DE3401527A1 - Method for the automatic determination of hardness by measuring a test impression - Google Patents

Abstract

Method for the automatic measurement of the Vickers hardness. The test impression of the test body is surveyed with an optical enlargement device, the test impression being illuminated in such a way that either the edge appears bright compared to the surroundings or the hardness impression is dark compared to the surroundings. The contour of the impression is then registered in the form of the boundary points, the geometric variables necessary to calculate the hardness of the sample are determined from the boundary point, and the hardness is calculated therefrom.

Description

VERFAHREN ZUR PROCEDURE FOR

AUTüMATISCIIEN BESTIMMUNG DER HÄRTE durch VERMESSEN EINES PRÜFEINDRUCKS Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Härte eines Werkstückes durch Erzeugen eines Prüfeindruckes mit definierter Prüfkraft und einem definierten Prüfkörper und automatischer Auswertung mit Hilfe einer optischen Vergrößerungseinrichtung (Mikroskop) und einer Vorschrift zur Auswertung des Bilde. Der Ablauf der Prüfung sowie die Form des Prüfkörpers werden vorzugsweise nach VICKERS bzw. AUTÜMATIC DETERMINATION OF HARDNESS BY MEASURING A TESTING INDUCTION The invention relates to a method for determining the hardness of a workpiece by generating a test indentation with a defined test force and a defined one Test specimen and automatic evaluation with the help of an optical magnification device (Microscope) and a rule for evaluating the image. The course of the exam and the shape of the test body are preferably based on VICKERS or

nach BRINELL gewält.chosen by BRINELL.

Aufgabenstelluny: Die Aufhabe, die Härte aus dem Bild des Härteeindruckes automatisch zu bestimmen, tritt beispielsweise bei der Prüfung von großen Stückzahlen oder bei der Bestimmung der Härte an vielen Meßpunkten an einer einzelnc-n großen Probe auf, bei denen dit Härtemessung nach BKIliELL oder VICKERS gewählt wiru. In diesen Fällen ist sowohl die Entlastung des Bedienpersonals als auch eine vollautomatische und von dem Menschen unabhängige objektive Messung nötig.Task: The task, the hardness from the image of the hardness impression to determine automatically occurs, for example, when testing large quantities or when determining the hardness at many measuring points on a single c-n large Sample for which the hardness measurement according to BKIliELL or VICKERS is selected. In In these cases, the operator is relieved of the workload as well as a fully automatic one and objective measurement independent of the human being is necessary.

Ein zweiter Anwendungsbereich betrifft die Objektivierung der Härtemessung vorzugsweise nach BRINELL und VICKERS insbesondere bei Eindrücken, deren Rand nicht glatt erscheint oder deren Eckpunkte nicht exakt sichtbar sind oder deren Form bei der VICKERS-Prufung ballig ist (d.h. keine geraden Kanterl aufweist).A second area of application concerns the objectification of the hardness measurement preferably according to BRINELL and VICKERS, especially for impressions whose edge is not appears smooth or whose corner points are not exactly visible or their shape the VICKERS test is convex (i.e. has no straight edges).

Ein dritter Anwendungsbereich betrifft liärtemessunyen an Objekten, bei denen keine ebene Prüftläche vorhanden ist oder bei denen di Prüfkraft nicht senkrecht zur Oberfläche aufgebracht werden kann. In diesen Fällen ist kein genormtes Verfahren zur Härteprüfung gegeben. Die Messung durch Bestimmen des Eindruckdurchmessers oder der Diagonalen führt in der üblichen genormten Weise nicht zu brauchbaren Meßwerten. Bei der Auswertung der ganzen Berandung des Härteeindruckes unter Verwendung entsprechender hysikalischer Formeln karin die Abweichung von der Bedingung "senkrechte Autbringung der Prüfkraft" und "ebene Probe" rechnerisch berücksichtigt werden, sodaß auch dann gute Ergebnisse erzielt werden. Dieser Anwendungsbereich ist den bekannten Geräten zur Härtebestimmung noch verschlossen. Er erforuert eine Auswertung des Bildes von dem Härteeindruck una Rechnungen die huber die bekannten Verfahren hinausgehen. Sinnvoll ausgeführt werden solche Härtebestimmungen mit Hilfe eines automatisch arbeitenden Gerätes, das Einrichtungen zur Bildautnahme und zur rechnerischen Auswertung enthält.A third area of application concerns liärtemessunyen on objects, where there is no flat test surface or where the test force is not can be applied perpendicular to the surface. In these cases there is no standardized Procedure for hardness testing given. The measurement by determining the diameter of the indentation or the diagonal does not lead to usable measured values in the usual standardized manner. When evaluating the entire edge of the hardness impression using the appropriate physical formulas karin the deviation from the condition "vertical application the test force "and" flat specimen "are taken into account mathematically, so that even then good results can be achieved. This scope is common to the devices still closed for hardness determination. He is researching an evaluation of the image of the hardness impression and calculations that go beyond the known methods. Such hardness determinations are sensibly carried out with the help of an automatic working device, the facilities for image acquisition and computational evaluation contains.

