DE69917780T2

DE69917780T2 - Testgerät und -verfahren zur messung der kratzfestigkeit eines films oder einer beschichtung

Info

Publication number: DE69917780T2
Application number: DE69917780T
Authority: DE
Inventors: Li Lin
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: KR20010041792A; EP1092142B1; DE69917780D1; CN1292870A; AU750769B2; EP1092142A1; BR9907979A; JP4233756B2; US6520004B1; CN1143128C; JP2002506221A; WO1999046576A1; CA2321797A1; AU3075799A; KR100579034B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf das Prüfen der mechanischen Eigenschaften von Folien und Beschichtungen gerichtet und richtet sich insbesondere auf das Prüfen der Kratz- und Beschädigungsfestigkeit von Beschichtungen und auf eine dabei verwendete Prüfvorrichtung.
Im Prinzip kann ein Beschädigungsvorgang durch einen Kontakt einer beschichteten Oberfläche mit einem sich bewegenden Festkörper verursacht werden, der in der beschichteten Oberfläche Belastungen hervorruft. Ein Beispiel des Beschädigungsvorgangs ist bei Beschichtungen auf Automobilkarosserien zu sehen, die typischerweise einer Beschädigung durch abschleifende Elemente, wie beispielsweise Staub, Schmutz, Oberflächenverschleiß während einer Fahrzeugwäsche und dem Bewitterungsvorgang, ausgesetzt sind. Das Beschädigen der beschichteten Oberfläche führt zu einem Verlust ihrer ästhetischen Erscheinung. Das Zerkratzen oder Beschädigen einer beschichteten Oberfläche ist besonders unerwünscht bei pigmentierten oder klaren Beschichtungen mit Hochglanz. Die Kratz- und Beschädigungsfestigkeit einer Beschichtung ist abhängig von den physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise Fließspannung, Zähigkeit, Elastizitätsmodul und Härte, der Beschichtungszusammensetzung. Die vorstehenden physikalischen Eigenschaften werden stark beeinflußt durch die Eigenschaften, wie beispielsweise die Glasübergangstemperatur und die chemische Struktur, der in den Beschichtungszusammensetzungen enthaltenen Polymere. Folglich wird das Messen der Kratz- und Beschädigungsfestigkeit einer Beschichtung sehr wichtig bei der Auswahl der Komponenten, wie beispielsweise Polymere, die bei Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Vergleich der Beschädigungsfestigkeit einer Beschichtungszusammensetzung, die eine Art von Polymer enthält, mit einer, die ein anderes Polymer enthält, verwendet werden, um zu entscheiden, welches Polymer besser geeignet ist, um eine Beschichtung mit optimalem Langzeit-Hochglanz und anderen physikalischen Eigenschaften zu gewährleisten.
Eine Herangehensweise sorgt dafür, daß ein Sandpapier mit einer gut definierten Struktur auf eine vorgeschriebene Weise über eine beschichtete Oberfläche reibt, um eine Beschädigung an der beschichteten Oberfläche hervorzurufen. Zahlreich Kontaktpunkte an den Sandteilchen des Sandpapiers rufen die Beschädigung hervor, die danach visuell quantifiziert wird, typischerweise auf einer Skala von 0 bis 10, bei der die Zahl 10 keine Beschädigung darstellt und 0 vollständige Beschädigung darstellt. Als Alternative dazu wird die an einer Beschichtung hervorgerufene Beschädigung visuell mit der Beschädigung an einer Beschichtung aus einer anderen Beschichtungszusammensetzung unter den gleichen Prüfungsbedingungen verglichen, um zu bestimmen, welche Beschichtung weniger Beschädigungen hat. Jedoch sind die vorstehenden Prüfungen auf Grund der subjektiven Beschaffenheit jeder visuellen Beobachtung, die dazu neigt, sich von Mensch zu Mensch zu ändern, nicht ausreichend objektiv. Darüber hinaus neigen die Sandpapiere, obwohl sie standardisiert sind, dazu, unterschiedliche Kornstrukturen zu haben, was die an der Beschichtung erzeugte Beschädigung stark beeinflussen kann. Außerdem ist es sehr schwierig, die durch die zahlreichen Kontaktpunkte der Sandteilchen auf dem Sandpapier erzeugten Beschädigungen quantitativ zu messen. Außerdem neigt der durch eine Prüfperson während des vorgeschriebenen Reibvorgangs ausgeübte Druck dazu, sich zu verändern. Im Ergebnis dessen neigt die sich daraus ergebende Beschädigung ebenfalls dazu, sich von einer Prüfperson zur nächsten zu verändern. Folglich besteht ein Bedarf an einer Beschädigungsfestigkeitsprüfvorrichtung, die weniger subjektiv ist und reproduzierbarer ist als die gegenwärtig angewendeten subjektiven, nicht reproduzierbaren Prüfungsverfahren.
Eine Vorrichtung in der Literatur wird durch Wu in J. Mater. Res., Bd. 6, Nr. 2, Seiten 407 bis 426, Febr. 1991 (Materials Research Society), beschrieben. Die in dem Artikel definierte Vorrichtung ist nicht ausreichend stabil für reproduzierbare Messungen an einer großen Vielzahl von beschichteten Substraten unter Bedingungen eines hohen Durchsatzes.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf eine Vorrichtung zum Messen der Beschädigungsfestigkeit eines Prüfmusters, die folgendes umfaßt:
Mittel zur Eindringkörperführung, wobei die Mittel an einem Ständer der Vorrichtung angebracht werden und folgendes umfassen:
Mittel zum Eindringkörperantrieb mit einem in denselben angeordneten Eindringkörper und Mittel zum Abfühlen des Wegs des Eindringkörpers zu der Oberfläche des Prüfmusters hin und von derselben weg, und
Mittel zum Richten des Prüfmusters, wobei die Mittel auf einer Basis der Vorrichtung angeordnet werden und folgendes umfassen:
Haltermittel zum Befestigen des Prüfmusters auf denselben, wobei sich die Oberfläche des Prüfmusters in einer senkrechten Beziehung zum Eindringkörper befindet, und Gerüstmittel zum Verschieben des Prüfmusters in einer Richtung tangential zum Eindringkörper, so daß auf der Oberfläche der Folie oder Oberschicht ein Kratzer erzeugt wird, wenn gleichzeitig eine Spitze des Eindringkörpers in das Prüfmuster getrieben wird.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls gerichtet auf ein Verfahren zum Messen der Beschädigungsfestigkeit eines Prüfmusters, das folgendes umfaßt:
Befestigen des Prüfmusters in Gerüstmitteln einer Vorrichtung,
Anordnen eines Eindringkörpers in einer senkrechten Beziehung zu der freigelegten Oberfläche des Prüfmusters, so daß eine Spitze des Eindringkörpers in Kontakt mit der Oberfläche des Prüfmusters ist,
Treiben der Spitze des Eindringkörpers in die Oberfläche des Prüfmusters mit einer eingestellten Geschwindigkeit, während das Prüfmuster gleichzeitig mit einer eingestellten Geschwindigkeit in einer Richtung tangential zu dem Eindringkörper in einer eingestellten Richtung verschoben wird, um die Oberfläche des Prüfmusters zu zerkratzen, um einen Kratzer auf derselben zu erzeugen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Wiedergabe einer dreidimensionalen Rasterkraftmikrophotographie (AFM – atomic force microphotograph) eines während einer zähelastischen Verformung einer Folie oder einer Beschichtung erzeugten Mikrokratzers.
