WO1991005992A1 - Verfahren zur härteprüfung von serienteilen mit geringer mechanischer reaktanz - Google Patents

Verfahren zur härteprüfung von serienteilen mit geringer mechanischer reaktanz Download PDF

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WO1991005992A1
WO1991005992A1 PCT/DE1990/000675 DE9000675W WO9105992A1 WO 1991005992 A1 WO1991005992 A1 WO 1991005992A1 DE 9000675 W DE9000675 W DE 9000675W WO 9105992 A1 WO9105992 A1 WO 9105992A1
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hardness
uci
measurement
impressions
impression
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PCT/DE1990/000675
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Jörg SCHILLER
Jürgen KISING
Andreas Wiese
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Krautkrämer Gmbh & Co.
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/405—Investigating hardness or rebound hardness by determining the vibration frequency of a sensing element in contact with the specimen
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
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    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force

Definitions

  • the invention relates to a method for the hardness test of series parts with low mechanical reactance, the test being carried out under load and with a hardness tester which has a rod-shaped resonator which has a Vickers indenter at its free end.
  • the Vickers hardness test as a known, standardized measuring method, is versatile in practical use.
  • UCI ultrasonic contact impedance
  • UCI ultrasonic contact impedance
  • the UCI method is much easier and faster to carry out than the optical measurement of impressions to determine hardness according to Vickers.
  • the UCI method is also much easier to automate than optical measurement. In this respect, there is a need to use the UCI method for test objects with lower reactance, because the test saves time and effort.
  • the UCI test method only has to lead to reliable results which correspond to the optically obtained values or which match as closely as possible.
  • the hardness tester also has a device for optically measuring the impression of the indenters, that at least one impression is carried out for calibration on several hardness comparison plates, both of which It is measured according to UCI as well as optically that the coefficients of a higher degree correction function for the UCI measurement and at least one correction function of at least first degree for the optical measurement are determined from the values obtained and the known hardness value of the respective hardness comparison plate be that impressions are produced on a series part and these are measured UCI-like and optically and a correction factor is determined from the ratio of the optical and UCI-like measured value obtained per impression and that the other series parts then have the same coordi- nation i- surface of the surface are measured according to UCI.
  • the method according to the invention thus proposes a combination of optical and UCI-type hardness tests for measuring and adjusting, measuring each individual impression as far as possible according to both test methods, and enables a generally executable correction that can be created by the user.
  • the optical measurement is used to calibrate and adjust the UCI measurements.
  • correction factors are obtained which enable the hardness values of the series parts to be given sufficiently precise for practical purposes.
  • the hardness test according to the UCI Carry out the method in a known, quick and simple manner, so the preparatory work only has to be carried out once, the larger the number of series parts to be tested, the less the preparatory work is important.
  • a series part is understood to mean practically the same parts from an industrial production, which generally have only slight differences from one another, for example in terms of hardness, only because of unwanted deviations in the treatment steps. For example, smaller springs, shift forks, contacts of mechanical buttons, etc. come into consideration as serial parts with a small reactance.
  • the series parts can have complex geometry. However, there must be the possibility that the series parts are somehow fixed on a carrier so that they cannot move during the test, so that an impression made in the same way can be found again. It has proven to be particularly advantageous here to use standardized sample carriers on which the individual series parts are always fixed in the same orientation and position. Fixing can be carried out, for example, by means of a highly viscous liquid. As a result, each individual series part can be made as precisely as possible reach the same position for which the adjustment (the combined test) was carried out on the reference series part.
  • the rod-shaped resonator with the Vickers indenter on one side and a lens required for optically measuring the impression to be arranged on the other side on a slide which can be displaced in a longitudinal guide or pivotable about an axis and which can be displaced such that after a UCI measurement has been carried out by impressing an impression, the objective lens is moved over the exact position of the impression becomes.
  • the displacement or the swivel path corresponds exactly to the spatial distance between the axis of the resonator and the optical axis of the objective. This ensures that the impression that was initially created with the UCI method and measured accordingly also appears in the lens and can be optically measured there. This ensures the assignment according to the invention of the UCI-like as well as the optical measurement of an impression.
  • This method can be further improved by always making several closely adjacent impressions arranged in a certain configuration in one measurement sequence. In the event that there are already other impressions on the test specimen, the position and orientation of the measuring points can then be used to find out the impression that was actually initially recorded in terms of UCI and subsequently measured optically. Averaging is also possible by measuring at two or more points; this can be carried out in a downstream computer.
