DE3721525A1 - Microhardness test device, preferably for optical (light) microscopes - Google Patents

Microhardness test device, preferably for optical (light) microscopes

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DE3721525A1
DE3721525A1 DE19873721525 DE3721525A DE3721525A1 DE 3721525 A1 DE3721525 A1 DE 3721525A1 DE 19873721525 DE19873721525 DE 19873721525 DE 3721525 A DE3721525 A DE 3721525A DE 3721525 A1 DE3721525 A1 DE 3721525A1
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Christfried Dipl Ing Etzold
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Jenoptik Jena GmbH
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Abstract

Microhardness test device, preferably for optical microscopes, for generating and evaluating microhardness indentations on samples in conjunction with an upright or inverted optical (light) microscope, the application of the test force and the evaluation of microhardness indentations being performed automatically and in a computer controlled manner. According to the invention, provision is made of a penetrating device and a control unit. The elements of the two form a force-measuring and a displacement (position)-measuring system whose signals are evaluated in a computer. Before starting the hardness testing operation, the total system is calibrated, the deformation of the apparatus being determined and stored for consideration during the hardness testing operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vor­ zugsweise für Lichtmikroskope, zum Erzeugen und Auswerten von Mikrohärteeindrücken an Proben in Verbindung mit einem aufrechten oder umgekehrten Lichtmikroskop, wobei das Auf­ bringen der Prüfkräfte und die Auswertung der Mikrohärte­ eindrücke automatisch und rechnergesteuert erfolgt.The invention relates to a microhardness testing device preferably for light microscopes, for generating and evaluating of microhardness impressions on samples in connection with a upright or inverted light microscope, the up bring the test force and the evaluation of the micro hardness impressions are automatic and computer-controlled.

Für die Durchführung der Härteprüfung an mit Lichtmikrosko­ pen untersuchten Proben sind zum Beispiel Mikrohärteprüfer bekannt, bei denen in der Frontlinse eines Objektives des Lichtmikroskopes der Eindringkörper angeordnet ist (DR-P 6 88 026). Die Prüfkräfte werden mittels des Mikroskop­ feintriebes aufgebracht und der Kraftwert an einer ins Zwischenbild eingespiegelten Skale abgelesen (Druckschrift 30-6676e-1 der JENOPTIK JENA GmbH, DDR). Nachteilig ist bei dieser Anordnung die eingeschränkte Bildgüte des Objektives und die ungenaue Aufbringung der Prüfkraft. Weiterhin ernöglicht eine derartige Anordnung nur die manu­ elle Anwendung eines speziellen Härteprüfverfahrens an inversen Mikroskopen. For performing the hardness test on with light microscope The samples examined are, for example, microhardness testers known, in which in the front lens of a lens Light microscope of the indenter is arranged (DR-P 6 88 026). The test forces are checked using the microscope fine drive applied and the power value at one ins Read the intermediate image of the reflected scale (publication 30-6676e-1 from JENOPTIK JENA GmbH, GDR). The disadvantage is with this arrangement the limited image quality of the Objectives and the imprecise application of the test force. Furthermore, such an arrangement enables only the manu application of a special hardness test method inverted microscopes.  

Mit einer Lösung nach DE-PS 9 58 513, bei der ein Objektiv neben einer Aufnahme des Eindringkörpers auf einer Horizon­ talführung angeordnet ist und wechselseitig in die optische Achse des Mikroskopes positioniert werden können, wird der Nachteil der eingeschränkten Bildgüte beseitigt. Die Betä­ tigung der einzelnen Elemente erfolgt jedoch noch manuell. Um den Härteprüfvorgang zu automatisieren, wurden bekannte Anordnungen mit hydraulisch oder auch pneumatisch arbei­ tenden Bedieneinheiten versehen (z. B. DE-PS 10 00 614). Diesen Lösungen ist jedoch der Nachteil gemeinsam, daß der Aufwand technisch-ökonomisch sehr hoch ist.With a solution according to DE-PS 9 58 513, in which a lens next to a picture of the indenter on a horizon valley tour is arranged and mutually into the optical Axis of the microscope can be positioned The disadvantage of the limited image quality has been eliminated. The Betä However, the individual elements are still manually adjusted. In order to automate the hardness testing process, known ones have been developed Arrangements with hydraulic or pneumatic work tendency control units (e.g. DE-PS 10 00 614). However, these solutions have the disadvantage in common that the effort is technically and economically very high.

Eine automatisch arbeitende Mikrohärteprüfeinrichtung als Zusatzgerät für ein Lichtmikroskop ist nach der DE-OS 35 06 437 bekannt. Bei dieser Lösung ist der Eindring­ körper von einer Federanordnung belastbar und es wird die Durchbiegung von Dehnmeßstreifen, die auf der Federanord­ nung befestigt sind, als Meßsignale für die auf den Ein­ dringkörper aufgebrachte Kraft verwendet. Die Prüfeinrich­ tung ist so vorgesehen, daß sie ein der Form und den Ab­ messungen eines Objektiveinsatzes angenähertes Gehäuse aufweist und der Eindringkörper in der optischen Achse einjustierbar ist.An automatic micro hardness tester as Additional device for a light microscope is according to DE-OS 35 06 437 known. With this solution is the intrusion body resilient from a spring arrangement and it becomes the Deflection of strain gauges on the spring arrangement voltage are attached, as measurement signals for the on force applied to the urging body. The test facility tion is provided so that it has a shape and Ab Measurements of a lens insert approximate housing has and the indenter in the optical axis is adjustable.

Die Prüfkraft wird von einem Tauchspulen-Permanentmagnet- System erzeugt. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die Prüfkraft wird definiert aufgebracht. Der erzeugte Ein­ druck wird optisch vermessen, die Meßdaten in eine Auswer­ teeinheit eingegeben, in der die Berechnung der Härte er­ folgt.The test force is from a moving coil permanent magnet System created. A control unit is provided which Test force is applied in a defined manner. The generated one Print is measured optically, the measurement data in an evaluator unit entered in which the calculation of the hardness follows.

