压痕硬度在线测量系统的设计与实现
利用纳米压痕技术研究材料力学性能的实验方法和数据处理
利用纳米压痕技术研究材料力学性能的实验方法和数据处理纳米压痕技术是一种常用的实验方法，用于研究材料的力学性能。
通过在材料表面施加一定的压力，可以得出材料的硬度、弹性模量、塑性和蠕变等力学性能参数。
本文将介绍纳米压痕技术的实验方法和数据处理。
一、实验方法纳米压痕实验的基本步骤包括样品制备、仪器调试和实验操作三个环节。
1. 样品制备首先，需要选择一种适合的材料作为实验样品。
通常选择金属、陶瓷或者聚合物等材料进行实验，要求样品平整光滑，无表面缺陷和污染。
2. 仪器调试将样品放置在纳米压痕仪上，通过调整压头的位置和角度，使其与样品接触。
此外，还需要调节加载速度和加载时间等参数，以便获得准确的实验数据。
3. 实验操作将压头从样品表面开始施加压力，然后逐渐升高，并不断记录加载力和压头的位移。
在实验过程中，还可以观察材料的变形情况，并记录下来。
二、数据处理纳米压痕实验的数据处理主要包括硬度计算、弹性模量计算和力学性能参数曲线的绘制。
1. 硬度计算根据实验中测得的加载力和压头位移数据，可以通过分析加载-位移曲线，确定实际的压痕深度。
然后，根据深度和试验过程中加载的最大力，可以计算出材料的硬度值。
2. 弹性模量计算纳米压痕实验中，弹性阶段的加载-位移曲线可以用来计算材料的弹性模量。
通过测量压头与样品接触前后的压头力和位移，以及样品的几何参数，可以利用相关公式计算出弹性模量值。
3. 力学性能参数曲线绘制根据实验中测得的硬度和弹性模量值，可以绘制出材料的力学性能参数曲线。
这个曲线可以展示材料在不同压力条件下的硬度、弹性模量和塑性等性能参数。
三、纳米压痕技术的应用纳米压痕技术广泛应用于材料研究和工程实践领域。
它可以用来评估材料的力学性能，了解材料的结构和性质之间的关系，同时也有助于材料的设计和优化。
1. 材料研究通过纳米压痕实验，可以研究材料的力学行为和变形机制。
例如，可以了解到材料的塑性行为、蠕变特性和疲劳性能等。
这些信息对于材料的研究和发展具有重要意义。
硬度试验压痕直径的图像测量及实现
１０８布氏硬度试验压痕直径的图像测量及实现用信息，从而完成测量。
它是近年来在测量领域中形成的新的测量技术。
由于其非接触、信息量丰富、相对成本低和能实现快速自动化测量等优点，广泛席用于实时、在线的精密测量。
图像测量系统一般由图像获取硬件装置和图像处理软件及计算机组成。
图像获取装置包括：图像传感器（ＣＣＤ相机）和图像采集设备、照明光源、摄像镜头、及组台安装这些器件的机械装置。
图像处理软件完成对图像获取的控制、图像处理、特征信息的提取和测量、及结果的存储和输出。
计算机是图像处理软件运行的载体。
压痕尺寸图像测量系统包括：面阵ＣＣＤ相机，镜头，照明光源，工作台和计算机。
３压痕图像分析３．１布氏硬度压痕理论尺寸布氏硬度试验方法使用合金钢球形压头．在试样上残留的压痕为圆形，测量残余圆形压痕的直径可以计算出布氏硬度。
根据试样硬度的不同，共有ｌｍｍ、２．５ｍｍ、５ｍｍ和ｌＯｍｍ四种直径的球形压头可选择，有效的压痕直径对应为０．２４ｍｍ～０．６ｍｍ、０．６ｍｍ～１．５ｍｍ、１．２ｎｌｍ～３ｍｍ和２４ｍｍ～６ｍｍ，因此对应的压痕深度为０．０１４ｍｍ～０．１ｍｍ、Ｏ．０３６ｍｍ～０．２５ｒａｍ、Ｏ．０７３ｍｍ～０．５ｍｍ｝Ｈ０．１４６ｍｍ～ｌｍｍ。
布氏硬度试验方法要求试样的表面粗糙度小于０．８，试样表面非常光亮，而压痕非常浅，因此对压痕图像的获取装置提出了比较高的要求。
【ｌＪｆ２ｌ３．２压痕图像分析３．２．１压痕灰度图像对于压痕图像来说，残余压痕圆的轮廓是需要得到的有用信息，试样的残余压痕深度很浅．将会导致压痕图像对比度差，因此图像获取装置的光源、ＣＣＤ摄像头的景深和聚焦精度对压痕图像的质量有至关重要的影响。
图ｌ是用三坐标测量机的图像测头拍摄的几组压痕的灰度图片。
（ａ）顶都环形光源（ｂ）项部平行光（ｃ）顶部平行光Ａ（ｄ）顶部平行光Ｂ圈１压痕的几组灰度图片布氏硬度试验压痕直径的图像测量及实现压痕图像处理的核心就是图像分割，根据压痕图像的特点，使用闽值法。
利用纳米压痕技术研究材料力学性能的实验方法和数据处理
