CZ304637B6 - Systém instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru - Google Patents

Abstract

Měřicí systém pro nedestruktivní zkoušky založený na vtlačování indentoru a nepřetržitém měření elektrických signálů (mV), který odpovídá změnám měřených parametrů hloubky vtisku (h) a aplikovaného zatížení (P) během indentace. Ze závislostí zatížení-hloubka a napětí-deformace, založených na registrovaných signálech, lze stanovit číslo tvrdosti a další mechanické vlastnosti jako modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění a velikost zrna. Systém se skládá z následujících částí: počítač (1), zesilovač analogového signálu (2), držák zkušebního vzorku (3), měřicí zařízení (4), obsahující adaptér (5), snímač zatížení (13) a snímač posuvu (9) s tenzometrickými snímači (10), víko pouzdra (19) se snímačem akustické emise (20) a zatěžovací mechanismus (5). Snímač zatížení je výměnným dynamometrem (13) s deformačními pásky (14), které měří při nízkých hodnotách zatížení. Vysoké hodnoty zatížení jsou měřené tužší částí dynamometru, válcem (15). Snímač posuvu je výměnnou kapslí (9), která obsahuje pákový násobič (12) lineárního posuvu indentoru (18) během jeho vtlačování do povrchu zkušebního vzorku (3).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká systému instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru, obsahujícího zatěžovací mechanizmus zkušebního vzorku a měřicí zařízení opatřené snímačem posuvu a snímačem zatížení.

Dosavadní stav techniky

Klasické metody měření mechanických vlastností materiálů jsou časově náročné a drahé, vyžadují výrobu speciálních zkušebních vzorků. Nejrozšířenější mechanické zkoušky jsou zkouška tahem, zkouška rázem v ohybu a zkoušky tvrdosti. Obvyklým výstupem z těchto zkoušek jsou grafické závislosti mezi napětím a deformací zkoušeného materiálu. Existují nedestruktivní metody a zařízení pro provedení rychlého hodnocení vlastností materiálu s postačující přesností, které zahrnují metody automatizovaného vtlačování indentoru. Tyto metody se používají při vývoji nových materiálů a zařízení, hodnocení a včasný odhad možných odchylek jejich vlastností během provozu. Základními vlastnostmi, které jsou zjišťovány, jsou tvrdost, modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění a velikost zrna.

Měření tvrdosti je založené na procesu indentace, kde indentor vniká do povrchu zkušebního vzorku a číslo tvrdosti se následně určuje podle geometrických parametrů indentace, v závislosti na použitém zatížení. Základními geometrickými parametry jsou průměr vtisku - podle Brinella, diagonála - podle Vickerse, nebo hloubka vtisku - podle Rockwella. Techniky, které stanoví korelaci mezi číslem tvrdostí a základními mechanickými vlastnostmi, jsou dobře známé v inženýrské praxi a byly standardizovány, např. GOST 18835-73, GOST 22762-77. Teoretické a experimentální studie ukazují, že indentační zkouška poskytuje nejvíce objektivní výsledky stanovených mechanických vlastností materiálů a povlaků, použitím nejen jedné hodnoty tvrdosti při daném zatížení, ale průběžným zaznamenáváním parametrů procesu zatížení a odlehčení, tzv. křivka zatížení-hloubka [Anisimov Evgeniy, Puchnin Maxim: Reduction of Elastic modulus of Titanium Alloy TÍ-6AI-4V by Quenching, in Book of Abstracts, Local Mechanical Properties, 2012, Slovák Republic, ISBN 978-80-553-1163-0, Puchnin Maxim, Anisimov Evgeniy: The Method of Accounting of Elastic Deformation Occur During the Automated Balí lindentation Test, in Conferrence Proceedings, COMAT, 2012, Czech Republic, ISBN 978-80-87294-34-5]. Tato metoda je nazývána instrumentovanou zkouškou materiálů vtlačováním indentoru. Křivka zatížení-hloubka potom popisuje charakteristické chování materiálu pod vlivem elastické, elasticko-plastické a plastické deformace [ASTM WK381, US 6,718,820 (Kwon) 13.04.2004],