2 ist eine Wiedergabe einer dreidimensionalen AFM eines während einer Bruchverformung einer Folie oder einer Beschichtung erzeugten Mikrokratzers.
3 ist eine schematische Anordnung von verschiedenen Bestandteilen einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Mittels zur Eindringkörperführung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Aufriß des Mittels zur Eindringkörperführung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine dreidimensionale auseinandergezogene Ansicht des Mittels zum Richten des Prüfmusters der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Draufsicht eines Haltermittels und eines Abschnitts eines Gerüstmittels des Mittels zum Richten des Prüfmusters der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Seitenansicht längs der Schnittlinie 8-8 von 7.
9, 10 und 11 sind Graphen, welche die Ergebnisse eines typischen Mikrokratzversuchs, erzielt unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
So, wie sie hierin verwendet werden,
bedeutet „Folie" eine wesentlich flächige, freistehende Schicht, wie beispielsweise einen Polyesterfilm oder eine -folie,
bedeutet „Beschichtung" eine anhaftende Schicht einer über einer Substratoberfläche aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung.
Die Vorrichtung und das Verfahren dieser Erfindung sind auf das Messen der Beschädigungs- und Kratzfestigkeit einer Folie oder Beschichtung gerichtet. Die Vorrichtung erzeugt einen Mikrokratzer auf einer beschichteten Prüfoberfläche, der eng den Kratz- und Beeinträchtigungsschaden nachahmt, der typischerweise an Folien- oder beschichteten Oberflächen beobachtet wird. Die Erscheinung des Kratz- und Beeinträchtigungsschadens ist kompliziert, und der Anmelder hat festgestellt, daß ein typischer Mikrokratzer oder eine Furche, während des Kratz- und Beeinträchtigungsschadens auf einer beschichteten Oberfläche hinterlassen, zwei unterschiedliche Elemente hat. Der Beeinträchtigungsschaden kann, wie es in 1 zu sehen ist, die Form einer wesentlich glatten Spur haben, die während der zähelastischen Verformung der Folie oder der Beschichtung erzeugt wird, oder er kann, wie es in 2 zu sehen ist, die Form einer zerklüfteten Spur haben, die während der Bruchverformung der Folie oder der Beschichtung erzeugt wird. Die visuelle Wirkung dieser zwei unterschiedlichen Arten von Beschädigungen auf einen Betrachter unterscheidet sich erheblich. Der Anmelder hat entdeckt, daß die in 1 gezeigte Beschädigung für ausgebildete Fachleute leichter zu bemerken ist als für einen Laien, wohingegen die in 2 gezeigte Beschädigung selbst für einen Laien zu bemerken ist, der nicht darin ausgebildet ist, nach solchen Mängeln zu suchen. Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine objektivere Prüfung bereit, die in der Lage ist, diese Beschädigungen unter vorher festgelegten reproduzierbaren Bedingungen auf einer Beschichtung hervorzurufen.
Die vorliegende Erfindung stellt allgemein eine Prüfvorrichtung zum Verformen, d. h., Mikrozerkratzen, einer Prüfoberfläche, Erfassen von Verformungsinformationen auf der Prüfoberfläche in visueller und graphischer Form und Analysieren der Kratzbeschädigung bereit.
Das Schema in 3 stellt die verschiedenen Bestandteile der Prüfvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung bereit. Die Prüfvorrichtung 1 schließt eine Basis 2 ein, angeordnet auf einer Plattform 3, wesentlich isoliert von Vibrationen, um ein Übertragen von Vibrationen auf die Vorrichtung 1 wesentlich zu verhindern. Herkömmliche Dämpfungsmittel, wie beispielsweise Luftstoßdämpfer (nicht gezeigt), sind gut dafür geeignet, die Plattform 3 zu tragen. Ein Exemplar eines Dämpfungsmittels ist das Auftischmodell Nr. RS4000-48-12 aus der Research Series, geliefert von der Newport Corporation, Irvine, Kalifornien. Die Basis 2 wird mit einem Ständer 4 versehen, der einen an demselben angebrachten Arm 5 hat. Der Arm 5 ist vorzugsweise verstellbar, so daß der Arm 5 am Ständer 4 hinauf- und hinabpositioniert werden kann. Am Arm 5 werden Mittel 6 zur Eindringkörperführung befestigt. An der Basis 2 werden Mittel 8 zum Richten des Prüfmusters angeordnet. Die Vorrichtung 1 schließt außerdem herkömmliche Rechnermittel 10, wie beispielsweise einen IBM-kompatiblen Rechner, ein, der mit dem Betriebssystem Windows^® NT läuft, das von der Microsoft Corporation aus Redmond, Washington, erhältlich ist. Die Rechnermittel 10 schließen Mittel 12A zum Konditionieren von Eingabe- und Ausgabesignalen zu und von den Mitteln 6 zur Eindringkörperführung und den Mittel 8 zum Richten des Prüfmusters ein, um die Bewegungen eines Eindringkörpers 32, der an den Mitteln 6 zur Eindringkörperführung angeordnet wird, und eines Prüfmusters 56 (gezeigt in 6 und 8), das die Form einer Folie oder einer über einem Substrat aufgebrachten Beschichtung haben kann, zu steuern. Die Bewegungen des Eindringkörpers 32 und des Prüfmusters 56 werden in Übereinstimmung mit einem Softwareprogramm gesteuert, das durch die programmierbare Software LABVIEW^®, Version 5.0.1, geliefert wird, erhältlich von der National Instrument Company aus Austin, Texas. Die Rechnermittel 10 schließen außerdem herkömmliche Mittel zum Erzeugen verarbeitbarer Daten, die sich aus dem Kratzen der Oberfläche des Prüfmusters 56 ergeben, herkömmliche Mittel zum Speichern der verarbeitbaren Daten und Mittel zum Anzeigen der verarbeitbaren Daten in einer visuellen oder graphischen Form, wie beispielsweise auf einem Bildschirm 12 oder einem Kurvenschreiber (nicht gezeigt), ein.
