WO1996034267A1 - Verfahren zur härteprüfung von werkstücken und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

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WO1996034267A1
WO1996034267A1 PCT/DE1996/000562 DE9600562W WO9634267A1 WO 1996034267 A1 WO1996034267 A1 WO 1996034267A1 DE 9600562 W DE9600562 W DE 9600562W WO 9634267 A1 WO9634267 A1 WO 9634267A1
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impact body
movement
location
impact
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PCT/DE1996/000562
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Inventor
Heinz-Horst Pollok
Andreas Wiese
Original Assignee
Krautkrämer Gmbh & Co.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01N3/52—Investigating hardness or rebound hardness by measuring extent of rebound of a striking body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0076—Hardness, compressibility or resistance to crushing
    • G01N2203/0083—Rebound strike or reflected energy

Definitions

  • the invention relates pitfalls in which an impact body is moved to the workpiece to be tested, that it hits (along a forward path) to this and again bounces back (along a return path) of it to a method of hardness testing of plant ⁇ , wherein on each ⁇ wells a movement amount of the impact body is the outward journey and on the return path by means of a non-contact means detects and from the Un ⁇ the amount of movement ter Kunststoff of the forward path and that of the return path is a measure of the hardness of the workpiece is obtained and a Vorrich ⁇ tung to Performing this procedure.
  • correction methods according to the prior art make the use of the known devices cumbersome, they make the application more difficult for the user. Furthermore, the correction methods are often a reason for incorrect measurements because the corrections are not taken into account properly, for example because the actual angle between the device and the vertical is incorrectly maintained.
  • This object is achieved on the basis of the method of the type described at the outset in that the quantity of movement is recorded at at least two locations on the way there and at least two locations on the way back, and in that each location of the way there at which the quantity of movement is recorded
  • the location of the return path corresponds to the same distance from the impact location as possible.
  • this object is achieved by a hardness tester according to claim 6.
  • the invention is not aimed at to be recorded in the immediate vicinity of the impact site. Rather, it records the movement quantities at at least two different locations both on the way there and on the way back.
  • the quantity of motion is electromagnetically he seizes ⁇
  • said impact body comprises a permanent magnet and a tubular housing is provided, in which the baffle is movable and carries the induction coil. If the induction coil fails the permanent magnet induces a voltage from which the movement quantity can be derived.
  • the assignment, which induced voltage value present at wel ⁇ chem place, is obtained by additional measurements, example ⁇ example a light barrier and / or a zero crossing of the voltage induzier ⁇ th.
  • FIG. 1 A diagram of the speed v and the path x of the impact body over the time t during a measuring process
  • FIG. 2 a diagram corresponding to FIG. 1 for the time course of the induction voltage u (t) during a measuring process
  • FIG. 3 a basic representation of the device used for carrying out the method
  • FIG. 4 a representation corresponding to FIG. 3 ⁇ for a modified Vorrich processing
  • FIG. 5 a representation corresponding to FIG. 3 for a again modified device.
  • Figure 2 shows a typical time course of induced tension ⁇ voltage.
  • the device preconditions are such that the permanent magnet is immersed in the field of an induction coil and out ⁇ comes back from it. This leads to a zero crossing. A maximum is detected on both sides of this zero crossing.
  • the outward and return journey differ in sign due to the changed flight direction of the impact body.
  • the amplitude values on the way back are lower in accordance with the lower speeds that are present.
  • the maxima are not necessarily at the same location as on the way there.
  • FIG. 3 shows in principle the structure of an apparatus for performing the method.
  • An impact body 20 has an indentor 24 on its end region facing a workpiece 22 to be tested. In the specific exemplary embodiment, it is designed as a hardened steel ball.
  • the impact body 20 is guided as freely as possible in a tubular housing 26. This carries an induction coil 28, which is connected to an evaluation electronics 30, which has a memory 32, a microprocessor 34 and a display 36.
  • a permanent magnet 38 is connected to the impact body 20. Like the induction coil 28, it is centered about the axis 40 of the tubular housing 26.
  • a light barrier 46 is provided for a separate location measurement. Two or more light barriers can also be provided.
  • the light barrier 46 consists of a transmitter, for example an IR light-emitting diode and a receiver assigned to it.