利用纳米压痕技术研究材料力学性能的实验方法和数据处理纳米压痕技术是一种用于研究材料力学性能的重要实验方法，它可以通过在纳米尺度下对材料进行压痕测试，得到材料的硬度、弹性模量等力学性能参数。
本文将介绍纳米压痕技术的实验方法，并讨论如何进行数据处理和分析。
一、纳米压痕实验方法纳米压痕实验通常采用纳米硬度计进行。
纳米硬度计具有一个具有知名几何形状的金刚石扣、压头、压头和试样间的距离控制装置类似恒定速率模式（法的独特设计和控制技术。
实验步骤如下：1.样品制备：将所要测试的材料制备成平整的样品。
通常可以使用机械研磨、电子抛光等方法对样品进行制备和表面处理。
2.样品安装：在纳米硬度计的测试平台上安装样品。
确保样品表面垂直于压头的运动方向，以获得准确的测试结果。
3.压痕力的选择：根据所要研究的材料的硬度，选择合适的压痕力。
通常，压痕力在几微牛到几百微牛之间。
4.压痕测试：将压头缓慢逼近试样表面，直到产生明显的弹性变形。
然后继续加大压痕力，直到达到设定的最大力值。
此过程中，纳米硬度计会实时记录压头的位置和力值。
5.压头退休：当压痕测试结束后，压头会逐渐从试样表面移开，直到与试样分离为止。
6.数据记录：在测试过程中，纳米硬度计会实时记录测试数据，包括压头的位置和力值。
这些数据可以用于后续的数据处理和分析。
二、数据处理和分析1.压头形状校正：由于压头的几何形状可能会对测试结果产生影响，因此需要对测试数据进行压头形状校正。
常见的方法是通过使用已知硬度和弹性模量的标准材料进行校正计算。
2.压痕深度测量：根据压头的位置和试样的厚度，可以计算出压痕的深度。
压痕深度与试样的硬度和弹性模量相关联，可以用于后续的力学性能参数计算和分析。
3.力位曲线分析：力位曲线是指在测试过程中纳米硬度计记录的压头位置和力值的曲线。
通过分析力位曲线，可以获得材料的硬度、弹性模量、塑性变形等力学性能参数。
4. 转化计算：通过引入相关的力学模型和计算公式，可以将压痕测试得到的数据转化为所研究材料的力学性能参数。
纳米压痕 硬度
纳米压痕硬度纳米压痕硬度是指利用纳米压痕仪测量材料表面硬度的一种方法。
纳米压痕技术可以在纳米尺度下对材料的硬度进行定量分析和评估。
本文将从纳米压痕的原理和方法、纳米压痕硬度的意义以及纳米压痕在材料研究和应用中的重要性等方面进行探讨。
一、纳米压痕的原理和方法纳米压痕技术是一种通过在材料表面施加微小载荷并测量其产生的压痕形成的深度和硬度来评估材料硬度的方法。
其基本原理是利用纳米压痕仪通过压痕针对材料表面施加一定的载荷，然后测量产生的压痕形成的深度，进而计算出材料的硬度。
纳米压痕的方法可以分为静态压痕法和动态压痕法两种。
静态压痕法是指在恒定载荷下测量压痕的深度，通过测量压痕的尺寸和载荷大小计算出材料的硬度。
动态压痕法是指在不同载荷下测量压痕的深度，并绘制载荷与压痕深度的曲线，通过分析曲线的斜率和形态等参数计算出材料的硬度。
二、纳米压痕硬度的意义纳米压痕硬度是材料硬度的一种重要指标，可以用来评估材料的力学性能和耐磨性能。
通过纳米压痕硬度的测量，可以对材料的力学性能、材料的组织结构和材料的表面性质等进行定量分析和评估。
纳米压痕硬度的测量结果可以用于研究材料的力学性能，如材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等。
同时，纳米压痕硬度还可以用于评估材料的耐磨性能，如材料的抗刮伤性能和抗磨损性能等。
三、纳米压痕在材料研究和应用中的重要性纳米压痕技术在材料研究和应用中具有重要的意义。
首先，纳米压痕技术可以用于研究材料的力学性能和耐磨性能，为材料的设计和开发提供重要的参考依据。
其次，纳米压痕技术可以用于评估材料的质量和性能，如材料的硬度、强度和韧性等。
纳米压痕技术还可以用于研究材料的力学行为和材料的变形机制等。
通过纳米压痕的实验研究，可以深入了解材料的变形行为和材料的力学性能等，为材料的设计和改进提供重要的理论基础。
纳米压痕技术在材料研究和应用中的重要性还体现在材料的表面改性和薄膜涂层等方面。
纳米压痕技术可以用于评估材料的表面硬度和涂层的质量，为材料的表面改性和薄膜涂层的应用提供重要的参考依据。
纳米压痕硬度计原理
纳米压痕硬度计原理
纳米压痕硬度计是一种用于测量材料硬度的仪器，其原理基于压痕理论和纳米力学。
本文将为读者详细介绍纳米压痕硬度计的原理及其应用。
