DE3843588C2 - Härteprüfgerät zur Härteprüfung unter Last und Verfahren zum Justieren eines derartigen Härteprüfgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Härteprüfgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus DE 35 04 535 C1, DE 33 29 690 C1 und DE 23 57 033 C2 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung der Härte fester Körper nach der Kontakt- Impedanz-Methode bekannt. Eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zeigt auch die DE 37 20 625 C2, die nicht vorveröffentlicht ist. Aus J. Kising u. a. "Das UCI-Verfahren - ein automatisierbares Härteprüfverfahren nach Vickers unter Prüfkraft" In: VDI Berichte 583 (1986) S. 371 bis 391 ist ein Härteprüfgerät der eingangs genannten Art bekannt. Schließlich zeigt JP 55-17442 (A), in: Pat. Abstr. of Japan. Sect. P, Vol. 4 Nr. 47 (1980) (P-6) eine Einrichtung zum Umsetzen von Härtewerten von Vickers-Meßwerten in Rockwell-Werte.

Bei dem aus US 31 53 338 und 35 72 097 bekannten Resonanzverfahren der eingangs genannten Art zur Härteprüfung, das häufig als UCI-(Ultrasonic- Contact-Impedance)-Verfahren bezeichnet wird, wird ein stabförmiger Resonator mit Hilfe von piezoelektrischen Ultraschallwandlern zu Eigenschwingungen in longitudinaler Richtung angeregt. Dabei wird ein Stab der Länge L bei L/4 festgelegt, wodurch sich nur die erste Oberschwingung ausbilden kann. Der Stab hat an seinem unteren, freien Endbereich einen Eindringkörper aus Diamant. Bei elastischer Kopplung dieses Systems mit einer Masse findet eine Verschiebung der Resonanzfrequenz f₀ des Resonators zu höheren Werten f₀+df statt, da eine zusätzliche Rückstellkraft auf das schwingende System wirkt. Die Größe dieser Rückstellkraft und damit die genannte Verschiebung sind von der Kontaktfläche zwischen Eindringkörper und Testkörper und deren elastischem Verhalten abhängig.

Im einzelnen ist die Frequenzänderung eine Funktion der Kontaktfläche, der Elastizitätsmoduli des Diamanten bzw. Testkörpers, der Poissonzahlen des Diamanten bzw. Testkörpers und der Resonanzfrequenz des Resonators. Die entsprechenden Formeln sind in den beiden US-Patenten angegeben. Sind die Elastizitätsmoduli und Poissonzahlen nicht bekannt, kann das vorbekannte Härteprüfgerät mit Hilfe einer Vergleichsplatte vorbekannter Härte kalibriert werden. Dann sind Messungen an Werkstücken, deren elastische Konstanten sich nur wenig von denen der Härtevergleichsplatte abweichen, möglich. Es ist dann nur noch bei bekannter Resonanzfrequenz die Messung der Frequenzverschiebung notwendig. In der Praxis hat sich gezeigt, daß unlegierte und niedrig legierte Stähle weitgehend übereinstimmende Elastizitätsmoduli bzw. Poissonzahlen haben, so daß das Kalibrierverfahren mit einer einmaligen Grundeinstellung sich für derartige Stähle eignet.

Das Härteprüfgerät der eingangs genannten Art ist aus dem Zeitschriftenartikel "VDI-Bericht", Nummer 583/1986, Seite 371 bis 391, bekannt. Bei diesem Kleinlast-Härteprüfer befinden sich alle elektronischen Teile, insbesondere der für die Anregung des Resonators vorgesehene elektronische Generator und die elektronische Empfängerschaltung, im Grundgerät. Jedem Grundgerät ist nur eine Sonde zugeordnet, Sonde und Grundgerät sind dabei aufeinander abgestimmt. Dieses Härteprüfgerät wird mittels einer Härtevergleichsplatte grundjustiert. Bei Austausch einer Sonde gegen eine andere Sonde muß eine neue Justierung stattfinden. Ebenso muß eine neue Justierung stattfinden, wenn andere Materialien mit deutlich unterschiedlichen Elastizitätsmoduli gemessen werden sollen, beispielsweise anstelle eines Stahls die Materialien Kupfer, Blei, Aluminium oder Gummi.