Měřicí zařízení, používané pro zkoušení vtlačováním indentoru, obsahuje snímač zatížení, snímač posuvu [PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005, US 2009/0107221 Al (Emts) 30.04.2009], Existují různé metody zatížení indentoru, jako hydraulické [US 4 059 990 (Glover) 29.11.1977], pneumatické [US 4 182 164 (Fohey) 08.01.1980, US 2 839 917 (Webster) 24.06.1958, US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985], elektromechanické [US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005, US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011] s použitím elektrických motorů se zubovou převodovkou [US 4 635 471 (Rogers) 13.01.1987] nebo s řemenovým převodem [US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997], elektromagneticky anebo piezoelektrickými prvky [US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981, US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000], mechanické s použitím závaží [US 3 367 174 (Afin) 06.02.1968, US 4 103 538 (Stóferle) 01.08.1978], klikových a pákových mechanizmů [US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984, US 4 535 623 (Gilberto) 20.08.1985, US 4 182 164 (Fohey) 08.01.1980, US 2009/0107221 Al (Ernst) 30.04.2009, EP 2 345 884 A2 (Sawa) 06.01.2011].

-1 CZ 304637 B6

Hydraulické [HS 4 059 990 (Glover) 29.11.1977] a pružinové [US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982] měřiče zatížení, piezoelektrické prvky [US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000], kapacitní [US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011] a tenzometrické snímače [US 3 934 463 (Vanderjagt) 27.01.1976, US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981, US4611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011] jsou používány pro měření hodnoty zatížení. Metody založené na laserové optice [US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997, US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000, PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005, US 6 755 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004] a elektro-optické mechanice [US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982], kapacitní [US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011], potenciometrické [EP 2 390 649 Al (Sakuma) 18.01.2010] elektromagnetické [US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4 182 164 (Fohey) 08.01.1980, US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984, US 4,534,212 (Targosz) 13.08.1985, US 6 718 820 (Kwon) 13.04.2004, US 4 034 603 (Leeb) 12.07.1977], piezoelektrické [US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000] a tenzometrické snímače [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368-1025] jsou často využívané pro záznam hloubky vnikání, neboli aktuálního lineárního posuvu indentoru během indentační zkoušky, neboli aktuálního lineárního posuvu indentoru během indentační zkoušky.

Přesnost měření celkového lineárního posuvu indentoru závisí na citlivosti snímače indentační hloubky, jež má svoje rozlišení a umožňuje záznam určitého konečného počtu hodnot při daném posuvu. Problematika přesnosti záznamu malých posuvů indentoru se řeší obvykle pomocí laserové optiky nebo elektromagnetických systémů. Přesnost měření závisí nejen na diskrétnosti zaznamenávané hodnoty, ale také na vzdálenosti snímače od indentoru. Větší počet prvků mezi snímačem a indentorem zvětšuje chybu měření, protože samotné měření je potom ovlivněno napěťově-deformačními stavy těchto prvků v závislosti na zatěžovacích podmínkách, počtu cyklů a na atmosférických parametrech, zejména tlaku a teplotě. Snímač posuvu je často součástí zatěžovacího mechanismu a během indentace se tak komplikuje proces korektní interpretace výsledků [US 2 839 917 (Webster) 24.06.1958, US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4 435 876 (Edward) 13.03.1984, US 3 367 174 (Affri) 06.02.1968, US 4 245 496 (Napetschnig) 20.01.1981, US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982, US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985, US 6 755 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004, US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006], Existující zařízení, která realizují instrumentovanou indentační metodu s vysokou přesností a opakovatelností procesu měření, mají větší rozměry [US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997, US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011], jsou často omezené rozsahem používaného zatížení [US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979, US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981, US 4 611 487 (Krenn) 16.09.1986, US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000, PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, US 6 718 820 (Kwon) 13. 04. 2004, US 2009/0107221 Al (Emts) 30.04.2009] anebo rozměrem indentoru [US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985, US 4 535 623 (Gilberto) 20.08.1985, PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002, US 6 755 075 B2 (Nagashima) 29.01.2004], měří celkový lineární posuv indentoru. Jsou také známy potíže s identifikací parametrů iniciace porušení ze závislosti zatíženíhloubka a napětí-deformace při měření vlastností povlaků [PCT/US00/09940 (White) 13. 04. 1999, N. H. Faisal, J. A. Steel The Use of Acoustic Emission to Characterize Fracture Behavior During Vickers Indentation of HVOF Thermally Sprayed WC-Co Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 18(4), p. 525 až 535, (2009), Markus G. R. Sause, Daniel Schultheip. Acoustic emission investigation of coating fracture and delamination in hybrid carbon fiber reinforced plastic structures, Journal of Acoustic Emission, 26, ρ. 1 až 13, (2008)], které se řeší pomocí snímačů akustické emise [US 4 856 326 (Tsukomoto) 15.08.1989].