Bei allen genannten Anordnungen wird zur Bestimmung der Härte der Probe die Diagonalen des Eindruckes gemessen und die ermittelten Werte für die Berechnung (manuell oder maschinell) zugrunde gelegt.In all of the arrangements mentioned, the Hardness of the sample measured the diagonals of the impression and the determined values for the calculation (manual or by machine).

Nachteile dieses Verfahrens sind eine Vielzahl von Meß­ fehlern, die in der Berechnung eingehen. Hervorgerufen werden diese durchDisadvantages of this method are a large number of measuring errors that are included in the calculation. Evoked are going through this

  • - keine scharfe Eindruckbegrenzung auf Grund einer Ein­ druckrandwulst;
    - Strichstärke und Form der Strichfiguren im Meßokular und daraus resultierend toleranzbehaftetes Anfahren an die Kanten des Eindruckes,
    - Getriebeumkehrspannen im Meßokular,
    - Abbildungsfehler der Auswerteoptik,
    - Beleuchtungsprobleme mit unmittelbaren Einfluß auf das Meßergebnis u. a. m.    - no sharp indentation limitation due to a pressure edge bead;
    - Line width and shape of the line figures in the measuring eyepiece and the resulting tolerance approach to the edges of the impression,
    - reverse gear span in the measuring eyepiece,
    - aberrations of the evaluation optics,
    - Lighting problems with a direct influence on the measurement result, etc.

Ein weiterer Nachteil ist, daß Werkstoffe mit elastischer Rückdeformation, wie z. B. Kunststoffe, Gummi oder auch Lackschichten mit diesem Verfahren auf ihre Härte nicht untersucht werden können.Another disadvantage is that materials with elastic Back deformation, such as B. plastics, rubber or Lacquer layers with this process are not as hard can be examined.

Anordnungen die nach dem Verfahrensprinzip der Eindring­ tiefenmessung arbeiten, sind die vorgenannten Nachteile nicht eigen, haben jedoch den Nachteil, daß sie während des Prüfvorganges zu Stativdeformationen neigen, die zu Fehlern im Meßergebnis führen. Anordnungen, die nach diesem Verfahrensprinzip arbeiten, sind sehr steif ausgebildete Materialprüfmaschinen (DD-WP 2 49 484). Eine Anwendung an Lichtmikroskopen bekannter Bauform ist derzeit nicht ge­ geben.Orders following the principle of intrusion work depth measurement are the aforementioned disadvantages not proper, but have the disadvantage that during of the test procedure to tripod deformations that tend to Lead errors in the measurement result. Orders made after this Working principle are very rigidly trained Material testing machines (DD-WP 2 49 484). An application Light microscopes of known design is currently not ge give.

Ziel der Erfindung ist es, eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope zu schaffen, die als Zubehöreinheit ausgebildet ist, automatisch arbeitet und höchste Genauigkeiten gewährleistet und mit geringem technisch-ökonomischen Aufwand fertigbar ist.The aim of the invention is to provide a microhardness testing device, preferably to create for light microscopes that as Accessory unit is trained, works automatically and highest accuracy guaranteed and with low technical-economic effort is producible.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope zu schaffen, die nach dem Verfahrensprinzip der Eindrucktiefenmessung arbeitet, bei der die Meßwerte automatisch erfaßt und ausgewertet werden und bei der Gerätefehler, wie Stativdeformation in der Meßwertauswertung berücksichtigt werden, sowie mit gerin­ gem technisch-ökonomischen Aufwand fertigbar ist.The object of the invention is to provide a microhardness testing device, preferably to create for light microscopes that according to the Principle of the process of indentation depth measurement works at  which automatically records and evaluates the measured values and in the case of device errors, such as tripod deformation in the Measured value evaluation are taken into account, as well as with low is producible according to technical-economic effort.

