DE3842546C2

DE3842546C2 - Method and device for measuring the hardness of a test specimen

Info

Publication number: DE3842546C2
Application number: DE19883842546
Authority: DE
Inventors: Michael Reckermann
Original assignee: RBR COMPUTERTECHNIK GmbH
Current assignee: RBR COMPUTERTECHNIK GmbH
Priority date: 1988-12-17
Filing date: 1988-12-17
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2008-12-18
Also published as: DE3842546A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Härte eines Prüflings, bei dem ein Prüfkörper aus härterem Werkstoff als der Prüfling bis zu einer vorbestimmten Eindringtiefe in letzteren eingedrückt wird, wobei die zur Ausführung der Eindringarbeit am Prüfkörper wirkende Kraft sowie der vom Prüfkörper im Prüfling bis zum Erreichen der vorgegebenen Eindringtiefe zurückgelegte Weg kontinuierlich gemessen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the Hardness of a test specimen in which a test specimen is made harder material than the test object up to one predetermined penetration depth pressed into the latter is, which to carry out the intrusion on Force acting on the test specimen and that of the test specimen in Test object until the specified penetration depth is reached distance traveled can be measured continuously and an apparatus for performing the method.

Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind bekannt. Bei dem aus DE 37 10 741 A1 bekannten Verfahren wird der Prüfkörper um ein vorbestimmtes stets gleich großes Maß in den Prüfling eingedrückt. Als Wert für die Härte des Prüflings wird die zum Eindrücken benötigte Kraft herangezogen. Da die zum Eindringen des Prüfkörpers aufgewendete Kraft unterschiedlich ist, zum Beispiel beim Erreichen der vorbestimmten Eindringtiefe gegen Null geht, wird die Maximalkraft als Wert für die Härte des Prüflings verwendet. Bei dem aus JP 62 69 141 A bekannten Verfahren wird der Prüfkörper mit einer schrittweise zunehmenden Kraft in den Prüfling eingedrückt. Nach jedem Schritt wird die Eindringtiefe gemessen und in einer Kurve aufgezeichnet. Sodann wird die Steigung der Kurve gemessen und daraus die Härte des Prüflings abgeleitet. Der Toleranzbereich der bekannten Verfahren ist groß.Methods and devices of the type mentioned are known. In the known from DE 37 10 741 A1 The test specimen is moved around a predetermined one always pressed the same size into the test object. The value for the hardness of the test object is the Pressing force required. Since the for Penetration of the test specimen applied force is different, for example when reaching the predetermined penetration depth goes to zero, the Maximum force as a value for the hardness of the test specimen used. In the known from JP 62 69 141 A. The test specimen is moved with a gradual process increasing force pressed into the test specimen. To the depth of penetration is measured in each step and in recorded on a curve. Then the slope of the Curve measured and from this the hardness of the test specimen derived. The tolerance range of the known methods is big.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Härte eines Prüflings zu schaffen, bei dem unter Beibehaltung eines geringen prüftechnischen Aufwands die Meßgenauigkeit verbessert ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Eindringarbeit des Prüfkörpers bis zum Erreichen der Eindringtiefe aus den Meßwerten bestimmt und als Wert für die Härte des Prüflings verwendet wird.The invention seeks to remedy this. The invention the task is based on a method for measurement to create the hardness of a test object in which under Maintaining a low level of technical testing the measurement accuracy is improved. According to the invention this problem is solved in that the intrusion of the test specimen until the penetration depth is reached determined from the measured values and as a value for the Hardness of the test specimen is used.

Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Entscheidend für das Ergebnis der Prüfung der Härte eines Prüflings ist die Eindringarbeit des Prüfkörpers, das ist die auf den Prüfkörper entlang des Weges in dem Prüfling bis zum Erreichen der - vorgegebenen - Eindringtiefe aufzubringenden Kraft. Diese Eindringarbeit ist proportional der Härte des Prüfling. Das Verfahren nach der Erfindung führt zu reproduzierbaren und automatisch auswertbaren Meßergebnissen.The invention is based on the following finding: Crucial for the result of the hardness test a test specimen is the penetration work of the test specimen, that is the on the test specimen along the path in the DUT until the - specified - penetration depth is reached force to be applied. This intrusion is proportional to the hardness of the test object. The procedure according to the invention leads to reproducible and automatically evaluable measurement results.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Meßwerte für die Kraft und den Weg kontinuierlich in einem Summenspeicher eines Computers abgelegt. Nach Erreichen der vorgegebenen Eindringtiefe werden die Meßwerte aus dem Summenspeicher aufaddiert und ausgewertet.In an embodiment of the invention, the measured values for the power and the path continuously in one Total memory of a computer filed. After reaching The measured values become the specified penetration depth added up from the total memory and evaluated.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper an einem Prüfkopf befestigt ist, der als Kolben ausgebildet und Bestandteil eines Hydraulik- Systems ist, wobei der Druck auf den Kolben als Maß für die auf den Prüfkörper wirkende Kraft und sein Hub als Maß für den zurückgelegten Weg bis zum Er reichen der vorgegebenen Eindringtiefe verwendet ist. Das Hydraulik-System gestattet die Kombination von Aufbringen der Kraft für das Eindringen des Prüf körpers in den Prüfling einerseits mit der Messung sowohl dieser Kraft als auch des zurückgelegten Wegs andererseits. Die Genauigkeit der Messung wird da durch erhöht.The device for performing the method according to the invention is characterized in that the Test specimen is attached to a test head, which as Piston formed and part of a hydraulic System is where the pressure on the piston is measured for the force acting on the test specimen and its Stroke as a measure of the distance traveled to the Er range of the specified penetration depth is used. The hydraulic system allows the combination of Apply the force to penetrate the test body in the test piece on the one hand with the measurement both this force and the distance traveled on the other hand. The accuracy of the measurement is there through increased.

Im einzelnen werden das Verfahren zur Messung der Härte eines Prüflings sowie die Vorrichtung zur Durch führung dieses Verfahrens nachfolgend anhand einer schematischen Darstellung dieser Vorrichtung beschrieben.In detail, the procedure for measuring hardness a test specimen and the device for through following this procedure using a schematic representation of this device described.

Bestandteil der Vorrichtung ist ein Säulengestell 1. Das Säulengestell 1 ist auf eine Bodenplatte 11 montiert. Den oberen Abschluß des Säulengestells 1 bildet eine Traverse 12. Zwischen der Bodenplatte 11 und der Traverse 12 ist ein Schlitten 13 in dem Säulengestell 1 auf und ab beweglich. Der Antrieb des Schlittens 13 erfolgt über eine Spindel 14 mit Kugelgewinde-Mutter 15, die an der Traverse 12 befestigt ist. Ein Prüfling 10, dessen Härte festgestellt werden soll, ist auf eine Auflage 16 gelegt, die an der Boden platte 11 befestigt ist. A column frame 1 is part of the device. The column frame 1 is mounted on a base plate 11 . The upper end of the column frame 1 forms a cross member 12 . Between the base plate 11 and the cross member 12 , a slide 13 is movable up and down in the column frame 1 . The carriage 13 is driven by a spindle 14 with a ball screw nut 15 which is fastened to the cross member 12 . A test specimen 10 , the hardness of which is to be ascertained, is placed on a support 16 which is attached to the base plate 11 .

Zentrisch zu der Spindel 14 ist an dem Schlitten 13 auf der der Spindel entgegengesetzten Seite ein Prüfkopf 2 befestigt. Das untere Ende des Prüf kopfes 2 bildet ein Prüfkörper 21. Der Prüfkörper 21 ist an einem Kolben 22 befestigt, der in dem das Gehäuse des Kolbens bildenden Prüfkopf 2 geführt ist. Im Ausführungsbeispiel ist an dem Kolben 22 eine Aufnahme 25 für eine Prüfspitze 23 befestigt. Der Kolben 22 weist eine versteifte Gummimembran 24 auf, an deren einer Seite die Aufnahme 25 befestigt ist. Der Aufnahme 25 abgewandt ragt die Versteifung der Gummimembran 24 in eine Druckkammer 27 hinein, die von dem Gehäuse des Prüfkopfes 2 und der Gummimembran gebildet ist.A test head 2 is fastened centrally to the spindle 14 on the slide 13 on the side opposite the spindle. The lower end of the test head 2 forms a test specimen 21 . The test specimen 21 is fastened to a piston 22 which is guided in the test head 2 forming the housing of the piston. In the exemplary embodiment, a receptacle 25 for a test probe 23 is attached to the piston 22 . The piston 22 has a stiffened rubber membrane 24 , on one side of which the receptacle 25 is attached. Facing away from the receptacle 25 , the stiffening of the rubber membrane 24 projects into a pressure chamber 27 , which is formed by the housing of the test head 2 and the rubber membrane.