Die Grundjustierung mit Hilfe einer Härtevergleichsplatte des Gerätes der eingangs genannten Art hat sich als nicht ausreichend erwiesen. Bedingt durch zwangsläufige Produktabweichungen der einzelnen Sonden und der einzelnen Grundgeräte voneinander sind die funktionalen Abhängigkeiten der Härtewerte nach Vickers von der zugehörigen Frequenzänderung df individuell bestimmt und von den Zusammenhängen für eine andere Sonde bzw. ein anderes Grundgerät so unterschiedlich, daß merkliche Fehler auftreten.

Aus der deutschen Patentschrift 33 29 690 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vereinfachung der Härtemessung nach der Kontakt-Impedanz-Methode bekannt. Hierbei werden während eines ersten Zeitbereichs die Schwingungen des frei schwingenden stabförmigen Resonators und während eines zweiten Zeitbereichs gleicher Dauer wie der erste Zeitbereich die Schwingungen des an ein Werkstück angekoppelten Resonators ausgezählt. Während des zweiten Zeitbereichs werden die Schwingungen des an das Werkstück angekoppelten Resonators nur so lange gezählt, bis sich aus der Subtraktion dieses Zählwertes und dem Zählwert der während des ersten Zeitbereichs gezählten Schwingungen der Differenzwert Null ergibt, während der restlichen Dauer des zweiten Zeitbereichs werden die Schwingungen mit einer fest vorgegebenen Periodendauer ausgezählt. In einem Ausführungsbeispiel wird als Dauer des ersten Zeitbereichs 355 ms angegeben.

Aus der deutschen Patentschrift 35 04 535 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Härte fester Körper bekannt, das im wesentlichen mit einer Vorrichtung durchgeführt wird, wie sie auch aus dem genannten VDI-Bericht ersichtlich ist. Bei dem Verfahren wird jedoch keine Frequenzdifferenz bestimmt, sondern die Amplitude des stabförmigen Resonators bei mechanischer Kopplung mit dem Prüfstück bestimmt und aus dem Quadrat der Amplitudenwerte die Härte des Prüfstücks ermittelt.

Ausgehend von dem Härteprüfgerät der eingangs genannten Art hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Nachteile des vorbekannten Härteprüfgerätes der eingangs genannten Art und seines Justierverfahrens zu vermeiden und das bekannte Härteprüfgerät und sein Justierverfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine präzisere Grundjustierung erreicht wird und sich die Möglichkeit eröffnet, das Gerät mit einfachen Mitteln und Verfahrensschritten für eine möglichst präzise Härteprüfung andere Materialien als das für die Grundjustierung herangezogene Material einzusetzen.

Ausgehend von dem Härteprüfgerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster Speicher vorgesehen ist, in dem die Funktion