Stand der Technik: bisher bekannte Geräte benutzen bereits eine automatische Auswertung des Härteeindruckes rtit Hilfe fotometrischer Abtastung. Dabei wird zunächst mit Hilfe einer geeigneten Beleuchtung und einem mikroskop ein Bild erzeugt, das den Härteeindruck kontrastreich aus den Umfeld heraushebt.State of the art: previously known devices already use an automatic one Evaluation of the hardness impression with the help of photometric scanning. First of all With the help of suitable lighting and a microscope, an image is created that highlights the hardness impression from the surrounding area with high contrast.

Dieses ist eine Vorbedingung für die automatische geometrische Vermessung des Härteeindrucks.This is a precondition for the automatic geometric measurement the hardness impression.

DE-PS 6 020 66 beschreibt ein Verfahren, mit dem die Fläche des Härteeindruckes gegenüber dem Umfeld hell dargestellt wird. Die Anmeldung P 28 3u 822.1 greift diese Art der kontrastroichen Darstellung aut, wandelt das Bild mit einer Fernsehkamera und zeilenweiser Abtastung in eine elektrisie Zeitfunktion ur*. Dieses Signal wird durch elektronischer, Schwellentscneid in ein binäres Signal (schwarz/weiß) umgewandelt, welches einfache Zeitschaltungen steuert. Auf diese cis werden die Eckpunkte bei Eindrücken nach VICKERS bzw. die Durchmesser bi indrücken nach BRINELL bestimmt und daraus die Härte berechnet.DE-PS 6 020 66 describes a method with which the surface of the hardness impression is displayed brightly in relation to the surroundings. The registration P 28 3u 822.1 takes this Type of high-contrast representation, converts the image with a television camera and line-by-line scanning in an electrical time function ur *. This signal will by electronic, Schwellentcneid into a binary signal (black / white) converted, which controls simple timers. The corner points at Press in according to VICKERS or the diameters are determined according to BRINELL and from this the hardness is calculated.

OS 22 48 19u beschreibt ein automatisches Härteprüfgerät zur Uberwachung der geforderten Größe eines Härteeindruckes, inuem einzelne Fotorezeptoren so justiert werden, daß der Rand der Projektion eines Eindruckes zwischen eng benachbarten Rezeptoren liegt, wenn der Härteeindruck die gewünschte Gröe aufweist. Im anderen Fall umfaßt er entweder beide ouer keinen der Rezeptoren, was zu einer Fehlermeluung rührt.OS 22 48 19u describes an automatic hardness tester for monitoring the required size of a hardness impression, in which individual photoreceptors are adjusted be that the edge of the projection of an impression between closely spaced receptors is when the hardness impression has the desired size. In the other case included it either both or neither of the receptors, which leads to an error message.

OS 28 50 957 beschreibt ein automatisches Härteprüfgerät, das eine kontrastreiche Ausleuchtung ähnlich wie in DE PS 6 02 C@@ benutzt, das Bild mit einem einzelnen Rezeptor abtastet uno zur weiteren Auswertung die Extrempunkte des Bildes heranzieht.OS 28 50 957 describes an automatic hardness tester, the one high-contrast illumination similar to that used in DE PS 6 02 C @@, the picture with a single receptor scans the extreme points of the for further evaluation Image.

flachteile aer beschrievenen Verfahren: Eic wesentlicher Nachteil der beschriebenen Vertahren liegt in der Schwierigkeit, die Eckpunkte bei der Härtemessung nach VICKERS zw. den Rand des kreisrunoen Eindruckes nach der Methode BRINBLL sicher und genügend genau zu bestinunen.Flat parts of the process described: Eic major disadvantage the process described lies in the difficulty, the key points in the hardness measurement According to VICKERS, between the edge of the circular impression using the BRINBLL method and to determine precisely enough.

Betriebsübliche Proben zur Härtemessung weisen im allgemeinen eine geschliffene Oberfläche auf. Der Rand des Härte eindruckes wird durch die Schleifriefen gestört, sodaß die Lage der Eckpunkte bzw. der Randpunkte unzulässig stark von den Riefen achängt und das automatische Bestimmen der Härte entsprechend ungenau wird. Der menschliche Auswerter schätzt die richtige Lage beim Anlegen seines Meßlineals.Customary samples for hardness measurement generally have a sanded surface. The edge of the hardness impression is caused by the grinding grooves disturbed, so that the position of the corner points or the edge points is impermissibly strong from the Grooves and the automatic determination of the hardness becomes correspondingly inaccurate. The human evaluator estimates the correct position when applying his measuring ruler.