Mit der Druckkammer 27 verbunden ist einerseits ein Drucksensor 3, andererseits ein Druckkolben 4, der von einem Motor 5 angetrieben ist. Der von dem Druck kolben 4 nach Antrieb durch den Motor 5 zurückgelegte Weg wird über einen Präzisions-Wegaufnehmer 6 fest gestellt.A pressure sensor 3 is connected to the pressure chamber 27 , on the one hand, and a pressure piston 4 , on the other hand, which is driven by a motor 5 . The piston covered by the pressure 4 after driving by the motor 5 is fixed via a precision displacement transducer 6 .

Die Spindel 14 ist antreibbar einmal von Hand, zum anderen von einem Schrittmotor 7. Die Stellung der Spindel 14 und damit des Schlittens 13 und des Prüfkopfes 2 ist über einen Rotationsgeber 8 feststellbar.The spindle 14 can be driven by hand and by a stepper motor 7 . The position of the spindle 14 and thus of the slide 13 and the test head 2 can be determined via a rotary encoder 8 .

Der Drucksensor 3, der Wegaufnehmer 6 und der Rotations geber 8 sind mit einem Analogieeingang 91 eines Computers 9 verbunden; der Schrittmotor 7 und der Motor 5 für den Druckkolben 4 mit einem Steuerein- und -ausgang 92 des Computers 9. In dem Computer 9 findet eine Signalaufbereitung 93 statt. Der Computer 9 ist außerdem mit einer Auswertelektronik 94 mit Mikroprozessor-Steuerung versehen. Er weist schließlich Steuer- und Eingabetasten 95 sowie ein Alpha-Numerisches Display 96 auf. The pressure sensor 3 , the displacement sensor 6 and the rotary encoder 8 are connected to an analog input 91 of a computer 9 ; the stepper motor 7 and the motor 5 for the pressure piston 4 with a control input and output 92 of the computer 9 . Signal conditioning 93 takes place in computer 9 . The computer 9 is also provided with evaluation electronics 94 with microprocessor control. Finally, it has control and input keys 95 and an alpha-numeric display 96 .

Der Prüfling 10, dessen Härte zu messen ist, wird auf die Aufnahme 16 gelegt. Mit einem Handrad wird dann der Prüfkopf 2 auf ca. 10 mm Abstand zum Prüfling 10 gedreht. Während dieses Drehvorgangs wird die genaue Position über den Rotationsgeber 8 an der Gewindespindel 14 abgenommen. Nach Betätigung einer Kalibrierungstaste an dem Computer 9 merkt letzterer sich die Position des Prüfkopfes 2.The test specimen 10 , the hardness of which is to be measured, is placed on the receptacle 16 . The test head 2 is then rotated at a distance of approximately 10 mm from the test specimen 10 using a handwheel. During this turning process, the exact position on the rotary spindle 8 on the threaded spindle 14 is removed. After pressing a calibration key on the computer 9, the latter remembers the position of the test head 2 .

Wird der Steuerung jetzt manuell oder automatisch signalisiert, daß der Prüfling 10 unter dem Prüfkopf 2 liegt, steuert der Computer 9 den Schrittmotor 7 im Schnellgang bis auf ca. 0,5 mm oberhalb des Prüf lings 10. Danach steuert der Computer 9 nur den Schrittmotor 7 den Prüfkopf 2 "im Schleichgang" bis auf den Prüfling 10.If the control is now signaled manually or automatically that the test object 10 is under the test head 2 , the computer 9 controls the stepper motor 7 in overdrive up to about 0.5 mm above the test object 10 . Thereafter, the computer 9 controls only the stepper motor 7, the test head 2 "at creep speed" except for the test object 10 .

Das Auftreffen der Prüfspitze 23 des Prüfkopfes 2 auf den Prüfling 10 wird durch minimale Druckerhöhung in dem Hydraulik-System registriert. Nach diesem An fahrvorgang erfolgt die Messung der Härte des Prüf lings 10, wozu der Kolben 22 so weit ausgefahren wird, bis die Prüfspitze 23 ca. 0,1 mm in den Prüfling 10 eingedrungen ist.The impact of the test tip 23 of the test head 2 on the test object 10 is registered by minimal pressure increase in the hydraulic system. After this start-up process, the hardness of the test object 10 is measured, for which purpose the piston 22 is extended until the test tip 23 has penetrated approximately 0.1 mm into the test object 10 .