HV =(x² (Ax² + Bx + C))^-1

abgespeichert ist, wobei

x = df/f₀

ist mit f₀ der Grundfrequenz (Eigenfrequenz) des Resonators und df der Frequenzabweichung von dieser Grundfrequenz bei Kontakt mit einem Material, und daß ein zweiter Speicher vorgesehen ist für die Abspeicherung der Koeffizienten A, B und C mindestens einer Meßsonde.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß sich die funktionale Abhängigkeit des Härtewertes HV von der Frequenzverschiebung df durch die oben genannte Formel darstellen läßt und diese Formel bei einer Extrapolation zu höheren und geringeren HV-Werten, wie sie bei anderen Materialien als das für die Grundeichung herangezogene Material sowie auch bei diesem auftreten, recht genaue Werte für die Härte einer Probe erhalten werden.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der erste Speicher im Grundgerät vorgesehen und befindet sich der zweite Speicher in der Meßsonde. Damit hat jede Meßsonde die Werte der Koeffizienten A, B und C in sich abgespeichert, während das Grundgerät die funktionale Abhängigkeit HV=f(x) permanent abgespeichert in sich trägt. Dies ermöglicht einen Austausch des Grundgerätes mit unterschiedlichen Meßsonden und umgekehrt, da das Grundgerät anhand der drei Koeffizienten, die es von der Meßsonde mitgeteilt bekommt, jeweils die Anpassung durchführt und die für die jeweilige Meßsonde geltende Funktion HV=f(df) errechnet.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Grundjustieren eines Härteprüfgerätes gelöst, bei dem das Justieren in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Härtevergleichsplatten erfolgt, bei welchem Verfahren für drei Härtevergleichsplatten eines Materials, das HV-Werte in einem möglichst breiten Bereich innerhalb der Werte HV=100 und HV =1000 (Vickershärte) abdeckt, insbesondere Härtevergleichsplatten aus niedrig legiertem Stahl, die Frequenzabweichung df von der Grundfrequenz f₀ bestimmt werden, aus diesen drei ermittelten Werten df über die Formel HV=(x² (Ax²+Bx+C))^-1, wobei x=df/f₀ die 3 Koeffizienten A, B und C ermittelt werden und die erhaltenen Werte abgespeichert, vorzugsweise in der Meßsonde abgespeichert werden.

Aufgrund der drei möglichst weit auseinander liegenden und zudem in einem Mittelbereich der Härte liegenden Härtevergleichswerte wird eine für die jeweilige Meßsonde charakteristische funktionale Abhängigkeit HV=f(df) errechnet und abgespeichert, mit Hilfe dieser konkreten Funktion wird dann aus dem bei einem praktischen Einsatz ermittelten df-Wert der Frequenzverschiebung unmittelbar der HV-Wert errechnet. Das Härteprüfgerät nach der Erfindung deckt daher einen sehr breiten Bereich zu ermittelnder Härtewerte ab. Das erfindungsgemäße Grundjustieren erfolgt mit relativ geringem Aufwand, benötigt keinen erheblichen Speicherplatz und läßt sich verfahrensmäßig einfach durchführen.

Wenn allgemein von den individuellen Parametern des stabförmigen Resonators gesprochen wird, so sind hierunter nicht nur die Parameter lediglich des nackten Resonatorstabes zu verstehen, sondern auch die Parameter der an ihm angebrachten Ultraschallwandler, die individuelle Ausbildung der Verbindung dieser Ultraschallwandler mit dem eigentlichen Stab, die konkreten Verhältnisse der Halterung des Resonanzstabes im Gehäuse usw. zu verstehen.

Im Grundgerät ist ein Mikrorechner vorgesehen, der mittels der in den einzelnen Speichern der Meßsonden enthaltenen Informationen, unter Berücksichtigung konstanter Parameter und der gemessenen Frequenzverschiebung bzw. Periodendauer das Maß der Härte errechnet, das über die Anzeigeeinheit von einem Benutzer abgelesen werden kann. Die einzelnen Meßsonden sind für unterschiedliche Prüfkräfte ausgelegt, typische Prüfkräfte liegen bei 2, 5, 10, 20 und 50 N.

Als sehr vorteilhaft hat es sich herausgestellt, im Gehäuse der Meßsonde einen Schalter für die Auslösung des (empfangsseitigen) Meßvorgangs für die Schwingungsdauer des Resonators und damit dessen Abweichung df von der Eigenfrequenz vorzusehen, der ein auf die Position des verschiebbaren Resonators reagierendes Auslöseelement hat. Beim Meßvorgang wird die Meßsonde zunächst auf die Oberfläche der Probe aufgelegt und langsam der Anlagedruck erhöht. Dabei komprimiert sich die Feder, die in der Meßsonde angeordnet ist, der Resonator wird in das Gehäuse der Meßsonde hineinbewegt. Hat er eine Position erreicht, die der vorgewählten Prüfkraft entspricht, wird der Schalter betätigt und damit der Meßvorgang ausgelöst. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß stets bei einer vorgegebenen Prüfkraft gemessen wird.