纳米压痕硬度计的原理是通过在材料表面施加压力，然后测量压痕的深度和宽度，从而计算出材料的硬度。
压痕的深度和宽度可以通过高精度显微镜或原子力显微镜来测量。
纳米压痕硬度计的测量过程需要先将一个钨基的压头压在待测试材料表面，施加一定压力，然后缓慢卸载压头，此时留下了一个压痕。
通过测量压痕的深度和宽度，可以计算出材料的硬度。
在进行测量时，需要注意一些实验参数的选择，如压头的形状、大小、压力等。
这些参数的选择将直接影响到测量结果的准确性和可靠性。
纳米压痕硬度计的应用非常广泛，特别是在材料科学研究和工业应用中。
它可以用于测量各种材料的硬度，包括金属、陶瓷、聚合物等。
同时，还可以用于研究材料的力学性能、表面形貌、疲劳性能等。
纳米压痕硬度计是一种非常重要的材料测试仪器，其原理基于压痕理论和纳米力学。
通过测量压痕的深度和宽度，可以计算出材料的
硬度，从而了解材料的力学性能和表面形貌。
它的应用范围广泛，可以用于材料科学研究和工业应用中。
纳米压痕仪材料硬度测试
纳米压痕仪材料硬度测试在材料科学领域，了解材料的硬度是非常重要的，因为它能够影响材料的性能和适用范围。
为了准确测量材料的硬度，科学家们开发出了各种各样的测试方法，其中纳米压痕仪被广泛应用于材料硬度的检测。
1. 纳米压痕仪简介纳米压痕仪是一种用于测量材料硬度的仪器，它利用负荷施加到材料表面上的压痕来推断材料的硬度。
它可以通过控制负荷大小、压头形状和实施时间等参数来获得准确的硬度数据。
2. 实验步骤为了进行纳米压痕测试，首先需要准备好样品和仪器。
样品应具有一定的平整度和光洁度，以保证测试结果的准确性。
接下来，将样品放置在纳米压痕仪的测试台上，并根据样品的特性选择合适的压头形状。
然后，通过调节测试参数，如负荷大小、实施时间和扫描速度等，进行测试。
当测试完成后，纳米压痕仪将自动计算材料的硬度值。
3. 材料硬度测试的意义材料的硬度不仅可以用于评估材料的强度和耐磨性，还可以预测材料在特定环境下的表现。
例如，如果一个材料的硬度值较高，那么它很可能具有较好的耐磨性和抗变形能力，这意味着它可以在高负荷、高温或其它极端条件下长时间稳定地使用。
4. 应用实例纳米压痕仪的应用非常广泛。
在材料科学领域，它被用来评估金属、陶瓷、塑料、橡胶等各种类型材料的硬度。
这些数据有助于研究人员了解材料的性能、制定材料选择和加工方案，并为工程师提供材料性能的参考。
5. 结语纳米压痕仪是一种非常有用的材料硬度测试仪器，它在材料科学研究和工程实践中起着重要的作用。
通过使用纳米压痕仪，科学家们能够准确地测量材料的硬度，并据此进行材料性能预测和优化，为各种工程应用提供了有力的支持。
THI100 布氏硬度压痕图像测量系统 使用说明书
THI100布氏硬度压痕图像测量系统使 用 说 明 书A105-00 SMTHI100布氏硬度压痕图像测量系统共 18 张第 1 张图样标记重量比例使用说明书设计标准化S A BTHI100布氏硬度压痕图像测量系统使用说明书时代集团北京时代之峰科技有限公司目录1 概述 (1)1.1 测量原理 (1)1.2 适用范围 (1)2 主要性能参数 (1)3 基本配置与结构原理 (1)3.1 基本配置 (1)3.2 结构示意图 (1)3.2.1 光学系统 (2)3.2.2 软件操作界面 (2)4 安装与调整 (3)4.1 计算机软件安装 (3)4.2 测量头安装使用 (3)4.2.1 测量10mm压头实验压痕 (3)4.2.2测量5mm、2.5mm压头实验压 (3)5 使用操作方法 (4)5.1电源、信号线连接 (4)5.2 运行测量软件 (4)5.3 图像采集测量 (4)5.3.1 参数设定 (4)5.3.2 图像采集 (4)5.3.3 硬度测量存储 (5)5.3.4 测试完毕 (6)5.4 自标定 (7)6 维护、保养与注意事项 (7)附录 布氏硬度压痕图像测量系统软件界面功能介绍 (8)1 “F文件”菜单 (8)2 “编辑”菜单 (9)3 “查看”菜单 (9)4 “O选项” (9)5 “A实时显”、“P停止实时显”菜单 (10)6 “S单帧采”菜单 (10)7 “M测量”菜单 (10)8 “H帮助”菜单 (13)9标尺线移动方法 (14)10快捷方式 (14)1 概述1.1 测量原理：根据光学成像的原理，采用CCD摄像机作为长度测量传感器，将布氏硬度计实验试样表面压痕通过光电转换在计算机上显示，存储测量压痕的直径，并计算显示存储布氏硬度值。
