DE2357033C2 - Vorrichtung zur Messung von Werkstoffeigenschaften, insbesondere einer Härte, nach einer Kontakt-Impedanz-Methode - Google Patents

Description

a) der Ausgang der mit der Empfangsspule (4) verbundenen Erregerschaltung (2) ist mit dem Eingang eines Vorwärts-Rückwärtszählers (11) verbunden, der die Meßsignale des freischwingenden Ultraschallschwingers (1) rückwärts zählt;

b) der Ausgang des Zählers (11) steht mit dem Eingang eines ersten Speichers (i9) in Verbindung, so daß das Ergebnis im Speicher festgehalten wird;

c) Ausgang einer Steuereinheit (8) ist mit dem Eingang des Vorwärts-Rückwärtszählers (11) verbunden, so daß durd" ein Löschsignal (17), nach F.inspcicherung des Meßsignals im Speicher (19), der Zähler (11) gelöscht wird;

d) durch die Steuereinheit (8) wird ferner über ein Richtungssignal (16) der Zähler (11) auf Vorwä.lszählung der Frequenz geschaltet, sobald bei dieser '.weiter Frequenzmessung der Ultraschallschwinger über den Eindringkörper (5) mit dem Prüfling in Kontakt gebracht ist;

e) ein Ausgang des Vorwärts-Rückwärtszählers (II) ist mit dem Eingang eines Festwertspeichers (23) verbunden.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Werkstoffeigenschaften, insbesondere einer Härte, nach einer Kontakt-Impedanz-Methode, mit einem in einer Eigenresonanz erregten Ultraschallschwinger, der einen Eindringkörper trägt und dessen Frequenz veränderbar ist, wenn der Eindringkörper mit einem Meßobjekt in Kontaktberührung gebracht wird und die Größe der Frequenzänderung als Maß für die Materialeigenschaft des Meßobjekts verwendet wird.

Es sind bereits gattungsgleiche Verfahren dieser Art bekannt, bei denen die Frequenzänderung des Ultraschallschwingers mit einem Frequenzdiskriminator in eine elektrische Spannung umgewandelt und auf einem Zeigerinstrument sichtbar gemacht wird.

Dabei sind zwei Bedienungsorgane erforderlich: ein Nullpunkisteller und ein Maßstabsteller.

Wegen der Kleinheit der auszuwertenden Frequenzänderungen werden jedoch hohe Ansprüche an die Stabilität des Diskriminators und der Resonanzfrequenz des Ultraschallschwingers gestellt, die in der Praxis schwer zu erfüllen sind. Deshalb müs.'ien häufig Kontrollmessungen an Testobjekten mit Korrekturen, besonders des Nullpunktes durchgeführt werden. Das bekannte Verfahren arbeitet somit nur dem analogen Prinzip, bei welchem Grenzen an die Meßgenauigkeit gesetzt sind, der Bedienungsaufwand relativ hoch liegt und auch Kontrollmessungen erforderlich werden, (DE-AS 12 87 334; C. Kleesattel und G. M. L Gladwell, The contact-impedance-meter 1—4, Ultrasonics July 1968, October 1968, January 1969, January 1970; US-PS 33 08 476).

Bei einer anderen Vorrichtung zur Messung der Härte nach der Kontaktimpedanz-Methode ist zur Anzeige des Meßergebnisses eine elektrische Schaltung vorgesehen, bei welcher ein Meßsignal durch die

ίο Bewegung der Stange eines Plungerkolbens über die elektrische Wicklung direkt, oder über einen Hebel verstärkt einem Stromwandler zugeführt wird, dessen Ausgang mit dem Eingang eines elektrischen Anzeigegerätes in Verbindung steht. Das Anzeigegerät ist 5 jedoch ein Zeigergerät, welches die Meßwerte nur analog anzuzeigen vermag(GB-PS 10 97 518).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Meßgenauigkeit sowie die Meßgeschwindigkeit zu erhöhen, sowie den Schaltkreis für die Nullpunktkorrek tür zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruches gelöst.

Gegenüber den bekannten Vorrichtungen wird eine dem besonderen Meßproblem angepaßte Schaltung mit digital arbeitenden Bauteilen geschaffen, die zuverlässig arbeitet und eine einfache Bedienung ermöglicht Die selbsttätig erfolgende Differenzbildung gestattet eine automatische Nullpunktkorrektur, die der Werkstoffeigenschaft eigentümliche Frequenzdifferenz wird exak-

jo ter als bisher verarbeitet und eine Anpassung an verschiedene Bereiche ist einfach durch einen austauschbaren Festwertspeicher ermöglicht. Die meisten der einzelnen digitalen Bauteile sind handelsüblich, die Schaltung ist relativ billig herstellbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung.