Ashinger [US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981] popisuje možnost využití tenzometrických snímačů, které jsou připojeny k pružnému ramenu, pro registraci nízkých hodnot zatížení a posuvů indentoru. Měření vyšších hodnot parametru indentace popisuje [Degtyarev V.I., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368-1025]. Napetschnig [US 4 245496 (Napetschnig) 20.01.1981] navrhuje vertikální umístění pružného ramena. V zaří-2 CZ 304637 B6 zení Fohey [US 4 182 164 (Fohey) 08.01.1980] je realizován krátký měřicí obvod měření posuvu, kde je zatěžován pouze držák indentoru a indentor, což je nejnižší nalezený počet prvků mezi snímačem a indentorem, které se deformují. Borgersen [US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982] realizuje pákovým mechanizmem odečte parametru zatížení.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny systémem instrumentovaného měření parametrů vtlačování indentoru, obsahujícím zatěžovací mechanizmus zkušebního vzorku a měřicí zařízení opatřené snímačem posuvu a snímačem zatížení, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že měřicí zařízení obsahuje pouzdro, ve kterém je umístěn adaptér s pružinou a snímač posuvu, opatřený tenzometrickým snímačem a deformačním páskem a snímač zatížení opatřený deformačními páskami, válcem a tyčí, procházející od indentoru umístěného v držáku k snímači posuvu.

Zatěžovací mechanizmus může být tvořen tvrdoměrem podle Brinella, Vickerse, Rockwella, univerzálním trhacím strojem, pákovým mechanizmem se svým vlastním zdrojem zatížení nebo piezoelektrickým elementem.

Snímač posuvu může být tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje pákový násobič lineárního posuvu indentoru s kulovou miskou pro uložení tyče, přičemž k deformačním páskům jsou připojeny tenzometrické snímače pro generování signálu (mV) v závislosti na jejich elastické deformaci, jejich registrování v zesilovači analogového signálu a ukládání do počítače. Případně může být snímač posuvu tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje deformační můstek s kulovou miskou pro uložení tyče a tenzometrické snímače. Dále může snímač posuvu být tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje deformační pásek ve tvaru ramena opatřeného kulovou miskou pro uložení tyče a tenzometrické snímače.

Snímač zatížení je s výhodou tvořen vyměnitelným dynamometrem, který je opatřen deformačními páskami s tenzometrickými snímači pro měření malých hodnot zatížení a pohybovým válcem s tenzometrickými snímači, přičemž tenzometrické snímače jsou propojeny se zesilovačem analogového signálu a počítačem.

Měřicí systém je s výhodou opatřen víkem pouzdra a snímačem akustické emise pro měření akustického signálu, který je registrován zesilovačem analogového signálu a ukládán do počítače.

Měřicí systém je založen na automatickém vtlačování indentoru při zatížení, který má spolehlivý, snadno vyrobitelný a provozovatelný adaptér pro měření hlavních parametrů indentace, jako zatížení (P) a hloubka (h). Měřicí zařízení, díky svému designu, nezatěžuje snímač posuvu, určený pro záznam indentační hloubky (h) při vtlačování indentoru a umožňuje záznam parametrů indentace (mV) s větší přesností, ve srovnání se zařízeními, které mají delší měřicí obvod. Měřicí zařízení je kompaktní a může být použité spolu s různými měřicími systémy, jako trhací stroj a tvrdoměr, čímž rozšiřuje jejich možnosti a optimalizuje proces indentace. Určení mechanických vlastností se provádí na základě parametrů indentace. K dispozici je možnost používání různých indentorů, jako např. Brinell, Vickers, Knoop, Berkovich, Rockwell. Grafická závislost zatíženíhloubka ukazuje na deformační chování materiálu během cyklu zatížení.