Es wird ein Videosystem 14 verwendet, um die während des Versuchs an der Oberfläche des Prüfmusters 56 stattfindende Verformung zu erfassen und um danach eine Analyse der Kratzbeschädigung durchzuführen. Das Videosystem 14 ist ebenfalls sehr nützlich zum Positionieren des Eindringkörpers 32, zum Nivellieren des Prüfmusters 56 und zum Einrichten von Versuchen. Das Videosystem 14 ist ein herkömmliches System, das vorzugsweise an ein herkömmliches Videoaufzeichnungssystem (nicht gezeigt) angeschlossen wird, um die während des Versuchs durch das Videosystem 14 erzeugten Bilder zu speichern. Wahlweise kann ein Mikroskop (nicht gezeigt) zum Betrachten der Beschädigung der Prüfbeschichtung verwendet werden. Vorzugsweise wird die Vorrichtung 1 innerhalb einer thermisch isolierten Kammer (nicht gezeigt) untergebracht, um alle Bestandteile der Vorrichtung 1 bei einer gleichbleibenden Temperatur, vorzugsweise bei Raumtemperatur, zu erhalten. Vorzugsweise werden Reihen von Lichtquellen zweckmäßig innerhalb der isolierten Kammer angeordnet, um Einstellungen an den verschiedenen Bestandteilen der Vorrichtung 1 vorzunehmen und um die Spitze des Eindringkörpers 32 und die Oberfläche des Prüfmusters 56 während der Videoaufzeichnung eines während der Prüfung an der Oberfläche des Prüfmusters 56 erzeugten Kratzers zu beleuchten.
4 und 5, die sich nun mehr Einzelheiten zuwenden, zeigen die Einzelheiten der Mittel 6 zur Eindringkörperführung, die ein Mittel 7 zum Eindringkörperantrieb mit dem in demselben angeordneten Eindringkörper 32 und ein Mittel 9 zum Abfühlen des Wegs des Eindringkörpers 32 zu der Oberfläche des Prüfmusters 56 hin und von derselben weg einschließen.
Das Mittel 7 zum Eindringkörperantrieb schließt einen feststehenden Träger 14 ein, der an einem Arm 5 befestigt wird. Beide Enden eines beweglichen Trägers 20 werden durch erste biegsame Mittel 22, die an Trägerenden 18 des feststehenden Trägers 14 angeschlossen werden, an dem feststehenden Träger 14 befestigt, um so dem beweglichen Träger 20 einen einzigen Freiheitsgrad zu verleihen. Trägerenden 24 des beweglichen Trägers 20 werden durch zweite biegsame Mittel 30 mit den beiden Enden eines Eindringkörperhalters 28 verbunden, um dem Eindringkörperhalter 28 einen einzigen Freiheitsgrad zu verleihen. Die ersten biegsamen Mittel 22 und die zweiten biegsamen Mittel 30 schließen jeweils ein Paar von Membranfedern ein, angeschlossen an jedem Trägerende 18 und 24 des feststehenden Trägers 14 bzw. des beweglichen Trägers 20. Die Membranfedern werden aus einer von der Hamilton Precision Metals, Inc., aus Lancaster, Pennsylvania, erhältlichen Nickel-Eisen-Legierung hergestellt, die nicht nur einen gleichbleibenden Elastizitätsmodul über einen weiten Temperaturbereich und eine hohe Dehngrenze hat, sondern diese Legierung hat außerdem einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich mit anderen Federmaterialien. Die zuvor beschriebene fest eingespannte Doppelfreiträgerstruktur der ersten biegsamen Mittel 22 und der zweiten biegsamen Mittel 30 wird so gestaltet, daß sie Biegemomenten und Tangentialkräften widersteht, so daß nur ein einziger Freiheitsgrad, allgemein in einer vertikalen Richtung, erlaubt wird. Der Eindringkörper 32 wird mittig auf einer Eindringkörperplatte 28 angeordnet, mit gleichem Abstand zu jedem Ende der Eindringkörperplatte 28, um weiter zu sichern, daß dem Eindringkörper 32 nur ein einziger Freiheitsgrad der Bewegung verliehen wird, d. h., ohne Dreh- oder Winkelbewegungen. Die Form der Spitze des Eindringkörpers 32 kann abgerundet sein, mit einem Radius im Bereich von 1 Mikrometer bis 10 Mikrometer. Als Alternative dazu kann sie mit einer pyramidenartigen Form versehen werden. Die Spitze des Eindringkörpers 32 wird aus Diamant. Korund, Topas oder Quarz hergestellt. Der gewünschte Härtegrad der Spitze hängt von der Härte des Prüfmusters 56 ab. Eine Diamantspitze wird bevorzugt. Ein Exemplar eines Eindringkörpers 32 ist ein von der Synton Company, aus Lyss, Schweiz, erhältlicher Eindringkörper, der eine abgerundete Spitze mit einem Radius von 3 Mikrometer hat.
Die Mittel 7 zum Eindringkörperantrieb schließen außerdem auf der feststehenden Platte 14 angeordnete Erregungsmittel 16 ein. Ein Betätigungskern 17 der Erregungsmittel 16 wird am beweglichen Träger 20 befestigt, so daß sich der bewegliche Träger 20 und die Eindringkörperplatte 28 mit dem in derselben angeordneten Eindringkörper 32 nur in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Prüfmusters 56 bewegen, wenn die Erregungsmittel 16 erregt werden. Die Erregungsmittel 16 schließen vorzugsweise einen Niederspannungspiezoumsetzer (LVPZT – low voltage piezo translator) und ein Steuergerät ein, das dem LVPZT die Energie bereitstellt. Diese LVPZT verlängern sich, wenn eine elektrische Spannung an sie angelegt wird. Folglich ist man in der Lage, dem Eindringkörper 32 auf eine vorher festgelegte Weise eine genaue und durchgehende Bewegung zu verleihen. Die Gesamtbewegung des Eindringkörpers 32 von bis zu etwa 90 Mikrometer bei einer Auflösung von 2 Nanometer kann erzielt werden unter Verwendung eines LVPZT, Modell Nr. P-840.60 oder P-841.60, zusammen mit ihren Steuergeräten, erhältlich von der Physik Instrumente (PI) GmbH & Co., durch ihre Tochtergesellschaft Polytec PI Inc., aus Auburn, Massachusetts, mit einer Betriebsspannung von bis zu 120 Volt. Die sich ergebende Normalkraft, welche die Oberfläche des Prüfmusters 56 erfährt, beträgt bis zu 100 Millinewton, bei einer Auflösung von 2 Mikronewton.