该仪器的长度测量传感器CCD具有较高的采样分辨率，布氏硬度的计算、显示、存储由计算机完成，本系统具有较高的测量精度和操作效率。
1.2 适用范围：仪器执行最新国家标准：GB/ T231.2 《金属布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准》、JJG 150-2005《金属布氏硬度计》对压痕测量装置分辨力、允许误差的规定，测量压头直径2.5mm、5mm、10mm布氏硬度计实验的试样表面压痕。
压痕自动测量系统原理
压痕自动测量系统原理
压痕自动测量系统是一种多功能的大型综合测试设备，它将光学、电子、机械等技术完美结合起来，集力学性能测试和图像采集于一体，可在线测量和处理压痕图片，并可用于材料力学性能的分析。
其主要特点如下：
1.采用激光干涉测量技术，即利用光学干涉原理对试样表面
进行测试的一种测量技术。
通过将光强信号转换为电信号的方法，得到压痕表面的激光干涉条纹图。
2.根据被测物体的几何尺寸，在计算机上设定仪器的初始参数。
计算机软件可根据图像处理算法，自动识别被测物体的轮廓，并计算出其相关参数（如面积、周长、高度等）。
3.采用光学数字图像采集技术，即对被测物体上的点进行拍
照或摄像，将其位置和状态信息记录下来。
利用这些信息对被测物体的尺寸和形状进行分析和处理。
4.计算机软件自动计算出压痕表面的面积、周长、高度等参数，并可将结果保存为pdf格式文件。
5.利用电子数据采集卡（数采卡）进行数据采集和处理，并
将结果保存为txt格式文件。
—— 1 —1 —。
压痕硬度测试方法
压痕硬度测试方法压痕硬度测试方法？嘿，那可真是个超厉害的玩意儿！先说说步骤吧！首先得准备好测试样品，这就像要上战场得先备好武器一样重要。
然后选择合适的压头，不同的压头就像不同的兵器，得根据具体情况来挑。
接着，施加一定的压力，让压头在样品上留下压痕。
这一步可得小心，就像走钢丝一样，不能太用力也不能太轻。
最后，测量压痕的尺寸，通过公式计算出硬度值。
哇塞，是不是听起来就很有技术含量？注意事项也不少呢！测试环境得稳定，不能有风啊震动啥的干扰，不然就像在波涛汹涌的大海上划船，根本没法准确测量。
样品的表面也得平整光滑，不然压痕都不标准。
还有啊，操作的时候一定要小心，别把压头弄坏了，那可就亏大了。
安全性方面，只要按照正确的步骤操作，一般不会有啥大问题。
但要是不小心，那可就危险了，就像玩火自焚一样。
稳定性也很重要，要是测试过程中不稳定，那结果肯定不准确，就像在摇晃的船上拍照，能清楚才怪呢。
应用场景那可多了去了。
比如在材料科学领域，可以用来测试各种材料的硬度，看看哪种材料更结实。
在制造业中，可以检测产品的质量，确保产品符合标准。
这就像医生给病人做检查，能及时发现问题。
优势也很明显啊，操作简单，结果准确，还能快速得到硬度值。
这不是很棒吗？实际案例来啦！有一次，一家工厂生产了一批零件，不知道硬度够不够。
用了压痕硬度测试方法后，马上就知道了哪些零件合格，哪些不合格。
这就像有了一双火眼金睛，能看穿一切。
压痕硬度测试方法真的超棒！它能让我们更好地了解材料的性能，为我们的生产和生活提供保障。
所以，大家一定要好好利用这个方法哦！。
kingscaniii全自动布氏硬度压痕测量系统
Kingscan® III 全自动布氏硬度压痕测量系统Kingscan III 是针对台式和笔记本电脑使用而设计的全自动布氏硬度压痕测量系统.该系统彻底结束了人眼光学显微镜测量查表计算布氏硬度的传统模式，是现代数码技术与计算机测量技术的完美结合。
该系统可匹配KING便携布氏硬度计实现现场测量，也可单独作为布氏硬度测量系统与任何布氏硬度计构成布氏硬度自动测量系统,同样适用实验室测量。
具有快速、准确、高重复性及高性价比等特点。
Kingscan III可以让没有任何使用经验的使用者得到0.01mm的读数精度。
测量时只要把摄像头置于布氏硬度压痕上，移动摄像头使压痕在电子瞄准器内，按下摄像头上的测量按钮或者按下计算机键盘上的任意键即可开始测量。
Kingscan III 将测量环绕压痕圆周多达800个点，可得400个Y坐标方向直径和400个X坐标方向直径，然后依据ASTM E10 计算出压痕直径，1秒钟内压痕直径(mm)和布氏硬度值(HBW)显示在屏幕上。