Die von dem Menschen ermittelten Härtewerte weisen dadurch nicnt die zufälligen Schwankungen auf wie die von den oben genannten Automaten ermittelten. Dagegen finden sich zumeist individuelle systematische Fehler, die nicht minder stören.The hardness values determined by humans do not show the random fluctuations such as those determined by the above machines. On the other hand, there are mostly individual systematic errors, which are no less disturb.

Erfindungsgemäßes beheben der Nachteile: Erfindungsgemäß werden die Nachteile bekannter Systeme zur Ermittlung der Härte nach BRINELL und VICKERS durch ein Auswerteverfahren gemä den Patentansprüchen behoben.According to the invention eliminate the disadvantages: According to the invention, the Disadvantages of known systems for determining the hardness according to BRINELL and VICKERS fixed an evaluation method according to the claims.

Ausführungsbeispiel: Weitere Einzelheiten ergeben sich aus einem ersten Ausführungsbeispiel.Exemplary embodiment: Further details emerge from a first Embodiment.

Der mit Hilfe der bekannten Mechanik einer Härteprüfmaschine erzeugte Härteeindruck wird in bekannter Weise so beleuchtet, daß er kontrastreich hell gegenüber dem Umfeld erscheint.The one generated with the help of the well-known mechanics of a hardness testing machine Hardness impression is illuminated in a known manner so that it is brightly contrasted appears to the environment.

Figur 1 verdeutlicht diese Art der Beleuchtung und der Abbildung auf der lichtempfindlichen Schicht der Fersehkamera.Figure 1 illustrates this type of lighting and mapping the light-sensitive layer of the television camera.

Dargestellt wird die Abbilaung eines Objektpunktes 1 des VICKERS-Eindruckes 1U in den Bildpunkt 2 der Zwischenbildebene 3 eines Mikroskopes. Die Abbildung erfolgt mit Hilfe des Objektives 4 über dessen llauptebene 5 sich die Telezenterblende 6 befindet, die die Pupille des Systems bildet.The illustration of an object point 1 of the VICKERS impression is shown 1U in the image point 2 of the intermediate image plane 3 of a microscope. The illustration is done with the aid of the objective 4 above its main plane 5, the telecenter diaphragm 6 which forms the pupil of the system.

Der Abstand zwischen der Telezenterblende 6 und der Hauptebene 5 ist gleich der Brennweite des Objektives 4. Die Telzenterblende 6 sorgt dafür, daß nur Lichtbündel deren mittelachse unterhalb der Hauptebene 5 parallel zur optischen Achse verläuft, zur Abbildung beitragen. Das Lichtbündel 7, das die Abbildung des Objektpunktes 1 in den Bildpunkt 2 bewirkt, wird also durch die Telezenterblende 6 bestimmt. Über den Objektpunkt 1 hinaus läßt sich das Lichtbündel rückwärts zur Lichtquelle 8 verfolgen. Entsprechend den Reflexionsbedingungen an dem Objektpunkt 1 mun die Leleuchtung unter einem ganz bestimmten Einfallswinkel erfolgen, der ca. 45 Grad gegenüber pr optischen Achse 9 beträgt. Objektpunkte, die nicht dieselbe Neigung aufweisen wie die Facetten des VICKERS-Eindruckes, können kein Licht in die Zwischenbildebene 3 reflektieren und erscheinen daher dunkel.The distance between the telecenter diaphragm 6 and the main plane 5 is equal to the focal length of the lens 4. The Telzenterblende 6 ensures that only Light bundle whose central axis is below the main plane 5 parallel to the optical Axis runs, contribute to the illustration. The light beam 7 that the image of the Object point 1 causes in the image point 2, is thus caused by the telecenter diaphragm 6 determined. Beyond the object point 1, the light beam can be backwards to Track light source 8. According to the reflection conditions at the object point 1 mun the lighting takes place at a very specific angle of incidence, which is approx. 45 degrees to the optical axis 9 amounts to. Object points that do not have the same inclination as the facets of the VICKERS impression do not reflect any light into the intermediate image plane 3 and therefore appear dark.

Bei einem Prüfeinaruck nach VICKERS erscheint der ganze Eindruck hell. Bei einem Prüfeindruck nach BRINELL trifft dieses nur für den Rand zu, weil die Oberfläche des BRINELL-Eindruckes waagerecht liegt und nicht von außerhalb des tObjektives 4 unter einem geeigneten Winkel beleuchtet werden kann. Es entsteht ein heller Ring, dessen Außenkontur den Hand des Lindruckes zeigt.When checking the VICKERS test, the whole impression appears bright. In the case of a test impression according to BRINELL, this only applies to the edge, because the The surface of the BRINELL impression is horizontal and not from outside the lens 4 can be illuminated at a suitable angle. A bright ring is created whose outer contour shows the hand of Lindruckes.