  • the method according to the invention is well suited for automated measurement.
  • the control of all mechanical movements (moving or swiveling the slide, moving the UCI probe up and down, etc.), the measured value acquisition and corrections can be done in one computer.
  • FIG. 2 is a perspective view of a series part to be tested, which is attached to a standardized support part and
  • FIG. 3 shows a plan view of the arrangement according to FIG. 2 and in particular the series part to be tested.
  • a hardness tester shows a probe 20 with a rod-shaped resonator 22, to the free, lower end of which a Vickers indenter 24 is attached, and a microscope objective 26 with a CCD video camera attached.
  • Probe 20 and microscope objective 26 are mounted coaxially on a slide 28, their mutual distance is chosen to be as small as possible.
  • the carriage 28 is slidably arranged in a longitudinal guide 30 which, in the exemplary embodiment shown here, consists of two round bars.
  • the axes of the resonator 22 and the objective 26 are at the same distance from this.
  • the carriage 28 can be displaced along the longitudinal guide 30 by the distance between the axes of the resonator 22 and the objective 26; adjustable stops (not shown) are provided at both ends of the displacement path.
  • the arrangement is such that when moving from one stop to the other, the location at which the Vickers penetrator 24 could leave an impression appears exactly in the center of the lens 26.
  • the displacement movement can be carried out mechanically, in particular controlled by a computer, by means of a motor (not shown).
  • a device 25, known per se, is provided in a support 25 in order to fix a supporting part 34 in a specifically determined orientation and at a (possibly adjustable) location with its surface part to be tested perpendicular to the test force.
  • test object there is a serial part 32 to be tested, hereinafter called the test object, on the preferably standardized support part 34, also called the holder.
  • the test specimen 32 is fixed on an upper, flat surface 36 of the supporting part 34 in such a way that it has a precisely predetermined orientation and spatial position.
  • markings can optionally be provided on the surface 36 in order to carry out the alignment or at least to be able to check it.
  • a gauge or a mechanical device is used to test the specimens in exactly the same way To be able to set up an arrangement.
  • the test specimens 32 are coupled onto the surface by means of a highly viscous medium, for example fat.
  • test specimen 32 can also be embedded in plastic and then ground.
  • test specimens which are those that do not require embedding, can also be placed on the support 25 without a supporting part.
  • Figure 3 finally shows a total of six sets of three impressions each on the surface of the test specimen.
  • the examination procedure that takes place is explained in detail below:
  • the hardness value is a function of the measured frequency shift in the oscillation frequency of the rod-shaped resonator 22, in the Vickers hardness test method it is a (generally linear) function of the area of the impression 38.
  • non-square terms can also be used in addition to taking into account apparatus influences (eg non-linear mapping), which are characterized by let other selectable coefficients be determined.
  • the known hardness value of the hardness comparison plate used is related to the measured coefficients (z. B. three) with the measured frequency shift and the impression diagonals. By measuring further hardness comparison plates z. B. two hardness comparison plates of different hardness values are for each measuring method z. B. three equations so that the coefficients can be determined. This completes the UCI-like and optical calibration.
  • At least one of the series parts is selected as a reference series part. It is brought to the measuring point of the support 25 and there one or more impressions 38 are carried out in a predetermined sequence in different partial areas of the test specimen 32 and the associated hardness value is determined via the UCI calibration curve. Then the lens 26 is brought over the measuring location again and the impressions are optically measured one after the other. The corresponding measured values are also converted into hardness values by means of the optical calibration curve obtained.
  • a relationship between the optically determined hardness value and the hardness value obtained by the UCI method can now be calculated for each individual impression.
  • This ratio is used as a correction factor in the following measurements on the further series parts 32.
  • the further measurements take place without optical measurement, only according to the UCI method.
  • Impressions are again carried out on the other series parts, preferably in the same geometric arrangement, and the UCI frequency shift obtained is converted into a hardness value by means of the correction factor and then via the UCI calibration curve i. After calibration and adjustment, any number of series parts can be measured. Corrections for the edge zone of the test specimen etc. are not necessary, in particular if the geometrical arrangement of the impressions on the reference test specimen coincides with those on the other test specimens, since edge effects are automatically corrected as part of the correction .
  • the UCI method is also accessible to small test specimens, provided that they are present as a series part.
  • small test parts are increasingly being used, for example in the context of sensor technology, and due to the general trend towards miniaturization of mechanical parts.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Härteprüfung von Serienteilen (32) mit geringer mechanischer Reaktanz wird ein Härteprüfgerät eingesetzt, das einen stabförmigen Resonator (22), der an seinem freien Ende einen Vickers-Eindringkörper (24) und eine Einrichtung zum optischen Ausmessen der Eindrücke hat und dadurch einerseits eine Härtemessung nach der Ultraschall-Kontakt-Impedanzmethode (UCI) und andererseits ein optisches Ausmessen derselben Eindrücke gestattet. Bei dem Verfahren wird zur Kalibrierung an zwei oder mehr Härtevergleichsplatten mindestens jeweils ein Eindruck (38) ausgeführt, der sowohl UCI-mäßig als auch optisch vermessen wird; werden aus den erhaltenen Werten für Frequenzverschiebung und aus dem geometrischen Maß des Eindrucks und dem bekannten Härtewert der jeweiligen Härtevergleichsplatte die Koeffizienten einer Korrekturfunktion höheren Grades für die UCI-Messung und einer zumindest linearen Korrekturfunktion mindestens ersten Grades für die optische Messung ermittelt; werden auf einem Referenzserienteil Eindrücke (38) erzeugt und diese UCI-mäßig und optisch ausgemessen und aus dem Verhältnis des pro Eindruck erhaltenen optischen und UCI-mäßigen Meßwertes jeweils ein Korrekturfaktor ermittelt; und anschließend die anderen Serienteile (32) an möglichst gleichen Koordinaten der Oberfläche ausgemessen.

Description

Bezeichnung: Verfahren zur Härteprüfung von Serienteilen mit geringer mechanischer Reaktanz
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Härteprüfung von Serienteilen mit geringer mechanischer Reaktanz, wobei die Prüfung unter Last und mit einem Härteprüfgerät durchgeführt wird, das einen stabförmigen Resonator, der an seinem freien Ende einen Vickers-Ein- dringkörper hat, aufweist.
Die Härteprüfung nach Vickers ist als ein bekanntes, normiertes Me߬ verfahren vielfältig im praktischen Einsatz. Bei der vergleichbaren Härteprüfung nach der Ultraschall-Kontakt-Impedanzmethode (UCI, ultra- sonic contact impedance) wird die FreguenzverSchiebung des stabförmi¬ gen, mechanischen Resonators, der in Kontakt mit der Oberfläche des härtezuprüfenden Teils gebracht wird, gemessen und hieraus die Härte ermittelt (US-PS 3153 388; DE-PS 37 20 625). Dabei geht man von einem Prüfling mit unendlich großer mechanischer Reaktanz aus, d.h. es wird ein Prüfling angenommen, der entweder eine große Masse besitzt, mit¬ tels einer Koppelvorrichtung in eine große Masse angekoppelt ist oder in idealer Weise akustisch bedämpft wird. In der Veröffentlichung von Gladwell und Kleesattel in "Ultrasonics, Oktober 1968, Seiten 244 bis 251" ist der Einfluß der Reaktanz des Prüflings durch Angabe eines Faktors für die Prüflingsreaktanz berücksichtigt. Bei Prüfkräften zwischen drei N und neun N und einer Resonanzfrequenz von ca. achtzig kHz liegt ausreichende Reaktanz des Prüflings dann vor, wenn er eine Masse von mehr als zehn Gramm, eine Dicke von über vier Millimetern und eine rechtwinklige Geometrie mit mindestens fünf Millimeter Kan¬ tenlänge besitzt. Darüberhinaus sollte eine plane Auflage über ein Koppelmittel auf einer schweren, ebenen Grundplatte gewährleistet sein. Diese Bedingungen sollten erfüllt werden, wenn ein exakter Ver¬ gleich von UCI-mäßigen und über Vickers bestimmten Härtewerten nach DIN-Norm gefordert wird.
Die Anwendung des UCI-Verfahrens ist somit zunächst allgemein auf Prüflinge größerer Reaktanz eingeschränkt. Bei Prüflingen geringerer Reaktanz muß man sich mit Korrekturen behelfen. Die vorbekannten Kor¬ rekturverfahren sind jedoch aufwendig, erlauben nicht zwangsläufig eine einwandfreie Korrelation zwischen UCI- äßigen und optischen Ein¬ drücken und sind vielfach fehlerhaft, häufig tritt auch der Fall auf, daß eine Korrektur für einen spezifischen Probentyp nicht vorhanden ist.