  • the baffle 20 above the light barrier as soon as he but sufficient of the surface of the workpiece has Hert 22 genä ⁇ , it interrupts them and then outputs them in the further course, wherein ⁇ game as if he 3 mm from the workpiece 22 it removed is free again.
  • the corresponding signal 45 from the light barrier 46 can be superimposed on the time course of the induced voltage, for example as a needle pulse or additional superimposed information.
  • the indenter 24 lies on the surface of the workpiece 22.
  • This position represents an intermediate state during a measurement.
  • the impact body 20 is at a distance from the workpiece 22; this initial state is shown in broken lines in FIG. 3 indicated.
  • the rear surface of the impact body 20 facing away from the workpiece 22 is loaded by a compression spring 42 which is elastically prestressed.
  • the impact body 20 is locked by a suitable, known device. As soon as this locking device is released, the impact body 20 is accelerated towards the workpiece 22, specifically by the force of the compression spring 42 and, in the exemplary embodiment shown, additionally by gravity, if one moves from the position shown in FIG. 3, the impact body 20 falls onto a workpiece 22 from above.
  • the compression spring 42 does not accelerate the impact body 20 during the entire path, but rather only during a section. This is a special feature of the invention. As shown in FIG. 3 can be seen, the compression spring 42 only relaxes to a location which is 10 to 20 mm above the impact body 20 (in the position according to FIG. 3). On that section of the path of the impact body 20 on which the measurement to be explained takes place, the compression spring 42 is no longer in contact with the impact body 20.
  • the impact body 20 bounces off the workpiece 22 on a return path. return, the way back theoretically coincides exactly with the way there, in practice there may be slight deviations.
  • the permanent magnet 38 dips into the induction coil 28 from one coil end and falls out again at the other coil end. Thereby the from FIG. 2 apparent induced voltage obtained.
  • the weft direction must be reversed, the arrangement according to FIG. 3 so upside down.
  • the length of the permanent magnet 38 measured in the direction of the axis 40 is approximately the same as the axial length of the induction coil 28 which is determined parallel thereto.
  • the effective distance between the two poles of the permanent magnet 38 lying on the axis 40 is somewhat larger than the geometric length of the permanent magnet 38, the axial length of the induction coil 28 is thus somewhat greater than the effective pole spacing of the two poles of the permanent magnet 38.
  • the signal 45 of the light barrier 46 is also shown in FIGS. 1 and 2.
  • the impact body is located at a known location.
  • a further location determination is given by the zero crossing of the induced voltage. This means that you have two times on the way there and two times on the way back, for each of which the location is known.
  • the location of the light barrier you still have the associated value of the movement size.
  • the associated induction coil itself has no information about the speed at the location of the zero crossing, but it is possible to do so by additional mechanical measures, for example another induction coil, or by mathematical methods determine the speed at the known location.
  • two light barriers of the same type as were explained for FIG. 3 are provided. They are geometrically arranged on the tubular housing 26 so that the maxima of the induced voltage occur in their place on the way there. On the way back Müs ⁇ the maxima detected in time representation sen not necessarily in the same places as occur on the way. It is this deviation that is detected by the specific location measurements.
  • the induction voltage u (t) is measured. Your time course is:
  • c (x) is a function of the position of the impactor given for the arrangement of the coil-impactor.
  • c (x) corresponds to the course of the Indukti ⁇ induced emf when the impact body with a constant "Einheitsgeschwindig ⁇ ness"
  • u (t) is measured and one would like to derive v (t) from it.
  • the speed is not measured inductively, but rather on a scale 48 which is arranged on the impact body 20. It is illuminated and scanned by means of a light receiver 50. The impact body 20 passes faster on this arrangement, the tudeufi ⁇ gere light-dark signals obtained.
  • the scale 48 is coded so that at least two location signals are obtained. In a simple From ⁇ guide the scale thus consists of equidistant arranged schwar ⁇ zen bars and white bars. Additional markings are provided at at least two locations, for example the black bar is significantly narrower in the direction of movement, an additional reflector is attached, the bar is longer or the like.