同时测量软件界面还显示其它特性参数，包括压痕圆度（RND）、压球直径、测试载荷、测试工件序号和测量用时等。
Kingscan III 软件可实现的功能测量窗口同时显示布氏硬度值、直径、测试条件、图像清晰度及圆度。
能够进行参数自定义设置和对单个试件设定参数。
可建立件号、批号组号数据库，以便录入和查看测试数据。
布氏硬度表：输入硬度计压球直径和使用的载荷，屏幕将显示对应测试条件下的布氏硬度对照表。
ASTM - E140 硬度换算表可实现不同硬度制之间的转换。
绘制数据曲线图，这是一个时间对硬度的曲线图。
输入一个时间周期，一幅包括了此周期内所有测试值的曲线图将显示在屏幕上， 此图还显示该周期内的均值和标准偏差。
绘制曲线的硬度数据可以是布氏硬度值也可以是压痕直径。
数据查询功能可以查询任一试样的所有数据。
输入一个特定的时间周期，屏幕将显示对应的所有测试数据。
具有一个简便的校准程序。
纳米压痕仪的工作原理与应用
纳米压痕仪的工作原理与应用纳米压痕仪是一种用于研究材料的力学性能的仪器，它可以实时测量和分析材料的硬度、弹性模量以及其他力学特性。
本文将介绍纳米压痕仪的工作原理、应用领域以及研究成果。
一、工作原理纳米压痕仪通过将压头与样品接触并施加一定的压力，然后测量压头下的压痕深度来评估材料的力学性能。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 样品与压头接触：纳米压痕仪通过微米级定位系统将压头和样品准确接触。
在接触之前，需要校准压头的初始位置以及压头与样品之间的力作用。
2. 施加压力：一旦样品与压头接触，纳米压痕仪会施加预设的压力。
压力的大小取决于研究的材料和要获得的力学参数。
3. 测量压痕深度：当压力施加到样品上时，纳米压痕仪会实时测量压头下的压痕深度。
这可以通过使用纳米压痕仪自带的探针和传感器来实现。
4. 分析力学性能：通过测量压痕的形状和深度，可以计算出材料的硬度、弹性模量以及其他力学特性。
这些计算可以根据不同的模型和标准来进行，如Oliver-Pharr方法等。
二、应用领域纳米压痕仪在材料科学领域有广泛的应用，尤其在研究材料的力学性能、力学变形以及材料的结构性能关系方面。
以下是一些典型的应用领域：1. 薄膜研究：纳米压痕仪可以用于评估薄膜的力学性能，如硬度、弹性模量以及薄膜与基底之间的附着力。
这对于薄膜材料的设计和制备非常重要。
2. 纳米材料研究：对于纳米材料，它们的力学性能与体材料可能存在较大差异。
纳米压痕仪可以用于评估纳米颗粒、纳米线等微观尺度下的力学性能，从而揭示纳米材料的特殊性质。
3. 生物材料研究：纳米压痕仪也可以应用于生物材料的研究，如细胞、组织等。
通过评估生物材料的硬度和弹性模量，可以了解其力学特性与生理功能的关系，有助于生物材料的设计和医学研究。
4. 材料设计和开发：纳米压痕仪可以用于评估新型材料及其性能，帮助材料科学家进行材料设计和开发工作。
通过采用纳米压痕仪进行力学性能测试，可以提供有关材料的重要力学参数，从而指导新材料的合成和优化。
布氏硬度压痕计算机测量系统
ｌ ０ 兰 ｌ 三 兰
与 应 用
布氏硬度压痕计算机测量系统
第 五 婷 婷
（ 陕 西省 产 品质 量监 督检 验 研 究 院 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ８ ）
摘要 ： 文章从传统 布 氏硬度检 测方法入手 ， 对 目前存在 的布 氏硬度检 测方 法进行介 绍与说 明， 分析 传统方 法的弊端， 从 而引入 该行业 目 前推 广的新 型检 测 方法一 基 于计算机 图像识 别技 术的布氏硬度 压痕 测量方法， 该种 新型测量 方法 能够 实现 受检 产品 布氏硬度 测量的 自动化 、 高精度 、 高重 复性 、
快速 ， 直 接数 显 ， 测试 效 率 极 高 。 但是， 同 时也 存 在 很 大 的 缺 陷 ： 非布
