DE3507118A1 - Haertepruefgeraet - Google Patents

Description

1A-4958

PAGE-WILSON CORPORATION, Bridgeport, USA

Härteprüfgerät

Die Erfindung betrifft ein Härteprüfgerät zum Messen der Härte von Materialien über eine Messung des Unterschiedes im Eindringen einer Prüfspitze unter kleiner und großer Last, beispielsweise bei Prüfgeräten für Rockwell-Prüfverfahren.

Härteprüfgeräte werden seit vielen Jahren in großem Umfang vertrieben. Diese Geräte werden dazu benutzt, die Härte eines Materials zu bestimmen, wobei ein herkömmliches Verfahren zum Bestimmen dieser Härte darin besteht, den Unterschied im Eindringen einer Prüfspitze unter kleiner und großer Last zu bestimmen. Diese Prüfverfahren werden seit vielen Jahren in großem Umfang durch erfahrenes Personal ausgeführt, wobei die Sensibilität oder Erfahrung der Bedienungsperson stark zur Qualität und zum Wert der Prüfergebnisse beiträgt.

Leider sind diese menschlichen Einflußfaktoren, die die Durchführung dieser Härteprüfungen wesentlich beeinflussen, aufgrund der Unterschiede zwischen den Bedienungspersonen und der zunehmenden Schwierigkeit, Personal zu schulen und zu finden, die qualifiziert und trainiert sind, diese Prüfungen durchzuführen, unerwünscht.

Digitale Lesegeräte zum Anzeigen der Ergebnisse von Härteprüfungen werden in weitem Umfang in derartigen Prüfgeräten ver-

wandt, relativ einfache und betriebssichere und absolut zuverlässige Meßtechniken stehen jedoch allgemein nicht zur Verfügung.

Es werden Härteprüfungen durchgeführt, die sich auf eine Vielzahl von Standardmaßstäben beziehen. Obwohl eine Messung in einem Maßstab durchgeführt und angezeigt werden kann, kann es für die Bedienungsperson notwendig sein, schnell die gelesene Anzeige in einem anderen Maßstab zu bestimmen. Das erfolgt allgemein dadurch, daß die Bedienungsperson verschiedene Tabellen zu Rate zieht und die gelesene Anzeige in einem Maßstab in den anderen Maßstab umwandelt. Diese Umwandlung durch den Menschen ist oftmals mit Fehlern verhaftet, wobei die Möglichkeit,zuverlässig die gelesene Anzeige von einem Maßstab in einen anderen umzuwandeln,nicht ohne weiteres verfügbar ist und zeitraubend sein kann.

Wenn eine !deine Last angelegt wird, indem eine Hubspindel hochgestellt wird, um das Werkstück mit der Prüfspitze in Berührung zu bringen, wird manchmal die Bewegung der Hubspindel umgekehrt. Diese Umkehr der Richtung beim Anlegen einer kleinen Last führt dazu, daß Ungenauigkeiten im Meßverfahren auftreten. Es ist wünschenswert, daß keine Messungen durchgeführt werden, wenn eine derartige Richtungsumkehr aufgetreten ist, um die Durchführung ungültiger Messungen zu vermeiden. Bisher kennt nur die Bedienungsperson eine Umkehr in der Richtung der Hubspindel, so daß es für jemand anderen unmöglich ist zu wissen, ob die Prüfungen richtig durchgeführt wurden oder nicht.

Wenn eine kleine Last angelegt wird, bewegt sich die Hubspindel manchmal zu weit, was zu einer überlast oder zu einer zu hohen Einstellung für die kleine Last führt. Aufgrund des Einflusses des Menschen auf die Meßvorgänge ist diese zu weit gehende Einstellung wiederum nur der Bedienungsperson bekannt, so daß die Messung weiter ungültige Daten erzeugen kann.

Es ist wichtig, das Meßverfahren von Gerät zu Gerät zu eichen

oder zu standardisieren. Eine der problematischsten Gesichtspunkte des Prüfverfahrens ist das Maß des Anlegens einer großen Last an das Werkstück. Die Steuerung für dieses Maß wird von Gerät zu Gerät nicht kontrolliert, so daß dieser Faktor zu einem Mangel an Standardisierung oder Eichung zwischen den Geräten beiträgt. Das kann zu einer Ungenauigkeit und Unzuverlässigkeit in den Härtemessungen führen und ist ein unerwünschter Gesichtspunkt bei Härteprüfgeräten.

Die Härtemeßverfahren, die oben beschrieben wurden, werden im allgemeinen von Hand aus gesteuert. Der Zeitpunkt, an dem eine große oder kleine Last angelegt und/oder abgenommen wird, hängt im allgemeinen von der Fähigkeit und Erfahrung der Bedienungsperson ab. Ein wichtiger Gedanke bei der Bestimmung der Härte des zu prüfenden Materials besteht darin, in welcher Weise die große und kleine Last zu richtigen Zeitpunkten im Verfahren angelegt und abgenommen werden kann, so daß eine ungenaue Messung der Härte des gerade geprüften Materials vermieden wird.

Härteprüfungen werden nach gewissen ASTM-Normen durchgeführt. Diese Normen beziehen sich auf die Art des geprüften Materials. Darüberhinaus gibt es bestimmte ASTM-Normen für Metalle, Kunststoffe und andere Arten von Materialien, wobei zur Bestimmung der richtigen Norm die Bedienungsperson verschiedene Tabellen vor dem Prüfverfahren zu Rate ziehen muß. Die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler besteht natürlich immer, so daß falsche ASTM-Normen während des Prüfverfahrens angewandt werden können, was zu ungenauen und unzuverlässigen Messungen führt, was wiederum nicht bemerkt werden kann, da niemand in der Lage ist, zu wissen, daß die Bedienungsperson falsche Normen benutzt hat.

Ein weiterer Gesichtspunkt bei bekannten Härteprüfgeräten bezieht sich auf die Wahl der größeren Last, der kleineren Last und der Prüfspitze. Die anzulegende Last sowie die Prüfspitze stehen in Beziehung zu dem Maßstab und der Art der verwandten Prüfung. Für eine Oberflächenprüfung werden niedrigere Werte der größeren und kleineren Last benutzt, was jedoch möglicher-

weise dann nicht erfolgt, wenn die Messung läuft, da die richtige Last und die richtige Prüfspitze von Hand aus gewählt werden müssen.

Die Form des geprüften Materials ist ein wichtiger Einflußfaktor bei der Härteanzeige. Wenn das geprüfte Material zylindrisch geformt ist, gibt es bestimmte Korrekturfaktoren, beispielsweise den innen- und der Außendurchmesser des Werkstükkes, wobei diese Faktoren bei den Prüfergebnissen berücksichtigt werden müssen. Wiederum muß die Bedienungsperson separate Tabellen zu Rate ziehen, wobei es sich lediglich hoffen läßt, daß die Bedienungsperson die richtigen Stellen in den richtigen Tabellen findet und die richtigen Korrekturen durchführt, damit sich eine genaue Messung ergibt. Oftmals treten dabei jedoch leider menschliche Fehler auf, so daß die Korrektur für die zylindrische Form des Werkstückes nicht in richtiger Weise durchgeführt wird.

Bestimmte Teile werden regelmäßig auf ihre Härte geprüft. Jedesmal wenn das Teil zu prüfen ist, bestimmt die Bedienungsperson die passenden Prüfverfahren, die passenden Lasten und die geeigneten Normen. Wiederum kann die Subjektivität der Bedienungsperson zu ungenauen Messungen des geprüften Materials führen.

Manche Bedienungspersonen können es schwierig finden, verschiedene gedruckte Tabellen zu Rate zu ziehen und mit diesen Tabellen zu arbeiten, sowie speziellen Anweisungen zu folgen. Die Möglichkeit, einer Bedienungsperson einen vielsinnigen Satz von Anweisungen, Normen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, kann die Gültigkeit und Zuverlässigkeit der Testverfahren wesentlich erhöhen.