  • the value of the movement quantity is either the speed directly, or a value proportional to it, or it has a fixed functional dependence on it.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Härteprüfung von Werkstücken (22), bei dem ein Prallkörper (20) so auf das zu prüfende Werkstück (22) bewegt wird, daß er (entlang eines Hinwegs) auf dieses aufschlägt und (entlang eines Rückwegs) wieder von ihm zurückprallt, wobei auf dem Hinweg und auf dem Rückweg mittels einer berührungslos arbeitenden Einrichtung jeweils eine Bewegungsgröße des Prallkörpers (20) erfaßt wird und aus dem Unterschied der Bewegungsgröße des Hinwegs und derjenigen des Rückwegs ein Maß für die Härte des Werkstücks (22) erhalten wird. Die Bewegungsgröße wird an mindestens zwei Orten des Hinwegs und an mindestens zwei Orten des Rückwegs erfaßt. Jedem Ort des Hinwegs, an dem die Bewegungsgröße erfaßt wird, entspricht jeweils ein Ort des Rückwegs mit möglichst gleichem Abstand vom Prallort.

Description

Bezeichnung: Verfahren zur Härteprüfung von Werkstücken und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Härteprüfung von Werks¬ tücken, bei dem ein Prallkörper so auf das zu prüfende Werkstück bewegt wird, daß er (entlang eines Hinwegs) auf dieses aufschlägt und (entlang eines Rückwegs) wieder von ihm zurückprallt, wobei auf dem Hinweg und auf dem Rückweg mittels einer berührungslos arbeitenden Einrichtung je¬ weils eine Bewegungsgröße des Prallkörpers erfaßt wird und aus dem Un¬ terschied der Bewegungsgröße des Hinwegs und derjenigen des Rückwegs ein Maß für die Härte des Werkstücks erhalten wird und auf eine Vorrich¬ tung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei dem aus der DE 24 52 880 C2 bekannten Verfahren der ein¬ gangs genannten Art sowie der nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrich¬ tungen ist mit dem Prallkörper ein Permanentmagnet verbunden, der durch eine Induktionsspule bewegt wird, die mit einem rohrförmigen Gehäuse, innerhalb dessen der Prallkörper bewegbar ist, verbunden ist. Bei dem vorbekannten Verfahren werden die Bewegungsgrößen unmittelbar vor dem Aufprall und unmittelbar nach dem Rückprall erfaßt. In der Praxis muß man aber einen gewissen Abstand vom Prallort einhalten, eine Messung der Bewegungsgrößen unmittelbar im Prallzeitpunkt ist nicht durchführbar. Für die Auswertung ist es allerdings notwendig, auf den Prallzeitpunkt bzw. Prallort zu extrapolieren. Je näher die Messung am Prallort erfolgt, umso einfacher ist dies.
Je weiter entfernt aber die Bewegungsgrößen vom Prallort erfaßt werden, um so größer ist der Einfluß anderer Parameter, insbesondere der Schwer¬ kraft. Es zeigt sich, daß bei dem vorbekannten Gerät der eingangs genann- ten Art der Abstand zwischen dem Prallort und dem Ort, an dem die Bewe¬ gungsgröße gemessen wird, bereits so erheblich ist, daß Schwerkraftein¬ flüsse eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielen. Die auf dem Markt befindlichen Geräte der eingangs genannten Art sind mit Korrekturtabellen für ihre Orientierung ausgestattet. Diese Tabellen liegen entweder in ge¬ druckter Form vor oder sie sind im Gerät abgespeichert und müssen bei der Auswertung gelesen oder angewählt werden. So spielt es insbesondere eine Rolle, ob der Prallkörper von unten, gegen den Schwerkrafteinfluß, auf das Werkstück hinbewegt wird und unter Schwerkrafteinfluß zurück¬ fällt oder umgekehrt, ob die Schwerkraft den Prallkörper auf dem Hinweg beschleunigt und auf dem Rückweg abbremst, das Gerät also von oben auf ein zu prüfendes Werkstück aufgesetzt ist.
Die Korrekturverfahren nach dem Stand der Technik machen den Einsatz der vorbekannten Geräte umständlich, sie erschweren dem Benutzer die Anwendung. Weiterhin sind die Korrekturverfahren auch häufig ein Grund für fehlerhafte Messungen, weil die Korrekturen nicht ordnungsgemäß be¬ rücksichtigt werden, beispielsweise weil der tatsächliche Winkel zwischen dem Gerät und der Vertikalen falsch eingehalten wird.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, das Verfahren der eingangs genannten Art und das nach diesem Verfahren ar¬ beitende Härteprüfgerät so weiterzubilden, daß Schwerkrafteinflüsse be¬ reits bei der Messung berücksichtigt werden und Korrekturtabellen auf diese Weise entbehrlich sind.
Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von dem Verfahren der eingangs ge¬ nauinten Art dadurch, daß die Bewegungsgröße an mindestens zwei Orten des Hinwegs und an mindestens zwei Orten des Rückwegs erfaßt wird und daß jedem Ort des Hinwegs, an dem die Bewegungsgröße erfaßt wird, jeweils ein Ort des Rückwegs mit möglichst gleichem Abstand vom Prallort entsp¬ richt.
Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe gelöst durch ein Härteprüfgerät nach Patentanspruch 6.
Im Unterschied zum Verfahren und dem entsprechenden Gerät nach dem Stand der Technik zielt die Erfindung nicht darauf ab, die Bewegungsgrö- ßen in möglichst unmittelbarer Nähe des Prallortes zu erfassen. Sie erfaßt vielmehr die Bewegungsgrößen an mindestens zwei unterschiedlichen Orten sowohl auf dem Hinweg als auch auf dem Rückweg.
Diese können durchaus einen gewissen Abstand vom Prallort aufweisen und es wird bevorzugt, die Messung an Orten durchzuführen, wo ein besonders gutes Signal vorliegt, beispielsweise ein Maximum einer Induktionsspan¬ nung für den Fall, daß die Bewegungsgröße mittels einer elektromagneti¬ schen Vorrichtung erfaßt wird.
Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn die mindestens zwei Orte, auf denen die Bewegungsgröße entlang des Hinweges erfaßt wird, je¬ weils exakt denselben Abstand vom Prallort haben wie die mindestens zwei Orte des Rückwegs. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Geschwin¬ digkeit des Prallkörpers nicht nur eine Funktion der Zeit, sondern auch eine Funktion des Ortes ist. Mißt man nun die Bewegungsgröße, die in ir¬ gendeiner Form mit der Geschwindigkeit verknüpft ist, am selben Ort auf den Hinweg und auf den Rückweg, so kann durch Quotientenbildung der Ortseinfluß eleminiert werden.
Grundsätzlich ist es aber möglich, daß Messung der Bewegungsgrößen auf dem Rückweg an anderen Orten erfolg, als auf dem Hinweg. Es treten dann bei der Prüfung von Werkstücken geringerer Härte Probleme auf.
Je mehr Messungen der Bewegungsgröße auf dem Hinweg und auf dem Rückweg durchgeführt werden, umso präziser kann der Bewegungsverlauf während des Hinwegs und während des Rückwegs errechnet werden, umso präziser kann auch auf die Geschwindigkeit des Prallkörpers auf dem Hin¬ weg am Prallort und auf dem Rückweg am Prallort extrapoliert werden. Der Quotient dieser beiden extrapolierten Geschwindigkeiten ist proportional dem zu ermittelnden Härtewert. Eine Messung der Bewegungsgröße an je¬ weils drei Orten oder an mehr Orten des Hinwegs und des Rückwegs ist daher vorteilhaft.
In bevorzugter Ausführung wird die Bewegungsgröße elektromagnetisch er¬ faßt, wobei der Prallkörper einen Permanentmagneten aufweist und ein rohrförmiges Gehäuse vorgesehen ist, in dem der Prallkörper bewegbar ist und das eine Induktionsspule trägt. Beim Durchfallen der Induktionsspule induziert der Permanentmagnet eine Spannung, aus der die Bewegungsgröße ableitbar ist. Die Zuordnung, welcher induzierter Spannungswert an wel¬ chem Ort vorliegt, wird durch zusätzliche Messungen erhalten, beispiels¬ weise eine Lichtschranke und/oder über einen Nulldurchgang der induzier¬ ten Spannung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschrän¬ kend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, das unter Be¬ zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zei¬ gen:
FIG. 1: Ein Diagramm der Geschwindigkeit v und des Weges x des Prallkör¬ pers über die Zeit t während eines Meßvorgangs,
FIG.2: ein Diagramm entsprechend FIG. 1 für den zeitlichen Verlauf der Induktionsspannung u(t) bei einem Meßvorgang,
FIG. 3: eine prinzipielle Darstellung der für die zur Durchführung des Ver¬ fahrens benutzte Vorrichtung,
FIG. 4: eine Darstellung entsprechend FIG. 3 für eine geänderte Vorrich¬ tung und
FIG. 5: eine Darstellung entsprechend FIG. 3 für eine wiederum geänderte Vorrichtung.