Die Aufgabe löst eine Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugs­ weise für Lichtmikroskope, bestehend aus einer Eindring­ vorrichtung, enthaltend eine Eindringkörperaufnahme mit einer Wechselstelle, zur wahlweisen Aufnahme von Eindring­ körpern verschiedener Formen, wobei die Eindringkörperauf­ nahme mittels Federanordnungen so gehalten ist, daß der auf­ genommene Eindringkörper in der Achse des Eindringkörpers zu liegen kommt, und Bauelemente zur Erzeugung einer Meß­ kraft mit axialer Wirkungsrichtung auf den Eindringkörper vorgesehen und alle Elemente der Eindringvorrichtung in einem in den Objektivrevolver eines Lichtmikroskopes ein­ setz- bzw. einschraubbaren bzw. der Form und den Abmessungen eines Objektives angenäherten Gehäuse aufgenommen sind und aus einem Steuergerät, in dem eine Eingabeeinheit, eine Aus­ gabeeinheit, ein Speicher, eine Rechengabeeinheit, eine Ausgabeeinheit, ein Speicher, eine Recheneinheit, eine Regeleinrichtung, ein Hochspannungsteil und eine Spannungs­ stabilisierungseinheit vorgesehen sind, erfindungsgemäß dadurch, daß in einem Gehäuse einer Eindringvorrichtung symmetrisch zur Achse mindestens ein, vorzugsweise zwei, piezoelektrische Biegestäbe mittels Kontaktringen mit dem Gehäuse und jeweils das zweite Ende über einen Doppelwin­ kel mit einem Kraftmeßgehäuse in Wirkverbindung stehen, daß das Kraftmeßgehäuse jeweils im Zentrum von zwei über­ einander im Gehäuse angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfeldern befestigt und damit in axialer Richtung geführt ist und daß eine Eindring­ körperaufnahme jeweils im Zentrum von zwei weiteren über­ einander in dem Kraftmeßgehäuse angeordneten, durch­ brochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern be­ festigt und damit ebenfalls in axialer Richtung geführt ist, daß als Kraftmeßsystem im Kraftmeßgehäuse einander gegen­ überliegend eine Lumineszenzdiode und eine Doppeldiode, in der Eindringkörperaufnahme eine Meßblende und in einem Steuergerät eine Kraftmeßschaltung, mittels einer Leitung mit der Doppeldiode verbunden, vorgesehen sind, daß als Wegmeßsystem im Gehäuse einander gegenüberliegend eine zweite Lumineszenzdiode und eine zweite Doppeldiode, in der Eindringkörperaufnahme eine zweite Meßblende und in einem Steuergerät eine Wegmeßschaltung, mittels einer Leitung mit der zweiten Doppeldiode verbunden, vorgesehen sind und daß die Kraftmeßschaltung und die Wegmeßschaltung mit einem Rechner verbunden sind.The task is solved by a microhardness testing device, preferably wise for light microscopes, consisting of an intrusion device containing an indenter with an exchange point, for the optional absorption of intrusion bodies of different shapes, with the indenters on was held by means of spring assemblies so that the indenter taken in the axis of the indenter comes to rest, and components for generating a measurement force with axial direction of action on the indenter provided and all elements of the penetration device in one into the nosepiece of a light microscope insertable or screwable or the shape and dimensions a lens approximate housing are included and from a control unit in which an input unit, an off Gabe unit, a memory, a computing unit, a Output unit, a memory, a computing unit, a Control device, a high voltage part and a voltage Stabilization unit are provided, according to the invention characterized in that in a housing of an indenter symmetrical to the axis at least one, preferably two, piezoelectric bending rods by means of contact rings with the Housing and the second end via a double winch kel are in operative connection with a force measuring housing, that the load cell in the center of two each arranged in the housing, openwork and on attached to its circumference held membrane fields and thus is guided in the axial direction and that a penetration body uptake in the center of two more each arranged in the force measuring housing, by broken and held at their circumference diaphragm springs strengthens and is therefore also guided in the axial direction,  that against each other as a force measuring system in the force measuring housing overlying a luminescent diode and a double diode, a measuring orifice in the indenter and in one Control unit a force measuring circuit, by means of a line connected to the double diode, are provided that as Position measuring system in the housing opposite one another second luminescent diode and a second double diode, in the indenter recording a second orifice plate and in a control device, a displacement measuring circuit, by means of a Line connected to the second double diode, provided are and that the force measuring circuit and the displacement measuring circuit are connected to a computer.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen bestehen darin, daß als Meßstrahl aussendende Lumineszenzdiode eine Lumineszenz­ diode in der Eindringkörperaufnahme angeordnet ist und mittels einem Teilerprisma den Doppeldioden jeweils ein Teilmeßstrahl zugeführt wird, daß die beiden Meßblenden auf die entsprechenden Oberflächen des Teilerprisma auf­ gebracht sind, daß an Stelle des Eindringkörpers ein Eichkörper mit relativ stark abgeflachter Spitze verwen­ det werden kann und daß der piezoelektrische Biegestab mindestens aus einem Einzelstab besteht. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zu Beginn des Prüfvorganges über eine Eingabeeinheit mindestens nachstehende Daten in das Steuergerät eingegeben werden:Advantageous embodiments are that as Luminescent diode emitting a measuring beam emits a luminescence diode is arranged in the indenter and using a divider prism, the double diodes Partial measuring beam is supplied that the two orifices on the corresponding surfaces of the divider prism are brought in that in place of the indenter Use calibration body with a relatively sharply flattened tip can be det and that the piezoelectric bending rod consists of at least one single member. The essence of Invention is that at the beginning of the test process via an input unit at least the following data can be entered into the control unit:

  • - Eichvorgang,
    - Betrag der Prüfkraft,
    - Form des Eindringkörpers,
    - Zustellgeschwindigkeit,
    - Haltezeit,
    - Ausgabeform der Härtewerte, als Wert von Einzelmessungen oder Mittelwert von Meßreihen,
    - Bauform des Lichtmikroskops, aufrechtes - umgekehrtes,
    - eventuell spezielle anwenderorienterte Daten.    - calibration process,
    - amount of test force,
    - shape of the indenter,
    - delivery speed,
    - holding time,
    - Output form of hardness values, as the value of individual measurements or the mean value of series of measurements,
    - Design of the light microscope, upright - inverted,
    - possibly special user-oriented data.

Vom Rechner werden über die Regeleinrichtung und das Hoch­ spannungsteil die piezoelektrischen Biegestäbe angesteuert. Bei Anliegen einer Spannung an den piezoelektrischen Biege­ stäben wird über einen Doppelwinkel eine resultierende, in der Achse liegende Kraft auf das Kraftmeßgehäuse ausgeübt. Dieses und der in der Eindringkörperaufnahme befindliche Eichkörper werden nach unten, in Richtung der auf einem Objekttisch aufgelegten Probe bewegt. Nach Auftreffen des Eichkörpers auf die Probe bewegt sich der Eichkörper, die Eindringkörperaufnahme, sowie die Meßblenden auf das Kraft­ meßgehäuse bezogen relativ in die Gegenrichtung.From the computer, the control device and the high voltage part controlled the piezoelectric bending rods. When a voltage is applied to the piezoelectric bend a result is a double angle, in Axial force exerted on the load cell. This and the one located in the indenter Calibration bodies are placed downwards, in the direction of one Object-placed sample moves. After the impact of the The calibration body moves to the sample Indenter body, as well as the orifice plates on the force measuring housing related relatively in the opposite direction.