该 方法 是 随着 计 算 机 技 术 发展 而 出现 的新 技 术 也足 国 内 外竞 相 积极 投 入 研 发 的 焦 点 。 它 克 服 了第 二 种 方 法 不可 溯 源 的 夺 身缺 陷， 完 全 按 照 布 氏硬 度 测 量 原 理 进 行 ， 可靠 性 、 测 量精 度 、 测 试 效 率 都 得 到 很 大 提 高和 改善 。 目前 ， 国内 也有 部 分 研 究 和 用 ， 但 是 仍 然 存在一 些问题 ： 目前 国 内普 遍 采 用 的都 是 Ｃ ＭＯＳ 成像 ， 通 过 软 件 放 大， 然后 分 析 测 量 ， 不足 真 正 的 按 照 光学 分 辨 率 要 求放 大 ， 实 际分 辨 率 不 足 则导 致 测量 精 度 低 ， 重复性差 。 Ｃ ＭＯ Ｓ 成像也 Ｉ ： ｔ Ｃ Ｃ Ｄ成 像模 糊， 像 素 清 晰度 亮度 较 低 ； 目前 的 软件 系统 也 稳 定 性 不 好 ， 溯 源 性 标 定 功能差。 也就是说 ， 布氏硬度压痕计算机测量系统已在该技术领域有所 发展 ， 但 仍 然 存在 一 定 的缺 陷 ， 并 且应 用 范 围 领域 还 不 够 广 泛 。 综 Ｊ 所述 ， 以上 ３ 种 布 氏硬度 测量 方 法 均 存 在一 些 弊 端 ， 随 杼 新技 术的 出 现 与发 展 ， 为避 免 以 上弊 端 ， 在该 行业 领 域 已出 现 了高 分辨 率 、 高 精 度 的布 氏硬 度 压 痕 计 算机 测量 系统 ， 具 体 计算 机 系 统 工作 流程 为 ： 通过软件编程 ， 实现 图像 的 采 集 、 动态显示、 静态抓拍 、 像 素 分析 、 硬 度测量、 运算 、 数据库管理 、 试验报告 、 压痕图像存档、 数据输出等。 具 体 流程 图见 图 １ 。 该 自动 测量 系 统 足 在 原 硬 件 系 统 的 基 础 上通 过 计算机 编 程 来 搭 建 软 件 系统 ， 软 件 系统 主要 完成 以 下功 能 ： （ １ ） 摄 像 头 图像 动 态 输 出 。 打开撮像头 ， 摄 像机 动 态 画 面 可以实 时显示在测量 界面上 ， 测量 者可以根据动态显示画面移动标准块或
纳米压痕实验报告
纳米压痕实验报告纳米压痕实验报告姓名：张永钦学号：15120982专业：力学班级：15-01一、实验目的1. 了解材料微纳米力学测试系统的构造、工作原理。
2. 掌握载荷-位移曲线的分析手段。
3. 用纳米压痕方法测定的杨氏模量与硬度。
二、实验仪器和设备TriboIndenter 型材料微纳米力学测试系统三、实验原理与方法纳米压痕技术又称深度敏感压痕技术，它通过计算机控制载荷连续变化，并在线监测压入深度。
一个完整的压痕过程包括两个步骤，即所谓的加载过程与卸载过程。
在加载过程中，给压头施加外载荷，使之压入样品表面，随着载荷的增大，压头压入样品的深度也随之增加，当载荷达到最大值时，移载荷位移hhP卸载曲线加载曲线图1 典型的载荷-位移曲线除外载，样品表面会存在残留的压痕痕迹。
图1为典型的载荷-位移曲线。
从图1中可以清楚地看出，随着实验载荷的不断增大，位移不断增加，当载荷达到最大值时，位移亦达到最大值即最大压痕深度maxh ；随后卸载，位移最终回到一固定值，此时的深度叫残留压痕深度rh ，也就是压头在样品上留下的永久塑性变形。
刚度S 是实验所测得的卸载曲线开始部分的斜率，表示为hP S d d u(1)式中，uP 为卸载载荷。
最初人们是选取卸载曲线上部的部分实验数据进行直线拟合来获得刚度值的。
但实际上这一方法是存在问题的，因为卸载曲线是非线性的，即使是在卸载曲线的初始部分也并不是完全线性的，这样，用不同数目的实验数据进行直线拟合，得到的刚度值会有明显的差别。
因此Oliver 和Pharr 提出用幂函数规律来拟合卸载曲线，其公式如下()mh h A P f u -= (2)其中，A 为拟合参数，fh 为残留深度，即为rh ，指数m 为压头形状参数。
m ，A 和fh 均由最小二乘法确定。
对式(2)进行微分就可得到刚度值，即()1f max u maxd d -=-==m h h h h A m hP S (3)该方法所得的刚度值与所取的卸载数据多少无关，而且十分接近利用很少卸载数据进行线性拟合的结果，因此用幂函数规律拟合卸载曲线是实际可行的好方法。
BRINtronic全自动布氏硬度压痕测量系统
BRINtronic®全自动布氏硬度压痕测量系统布氏硬度压痕测量原理概述目前在国际标准上所采用的光测量测试原理，将一束平行光均匀照射到压痕表面，通过光线的反射原理成像来测量压痕直径。