Die Mittel 9 zum Abfühlen des Wegs des Eindringkörpers 32 zu der Oberfläche des Prüfmusters 56 hin und von derselben weg schließen erste Abfühlmittel 34, die das Eindringen der Spitze des Eindringkörpers 32 in das Prüfmuster 56 messen, und zweite Abfühlmittel 36 ein, welche die Normalkraft messen, die das Prüfmuster 56 erfährt, wenn die Spitze des Eindringkörpers 32 in das Prüfmuster 56 eindringt. Die ersten Abfühlmittel 34 bzw. die zweiten Abfühlmittel 36 erzeugen Daten über die Spitzendurchdringung und die Normalkraft, die zu den Mitteln 12A zum Konditionieren von Eingabe- und Ausgabesignalen der Rechnermittel 10 weitergeleitet werden. Auf der Grundlage dieser Daten steuern die Mittel 12A die den Erregungsmitteln 16 zugeführte Energie und die Bewegungen des Eindringkörpers 32 und des Prüfmusters 56 in Übereinstimmung mit dem durch die Rechnermittel 10 bereitgestellten Softwareprogramm.
Ein erster feststehender Bestandteil der ersten Abfühlmittel 34 wird an einem Paar von auf jeder Seite des feststehenden Trägers 14 und des beweglichen Trägers 20 angeordneten Stützen 38 angebracht. Die am feststehenden Träger 14 befestigten Stützen 38 ermöglichen, daß sich der bewegliche Träger 20 und der Eindringkörperhalter 28 frei innerhalb derselben bewegen. Ein erster beweglicher Bestandteil der ersten Abfühlmittel 34 wird am Eindringkörperhalter 28 angebracht, so daß sich der Spalt zwischen dem ersten feststehenden Bestandteil und dem ersten beweglichen Bestandteil des ersten Abfühlmittels 34 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Eindringkörperhalters 28 verändert, wenn sich der Eindringkörperhalter 28 bewegt, wodurch eine analoge Ausgabe erzeugt wird, die zu den Mitteln 12A zum Konditionieren von Eingabe- und Ausgabesignalen weitergeleitet wird. Ähnlich wird ein zweiter feststehender Bestandteil der zweiten Abfühlmittel 36 am beweglichen Träger 20 angebracht, und ein zweiter beweglicher Bestandteil der zweiten Abfühlmittel 36 wird am Eindringkörperhalter 28 angebracht, so daß sich der Spalt zwischen dem zweiten feststehenden Bestandteil und dem zweiten beweglichen Bestandteil des zweiten Abfühlmittels 36 in Übereinstimmung mit der Normalkraft, die das Prüfmuster 56 erfährt, verändert, wenn sich der Eindringkörperhalter 28 bewegt, wodurch eine analoge Ausgabe erzeugt wird, die zu den Mitteln 12A zum Konditionieren von Eingabe- und Ausgabesignalen weitergeleitet wird. Die ersten Abfühlmittel 34 und die zweiten Abfühlmittel 36 können gleich sein, wie zum Beispiel der kapazitive Sensor Modell D-050-00, erhältlich von der Physik Instrumente (PI) GmbH & Co., durch ihre Tochtergesellschaft Polytec PI Inc., aus Auburn, Massachusetts.
6, 7 und 8 stellen Einzelheiten der Mittel 8 zum Richten des Prüfmusters bereit. 6 stellt Einzelheiten des Gerüstmittels 11 zum Verschieben des Prüfmusters 56 in einer Richtung tangential zum Eindringkörper 32, so daß auf der Oberfläche des Prüfmusters 56 ein Kratzer erzeugt wird, wenn gleichzeitig die Spitze des Eindringkörpers 32 in das Prüfmuster 56 getrieben wird, bereit. 6, 7 und 8 stellen Einzelheiten der Haltermittel 13 bereit, die das Prüfmuster 56 auf denselben befestigen, wobei sich die freigelegte Oberfläche desselben in einer senkrechten Beziehung zum Eindringkörper 32 befindet.
Wie es aus 6 zu ersehen ist, schließen die Gerüstmittel 11 einen ersten, an der Basis 2 der Vorrichtung 1 befestigten, Gerüstblock 40 und einen zweiten, oben auf dem ersten Gerüstblock 40 befestigten, Gerüstblock 42 ein, so daß die oben auf dem zweiten Gerüstblock 42 befestigten Haltermittel 13 längs der X- und der Y-Achse bewegt und genau positioniert werden können. Auf Eingabesignale von den Rechnermitteln 10 verleihen Antriebsmittel 60 für den ersten Gerüstblock 40 und Antriebsmittel 58 für den zweiten Gerüstblock 42 den oben auf dem zweiten Gerüstblock 42 befestigten Haltermitteln 13 eine Bewegung längs der X- und der Y-Achse. Eines der geeigneten Gerüstmittel ist das System Nanomover^TM, erhältlich von der Melles Griot, Irvine, Kalifornien. Diese Mikropositionierer haben eine Auflösung von 50 Nanometer, mit einer absoluten Genauigkeit von ±1 Mikrometer und einem Gesamtbewegungsbereich von 25 mm.
Wie es in 6, 7 und 8 zu sehen ist, schließen die Haltermittel 13 einen oben auf dem zweiten Gerüstblock 42 befestigten Musterhaltertragblock 44 ein. Falls es gewünscht wird, kann zwischen dem Musterhaltertragblock 44 und dem zweiten Gerüstblock 42 eine dämpfende Folie 62 aus einer Silikonmischung bereitgestellt werden, um die Übertragung eines Hochfrequenzrauschens vom zweiten Gerüstblock 42 zum Musterhaltertragblock 44 weiter zu verringern. Vorzugsweise wird ein Paar von herkömmlichen Einzelachsen-Kipp-Plattformen (nicht gezeigt), mit 90° zueinander angeordnet, zwischen dem Musterhaltertragblock 44 und dem zweiten Gerüstblock 42 bereitgestellt, um das Nivellieren des in den Haltermitteln 13 befestigten Prüfmusters 56 zu erleichtern. Zum Beispiel sind die von der Newport Corporation, Irvine, Kalifornien, erhältlichen Einzelachsen-Kipp-Plattformen (Modell Nr. TGN 80) gut für diesen Zweck geeignet. Diese Plattformen haben einen Bewegungsbereich von ±2,5° mit einer Auflösung von 20 Bogensekunden und einer Empfindlichkeit von 2 Bogensekunden.