Figur 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit und des Weges eines Prallkörpers 20 bei einem typischen Meßvorgang. Aus dieser Darstel¬ lung sind auch die verwendeten Bezeichnungen ersichtlich. Aus der Weg¬ kurve, die gestrichelt dargestellt ist, ist zu erkennen, daß für eine gewis¬ se Zeit ein Eindringen vorliegt, die Eindringdauer ist mit t^ bezeichnet, das Eindringen erfolgt mit einer Eindringtiefe d. Der tatsächliche Prall¬ zeitpunkt tO liegt bei t=0 und ist aus der mit ausgezogenem Strich darge¬ stellten Geschwindigkeitskurve ersichtlich, zum Prallzeitpunkt ändert sich das Vorzeichen der Geschwindigkeit. Der Absolutwert der Geschwindigkeit nimmt auf dem Hinweg, also links des Prallzeitpunktes, stetig ab, der Wert der Geschwindigkeit steigt auf dem Rückweg, also rechts des Prallzeit- punktes, stetig an. Dies ist im wesentlichen dem Einfluß der Gravitation zuzuordnen, die Schußrichtung ist von unten nach oben in der Darstellung gemäß FIG. 1.
Figur 2 zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf einer induzierten Span¬ nung. Die gerätemäßigen Voraussetzungen sind so, daß der Permanentmagnet in das Feld einer Induktionsspule eintaucht und wieder aus ihr heraus¬ tritt. Dadurch kommt es zu einem Nulldurchgang. Beidseitig dieses Null¬ durchgangs wird jeweils ein Maximum erfaßt. Hin- und Rückweg unter¬ scheiden sich aufgrund der geänderten Flugrichtung des Prallkörpers im Vorzeichen. Die Amplitudenwerte auf dem Rückweg sind entsprechend den dabei vorliegenden, kleineren Geschwindigkeiten geringer. Die Maxima lie¬ gen nicht notwendigerweise an demselben Ort wie auf dem Hinweg.
Figur 3 zeigt prinzipiell den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Prallkörper 20 hat an seinem, einem zu prüfenden Werkstück 22 zugewandten Endbereich einen Eindringkörper 24. Im konkre¬ ten Ausführungsbeispiel ist er als gehärtete Stahlkugel ausgebildet. Der Prallkörper 20 ist möglichst frei bewegbar in einem rohrförmigen Gehäuse 26 geführt. Dieses trägt eine Induktionsspule 28, die mit einer Auswerte¬ lektronik 30 verbunden ist, welche einen Speicher 32, einen Mikroprozessor 34 und eine Anzeige 36 aufweist.
Mit dem Prallkörper 20 ist ein Permanentmagnet 38 verbunden. Er ist, wie die Induktionsspule 28, um die Achse 40 des rohrförmigen Gehäuses 26 zentriert.
Für eine separate Ortsmessung ist eine Lichtschranke 46 vorgesehen. Es können auch zwei oder mehr Lichtschranken vorgesehen sein.
Wie FIG. 3 zeigt, besteht die Lichtschranke 46 aus einem Sender, beispiels¬ weise einer IR-Leuchtdiode und einem dieser zugeordneten Empfänger. In der arretierten Stellung ist der Prallkörper 20 oberhalb der Lichtschranke, sobald er sich aber ausreichend der Oberfläche des Werkstücks 22 genä¬ hert hat, unterbricht er sie und gibt sie dann im weiteren Verlauf, bei¬ spielsweise wenn er 3 mm vom Werkstück 22 ihr entfernt ist, wieder frei. Auf dem Rückweg geschieht an denselben Orten das umgekehrte, die Licht¬ schranke wird wieder unterbrochen, bzw. freigegeben sobald der Prallkör- per entsprechende Strecken des Rückweges zurückgelegt hat. Das ent¬ sprechende Signal 45 der Lichtschranke 46 kann in den zeitlichen Verlauf der induzierten Spannung eingeblendet werden, beispielsweise als Nadelim¬ puls oder zusätzliche eingeblendete Informationen.
In der dargestellten Position liegt der Eindringkörper 24 auf der Oberflä¬ che des Werkstückes 22 auf. Diese Position stellt einen Zwischenzustand während einer Messung dar. Vor Beginn einer Messung befindet sich der Prallkörper 20 im Abstand von Werkstück 22, dieser Ausgangszustand ist gestrichelt in FIG. 3 angedeutet. Im Ausgangszustand wird die vom Werk¬ stück 22 abgewandte Rückfläche des Prallkörpers 20 von einer Druckfeder 42 belastet, die elastisch vorgespannt ist. Der Prallkörper 20 ist durch eine geeignete, ansich bekannte Vorrichtung arretiert. Sobald diese Arre¬ tiervorrichtung freigegeben wird, wird der Prallkörper 20 auf das Werk¬ stück 22 hin beschleunigt, und zwar durch die Kraft der Druckfeder 42 und im gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch durch die Schwerkraft, wenn man von der in FIG. 3 gezeigten Orientierung ausgeht, also der Prall¬ körper 20 von oben auf ein Werkstück 22 fällt.
Die Druckfeder 42 beschleunigt den Prallkörper 20 nicht während des ge¬ samten Weges, vielmehr nur während eines Teilstücks. Dies ist ein beson¬ deres Merkmal der Erfindung. Wie aus FIG. 3 ersichtlich ist, entspannt sich die Druckfeder 42 nur bis zu einem Ort, der 10 bis 20 mm oberhalb des Prallkörpers 20 (in der Stellung gem. Fig. 3) liegt. Auf demjenigen Teil¬ stück des Weges des Prallkörpers 20, auf dem die noch zu erläuternde Mes¬ sung erfolgt, ist die Druckfeder 42 nicht mehr in Anlage am Prallkörper 20.
Eine Messung läuft nun wie folgt ab: Aus der beschriebenen, arretierten Stellung des Prallkörpers 20, in der unter dem elastischen Druck der ge¬ spannten Druckfeder 42 steht und in Entfernung vom Werkstück 22 ist, beginnt der Prallkörper 20 seinen Hinweg, wenn die Arretierung freigege¬ ben wird. Er wird auf das Werkstück 22 beschleunigt und trifft mit seinem Eindringkörper 24 auf dieses auf. Damit ist der Hinweg abgeschlossen. Während des ersten Teils des Hinweges wird der Prallkörper 20 durch die Druckfeder 42 beschleunigt, mit einem zweiten Teilbereich des Hinweges nicht mehr.
Vom Werkstück 22 prallt der Prallkörper 20 auf einem Rückweg wieder zu- rück, der Rückweg fällt theoretisch mit dem Hinweg exakt zusammen, in der Praxis können geringe Abweichungen vorliegen. Während des Hinweges und während des Rückweges taucht der Permanentmagnet 38 jeweils von einem Spulenende in die Induktionsspule 28 ein und fällt wieder aus dieser am anderen Spulende heraus. Dadurch wird die aus FIG. 2 ersichtliche in¬ duzierte Spannung erhalten. Um das Weg- und Geschwindigkeitsdiagramm gemäß FIG. 1 zu erhalten, muß die Schußrichtung umgekehrt werden, die Anordnung gemäß FIG. 3 also auf den Kopf gestellt werden.
Wie aus FIG. 3 ersichtlich ist, ist die in Richtung der Achse 40 gemessene Länge des Permanentmagneten 38 etwa gleich groß der parallel hierzu be¬ stimmten Axiallänge der Induktionsspule 28. Der effektive Abstand der beiden auf der Achse 40 liegenden Pole des Permanentmagneten 38 ist et¬ was größer als die geometrische Länge des Permanentmagneten 38, die axia¬ le Länge der Induktionsspule 28 ist damit etwas größer als der effektive Polabstand der beiden Pole des Permanentmagneten 38.