Obwohl einige bekannte Härteprüfgeräte digitale Anzeigen liefern, gibt es bis jetzt kein zuverlässig arbeitendes bekanntes Gerät, in dem Informationen und Daten gespeichert werden, die während der Durchführung der Prüfungen verwandt werden. Zum Er-

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zeugen von zuverlässigen Normen sowie von historischen Daten wäre eine solche Möglichkeit wünschenswert, diese steht jedoch bei den bekannten Geräten nicht zur Verfügung.

Durch die Erfindung soll daher ein Härteprüfgerät zum Messen der Härte von Materialien geschaffen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Prüfgerät sollen menschliche Fehler, die bei bekannten Geräten auftreten, im wesentlichen ausgeschlossen sein.

Ziel der Erfindung ist es weiterhin, der Bedienungsperson die Möglichkeit zu geben, von einem Prüfmaßstab automatisch auf einen anderen Prüfmaßstab umzuschalten und die Prüfergebnisse zuverlässig in irgendeinem gewünschten Maßstab anzuzeigen.

Es soll weiterhin sichergestellt sein, daß das Prüfverfahren richtig durchgeführt wird und daß die Prüfung blockiert ist, wenn eine Übereinstellung bei dem Anlegen einer kleinen Last oder eine Umkehr der Bewegung der Hubspindel erfolgt ist.

Durch die Erfindung soll weiterhin die mehrsinnig wahrnehmbare Möglichkeit zum Liefern sowohl einer akustischen als auch optischen Information geschaffen werden, die Normen und Arbeitsverfahren enthält, so daß die Bedienungsperson zuverlässiger die richtigen Prüfungen durchführen kann, indem sie den Anleitungen folgt.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die wirksame Bestimmung des genauen Zeitpunktes, an dem die kleine Last anzulegen und abzunehmen ist, und die Bestimmung des genauen Zeitpunktes, an dem die Härtemessung auszuführen ist.

Durch die Erfindung soll weiterhin ein Prüfgerät geschaffen werden, in das die Möglichkeit der automatischen Korrektur von Materialänderungen und der Korrektur der Materialform eingebaut ist, so daß die Bedienungsperson lediglich Daten eingeben

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muß, um nach den eingegebenen Daten automatisch eine Korrektur auszuführen.

Durch die Erfindung soll weiterhin ein Prüfgerät geschaffen werden, bei dem für bestimmte Teile, die laufend geprüft werden, das Prüfgerät automatisch die Arbeitsabläufe und Bedingungen des Prüfverfahrens ermittelt und wahrnimmt, um menschliche Fehler so gering wie möglich zu halten.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät sollen weiterhin die richtige kleine und große Last sowie die Art der Prüfspitze der Bedienungsperson entsprechend einem Maßstab angezeigt werden, in dem die Prüfung durchzuführen ist.

Es soll darüberhinaus sichergestellt sein, daß das Prüfgerät mit den richtigen Normen arbeitet, was dadurch erreicht wird, daß Standardprüfblöcke benutzt werden und die Prüfungen durchgeführt werden, um die Ergebnisse mit Standard-ASTM-Normen für diese Blöcke als Zuverlässigkeitsprüfung zu vergleichen.

Gemäß der Erfindung soll eine Datenspeicher- und anzeigevorrichtung vorgesehen werden, in der statistische Daten bezüglich der Prüfungen wirksam gespeichert, rückgewonnen und für verschiedene Gesichtspunkte der Prüfarbeitsgänge benutzt werden können.

Schließlich soll gemäß der Erfindung ein Prüfgerät geschaffen werden, bei dem die Möglichkeit der Umwandlung einer Messung von einem Maßstab in einen anderen und zur Anzeige derselben leicht dadurch erhalten wird, daß automatisch nach einer in das Gerät eingegebenen Information die gewünschte Skala angezeigt und auf die gewünschte Skala umgeschaltet wird.

Das wird gemäß der Erfindung durch ein automatisch arbeitendes Härteprüfgerät erreicht, bei dem ein digitales Datenverarbeitungssystem dazu verwandt wird, die Messungen unter Ausschluß des Einflusses von Fehlern durch die Bedienungsperson zu steu-

ern und zuverlässig durchzuführen. Ein derartiges Prüfgerät enthält insbesondere einen Kodierer, der mit der Plattform verbunden ist/ die das zu messende Werkstück trägt, wobei der Kodierer eine Vielzahl von Signalen bezüglich verschiedener Gesichtspunkte des Meßverfahrens liefert. Vor dem Anlegen der kleinen Last wird die Meßskala gewählt und eingetastet. Das zentrale Datenverarbeitungssystem bestimmt die richtigen zu verwendenden Lasten sowie die zu benutzende Prüfspitze. Das zu prüfende Material wird am Anfang auf der Plattform angeordnet und eine Hubspindel wird dazu benutzt, das Werkstück anzuheben, um es einer kleinen Last auszusetzen. Diese Hubspindel kann automatisch betrieben werden, wobei dann, wenn die kleine Last angelegt wird, der Kodierer eine Reihe von Impulsen ausgibt, die dazu benutzt werden, den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die gewünschte Höhe der kleinen Last erreicht ist.

Der Kodierer liefert Riehtungssignale, die die Richtung der Bewegung der Hub spindel und der Plattform anzeigen. Wenn eine Umkehr der Bewegung wahrgenommen wird, ist das Meßverfahren blockiert. Dann werden keine Meßergebnisse angezeigt.

Das Prüfgerät hat die Möglichkeit, den richtigen Zeitpunkt zur Abnahme der großen Last zu bestimmen und die Härte zu berechnen. Das erfolgt dadurch, daß ein Neigungsdetektor vorgesehen ist, der das Maß der Bewegung der Prüfspitze in das Werkstück oder aus dem Werkstück wahrnimmt. Wenn dieses Maß einen gewählten Wert erreicht, werden die Messungen abgeschlossen, woraufhin der nächste Arbeitsvorgang erfolgt. Dadurch werden menschliche Fehler bezüglich der Wahl des richtigen Zeitpunktes zur Abnahme der größeren Last und bezüglich der Berechnung der Härte ausgeschlossen.

Der Neigungsdetektor bestimmt das Maß, in dem die größere Last angelegt wird. Wie es oben beschrieben wurde, ist es wichtig, daß zwischen den Geräten eine Konsistenz herrscht. Die Ge-

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rate haben daher die Möglichkeit, das Maß des Anlegens der größeren Last so einzustellen, daß es für alle Prüfgeräte gleich ist.

Die Verwendung einer zentralen Datenverarbeitungseinheit ermöglicht es, gewisse Daten vorher in das Prüfgerät einzugeben und sicherzustellen, daß die richtigen Korrekturfaktoren erhalten werden sowie in geeigneter Weise von einem Maßstab auf den anderen umgeschaltet wird. Das Gerät hat weiterhin die Möglichkeit, relevante Prüfverfahren und Normen für vorgewählte Teile zu speichern, die regelmäßig in dem Gerät geprüft werden. Diese Information wird dazu benutzt, den Arbeitsablauf zu steuern und die Bedienungsperson während der Prüfung anzuweisen. Darüberhinaus liefert das erfindungsgemäße Gerät eine optische und akustische Anzeige, um gleichzeitig die Bedienungsperson bezüglich der geeigneten Schritte bei der Durchführung der Prüfverfahren zu instruieren.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfgerätes,

Figur 2 in einer auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht das in Fig.1 dargestellte Prüfgerät, wobei seine Hauptbauteile dargestellt sind,

Figur 3 in einem Blockschaltbild die Steuerung gemäß der Erfindung,

Figur 4 in einem Flußdiagramm die Arbeitsweise des Prüfgerätes einschließlich des anfänglichen Anlegens der kleinen Last und der Wahrnehmung des Masses,in dem die große Last an die zu prüfenden Materialien gelegt wird,

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Figur 5 in einem Flußdiagramm die Umwandlung von einem Maßstab auf einen anderen Maßstab im Prüfgerät,

Figur 6 in einem Flußdiagramm die Korrektur der Anzeige nach Maßgabe der Form des geprüften Materials,

Figur 7 in einem Flußdiagramm die Arbeitsweise eines durch das Prüfgerät gesteuerten Druckers,

Figur 8 in einem Blockschaltbild die Verbindung eines Sprachsynthesizers,eines Telefonmodems und einer Kathodenstrahlröhrenanzeige mit dem Prüfgerät,

Figur 9 in einem Blockschaltbild die Verwendung von statistischen Daten bezüglich bestimmter Messungen,

Figur 10 in einem Blockschaltbild die Eingabe und die Steuerung des Prüfgerätes nach vorgegebenen ASTM-Normen unter Verwendung von Prüfblöcken,

Figur 11 in einem Blockschaltbild die Arbeitsweise,bei der bestimmte regelmäßig geprüfte Teile identifiziert und die Arbeitsabfolge und die Normen bezüglich dieser Teile optisch und/oder akustisch angezeigt werden,

Figur 12 in einer graphischen Darstellung die Arbeitsschritte der Arbeitsabfolge des Prüfgerätes und

Figur 13 eine Vorderansicht der Anzeigetafel und der Bedienungstasten bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes.

Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfgerätes. Das Prüfgerät hat im wesentlichen einen C-förmigen Rahmen mit einer mittleren

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vertikalen Stütze oder Säule 10 und einem oberen Kopfteil 12, wobei der Kopfteil eine Anzeigetafel und Tasten 14 aufweist. Der untere Teil 15 des Gerätes sitzt auf einer Auflage. Das zu prüfende Werkstück wird auf einer Plattform 16 angeordnet, die mit einer Teleskophubeinheit 18 verbunden ist, die durch die Drehung einer Kreuzlochmutter 20 angehoben wird, die am Boden der Hubeinheit angeordnet ist und eine Vielzahl von Handgriffen 22 aufweist. Die perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Härteprüfgerätes zeigt ein relativ ähnliches Aussehen wie andere bekannte Prüfgeräte, die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Prüfgerätes ist jedoch eine wesentlich andere.

Die Rockwell-Härte eines Materials wird dadurch bestimmt, daß die Eindringtiefe eines Eindringkörpers gemessen wird, der unter bekannten Lastverhältnissen in eine Probe gedrückt wird. Die Messung ist tatsächlich eine Differenzmessung von zwei Tiefen. Eine kleine Bezugslast, die die Vorlast genannt wird, wird angelegt und das Eindringen des Eindringkörpers wird gemessen. Die volle Prüflast, die die Hauptlast genannt wird, wird anschließend angelegt. Die Hauptlast wird dann abgenommen, während die Vorlast beibehalten wird und es erfolgt eine zweite Tiefenmessung. Der Unterschied zwischen diesen beiden Meßwerten ist die Eindringtiefe.

Es gibt zwei Grund-Rockwell-Härteprüfungen. Die eine ist die sogenannte "normale" Prüfung und die andere ist die sogenannte "Oberflächenprüfung". Der normale Maßstab verwendet eine kleine Last von 10 kg und eine große Last von entweder 60, 100 oder 150 kg.Der Oberflächenmaßstab verwendet eine kleine Last von 3 kg und eine große Last von 15, 30 oder 45 kg. Der Eindringkörper ist entweder ein speziell geformter Diamant, ein sogenannter BRALE oder eine gehärtete Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1/16, 1/8, 1/4 oder 1/2 Inch., d.h. 0,159, 0,317, 0,635 und 1,27 cm jeweils. Die richtige Wahl des Prüfverfahrens

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der Last und des Eindringkörpers ist durch die Härte und die Stärke der Prüfprobe bestimmt. Je weicher das Material ist, umso größer wird die Eindringtiefe sein, so daß bei ansonsten unveränderten Bedingungen eine geringere Last und ein Eindringkörper mit größerem Durchmesser verwendet würde.

Eine unendlich harte Probe ohne Eindringtiefe hätte eine Rockwell-Härte von 100 für den normalen BRALE-Maßstab und alle Oberflächenmaßstäbe. Bei normalen Kugelmaßstäben hätte eine unendlich harte Probe eine Härte von 130. Mit weicher werdendem Material nimmt die Härtezahl ab. Die niedrigsten Werte, die benutzt werden, variieren von der Rockwell-Härte 20 auf dem C-Maßstab bis zur Rockwell-Härte 0 auf den Kugelmaßstäben.

Auf dem normalen Rockwell-Maßstab sind 100 Eindringpunkte gleich 0,2 mm Änderung in der Tiefe. Auf dem Oberflächen-Rockwell-Maßstab sind 100 Eindringpunkte gleich 0,1 mm Änderung in der Tiefe. Die Rockwell-Härte an digitalen Prüfgeräten beträgt 0,1 Rockwellpunkte.

Figur 3 zeigt ein Betriebsblockschaltbild der elektronischen Schaltung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prüfgerätes. Im Zentrum dieses Gerätes befindet sich eine zentrale Datenverarbeitungseinheit CPU 30, die vom Typ 8085 von Intel sein kann. Diese Einheit hat eine Vielzahl von Ausgängen, die separat als Anzeige 32, Kodierer 34, Last 36, Schalter 38, Tastatur 40, Drucker 42 und Energieversorgungsanschluß 46 bezeichnet sind. Der Anzeigeanschluß 32 ist mit der Frontplatte 14 verbunden. Die Tastatur 50 ist über ein Verbindungskabel 52 mit der CPU 30 verbunden.

Das Prüfgerät enthält einen linearen digitalen Kodierer 54, der von einem Typ sein kann, der von Dynamics Research Corp. Massachusetts, USA hergestellt wird. Dieser Kodierer hat ein ausgezeichnetes Auflösungsvermögen, das genaue Messungen mit hohem Leistungsvermögen erlaubt. Der Kodierer ist im Kopf 12

des Prüfgerätes angeschlossen und nimmt die Bewegung des Eindringkörpers dadurch wahr, daß er eine Reihe von Impulsen erzeugt, die zum Maß dieser Bewegung in Beziehung stehen. Der Kodierer weist insbesondere ein Auflösungsvermögen von 1 um,

wenn er bei normalen Rockwell-Prüfungen verwandt wird, und von 0,5 μΐη auf, wenn er bei Oberflächen-Rockwell-Prüfungen verwandt wird. Ein höheres Auflösungsvermögen kann durch eine geeignete mechanische Verbindung erzielt werden, um die Empfindlichkeit des Kodierers zu erhöhen.

Das Prüfgerät enthält weiterhin Solenoide, die zugehörige elektro-mechanische Elemente betätigen können. Insbesondere ist eine Eingabe/Ausgabeplatte 56 mit der CPU 30 an der Lastklemme 36 und mit einem Bremssolenoid 58, einem Selbstauslösesolenoid 60, einem Hubmotor 62 und einem Motorschalter 64 verbunden .

Eine Vielzahl von Schaltern wird über die CPU 30 gesteuert, wobei diese Schalter zu einem Schalter-oder Kontaktsatz zusammengeschlossen sind, der über den Schalteranschluß 38 mit der CPU verbunden ist. Eine Energieversorgungsquelle 68 ist an den Energieversorgungsanschluß 46 der CPU 30 angeschlossen und der Anschluß 42 ist mit einem Drucker 70 verbunden, um die Prüfergebnisse auszudrucken.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfgerätes in einer auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht. Das Untergestell 15 umschließt in der dargestellten Weise den Motor 62, den Motorschalter 64 und das Selbstauslösesolenoid 60. Das Bremssolenoid 58 ist am unteren Teil der Drehkreuzeinheit gehalten, während die Energieversorgungsquelle 68 im Ständer 10 des Rahmens des Prüfgerätes aufgenommen und dort gehalten ist. Die CPU 30 befindet sich auf einer Schaltplatte und ist an einer Seite des Kopfes des Rahmens angebracht, wobei zusätzliche Schaltplatten einschließlich einer Schaltplatte 74

des Kodierers gleichfalls im Kopf des Prüfgerätes angebracht sind. Der lineare digitale Kodierer 54 ist im vorderen Teil des Kopfes des Prüfgerätes angebracht und nimmt die Aufwärtsoder Abwärtsbewegung des Eindringkörpers bei der Arbeit des Prüfgerätes wahr. Die Eingabe/Ausgabeschaltplatte 56 ist gleichfalls im Kopf der Einheit angebracht und die Frontplatte und die Tastatur sind am vorderen Teil des Kopfes 12 des Prüfgerätes angebracht.