Das auf diese bekannte Weise erzeugte kontrastreiche Bild des Härteeindruckes wird mit einer Fernsehkamera, vorzugsweise einem röhrenlosen Exemplar aufgenommen und einem Gerät zur elektronischen bildverarbeitung zugeführt, das die Härte der Probe mit Hilfe des einyebauten Mikrorechners ermittelt. Dieses geschieht in menreren hintereinander abalaufenden Schritten.The high-contrast image of the hardness impression generated in this known way is recorded with a television camera, preferably a tube-less specimen and fed to a device for electronic image processing that determines the hardness of the Sample determined with the help of the built-in microcomputer. This happens in several consecutive steps.

Im ersten Schritt werden helle Bildteile von dunklen stildteilen unterschieden indem das Helligkeitssignal der Kamera einer Schwellentscheid unterworfen wird. die Schwelle wird auf aen halben Helligkeitswert zwischen den hellen und den dunklen bildteilen eingestellt. Durcn diese Operation entsteht ein segenanntes Binärbild, das nur die beiden Helligkeitswerte 0=schwarz und l=weif enthält. Insbesondere bei etwas unscharfer Abbildildung des tiärteeindruckes, mit der unter betriebsüblichen Bedingungen immer gerechnet werden rruß, gelingt die Bestimmung des Randes des Eindruckes so exakter als es der Mensch mit Hilfe des normalen Graubildes vermag, wie die folgende Betrachtung zeigt.In the first step, a distinction is made between light parts of the image and dark parts of the image by subjecting the brightness signal of the camera to a threshold decision. the threshold is set at half the brightness value between the light and the dark picture parts set. This operation creates a so-called binary image, that only contains the two brightness values 0 = black and l = white. Especially with The image of the tiarity impression is somewhat blurred, with the one that is customary in the company Conditions are always calculated soot, it is possible to define the edge of the impression as precisely as a person can do with the help of the normal gray image, such as the following Viewing shows.

Vorausgesetzt wira ein telezentrischer Abildungsstrahlengang (wie in Figur 1) wie er in Mikroskopen üblich ist.Assuming a telecentric imaging beam path (like in Figure 1) as is customary in microscopes.

Die wesentliche Eigenschaft dieses Strahlenganges ist die Unabhängigkeit der Grobe der ADDilduny von der Einhaltung der Schärfeebene. Bei Verlassen der Schärfeebene wird ein Bildpunkt jedoch nicht nehr als Punkt, sondern als Helligkeitsverteilung um einen Mittelpunkt, der auf dem vorher scharf abgebildeten Punkt liegt, dargestellt. Die llelligkeit nimmt radialsymmetrisch ab.The essential property of this beam path is independence the gross of the ADDilduny from compliance the focal plane. at Leaving the focal plane, however, an image point is not more than a point, but rather as a brightness distribution around a center point on the previously sharply depicted Point is shown. The brightness decreases radially symmetrically.

Figur 2 zeigt den Heligkeitsverlauf an einer Hell-Dunkel-Kante bei scharfer und bei unscharfer Abbildung und die Auswirkung auf die Lokalisierung der Kante durch Herstellen eine, Binärbildes und durch die subjektive Methode des Menschen.FIG. 2 shows the brightness profile at a light-dark edge sharp and blurred images and the effect on the localization of the Edge by making a, binary image and by the subjective method of man.

Der Helligkeitsverlauf bei scharfer Abbildung 15 zeigt an dem Ort der Kante xO einen steilen Abfall 16 der unabhängig von der Einstellung einer Schwelle 17 an dem richtigen Ort erkannt wird. einer gibt es keine Abweichung des von den Automaten gefundenen Ortes von dem subjektiv durch den Menschen gefundenen Ort der Kante.The brightness curve with sharp Figure 15 shows at the location the edge xO has a steep drop 16 which is independent of the setting of a threshold 17 is recognized in the right place. one there is no deviation of the from the Automatically found place from the place subjectively found by humans Edge.

Der Helligkeitsverlauf bei unscharfer Abbildung 18 zeigt einen allmählichen Abfall der Helligkeit um den Ort der Kante xO heruui. Wird die Schwelle zur Erzeugung eines Binärbildes aut den halben Wert zwischen den hellen und den dunklen ildteilen yelegt, gelingt es, die Kante an der richtigen Position zu lokalisieren, weil der Punkt, an dem der Schwellwert erreicht wird, durch zunehmende Unschärfe d.h. gespreizter Zone des Hell-Dunkel-Übergangs nicht verschoben wird.The brightness curve with a blurred image 18 shows a gradual one Drop in brightness around the location of the edge xO heruui. Becomes the threshold of generation of a binary image to half the value between the light and dark parts of the image yelegt, it is possible to locate the edge in the correct position because of the Point at which the threshold value is reached, due to increasing uncertainty, i.e. more spread The light-dark transition zone is not shifted.