Ein Paar von Keilblocks 49 wird am Musterhaltertragblock 44 befestigt, und ein Doppel-I-Block 46 wird durch dritte Biegemittel 48, die mit den Schenkeln des Doppel-I-Blocks 46 verbunden werden, mit den Keilblocks 49 verbunden, um dem Doppel-I-Block 46 längs der gezeigten Richtung einen einzigen Freiheitsgrad zu verleihen. Die dritten biegsamen Mittel 48 schließen jeweils ein Paar von Membranfedern ein, die an jeder Seite des Keilblocks und jedem Schenkel des Doppel-I-Blocks 46 angeschlossen werden. Die Membranfedern werden aus einer von der Hamilton Precision Metals, Inc., aus Lancaster, Pennsylvania, erhältlichen Nickel-Eisen-Legierung hergestellt. Der Doppel-I-Block 46 wird oberhalb der Oberfläche des Musterhaltertragblocks 44 angeordnet, um eine freie Bewegung vor und zurück längs des gezeigten Pfeils zu ermöglichen. Oben auf dem Doppel-I-Block 46 wird ein Musterhalter 50 befestigt. Der Musterhalter 50 wird mit einem Paar von Musterhalterklemmen 52 versehen, die über einem Paar von Montagestangen gleiten. Jede Musterhalterklemme 52 wird mit einer Klemmschraube 54 versehen, so daß das Prüfmuster 56 durch Anziehen der Halterklemmen 52 um das Prüfmuster mit Hilfe der Klemmschrauben 54 befestigt werden kann.
Die Vorrichtung 1 schließt außerdem ein drittes Abfühlmittel 51 zum Messen der Tangentialkraft ein, die das Prüfmuster 56 während des Kratzens des Prüfmusters durch die Spitze des Eindringkörpers 32 erfährt, wenn diese sich über die Oberfläche des Prüfmusters 56 bewegt. Ein dritter feststehender Bestandteil des dritten Abfühlmittels 51 wird am Musterhaltertragblock 44 angebracht, und ein dritter beweglicher Bestandteil des dritten Abfühlmittels 51 wird an der Seite des Doppel-I-Blocks 46 angebracht, so daß sich der Spalt zwischen dem dritten feststehenden Bestandteil und dem dritten beweglichen Bestandteil des dritten Abfühlmittels 51 in Übereinstimmung mit der Tangentialkraft verändert, die das Prüfmuster 56 erfährt, wenn der Eindringkörper 32 die Oberfläche des Prüfmusters 56 zerkratzt. Eine sich daraus ergebende analoge Ausgabe wird danach zu den Mitteln 12A zum Konditionieren von Eingabe- und Ausgabesignalen weitergeleitet. Die dritten Abfühlmittel 51 können die gleichen sein wie die ersten Abfühlmittel 34 oder die zweiten Abfühlmittel 36, wie zum Beispiel der kapazitive Sensor, Modell D-050-00, erhältlich von der Physik Instrumente (PI) GmbH & Co., durch ihre Tochtergesellschaft Polytec PI Inc., aus Auburn, Massachusetts.
In Abhängigkeit von der Größe der Membranfedern in den ersten Biegemitteln 22, den zweiten Biegemitteln 30 und den dritten Biegemitteln 51 und von der Kraft der Erregungsmittel 16 kann die Prüfvorrichtung 1 so modifiziert werden, daß sie eine Vorrichtung 1 mit unterschiedlichen Graden von Prüffähigkeiten und Auflösungen, geeignet für verschiedene Prüfanwendungen, bereitstellt. Die Vorrichtung 1 ist in der Lage, Mikrokratzer auf Beschichtungen oder Folien zu erzeugen, die eine Dicke im Bereich von 1 bis 1000 Mikrometer haben, um deren Beschädigungsfestigkeit zu messen. Beim Durchführen einer solchen Prüfung wird das Prüfmuster 56 im Musterhalter 50 befestigt. Danach wird das Prüfmuster 56 anfangs unter Verwendung einer Röhrenlibelle und vorzugsweise mit Einzelachsen-Kipp-Plattformen nivelliert, um die freigelegte Oberfläche des Prüfmusters 56 durch Abtasten der Oberfläche des Prüfmusters 56 wesentlich zu nivellieren. Unter Verwendung des einstellbaren Arms 5 wird der Eindringkörper 32 nahe des Prüfmusters 56 angeordnet, und unter Verwendung des Videosystems 14 wird die Spitze des Eindringkörpers 32 nahe bis auf 5 Mikrometer von der freigelegten Oberfläche des Prüfmusters 56 gebracht, was geschieht, wenn die Eindringkörperspitze und ihre Reflektion einander wesentlich berühren. Abschließende Einstellungen werden allgemein unter Verwendung der durch die Erregungsmittel 16 verliehenen Bewegung vorgenommen, die, wenn sie erregt werden, den beweglichen Träger 20 schieben, der wiederum den Eindringkörperhalter 28 mit dem Eindringkörper 32 auf demselben schiebt, um die freigelegte Oberfläche des Prüfmusters 56 zu berühren. Wenn ein solcher Kontakt geschieht, liefern die zweiten Abfühlmittel 36 die Normalkraft, welche die Oberfläche des Prüfmusters 56 erfährt. Die Normalkraft wird auf eine gleichbleibende Normalkraft eingestellt, die nicht ausreicht, um eine bedeutsame Beschädigung der darunterliegenden Oberfläche des Prüfmusters 56 zu erzeugen. Typischerweise beträgt eine solche Normalkraft für Harzbeschichtungen rund 20 Mikronewton (μN).
Zuerst wird die zu zerkratzende Oberfläche des Prüfmusters 56 durch Abtasten mit der Spitze des Eindringkörpers 32 in einer eingestellten Richtung über die Oberfläche profiliert, mit einer eingestellten Geschwindigkeit, gewährleistet durch Antreiben der Gerüstmittel 11 durch eine eingestellte Strecke, typischerweise 3 mm, und Einstellen der Normalkraft, mit der die Spitze des Eindringkörpers 32 die Oberfläche des Prüfmusters 56 berührt, auf ein Profilniveau, das ausreicht, um ihren Umriß zu bestimmen, ohne die Oberfläche zu verändern oder zu beschädigen, d. h., bei einer Normalkraft von 20 Mikronewton (μN). Die Normalkraft wird während des Profilierens der Oberfläche auf dem Profilniveau beibehalten, durch Anwendung einer kontinuierlichen Rückmeldung aus einem geschlossenen Regelsystem, das durch die Gerüstmittel 11 und die Rechnermittel 10 bereitgestellt wird. Die sich ergebenden Daten werden als Vorkratz-Profildaten in den Speichermitteln der Rechnermittel 10 gespeichert.