Im folgenden wird kurz die grundsätzliche Arbeitsweise des Gerätes beschrieben.

Die Bedienungsperson dreht die Kreuzlochmutter 20 von Hand aus, wodurch die Hubeinheit 18 zum Heben des Werkstückes angehoben wird. Wenn das Werkstück mit der Prüfspitze 76 in Berührung kommt, wird damit begonnen, eine kleine Last oder Vorlast anzulegen, wobei der Kodierer 54 in eine Richtung zu zählen beginnt. Nach einer vorgegebenen Zählerzahl betätigt ein Festkörperschalter ein Solenoid 58 oder ein Relais, das die Mutter bei der richtigen Vorlast sperrt. Dann betätigt ein anderer Festkörperschalter das Selbstauslösesolenoid 60, um das Anlegen der größeren oder Hauptlast auszulösen. Wenn die Last anliegt, beginnt der Kodierer zu zählen und werden die Zählvorgänge addiert. Wenn die Hauptlast voll anliegt, beginnt die Bewegung der Hauptlast anzuhalten und werden das Maß an Bewegung der Hauptlast, das durch den Kodierer wahrgenommen wird,und die Impulsfrequenz gegen Null gehen. Wenn ein bestimmtes Maß oder eine bestimmte Frequenz erreicht ist, wird das Gerät einen anderen Festkörperschalter 64 erregen, der nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit den Motor 62 in Betrieb setzt, um die Hauptlast abzunehmen. Während die Hauptlast abgenommen wird, wird der Kodierer 54 Impulse ausgeben, als würde er in die entgegengesetzte Richtung zählen. Wenn die Hauptlast vollständig abgenommen ist, hört die Bewegung wieder auf und kommt die Impulsfrequenz wieder auf Null. Bei einer bestimmten Frequenz ist die Härteprüfung abgeschlossen und werden der Restzählerstand, der die Eindringtiefe wiedergibt, und die Prüfergebnisse ange-

AS

zeigt. Es wird auch die Kreuzlochmutter freigegeben, so daß die Bedienungsperson die Hubeinheit 18 von Hand absenken kann. Die Bedienungsperson senkt dann die Hubeinheit 18 ab, um die Probe zu entnehmen. Die Bewegung der Prüfspitze endet in einer bestimmten vertikalen Lage und der Restzählerstand der Bewegung wird gleich Null sein.

Figur 12 zeigt in einer Kurve die Bewegung der Prüfspitze während des Betriebsablaufes des Gerätes.

Die Anfangsposition ist mit A bezeichnet und liegt vor dem Beginn der Prüfung. Wenn die Kreuzlochmutter gedreht wird und die Vorlast anzuliegen beginnt, wird die Bewegung der Prüfspitze als nach oben gerichtet angezeigt, wobei dann, wenn eine bestimmte Anzahl von Impulsen entsprechend der Arbeit des linearen Kodierers 54 gezählt ist, die richtige Vorlast angelegt ist. Das ist der Punkt B der Kurve in Figur 12. Eine vorgegebene Zeitverzögerung ist dann als Teil des Betriebes des Gerätes vorgesehen. Nachdem die Vorlast in geeigneter Weise angelegt ist und die Zeitverzögerung vorübergegangen ist, beginnt das Prüfgerät mit dem Anlegen der Hauptlast. Das beginnt am Punkt C der Kurve. Das Anlegen der Hauptlast erfolgt in einem bestimmten Maße bzw. mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Wenn die Hauptlast die Diamantprüfspitze bis zum Ende ihres Eindringens in das geprüfte Werkstück gedrückt hat, beginnt sich die Geschwindigkeit des Anlegens der Hauptlast an das Werkstück zu verlangsamen, wobei bei einer passenden Anlegegeschwindigkeit der Hauptlast der Arbeitsvorgang beendet wird, da die Prüfung abgeschlossen ist. Das ist am Punkt D der Kurve der Fall. Danach wird die Hauptlast während einer gegebenen Verweilzeit zur Ruhe kommen gelassen, was zwischen den Zeitpunkten D und E erfolgt. Während die Hauptlast anliegt und die Kurve zwischen den Punkten C und D verläuft, kann die Geschwindigkeit, mit der die Hauptlast angelegt wird, bestimmt werden und kann eine geeichte Messung erfolgen, um ähnliche Anlegegeschwindigkeit für verschiedene Geräte sicherzustellen. Das wird später im einzelnen beschrieben.

Nachdem die Hauptlast angelegt ist und die Verweilzeit abgelaufen ist, wird die Hauptlast vom Werkstück abgenommen. Das Maß oder die Geschwindigkeit des Rückzuges der Prüfspitze vom Werkstück wird auch nach Maßgabe der Bewegung der Prüfspitze und der Frequenz der Erzeugung der Impulse vom Linearkodierer wahrgenommen. Wenn dieses Maß einen vorbestimmten Wert am Punkt F unterschreitet, wird festgestellt, daß die Härtemessung abgeschlossen ist. Die Messung erfolgt tatsächlich erst nach Ablauf einer gewissen Erholungszeit, die teilweise durch das geprüfte Material bestimmt ist. Am Ende der Erholungszeit, d.h. am Punkt G in Figur 12 erfolgt eine Messung bezüglich des Unterschiedes in der Eindringtiefe zwischen den Punkten C und G, wobei dieser Unterschied in der Eindringtiefe ein Maß für die Härte des geprüften Materials ist.

Figur 13 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Anzeigetafel dieses Prüfgerätes. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine erweiterte Version des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Ergebnisse der Prüfungen oder die Härte oder andere Faktoren bezüglich der Messungen werden an einem Anzeigelesefenster 80 angezeigt, wobei die Höhe der Vorlast an einem Anzeigelesefenster 82 angezeigt wird. Die Wahl der geeigneten Vorlast, der geeigneten Hauptlast und der richtigen Prüfspitze wird in den Fenstern 84, 86 und 88 angezeigt, wobei diese Werte mit dem richtigen Prüfmaßstab in Beziehung stehen, der für die Messung verwandt wird. Insbesondere wird eine Prüfmaßstabumschalttaste 90 betätigt, um die verschiedenen Maßstäbe durchlaufen zu lassen, die für die Benutzung verwandt werden können, wobei bei jedem Maßstab die passende Vorlast, Hauptlast und Prüfspitze angezeigt werden.

Ein besonderer Gesichtspunkt bei dem erfindungsgemäßen Härteprüfgerät, der im folgenden mehr im einzelnen beschrieben wird, befaßt sich mit der Möglichkeit der Anzeige der Messung in verschiedenen Maßstäben. Eine Ümwandlungsschalttaste 92 dient dazu, die verschiedenen Maßstäbe durchzuschalten oder durchlaufen zu lassen, unter denen die Prüfungen durchgeführt werden könnten.

Selbst wenn die Prüfung in einem C-Maßstab durchgeführt wird, kann eine Anzeige auch eine Ablesung im D-oder G-Maßstab liefern. Der für die im Fenster 80 angezeigte Messung geeignetste Maßstab ist gleichzeitig im Fenster 94 angezeigt und die Umwandlung erfolgt dadurch, daß die benachbarte U mwandlungstaste 96 betätigt wird.

Bestimmte andere Gesichtspunkte der Arbeit des Prüfgerätes werden gleichzeitig an der Anzeigetafel angegeben. Insbesondere werden im Fenster 98 die Verweilzeit, im Fenster 100 die Erholungszeit, im Fenster 102 der addierte zylindrische Korrekturfaktor und im Fenster 104 der subtrahierte Faktor angezeigt. Die Art des geprüften Materials wird an den Anzeigefenstern 106 und 108 als weich oder hart angegeben und das Fenster 110 gibt an, daß die Prüfung fehlerfrei abgelaufen ist und geeignete Messungen stattgefunden haben.