Der Mensch ist jedoch nicht in der Lage, eine Kante dort zu detektieren, wo die Helligkeit auf die Hälfte abgefallen ist, weil er den Punkt mittlerer Helligkeit nicht sicher findet. Erfahrungsgemäß lokalisiert er den Helligkeitssprung subjektiv in einem Bereich 19, wo die Helligkeit abzufallen beginnt. Damit ändert sich aDer die Lage der subjektiv gefundenen Kante und fällt in ein Ortsintervall 20, das den Ort xO noch nicht einmal enthält.However, humans are not able to detect an edge there where the brightness has dropped to half because it is the point of medium brightness not sure finds. Experience has shown that it subjectively localizes the jump in brightness in an area 19 where the brightness begins to decrease. This changes aDer the position of the subjectively found edge and falls in a location interval 20 that denotes the Location does not even contain xO.

Der beschriebene Effekt läßt demnach eine genaue Bestimmung der Härte durch den Menschen nur zu, wenn die Oberfläche der Probe exakt in der Schärfeebene liegt. Die in diesem Beispiel gezeigt automatische Auswertung der Härteeindrucke stellt sehr viel geringere Anforderungen an die Einhaltung der Schärfeebene als die bisherige Auswertung durch den Menschen, auch wenn er sich dabei Hilfsmittel zur elektronischen Erfassung der von ihm bezeichneten Objektpunkte bedient. Die so erreichte Toleranz in der Schärfeeinstellung ist jedoch erforderlich, um zu einem automatisch arbeitenden Härtemeßgerät zu gelangen, das keine ständige manuelle Korrektur der Schärfeeinstellung erfordert.The described effect therefore allows a precise determination of the hardness by humans only when the surface of the sample is exactly in the plane of focus lies. The automatic evaluation of the hardness indications shown in this example makes much less stringent demands on compliance with the sharpness level than the previous evaluation by the person, even if he is using aids for the electronic recording of the object points designated by it. the tolerance in the sharpness setting achieved in this way, however, is necessary in order to achieve a automatically working hardness measuring device that does not require constant manual correction the focus setting requires.

Neben der Eigenschaft, die Eindruckberandung objektiv und weitgehend unabhängig von der Schärfeeinstellung zu bestimmen, weist das Ausführungsbeispiel weitere Besonderheiten in der Bildauswertung auf, die zu einer erhöhten Genauigkeit und Unabhängigkeit gegenüber Abweichungen des Härteeindruckes gegenüber der idealen Forr führen.In addition to the property, the edge of the impression is objective and extensive to determine independently of the sharpness setting, the embodiment further special features in the image evaluation, which lead to an increased accuracy and independence from deviations of the hardness impression compared to the ideal Lead forr.

Figur 3 zeigt scher.atisch bilder von iä.rteeindrücken nach VICKERS 25 una BRINELL 26, die Störungen an den Ecken bzw.Figure 3 shows schematic pictures of VICKERS Iä.rtee impressions 25 and BRINELL 26, the disturbances at the corners or

Abweichungen von oer idealen Kreisform aufweisen, die durch Schleifriefen an ar Oberfläche der Probe bedingt sein können.Deviations from the ideal circular shape caused by grinding marks may be conditional on the surface of the sample.

Bei aer Messung der Diagonalen oder des Durchmessers an solchen Proben sin fehlerhafte Ergebnisse zu erwarten. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Eckpunkte des VICKERS-Eindruckes deshalb nicht direkt bestimmt, sondern aus dem Verlauf der Kanten des Eindruckes berechnet. Dapei ist es vorteilhaft, den Bereich unmittelbar an den Echpunkten 27 sogar von der Berechnung aus zu schließen, weil gerade hier die gröbten Ungenauigkeiten erwartet werden. Durch. Berücksichtigung fast aller Randpunkte des Eindruckes wird eine wesentlich größere Meßsicherheit erreicht, als wenn nur die Eckpunkte als singuläre Punkte herangezogen werden. bei der Messung nach BRINELL werden zur Ermittluny des Durchmessers nicht nur zwei senkrecht aufeinander stehende Durciimesser 28 und 29 berücksichtigt, sondern ebenfalls die Gesamtheit der Randpunkte, sodaß auch hier die Sicherheit gegen Störungen dadurch Abweichung einzelner Randpunkte gegenüber der Kreisform groß ist.When measuring the diagonals or the diameter on such samples sin to expect erroneous results. In the embodiment described here the corner points of the VICKERS impression are therefore not determined directly, but calculated from the course of the edges of the impression. Dapei it is beneficial to the Even close the area directly at the ech points 27 from the calculation, because it is precisely here that the grossest inaccuracies are expected. By. Consideration Almost all of the edge points of the impression have a significantly greater degree of measurement certainty reached as if only the corner points as singular Points used will. When measuring according to BRINELL, the diameter is not determined only two diameters 28 and 29 perpendicular to one another are taken into account, but rather likewise the entirety of the edge points, so that here too there is security against interference as a result, the deviation of individual edge points compared to the circular shape is large.