Danach wird dadurch ein rampenförmiger Kratzer ausgeführt, daß die Spitze des Eindringkörpers 32 mit einer eingestellten Geschwindigkeit in die Oberfläche des Prüfmusters 56 getrieben wird, während gleichzeitig, durch Bezug auf die gespeicherten Vorkratz-Profildaten, die Oberfläche des Prüfmusters 56 mit einer durch die Gerüstmittel 11 gewährleisteten Geschwindigkeit in der gleichen eingestellten Richtung durch die gleiche eingestellte Strecke verschoben wird. Folglich werden durch die Anwendung der Vorkratzdaten während des rampenförmigen Kratzens der Oberfläche des Prüfmusters 56 alle Fehler, die durch die Oberflächenvariation, d. h., Berge und Täler, des Prüfmusters 56 beigetragen werden können, beseitigt. Im Ergebnis dessen erzeugt die Eindringkörperspitze einen Kratzer einer gewünschten Tiefe, der unbeeinträchtigt ist von den Oberflächenvariationen des Prüfmusters 56. Die sich ergebenden Signale werden als Spitzenverschiebungsprofildaten in den Speichermitteln der Rechnermittel 10 gespeichert. Allgemein beginnt während des rampenförmigen Kratzers die Normalkraft, welche die Oberfläche des Prüfmusters 56 erfährt, bei 0. Dann wird, nach einer Verzögerung von 5 Sekunden, die Normalkraft ständig mit einer Geschwindigkeit von 0,02 Millinewton pro Sekunde auf ein definiertes Maximum gesteigert, während sich das Prüfmuster 56 weiter bewegt. Falls es gewünscht wird, kann die Geschwindigkeit in Stufen gesteigert werden, oder sie kann auf einem gleichbleibenden Niveau beibehalten werden.
Schließlich wird die Oberfläche des Kratzers durch Abtasten derselben mit der Spitze des Eindringkörpers 32 profiliert, mit einer eingestellten Geschwindigkeit, gewährleistet durch Antreiben der Gerüstmittel 11 durch die gleiche eingestellte Strecke, mit der gleichen Profilniveau-Normalkraft, d. h., einer Normalkraft von 20 μN, in der gleichen, während des Vorkratz-Profilierens der Oberfläche festgelegten, eingestellten Richtung. Die Normalkraft wird während des Profilierens des Kratzers auf dem Profilniveau beibehalten, durch Anwendung einer kontinuierlichen Rückmeldung aus einem geschlossenen Regelsystem, das durch die Gerüstmittel 11 und die Rechnermittel 10 bereitgestellt wird. Die sich ergebenden Daten werden als Nachkratz-Profildaten in den Speichermitteln der Rechnermittel 10 gespeichert. Die Vorkratz-, die Spitzenverschiebungs- und die Nachkratz-Profildaten werden zu verarbeitbaren Daten verarbeitet, die danach in einer visuellen oder graphischen Form auf den Anzeigemitteln 12 angezeigt werden können, um die Beschädigungsfestigkeit des Prüfmusters 56 zu bestimmen.
Außerdem wird die Normalkraft, die das Prüfmuster 56 erfährt, wenn die Spitze in das Prüfmuster 56 getrieben wird, gemessen und als Normalkraft-Profildaten gespeichert. Die Tangentialkraft, die das Prüfmuster 56 während des Kratzens des Prüfmusters 56 erfährt, wird ebenfalls gemessen und als Tangentialkraft-Profildaten gespeichert. Die Normalkraft-Profildaten und die Tangentialkraft-Profildaten werden in die verarbeitbaren Daten integriert.
Das unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung geprüfte Prüfmuster 56 schloß verschiedene Beschichtungen ein. 9 zeigt die Ergebnisse eines Mikrokratzversuchs, erzielt an einem klaren Deckanstrich mit einer Dicke von ~30 μm, der aus einer styrenisierten Acryl-/Melaminzusammensetzung hergestellt wurde, aufgebracht über einem schwarzen Grundanstrich. Es wurde ein Eindringkörper 32 mit einer Diamantspitze mit einem Radius von 1 μm verwendet.
10 und 11 zeigen die Ergebnisse eines Mikrokratzversuchs, erzielt unter Verwendung von zwei unterschiedlichen klaren Beschichtungszusammensetzungen.
Der Linienzug A in den Kurven von 9, 10 und 11 stellt das Vorkratzprofil einer unbeschädigten Oberfläche des Prüfmusters 56 dar, der Linienzug C stellt das Spitzenverschiebungsprofil der Spitze des Eindringkörpers 32 dar, wenn sie über die eingestellte Strecke in das Prüfmuster 56 eindringt, der Linienzug B stellt das Nachkratzprofil des Kratzers dar. Wie aus dem Linienzug C und dem Linienzug B zu ersehen ist, stellt sich die Beschichtung nach dem Kratzen der Oberfläche bedeutsam wieder her. Die Linienzüge E und D sind Profile der Normalkraft und der Tangentialkraft, die das Prüfmuster 56 während des Versuchs erfährt. Die Beschädigung der Beschichtung wird gewonnen durch Subtrahieren der Vorkratz-Profiltiefe von Linienzug A von der Nachkratz-Profiltiefe von Linienzug B.
Im frühen Bereich des Kratzers sind die Linienzüge A und B überlagert, was bedeutet, daß die Verformung der Beschichtung vollständig wiederhergestellt wird, d. h., die Verformung war elastisch. Wenn die Belastung zunahm, begannen die zwei Linienzüge zu divergieren, was den Beginn der zähelastischen Verformung bedeutet, wovon eine vergrößerte Version in 1 zu sehen ist. Das Verformungsausmaß stieg glatt an, wenn die Normalkraft gesteigert wurde. Bei einer Entfernung von etwa 4,1 mm in 9 (Normalkraft von 3 mN) und etwa 2,15 mm (Normalkraft von 1,8 mN) in 10 durchlief der Charakter des Linienzugs B einen abrupten Wandel. Die Tangentialkraft, wie sie durch das Profil des Linienzugs D gezeigt wird, und das Spitzenverschiebungsprofil, wie es durch den Linienzug C gezeigt wird, begannen schnell zu schwanken, was anzeigt, das ein Bruch stattgefunden hatte, wovon eine vergrößerte Version in 2 zu sehen ist. Da die Normalbelastung weiter zunahm, nahmen sowohl die Frequenz als auch die Magnitude des Bruchs zu, und schließlich wurden Trümmer erzeugt. Im Vergleich zu 9 und 10 zeigen die Prüfdaten einer in 11 dargestellten Beschichtung an, daß die in 11 dargestellte Beschichtung eine geringere Beschädigungsfestigkeit hätte, da der Bruchzustand ziemlich zeitig auftrat, als der Mikrokratzer erzeugt wurde. Außerdem wird die Beschädigungsfestigkeit einer Beschichtung um so besser sein, je länger der Zeitraum ist, während dessen die Beschichtung in der elastischen oder der zähelastischen Zone bleibt und je näher der Linienzug B dem Linienzug A folgt.
