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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Materialprüfmaschine vom Eindringtyp, ein Prüfverfahren und ein Prüfprogrammprodukt, bei dem ein Eindringkörper etc. auf ein Prüfstück durch eine exakte Last gedrückt wird und das Material bestimmt.
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Stand der Technik
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Patent-Dokument 1 offenbart einen Mikrohärtemesser, der einen Eindringkörper auf ein Prüfstück drückt, die Verschiebung des Eindringkörpers als Folge seiner Drucklast erkennt und die Härte des Prüfstücks misst. In dieser Art von Mikrohärtemesser ist die Drucklast, mit welcher der Eindringkörper auf ein Prüfstück gedrückt wird, sehr exakt und das Messergebnis könnte negativ beeinflusst werden, da der Härtemesser selbst aufgrund von Rauschen und Vibrationen der Umgebung vibrieren könnte.
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Andererseits offenbart Patent-Dokument 2 eine Prüfmaschine, die einen vorausgewählten Filter enthält, der in einen Schaltkreis zum Extrahieren einer Erkennungsausgabe der auf das Prüfstück angelegten Kraft oder einer Ausdehnung des Prüfstücks zwischengeschaltet ist, um Rauschen in dem Erkennungssignal zu entfernen. In dieser Prüfmaschine wird das Entfernen des Rauschens der Erkennungsausgabe durch Verwenden einer Filtercharakteristik durchgeführt, die aus einer Mehrzahl von Filtercharakteristika, die zuvor eingestellt wurden, ausgewählt wurde.
[Patent-Dokument 1]
Japanische offengelegte Anmeldung Nr. 09-79963 .
[Patent-Dokument 2]
Japanische offengelegte Anmeldung Nr. 2005-331256 -
Darstellung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
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In einer Prüfmaschine wie in dem Mikrohärtemesser, der tragbar ist, ist ein Rauschen oder eine Erschütterung an jedem Gastaufstellungsort oder unterschiedlich. Daher konnte das Rauschen nicht geeignet entfernt werden, wenn keine für das Rauschen des Fremdaufstellorts geeignete Filtercharakteristik in der Mehrzahl von Filtercharakteristika, die in Patent-Dokument 2 beschrieben werden, vorhanden ist.
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Mittel zum Lösen der Aufgabe
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- (1) Eine Materialprüfmaschine vom Eindringtyp gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: Einen Eindringkörper, der auf ein Prüfstück gedrückt wird; eine Lastvorrichtung, die durch den Eindringkörper eine Last auf das Prüfstück auflegt; einen Eindringungssensor, der eine Verschiebung des Eindringkörpers misst; eine Berechnungsvorrichtung, die Filtercharakteristika berechnet, die ein Rauschen in einem Eindringungserkennungssignal auf der Grundlage des Eindringungserkennungssignals, das von dem Eindringungssensor in einem unbelasteten Zustand erhalten wird, entfernen; eine Speichereinheit, welche die Filtercharakteristika, die durch die Berechnungsvorrichtung berechnet sind, speichert; und eine Filtervorrichtung, die ein Filtern für das Eindringungserkennungssignal auf der Grundlage der in der Speichervorrichtung gespeicherten Filtercharakteristika durchführt.
- (2) Die Materialprüfmaschine vom Eindringtyp kann ferner enthalten: Ein Auswahlelement, das einen Vorbereitungsmodus, bei dem das Eindringungssignal abgefragt wird, um die Filtercharakteristka zu berechnen, oder einen Prüfmodus, bei dem das Eindringungserkennungssignal abgetastet wird, um Materialbestimmungsdaten zu berechnen, auswählt. In diesem Fall wird das Eindringungserkennungssignal abgefragt, wenn der Vorbereitungsmodus ausgewählt ist, während der Eindringkörper in einem nicht belasteten Zustand in einer Position gehalten wird.
- (3) Eine Materialprüfmaschine vom Eindringtyp gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält: Einen Eindringkörper, der auf ein Prüfstück gedrückt wird; eine Lastvorrichtung, die durch den Eindringkörper eine Last auf das Prüfstück ausübt; einen Eindringungssensor, der eine Verschiebung des Eindringkörpers misst; eine Berechnungsvorrichtung, die Filtercharakteristika berechnet, die ein Rauschen in einem Eindringungserkennungssignal auf der Grundlage des Eindringungserkennungssignals, das von dem Eindringungssensor in einem belasteten Zustand erhalten wird, entfernen; eine Speichereinheit, welche die Filtercharakteristika, die durch die Berechnungsvorrichtung berechnet sind, speichert; und eine Filtervorrichtung, die ein Filtern für das Eindringungserkennungssignal auf der Grundlage von in der Speichervorrichtung gespeicherten Filtercharakteristika durchführt.