Das UCI-Verfahren ist deutlich einfacher und schneller durchzuführen als die optische Vermessung von Eindrücken zur Bestimmung der Härte nach Vickers. Auch läßt sich das UCI-Verfahren viel einfacher automa¬ tisieren als das optische Ausmessen. Insofern besteht ein Bedürfnis, das UCI-Verfahren auch für Prüflinge geringerer Reaktanz einzusetzen, weil durch die Prüfung Zeit und Aufwand gespart wird. Nur muß das UCI- Prüfverfahren zu verläßlichen, mit den optisch erhaltenen Werten über¬ einstimmenden bzw. möglichst gut übereinstimmenden Ergebnissen führen.
Hier setzt die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zur Härteprüfung unter Last und nach dem UCI-Verfahren für Serienteile geringer mechanischer Reaktanz anzugeben, bei dem die Vorteile des UCI-Verfahrens im wesentlichen beibehalten werden und eine Härteprüfung an Prüflingen mit guter Genauigkeit und hoher Repro¬ duzierbarkeit ermöglicht wird.
Ausgehend von dem bereits beschriebenen Verfahren der eingangs genann¬ ten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Härteprüfgerät weiterhin eine Einrichtung zum optischen Ausmessen des Eindrucks der Eindringkörper aufweist, daß zur Kalibrierung an mehreren Härtever¬ gleichsplatten mindestens jeweils ein Eindruck ausgeführt wird, der sowohl UCI-mäßig als auch optisch vermessen wird, daß aus den erhalte¬ nen Werten und dem bekannten Härtewert der jeweiligen Härtevergleichs¬ platte die Koeffizienten einer Korrekturfunktion höheren Grades für die UCI-Messung und mindestens einer Korrekturfunktion mindesten er¬ sten Grades für die optische Messung ermittelt werden, daß auf einem Serienteil Eindrücke erzeugt und diese UCI-mäßig und optisch ausgemes- sen und aus dem Verhältnis des pro Eindruck erhaltenen optischen und UCI-mäßigen Meßwertes jeweils ein Korrekturfaktor ermittelt wird und daß anschließend die anderen Serienteile an möglichst gleichen Koordi- naten der Oberfläche UCI-mäßig ausgemessen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt somit zur Kalibrierung und Justierung eine Kombination optischer und UCI-mäßiger Härteprüfungen unter Ausmessen jedes einzelnen Eindrucks möglichst nach beiden Prüf¬ verfahren vor und ermöglicht eine allgemein ausführbare, vo Anwender erstellbare Korrektur. Das optische Ausmessen wird zur Kalibrierung und Justierung der UCI-Messungen herangezogen. Durch Justieren des UCI-Verfahrens an einem Serienteil (nach vorangegangener Kalibrierung werden Korrekturfaktoren erhalten, die eine für praktische Zwecke aus reichend genaue Angabe der Härtewerte der Serienteile ermöglichen. Nach Kalibrierung bzw. Justierung läßt sich an den weiteren Serientei len die Härteprüfung nach den UCI-Verfahren in an sich bekannter, rascher und einfacher Weise durchführen, die Vorarbeiten müssen also nur einmal erfolgen, je größer die Zahl der zu prüfenden Serienteile ist, um so geringer fallen also die Vorarbeiten ins Gewicht.
Unter einem Serienteil werden praktisch gleiche Teile aus einer indu¬ striellen Produktion verstanden, die im allgemeinen nur durch unge¬ wollte Abweichungen in den Behandlungsschritten geringfügige Unter¬ schiede voneinander aufweisen, beispielsweise in der Härte. Als Se¬ rienteile mit kleiner Reaktanz kommen beispielsweise kleinere Federn, Schaltgabeln, Kontakte mechanischer Taster usw. in Betracht. Die Se¬ rienteile können komplexe Geometrie aufweisen. Es muß jedoch die Mög¬ lichkeit gegeben sein, daß die Serienteile irgendwie auf einem Träger fixiert werden, damit sie sich während der Prüfung nicht bewegen kön¬ nen, so daß also ein ei al vorgenommener Eindruck wiedergefunden wer¬ den kann. Hier hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, genormte Probenträger einzusetzen, auf denen die einzelnen Serienteil immer in derselben Ausrichtung und Position fixiert werden, das Fixie ren kann beispielsweise mittels einer hochviskosen Flüssigkeit erfol¬ gen. Hierdurch lassen sich bei jedem einzelnen Serienteil an möglichs exakt derselben Position, für die bei dem Referenz-Serienteil das Justieren (die kombinierte Prüfung) durchgeführt wurde, erreichen.