Ein zustäzlicher Tafelbereich 112 umfaßt eine Reihe von Funktionstasten 130 und Zahlentasten 115, wobei die Funktionstasten und danach geeignete Zahlentasten betätigt werden, um bestimmte numerische Daten für die Prüfarbeitsabläufe und die Anzeige einzugeben. Insbesondere können hohe und niedrige Grenzwerte von Hand aus durch Betätigen der geeigneten Zahlentasten eingegeben werden, wobei diese Einstellungen im Anzeigefenster 80 angezeigt werden. Die hohen und niedrigen Grenzwerte werden dadurch eingegeben, daß zunächst die entsprechenden Tasten 114 und 116 und danach die geeigneten Zahlentasten gedrückt werden. Darüberhinaus können auch die Verweilzeit und die Erholungszeit nach demselben Verfahren unter Verwendung der jeweiligen Tasten 118 und 120 eingegeben werden. Um die Messung bei einem zylindrischen Werkstück zu korrigieren, wird die Taste 112 für ein zylindrisches Werkstück gedrückt und wird zusätzlich zu dem Innen- und außendurchmesser die geeignete Information unter Verwendung der Tasten 124 und 126 eingegeben.

Das Fenster 80 ist eine alpha-numerische Anzeige, die nicht nur die oben beschriebenen Funktionen sondern auch anzeigt, ob das Gerät richtig arbeitet oder nicht/ in welcher Betriebsphase es entsprechend den Funktionen arbeitet, die unter Bezug auf die Kurve in Fig. 12 beschrieben wurde, ob die Prüfungen durchgeführt werden sollen oder nicht oder wertlos sind, sowie andere Informationen, die noch beschrieben werden.

Das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prüfgerätes wurde im obigen anhand von Fig. 9 beschrieben. Die CPU 30 ist ein Mikroprozessor, der so organisiert sein kann, daß er verschiedene Funktionen steuert. Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfgerätes weiter bezüglich der speziellen Funktionen beschrieben, die durch die CPU ausgeführt und organisiert werden, obwohl bestimmte Prograinmanweisungen nicht gegeben werden, da diese ohne weiteres bei gegebenen auszuführenden Funktionen und Identifikationen der CPU ersichtlich sind.

Figur 4 zeigt ein Flußdiagramm, in dem der Ablauf mehrerer Funktionen des erfindungsgemäßen Prüfgerätes beschrieben ist. Der Kodierer 54 liefert insbesondere Zählwerte, die durch einen Phasensensor 200 hindurchgehen. Wenn der Phasensensor eine Umkehr der Phase in den Ausgangssignalen vom Kodierer 54 wahrnimmt, wird ein Signal ausgegeben, das der CPU zugeführt wird, die dadurch weitere Meßvorgänge des Gerätes beendet.

Das betrifft natürlich die Umkehr der Hubspindel beim Anlegen der Vorlast. Darüberhinaus zeigt das Anzeigefenster 80 an, daß diese Umkehr stattgefunden hat und die Prüfung nicht weitergehen kann.

Wenn der Phasensensor eine derartige Phasenumkehr nicht anzeigt, wird der Kodiererzähler eine vorgegebene Zahl zählen, wobei diese vorgegebene Zahl mit der Vorlast in Beziehung steht, die an das Werkstück anzulegen ist. So lange dieser Zählerstand nicht

erreicht ist, wird der Kodierer weiter Impulse liefern, die dem Kodiererzähler 202 geliefert werden. So lange der Kodiererzähler weiterzählt, wird der Kodierer weiter Impulse erzeugen. Wenn der vorgegebene Zählerstand erreicht ist, wird eine positive Anzeige ausgegeben, wobei jedoch dann, wenn der Gesarntzählerstand einen Überschreitungsbetrag überschreitet, wie es im Block 204 angegeben ist, der gesamte Arbeitsvorgang abgebrochen wird und keine weiteren Messungen erfolgen. Wenn durch den Überschreitungskomparator 204 eine positive Anzeige gegeben wird, dann lag eine größere Last als die gewünschte Vorlast an und wird somit verhindert, daß ein Meßvorgang ausgeführt wird.

Solange der Kodiererzählerstand größer als die vorgegebene Zahl jedoch kleiner als die überlast ist, wird der Betrieb fortgesetzt. An dieser Stelle wird angenommen, daß die Vorlast eingestellt ist und wird das Sperrsolenoid 58 erregt, um dadurch sicherzustellen, daß die Vorlast an das geprüfte Werkstück angelegt ist. Dann beginnt eine vorgegebene Verzögerungszeit, wie es im Block 206 angegeben ist, wonach mit dem Anlegen der Hauptlast an das geprüfte Werkstück begonnen wird. Das erfolgt durch den Ablauf der vorgegebenen Verzögerungszeit im Block 206, durch den das Selbstauslösesolenoid 60 erregt wird, um mit dem Anlegen der Hauptlast zu beginnen. An dieser Stelle beginnt der Lesekodierer wiederum damit, eine Reihe von Impulsen zu erzeugen, die zu der Bewegung der Prüfspitze in das geprüfte Werkstück in Beziehung stehen.

Es versteht sich ohne weiteres, daß sich die Prüfspitze mit einer bestimmten Geschwindigkeit oder in einem bestimmten Maß bewegt, wobei dieses Maß oder diese Geschwindigkeit der Bewegung von dem geprüften Material sowie von der Prüfspitze und anderen Einflußfaktoren abhängt. Das Maß oder die Geschwindigkeit mit dem oder mit der die Prüfspitze das zu prüfende Werkstück beaufschlagt, wird dadurch bestimmt, daß die Anzahl der vom Kodierer 54 pro Zeiteinheit erzeugten Impulse gemessen wird. Ein Geschwindigkeitsvergleich erfolgt im Block 208, um anzuzei-

gen, daß die Hauptlast vollständig am Werkstück liegt, da die Geschwindigkeit der Anlegung der Last am Werkstück abnimmt. Es kann irgendeine derartige Geschwindigkeit oder irgendein derartiges Maß sowie eine geeignete Anzahl von Zählimpulsen pro Zeiteinheit gewählt werden, um anzuzeigen, daß das Anlegen der Hauptlast abgeschlossen ist. Solange dieser Zählwert noch nicht erreicht ist, oder mit anderen Worten, solange dieser Zählwert größer als die genannte Zahl ist, wird keine Anzeige gegeben und wird weiter die Geschwindigkeit oder das Maß des Anlegens der Last an das geprüfte Werkstück wahrgenommen. Wenn einmal im Block 208 festgestellt wird, daß dieses Maß gleich oder kleiner als das vorgegebene Maß ist, dann wird das Anlegen der Hauptlast an das zu prüfende Werkstück beendet. Das erfolgt natürlich nicht augenblicklich, vielmehr wird eine Verweilzeit verwandt, die mit dem geprüften Material sowie mit bestimmten ASTM-Normen in Beziehung steht. Nach Ablauf der Verweilzeit wird der Motor 6 2 über eine Erregung des Motorschalters 64 betätigt, so daß dieser beginnt, die Hauptlast vom geprüften Werkstück abzunehmen.

Wieder dient der Kodierer 54 dazu, das Maß oder die Geschwindigkeit der Abnahme oder Bewegung der Prüfspitze aus dem Werkstück zu bestimmen, wobei wiederum dann, wenn das Maß der Bewegung, das durch die Anzahl der vom Kodierer erzeugten Impulse bestimmt ist, unter einem vorbestimmten Wert liegt, festgestellt wird, daß die Prüfung abgeschlossen ist und daß die Prüfspitze in einem vorgegebenen Maß vom Werkstück wegbewegt ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Messung der Härte des Materials erfolgen, aufgrund der benutzten mechanischen Arbeitsvorgänge ist jedoch nach den ASTM-Normen eine gewisse Erholungszeit vorgesehen. Nachdem der Ablauf dieser Erholungszeit durch den Block 210 festgestellt ist, erfolgt eine Anzeige der Härte des Materials im Fenster 80. Diese Anzeige ist in Figur 4 als Anzeige 212 bezeichnet.