Ein besonderer Vorteil einer derartigen Meßsonde mit Schalter liegt in einer schnellen Frequenzmessung. Voraussetzung ist hierfür, daß die Empfangselektronik auf eine kurzzeitige Messung, z. B. 20 ms, ausgelegt ist. Für derartige, in relativ kurzer Zeit erfolgende Messungen ist es vorteilhafter, die Periodendauer der Schwingung und nicht die Frequenz zu messen. Aufgrund der relativ kurzzeitigen Meßdauer ist das Meßergebnis weitgehend unabhängig von der zeitlichen Konstanz der Prüfkraft während der eigentlichen Meßzeit. Dadurch eignet sich das Härteprüfgerät vorteilhaft auch für den Handbetrieb.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Vorrichtung sowie der Justierverfahren, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden, in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Härteprüfgerätes mit einer Meßsonde, deren Gehäuse durch das gestrichelte Viereck angedeutet ist, und einem mit einer numerischen Anzeigeeinheit versehenen Grundgerät, eine Verbindungsleitung ist eingezeichnet,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Meßsonde eines Härteprüfgerätes nach der Erfindung und

Fig. 3 eine Darstellung der Funktion HV=(x²(Ax²+Bx+C))^-1 am Beispiel zweier Kurven zur Erläuterung der Justierungen.

Das Härteprüfgerät zur Härteprüfung unter Last hat mindestens eine Meßsonde 20, die ein griffelähnliches, im wesentlichen zylindrisches und sich zu einer Prüfspitze 22 hin verjüngendes Gehäuse 24 hat. In Fig. 1 ist das Gehäuse durch ein eingezeichnetes Rechteck angedeutet, das Gehäuse selbst ist aus Fig. 2 im einzelnen ersichtlich. Danach besteht es im wesentlichen aus einem außen zylindrischen, innen aber abgestuften Rohrkörper 26, in den am oberen Ende ein Deckel 28 eingesetzt ist und der nach unten durch eine teilweise konische, auf ein Gewinde des Rohrkörpers 26 aufschraubbare Hülse 30 verlängert werden kann, falls mit Abstandsröhrchen 32 gearbeitet werden soll.

Im Inneren des Gehäuses 24 ist ein stabförmiger Resonator 34 verschiebbar gelagert. Er ragt im Normalfall etwas, beispielsweise 15% seiner Gesamtlänge, frei aus dem unteren Ende des Rohrkörpers 26 hinaus. Ist die Hülse 30 aufgeschraubt, so bleibt nur noch der die Prüfspitze 22 bildende Diamant einschließlich seines stabförmigen Halters 36 sichtbar. Dieser Halter hat einen Durchmesser von 1 mm und ist beispielsweise 8 mm lang. Er ist in einen nach unten offenen Schlitz 38 des Resonators 34 eingesetzt, so daß Halter 36 und Prüfspitze 22 ausgetauscht werden können.

Der Resonator 34 ist innerhalb des Rohrkörpers 26 von einem Führungsrohr 40 umgeben. Im unteren Bereich bildet es Gewinde aus, dort ist der Resonator 34 mittels Fixierschrauben 42 eingespannt. In entsprechender Entfernung vom inneren Ende des Resonators 34 ist ein O-Ring 44 zwischen Führungsrohr 40 und Resonator 34 eingelegt. Beidseitig dieses O-Ringes 44 sind Paare von Ultraschallwandlern in entsprechenden Ausnehmungen des Resonators 34 an diesem befestigt. Die zwischen dem O-Ring 44 und dem inneren freien Ende angeordneten Ultraschallwandler 46 sind mit einem Generator 50 elektrisch verbunden und dienen der Anregung des Resonators 34. Die näher der geometrischen Mitte des Resonators 34 und auf der anderen Seite des O-Ringes 44 vorgesehenen Ultraschallwandler 48 sind mit einer hier nicht näher dargestellten Empfängerschaltung elektrisch verbunden. Diese ist so ausgelegt, daß die Periodendauer der mechanischen Schwingungen des Resonators 34 erfaßt und an einen ebenfalls nicht dargestellten Mikrorechner weitergegeben wird.