- (4) Die Berechnungsvorrichtung der Materialprüfmaschine kann die Filtercharakteristika auf der Grundlage des Eindringungserkennungssignals berechnen, das in einer ersten Stufe des Startens des Drückens des Eindringkörpers aufgenommen wird. In diesem Fall kann die Filtervorrichtung das Filterverfahren für das danach ausgegebene Eindringungserkennungssignal gemäß den Filtercharakteristika durchführen.
- (5) Die Materialprüfmaschine vom Eindringtyp, die oben beschrieben wurde, kann ferner enthalten: Eine arithmetische Vorrichtung, die eine Eindringtiefe der Eindring-Prüfkraftkurve auf der Grundlage des Erkennungssignals von dem Eindringungssensor, das dem Filterprozess durch die Filtervorrichtung unterworfen wurde, und einer Eindringkraft des Eindringkörpers durch die Lastvorrichtung berechnen, um die Härte des Prüfstücks zu berechnen.
- (6) Ein Prüfverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: Ein Drücken eines Eindringkörpers auf ein Prüfstück; Erkennen einer Verschiebung des Eindringkörpers; Erkennen einer Prüfkraft, die durch den Eindringkörper auf das Prüfstück ausgeübt wurde; Erkennen eines Frequenzbandes von Rauschen in dem erkannten Eindringungserkennungssignal des Eindringkörpers; Berechnen von Filtercharakteristika auf der Grundlage des erkannten Frequenzbandes; Filtern des Eindringungserkennungssignals auf der Grundlage der berechneten Filtercharakteristika; und Bestimmen von physikalischen Eigenschaften des Prüfstücks auf der Grundlage des Eindringungserkennungssignals nach dem Filtern und der Prüfkraft.
- (7) In dem Prüfverfahren kann das Eindringungserkennungssignal ein Signal sein, das in einem unbelasteten Zustand, in dem der Eindringkörper nicht in Kontakt mit dem Prüfstück ist, aufgenommen wird, wenn das Frequenzband des Rauschens erkannt wird. Darüber hinaus kann bei dem Prüfverfahren das Eindringungserkennungssignal ein Signal in einem belasteten Zustand sein, in dem der Eindringkörper auf das Prüfstück drückt, wenn das Frequenzband des Rauschens erkannt wird.
- (8) Ein Programmprodukt zum Prüfen gemäß der vorliegenden Erfindung bringt einen Computer dazu, folgendes auszuführen: Einen Prozess zum Drücken eines Eindringkörpers auf ein Prüfstück; einen Prozess zum Erkennen einer Verschiebung des Eindringkörpers; einen Prozess zum Erkennen einer Prüfkraft, die durch den Eindringkörper auf das Prüfstück angelegt wird; einen Prozess zum Erkennen eines Frequenzbandes eines Rauschens in einem erkannten Eindringungserkennungssignal des Eindringkörpers; einen Prozess zum Berechnen von Filtercharakteristika auf der Grundlage des erkannten Frequenzbandes; einen Prozess zum Durchführen eines Filterns für das Eindringungserkennungssignal mit den berechneten Filtercharakteristika; und einen Prozess zum Bestimmen physikalischer Eigenschaften des Prüfstücks auf der Grundlage des Eindringungserkennungssignals nach dem Filtern und der Prüfkraft.
- (9) Eine Materialprüfmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: Eine Messvorrichtung, die Frequenzcharakteristika eines Rauschens misst, das einem Erkennungssignal überlagert ist; eine arithmetische Vorrichtung, welche die Frequenzcharakteristika analysiert, um eine Filterkonstante zu bestimmen; eine Filtervorrichtung, die ein Filtern, das durch die Filterkonstante definiert ist, durchführt; und eine Bestimmungsvorrichtung, die ein Material unter Verwendung des Erkennungssignals, das dem Filtern durch die Filtervorrichtung unterworfen ist, bestimmt.