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Beschädigungsfestigkeit von verschiedenen Oberflächen durch Eindringenlassen des Eindringkörpers 32 bis zu einer gleichmäßigen eingestellten Tiefe, bei einer eingestellten Geschwindigkeit und einer eingestellten Normalkraft, und anschließendes Vergleichen der auf den verschiedenen Oberflächen erzeugten Mikrokratzer zu vergleichen. Als Alternative dazu kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, die Oberflächenrauhigkeit von Beschichtungen oder Folien, die Härte von Folien oder Beschichtungen zu bestimmen, wie beispielsweise durch Profilieren der Oberfläche eines Prüfmusters, oder um die Gleichmäßigkeit der Dicke von Beschichtungen oder Folien durch Eindringenlassen des Eindringkörpers durch die gesamte Dicke der Folie zu messen.
Die vorliegende Erfindung ist gut geeignet zum Messen der Beschädigungsfestigkeit von verschiedenen Arten von Beschichtungen, wie beispielsweise klarer und pigmentierter Beschichtungen, die als Auto-, Instandhaltungs-, Holz-, Kunststoff oder Papierbeschichtungen verwendet werden, auf augenoptische Linsen (Brillengläser) aufgebrachten kratzfesten Beschichtungen, auf Kamera- und Fernglaslinsen aufgebrachten Entspiegelungs- und Blendschutzbeschichtungen, verschiedenen Metallbeschichtungen, wie beispielsweise galvanischen Überzügen, Chrom- und Titandioxid- Beschichtungen (TIN) auf Metallsubstraten und auf Metallsubstraten aufgebrachten autokatalytischen Nickel-, Kupfer-, Silber- und Goldbeschichtungen.

Claims

Vorrichtung (1) zum Messen der Beschädigungsfestigkeit eines Prüfmusters (56), die folgendes umfaßt: Mittel zur Eindringkörperführung (6), wobei die Mittel an einem Ständer (4) der Vorrichtung (1) angebracht werden und folgendes umfassen: Mittel zum Eindringkörperantrieb (7) mit einem in denselben angeordneten Eindringkörper (32) und Mittel zum Abfühlen des Wegs (9) des Eindringkörpers zu der Oberfläche des Prüfmusters hin und von derselben weg, und Mittel zum Richten des Prüfmusters (8), wobei die Mittel auf einer Basis (2) der Vorrichtung angeordnet werden und folgendes umfassen: Haltermittel (13) zum Befestigen des Prüfmusters (56) auf denselben, wobei sich die Oberfläche des Prüfmusters (56) in einer senkrechten Beziehung zum Eindringkörper (32) befindet, und Gerüstmittel (11) zum Verschieben des Prüfmusters in einer Richtung tangential zum Eindringkörper, so daß auf der Oberfläche der Folie oder Oberschicht ein Kratzer erzeugt wird, wenn gleichzeitig eine Spitze des Eindringkörpers (32) in das Prüfmuster (56) getrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel zum Richten des Prüfmusters (8) außerdem dritte Abfühlmittel zum Messen der Tangentialkraft (51) umfaßt, die das Prüfmuster während des Kratzens des Prüfmusters durch den Eindringkörper erfährt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem Rechnermittel (10) umfaßt, die folgendes umfassen: Mittel zum Aufbereiten von Eingangs- und Ausgangssignalen (12A) von und zu den Mitteln zur Eindringkörperführung (6) und den Mitteln zum Richten des Prüfmusters (8), um die Bewegungen des Eindringkörpers (32) und des Prüfmusters (56) in Übereinstimmung mit einem Softwareprogramm zu steuern, Mittel zum Erzeugen verarbeitbarer Daten aus dem Kratzen der Oberfläche des Prüfmusters, Mittel zum Speichern der verarbeitbaren Daten und Mittel zum Anzeigen der verarbeitbaren Daten in einer visuellen oder graphischen Form.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die verarbeitbaren Daten folgendes umfassen: Vorkratz-Profildaten, die sich ergeben, wenn die Spitze längs der Oberfläche des Prüfmusters verschoben wird, bevor die Oberfläche durch die Spitze zerkratzt wird, Spitzenverschiebungsprofildaten, die sich ergeben, wenn die Spitze in das Prüfmuster getrieben wird, Nachkratz-Profildaten, die sich ergeben, wenn die Spitze längs des Kratzers verschoben wird, und Normalkraft-Profildaten, die sich ergeben, wenn die Spitze in das Prüfmuster getrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die verarbeitbaren Daten außerdem Tangentialkraft-Profildaten umfassen, die sich während des Kratzens des Prüfmusters ergeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Eindringkörperantrieb folgendes umfassen: einen feststehenden Träger (14), der an einem Arm (5) des Ständers (4) befestigt wird, Erregungsmittel (16), die an dem feststehenden Träger (14) befestigt werden, um einem beweglichen Träger (20) eine Bewegung zu verleihen, der über erste Biegemittel (22), die dem beweglichen Träger (20) einen einzigen Freiheitsgrad verleihen, flexibel mit dem feststehenden Träger (14) verbunden wird, und einen Eindringkörperhalter (28), der über zweite Biegemittel (30), die dem Eindringkörperhalter (28) einen einzigen Freiheitsgrad verleihen, flexibel mit dem beweglichen Träger (20) verbunden wird, so daß sich der bewegliche Träger (20) und der Eindringkörperhalter (28) mit dem in demselben angeordneten Eindringkörper (32) nur in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Prüfmusters (56) bewegen, wenn die Erregungsmittel (16) erregt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Erregungsmittel (16) einen Niederspannungspiezoumsetzer umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten (22) und die zweiten (30) Biegemittel jeweils ein Paar von Membranfedern umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten Biegemittel (22) ein Paar von Membranfedern umfassen, die an den beiden Enden des beweglichen (20) und des feststehenden Trägers (14) angeschlossen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die zweiten Biegemittel (30) ein Paar von Membranfedern umfassen, die an den beiden Enden des Eindringkörperhalters (28) und des beweglichen Trägers (20) angeschlossen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten Biegemittel (22) drei Paare von Membranfedern umfassen, die