Neben der Unempfindlichkeit gegenüber Störungen im Bild des Härteeindruckes wird durch das heranziehen der ganzen berandung des Eindruckes auch eine Aug'lösung und Genauigkeit des Verfahrens erreicht, die die Auflösuny der Kamera bezüglich einzelner Punkte bei weitem übertrifft. Allerdings muß aie geometrische Genauigkeit der Kamera der yewiinschten Meßgenauigkeit entsprechen. Das ist mit einer Halbleiterkamera, bei der die einzelnen Bildpunkte materiell in einem festen durch die Herstellungsmaske gegebenen Raster liegen, erreichbar.In addition to the insensitivity to disturbances in the image of the hardness impression By using the entire boundary of the impression, it also becomes an eye solution and accuracy of the method is achieved, which is related to the resolution of the camera by far exceeds individual points. However, aie must be geometrical accuracy of the camera correspond to the desired measurement accuracy. That's with a semiconductor camera in which the individual pixels materially in a fixed through the production mask given grid are achievable.

Bei einer Kamera mit beispielsweise 300 X 3u0 Bildpunkten können die koordinaten eines einzelnen Bildpunktes nur mit einer Genauigkeit und Auflösung schlechter als 1/300-tel der Größe des Bildfeldes angegeben werden. Werden unter denselben Bedingungen mit Hilfe von jeweils 50 Randpunkten auf der Kante eines VEICKERS-Eindruckes Ausgleichgeraden berechnet, so ist die Ermittlung der Koeffizienten der Gleichungen um mehr als eine Größenordnung genauer und natürlich auch der berechnete Schnittpunkt der Geraden.In the case of a camera with, for example, 300 X 3u0 pixels, the coordinates of a single pixel with only one accuracy and resolution worse than 1 / 300th of the size of the image field. Be under the same conditions with the help of 50 edge points each on the edge of a VEICKERS impression If the best-fit line is calculated, the coefficients of the equations are determined by more than an order of magnitude more precise and of course the calculated intersection the straight line.

Entsprechendes gilt, wenn aus den Randpunkten des BRINELL-Eindruckes eine Ausgleichskreisfunktion berechnet wird. Der sich daraus errechnende Durchmesser ist ebenfalls weitaus genauer als eine Nessung zweier Durchmesserwerte als Mittel ergeben würae.The same applies if from the edge points of the BRINELL impression a compensation circle function is calculated. The resulting diameter is also far more accurate than measuring two diameter values as a mean result would be.

Aufgrund der oen genannten Eigenschaften können bei den auszuwertenden Proben wesentlich größere Rauhtiefen zugelassen weruen, als die DIN-Norm für die Auswertung durch den Menschen erlaubt.Due to the properties mentioned above, the to be evaluated Samples with significantly greater roughness depths than the DIN standard for the Evaluation allowed by humans.

Varianterl des Ausführungsbeispiels: Erste Variante: Neben der vollständigen Ausleuchtung der Probe kann es vorteilhaft sein, nicht aus der Richtung zu beleuchten, die senkrecht zu der Schleifrichtung steht. Aus dieser Richtung beleuchtete Flanken der Schleifriefen können in unerwünschter Weise ebenfalls Licht in das Objektiv reflektieren und die Verarbeitung des Bildes erschweren. Verzichtet man auf die beleuchtung aus der entsprechenden Richtung, wird ein Teil der Berandung des Härteeindruckes nicht sichtbar. Da aber alle sichtbaren Punkte der Berandung für die Rechnung verwendet werden, ist der Ausfall eines Teiles tolerierbar.Variant of the exemplary embodiment: First variant: In addition to the complete one Illumination of the sample, it can be advantageous not to illuminate from the direction which is perpendicular to the grinding direction. Flanks illuminated from this direction the grinding grooves can also undesirably get light into the lens reflect and complicate the processing of the image. If you do without that lighting from the corresponding direction becomes part of the edge of the hardness impression not visible. But since all visible points of the border are used for the calculation the failure of a part is tolerable.