FOUNDRAX的BRINTRONIC全自动布氏压痕测量系统即采用这种方式，来完成自动测量。
BRINtronic全自动布氏硬度压痕测量系统采用目前世界上最先进的像素识别技术，并通过FOUNDRAX 专用布氏硬度压痕分析软件对压痕图像进行分析。
FOUNDRAX通过二十年的研发工作创建了一整套布氏压痕标准图形的数据库，系统在对实际工件的压痕进行分析时只会在符合布氏压痕特性的区域内寻找像素临界点，而对于偏离该区域的点，系统会自动识别并加以剔除，最多时系统会对同一个压痕测量八百个直径。
它完全不同于目前的利用图像扫描方法对压痕进行测量的系统。
因为图像扫描原理无法区别压痕上那些点为标准点，而那些点为由于工件的形状或表面质量等原因而产生的偏离点，并将其统统进行计算。
由于FOUNDRAX的自动识别技术，我们可保证极高的测量精度和重复性。
目前在国外普遍采用BRINtronic 作为标准机或仲裁机使用BRINtronic全自动布氏硬度压痕测量系统采用完全符合ISO、ASTM等国际标准的测量方法，并可提供由UKAS出具的标定证书。
目前，有些工厂在进行布氏硬度测量时采用测深原理，即通过测量压头下压的距离来换算出压痕的直径，这种测量方式在测量原理上存在着比较大的缺陷，如下图所示：另外，目前还存在一种类似于光测量原理的测试方式，与FOUNDRAX不同的是FOUNDRAX的BRINTRONIC采用与国际标准完全一致的测量原理，将平行光直接覆盖压痕，以得到正确的压痕图像。
而另一种方式采用将一束光线直接照射到压痕底部，通过光线的反射原理得到压痕图像。
这种方式在进行测量时存在较大的误差。
完美的解决方案BRINtronic®全自动布氏硬度压痕测量系统是针对读数误差问题的完美解决方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
金 宏 平
（湖北汽车工业学院 机械丁程学院 ，湖北 十堰 ４４２００２）
摘 要 ：针对 传统硬度测量 误差大 、效率低 的缺点 ，设 计 了压痕 硬度在线测量 系统。选用合适 的电动缸与传感 器 实现 了 自动加载与数据采集 ，利用 Ｌａｂｖｉｅｗ软件设计 了系统 的测量与控制软件 ，实现 了硬度在线 自动检测 。试验
ｌ 加载机构
Ｉ 参数设置
Ｉ 数据采集
Ｉ 数 据处理
集到的载荷—位移曲线进行处理与计算 ，获得压痕
的接触面积 ，由此计算材料的压痕硬度值 。典型的
载荷一位移 曲线如 图 １所示 。图 １中 为最大载
荷 ；ｈｍ为最大压人深度 ； 为残余压 痕深度 ；Ｓ为初
第 ３０卷 第 ２期
金宏平 ：压痕硬度在线测量系统的设计与实现
一 ３７一
测量成为生产线上的一道重要工序。因此 ，利用压 痕 技 术设计 出实用 可行 的宏 观硬 度 在线 测量 系统 ， 实现 硬度 的在 线 自动检 测 ，对机 械零 件 的性 能提 高 具 有 重大 意义 。
１ 压痕硬度 的测量原理
痕尺 寸较 大 ，对 构件 的表 面结 构及性 能 有一定 的影 响 ，限制 了其在 表 面完整 性要 求较 高场 合 的使 用 。
随着科技 的发展 ，计算机技术 、传感技术在硬 度测 量 中被 广泛 使 用 。 由于 微纳 米 材 料 的迅 猛 发 展 ，其性能 的测量与评价也 日益受到重视。而 ２０ 世 纪 ９０年代 发 展起来 的压痕 技术 ，其测试 精 度 高 、 残余压痕小 、效率高等特点 ，已被广泛应用于微纳 制造 、薄膜材料等力学性能的测量ｎ 。
在机 械制 造 中 ，硬 度测 量是保 证 产 品质量 号 ｌ生 能的一个重要环节 。为了提高生产效率 ，硬度在线
收稿 日期 ：２０１６－０５—２３ 基金项 目：湖北省 自然科学基金项 目（２０１４ＣＦＢ６２３）；湖北 汽车１＝业学 院博 士基金项 目（ＢＫ２０１３０３） 作者简 介：金宏平 （１９７３一），男 ，湖＝ｌｔ｛ｌｌｌ￣人 ，博士 ，副教授 ，从事测试技术及应用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈＰ－Ｊｉｎ＠１６３．ｃｏｍ
硬度 的精度和准确性 。
２ 压痕硬 度在 线测量 系统 的设计
压痕硬度在线测量系统主要包括加载机构 、参 数设置 、数据采集和数据处理 ４个模块 ，其功能模 块结构图如图 ２所示。