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Vorteilhafter Effekt der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Erkennungssignal durch Berechnen einer Filtercharakteristik, die ein Rauschen aufgrund der Vibration etc. des Fremdaufstellorts der Prüfmaschine angemessen entfernt, erlangt werden.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 ist ein schematisches Einstellungsdiagramm, das eine Materialprüfmaschine vom Eindringtyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist ein Diagramm, das verschiedene auf einem Bildschirm angezeigte Knöpfe illustriert;
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3 ist ein Flussdiagramm, das ein Programm illustriert, das gestartet wird, wenn Energie eingeschaltet wird;
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4 ist ein Flussdiagramm, das einen Berechnungsprozess einer Filterkonstante gemäß einem Vormessverfahren für Filtercharakteristika illustriert;
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5 ist ein Flussdiagramm, das dem in 4 gezeigten folgt, das einen Prüfprozess gemäß einem Vormessverfahren von Filtercharakteristika illustriert; und
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein Prüfverfahren gemäß eines Filtercharakteristika-Nachmessverfahrens illustriert.
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Bezugszeichenliste
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- 4
- Eindringkörper
- 5
- Lastvorrichtung
- 20
- Steuerungsvorrichtung
- 21
- CPU
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Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
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1 zeigt eine Ausführungsform der Materialprüfmaschine vom Eindringtyp gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn sie bei einem Mikrohärtemesser angewendet wird. Der Mikrohärtemesser dieser Ausführungsform enthält eine Funktion zum Messen der Frequenzcharakteristika von Rauschen an dem Fremdaufstellort, eine Funktion zum Analysieren der Frequenzcharakteristika von Rauschen und Bestimmen einer Filterkonstante und eine Funktion zum Geben eines Filterprozesses für die Eindringungserkennungsausgabe, ermöglicht durch die Filterkonstante, und zum Steuern des Einflusses von Rauschen.
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Der Mikrohärtemesser enthält einen Rahmen 1, einen Tisch 2 zum Befestigen eines an dem Rahmen 1 derart angeordneten Prüfstücks, dass er vertikal beweglich ist, und eine Bühne 3, die auf dem Tisch 2 aufgesetzt ist und in paarweise senkrechten X-Y-Richtungen beweglich ist. Ein Prüfstück TP, das auf der Bühne 3 gehalten wird, wird durch einen Eindringkörper 4 gedrückt. In dem Rahmen 1 sind eine Lastvorrichtung 5, die den Eindringkörper 4 drückt, um eine Prüfkraft auf das Prüfstück TP auszuüben, und ein Eindringungssensor 6 aufgenommen, der die Verschiebung des Eindringkörpers 4 misst. Ebenfalls ist in dem Rahmen 1 eine Mehrzahl von Objektivlinsen 7 angeordnet, die an einem Objektivwechselrevolver angebracht sind. Betrachtungslicht, das in die Objektivlinsen 7 einfällt, wird mit einer Okulareinheit 10 durch ein Bild erzeugendes optisches System 8 und ein Okularsystem 9 beobachtet. Eine Abbildungsvorrichtung, die nicht gezeigt ist, ist in der Okulareinheit 10 angeordnet. Das Beobachtungsbild von der Bilderzeugungsvorrichtung wird durch einen A/D-Wandler 11 in eine Steuerungsvorrichtung 20 eingegeben.
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Der Eindringungssensor 6 ist zum Beispiel durch einen Eindringungssensor vom Differentialtransformatortyp gebildet. Die analoge Ausgabe des Eindringungssensors 6 wird von einem Verstärker 12 in einen A/D-Wandler 13 eingegeben, in ein digitales Signal umgewandelt und in die Steuerung 20 eingegeben. Die Lastvorrichtung 5 wird zum Beispiel durch eine einstellbare Lastvorrichtung des elektronischen Ausgleichstyps gebildet. Die Lastvorrichtung 5 weist eine elektromagnetische Spule 51 auf, der ein elektrischer Strom, der durch einen Laststromzuführer 14 eingestellt wird, zugeführt wird. Der Eindringungskörper 4 wird durch die elektromagnetische Kraft der elektromagnetischen Spule 51 auf das Prüfstück TP gedrückt, um eine Drucklast darauf auszuüben. Die Drucklast wird durch den Zuführungsstrom von der Laststromzuführung 14 gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung 20 überwacht einen Laststrombefehlswert für die elektromagnetische Spule 51, um die Drucklast durch den Eindringungskörper 4 zu erkennen.
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Die Steuerungsvorrichtung 20 enthält eine CPU 21, einen ROM 22, einen RAM 23, eine Eingabe/Ausgabe (I/O) 24, einen Berührbildschirm 25 und ein Aufnahmegerät 26. die CPU 21 führt verschiedene Prozesse, die später detailliert beschrieben werden, gemäß einem Prüfprogramm durch, das in dem ROM 22 gespeichert ist, wie später detailliert beschrieben wird. Ein Prüfbedingungseinstellbildschirm, ein Prüfdatenanzeigebildschirm und ein Prüfergebnisanzeigebildschirm usw. werden auf dem Berührbildschirm 25 angezeigt. Darüber hinaus werden verschiedene Knopfschalter, die später detailliert zu beschreiben sind, auf dem Berührbildschirm 25 angezeigt. Das Aufnahmegerät 26 ist mit der Eingabe/Ausgabe (I/O) 24 verbunden, um die Messdaten aufzunehmen.
