硬さ試験の先進技術

硬度試験の先端技術

硬さ試験を含む材料試験は、部材の特性を分析するうえで基本的だが有益な要素であり、数多くの方法及び技術によって遂行できます。硬さ値を決めることで、原材料から、調製された試料、完成品までの、さまざまな材料の性能、耐久性、強度についての価値ある情報を提供できます。今日の競争の激しい世界市場において、正確さ生産性に対する期待が高いため、品質および/または生産性の誤差は重大な結果をもたらします。競争についていくためには、製造、研究、および品質管理をこれまで以上に新しく発展的な技術に大きく依存し、従来の工程を劇的かつ効率的に強化する必要があります。指数関数的速度で発展するハードウェア、電子機器、アルゴリズム、ソフトウェアの飛躍的な進歩により材料や硬さ試験機がかなり精巧になり、迅速かつ確実に、極めて精度の高い有益な材料の重要情報を提供できます。

自動移動及び画像解析

最も一般的な硬さ試験の2つにヌープ試験とビッカーズ試験があります。これらは微小試験とマクロ試験に使用され、特定の力を加えた後に残ったダイヤモンド型の圧痕のサイズの測定に基づいて材料の硬さを判断します。試験方法の特性は、一般的に比較的軽い力を使用することであり、結果としてミクロンレベルで測定する必要のある非常に小さな圧痕になります。今日でも広く採用されている従来の技術では、硬さ試験には欠かせない様々な解像度の顕微鏡が使用され、接眼レンズを通して手動で測定します。予想通り、これは時間のかかる主観的で潜在的な誤差が多い方法です。圧痕の数が増えるにつれて測定工程に支障をきたすほど疲れながら、技術者が日に数百もの圧痕を作成し目で測定することは珍しいことではありません。そのうえ、15以上の圧痕からなる硬さトラバースの完全分析を、通常は1つの試料に対して何度も行う必要があり、現在の先進技術の手法を取り入れようする要求は明らかです。この数年間、そして今後ますます、このような手動の方法は試験工程のあらゆる面に自動化を導入する方向に急速に移行し続けるでしょう。新しい技術は、材料の調製、ステージの移動、結果の分析および報告でも実現されています。世界中の多くの研究室に導入されているそのような技術の1つが、自動ステージ移動およびヌープ試験とビッカーズ試験による圧痕の画像解析読取りです。

自動硬度システムは、通常、完全に制御可能な試験計で構成されます。これに含まれるものには、自転または回転タレットがあります。また、Z 軸での作動もあります。この作動は、ヘッド/圧子ハウジングから、またはスピンドル駆動システムからのどちらからのものであり、定義済みの力での圧痕の適用ならびに試料の焦点合わせ両方が目的です。専用硬度ソフトウェアをインストールし、自動 XY トラバースモーター駆動ステージ、および USB ビデオカメラのあるデスクトップコンピューターまたはラップトップコンピューターにこれを追加します。そうすると、結果として、強力で十分に自動的な硬度試験システムになります。サンプルおよび保存済みプログラムとともに初期設定すると、人間の関与なしに、ほとんど無数の圧痕トラバースを自動的に作成、測定、および報告できます。

新しい技術は、これまで操作的な課題をもたらし、仕事場を取り散らかしてきたハードウェアの多くと取り除きます。ステージの移動は仮想のジョイスティックといくつかのシステムから行い、ステージのコントローラーはステージ枠内に組み込まれています。ステージ移動アルゴリズムと機械設計の進歩により、深さ分析のような精密なトラバース要件で重要なXYの正確性と反復性が以前よりもよくなっています。画像解析および自動ステージ移動は硬さ試験では新しいことではありませんが、開発は進行中で劇的な試験工程の改善の要因となっています。カメラ技術がフレーム取り込みからUSBへのIEEE Firewireに進化し、追加のハードウェアを排除する一方で同時にカメラの解像度と視野の可能性を向上させています。現在および開発中のカメラの機能は、今日のPCの処理能力と向上し続けるソフトウェアパッケージと相まって、自動圧痕読取りの正確性、反復性、信頼性を大幅に改善しています。かつての表面仕上げや照明、前較正、しきい値、画素サイズ設定に関する制限はほとんど無くなり、さらに日々改善されています。その結果、性能が向上し、より信頼して「機械に仕事をまかせられる」ようになったため、処理量や一貫性および重要性を大幅に改善し、作業者は他の仕事にかかれるようになりました。生産的にさらに拡大することで、たくさんの固定タイプで同時に2、4、6個の試料を保持できるより大きなサイズのXYステージを使用できます。プリプログラムされている保存されたトラバースを開いて、試料をホルダーに合わせ、ワンクリックで各試料の多数のトラバースの圧痕、読取り、レポートを開始します。自動焦点合わせにより、Z位置の偏りのため圧痕の鮮明さの問題を軽減します。新しいソフトウェアと同等であれば、トラバース内およびトラバース間で様々なスケール、力、対物レンズが可能です。試験の自動化は、ロックウェル硬さ試験の用途において、特にマウスを一回クリックするだけで無人で複数のバーを完全に試験してレポートできるジョミニー試験のような繰り返しパターン要件ではますます有益です。