Vorrichtungsmäßig hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, den stab- förmigen Resonator mit dem Vickers-Eindringkörper auf der einen Seite und ein für die optische Ausmessung des Eindrucks benötigtes Objektiv auf der anderen Seite an einem in einer Längsführung verschiebbaren oder um eine Achse verschwenkbaren Schlitten anzuordnen, der so ver¬ schoben werden kann, daß nach Durchführen einer UCI-Messung mit Ein¬ prägen eines Eindrucks das Objektiv über exakt die Stelle des Ein¬ drucks gefahren wird. Anders ausgedrückt entspricht der Verschiebe¬ bzw, der Schwenkweg exakt dem räumlichen Abstand zwischen der Achse des Resonators und der optischen Achse des Objektivs. Hierdurch ist sichergestellt, daß immer derjenige Eindruck, der zunächst bei dem UCI-Verfahren erstellt und entsprechend ausgemessen wurde, auch im Objektiv erscheint und dort optisch ausgemessen werden kann. Die er¬ findungsgemäße Zuordnung der sowohl UCI-mäßigen als auch optischen Ausmessung eines Eindrucks wird hierdurch sichergestellt.
Dieses Verfahren kann noch dadurch verbessert werden, daß stets in einer Meßfolge mehrere eng nebeneinanderliegende, auf einer gewissen Konfiguration angeordnete Eindrücke vorgenommen werden. Auch für den Fall, daß sich bereits andere Eindrücke auf dem Prüfling befinden, kann dann aus der Lage und Orientierung der Meßpunkte der tatsächlich zunächst UCI-mäßig erfaßte und im Anschluß noch optisch auszumessende Eindruck herausgefunden werden. Auch ist durch eine Messung an zwei oder mehr Punkten eine Mittlung möglich, diese kann in einem nachge¬ schalteten Rechner ausgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gut für automatisiertes Messen. Die Steuerung aller mechanischen Bewegungen (Verschieben bzw. Verschwenken des Schlittens, Auf- und Abfahren der UCI-Sonde usw.), der Meßwerterfassungen und Korrekturen kann in einem Rechner erfolgen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übri¬ gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht ein¬ schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels, das unter Bezugnahme auf die Zeichnung und unter Erläuterung des Verfahrens im folgenden näher beschrieben wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des Härteprüfgerätes mit einem Prüfling,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines zu prüfenden Serienteils, das auf einem standardisierten Tragteil befestigt ist und
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 2 und insbeson¬ dere das zu prüfende Serienteil.
In Figur 1 sind von einem Härteprüfgerät dargestellt eine Sonde 20 mit einem stabförmigen Resonator 22, an dessen freiem, unteren Ende ein Vickers-Eindringkörper 24 befestigt ist, und ein Mikroskopobjektiv 26 mit aufgesetzter CCD-Videokamera. Sonde 20 und Mikroskopobjektiv 26 sind gleichachsig an einem Schlitten 28 montiert, ihr gegenseitiger Abstand ist so klein wie möglich gewählt. Der Schlitten 28 ist ein einer Längsführung 30 verschiebbar angeordnet, die im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei Rundstangen besteht. Von dieser haben die Achsen des Resonators 22 und des Objetivs 26 denselben Abstand. Der Schlitten 28 kann um den Abstand der Achsen des Resonators 22 und des Objektivs 26 entlang der Längsführung 30 verschoben werden, an beiden Enden des Verschiebeweges sind (nicht dargestellt) einstellbare An¬ schläge vorgesehen. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei Verschie¬ ben von einem Anschlag zum anderen der Ort, an dem der Vickers-Ein¬ dringkörper 24 einen Eindruck hinterlassen konnte, exakt zentrisch in der Mitte des Objektivs 26 erscheint. Durch einen Motor (nicht darge¬ stellt) kann die Verschiebebewegung mechanisch, insbesondere durch einen Rechner gesteuert, erfolgen.
In einer Auflage 25 ist eine an sich bekannte Vorrichtung vorgesehen, um ein Tragteil 34 in einer konkret bestimmten Orientierung und an einem (gegebenenfalls einstellbaren) Ort mit seinem zu prüfenden Ober¬ flächenteil lotrecht zur Prüfkraft zu fixieren.