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Die CPU 21 bezieht die Eindringtiefe, die durch den Eindringungssensor 6 erkannt wurde, auf die Drucklast (Prüfkraft), die auf das Prüfstück TP durch den Eindringkörper 4 angelegt wurde, um eine Prüfkraft-Eindringtiefenkurve zu präparieren und eine Härte davon zu erhalten. Dieser Prozess ist ein gewöhnlicher Messprozess. Darüber hinaus führt die CPU 21 einen Prozess zum Bestimmen einer Filterkonstante, zusätzlich zu dem Messprozess, durch. Das bedeutet, dass die CPU 21 die Frequenzcharakteristika von Rauschen auf der Grundlage des Ausgabesignals von dem Eindringungssensor 6 analysiert und eine Filterkonstante auf der Grundlage des Analyseergebnisses berechnet. Dieser Prozess wird Filterkonstantenberechnungsprozess genannt. Die CPU 21 führt den Filterprozess, der durch die Filterkonstante definiert ist, für die Eindringungserkennungsausgabe von dem Eindringungssensor 6 durch, um die Vibrationskomponente aufgrund des Rauschens zu entfernen. Die Filterkonstante ist ein Parameter, der die Filtercharakteristika eines digitalen Filters definiert.
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In dem Mikrohärtemesser dieser Ausführungsform kann die Härtemessungsprüfung entweder gemäß einem Vormessungsverfahren von Filtercharakteristika, bei dem eine Filterkonstante vor dem Prüfen gemäß einem Eindringungserkennungssignal in einem unbelasteten Zustand berechnet wird, oder gemäß einem Nachmessungsverfahren von Filtercharakteristika durchgeführt werden, bei dem eine Filterkonstante gemäß einem Eindringungserkennungssignal in einem belasteten Zustand berechnet wird, nachdem die Prüfung begonnen wurde.
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Gemäß dem Vormessungsverfahren der Filtercharakteristika wird die Filterkonstante durch Messen der Frequenzkomponente des Rauschens berechnet, das über das in einem unbelasteten Zustand vor der Prüfung gemessene Eindringungserkennungssignal überlagert ist, und die Daten werden während des Durchführens des Filterprozesses auf das Eindringungserkennungssignal, um das Rauschen zu entfernen, aufgenommen. Die gesamten Daten werden aufgenommen, bis der Eindringkörper 4 zu einer vorbestimmten Eindringtiefe eingedrungen ist, oder bis die Eindringkraft einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Filterprozess kann durch Verwenden der Filterkonstante, die vorher berechnet wurde, durchgeführt werden, nachdem alle Eindringungserkennungssignale aufgezeichnet worden sind.
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Gemäß dem Nachmessungsverfahren der Filtercharakteristika werden die Eindringungserkennungssignale aufgenommen, während der Eindringkörper auf das Prüfstück gedrückt wird, und eine Rauschfrequenz, die dem Eindringungserkennungssignal überlagert ist, wird analysiert, um eine Filterkonstante zu berechnen. Dann wird der Filterprozess, der durch die berechnete Filterkonstante definiert wird, auf die aufgenommenen Eindringungserkennungssignale angewendet, um das Rauschen zu entfernen.
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In dem Mikrohärtemesser dieser Ausführungsform werden auf dem Prüfbedingungseinstellbildschirm des Berührbildschirms 25 wie oben beschrieben ein Filtercharakteristikavormessungsknopf 25a und ein Filtercharakteristikanachmessungsknopf 25b als die Modusauswählknöpfe, die in 2 gezeigt sind, angeordnet, um eine Auswahl von entweder dem Filtercharakteristikavormessungsverfahren oder dem Filtercharakteristikanachmessungsverfahren zu ermöglichen. Darüber hinaus werden ein Filterkonstantenberechnungsknopf 25c zum Bestimmen einer Filterkonstante und ein Prüfstartknopf 25d zum Aufzeichnen von Härtemessungsdaten angezeigt, wenn das Filtercharakteristikavormessungsverfahren ausgewählt ist. In dem Beispiel von 2 ist ein Fall angezeigt, wo der Filtercharakteristikavormessungsknopf 25a und der Filterkonstantenberechnungsknopf 25c betätigt worden sind.
