材料测试包括硬度测试在分析组件属性时可起到基础但重要的作用,可通过多种方法和技术完成。测定硬度值可以更好地洞悉各种材料的性能、耐久性、强度、灵活性和功能,从原材料到制成的样本和成品。在当今竞争激烈的全球市场中,人们对准确度和生产力的期望值很高,质量和/或生产力出现误差会造成严重后果。如果要保持竞争力,制造、研究和质量控制现在比以往任何时候、在很大程度上都依赖于新的、不断变化的技术,彻底改变、简化、并支持目前更传统的过程。硬件、电子器件、算法和软件方面取得的指数级重大进步带来了更为尖端的材料和硬度测试设备,可以快速、可靠地以极高精度提供有用的材料关键信息。
 

自动转向和图像分析

最常用的两个硬度试样设备是努氏和维氏硬度计。它们用于微观和宏观测试,根据施加一个特定的试验力后测到的金刚石形状压痕的尺寸来确定材料的硬度。根据测试流程的特点,通常需要施加较小的试验力,因此会产生极微小的压痕,以致必须进行显微硬度测量。目前仍在广泛使用的传统方法要求使用可调节物镜分辨率的显微镜,利用目镜手动测量。可想而知,这是个耗时良久、凭借主观臆断,而且可能错误百出的加工过程。一个技术员在一天内操作并目测数以百计的凹痕很正常,随着凹痕量增加,疲劳可能影响测量过程。加之,生成完全分析的硬度测试单位的需要(由超过15个压痕组成,通常是单个试样的15倍)以及灌输当前先进的工艺技术的愿望变得显而易见。过去几年中,这些手动操作流程正在并将继续迅速地为自动化实施流程的每一方面所替代,未来会越来越普遍。材料制备、载物台移动、结果分析、甚至报告领域正在实现新技术。全世界众多实验室都应用的该等技术便是载物台自动横向移动以及努氏和维氏压痕图像分析。

一个自动努普或维氏硬度试验系统通常采用一台完全可控的测试仪。该测试仪包含一个自动转台以及Z轴上的执行机构,以进行压痕和对试样进行自动对焦。增加一台安装了专业硬度测试软件的PC电脑、一个自动XY电动平台和一个USB连接的摄像机来组成一个功能强大的、全自动的硬度测试系统。只要首次设置好试样和存储程序,该系统可以自动制造、测量和报告几乎无限量的横向压痕。

更新的技术省去了大多数的硬件。在过去这些硬件产生很多操作难题,并导致工作环境杂乱不堪。通过虚拟操纵杆可移动装载台,在一些系统上,已将装载台控制器集成至装载台外壳。先进的平台移动算法和机械设计实现比以往任何时候都更高的XY运动精度和可重复性, 这在精密横向移动上至关重要,比如表面深度分析。图像分析和载物台自动移动技术已在硬度测试领域应用,而且还会继续发展,并会进一步提高测试过程的准确度和效率。相机技术从抓帧器进化到IEEE Firewire接口和USB接口,移除了额外的硬件同时增加相机分辨率和视野。目前先进的相机技术、电脑高速的处理能力,以及不断升级的软件包,大大提高了自动硬度测试系统的精度、重复性和可靠性。过去其在表面处理、照明、预设校准、阈值和像素大小方面的限制几乎都已经得到解决而且仍在持续进步。这样,我们就能放手“让仪器自己工作”并信赖测试结果,以不断提高系统的处理能力和测试的一致性,重要的是,还能让操作员放手去完成其他的工作。进一步扩大生产即利用能够同时用各种类型的夹具固定2个、4个、甚至6个试样的更大尺寸的XY纵横移动载物台 。预编程和保存横移已打开且样品已对齐夹具,此外,只需单击一下,便可启动每个样品上的压痕和横移量读取和报告。自动对焦可减少由Z轴变化导致的任何压痕模糊问题。新的软件甚至还可在横移内部和之间设置不同的硬度、力和显微镜目标。自动化测试对洛氏硬度测试而言也越来越有利,特别是要求进行重复测试的模式,比如顶端淬火测试。该测试要求对大量的钢筋进行完全测试和报告。只需点击一下鼠标,大量的测试工作可以自动完成。