In den Figuren 1 und 2 ist noch das Signal 45 der Lichtschranke 46 einge¬ zeichnet. Durch sie erfährt man also in den Zeitdiagrammen der Figuren 1 und 2 mindestens einen konkreten Zeitpunkt tL, zudem sich der Prallkörper an einem bekannten Ort befindet. Eine weitere Ortsbestimmung ist durch den Nulldurchgang der induzierten Spannung gegeben. Damit hat man also zwei Zeitpunkte des Hinwegs und zwei Zeitpunkte des Rückwegs, für die jeweils der Ort bekannt ist. Für den Ort der Lichtschranke hat man dabei noch den zugehörigen Wert der Bewegungsgröße. Für den Ort, an dem der Nulldurchgang der Induktionsspannung stattfindet, hat man aus der zuge¬ hörigen Induktionsspule selbst keine Information über die Geschwindigkeit am Ort des Nulldurchgangs, man kann aber durch zusätzliche mechanische Maßnahmen, beispielsweise eine weitere Induktionsspule, oder durch ma¬ thematische Verfahren die Geschwindigkeit am bekannten Ort ermitteln. Damit ist im Sinne der Figur 1 eine Extrapolation auf die Bewegungsgröße zum Prallzeitpunkt möglich. Vorausgesetzt bei dieser soeben beschriebenen Lösung ist, daß, wie in Figur 1 dargestellt, der zeitliche Verlauf der Ge¬ schwindigkeit v(t) in Entfernung vom Prallort durch eine Gerade beschrie¬ ben werden kann.
Wenn man höhere Genauigkeit wünscht und/oder die soeben beschriebene Approximation durch eine Gerade nicht als ausreichend empfindet, werden Messungen an drei oder mehr Orten durchgeführt. Vorteilhaft ist es, wenn eine separate Ortsmessung, beispielsweise über- die beschriebene Licht¬ schranke, an einem Ort erfolgt, an dem auch üblicherweise ein Maximum der induzierten Spannung u(t) zu erwarten ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind zwei Lichtschranken derselben Art, wie sie zu Figur 3 erläutert wurden, vorgesehen. Sie sind geometrisch am rohrförmigen Gehäuse 26 so angeordnet, daß auf dem Hinweg die Maxima der induzierten Spannung an ihrer Stelle auftreten. Auf dem Rückweg müs¬ sen die in der Zeitdarstellung erfaßten Maxima nicht notwendigerweise an denselben Orten wie auf dem Hinweg auftreten. Eben diese Abweichung wird durch die konkreten Ortsmessungen erfaßt.
Im folgenden wird nun die Auswertung eines Meßergebnisses, wie es mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 erhalten wird, erläutert:
Zum Prallzeitpunkt gilt tO = 0, weiterhin wird die Position zum Prallzeit¬ punkt mit xO = 0, angenommen, das Eindringen also vernachlässigt. Mithin beschreiben negative Zeitwerte den Hinweg, positive den Rückweg, gleiches gilt für die Gewschwindigkeit, negative v-Werte beschreiben den Hinweg, positive den Rückweg. Der Hinweg ist jeweils durch eine nachgestellte 1 kenntlich gemacht. So ist xl(t) die Ortsfunktion des Hinweges, vl(t) der Geschwindigkeitsverlauf. Durch 2 ist der Rückweg kenntlich gemacht, so ist v2(t) der Geschwindigkeitsverlauf des Rückwegs. Die Position des Prallkörpers kann jederzeit durch Integration der gemessenen zeitlichen Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Prallkörpers vl(t) bzw. v2(t) über die Zeitdauer der zugehörigen Strecke des Hin- bzw. des Rückweges erhalten werden.
Gemessen wird die Induktionsspannung u(t). Ihr zeitlicher Verlauf ist:
u(t) = c(x(t)) • v(t),
wobei c(x) eine für die Anordnung Spule-Prallkörper gegebene Funktion der Position des Prallkörper ist. c(x) entspricht dem Verlauf der Indukti¬ onsspannung, wenn der Prallkörper mit konstanter "Einheitsgeschwindig¬ keit" c(t) = 1 durch die Induktionsspule fliegt, denn dann wird x(t) = t und damit u(t) = c(x). Bei der praktischen Härtemessung wird u(t) gemessen und man möchte hieraus v(t) ableiten. Insbesondere ist man an der Größe h = v2(0):vl(0) interessiert, die der Härte in Leeb proportional ist.
Aufgrund der Messung ist an zwei Orten a und b jeweils für den Hinweg und für den Rückweg jeweils eine präzise zeitliche Zuordnung der Zeit t zum Ort x gegeben, für beide Orte gilt jeweils xl(ta) = x2(ta') und xl(tb) = x2(tb'). Aus den gemessenen Werten für die Induktionsspannung u(t) für die beiden bekannten Orte des Hinwegs und des Rückwegs liegen nun jeweils Wertepaare für den Ort und den zugehörigen Wert der Geschwindigkeit vor. Daraus können zwei Werte der Größe h ermittelt werden, nämlich
ha=v2(xa):vl(xa) und hb=v2(xb):vl(xb).