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– Filtercharakteristikavormessungsverfahren –
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Zuerst wird die Prüfprozedur, die das Filtercharakterisikavormessungsverfahren annimmt, beschrieben. Die Filterkonstante, die für einen Aufstellort geeignet ist, wo der Mikrohärtemesser aufgestellt ist, wird durch die folgenden Prozeduren 1–5 vor dem Prüfen bestimmt.
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Wenn das Filtercharakteristikavormessungsverfahren mit dem Filtercharakteristikavormessungsknopf 25a ausgewählt ist und der Filterkonstantenberechnungsknopf 25c eingestellt ist, wird die folgende Verarbeitung gestartet.
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Prozedur 1: Der Laststromzuführer 14 wird gesteuert, damit der Eindringkörper 4 in einer vorbestimmten Position in der Luft gehalten wird.
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Prozedur 2: Die Eindringungserkennungssignale von dem Eindringungssensor 6 werden für eine vorbestimmte Zeit aufgenommen und in dem RAM 23 gespeichert.
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Prozedur 3: Ein Strang der aufgenommenen Eindringungserkennungssignale wird aus dem RAM 23 ausgelesen und eine FFT-Analyse (schnelle Fouriertransformationsanalyse) wird darauf angewendet.
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Prozedur 4: Die Frequenzcharakteristika des Rauschens werden auf der Grundlage des FFT-Analyseergebnisses erkannt und eine Filterkonstante zum Entfernen des Rauschens wird berechnet. Die Filterkonstante steht beispielsweise für eine Passfrequenz des Tiefpassfilters und einen Schwellenwert des Bandpassfilters.
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Prozedur 5: Die Filterkonstante wird in dem RAM 23 abgespeichert.
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Als nächstes wird die Härte des Prüfstücks TP durch die folgenden Prozeduren 11–15 unter Verwendung der bestimmten Filterkonstante gemessen.
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Prozedur 11: Die Filterkonstante, die in dem RAM 23 gespeichert ist, wird durch Betätigen des Prüfstartknopfs 25d ausgelesen.
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Prozedur 12: Der Eindringkörper 4 wird auf das Prüfstück TP mit einer vorbestimmten Eindringungsgeschwindigkeit gedrückt, um ein Eindrücken zu bewirken. Zu diesem Zeitpunkt werden das Eindringungserkennungssignal (Eindringtiefe) und der Laststrombefehlswert (Prüfkraft) aufgenommen. Diese werden aufeinander bezogen und in dem RAM 23 abgespeichert. Wenn das Eindringungserkennungssignal in dem RAM 23 abgespeichert wird, wird die eingelesene Filterkonstante auf das Eindringungserkennungssignal angewendet, um einen digitalen Filterprozess darauf anzuwenden, um das Rauschen zu entfernen. Darüber hinaus wird eine Prüfkraft-Eindringtiefenkurve auf der Grundlage des Strangs von Eindringungserkennungssignalen nach dem Filterprozess und des Laststrombefehlswerts präpariert.
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Prozedur 13: Die Härte des Prüfstücks TP wird auf der Grundlage der Prüfkraft-Eindringtiefenkurve bestimmt.
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Als nächstes wird die Prüfprozedur, bei der das Filtercharakteristikanachmessungsverfahren angenommen wird, beschrieben.
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Prozedur 21: Wenn das Filtercharakteristikanachmessungsverfahren mit dem Filtercharakteristikanachmessungsknopf 25b ausgewählt wird und der Prüfstartknopf 25d betätigt wird, drückt der Eindringkörper 4 auf das Prüfstück TP mit einer vorbestimmten Eindringungsgeschwindigkeit, um ein Eindrücken zu bewirken. Zu diesem Zeitpunkt werden die Eindringungserkennungssignale von dem Eindringungssensor 6 aufgenommen und zum selben Zeitpunkt elektrische Strombefehlswerte, die für Prüfkräfte stehen, aufgenommen. Die Eindringungserkennungssignale (Eindringtiefen) und die Laststrombefehlswerte (Prüfkräfte) werden aufgenommen. Diese werden aufeinander bezogen und in dem RAM 23 abgespeichert.
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Prozedur 22: Wenn eine vorbestimmte Eindringtiefe erkannt wird oder eine vorbestimmte Eindringkraft erkannt wird, wird das Eindringen des Eindringkörpers 4 beendet.