Das Führungsrohr 40 wird von zwei zylinderringförmigen Gleitlagern 52 umgriffen, von denen sich ein erstes im unteren Endbereich des Rohrkörpers 26 befindet. Oberhalb dieses Gleitlagers 52 vergrößert sich der Innendurchmesser des Rohrkörpers 26, um Platz für die Aufnahme der Fixierschrauben 42 zu schaffen. Der zugehörige Bereich des Führungsrohres 40 dient zugleich als unterer Anschlag und damit Wegbegrenzer des Führungsrohres 40 (einschließlich des Resonators 34) nach unten, der Anschlag erfolgt an einer inneren Stufe 54. Auf der Gegenseite zur Stufe 54 stützt sich eine Zylinderfeder 56 an den Aufnahmen für die Fixierschrauben 42 ab. Sie hat einen nur unwesentlich größeren Innendurchmesser, als der Außendurchmesser des Führungsrohres 40 beträgt und liegt ob an einer hülsenförmigen Stellschraube 58 an, die an ihrem Innenmantel mit dem zweiten Gleitlager 52 verbunden ist. Ihr Außenmantel hat ein Außengewinde, das mit einem Innengewinde an der Innenwand des Rohrkörpers 26 in Eingriff steht und von oben, also der Seite des Deckels 28, eingeschraubt werden kann.

Der Resonator 34 ist insgesamt etwa 55 mm lang. Sein inneres Ende 60 befindet sich etwa auf mittlerer Länge des Rohrkörpers 26. Der typische Hub des Resonators 34 mit seinem Führungsrohr 40 liegt bei etwa 1,5 mm. In der Fig. 2 ist die entspannte Position des Resonators 34 gezeigt. In dieser Stellung befindet sich ein Auslöseelement 62 eines zentrisch angeordneten Schalters 64 in freiem Abstand vom Ende 60. Wird der Resonator 34 einschließlich seines Führungsrohres 40 jedoch durch Aufsetzen der Prüfungsspitze 22 auf einen (nicht dargestellten) Testkörper nach innen in das Gehäuse 24 gedrückt, so kommt das Ende 60 in mechanischen Kontakt mit dem Auslöseelement 62, der Schalter 64 wird hierdurch betätigt und die Messung ausgelöst.

Der Schalter 64 kann auch anders als bisher dargestellt ausgeführt sein: So kann er beispielsweise als Näherungsschalter, als Softwareschalter, als Lichtschranke, als Berührungsschalter oder dergleichen ausgeführt werden. Vorteilhaft ist, wenn der Schalter 64 bzw. sein Auslöseelement 62 nicht selbst den Weg des Resonators 34 nach oben hin begrenzt.