Ein stabförmiger Ultraschallschwinger 1 aus magne-

tostriktivem Material wird von einvr Erregerschaltung 2 mittels einer Sendespule 3 und einer Empfangsspule 4 in einer Eigenresonanz angeregt. An einem Ende trägt er einen Eindringkörper 5, z. B. einen Diamanten, für eine Härtemessung z. B. nach der Vickers-Härtetabelle. Ein Bauteil für Kontakterkennung, z. B. ein mechanischer Schalter 6, liefert ein Schaltsignal 7 an eine Steuereinheit 8, das aussagt, ob der Ultraschallschwinger 1 über den Eindringkörper 5 mit einem Meßobjekt 9 in Kontakt ist oder nicht.

Ein Meßsignal 10, das in seiner Frequenz mit der des Ultraschallschwingers 1 identisch ist, gelangt von der Erregerschaltung 2 an den Eingang eines Vorwärts-Xückwärts-Zählers 11. Dieser führt eine Frequenzmessung durch, indem er die Perioden des Meßsignals 10 während einer durch die Dauer eines Torsignals 12 vorgegebenen Zeit zählt. Der Zählerstand nach Ende des Torsignals 12 ist proportional zur Frequenz. Eine Maßstabskorrektur kann durch Änderung der Torsignaldauer am Torsignalgenerator 13 mit einem Maß- stabssteiler 14 vorgenommen werden. Die Torsignale 12 sind in ihrer Folgefrequenz bestimmt durch ein Synchronsignal 15 von einer Steuereinheit 8. Mit einem Richtungssignal 16 läßt sich die Zählrichtung des Vorwärts-RUckwärts-Zählers Il vo, schreiben. Ein Löschsignal 17 löscht den Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 11, und ein Voreinstellgliod 18 bewirkt eine Voreinstellung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 11 auf die am Ausgang 20 des Speichers 19 anstehenden

Daten, Ein Speichersignal 21 löst die Speicherung der am Zählerausgang 22 anstehenden Daten aus.

Vom Zählerausgang 22 gelangt ein Zählergebnis an einen Festwertspeicher 23 und vom Festwertspeicher-Ausgang 24 an eine Digitalanzeige 25, die durch ein Obernahmesignal 26 zum Übernehmen und Festhalten neuer Daten veranlaßt wird.

Die Steuereinheit 8 bestimmt den zeitlichen Ablauf einer Messung wie folgt:

Vor der Messung ist der Eindringkörper 5 nicht in Kontakt mit dem Meßobjekt 9. Das Schaltsignal 7 bewirkt, daß die Steuereinheit 8 auf Nullmessung, d. h. auf Messung der Frequenz des freien Ultraschallschwingers 1 geschaltet wird Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 mißt rückwärts zählend die Frequenz des frei schwingenden Ultraschallschwingers 1. Der sich ergebende Zählerstand wird in den Speicher 19 übernommen, anschließend der Zähler 11 gelöscht. Dieser Ablauf wiederholt sich mit einer von der Steuereinheit 8 vorgegebenen Folgefrequenz, bei dunkler Anzeige 25, bis der Eindringkörper 5 mit dem Meßobjekt 9 unter Einwirkung einer konstanten Prüflast 27 in Kontakt gebracht wird.

Jetzt bewirkt das Schaltsignal 7 in der Steuereinheit 8 den für die Durchführung der eigentlichen Messung erforderlichen Ablauf. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 wird auf das letzte im Speicher 19 festgehaltene Ergebnis der Nullmessung voreingestellt und mißt vorwärts zählend die Frequenz des Ultraschallschwingers 1, Da dieser bei Kontakt mit dem Meßobjekt 9 eine höhere Frequenz aufweist als frei schwingend, hält man im Vorwärts-Rückwärts-Zähler Il den Differenzwert beider Frequenzen, der — über den Festwertspeicher 23 in z. B. einen Härtewert umgeformt — angezeigt wird. Dadurch, daß nach jeder Messung Eindringkörper 5

ίο und Ultraschallschwinger 1 wieder vom Meßobjekt 9 abgehoben werden, wodurch eine neue Nullmessung ausgelöst wird, ergibt sich eine automatische Nullpunktkorrektur, die im Vergleich zur Dauer einer Messung langsame Änderungen der Frequenz des freien Ultraschallschwingers 1 ausgleicht

Der Festwertspeicher 23 erhält vom Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 den Wert der Frequenzdifferenz als Speicheradresse. Ein durch diese Adresse angesprochenes Speicherwort gelangt zur Anzeige 25. Der Inhalt des Festwertspeichers 23 ist unveränderlich so programmiert, daß zu jeder Differenz z. B. ·".>: zugehörige Härte angezeigt wird. Austauschbare ode- umschaltbarc Festwertspeicher 25 mit verschieden programmiertem Inhalt ermöglichen es, verschiedene Skalen zu verwenden, bei Härte ζ B. Vickers und Rockwell.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Messung von Werkstoffeigenschaften, insbesondere einer Härte, nach einer Kontakt-Impedanz-Methode, mit einem in einer Eigenresonanz erregten Ultraschallschwinger, der einen Eindringkörper trägt und dessen Frequenz veränderbar ist, wenn der Eindringkörper mit einem Meßobjekt in Kontaktberührung gebracht wird und die Größe der Frequenzänderung ais Maß für die Materialeigenschaft des Meßobjekts verwendet wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: