂ ■ /= /c, · K₂ - n, = m ■ n,.

Die Impulse werden vom Stromtor 61 der Zählvorrichtung 68 zugeführt und für die Räche gilt A= k- JV, wenn JV die Anzahl der gezählten Impulse ist. Der Wert A wird in einer Anzeigevorrichtung 69 angezeigt.

Hierbei kann es für die Auswertung günstig sein, wenn der Zahlenfaktor k gleich einer Zehnerpotenz gewählt wird.

Es kann weiterhin eine Rechenstufe 70 hinzugefügt sein, welche die Härte H ermittelt und anzeigt, oder ausdruckt.

Die Formel für die Räche A ergibt sich aus der Formel VlI für ν und v,. Es eilt weiterhin 6,=——, hierbei ist p.

die Rächenzahl des zur Ablenkung verwendeten Glaskörpers. Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Platte ist p, = 2. Wenn beispielsweise ein hexogonales Prisma verwendet wird, was auch möglich ist, ist/j,= 6. />, gibt gleichzeitig die Anzahl der Felddurchgänge pro Umdrehung der Glasplatte an.

Mit den Größen t_d= — und/= m · n, ergibt sich schließlieh da ν_Λ = const und b_y = const und vorausgesetzt, daß n,> n,für die Eindrucksfläche:

⁴⁷¹²^i-LV₁-L

'WV ",

Die Plattendicken t_pl und r„, können sehr genau gemessen werden. Die Brechungsindizes der optischen Gläser n_?l und /J₁,, sind sehr genau bekannt Das Drehzahlverhältnis njn, ist eine feste Größe, ebenso die Rächenzahl p, und das Frequenzübersetzungsverhältnis m.

Es gibt sich somit, wie bereits oben erwähnt, A = k- JV, wobei A: eine exakt berechenbare unveränderliche Apparatekonstante ist
In Fig. 9 ist zusätzlich als Anzeigevorrichtung noch ein Oszillograph 71 dargestellt, auf dem die Form der Räche des Prüfeindrucks angezeigt werden kann, aus der Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften gezogen werden können.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß eine veränderliehe Größe in der anhand von Fig.9 beschriebenen Anordnung die Triggerschwelle E, ist. Wenn E, die durch Streulicht erzeugte Restspannung ist, kann durch elektrische Maßnahmen bekannter Art durch sogenannte elektronische Interpolation erreicht werden, daß die Triggerspannung £>m Stromtor automatisch = '/2 (E,+ E_nJ wird. Dadurch läßt sich weitgehend die Untersicherheit beseitigen, die dadurch entsteht, daß die Rankenwinkel der Spannungskurve E(t) kleiner als 90° sind, was sowohl durch den endlichen Lichtfleckdurchmesser als auch durch den endlichen Krümmungsradius der Eindrucksberandung verursacht wird.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausmessen von Härteprüfeindrücken in Materialoberflächen, bei dem ein konzentriertes Lichtbündel auf die zu prüfende Oberfläche gerichtet wird, dessen Durchmesseram Auftrefrbunkt auf die zu prüfende Oberfläche klein gegen den Durchmesser des Prüfeindruckes ist und das in einer senkrecht zur zu prüfenden Oberfläche stehenden Ebene so bewegt wird, daß die Bahn des sich über die Oberfläche bewegenden Lichtfleckes den Prüfeindruck vollständig überquert und die Intensität des in einen vorgegebenen Winkelbereich reflektierten Lichtes bestimmt wird, wobei die bei Überschreiten einer Randünie des Prüfeindruckes auftretende Intensitätsänderung zur Markierung des Anfangs- und Endpunktes eines Abschnittes der Bewegung dient, der dem Abstand zweier Randpunkte des Prüfeindruckes entspricht und die Länge dieses Abschnittes bestimmt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) das Lichtbündel wird senkrecht auf die zu prüfende Oberfläche gerichtet und in mindestens einer Richtung parallel zu dieser Oberfläche derart mehrfach um eine vorgegebene Strecke verschoben und jeweils senkrecht zur Verschiebungsrichtung versetzt, daß die Bahn des Lichtflecks den Prüfeindruck mehrfach vollständig überquert und parallel zueinander verlaufende, die Räche des Prüfeindruckes vollständig überdeckende, dicht aneinander anschließende Teilbahnen entstehen;

b) die Intensität des vom Prüfeindruck in einen von der Einfallsrichtung abweichenden Winkelbereichs reflektierten Lichtes wird während der Verschiebung bestimmt;