Snímač zatížení je vyměnitelný dynamometr, který obsahuje deformační pásky pro měření malých hodnot zatížení, větší hodnoty zatížení se měří tužším prvkem dynamometru, válcem. Zvýšením celkového měřeného rozsahu deformace snímačem zatížení pomocí deformačních pásků se zvyšuje úroveň deformace tenzometrických snímačů a tím přesnost detekce nízkých hodnot zatížení, což dovoluje zvýšit frekvenci záznamu registrovaného signálu (mV) při stejné citlivosti měřicích prvků, tenzometrických snímačů. Pro optimalizaci procesu měření hodnot zatížení během indentace byly vyvinuty snímače zatížení několika typů.

-3 CZ 304637 B6

Snímač posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje pákový násobič lineárního posuvu indentoru během jeho vtlačování do povrchu zkušebního vzorku, který zvyšuje úroveň průhybu deformačního pásku. Zvýšením úrovně deformace tenzometrických snímačů, které jsou připojené k deformačnímu pásku, se dosahuje zvýšení frekvence záznamu registrovaného signálu (mV) a zvětšuje se přesnost detekce malých posuvů při stejné citlivosti měřicích prvků, tenzometrických snímačů. Pro optimalizaci procesu měření hodnot posuvu během indentace byly vyvinuty snímače posuvu několika typů.

Měřicí systém umožňuje nepřetržité měření elektrických signálů (mV), které odpovídá změnám měřených parametrů hloubky vtisku (h) a aplikovaného zatížení (P) během indentace, kde podle závislostí zatížení-hloubka a napětí-deformace vlastnosti jako modul pružnosti, mez kluzu, mez pevnosti, a také energie elastické a plastické deformace, exponent zpevnění, velikost zrna.

Objasnění obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je znázorněn v nárysu příkladný instrumentovaný měřicí systém. Na Obr. 2 je znázorněno příkladné měřicí zařízení. Na Obr. 3(a)je dynamometr košíkového typu. Na Obr. 3(b) je dynamometr válcového typu. Na Obr. 4(a) je kapsle pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek pákového typu. Na Obr. 4(b) je kapsle pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek typu můstek. Na Obr. 4(c) je kapsle pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek typu rameno. Obr. 5 ilustruje umístění snímače akustické emise ve víku pouzdra, Obr. 6(a) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí tvrdoměru. Obr. 6(b) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí trhacího stroje. Obr. 6(c) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí piezoelektrického prvku. Obr. 6(d) ilustruje variantu zatížení měřicího zařízení pomocí zatěžovacího mechanismu s pákovým přenosem. Obr. 7 ilustruje typickou indentační křivku zatížení-hloubka, která obsahuje hodnoty zatížení (N) a hloubky (mm).

Příklady uskutečnění vynálezu

Cíle a výhody předkládaného vynálezu jsou detailně popsány v následujícím textu a doplněny o obrazovou dokumentaci.

Instrumentovaný měřicí systém obsahuje počítač 1, zesilovač 2 analogového signálu, držák zkušebního vzorku 3, měřicí zařízení 4 a zatěžovací mechanizmus 5. Měřicí zařízení obsahuje pouzdro 6, adaptér 7, pružinu 8, kapsle 9, tenzometrické snímače £0, deformační pásek 11, páku 12, dynamometr 13, deformační pásek 14, válec £5, tyč 16. držák 17 indentoru, indentor 18, víko 19 pouzdra, snímač 20 akustické emise, zkušební vzorek 3.

Na Obr. 3(a) je dynamometr 13 košíkového typu pro měření použitého zatížení, který obsahuje deformační pásky 14, válec 15 a tenzometrické snímače £0. Na Obr. 3(b) je dynamometr 13 válcového typu pro měření použitého zatížení, který obsahuje tenzometrické snímače £0.

Na obr. 4(a) je kapsle 9 pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek 11 pákového typu, pákový násobič 12, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Na obr. 4(b) je kapsle 9 pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek 11 typu můstek, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Na Obr. 4(c) je kapsle 9 pro měření posuvu, která obsahuje deformační pásek 11 typu rameno, kulovou misku 22, tenzometrické snímače £0 a snímač 20 akustické emise. Snímač 20 akustické emise může být ve víku £9 pouzdra.