In der Darstellung gemäß Figur 2 befindet sich ein zu prüfendes Seri¬ enteil 32, im folgenden Prüfling genannt, auf dem vorzugsweise standardisierten Tragteil 34, auch Halter genannt. Der Prüfling 32 ist dabei so auf einer oberen, planen Oberfläche 36 des Tragteils 34 fi¬ xiert, daß er eine genau vorgegebene Ausrichtung und räumliche Lage hat. Hierzu können gegebenenfalls Markierungen auf der Oberfläche 36 vorgesehen sein, um die Ausrichtung durchführen oder zumindest prüfen zu können. Im allgemeinen Fall wird eine Lehre oder eine mechanische Vorrichtung benutzt, um die Prüflinge jeweils in exakt der gleichen Anordnung aufsetzen zu können. Die Prüflinge 32 werden mittels eines hochviskosen Mediums, beispielsweise Fett, auf der Oberfläche angekop¬ pelt.
Andere Möglichkeiten der Befestigung des Prüflings 32 an einem Trag¬ teil 34 sind jedoch nicht ausgeschlossen, beispielsweise kann der Prüfling auch - wie an sich bekannt - in Kunststoff eingebettet und anschließend angeschliffen werden.
Größere Prüflinge, das sind solche, die keiner Einbettung bedürfen, können auch ohne Tragteil auf die Auflage 25 aufgelegt werden.
Figur 3 zeigt schließlich insgesamt sechs Sätze von jeweils drei Ein¬ drücken auf der Oberfläche des Prüflings. Das Prüfungsverfahren, das dabei abläuft, wird im folgenden im einzelnen erläutert:
Eine von drei Härtevergleichsplatten wird am Meßort der Auflage 25 unter die Sonde 20 gebracht und es werden drei Eindrücke (ein Satz) mit einer einstellbaren Prüfkraft von beispielsweise acht N ausge¬ führt, die UCI-mäßig erfaßt werden. In einer anderen Verfahrensdurch- führung werden zwei, vier oder mehrere Eindrücke ausgeführt. An¬ schließend wird über den gleichen Ort das Objektiv 26 geschoben oder geschwenkt und es werden nacheinander die Sätze der Eindrücke optisch ausgemessen. Bei dem UCI-Verfahren ist der Härtewert eine Funktion der gemessenen FrequenzVerschiebung der Schwingungsfrequenz des stabförmi¬ gen Resonators 22, beim Verfahren der Vickers-Härteprüfung eine (im allgemeinen lineare) Funktion der Fläche des Eindrucks 38. Bei Auswer¬ tung des UCI-Verfahrens wird eine Funktion höheren Grades der Fre- quenzverschiebung und werden entsprechend wählbare Koeffizienten vor¬ ausgesetzt. Bei Auswertung nach Vickers wird von einer Proportionali¬ tät zum reziproken Wert des Quadrates der Eindruckdiagonalen ausgegan¬ gen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können zusätzlich zur Berück¬ sichtigung apparativer Einflüsse (z. B. nicht lineare Abbildung) auch nichtquadratische Terme verwendet werden, die sich durch weitere wähl¬ bare Koeffizienten bestimmen lassen. Damit hängt der bekannte Härte¬ wert der verwendeten Härtevergleichsplatte über die bestimmten Koeffi¬ zienten (z. B. drei) mit der gemessenen Frequenzverschiebung und der Eindruckdiagonalen zusammen. Durch Ausmessen weiterer Härtevergleichs- platten z. B. zwei Härtevergleichsplatten unterschiedlicher Härtewer te, liegen für jedes Meßverfahren z. B. drei Gleichungen vor, so daß die Koeffizienten bestimmt werden können. Damit ist die UCI-mäßige u optische Kalibrierung abgeschlossen.
Anschließend wird von den Serienteilen mindestens eines als Referenz- Serienteil ausgewählt. Es wird an den Meßort der Auflage 25 gebracht und dort werden in vorgegebener Reihenfolge an unterschiedlichen Teil bereichen des Prüflings 32 jeweils ein oder mehrere Eindrücke 38 aus¬ geführt und über die UCI-Kalibrierkurve der zugehörige Härtewert er¬ mittelt. Anschließend wird wieder das Objektiv 26 über den Meßort gebracht und es werden nacheinander die Eindrücke optisch ausgemessen Die entsprechenden Meßwerte werden ebenfalls mittels der erhaltenen optischen Kalibrierkurve in Härtewerte umgerechnet.