Zwischen Schalter 64 und Deckel 28 hat der Rohrkörper 26 des Gehäuses 24 seine geringste Wandstärke. In diesem Bereich ist die Sondenelektronik angeordnet, sie hat einen jeweils in Fig. 1 angegebenen, in Fig. 2 aber nicht näher dargestellten Speicher 66 und Generator 50. Die Sonnenelektronik ist mit Kontakten eines Steckverbinders 70 verbunden, der von dem Deckel 28 umgriffen und von der oberen Stirnseite des Gehäuses 24 zugänglich ist. An ihm wird mittels eines zweiten, nicht dargestellten Steckverbinders eine Verbindungsleitung 72 lösbar angeschlossen, die in Fig. 1 dargestellt ist. Sie verbindet die Meßsonde 20 mit einem Grundgerät 74, in dem eine Anzeigeeinheit 76, die hier numerisch ausgeführt ist, ein Mikroprozessor 79, eine numerische Tastatur 80, ein Speicher 82 und Taster 84, 86, 88 untergebracht sind. Die Anzeige des jeweils gemessenen Härtewertes erfolgt unmittelbar im Anschluß an die Messung mittels der Anzeigeeinheit 76.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Funktion HV=(x² (Ax²+Bx+C))^-1 für zwei unterschiedliche Sätze der Koeffizienten A, B und C. Aufgetragen sind auf der y-Achse die Vickers-Härtewerte HV und auf der x-Achse die Frequenzabweichung df in Hertz. Ausgegangen wird von drei vorgegebenen Härtewerten HV₁, HV₂ und HV₃, für diese Werte liegen Härtevergleichsplatten vor, mit deren Hilfe die Justierung erfolgt. Die genannten HV-Werte der einzelnen Platten sollen einen möglichst breiten Bereich der Härtewerte im Bereich HV=100 bis HV=1000 überstreichen, beispielsweise beträgt der Wert HV₁=850, der Wert HV₂=550 und der Wert HV₃=240 Vickers-Härte. Die beiden Kurven 90, 92 nach Fig. 3 unterscheiden sich durch unterschiedliche Sätze der Koeffizienten A, B und C. Jede Kurve ist dem - hier nicht dargestellten - tatsächlichen Verlauf der Abhängigkeit von HV über df so gut wie möglich nachgebildet. Tatsächlich sind die Abweichungen äußerst gering. Die wirkliche Kurve fällt auf jeden Fall im Bereich der drei HV-Werte der Härtevergleichsplatten mit der angenommenen Kurve 90 bzw. 92 nach der oben genannten funktionalen Abhängigkeit zusammen.

Der Grundjustiergang selbst läuft wie folgt ab: Eine Meßsonde 20 wird mit einem Grundgerät verbunden. Beim Grundgerät wird ein Taster 84 mit der Beschriftung "Grundjustierung" gedrückt, das Grundgerät verlangt sodann die Eingabe des HV-Wertes einer ersten Härtevergleichsplatte. Dieser wird über die Tastatur 80 eingegeben. Nun wird die Meßsonde 20 gegen die entsprechende Härtevergleichsplatte gedrückt, die Frequenzabweichung df wird ermittelt. Dieser Vorgang wird für die beiden anderen Härtevergleichsplatten wiederholt, es ergeben sich wiederum Frequenzabweichungen df, die jedoch jetzt andere Werte haben. Aus den einzelnen df-Werten werden über die Formel x=df/f₀ die zugehörigen x-Werte und mit diesen über die genannte funktionelle Abhängigkeit die Koeffizienten A, B und C der speziellen Meßsonde errechnet. Diese Koeffizienten werden im Speicher 66 der Meßsonde abgespeichert.

Tauscht man nun die Meßsonde 20 gegen eine andere Meßsonde aus, so erhält man eine andere Kurve 92 und damit einen anderen Satz der Koeffizienten A, B und C.

Nach Abschluß der Grundjustierung sind die Meßsonden nun einsetzbar für das Material, aus dem die Härtevergleichsplatten bestehen, vorzugsweise niedrig legierter Stahl.

Um nun auch andere Materialien, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Gummi usw. härtemäßig prüfen zu können, wird wie folgt vorgegangen: Man nimmt eine Härtevergleichsplatte des Materials, für das die Messung erfolgen soll, beispielsweise Kupfer. Es wird nun der Taster 86 mit der Zuordnung "Justierung eines speziellen Materials" betätigt, sobald er gedrückt ist, fordert das Grundgerät 74 die Eingabe des HV-Wertes dieses Materials. Anschließend wird - wie oben beschrieben - mittels der grundjustierten Meßsonde 20 eine Messung durchgeführt und der df-Wert der Frequenzverschiebung ermittelt. Würde dieser Wert in die oben genannte Gleichung mit den festen Parametern A, B und C eingesetzt, so ergäbe sich ein HV-Wert, der sich von dem entsprechenden der Härtevergleichsplatte für das spezielle Material unterscheidet. Die Unterschiede werden dadurch berücksichtigt, daß nunmehr gesetzt wird x=K+df/f₀. Der Wert für K wird so gewählt, daß, eingesetzt in die oben genannte Gleichung mit den festen Parametern A, B und C derjenige HV-Wert erhalten wird, der dem Wert der Härtevergleichsplatte entspricht. Der gefundene K-Wert wird im Speicher 82 abgespeichert und kann jederzeit durch Betätigen des Tasters 88 wieder abgerufen werden. Das Härteprüfgerät ist somit justiert für das spezielle Material.