Eine Beleuchtung, die aus vier Richtungen kommt, unter denen die ebenen Facetten des VICKEltS-Eindruckes ausgeleuchtet werden1 erfüllt auch die Anforderungen an die Ausleuchtung eines BRINELL-Eindruckes, dessen Rand dann an vier Stellen unterbrochen ist. Der Vorteil dieser Beleuchtung liegt darin, daß Schleifrieren, die aus der Richtung der optischen Achse gesehen nahezu in einem Winkel von 45grd zu den Beleuchtungsrichtungen liegen, mit so geringer Helligkeit abgebildet werden, daß sie die Auswertung nicht stören. Bei VICKERS-Eindrücken liegt die optimale Richtung der Schleifrieren in der Richtung der Diagonalen des Eindruckes.Lighting that comes from four directions, one of which is flat Facets of the VICKEltS impression are illuminated1 also meets the requirements the illumination of a BRINELL impression, the edge of which is then interrupted in four places is. The advantage of this lighting is that grinding jerks that result from the Direction of the optical axis seen almost at an angle of 45 degrees to the directions of illumination are imaged with so low a brightness that they do not do the evaluation disturb. In the case of VICKERS impressions, the optimal direction of the grinding grooves is in the direction of the diagonals of the impression.

Eine zweite Variante: Eine weitere Variante benutzt zur Bestimmung der Ecken des VICKERS-Eindruckes nicht Geradengleichungen sondern Parabelgleichungen (oder auch anuere Funktionen). Diese Funktionen aproximieren besser die Form des Randes bei balligen Eindrücken. Hier ist durch spezielle Eigenschaften des Probenmaterials die Kante nach innen oder nach außen gebogen. Die Koeftizienten der getunuenen Ausgleichsfunktionen lassen einen Rückschluß aut den Grad der Balligkeit zu, der eine automatische Korrektur des aus den Diagonalen gewonnenen Härtewertes erlaubt.A second variant: Another variant used for determination of the corners of the VICKERS impression not straight line equations but parabolic equations (or other functions). These functions better approximate the shape of the Edge with convex impressions. This is due to the special properties of the sample material the edge curved inwards or outwards. The coefficients of the adjusted compensation functions allow a conclusion about the degree of crowning that one automatic correction of the hardness value obtained from the diagonals is allowed.