Bei Auftreffen des Eichkörpers auf die Probe liefert das aus den Elementen Lumineszenzdiode, Doppeldiode, Meßblende und der Kraftmeßschaltung bestehende Kraftmeßsystem der Wegmeßschaltung ein Signal, welches den Nullpunkt festlegt und das Wegmeßsystem, bestehend aus den Elementen einer zweiten Lumineszenzdiode, einer zweiten Doppeldiode, einer zweiten Meßblende und der Wegmeßschaltung, zum Messen frei­ gibt.When the calibration body hits the sample, this provides from the elements luminescent diode, double diode, measuring aperture and the force measuring circuit existing force measuring system Position measuring circuit a signal which defines the zero point and the measuring system, consisting of the elements of a second luminescent diode, a second double diode, one second orifice plate and the position measuring circuit, free to measure gives.

Die durch das Wegmeßsystem gemessenen Werte werden in den Speicher gespeichert, sie bilden die dem verwendeten Mikroskopstativ zugeordnete Deformationsfunktion in Abhän­ gigkeit des Betrages der Prüfkraft.The values measured by the position measuring system are in the Memory stored, they form the one used Deformation function assigned to microscope stand in dep the amount of the investigator.

Die Signale der Kraftmeßschaltung werden der Regeleinrich­ tung und der Wegmeßschaltung, die Signale der Wegmeßschal­ tung dem Rechner zugeführt.The signals of the force measuring circuit are the control device device and the displacement measuring circuit, the signals of the displacement measuring scarf tion fed to the computer.

Zur gleichmäßigen Beleuchtung der Doppeldioden ist eine Spannungsstabilisierungseinheit zwischen den Lumineszenz­ dioden und der Kraftmeßschaltung und der Wegmeßschaltung vorgesehen. Nach dem Eichvorgang wird der Eichkörper gegen einen Eindringkörper, gewünschter Form, ausgewechselt. Der funktionelle Ablauf des Härteprüfvorganges ist analog dem Eichvorgang unter Berücksichtigung der zu Beginn eingege­ benen Daten, einschließlich Prüfprogramm. For uniform lighting of the double diodes is one Voltage stabilization unit between the luminescence diodes and the force measuring circuit and the displacement measuring circuit intended. After the calibration process, the calibration body is against an indenter, desired shape, replaced. The functional sequence of the hardness testing process is analogous to that Calibration process taking into account the input at the beginning data, including test program.  

Nach Abschluß des Härteprüfvorganges liefert die Ausgabe­ einheit folgende Ergebnisse - Prüfkraft; Eindringtiefe; Eindringdiagonale, aus der Eindringtiefe berechnet; Mikro­ härtewert mit Angabe der Eindruckform; spezielle anwender­ orientierte Angabe - entsprechend dem eingegebenen Prüf­ programm.After the hardness test has been completed, the output delivers unit following results - test force; Depth of penetration; Penetration diagonal, calculated from the penetration depth; Micro hardness value with indication of the impression form; special users oriented specification - according to the entered test program.

Es ist auch möglich, den Härteprüfvorgang ohne vorherigen Eichvorgang vorzunehmen.It is also possible to complete the hardness testing process without prior Calibration process.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigt in schematischer DarstellungThe invention is illustrated below with reference to embodiments play explained. It shows in a schematic representation

Fig. 1 eine Mikrohärteprüfeinrichtung, bestehend aus einer Eindringvorrichtung in Verbindung mit einem Steuergerät (Blockschaltbild), Fig. 1 is a Mikrohärteprüfeinrichtung consisting of a penetration device in conjunction with a control unit (block diagram),

Fig. 2 u. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Eindring­ vorrichtung, Fig. 2 u. 3 a horizontal section through the penetration device,

Fig. 4 u. 5 Funktionsdiagramme der Mikrohärteprüfvorgänge bei hängender und stehender Anordnung der Ein­ dringvorrichtung. Fig. 4 u. 5 functional diagrams of the microhardness testing processes with hanging and standing arrangement of the penetration device.

Aus Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Aufbau der Mikrohärte­ prüfeinrichtung, vorzugsweise für Lichtmikroskope erkennbar. Die Eindringvorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 9, das in Form und Abmessung annähernd einem Objektiv eines Licht­ mikroskopes entspricht. Das Gehäuse 9 ist mit einem An­ schlußteil 9 a, vorzugsweise einem Gewindestück, versehen, mit dem es an einer Objektivwechseleinrichtung, z. B. einem Objektivrevolver, anbringbar ist. Nicht dargestellt sind Justierelemente, mit denen die Achse 6 der Eindringvorrich­ tung 1 in der optischen Achse des Lichtmikroskopes positioniert wird. Im Gehäuse 9 sind symmetrisch zur Achse 6 mindestens ein, vorzugsweise zwei, piezoelek­ trische Biegestäbe 3 vorgesehen. Ein Ende der Biege­ stäbe 3 steht jeweils mittels Kontaktringen 4 a und 4 b mit dem Gehäuse 9 und die zweiten Enden stehen über die Schenkel 5 a und 5 b und dem Zapfen 5 c eines biegesteifen Doppelwinkels 5 mit einem Kraftmeßgehäuse 7 in Wirkver­ bindung. Die Stromzufuhr zu den piezoelektrischen Biege­ stäben 3 erfolgt über eine Leitung 25 a von einem Hoch­ spannungsteil 25 kommend direkt oder über die Kontakt­ ringe 4 a und 4 b zu diesen.From FIG. 1, the assembly of the invention is the micro-hardness testing device, preferably for microscopes recognizable. The penetration device 1 consists of a housing 9 , which corresponds approximately in shape and dimension to a lens of a light microscope. The housing 9 is provided with a connection part 9 a , preferably a threaded piece, with which it is attached to a lens changing device, for. B. a nosepiece is attachable. Not shown are adjusting elements with which the axis 6 of the device 1 is positioned in the optical axis of the light microscope. In the housing 9 , at least one, preferably two, piezoelectric bending rods 3 are provided symmetrically to the axis 6 . One end of the bending rods 3 is in each case by means of contact rings 4 a and 4 b with the housing 9 and the second ends are on the legs 5 a and 5 b and the pin 5 c of a rigid double angle 5 with a force measuring housing 7 in a connection. The power supply to the piezoelectric bending rods 3 is via a line 25 a coming from a high voltage part 25 directly or via the contact rings 4 a and 4 b to these.