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Prozedur 23: Der Strang von Eindringungserkennungssignalen des Eindringungssensors 6 wird aus dem RAM 23 ausgelesen, die FFT-Analyse wird durchgeführt, das Frequenzband des Rauschens wird erkannt und die Filterkonstante wird bestimmt.
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Prozedur 24: Die bestimmte Filterkonstante wird in dem RAM 23 der Steuerungsvorrichtung 20 abgespeichert.
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Prozedur 25: Die Eindringungserkennungssignale und die Filterkonstanten des Eindringungssensors 6 werden aus dem RAM 23 ausgelesen, der digitale Filterprozess wird mit dem Strang von Eindringungserkennungssignalen mit der eingelesenen Filterkonstante durchgeführt und die Eindringungserkennungssignale, von denen der Einfluss von Rauschen entfernt wurde, werden in dem RAM 23 gespeichert.
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Prozedur 26: Die Prüfkraft, die dem Eindringungserkennungssignal entspricht, und das Eindringungserkennungssignal, von dem das Rauschen entfernt wurde, werden ausgelesen und eine Prüfkraft-Eindringtiefenkurve wird präpariert.
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Prozedur 27: Die Härte des Prüfstücks TP wird auf der Grundlage der Prüfkraft-Eindringtiefenkurve bestimmt.
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3–6 sind jeweils ein Flussdiagramm des Programms, das die CPU 21 dazu bringt, die oben beschriebenen jeweiligen Prozesse auszuführen. Das Programm von 3 wird gestartet, wenn die Energiezufuhr des Mikrohärtenmessers angeschaltet wird. Die Steuerung läuft vor bis zu dem Prozess gemäß dem Filtercharakteristikavormessungsverfahren in Schritt S20, wenn das Filtercharakteristikavormessungsverfahren mit dem Filtercharakteristikavormessungsknopf 25a in Schritt S10 ausgewählt wird. Auf der anderen Seite läuft die Steuerung zu dem Prozess gemäß dem Filtercharakteristikanachmessungsverfahren im Schritt S30 vor, wenn das Filtercharakteristikanachmessungsverfahren mit dem Filtercharakteristikanachmessungsknopf 25b im Schritt S10 ausgewählt wird.
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4 ist ein Flussdiagramm des Prozesses gemäß dem Filtercharakteristikavormessungsverfahren. Wenn der Filterkonstantenberechnungsknopf 25c im Schritt S21 auf AN gestellt wird, läuft die Steuerung bis Schritt S22 weiter, um den Laststromzulieferer 14 zu steuern, um den Eindringkörper 4 bei einer vorbestimmten Position in der Luft zu halten. Dann, in Schritt S23, werden die Eindringungserkennungssignale des Eindringungssensors 6 über eine vorbestimmte Zeit aufgenommen und die aufgenommenen Signale werden in dem RAM 23 abgespeichert. Nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, wird der Strang der aufgenommenen Eindringungserkennungssignale von dem RAM 23 ausgelesen und FFT-Analyse wird darauf in Schritt S24 durchgeführt. In Schritt S25 wird das Frequenzband des Rauschens, das in dem Strang der Eindringungserkennungssignale enthalten ist, erkannt und die Filterkonstante wird auf der Grundlage des Ergebnisses der FFT-Analyse berechnet. Die Filterkonstante wird im RAM 23 in Schritt S26 abgespeichert. Damit wird die Filterkonstante zuvor erlangt und danach wird der Prüfprozess in Schritt S27 ausgeführt.
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5 ist ein Flussdiagramm des Prüfprozesses. Wenn der Prüfstartknopf 25d in Schritt S271 betätigt wird, wird die in dem RAM 23 gespeicherte Filterkonstante während des Schritts S272 eingelesen. Wenn die Steuerung zu Schritt S273 vorläuft, wird der Eindringkörper 4 auf das Prüfstück CP mit einer vorbestimmten Eindringungsgeschwindigkeit gedrückt, um ein Eindringen zu bewirken. Die Schritte S273–S277 werden wiederholt ausgeführt, während sich der Eindringkörper 4 bewegt. Das bedeutet, dass die Eindringungserkennungssignale und die elektrischen Strombefehlswerte während der Schritte S274 und S275 jeweils eingelesen werden und die Eindringungserkennungssignale und die elektrischen Strombefehlswerte aufeinander bezogen werden und aufeinander bezogene Signale und Werte in dem RAM 23 in Schritt S276 abgespeichert werden.