Ein weiterer Gesichtspunkt beim erfindungsgemäßen Prüfgerät befaßt sich mit der Möglichkeit, das Maß oder die Geschwindig-

keit des Anlegens der Hauptlast an das zu prüfende Werkstück zu normieren oder zu eichen, um eine Zuverlässigkeit und Konsistenz vom Prüfgerät zu Prüfgerät sicherzustellen. Was die Arbeit des Kodierers 54 anbetrifft, so wird insbesondere dann, wenn mit dem Anlegen der Hauptlast an das zu prüfende Werkstück begonnen wird, ein Zählimpuls bei 214 in der CPU 30 erzeugt, wobei die Erzeugung dieses Zählimpulses nach Maßgabe einer vorgegebenen Zeiteinheit erfolgt. Der Zählimpuls beginnt nach Ablauf eines vorgegebenen bestimmten Zeitintervalls, das mit dem zu prüfenden Werkstück sowie mit der Höhe der anzulegenden Hauptlast in Beziehung steht. Es kann beispielsweise ein Zeitablauf von 1/4 oder 1/2 Sekunde vor Beginn der Zähleinheit für das Ma3 des Anlegens der Hauptlast an das zu prüfende Werkstück gewählt werden. Wenn diese Norm einmal gegeben ist, wird jedes folgende Prüfgerät so eingestellt, daß es dasselbe Standardmaß des Anlegens der Last an das zu prüfende Werkstück liefert.

Wie es weiterhin in Figur 4 dargestellt ist, wird das Prüfgerät überprüft, um zu bestimmen, ob das Maß des Anlegens der Hauptlast annähernd gleich dem vorgegebenen, vorbestimmten Maß ist. Insbesondere enthält die CPU 30 eine Einrichtung 216, die das Maß des Anlegens der Hauptlast an das Werkstück bestimmt, wobei während dieser Zeit ein Schalter 218 betätigt ist, um im Fenster 80 in Figur 13 dieses Maß,mit dem die Hauptlast an das Werkstück angelegt wird, anzuzeigen. Wenn diese Anzeige innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, dann genügt das Prüfgerät den Konsistenznormen in der Beschreibung. Darüberhinaus kann ein Vergleich automatisch in die CPU 30 eingebaut sein, bei den das Maß des Anlegens der Hauptlast an das Werkstück vorgegeben werden kann und ein Vergleich des gerade geprüften Gerätes mit dieser vorgegebenen Norm erfolgen kann, so daß die Anzeige nur anzeigen muß, daß das Gerät tauglich ist oder nicht, da es innerhalb oder außerhalb der vorgegebenen Norm liegt.

Obwohl das Gerät so beschrieben wurde, daß es durch eine Drehung einer Kreuzlochmutter von Hand aus betätigt wird, um die Platt-

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form und das Werkstück anzuheben, kann auch eine automatische Einrichtung dazu verwandt werden, die Spindel automatisch anzuheben, um die kleine Vorlast anzulegen. In dieser Weise kann ein weiterer menschlicher Fehler vermieden werden und ist im wesentlichen sichergestellt, daß das automatische Anlegen der Vorlast nach den vorgegebenen Normen erfolgt, da eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, daß eine Umkehr der Bewegung dieser Hubspindel erfolgen wird, während die Vorlast an das Werkstück gelegt wird.

Es versteht sich, daß das oben beschriebene System, das einen Lesekodierer verwendet, im wesentlichen menschliche Bedienungsfehler dadurch ausschließt, daß es versucht, festzustellen, wann die Haupt- und Vorlast anliegen oder anliegen sollten oder die Bewegungen abgeschlossen sind oder abgeschlossen sein sollten. Durch die Bestimmung und Normierung des Maßes oder der Geschwindigkeit, in dem oder in der die Hauptlast angelegt wird, kann darüberhinaus eine Gleichförmigkeit von Gerät zu Gerät leicht erzielt werden.

Der Benutzer kann die Möglichkeit haben, das Maß des Anlegens der Last zu variieren, wenn das jedoch erfolgt, kann die Zuverlässigkeit des Gerätes beeinträchtigt werden. Andererseits kann die CPU 30 auch ein Standardmaß vorgeben, so daß der Benutzer bestimmen kann, ob das Gerät innerhalb der vorgegebenen Norm arbeitet oder nicht, die durch den Hersteller angegeben ist. Wenn das Maß, in dem die Hauptlast an einen Prüfblock angelegt wird, nicht innerhalb der Norm liegt, die vorgegeben und in der CPU gespeichert ist, kann das an der Anzeige 80 angezeigt werden und kann eine Einstellung erfolgen, um dieses Maß, in dem die Hauptlast angelegt wird, nachzustellen.

Figur 5 zeigt das Flußdiagramm eines weiteren Funktionsmerkmals des erfindungsgemäßen Gerätes. Wie es oben beschrieben wurde, erfolgt oftmals eine Messung in einem Maßstab, obwohl es wichtig wäre, daß zum Anzeigen der Härte des geprüften Materials andere Maßstäbe benutzt werden. Im allgemeinen sind derartige Maßstäbe

in Umwandlungstabeilen enthalten, wobei diese Umwandlungstabellen eine Anzahl von Maßstäben beispielsweise die Maßstäbe C, A, D, 15-N, 30-N, 45-N sowie andere enthalten. Diese Tabellen enthalten jeweils die entsprechenden Härtewerte in Bezug auf den gewählten Maßstab. Es kann wünschenswert sein, das Werkstück in einem Maßstab, beispielsweise dem Maßstab C zu prüfen, und dennoch in der Lage zu sein, eine Härteangabe in einem anderen Maßstab zu liefern. Gemäß der Erfindung sind die Maßstäbe und die diesbezüglichen Härtemeßwerte in der CPU 30 gespeichert.

Die Umwandlungsdurchlauftaste 72 wird betätigt und jeder jeweilige Maßstab wird im Fenster 94 angegeben. Das erfolgt, nachdem eine Messung bereits in einem Maßstab durchgeführt worden ist, der bei der Prüfung durch die Betätigung des Prüfmaßstabswählschalters 90 vorgewählt ist. Nach Abschluß der Prüfung wird der Umwandlungsdurchlauf ausgeführt, wobei dann, wenn der andere gewünschte Maßstab erreicht ist, eine benachbarte Umwandlungstaste 96 betätigt wird. Diese Maßstabsumwandlung bewirkt dann eine Anzeige im neugewählten Maßstab im Fenster 80, so daß in dieser Weise die Bedienungsperson leicht Härteangaben in verschiedenen Maßstäben bekommen kann, ohne daß sie zu separaten Tabellen greifen muß oder separat verschiedene Maßstabsangaben oder Härtewerte handhaben muß, um die geeigneten Umwandlungsdaten einzustellen und aufzufinden.

Figur 5 zeigt den Tastaturdurchlaufblock 220, der betätigt wird, um die Tabellen durch das Fenster 94 durchlaufen zu lassen. Der Maßstab und die Umwandlungstabeile werden dann dadurch aktiviert, daß in die CPU am Block 222 eingetreten wird, wobei dann, wenn der Umwandlungsdruckknopf 224 (96) betätigt wird, die Umwandlungstabelle 226 aktiviert wird, um umgewandelte Daten an der Anzeige 80 zu erzeugen.

Gemäß eines weiteren Gesichtspunktes des erfindungsgemäßen Gerätes, der durch das Flußdiagramm von Figur 6 dargestellt ist, müssen bestimmte Messungen, die an einem flachen Werkstück aus-

geführt werden, bei einem zylindrischen Werkstück korrigiert werden. Insbesondere werden am Block 230 zylindrische Korrekturdaten in die CPU 30 eingegeben. Die Anzeige, die einer Standardhärteprüfung entspricht, erfolgt im Block 232 und eine Abwandlung der Standarddaten gemäß der zylindrischen Korrelationsdaten erfolgt im Abwandlungsblock 234, um eine Anzeige im Fenster 80 zu liefern, die eine modifizierte oder korrigierte Anzeige ist. Wie es in Figur 13 dargestellt ist, werden zylindrische Korrekturdaten über die Tastatur und die geeigneten Tasten 122, 124 und 126 sowie die Zahlentasten eingegeben. Wenn einmal die Größe des Werkstückes sowie sein Innen- und Außendurchmesser eingegeben sind, kann die Datenkorrektur erfolgen. Die Anzeige 80 zeigt nicht nur die korrigierte Information, sondern auch an, daß die angezeigte Härte eine korrigierte Zahl und nicht die Standardzahl ist, die ursprünglich während der herkömmlichen Härteprüfung geliefert wurde.