Im Grundgerät können mehrere Justierungen für einzelne, spezielle Materialien vorgesehen sein. Die hier beschriebene Anordnung mit den Tastern dient lediglich einer einfachen Erklärung, im allgemeinen wird die Steuerung nicht über Taster, sondern im wesentlichen über Software und die Eingabetastatur 80 erfolgen.

Der Vorgang einer Justierung für ein spezielles Material ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Vorgegeben wird ein Wert HV₄, der der Härtewert der Härtevergleichsplatte für das spezielle Material ist. Ohne Korrektur durch den K-Wert, also unter der Annahme, das spezielle Material sei dasselbe Material, wie es für die Grundjustierung benutzt wurde, erhält man die Frequenzabweichung df₄ und damit den Punkt 94 in Fig. 3. Durch Korrektur mittels des K-Wertes wird ein zugehöriger x-Wert erhalten, in der Fig. 3 ist diese Korrektur (jedoch umgerechnet auf df) durch den Pfeil 96 dargestellt, der eine Verschiebung parallel zur x-Achse bis zum Schnittpunkt mit der zugehörigen Kurve 90 der Meßsonde 20 zeigt. Durch die Korrektur mittels des K-Wertes ist also die spezielle Härteverlaufskurve des untersuchten Materials angepaßt an die Härteverlaufskurve des Materials, mit dem die Grundjustierung durchgeführt wurde. Es zeigt sich überraschend, daß bei Benutzung der funktionalen Abhängigkeit HV=f(x) eine Ausweitung des Meßbereichs des Härteprüfgerätes zu niedrigen und höheren HV-Werten, als für die Grundjustierung benutzt wurde, möglich ist und daß die Erweiterung verläßliche Härtewerte für eine Vielzahl von Materialien liefert.

Die Zuordnung der gemessenen Frequenzabweichung df für die Gerätegrundjustierung und die spezielle Justierung kann auch durch eine sogenannte Komparatorschaltung erfolgen. Diese enthält als Kernstück die Funktion HV=f(x) mit den beiden unterschiedlichen Festlegungen von x, also einmal x=df/f₀ und (für das spezielle Material) x=K+df/f₀. Durch feste Definition der Härtevergleichsplatten ist der Definitionsbereich der zu ermittelnden Justierung in der Komparatorschaltung integriert. Die Komparatorschaltung erhält in einer festgelegten Reihenfolge die auf den Härtevergleichsplatten ermittelten Meßfrequenzen bzw. Frequenzabweichungen df. Danach wird innerhalb dieser Schaltung die Gleichung HV=f(x) so lange verändert, bis die gemessenen Frequenzen eine feste Zuordnung zu den Härtevergleichsplatten haben. Ausgehend von der erhaltenen Grundjustierung können durch die beschriebene Einpunktjustierung Härtevergleichsplatten beliebiger spezieller Werkstoffe durch Justierung für diesen Werkstoff der jeweiligen Sonde zugeordnet werden.

Mittels der Sondengrundjustierung lassen sich Linearitätsunterschiede bei der Fertigung der Sonden kompensieren. Die Einpunktjustierung bietet die Möglichkeit, mit einer bestimmten Sonde die Härte einer bestimmten Anzahl unterschiedlicher Werkstoffe zu bestimmen.