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Wenn die Eindringtiefe des Eindringkörpers 4 einen vorbestimmten Wert erreicht oder wenn im Schritt S277 die Eindringkraft einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Eindringkörper 4 in Schritt S278 angehalten und die Steuerung fährt zu Schritt S279 fort. In Schritt S279 wird der digitale Filterprozess mit dem Strang von Eindringungserkennungssignalen unter Verwendung der Filterkonstanten, die während des Schritts S272 eingelesen wurden, durchgeführt. Als ein Ergebnis wird das Rauschen, das dem Eindringungserkennungssignal überlagert ist, entfernt. Darüber hinaus wird in Schritt S280 eine Prüfkraft-Eindringtiefenkurve auf der Grundlage des Strangs von Eindringungserkennungssignalen und der Laststrombefehlswerte nach dem Filterprozess präpariert. Die Prüfkraft kann gemäß dem elektrischen Strombefehlswert auf dem Laststromzuführer 14 wie oben beschrieben erkannt werden. Die Härte des Prüfstücks TP wird auf der Grundlage der Prüfkraft-Eindringtiefenkurve bestimmt.
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Als nächstes wird die Prüfprozedur mit Bezug auf das Flussdiagramm von 6 beschrieben, in der das Filtercharakteristikanachmessungsverfahren angenommen wird.
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Wenn der Prüfstartknopf 25d in Schritt S41 betätigt wird, wird der Eindringkörper 4 auf das Prüfstück TP mit einer vorbestimmten Eindringungsgeschwindigkeit gedrückt, um ein Eindringen im Schritt S42 zu bewirken. Bei dieser Gelegenheit werden die Eindringungserkennungssignale von dem Eindringungssensor 6 und die Laststrombefehlswerte, die für die Prüfkräfte stehen, in den Schritten S43 und S44 jeweils aufgenommen. Die Eindringungserkennungssignale und die Laststrombefehlswerte werden aufeinander bezogen und die aufeinander bezogenen Signale und Werte werden in dem RAM 23 im Schritt S45 abgespeichert. Wenn in Schritt S46 bestimmt wird, dass die Eindringtiefe durch den Eindringkörper 4 einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder dass die Eindringkraft einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird in Schritt S47 das Eindringen des Eindringkörpers 4 beendet.
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In Schritt S48 wird der Strang der Eindringungserkennungssignale aus dem RAM 23 ausgelesen und eine FFT-Analyse durchgeführt. In Schritt S49 wird das Frequenzband des Rauschens, das in dem Strang der Eindringungserkennungssignale enthalten ist, auf der Grundlage des Ergebnisses der FFT-Analyse erkannt und eine Filterkonstante wird berechnet. Die erhaltene Filterkonstante wird in dem RAM 23 abgespeichert. In Schritt S50 werden die Eindringungserkennungssignale und die Filterkonstante des Eindringungssensors 6 aus dem RAM 23 ausgelesen und der digitale Filterprozess wird mit der Filterkonstante auf die Eindringungserkennungssignale angewendet. Darüber hinaus wird in Schritt S51 eine Prüfkraft-Eindringtiefenkurve auf der Grundlage des Strangs des Eindringungserkennungssignals und der Laststrombefehlswerte nach dem Filterprozess präpariert. Die Prüfkraft kann gemäß dem elektrischen Strombefehlswert für den Laststromzuführer 14 wie oben beschrieben erkannt werden. In Schritt S52 wird die Härte des Prüfstücks TP auf der Grundlage der Prüfkraft-Eindringtiefenkurve bewertet.
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Gemäß dem oben beschriebenen Mikrohärtemesser kann das Rauschen durch verwenden der Filterkonstante, mit dem Rauschen aufgrund der Vibration des Fremdaufstellorts geeignet entfernt wird, entfernt werden, selbst wenn der Mikrohärtemesser an verschiedenen Aufstellorten aufgestellt wird. Unter den Systemanforderungen, in denen der Gastaufstellungsort häufig gewechselt wird, und in einer Umgebung, wo das Rauschen kurzzeitig wechselt, ist es bevorzugt, dass die Filterkonstante jedes Mal nach dem Filtercharakteristikanachmessungsverfahren berechnet wird. Unter den Systemvoraussetzungen, in denen der Gastaufstellort nicht häufig verändert wird, ohne Änderungen des Rauschens, ist es bevorzugt, das Filtercharakteristikavormessungsverfahren auszuwählen und die Filterkonstante vor dem Prüfen zu berechnen, um die Prüfzeit zu verkürzen.