Aus den beiden Punkten ha und hb kann durch lineare Extrapolation der Wert von h für den Wert x=0 errechnet werden, er ist der gesuchte Härte¬ wert.
In der Ausführung gemäß Fig. 5 wird die Geschwindigkeit nicht induktiv, sondern über eine Skala 48 erfaßt, die am Prallkörper 20 angeordnet ist. Sie wird beleuchtet und mittels eines Lichtempfängers 50 abgetastet. Je schneller der Prallkörper 20 an dieser Anordnung vorbeiläuft, umso häufi¬ gere Hell-Dunkelsignale erhält man. Zusätzlich ist die Skala 48 so codiert, daß mindestens zwei Ortssignale erhalten werden. In einer einfachen Aus¬ führung besteht die Skala somit aus gleichabständig angeordneten schwar¬ zen Balken und weißen Strichen. An mindestens zwei Orten sind zusätzliche Markierungen vorgesehen, dort ist beispielsweise der schwarze Balken in Bewegungsrichtung deutlich schmaler, es ist ein zusätzlicher Reflektor angebracht, der Balken ist länger oder dergleichen.
Der Wert der Bewegungsgröße ist entweder die Geschwindigkeit unmittel¬ bar, oder ein ihr proportionaler Wert, oder er steht in fester funktionaler Abhängigkeit zu ihr.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Härteprüfung von Werkstücken (22), bei dem ein Prallkörper (20) so auf das zu prüfende Werkstück (22) bewegt wird, daß er (entlang eines Hinwegs) auf dieses aufschlägt und (entlang eines Rückwegs) wieder von ihm zurückprallt, wobei auf dem Hinweg und auf dem Rückweg mittels einer berührungslos arbeitenden Einrichtung je¬ weils eine Bewegungsgröße des Prallkörpers (20) erfaßt wird und aus dem Unterschied der Bewegungsgröße des Hinwegs und derjenigen des Rückwegs ein Maß für die Härte des Werkstücks (22) erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgröße an mindestens zwei Orten des Hinwegs und an mindestens zwei Orten des Rückwegs erfaßt wird und daß jedem Ort des Hinwegs, an dem die Bewegungsgröße erfaßt wird, jeweils ein Ort des Rückwegs mit möglichst gleichem Abstand vom Prallort entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe¬ gungsgröße jeweils an drei Orten oder mehr Orten auf dem Hinweg und jeweils ebenso auf dem Rückweg erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe¬ gungsgröße jeweils elektromagnetisch erfaßt wird, wobei der Prallkör¬ per (20) einen Permanentmagneten (38) aufweist und ein rohrförmiges Gehäuse (26) vorgesehen ist, in dem der Prallkörper (20) bewegbar ist und das eine Induktionsspule (28) trägt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe¬ gungsgröße auf dem Hinweg und auf dem Rückweg kontinuierlich über den Bereich, der die genannten Orte umfaßt, erfaßt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestim¬ mung des Ortes des Prallkörpers (20) mindestens eine Einrichtung vor¬ gesehen ist, die ein Ortssignal liefert, beispielsweise eine Lichtschran¬ ke (46) oder eine Induktionsspule (28), bei der die bei einem Meßvor¬ gang induzierte Spannung einen Nulldurchgang aufweist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 5 mit einem Prallkörper (20), der einen Permanentmagneten (38) aufweist und mit einem rohrförmigen Gehäuse, das den Prallkörper (20) umgibt und in dem der Prallkörper (20) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens zwei unterschiedlichen Orten des Gehäuses Vorrichtungen zur Erfassung einer Bewegungsgröße des Prall¬ körpers (20) auf dem Hin- und auf dem Rückweg vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Geäuse (22) dem Prallkörper (20) eine Druckfeder (42) zugeordnet ist, die bei am Prellort befindlichem Prallkörper (20) einen Abstand von diesem auf¬ weist, insbesondere 10 mm, vorzugsweise 20 mm entfernt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich- tungenm zur Erfassung der Bewegungsgröße eine elektromagnetische Anordnung (28, 38) aufweisen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich¬ tungen zur Erfassung der Bewegungsgröße eine Einrichtung zur Orts¬ messung (46) aufweisen.
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