Das Kraftmeßgehäuse 7 ist jeweils im Zentrum von zwei übereinander im Gehäuse 9 angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfedern 8 befestigt und damit in axialer Richtung geführt bewegbar.The force measuring housing 7 is fastened in the center of two perforated diaphragm springs 8 arranged one above the other in the housing 9 and held on their circumference and can thus be moved in an axial direction.

Die Eindringkörperaufnahme ist ebenfalls jeweils im Zentrum von zwei übereinander jedoch im Kraftmeßgehäuse 7 angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehal­ tenen Membranfedern 14 befestigt und ebenfalls in axialer Richtung geführt bewegbar.The indenter is also fixed in the center of two but one above the other in the force measuring housing 7 , openwork and held on its circumference, diaphragm springs 14 and also movable in the axial direction.

Die Eindringkörperaufnahme 15 ist in Richtung der Öff­ nung 9 b des Gehäuses 9 mit einer an sich bekannten Wech­ selstelle, für die wahlweise Aufnahme unterschiedlicher Eindringkörper versehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Eindringkörper mit relativ stark abgeflachter Spitze als Eichkörper 17 zu verwenden. In Richtung ihres anderen Endes sind zwei Meßblenden 18 und 19 vorgesehen. Sie bestehen zum Beispiel in Form von sich in einem Winkel von vorzugsweise 90° kreuzenden, in vorzugsweise einer Ebene liegenden, zylindrischen Durchbrüchen mit abgesetztem Durchmesser.The indentor receptacle 15 is in the direction of the opening 9 b of the housing 9 with a known alternating selstelle, for the optional inclusion of different indenters. It is provided according to the invention to use an indenter with a relatively strongly flattened tip as the calibration body 17 . Two orifices 18 and 19 are provided in the direction of their other end. They exist, for example, in the form of cylindrical openings with a stepped diameter, preferably crossing at an angle of 90 °, preferably lying in one plane, with a stepped diameter.

In der Ebene der Meßblende 19 sind in dem Kraftmeßgehäuse 7 einander gegenüberliegend eine Lumineszenzdiode 12 und eine Doppeldiode 13 angeordnet. A luminescent diode 12 and a double diode 13 are arranged opposite one another in the force measuring housing 7 in the plane of the measuring orifice 19 .

In der Ebene der Meßblende 18 sind im Gehäuse 9 einander gegenüberliegend eine Lumineszenzdiode 11 und eine Doppel­ diode 10 vorgesehen. Im Kraftmeßgehäuse 7 sind ent­ sprechende Durchbrüche eingelassen, siehe auch Fig. 2. Im Steuergerät 2 sind eine Eingabeeinheit 22, eine Aus­ gabeeinheit 23, ein Speicher 21, ein Rechner 20, eine Regeleinrichtung 24, ein Hochspannungsteil 25 und eine Spannungsstabilisierungseinheit 28, sowie erfindungsge­ mäß eine Kraftmeßschaltung 26 und eine Wegmeßschaltung 27 vorgesehen, die gemäß dem Blockschaltbild, siehe Fig. 1, untereinander und mit der Eindringvorrichtung 1 in Wirk­ verbindung stehen.In the plane of the orifice 18 , a luminescent diode 11 and a double diode 10 are provided opposite each other in the housing 9 . In the force measuring housing 7 , corresponding openings are made, see also FIG. 2. In the control unit 2 , an input unit 22 , an output unit 23 , a memory 21 , a computer 20 , a control device 24 , a high-voltage part 25 and a voltage stabilization unit 28 , and in accordance with the invention Mäss a Kraftmeßschaltung 26 and a Wegmeßschaltung 27 which in accordance with the block diagram shown in FIG. 1, with one another and with the intrusion device 1 in operative connection.

In Fig. 3 ist eine Variante der Lumineszenzdiodenanord­ nung gezeigt. Die Meßstrahlen, die auf die Doppeldioden 10 und 13 gerichtet sind, werden von einer Lumineszenz­ diode 29 erzeugt. Dabei ist die Lumineszenzdiode 29 an der Eindringkörperaufnahme 15 angeordnet. Der von ihr erzeugte Meßstrahl wird mittels einem Teilerprisma 30 geteilt und den Doppeldioden 10, 13 zugeführt. Die Meß­ blenden 18, 19 sind direkt an den entsprechenden Ober­ flächen des Teilerprisma 30 aufgebracht. Nachstehend wird die Funktionsweise beschrieben.In Fig. 3 a variant of the luminescent diode arrangement is shown. The measuring beams, which are directed to the double diodes 10 and 13 , are generated by a luminescence diode 29 . The luminescent diode 29 is arranged on the indenter receptacle 15 . The measuring beam generated by it is divided by means of a divider prism 30 and fed to the double diodes 10, 13 . The measuring aperture 18, 19 are applied directly to the corresponding upper surfaces of the divider prism 30 . How it works is described below.

Zu Beginn des Prüfvorganges werden über eine Eingabeein­ heit 22 mindestens nachstehende Daten in das Steuergerät eingegeben:At the beginning of the test process, at least the following data are entered into the control unit via an input unit 22 :

  • - Eichvorgang,
    - Betrag der Prüfkraft,
    - Form des Eindringkörpers,
    - Zustellgeschwindigkeit,
    - Haltezeit,
    - Ausgabeform der Härtewerte, als Wert von Einzelmessungen oder Mittelwert von Meßreihen,
    - Bauform des Lichtmikroskops, aufrechtes - umgekehrtes,
    - eventuell spezielle anwenderorientierte Daten.    - calibration process,
    - amount of test force,
    - shape of the indenter,
    - delivery speed,
    - holding time,
    - Output form of hardness values, as the value of individual measurements or the mean value of series of measurements,
    - Design of the light microscope, upright - inverted,
    - possibly special user-oriented data.