Claims (9)

1. Härteprüfgerät zur Härteprüfung unter Last

• - mit mindestens einer Meßsonde (20) in Form eines Handgerätes, das ein griffelähnliches Gehäuse (24) hat, in dem verschiebbar ein stabförmiger Resonator (34) untergebracht ist,
  • a) der an seinem freien, aus dem Gehäuse vorstehenden Endbereich eine Meßspitze (22) aufweist,
  • b) gegenüber dem Gehäuse (24) über eine Feder (56) abgestützt ist und
  • c) mit Ultraschallwandlern (46, 48) verbunden ist, die an einen elektronischen Generator (50) und eine Änderungen seiner Schwingungsdauer bzw. Frequenz erfassenden Empfängerschaltung angeschlossen sind und
• - mit einem Grundgerät (74), das eine Anzeigeeinheit (76) aufweist und über eine Verbindungsleitung (72) lösbar mit der Meßsonde (20) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Speicher (82) vorgesehen ist, in dem die Funktion HV=(x² (Ax²+Bx+C))^-1 abgespeichert ist, wobei
x=df/f₀ ist und
HV der zu messende Härtewert (Vickers-Härte) ist,
f₀ die Grundfrequenz (Eigenfrequenz) des freien Resonators und
df die Frequenzabweichung des Resonators von f₀ ist,
und daß ein zweiter Speicher (66) vorgesehen ist für die Abspeicherung der Koeffizienten A, B und C mindestens einer Meßsonde (20).

2. Härteprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher (82) im Grundgerät (74) und der zweite Speicher in der Meßsonde (20) angeordnet ist.

3. Härteprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Speicher für mindestens ein unterschiedliches Material vorgesehen ist, daß im ersten Speicher (82) einerseits die Abhängigkeit x=K+df/f₀ abgespeichert ist und andererseits mindestens ein Speicherplatz für einen K-Wert des Werkstoffes vorgesehen ist und daß eine Eingabeeinrichtung (Taster 86, 88) für den Aufruf einer Kalibrierung für das spezielle Material einschließlich Ermitteln eines K-Wertes und den Abruf dieser Einstellung vorgesehen ist.

4. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse der Meßsonde (20) ein Schalter (64) für die Auslösung des (empfangsseitigen) Meßvorgangs für die Schwingungsdauer des Resonators (34) angeordnet ist, der ein auf die Position des verschiebbaren Resonators (34) reagierendes Auslöseelement (62) hat.

5. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselektronik auf eine kurzzeitige Messung, z. B. eine Messung innerhalb von 20 ms, der Schwingungsdauer des Resonators (34) ausgelegt ist.

6. Härteprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundgerät (74) Eingabevorrichtungen (Taster 84, 86, 88) für den Aufruf eines Grundjustierverfahrens, eines Justierverfahrens für ein spezielles Material und für die Einstellung des Grundgerätes auf die Härtemessung eines speziellen Materials vorgesehen sind.

7. Verfahren zum Justieren des Härteprüfgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit Hilfe von Härtevergleichsplatten, dadurch gekennzeichnet, daß für drei unterschiedliche Härtevergleichsplatten eines Materials, das HV-Werte in einem möglichst breiten Bereich innerhalb der Werte HV=100 und HV=1000 abdeckt, insbesondere aus niedrig legiertem Stahl, die Frequenzabweichung df von der Grundfrequenz f₀ bestimmt wird, daß aus diesen drei Werten für df über die Formel HV=(x²·(Ax²+Bx+C))^-1 über x=df/f₀ die drei Koeffizienten A, B und C ermittelt werden und daß die erhaltenen Werte der Koeffizienten A, B und C, vorzugsweise in der Meßsonde (20), abgespeichert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Härtevergleichsplatte eines anderen Materials die Frequenzabweichung df von der Grundfrequenz f₀ bestimmt wird, daß die ermittelte Frequenzabweichung df durch Wahl der Konstanten K in der Formel df=(x-K)×f₀ so geändert wird, daß derjenige x-Wert erhalten wird, den das Material für die Grundjustierung gemäß Anspruch 7 liefern würde, und daß der so erhaltene K-Wert abgespeichert wird.