in Radialrichtung derart an drei Stellen an dem beweglichen (20) und dem feststehenden (14) Träger angeschlossen werden, daß jedes Paar der Membranfedern um 120° von dem anderen entfernt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Abfühlen des Wegs (9) des Eindringkörpers (32) folgendes umfassen: erste Abfühlmittel (34) zum Messen des Eindringens des Eindringkörpers (32) in das Prüfmuster (56) und zweite Abfühlmittel (36) zum Messen der Normalkraft, die das Prüfmuster (56) erfährt, wenn der Eindringkörper (32) in das Prüfmuster (56) eindringt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die ersten Abfühlmittel (34) ein erstes feststehendes Abfühlbauteil, das an einer Stütze (38) angebracht wird, die an dem feststehenden Träger (14) befestigt wird, und ein erstes bewegliches Abfühlbauteil umfassen, das an dem Eindringkörperhalter (28) befestigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das erste feststehende Abfühlbauteil und das erste bewegliche Abfühlbauteil ein Paar von kapazitiven Sensoren bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die zweiten Abfühlmittel (36) ein zweites feststehendes Abfühlbauteil, das an dem beweglichen Träger (20) befestigt wird, und ein zweites bewegliches Abfühlbauteil umfassen, das an dem Eindringkörperhalter (28) befestigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das zweite feststehende Abfühlbauteil und das zweite bewegliche Abfühlbauteil ein Paar von kapazitiven Sensoren bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Spitze des Eindringkörpers (32) aus Diamant, Korund, Topas oder Quarz besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Beschichtung eine klare Beschichtung ist, die auf eine Autokarosserie, Brillengläser, Linsen, Holzsubstrat, Kunststoffsubstrat oder ein Papiersubstrat aufgebracht wird.
Verfahren zum Messen der Beschädigungsfestigkeit eines Prüfmusters (56), das folgendes umfaßt: Befestigen des Prüfmusters (56) in Gerüstmitteln (11) einer Vorrichtung (1), Anordnen eines Eindringkörpers (32) in einer senkrechten Beziehung zu der freigelegten Oberfläche des Prüfmusters (56), so daß eine Spitze des Eindringkörpers (32) in Kontakt mit der Oberfläche des Prüfmusters (56) ist, und Treiben der Spitze des Eindringkörpers (32) in die Oberfläche des Prüfmusters (56) mit einer eingestellten Geschwindigkeit, während das Prüfmuster (56) gleichzeitig mit einer eingestellten Geschwindigkeit in einer Richtung tangential zu dem Eindringkörper (32) in einer eingestellten Richtung verschoben wird, um die Oberfläche des Prüfmusters (56) zu zerkratzen, um einen Kratzer auf derselben zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 19, das außerdem folgendes umfaßt: Erzeugen von Signalen als Reaktion auf das Kratzen des Prüfmusters (56) und Umwandeln der Signale in verarbeitbare Daten und Anzeigen der verarbeitbaren Daten in einer visuellen oder graphischen Form.
Verfahren zum Messen der Beschädigungsfestigkeit eines Prüfmusters (56), das folgendes umfaßt: Befestigen des Prüfmusters (56) in Gerüstmitteln (11) einer Vorrichtung (1), Anordnen eines Eindringkörpers (32) in einer senkrechten Beziehung zu der freigelegten Oberfläche des Prüfmusters (56), so daß eine Spitze des Eindringkörpers (32) in Kontakt mit der Oberfläche des Prüfmusters (56) ist, ein Profil der Oberfläche des Prüfmusters (56) für eine eingestellte Entfernung zeichnen, durch Verschieben der Spitze über das Prüfmuster (56) in einer Richtung tangential zu dem Eindringkörper (32) in einer eingestellten Richtung, und Speichern der sich aus demselben ergebenden Vorkratz-Profildaten, Treiben der Spitze des Eindringkörpers (32) in die Oberfläche des Prüfmusters (56) mit einer eingestellten Geschwindigkeit, während das Prüfmuster (56) gleichzeitig mit einer eingestellten Geschwindigkeit in einer Richtung tangential zu dem Eindringkörper (32) in einer eingestellten Richtung um die durch Bezug auf die Vorkratz-Profildaten gewonnene eingestellte Entfernung verschoben wird, um einen Kratzer auf der Oberfläche des Prüfmusters (56) zu erzeugen, und Speichern der sich aus demselben ergebenden Spitzenverschiebungsprofildaten, ein Profil des Kratzers auf der Oberfläche des Prüfmusters (56) zeichnen, durch Verschieben der Spitze über den Kratzer in einer Richtung tangential zu dem Eindringkörper (32) in einer eingestellten Richtung für die eingestellte Entfernung, und Speichern der sich aus demselben ergebenden Nachkratz-Profildaten, Verarbeiten der Vorkratz-, der Spitzenverschiebungs- und der Nachkratz-Profildaten zu verarbeitbaren Daten und Anzeigen der verarbeitbaren Daten in einer visuellen oder graphischen Form.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Schritt des Zeichnens eines Profils der Oberfläche und der Schritt des Zeichnens eines Profils des Kratzers auf der Oberfläche folgendes umfassen: Einstellen der Normalkraft, mit der die Spitze die Oberfläche oder den Kratzer berührt, auf ein Profilniveau, das ausreicht, um deren Umriß zu bestimmen, ohne die Oberfläche oder den Kratzer zu verändern, und Erhalten der Normalkraft auf dem Profilniveau während des Schritts des Zeichnens eines Profils der Oberfläche und des Schritts des Zeichnens eines Profils des Kratzers auf der Oberfläche, durch Anwenden einer kontinuierlichen Rückmeldung von einem geschlossenen Regelungssystem.
Verfahren nach Anspruch 21, das außerdem folgendes umfaßt: Messen der Normalkraft, die das Prüfmuster (56) erfährt, wenn die Spitze in das Prüfmuster (56) getrieben wird, und Speichern der sich aus demselben ergebenden Normalkraft-Profildaten, Messen der Tangentialkraft, die das Prüfmuster (56) während des Kratzens des Prüfmusters (56) erfährt, und Speichern der sich aus demselben ergebenden Tangentialkraft-Profildaten und Integrieren der Normalkraft-Profildaten und der Tangentialkraft-Profildaten in die verarbeitbaren Daten.