Vom Rechner 20 werden über die Regeleinrichtung 24 und das Hochspannungsteil 25 die piezoelektrischen Biege­ stäbe 3 angesteuert.From the computer 20 , the piezoelectric bending rods 3 are controlled via the control device 24 and the high-voltage part 25 .

Bei Anliegen einer Spannung an den piezoelektrischen Biegestäben 3 wird über einen Doppelwinkel 5 eine re­ sultierende, in der Achse 6 liegende Kraft auf das Kraftmeßgehäuse 7 ausgeübt. Dieses und der in der Ein­ dringkörperaufnahme 15 befindliche Eichkörper 17 werden nach unten, in Richtung der auf einem Objekttisch 32 aufgelegten Probe 31, bewegt. Nach Auftreffen des Eich­ körpers 17 auf die Probe 31 bewegt sich der Eichkörper 17, die Eindringkörperaufnahme 15, sowie die Meßblenden 18 und 19 auf das Kraftmeßgehäuse 7 bezogen relativ in die Gegenrichtung.When a voltage is applied to the piezoelectric bending rods 3 , a resultant re lying in the axis 6 is exerted on the force measuring housing 7 via a double angle 5 . This and the calibration body 17 located in an urging body receptacle 15 are moved downward, in the direction of the sample 31 placed on an object table 32 . After impacting the calibration body 17 on the sample 31 , the calibration body 17 , the indenter 15 , and the orifices 18 and 19 relative to the force measuring housing 7 moves relative to the opposite direction.

Bei Auftreffen des Eichkörpers 17 auf die Probe 31 lie­ fert das aus den Elementen Lumineszenzdiode 12, bzw. 29, Doppeldiode 13, Meßblende 19 und der Kraftmeßschaltung 26 betehende Kraftmeßsystem der Wegmeßschaltung 27 ein Signal, welches den Nullpunkt festlegt und das Wegmeß­ system, bestehend aus den Elementen einer zweiten Lumineszenzdiode 11, bzw. 29, einer zweiten Doppeldiode 10, einer zweiten Meßblende 18 und der Wegmeßschaltung 27, zum Messen freigibt. Die durch das Wegmeßsystem gemessenen Werte werden in den Speicher 21 gespeichert, sie bilden die dem verwendeten Mikroskopstativ zugeordnete Deforma­ tionsfunktion in Abhängigkeit des Betrages der Prüfkraft. Die Signale der Kraftmeßschaltung 26 werden der Regelein­ richtung 24 und der Wegmeßschaltung 27, die Signale der Wegmeßschaltung 27 dem Rechner 20 zugeführt.When the calibration body 17 strikes the sample 31 , the force measuring system of the displacement measuring circuit 27 , which consists of the elements luminescence diode 12 or 29 , double diode 13 , measuring aperture 19 and the force measuring circuit 26, produces a signal which defines the zero point and the displacement measuring system consisting of the elements of a second luminescence diode 11 or 29 , a second double diode 10 , a second measuring aperture 18 and the displacement measuring circuit 27 , for measuring. The values measured by the displacement measuring system are stored in the memory 21 , they form the deformation function assigned to the microscope stand used as a function of the amount of the test force. The signals of the force measuring circuit 26 are the Regelein device 24 and the displacement measuring circuit 27 , the signals of the displacement measuring circuit 27 supplied to the computer 20 .

Zur gleichmäßigen Beleuchtung der Doppeldioden 10 und 13 ist eine Spannungsstabilisierungseinheit 28 zwischen den Lumineszenzdioden 11 und 12 und der Kraftmeßschaltung 26 und der Wegmeßschaltung 27 vorgesehen.For uniform illumination of the double diodes 10 and 13 , a voltage stabilization unit 28 is provided between the luminescent diodes 11 and 12 and the force measuring circuit 26 and the displacement measuring circuit 27 .

Nach dem Eichvorgang wird der Eichkörper 17 gegen einen Eindringkörper 16, gewünschter Form, ausgewechselt. Der funktionelle Ablauf des Härteprüfvorganges ist analog dem Eichvorgang unter Berücksichtigung der zu Beginn einge­ gebenen Daten, einschließlich Prüfprogramm.After the calibration process, the calibration body 17 is exchanged for an indenter 16 of the desired shape. The functional sequence of the hardness test process is analogous to the calibration process, taking into account the data entered at the beginning, including the test program.

Nach Abschluß des Härteprüfvorganges liefert die Aus­ gabeeinheit 23 folgende Ergebnisse - Prüfkraft; Eindring­ tiefe; Eindringdiagonale, aus der Eindringtiefe berechnet; Mikrohärtewert und Angabe der Eindringform; spezielle anwenderorientierte Angabe - entsprechend dem eingegebenen Prüfprogramm. Es ist auch möglich, den Härteprüfvorgang ohne vorherigen Eichvorgang vorzunehmen.After completion of the hardness test, the output unit 23 delivers the following results - test force; Penetration deep; Penetration diagonal, calculated from the penetration depth; Microhardness value and indication of the penetration shape; Special user-oriented information - according to the test program entered. It is also possible to carry out the hardness test without prior calibration.

Mit der erläuterten Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugs­ weise für Lichtmikroskope wird das Ziel der Erfindung und die Aufgabenstellung realisiert, sowie die genannten Nachteile der bisher bekannten technischen Lösungen be­ seitigt.With the explained micro hardness tester, preferred wise for light microscopes is the aim of the invention and realized the task, as well as the mentioned Disadvantages of the previously known technical solutions be sides.

In den Fig. 4 und 5 sind die Funktionsdiagramme der Mikrohärteprüfvorgänge oben bei hängender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 an aufrechten Mikroskopen (Fig. 4) und unten bei stehender Anordnung der Eindringvorrich­ tung 1 an inversen Mikroskopen (Fig. 5) dargestellt. Auf der Ordinatenachse sind die Prüfkraftwerte F, auf den Abszissenachsen sind einmal die Wegwerte S, die vom Wegmeßsystem, und die Wegwerte S′, die vom Kraftmeß­ system, welches im funktionellen Zusammenhang der Kennlinie der Membranfedern 14 geeicht ist, gemessen werden, auf­ getragen.In Figs. 4 and 5, the function diagrams of Mikrohärteprüfvorgänge are above for suspended arrangement of the intrusion device 1 in upright microscopes (Fig. 4) and at the bottom with a stationary arrangement of the Eindringvorrich device 1 of inverted microscopes (Fig. 5), respectively. On the ordinate axis are the test force values F , on the abscissa axes are once the displacement values S , which are measured by the displacement measurement system, and the displacement values S ' , which are measured by the force measurement system, which is calibrated in the functional context of the characteristic curve of the diaphragm springs 14 .

Die Kennlinie der Membranfedern 8 ist als Strich-Punkt- Linie, die Kennlinie der Membranfedern 14 als unter­ brochene Strichlinie und die Gesamtkennlinie als aus­ gezogene Linie dargestellt.The characteristic curve of the diaphragm springs 8 is shown as a dash-dot line, the characteristic curve of the diaphragm springs 14 as a broken dash line and the overall characteristic curve as a solid line.

Bei hängender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 beginnt die Kennlinie der Membranfedern 8 bei der Prüfkraft F = 0, während bei stehender Anordnung der Eindringvorrichtung 1 die Kennlinie der Membranfedern 8 und 14 verschoben sind um die Gewichtskraft F M (Kompensation der Massen von Kraftmeßgrupe 7 und Eindringkörper 16).When the penetration device 1 is suspended, the characteristic curve of the diaphragm springs 8 begins at the test force F = 0, while when the penetration device 1 is standing upright, the characteristic curve of the diaphragm springs 8 and 14 are shifted by the weight force F M (compensation of the masses of the force measuring group 7 and the penetrating body 16 ).

Am Punkt S 0 beginnt die Kennlinie der Membranfedern 14 und dieser Punkt stellt den Nullpunkt dar, d. h. der Ein­ dringkörper 16 trifft auf den Prüfling 31 auf. Durch die Mikroskopstativdeformation wird die Kennlinie der Mem­ branfedern 14 nach rechts verschoben bis zum Punkt S D und auf Grund der Eindringtiefe im Prüfling 31 erfolgt eine weitere Kennlinienverschiebung bis zum Punkt S E . Der Punkt S E stellt den Nullpunkt S 0 ′ für das Kraftmeß­ system dar. Nach dem vorgegebenen Signal am Punkt S′ P ist die Prüfkraft F P erreicht.At the point S 0 , the characteristic curve of the diaphragm springs 14 begins and this point represents the zero point, that is, the ring body 16 strikes the test specimen 31 . Due to the microscope stand deformation, the characteristic curve of the membrane springs 14 is shifted to the right up to the point S D and, due to the depth of penetration in the test specimen 31, there is a further shift in the characteristic curve up to the point S E. The point S E represents the zero point S 0 ' for the force measuring system. After the predetermined signal at the point S' P , the test force F P is reached.

Die Weglänge vom Punkt S 0 bis zum Punkt S D , die nach dem Eichvorgang im Speicher 21 entsprechend der Prüfkraft F P gespeichert ist, wird im Mikrorechner 20 von der beim Mikrohärteprüfvorgang gemessenen Weglänge vom Punkt S 0 bis zum Punkt S E subtrahiert und die sich als Ergebnis darstellende Eindringtiefe kann nun zur Auswertung der Mikrohärtewerte herangezogen werden.The path length from the point S 0 to the point S D , which is stored in the memory 21 in accordance with the test force F P after the calibration process, is subtracted in the microcomputer 20 from the path length from the point S 0 to the point S E measured during the microhardness test process and which are subtracted penetration depth representing the result can now be used to evaluate the microhardness values.

Um eine definierte funktionelle Abhängigkeit zwischen der Prüfkraft und der Weglänge des Kraftmeßsystem zu erhalten, sind die Membranfedern 14 konstruktiv so zu gestalten, daß sich innerhalb des Meßbereiches eine lineare Kennlinie ergibt.In order to obtain a defined functional dependency between the test force and the path length of the force measuring system, the diaphragm springs 14 are to be designed in such a way that a linear characteristic curve results within the measuring range.

Claims (5)