-4CZ 304637 B6

Na Obr. 6 jsou znázorněny různé varianty zatížení měřicího zařízení 4 pomocí tvrdoměru 26, trhacího stroje 27, piezoelektrického prvku 28 a pomocí zatěžovacího mechanismu 30 s pákovým přenosem 29.

Na Obr. 7 je znázorněna typická indentační křivka zatížení-hloubka, která obsahuje hodnoty zatížení (N) a hloubky (mm).

Jak znázorňuje Obr. 1, měřicí systém je určen k provedení indentační zkoušky a obsahuje držák zkušebního vzorku 3, testovaný pomocí měřicího zařízení 4, které generuje signály během procesu indentace při zatížení vytvořeném zatěžujícím mechanizmem 5, registrované zesilovače, 2 analogového signálu a ukládány do počítače i.

Jak dokumentuje Obr. 2, při přiložení zatížení k adaptéru 7 zatěžujícím mechanizmem 5 se adaptér 7 začíná pohybovat v pouzdru 6 měřicího zařízení 4. Pouzdro 6 je přitlaěováno ke zkušebnímu vzorku 3 pomocí víka 19 s pružinou 8. Zatížení je dále přenášeno z adaptéru 7 na dynamometr 13, který přes držák 17 indentoru vtlačuje indentor 1_8 do povrchu zkušebního vzorku 3. Tyč J_6 se pohybuje spolu s indentorem 18 a způsobuje snížení průhybu deformačního pásku 11 pomocí páky 12 násobiče. V počáteční pozici, kdy indentor J_8 leží na povrchu zkušebního vzorku 3, je tyč 16 přitlačena k indentoru 18 pomocí deformačního pásku 11 přes páku 12 násobiče. Páka 12 má ve své spodní části kulovou misku 22 sloužící k vycentrování tyče 16. Tyč 16 je opatřena vodicím lemem, který omezuje její axiální pohyb, čímž chrání obsah kapsle 9 a zabraňuje vypadnutí tyče 16 během výměny indentoru 18.

Na začátku indentačního procesu, v oblasti nízkých hodnot zatížení se deformační pásky 14 dynamometru 13 deformují elasticky jako první, dále se elastická deformace přenáší na tužší prvek dynamometru 13 - válec 15. Deformační pásky 14 dynamometru 13 košíkového typu, které se nacházejí ve více deformovaném stavu než válec 15, zvyšují diskrétnost signálu generovaného tenzometrickými snímači 10, čímž se dosahuje větší přesnost měření malých zatížení. Větší zatížení jsou potom registrovány tenzometrickými snímači 10 válce 15. Signál generovaný tenzometrickými snímači 10 se zaznamenává zesilovačem 2 analogového signálu a ukládá se do počítače 1. Otvor v horní části dynamometru 13 slouží k polohování kapsle 9 a poskytuje potřebný prostor pro pohyb částí měřicího zařízení 4 během procesu indentace. Další modifikací dynamometru 13 je dynamometr válcového typu, který má jednodušší provedení a je určen hlavně pro měření větších zatížení. Tenzometrické snímače 10 jsou v tomto případě umístěny na jeho vnějším povrchu.

Kapsle 9 snímače posuvu je určená nejen pro měření posuvu indentoru 18 a zabránění mechanického poškození svého obsahu, ale také zachycuje dynamometr 13 i po odtížení měřicího zařízení 4 a během výměny indentoru 18. Kapsle 9 je samostatným prvkem měřicího zařízení 4, zabezpečuje snadný přístup ke svému obsahu, opravu nebo výměnu v případě poškození. Signál tenzometrických snímačů 10 připojených k deformační pásce 11 pákového typu je generován průhybem deformační pásky 11 působícím zařízením a je průběžně registrován zesilovačem 2 analogového signálu a ukládán do počítače 1. Deformační páska H přitlačovaná pákou 12 k horní části kapsle 9 pomocí tyče 16 slouží ke zvětšení diskrétnosti signálu generovaného tenzometrickými snímači 10, které jsou připojené k deformační pásce 11. Kulová miska 22 na spodní straně páky 12 slouží k vycentrování tyče 16. Pomocí navrženého pákového systému kapsle 9 se zvětšuje přesnost měření malých posuvů indentoru j_8 během probíhající zkoušky. Další modifikací kapsle 9 snímače posuvu je kapsle 9 obsahující deformační pásku 11 typu můstek, kulovou misku 22, tenzometrické snímače 10 a snímač 20 akustické emise. Kapsle 9 má jednodušší provedení a je určená hlavně pro měření větších posuvů. Modifikace kapsle 9 snímače posuvu s deformační páskou JT typu rameno je znázorněna na Obr. 4(c). Skládá se z kulové misky 22, tenzometrických snímačů 10 a snímače 20 akustické emise, má jednodušší provedení a je určená hlavně pro měření větších posuvů.