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Insbesondere ist die vorliegende Erfindung geeignet für eine Materialprüfmaschine vom Eindringtyp, die eine exakte Prüfkraft in Bestimmungsprüfungen für physikalische Eigenschaften für dünne Filme verwendet, und ermöglicht im Ergebnis eine Bestimmung von Materialien unter einer Prüfbedingung, dass die Eindringtiefe einen Mikrometer (1 μm) oder weniger beträgt.
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Gemäß dem oben beschriebenen Filtercharakteristikanachmessungsverfahren wird die Filterkonstante gemäß dem Strang des Eindringungserkennungssignals bestimmt, das aufgenommen wurde, während der Eindringkörper auf eine vorbestimmte Tiefe gedrückt wird. Das bedeutet, nachdem die gesamten Prüfdaten aufgenommen worden sind, wird eine FFT-Analyse für den Strang der Eindringungserkennungssignale durchgeführt. Die FFT-Analyse kann jedoch für den Strang der Eindringungserkennungssignale, die über einen vorbestimmten Zeitraum in einer frühen Stufe von dem Start des Eindringens aufgenommen wurden, durchgeführt werden, um eine Filterkonstante zu berechnen und der Filterprozess kann auf die nachfolgend aufgenommenen Daten in Echtzeit angewendet werden. Die Frequenzkomponente des Rauschens kann durch die von der FFT-Analyse abweichenden Techniken bestimmt werden.
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Wie oben erwähnt, wird das Filtercharakteristikavormessungsverfahren oder das Filtercharakterisitikanachmessungsverfahren vor dem Prüfen ausgewählt. Die Materialprüfmaschine vom Eindringtyp kann jedoch derart angepasst werden, dass sie nur eines von diesen annimmt.
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Darüber hinaus wird der Filterprozess für die Eindringungserkennungssignale durch digitale Verarbeitung in der CPU durchgeführt. Eine Vorrichtung vom Analogtyp, wie zum Beispiel ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter, der die Rauschkomponente entfernt, kann jedoch ebenfalls verwendet werden. Die Filtercharakteristika sollten in diesem Fall eingerichtet sein, um gemäß eines Befehls von der CPU veränderbar zu sein.
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Der Mikrohärtemesser wurde oben beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den oben genannten Mikrohärtemesser beschränkt, soweit die Materialprüfmaschine der vorliegenden Erfindung ein Prüfen zum Bestimmen der physikalischen Eigenschaften von Materialien durch Drücken des Eindringkörpers auf ein Prüfstück und ein Prüfen zumindest durch Verwenden von Eindringungserkennungssignalen ermöglicht. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel auch auf eine Prüfmaschine angewendet werden, die Elastizitätsmoduln etc. aus einer Entlastungskurve misst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können vorhandene Materialprüfmaschinen mit einer Funktion zum Berechnen von Filterkonstanten und einer Funktion zum Durchführen eines programmierbaren Filterprozesses durch Umschreiben des Prüfprogramms, das in der vorhandenen Materialprüfmaschine implementiert ist, versehen werden. Das bedeutet, dass das Prüfprogrammprodukt zum Prüfen gemäß der vorliegenden Erfindung einen Computer dazu bringt, folgendes auszuführen: Drücken eines Eindringkörpers auf ein Prüfstück; Erkennen einer Verschiebung des Eindringkörpers; Erkennen einer Prüfkraft, die auf das Prüfstück durch den Eindringkörper angelegt wird; Durchführen einer FFT-Analyse mit dem erkannten Eindringungserkennungssignal zum Erkennen eines Frequenzbandes eines Rauschens; Berechnen von Filtercharakteristika auf der Grundlage des erkannten Frequenzbandes; Filtern des Eindringungserkennungssignals auf der Grundlage der berechneten Filtercharakteristika und Bestimmen physikalischer Eigenschaften des Prüfstücks auf der Grundlage des Eindringungserkennungssignals nach dem Filtern und einer Prüfkraft.
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Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung als eine Materialprüfmaschine realisiert werden, die folgendes enthält: Eine Messvorrichtung, die Frequenzcharakteristika von Rauschen misst, das einem Erkennungssignal überlagert ist; eine arithmetische Vorrichtung, welche die Frequenzcharakteristika analysiert, um die Filterkonstante zu bestimmen; eine Filtervorrichtung, die ein Filtern, das durch die Filterkonstante definiert ist, für das Erkennungssignal durchführt, und eine Bestimmungsvorrichtung, die das Material unter Verwendung des Erkennungssignals, für das das Filtern durch die Filtervorrichtung durchgeführt wurde, bestimmt. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, solange das Merkmal der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