Figur 7 zeigt das Flußdiagramm der Arbeitsabfolge, bei der ein Drucker 70 eingeschaltet wird, um die während der Prüfung erzeugten Daten auszudrucken. Insbesondere werden Härteangaben bezüglich des oben beschriebenen Standardverfahrens im Block erzeugt, wie es ähnlich in Figur 6 der Fall ist. Diese Information liegt an einem Druckbefehlsblock 236, wobei dann, wenn ein Druckbefehl in den Block 236 eingegeben wird, ein Druckbefehl gegeben wird, um den BCD-Druckerausgang 238 und Computeranschlüsse 240 zu aktivieren, so daß der Drucker die gewünschte Information ausdruckt.

Wie es oben beschrieben wurde, besteht eine Schwierigkeit bei den bekannten Geräten darin, daß eine mehrsinnige Anweisung der Bedienungsperson fehlt. Die in Fig. 8 dargestellte CPU 30 enthält ein Organisationsprogramm und Anschlüsse und Zugänge, mit denen eine Schnittstelle 242 für eine Kathodenstrahlröhrenanzeige verbunden werden kann. Die Betriebsschnittstelle 242 kann mit einem Standardmonitor 244 verbunden werden und geeignete alpha-numerische Daten können von der CPU 30 über die Schnitt-

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stelle 242 dem Monitor 244 geliefert werden. Zusätzlich kann ein Sprachsynthesizer 246 verwandt werden und mit einer geeigneten Anschlußklemme der CPU 30 verbunden werden. Der

Sprachsynthesizer kann einen Lautsprecher 248 aktivieren, so daß geeignete alpha-numerische Daten über den Sprachsynthesizer eingegeben werden können, um eine akustische Angabe der gewünschten Information zu liefern. Das wird mehr im einzelnen im folgenden anhand der wiederholten Messung bestimmter Werkstücke sowie der Messung und des Vergleichs mit gegebenen ASTM-Normen beschrieben.

Die CPU 30 enthält weiterhin einen Modemanschluß, mit dem ein Telefonmodem 250 verbunden werden kann, dessen Ausgang mit einem Standardtelefon 252 verbunden ist. Es kann wünschenswert sein, die Prüfgeräte an Ort und Stelle fernzuprüfen, wobei der Telefonmodem dazu verwandt werden kann, sicherzustellen, daß die Prüfgeräte den meisten laufenden Prüfbedingungen genügen. Dieser Modem kann mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit vom Hersteller verbunden werden, so daß neue Informationen bezüglich neuer Normen, fortgeschriebene Daten, Umwandlungstabellen und andere Informationen bezüglich der im Speicher der CPU gespeicherten Information vom Hersteller des Härteprüfgerätes über die CPU dem Telefonmodem übertragen werden können, um jedes Prüfgerät auf dem neuesten Stand zu halten.

Wie es oben beschrieben wurde, besteht ein weiteres Problem bei bekannten Geräten darin, daß es schwierig ist, die Messungen über ein Zeitintervall zu korrelieren. Die CPU 30 (Fig.9) enthält insbesondere einen Speicher, um eine Information bezüglich der Meßabläufe einschließlich des Tages,der Zeit,der Art des Werkstückes, der Prüfergebnisse und anderer zugehöriger Daten zu speichern. Insbesondere ist der Benutzer des Gerätes in der Lage, die allgemeine Qualität der geprüften Materialien über ein Zeitintervall zu bestimmen und Standardabweichungen oder andere statistische Werte zu ermitteln.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt gemäß der Erfindung ist die Möglichkeit zu bestimmen, ob das Gerät innerhalb gegebener ASTM-

Spezifizierungen richtig arbeitet oder nicht. Das erfolgt unter Verwendung der vorliegenden Vorrichtung. Figur 10 zeigt ein Flußdiagramm dieses Arbeitsablaufes. Der Speicher der CPU 30 speichert insbesondere ASTM-Prüfdaten bezüglich gegebener Prüfblöcke. Diese Prüfblöcke werden anstelle des Werkstückes benutzt, das vorher identifiziert wurde, um festzustellen, ob das Prüfgerät gemäß der Standardarbeitsweise arbeitet oder nicht. Die Daten bezüglich der Art des Prüfblockes werden in das System unter Verwendung der Zahlentasten und der Funktionstasten eingegeben. Während die Prüfungen ablaufen, erfolgt ein Vergleich im Block 270 zwischen den gespeicherten ASTM-Daten und den gemessenen Daten.

Das Ergebnis des Vergleiches der Tabellen,der im Block 270 erfolgt, wird dann im Speicher der CPU 30 gemäß Flußdiagrammschritt 272 gespeichert, wobei dann, wenn die Messungen und der Vergleich der Testarbeitsabläufe mit den ASTM-Normen in Übereinstimmung stehen, ein positives Signal im Block 274 erzeugt wird und die Anzeige 80 anzeigt, daß das Prüfgerät den ASTM-Normen genügt.

Figur 11 zeigt in einem weiteren Flußdiagramm ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Gerätes. Einige Benutzer stellen insbesondere fest, daß sie wiederholt Prüfungen am selben Bauteil ausführen müssen. Dieses Bauteil kann eine Standardnummer haben und statt der regelmäßigen Konsultation einer separaten Karte oder Tabelle, um die Arbeitsparameter und Verfahren für dieses Bauteil durch die Bedienungsperson festzulegen, kann die CPU 30 die Daten entsprechend der Nummer des geprüften Bauteiles speichern. Die Bedienungsperson muß nur die Bauteilnummer über eine Identifizierung eintasten, wobei die CPU akustisch oder optisch die Normen und Verfahren liefert, denen das Prüfgerät folgen soll. Darüberhinaus kann die CPU automatisch den Arbeitsablauf und den Ablauf der Prüfung am Werkstück steuern, um zu bestimmen, ob dieses Werkstück innerhalb der Normen liegt oder nicht, die entsprechend der vorher in der CPU gespeicherten Information vorgegeben sind.

Im obigen wurden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gerätes beschrieben. Durch die Erfindung wird ein vollständig automatisches relativ betriebssicheres, konsistentes und zuverlässig und genau arbeitendes Härteprüfgerät geschaffen, bei dem die Prüfungen von Gerät zu Gerät konsistent sein können und bei dem die Möglichkeit von menschlichen Fehlern in weitem Umfang ausgeschlossen ist. Die Fähigkeit, leicht von einer Tabelle auf eine andere sowie von einem Maßstab auf einen anderen umzustellen sowie bestimmte Faktoren wie beispielsweise bezüglich der zylindrischen Form und der Größe des geprüften Werkstückes nachzustellen und zu korrigieren macht das erfindungsgemäße Gerät den bekannten Geräten deutlich überlegen. Darüberhinaus stellt es gegenüber den bekannten Geräten gleichfalls eine merkliche Verbesserung dar, daß es möglich ist, sicherzustellen, daß das Prüfgerät mit gegebenen ASTM-Normen übereinstimmt, indem Prüfblocke verwandt werden, um Ergebnisse zu liefern, die dann mit den gespeicherten ASTM-Normen in der CPU 30 verglichen werden. Die Möglichkeit, die CPU-Information entsprechend revidierten Daten fortzuschreiben und diese zu einer zentralen Stelle zu übertragen, stellt gleichfalls eine wesentliche Verbesserung dar.

Die Verwendung von gleichzeitigen akustischen und optischen Anweisungen sowie einer angezeigten Information zur Unterstützung der Bedienungsperson bei der Durchführung der Prüfungen ist gleichfalls als Verbesserung auf diesem Gebiet anzusehen.

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Claims (22)

- τη - PATENTANSPRÜCHE

1. Härteprüfgerät zum Prüfen der Härte eines Materials in einem bestimmten Maßstab mit einer Plattform, die ein zu prüfendes Werkstück trägt, einer Hubeinheit zum Anheben der Plattform, einer Prüfspitze, die in das Werkstück eindringt, während die Plattform zur Prüfspitze angehoben wird, um an das Werkstück eine kleine Vorlast zu legen,einer Einrichtung, die eine größere Hauptlast an das Werkstück legt und die Prüfspitze weiter in das Werkstück bewegt,einer Einrichtung, die die Hauptlast vom Werkstück abnimmt, und einer Einrichtung, die die Härte des Werkstückes dadurch bestimmt, daß sie die relative Eindringtiefe der Prüfspitze bei anliegender Haupt- und Vorlast vergleicht, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Reihe von Impulsen erzeugt, die die Relativbewegung zwischen der Prüfspitze und dem Werkstück wiedergeben.

2. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Reihe von Impulsen erzeugt, einen linearen Kodierer umfaßt, der mit der Bewegung der Prüfspitze in das Werkstück gekoppelt ist.

3. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Höhe der Vorlast, die am Werkstück liegt, wahrnimmt und einen linearen Kodierer umfaßt, der mit der Relativbewegung zwischen der Prüfspitze und dem Werkstück gekoppelt ist und eine Reihe vom Impulsen erzeugt, die diese Relativbewegung wiedergeben, eine Einrichtung, die die

richtige Höhe der an das Werkstück anzulegenden Vorlast speichert, und eine Einrichtung, die die gespeicherte richtige Höhe mit der anliegenden Vorlast vergleicht, wobei die Messungen dann ausgeführt werden können, wenn die Höhe der anliegenden Vorlast annähernd gleich der gespeicherten richtigen Höhe ist.

4. Härteprüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Höhe der anliegenden Vorlast bestimmt, eine Zähleinrichtung umfaßt, die mit dem linearen Kodierer gekoppelt ist, um die Impulse zu zählen und einen Zählerstand zu liefern, der die Höhe der anliegenden Vorlast wiedergibt.

5. Härteprüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die gespeicherte richtige Höhe mit der Höhe der anliegenden Vorlast vergleicht, eine Einrichtung, die wahrnimmt, daß die Höhe der anliegenden Vorlast ein vorgegebenes Maximum überschreitet und im überlastbe-

* reich liegt, und eine Einrichtung umfaßt, die auf die Wahrnehmung der überlast anspricht und den Messvorgang beendet.

6. Härteprüfgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine digitale Anzeige, die die gespeicherte richtige Höhe der Vorlast und die Tatsache anzeigt, daß eine überlast wahrgenommen wurde, um den Ablauf des Meßvorganges zu beenden .

7. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Reihe von Impulsen erzeugt, eine Einrichtung umfaßt, die die relative Richtung der Bewegung zwischen der Prüfspitze und dem Werkstück angibt, und daß weiterhin eine Einrichtung, die wahrnimmt, daß die Richtung der Relativbewegung zwischen der Prüfspitze und dem Werkstück umgekehrt wurde, während die Vorlast angelegt wurde, und eine Einrichtung vorgesehen sind, die den Meßvorgang auf eine Umkehr der

* Richtung dieser Relativbewegung ansprechend beendet.

8. Härteprüfgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die eine Reihe von Impulsen erzeugt, eine Einrichtung umfaßt, die die relative Richtung der Bewegung zwischen der Prüfspitze und dem Werkstück angibt, und daß weiterhin eine Einrichtung, die wahrnimmt, daß die Richtung der Relativbewegung zwischen der Prüfspitze und dem Werkstück während des Anlegens der Vorlast umgekehrt wurde, eine Einrichtung vorgesehen sind, die auf eine Umkehr der Richtung der Relativbewegung ansprechend den MeßVorgang beendet.

9. Härteprüfgerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung, die anzeigt, daß eine Überlast vorliegt und daß eine Umkehr der Bewegungsrichtung und eine Beendigung des Meßvorganges vorliegen.

10. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Maß oder die Geschwindigkeit des Anlegens der Hauptlast an das Werkstück wahrnimmt.

11. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Anlegen der Hauptlast beendet, wenn das Maß, in dem die Hauptlast angelegt wird, unter einen vorbestimmten Wert fällt.

12. Härteprüfgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Maß oder die Geschwindigkeit, mit der die Hauptlast an das Werkstück gelegt wird, wahrnimmt, und eine Einrichtung, die das Anlegen der Hauptlast beendet, wenn das Maß, in dem die Hauptlast angelegt wird, unter einen vorbestimmten Wert fällt.

13. Härteprüfgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Maß, mit dem die Hauptlast an ein Standardwerkstück angelegt wird, normiert und eine Einrichtung umfaßt, die die Reihe der Impulse pro Zeiteinheit zählt, um eine Norm für das Maß zu erzeugen, mit dem die Hauptlast angelegt wird, wobei diese Norm für das Maß, mit dem die Hauptlast bei anderen Härteprüfgeräten angelegt wird, als Norm

angewandt wird.

14. Härteprüfgerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den Beginn des Anlegens der Hauptlast wahrnimmt, eine Einrichtung, die den Beginn des Zählens der Impulse verzögert und eine Einrichtung, die die Impulse nach der Verzögerung zählt.

15. Härteprüfgerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Hauptlast vom Werkstück dadurch abnimmt, daß sie die Prüfspitze aus dem Kontakt mit dem Werkstück herausbewegt,und eine Einrichtung, die das Maß oder die Geschwindigkeit wahrnimmt, mit der die Prüfspitze vom Werkstück wegbewegt wird,und die die Härtemessung beendet, wenn das Maß der Abnahme der Hauptlast gleich einem vorbestimmten Maß ist.

16. Härteprüfgerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Härte des Werkstückes dadurch bestimmt, daß sie den Unterschied zwischen der Anzahl der Impulse, die während des Anlegens der Vorlast und während der Abnahme der Hauptlast erzeugt werden, zählt.

17. Härteprüfgerät nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Vielzahl von Meßskalen oder Maßstäben speichert, eine Einrichtung, die auf die gemessene Härte ansprechend einen Wert anzeigt, der die Härte in einem Meßmaßstab wiedergibt,und eine Einrichtung, die diesen Meßmaßstab anzeigt.

18. Härteprüfgerät nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, an der die Skalen oder Maßstäbe und der gemessene Härtewert liegen, um automatisch die Härte in einem der Meßmaßstäbe und den benutzten Meßmaßstab anzuzeigen.

19. Härteprüfgerät nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Durchlaufenlassen der Meßska-

len oder Meßmaßstäbe, um die Skala oder den Maßstab zu wählen, in dem die Härte anzuzeigen ist.

20. Härteprüfgerät nach Anspruch 16, gekennze ichn e t durch eine Einrichtung, die eine Vielzahl von Korrekturfaktoren speichert, die zur Form eines zylindrischen Werkstückes in Beziehung stehen, wobei die Faktoren den Innen- und den Außendurchmesser des Werkstückes einschließen, eine Einrichtung, die die gemessene Härte in eine korrigierte Härte umwandelt, eine Einrichtung, die die gemessene Härte und die Korrekturfaktoren der Umwandlungseinrichtung zuführt, und eine Anzeigeeinrichtung, die mit der Umwandlungseinrichtung verbunden ist, um den korrigierten Härtewert und die Identität eines korrigierten Wertes anzuzeigen.

21. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, gekennze ichn e t durch eine zentrale Datenverarbeitungseinheit, die eine Speichereinrichtung umfaßt, die die Meßskalen oder Meßmaßstäbe und die entsprechenden Haupt- und Vorlasten und die Art der Prüfspitze speichert, und eine Anzeigeeinrichtung, die mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit verbunden ist, und die passende Haupt- und Vorlast und die Art der zu verwendenden Prüfspitze für eine Messung in diesem Maßstab anzeigt.

22. Härteprüfgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung eine Speichereinrichtung umfaßt, die eine Vielzahl von Härtemeßskalen oder Maßstäben speichert, daß eine Anzeige mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit verbunden ist und daß eine Einrichtung, die eine Härtemessung in einem gewählten Maßstab ausführt und die sich ergebenden Härtemeßwerte in diesem Maßstab anzeigt, eine Einrichtung, die einen anderen Maßstab wählt, in dem die entsprechende Härte anzuzeigen ist, und eine Einrichtung vorgesehen sind, die auf den gewählten anderen Maßstab anspricht, mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit verbunden ist und den Meßwert von einem Maßstab in einen anderen Maßstab umwandelt und diesen Wert und den anderen Maßstab anzeigt.