压痕硬 度测 量 与传 统 硬度测 量 过程 完全相
压 痕 硬 度 在 线 测 量 系 统
同 。在 整个 的试 验 过程 中 ，压 痕 硬度 测量 需要 采集 载荷和位移信息 ，然后根据相应的理论和方法对采
结果 表明该系统有 效提高了硬度测量 的准确性 。
关键 词 ：压痕 ；硬度 ；在线测量 中图分类号 ：ＴＢ９３８．２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００８—５４８３（２０１６）０２—００３６—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍ ｐｌｅｍ ｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｎｌｉｎｅ Ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｈａｒｄｎｅｓｓ
硬 度是 材 料 对 外界 物 体 机 械作 用 局 部抵 抗 能 力 的一种 表 现 ，是 衡量 材料 软硬 的判 据 和评 价 材料 力 学性 能 的一个 重 要 指 标 。测 试 硬度 的主 要 方法 有静压法 、划痕法 、回跳法等。 目前大多数传统的 测量 方 法是 采用 普通 的光 学读 数显 微镜 ，人工 测量 出残余压痕的大小 ，然后根据相应的硬度计算公式 手 动求 出硬 度值 。该 测量 方 法 简单 、方便 ，在 工程 实 际中得到 了广泛应用 ；但该方法 的工作效率较 低 ，而且在测量过程 中，人工测量残余压痕尺寸的 误差较大 ，导致硬度值的准确性较低 ，且其残余压
第 ３０卷 第 ２期 ２０１６年 ６月
湖 北汽 车工业 学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．３０ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２０１６
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００８—４８３．２０１６．０２．００９
ｆ ｉｎ Ｈｏｎｇｐｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｙａｎ ４４２００２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌａ ｒｇｅ ｅｒ－ ｒｏｒ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ，ａｎ ｏｎｌｉｎｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａ ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ ａｎｄ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｅｒｅ ｃｈｏｓｅｎ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．Ｕｓｉｎｇ Ｌａｂｖｉｅｗ ｓｏｆ ｔ— ｗａｒｅ．ａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏ１ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａｎ ｏｎｌｉｎｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｈａｒｄｈｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉＳ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋｅｖ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ；ｈａｒｄｎｅｓｓ；ｏｎｌｉｎｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