-5CZ 304637 B6

Měřicí zařízení také obsahuje snímač 20 akustické emise, čímž se rozšiřují jeho možnosti. Například, určení parametrů zatížení, které odpovídají mezním stavům a porušení materiálu, ne vždy možné při studiu vlastností systémů jako substrát/povlak. Tento problém řeší předložený vynález záznamem signálu akustické emise (mV) během indentace, který je generován zkušebním vzorkem 3 při dosažení mezních stavů a je registrován zesilovačem 2 analogového signálu a ukládán do počítače i. Během indentace může být akustický signál generován porušením materiálu nebo také v průběhu jeho fázových transformací. Snímač 20 akustické emise je umístěn na deformačním pásku 12 v kapsli 9 snímače posuvu přímo nad kulovou miskou 22. Snímač 20 akustické emise je umístěn ve víku 19 pouzdra měřicího zařízení 4 pro zvýšení jeho citlivosti na procesy probíhající pod indentorem 18 ve zkušebním vzorku 3.

Měřicí systém je používán společně se zatěžovacím mechanizmem 5, který je připojen k měřicímu zařízení 4 pomocí adaptéru 7. Na Obr. 6(a) je znázorněná varianta použití tvrdoměru 26 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 6(b) je znázorněná varianta použití trhacího stroje 27 jako zatěžovacího mechanizmu 6. Na Obr. 6(c) je znázorněná varianta použití piezoelektrického prvku 28 jako zatěžovacího mechanizmu 5. Na Obr. 6(d)je znázorněná varianta zatěžovacího mechanizmu 5 s pákovým přenosem 29. Jako vlastní mechanizmus 30 zatížení může být použito např. elektromotoru.

Průmyslová využitelnost

Měřicí systém pro nedestruktivní zkoušky vtlačováním indentoru podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění ve zkušebnách, laboratořích a podobně.

Mgr. Maxim Puchnin, Mgr Evgeniy Anisimov, Ph.D.

GOST 18835-73

GOST 22762-77

ASTM WK381

Anisimov Evgeniy, Puchnin Maxim: Reduction of Elastic modulus of Titanium Alloy TÍ-6A14V by Quenching, in Book of Abstracts, Local Mechanical Properties, 2012, Slovák Republic, ISBN 978 80 553 1163 0.

Puchnin Maxim, Anisimov Evgeniy: The Method of Accounting of Elastic Deformation Occur During the Automated Balí lindentation Test, in Conferrence Proceedings, COMAT, 2012, Czech Republic, ISBN 978-80-87294-34-5.

Degtyarev V.Í., Lagveshkin V.Ya. Perenosnaya tenzometricheskaya golovka dlya opredeleniya mehanicheskih svoystv metallov vdavlivaniem, Izmeritelnaya tehnika, 1982, nomer 5, SSSR, ISSN 0368 1025.

N. H. Faisal, J. A. Steel The Use of Acoustic Emission to Characterize Fracture Behavior During Vickers Indentation of HVOF Thermally Sprayed WC-Co Coatings, Journal of Therman Spray Technology, Vol. 18(4), p. 525 až 535, (2009).

Markus G. R. Sause, Daniel Schultheip Acoustic emission investigation of coating fracture and delamination in hybrid carbon fiber reinforced plastic structures, Journal of Acoustic Emission, Vol. 26, ρ. 1 až 13,(2008).

US 2 839 917 (Webster) 24.06.1958. US 3 367 174 (Affri) 06.02.1968.