Während des Herunterfahrens im Schnellauf wird von dem Computer 9 eine Kalibrierphase des Prüfkopfes 2 durchgeführt; das heißt der natürliche Nullpunkt der Druckmessung wird bei unbelastetem System er mittelt. Danach bewegt der Druckkolben 4 den unteren Teil des Prüfkopfes 2 um ca. 0,1 mm abwärts und er mittelt den Enddruck im Hydraulik-System. Diese Werte werden im Computer 9 gespeichert und zur Korrektur berechnung des eigentlichen Prüfvorgangs benutzt.During the rapid shutdown, a calibration phase of the test head 2 is carried out by the computer 9 ; This means that the natural zero point of the pressure measurement is determined when the system is not loaded. Then the pressure piston 4 moves the lower part of the test head 2 down by approx. 0.1 mm and it averages the final pressure in the hydraulic system. These values are stored in the computer 9 and used for the correction calculation of the actual test process.

Während der Prüfphase, das ist das Eindringen der Prüfspitze des Prüfkopfes 2 in den Prüfling 10, werden von dem Computer 9 kontinuierlich der Systemdruck und die Bewegung des Druckkolbens 4 über den Präsionswegaufnehmer 6 und damit die Bewegung des Kolbens 22 vom Nullpunkt gemessen und in einem Summen speicher abgelegt. Innerhalb des gesamten Eindring vorgangs führt der Computer 9 eine Vielzahl, ca. 2000, solcher Messungen aus.During the test phase, that is the penetration of the test tip of the test head 2 into the test object 10 , the system pressure and the movement of the pressure piston 4 via the presence displacement sensor 6 and thus the movement of the piston 22 from the zero point are continuously measured by the computer 9 and summed up memory stored. Within the entire penetration process, the computer 9 carries out a large number, approximately 2000, of such measurements.

Die Auswertung erfolgt dadurch, daß alle Summen speicher aufaddiert werden und zur Anzeige bzw. Auswertung gelangen.The evaluation takes place in that all sums memory can be added and used for display or Get evaluation.

Claims

1.Procedure for measuring the hardness of a test specimen, in which a test specimen made of harder material than the test specimen is pressed into the latter to a predetermined penetration depth, the force acting on the test specimen to carry out the penetration work and that of the test specimen in the test specimen up to Reaching the predetermined depth of penetration distance can be measured continuously, characterized in that the penetration work of the test specimen is determined from the measured values until the depth of penetration is reached, and is used as a value for the hardness of the test specimen.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the measured values for the force and the path are continuous only in a memory of a computer filed and after reaching the specified on the measured values from the total memory added up and evaluated.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that the test body ( 21 ) is attached to a test head ( 2 ) which is designed as a piston ( 22 ) and is part of a hydraulic system, where the pressure is used on the piston as a measure of the force acting on the test specimen ( 21 ) and its stroke as a measure of the distance covered until the predetermined penetration depth is reached.

4. The device according to claim 3, characterized in that one on the test body ( 21 ) opposite side of the piston ( 22 ) arranged pressure chamber ( 27 ) with a pressure sensor ( 3 ) and with a pressure piston ( 4 ) is connected is driven by a motor ( 5 ), between which and the pressure piston ( 4 ) a displacement sensor ( 6 ) is arranged.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the piston ( 22 ) has a stiffened rubber membrane ( 24 ), on one side of which a receptacle ( 25 ) for a test probe ( 23 ) is attached as a test specimen ( 21 ).

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the test body ( 21 ) is attached to a carriage ( 13 ) which is adjustable in a column frame ( 1 ) both by hand and via a stepper motor ( 7 ) .

7. Device according to claims 4 and 6 for carrying out the method according to claim 2, characterized in that the pressure sensor ( 3 ), the displacement sensor ( 6 ) and a rotary encoder ( 8 ) for the position of the carriage ( 13 ) with an analog Input ( 91 ) of the computer ( 9 ), the step motor ( 7 ) and the motor ( 5 ) for the pressure piston ( 4 ) with a control input and output ( 92 ) of the computer ( 9 ) are connected.