Für jeden einzelnen Eindruck kann nun ein Verhältnis zwischen dem optisch ermittelten Härtewert und dem nach dem UCI-Verfahren erhalte¬ nen Härtewert errechnet werden. Dieses Verhältnis wird als Korrektur¬ faktor bei den folgenden Messungen an den weiteren Serienteilen 32 verwendet. Die weiteren Messungen erfolgen ohne optische Ausmessung, lediglich nach dem UCI-Verfahren. Es werden auf den sonstigen Serien¬ teilen - vorzugsweise in gleicher geometrischer Anordnung - wiederum Eindrücke durchgeführt und die erhaltene UCI-Frequenzverschiebung mittels des Korrekturfaktors und sodann über die UCI-Kalibrierkurve i einen Härtewert umgerechnet. Nach erfolgter Kalibrierung und Justie¬ rung können beliebig viele Serienteile durchgemessen werden. Korrektu ren für die Randzone des Prüflings usw. sind nicht erforderlich, ins¬ besondere dann, wenn die geometrische Anordnung der Eindrücke auf dem Referenz-Prüfling mit denjenigen auf den weiteren Prüflingen überein¬ stimmt, da Randeffekte im Rahmen der Korrektur automatisch mitkorri¬ giert werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die UCI-Methode auch für kle Prüflinge, sofern sie als Serienteil vorliegen, zugänglich. Kleine Prüfteile fallen jedoch, beispielsweise im Rahmen der Sensortechnik, und bedingt durch den allgemeinen Trend zur Miniaturisierung auch mechanischer Teile, zunehmend an.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Härteprüfung von Serienteilen (32) mit geringer me¬ chanischer Reaktanz, wobei die Prüfung unter Last und mit einem Härteprüfgerät durchgeführt wird, das einen stabformigen Resonator (22), der an seinem freien Ende einen Vickers- Eindringkörper (24) hat und eine Einrichtung zum optischen Ausmessen der Eindrücke umfaßt, aufweist und dadurch einerseits eine Härtemessung nach der Ultraschall-Kontakt-Impedanzmethode (UCI) und andererseits ein optisches Ausmessen derselben Eindrücke gestattet, bei dem Verfah¬ ren
- wird zur Kalibrierung an zwei oder mehr Härtevergleichsplatten mindestens jeweils ein Eindruck (38) ausgeführt, der sowohl UCI- mäßig als auch optisch vermessen wird,
- werden aus den erhaltenen Werten für FrequenzVerschiebung und aus dem geometrischen Maß des Eindrucks und dem bekannten Härte¬ wert der jeweiligen Härtevergleichsplatte die Koeffizienten einer Korrekturfunktion höheren Graden für die UCI-Messung und einer Korrekturfunktion mindestens ersten Grades für die optische Mes¬ sung ermittelt,
- werden auf einem Referenzserienteil Eindrücke (38) erzeugt und diese UCI-mäßig und optisch ausgemessen und aus dem Verhältnis des pro Eindruck erhaltenen optischen und UCI-mäßigen Meßwertes jeweils ein Korrekturfaktor ermittelt,
- und anschließend die anderen Serienteile (32) an möglichst glei¬ chen Koordinaten der Oberfläche ausgemessen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine einzelne, lokale Messung jeweils mehrere nebeneinanderliegende Eindrücke (38) erzeugt werden, die in einer festen geometrischen Beziehung zueinander stehen, beispielsweise auf einer Geraden oder einem Dreieck, liegen
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtewerte der Serienteile (32) im Bereich der Härtewerte liegen, die die Härtevergleichsplatten aufweisen.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Resonator (22) und das Mikroskopobjektiv (26) achsenparallel zueinander und mechanisch starr an einer Halterung (28) angeordnet sind, die ent¬ weder auf einer Längsführung (30) oder um eine Schwenkachse schwenkbar jeweils zwischen zwei verstellbaren Anschlägen und vor¬ zugsweise motorisch angetrieben so verstellbar ist, daß die otische Achse des Mikroskopobjektivs und die Resonatorachse linienflüchtig werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß standardi¬ sierte Tragteile (34) für die Fixierung der Serienteile (32) vorge¬ sehen sind.
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