US 3 934 463 (Vanderjagt) 27.01.1976.

-6CZ 304637 B6

US 4 034 603 (Leeb) 12.07.1977.

US 4 059 990 (Glover) 29.11.1977.

US 4 103 538 (Stoferle) 01.08.1978.

US 4 159 640 (Lévéque) 3.07.1979.

US 4 182 164(Fohey) 08.01.1980.

US 4 245 496 (Napetschnig) 20.01.1981. US 4 304 123 (Ashinger) 08.12.1981.

US 4 312 220 (Borgersen) 26.01.1982.

US 4 435 976 (Edward) 13.03.1984.

US 4 534 212 (Targosz) 13.08.1985.

US 4 535 623 (Gilberto) 20.08.1985.

US 4 611 487 (Kreen) 16.09.1986.

US 4 635 471 (Rogers) 13.01.1987.

US 4 856 326 (Tsukomoto) 15.08.1989.

US 5 616 857 (Merck) 01.04.1997. PCT/USOO/09940 (White) 13.04.1999.

US 6 026 677 (Bonin) 22.02.2000. PCT/KR02/01351 (Lee) 18.07.2002.

US 6 755 075 B2 (Nagashitna) 29.01.2004. US 6 718 820 (Kwon) 13. 04. 2004. PCT/IB2005/002275 (Beghini) 01.08.2005. US 7 066 013 B2 (Wu) 27.06.2006.

US 2009/0107221 Al (Emts) 30.04.2009. EP2 390 649 Al (Sakuma) 18.01.2010.

EP 2 345 884 A2 (Sawa) 06.01.2011.

US 2011/0132078 Al (Wu) 09.06.2011.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Měřicí systém pro nedestruktivní zkoušky vtlačováním indentoru, obsahující zatěžovací mechanizmus (5) zkušebního vzorku (3) a měřicí zařízení (4) opatřené snímačem (9) posuvu a snímačem (13) zatížení, vyznačující se tím, že měřicí zařízení (4) obsahuje pouzdro (6), ve kterém je umístěn adaptér (7) s pružinou (8) a snímač (9) posuvu, opatřený tenzometrickým snímačem (10) a deformačním páskem (11) a snímač (13) zatížení opatřený deformačními páskami (14), válcem (15) a tyčí (16), procházející od indentoru (18) umístěného v držáku (17) k snímači (9) posuvu.
2. 2. Měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že zatěžovací mechanizmus (5) je tvořen tvrdoměrem (26) podle Brinella, Vickerse, Rockwella, univerzálním trhacím strojem (27), pákovým mechanizmem (29) se svým vlastním zdrojem zatížení nebo piezoelektrickým elementem (28).

   -7CZ 304637 B6
3. 3. Měřicí systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač (9) posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí, která obsahuje pákový násobič (12) lineárního posuvu indentoru (18) s kulovou miskou (22) pro uložení tyče (16), přičemž k deformačním páskům (11) jsou připojeny tenzometrické snímače (10) pro generování signálu (mV) v závislosti na jejich elastické deformaci, pro jejich registrování v zesilovači (2) analogového signálu a pro ukládání do počítače (1).
4. 4. Měřicí systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí (9), která obsahuje deformační můstek (11) s kulovou miskou (22) pro uložení tyče (16) a tenzometrické snímače (10).
5. 5. Měřicí systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač posuvu je tvořen vyměnitelnou kapslí (9), která obsahuje deformační pásek (11) ve tvaru ramena opatřeného kulovou miskou (22) pro uložení tyče (16) a tenzometrické snímače (10).
6. 6. Měřicí systém podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že snímač zatížení je tvořen vyměnitelným dynamometrem (13), který je opatřen deformačními páskami (14) s tenzometrickými snímači (10) pro měření malých hodnot zatížení a pohybovým válcem (15) s tenzometrickými snímači (10), přičemž tenzometrické snímače (10) jsou propojeny se zesilovačem (2) analogového signálu a počítačem (1).
7. 7. Měřicí systém podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, zeje opatřen víkem (19) pouzdra a snímačem (20) akustické emise pro měření akustického signálu, pro jeho registraci zesilovačem (2) analogového signálu a pro ukládání do počítače (1).