1. Mikrohärteprüfeinrichtung, vorzugsweise für Licht­ mikroskope, bestehend aus einer Eindringvorrichtung, enthaltend eine Eindringkörperaufnahme mit einer Wechselstelle, zur wahlweisen Aufnahme von Eindring­ körpern verschiedener Formen, wobei die Eindring­ körperaufnahme mittels Federanordnungen so gehalten ist, daß der aufgenommene Eindringkörper in der Achse des Eindringkörpers zu liegen kommt, und Bauelemente zur Erzeugung einer Meßkraft mit axialer Wirkungs­ richtung auf den Eindringkörper vorgesehen und alle Elemente der Eindringvorrichtung in einem in den Objektivrevolver eines Lichtmikroskopes einsetz- bzw. einschraubbaren bzw. der Form und den Abmessungen eines Objektives angenäherten Gehäuse aufgenommen sind und aus einem Steuergerät, in dem eine Eingabe­ einheit, eine Ausgabeeinheit, ein Speicher, eine Recheneinheit, eine Regeleinrichtung, ein Hochspan­ nungsteil und eine Spannungsstabilisierungseinheit vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gehäuse (9) einer Eindringvorrichtung (1) symmetrisch zur Achse (6) mindestens ein, vorzugsweise zwei, piezoelektrische Biegestäbe (3) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Ende der piezoelektrischen Biege­ stäbe (3) mittels Kontaktringen (4 a, 4 b) mit dem Gehäuse (9) und jeweils das zweite Ende über einem Doppelwinkel (5) mit einem Kraftmeßgehäuse (7) in Wirkverbindung stehen, daß das Kraftmeßgehäuse (7) jeweils im Zentrum von zwei übereinander im Gehäuse (9) angeordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang ge­ haltenen Membranfeldern (8) befestigt und damit in axialer Richtung geführt ist, und daß eine Eindring­ körperaufnahme (15) jeweils im Zentrum von zwei weiteren übereinander in dem Kraftmeßgehäuse (7) an­ geordneten, durchbrochenen und an ihrem Umfang gehaltenen Membranfeldern (14) befestigt und damit ebenfalls in axialer Richtung geführt ist, daß als Kraftmeßsystem im Kraftmeßgehäuse (7) einander gegen­ überliegend eine Lumineszenzdiode (12) und eine Doppel­ diode (13), in der Eindringkörperaufnahme (15) eine Meßblende (19) und in einem Steuergerät (2) eine Kraftmeßschaltung (26), mittels einer Leitung (26 a) mit der Doppeldiode (13) verbunden, vorgesehen sind, daß als Wegmeßsystem im Gehäuse (9) einander gegenüber­ liegend eine zweite Lumineszenzdiode (11) und eine zweite Doppeldiode (10), in der Eindringkörperaufnahme (15) eine zweite Meßblende (18) und in einem Steuer­ gerät (2) eine Wegmeßschaltung (27), mittels einer Leitung (27 a), mit der zweiten Doppeldiode (10) ver­ bunden, vorgesehen sind und daß die Kraftmeßschaltung (26) und die Wegmeßschaltung (27) mit einem Rechner (20) verbunden sind.1. microhardness testing device, preferably for light microscopes, consisting of an indenter, containing an indenter body with a changing point, for the optional reception of indenter bodies of different shapes, the indenter body being held by means of spring arrangements so that the indenter body is in the axis of the indenter lie, and components for generating a measuring force with an axial direction of action on the indenter are provided and all elements of the indenter are inserted or screwed into a housing in the nosepiece of a light microscope or the shape and dimensions of an objective are accommodated and from a Control unit in which an input unit, an output unit, a memory, a computing unit, a control device, a high voltage voltage part and a voltage stabilization unit are provided, characterized in that in a housing ( 9 ) an egg ndring device ( 1 ) symmetrical to the axis ( 6 ) at least one, preferably two, piezoelectric bending rods ( 3 ) are provided, each end of the piezoelectric bending rods ( 3 ) by means of contact rings ( 4 a , 4 b) with the housing ( 9 ) and each have the second end via a double bracket ( 5 ) with a force measuring housing ( 7 ) in operative connection that the force measuring housing ( 7 ) is arranged in the center of two superimposed in the housing ( 9 ), openwork and on its periphery holding membrane fields ( 8 ) attached and thus guided in the axial direction, and that an indentation body receptacle ( 15 ) each in the center of two more one above the other in the force measuring housing ( 7 ) on ordered, openwork and held on its circumference membrane fields ( 14 ) and thus also in the axial Direction is that as a force measuring system in the force measuring housing ( 7 ) opposite one another a luminescent diode ( 12 ) and a double diode ( 13 ), in the indenter body ( 15 ) there is a measuring orifice ( 19 ) and in a control unit ( 2 ) a force measuring circuit ( 26 ), connected to the double diode ( 13 ) by means of a line ( 26 a) , that as a measuring system in the housing ( 9 ) opposite each other a second luminescent diode ( 11 ) and a second double diode ( 10 ), in the indenter body ( 15 ) a second measuring aperture ( 18 ) and in a control device ( 2 ) a displacement measuring circuit ( 27 ), by means of a line ( 27 a) , with the second double diode ( 10 ) connected, are provided and that the force measuring circuit ( 26 ) and the displacement measuring circuit ( 27 ) are connected to a computer ( 20 ). 2. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net dadurch, daß als Meßstrahl aussendende Lumineszenz­ diode eine Lumineszenzdiode (29) in der Eindringkörper­ aufnahme (15) angeordnet ist und mittels einem Teiler­ prisma (30) den Doppeldioden (10) und (13) jeweils ein Teilmeßstrahl zugeführt wird.2. Micro hardness testing device according to claim 1, characterized in that a luminescence diode ( 29 ) is arranged in the indentor receptacle ( 15 ) as the measuring beam emitting luminescence diode and by means of a divider prism ( 30 ) the double diodes ( 10 ) and ( 13 ) in each case Partial measuring beam is supplied. 3. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die beiden Meßblenden (18) und (19) auf die entsprechenden Oberflächen des Teilerprisma (30) aufgebracht sind.3. microhardness testing device according to claim 1 and 2, characterized in that the two measuring diaphragms ( 18 ) and ( 19 ) are applied to the corresponding surfaces of the divider prism ( 30 ). 4. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekenn­ zeichnet dadurch, daß an Stelle des Eindringkörpers (16) ein Eichkörper (17) mit relativ stark abgeflachter Spitze verwendet werden kann. 4. Micro hardness testing device according to claim 1 to 3, characterized in that a calibration body ( 17 ) with a relatively strongly flattened tip can be used in place of the indenter ( 16 ). 5. Mikrohärteprüfeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, ge­ kennzeichnet dadurch, daß der piezoelektrische Biege­ stab (3) mindestens aus einem Einzelstab besteht.5. microhardness testing device according to claim 1 to 4, characterized in that the piezoelectric bending rod ( 3 ) consists of at least one single rod.
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