Eine dritte Variante: Eine dritte Variante baut auf der zweiten Variante auf, läßt aber entgegen der DIN-Vorschritt für die Messung der Härte nach VICKERS und BRINELL eine Prüfkraft zu, die nicht senkrecht auf die Probe wirkt. Aus den Gleichungen der Ausgleichsfunktionen zur Annäherung an die Berandung bei VICKERSLtindrücken, die bei schiefer Kraftaufbringung drachenförmig aussehen, können die senkrechte und die tangentiale Komponente berechnet und so auch in diesem Fall ein zutreftender Härtewert errechnet werden. Bei BRINELL-Eindrücken muß die Approximation durch eine Ellipsengleichung erfolgen. Deren Parameter lassen ebenfalls Rückschlüsse auf die Kraftkomponenten und eine Berechnung der Härte zu.A third variant: A third variant builds on the second variant on, but leaves contrary to the DIN advance for the measurement of hardness according to VICKERS and BRINELL apply a test force that is not perpendicular to the specimen. From the Equations of the compensation functions for approximating the boundary for VICKERSL indentations, which look kite-shaped when the force is applied at an angle, the vertical ones can and the tangential component is calculated and so in this case also a valid one Hardness value can be calculated. In the case of BRINELL impressions, the approximation must be by a Ellipse equation take place. Their parameters also allow conclusions to be drawn about the Force components and a calculation of hardness too.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHB 1. Vertahren zur automatischen Messung der Härte mit pyramiden- oder kugelförmigen Prüfkörpern mit zweidimensionaler Autnahme una Verarbeitung des Bildes des Härteeindruckes und einer gerichteten Beleuchtung, die unter Ausnutzuny der geneigten spiegelnden Oberfläche des Härteeindruckes den Rand des Eindruckes hell gegenüber dem Umfeld erscheinen läßt oder einer Auflichtbeleuchtung, die den Härteeindruck dunkel gegenüber dem Umfeld erscheinen läßt dadurch gekennzeichnet, daß nahezu oje yesammte Außenkontur des Eindruckes in Form der geometrischen Lage seiner Randpunkte im Bild erfaßt wird und die zur Berechnung der Härte der Probe notwendigen geometrischen Größen aus diesen Handpunkten rechnerisch ermittelt werden und aus diesen Größen anschließend die Härte errechnet wird.PATENT CLAIMS 1. Method for the automatic measurement of hardness with pyramidal or spherical test specimens with two-dimensional inspection and processing the image of the hardness impression and a directional lighting, which under Ausnutzuny the inclined reflective surface of the hardness impression the edge of the impression bright compared to the environment or a reflected light that makes the Makes the impression of hardness appear dark compared to the surrounding area characterized by that almost oje yesammte outer contour of the impression in the form of the geometric position its edge points is recorded in the image and used to calculate the hardness of the sample necessary geometric quantities can be calculated from these hand points and the hardness is then calculated from these parameters. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeicnnet, daß die Helligkeitsinformation bezüglich der einzelnen Bildpunkte nach einer Schwellenoperation nur durch die zwei binären Werte weiß und schwarz dargestellt wird und die Schwelle so gewählt ist, daß sie in der Mitte zwischen den Helligkeitswerten der dunklen und der hellen Bildteile liegt, souafs bei Unschärfe der am sande des Härteeindruckes erscheinende übergang zwiscllwen hellen und dunklen lsildteilen sich bei telezentrischer Abbildung nicht auf den Ort auswirkt, an dem nach Anwendung der Schwelloperation der Übergang von weiß auf schwarz erfolgt.2. The method according to claim 1 gekennzeicnnet that the brightness information with regard to the individual pixels after a threshold operation only by the two binary values is shown in white and black and the threshold is chosen so that it is in the middle between the brightness values of the dark and the bright parts of the image are, but with blurring, that on the sand of the hardness impression appearing transition between light and dark image is divided into telecentric Figure does not affect the location after performing the threshold operation the transition from white to black takes place. 3. Verfatiren nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren HelligKeiten der hellen und der dunklen Bildteile automatisch gemessen werden und danach der Schwellwert zur Trennung der hellen von den dunklen Bild teilen automatisch eingestellt wird.3. Verfatiren according to claims 1 and 2, characterized in that the mean brightnesses of the light and dark parts of the image are measured automatically and then divide the threshold for separating the light from the dark image is set automatically. 4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Randpunkte des mit einem pyramidenförmigen Prüfkörper erzeugten Härteeindruckes jeweils den einzelnen Kanten zugeorunet werden und die jeweils zu einer kante gehörenden Randpunkte benutzt werden, um rechnerisch eine durch eine einfache Funktion angebbare geometrische Kurve zu bestimmen, die diese Kante repräsentiert.4. The method according to claim 1, characterized in that the edge points of the hardness impression produced with a pyramid-shaped test body in each case the individual edges are assigned and the edge points belonging to an edge can be used to computationally a geometric To determine the curve that represents this edge. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, das die Eckpunkte eines mit einem pyramidentörmigen Prüfkörper erzeugten Härteeindruckes jeweils durch berechnung der Schnittpunkte der die Kanten beschreibenden Kurven ermittelt werden.5. The method according to claims 1 and 4, characterized in that the Corner points of a hardness impression produced with a pyramid-shaped test body in each case by calculating the points of intersection of the curves describing the edges be determined. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven, mit denen die Kanten eines mit einem pyramidenförmigen Prüfkörper erzeugten Härteeindruckes beschrieben werden, Geraden oder Parabeln oder Hyperbeln sind.6. The method according to claims 1 and 4, characterized in that the Curves with which the edges of a pyramid-shaped test specimen are produced Are straight lines or parabolas or hyperbolas. 7. Verfahren nach Anspruchen 1, 4 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Kurven, mit denen die Kanten eines mit eie pyramidentörmigen PrüfRorer erzeugten IIärteeindruckes beschrieben werden, herangezogen werden, um die sich aus der Geometrie der Eckpunkte sich ergebenden Härte werte bei Balligkeit der Eindrücke zu korrigieren.7. The method according to claims 1, 4 and 6, characterized in that the parameters of the curves with which the edges of a pyramid-shaped test rorer produced hardness impression can be used to determine the Hardness values resulting from the geometry of the corner points with crowning of the impressions to correct. 8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Randpunkte des mit einem kugelförmigen Prüfkörper erzeugten Härteeindruckes benutzt werden, um rechnerisch einen Kreis oder eine Ellipse zu bestimnen, die die Kante des Härteeindrucks repräsentiert.8. The method according to claim 1, characterized in that the edge points of the hardness indentation produced with a spherical test piece are used, in order to mathematically determine a circle or an ellipse which is the edge of the hardness impression represents. 9. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Probe aus dem Durchmesser der errechneten Kreiskurve oder den Parametern der errechneten Ellipsenkurve bestimmt wird.9. The method according to claims 1 and 8, characterized in that the Hardness of the sample from the diameter of the calculated circular curve or the parameters the calculated elliptical curve is determined. 10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Auibringung der Prütitraft abweichend von der Normalen auf die Prüflingsoberfläche aus den Parametern der den Rand des Eindruckes beschreibenden Kurven guantitativ aut den winkel geschlossen wird, um den die Prüfkraft von der Normalen abgewichen ist und der berechnete Härtewert entsprechend autonatisch korrigiert wird.10. The method according to claims 1 to 9, characterized in that if the test person is applied to the surface of the test specimen deviating from the normal quantitatively based on the parameters of the curves describing the edge of the impression aut the angle is closed by which the test force deviated from the normal and the calculated hardness value is automatically corrected accordingly.