c) Es wild zur Flächenbestimmung des Prüfeindrukkes die Summe der Längen der Abschnitte der Teilbahnen bestimmt, deren Länge jeweils dem «o Abstand zweier Randpunkte des Prüfeindruckes entspricht, wobei diese Summe ein Maß für die Fläche des Prüfeindruckes bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel mit konstanter Geschwindigkeit so verschoben wird, daß die Teilbahnen des Lichtfleckes geradlinig verlaufen und jeweils der Zeitabschnitt gemessen wird, der dem, dem Abstand zweier Randpunkte entsprechenden Abschnitt der betreffenden Teilbahn entspricht und die Summe dieser Zeitabschnitte bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmessung des Prüfeindruckes während der Einwirkung der Prüfkraft erfolgt, in dem bei Verwendung eines durchsichtigen Eindringkörpers durch ihn hindurch das Lichtbündel auf die zu prüfende Oberfläche gerichtet wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtbündels, Vorrichtungen zur Konzentration und Ausrichlungdes Lichtbündels auf eine zu prüfende Materialoberfläche, einer Vorrichtung zur Bewegung des Lichtbündels in einer senkrecht zur zu prüfenden Oberfläche stehenden Ebene, einer Vorrichtung zur Lichtintensitätsmes- f> sung, die mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist und mit einem auf die zu prüfende Oberfläche aufsetzbaren, im wesentlichen rohrförmigen Bauteil, dessen Innendurchmesser größer ist als der größte Durchmesser des zu prüfenden Eindruckes, gekennzeichnet durch die Verknüpfung folgender Merkmale:

a) die Vorrichtungen zur Konzentration und Ausrichtung des Lichtbündels führen das Lichtbundel (A l—A 13) senkrecht zur zu prüfenden Oberfläche (M) in axialer Richtung durch das rohrförmige Bauteil (1, 11, 21, 21, 41);

b) durch die Vorrichtung (54,58) zur Bewegung des Lichtbündels (A l-A 13) ist dieses mindestens in einer Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung verschiebbar;

c) die Vorrichtung zur Lichtintensitätsmessung besitzt ein ringförmiges Fotoelement (2,12,22,32, 42), das im Inneren des rohrförmigen Bauteils (1, 11, 21, 41) die Achse des Bauteils umgebend, außerhalb des vom zugeführten Lichtbündel erreichbaren Bereiches so angeordnet ist, daß es das gesamte von der Oberfläche des Prüfeihdrukkes (E) reflektierte Licht empfängt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (69, 70) zusätzlich mit der Vorrichtung (54) zur Bewegung des Lichtbündels verbunden ist und eine mit einer Zeitmeßvorrichtung (65, 66, 67) versehene Auswertevorrichtung (61, 68) enthält, so daß die Anzeige als Funktion der Summe der gemessenen Zeitabschnitte ein Maß der Größe des Prüfeindruckes darstellt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Fotoelement (2,12,22, 42, 32) eine Streuschicht (3,13,23, 33,43) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des rohrförmigen Bauteils (21, 41) optisch wirksame Vorrichtungen (25, 26, 35, 45, 47) zur Ablenkung oder Ausblendung unerwünschter Lichtstrahlen aus der Richtung auf das Fotoelement hin angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als optisch wirksame Vorrichtung ein ringförmig ausgebildeter Glaskörper (35) dient, der in seinem Querschnitt analog einem Porro-Prisma ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lichtaustrittsseite des rohrförmigen Bauteils (41) ein Eindringkörper (48) aus durchsichtigem Material angeordnet ist, durch welchen das abtastende Lichtbündel (A 12, A 13) hindurch tritt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eindringkörper an einem durchsichtigen, im wesentlichen zylindrischen Übertragungskörper (44) angeordnet ist, durch den das Lichlbündel zuführbar ist und der über einen auf seine Oberseite wirkenden Stempel mit der Prüfkraft beaufschlagbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element (42) an der äußeren Mantelfläche eines den Eindringkörper (48) umgebenden durchsichtigen Körpers (45) angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche zwischen Übertragungskörper (44) und dem durchsichtigen Körper (45) reflektierende Flächen (46) angeordnet sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bewegung des Lichtbündels zwei im Strahlengang des

Lichtbündels (A) angeordnete drehbare Glasplatten (54, 58) oder — Prismen mit mindestens zwei planparallelen Flächen aufweist, deren Drehachsen senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung und senkrecht zueinander stehen und die von mindestens einem Elektromotor (53) aus antreibbar sind, wobei die Bewegung des Lichtfleckes auf der Materialoberfläche (M) durch eine Blende (51) begrenzbar isi und die Ablenkgeschwindigkeit in einer Richtung groß gegen die Ablenkgeschwindigkeit in der zu ihr senkrechten Rieh- ι ο tung ist

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Glasplatten (54, 58) von einem gemeinsamen Elektromotor (53) aus antreibbar sind und zwar eine direkt und die andere '.5 unter Zwischenschaltung mindestens eines Untersetzungsgetriebes (55, 56, 57).