用于自动工件试验的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定工件试样(100)的至少一个机械性能的测量装置(10)，其具有至少一个用于光学确定工件试样(100)的工件形状的图像采集单元(12)和至少一个用于在工件试样(100)中产生压痕(101)的机械探头(13)，在此规定，至少所述图像采集单元(12)和机械探头(13)共同形成结构单元(B)。

Device and method for automatic workpiece test

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自动工件试验的装置和方法
本专利技术涉及一种根据独立装置权利要求的用于确定工件试样机械性能的测量装置以及一种根据独立方法权利要求的用于确定工件试样机械性能的方法。本专利技术还涉及一种用于确定工件试样机械性能的测量装置的计算机程序产品。
技术介绍
原则上，用于确定工件试样机械性能的测量装置是已知的。在此可以分为无损工件试验和破坏性工件试验。但是，来自现有技术的测量装置具有复杂的且成本高的测量机构，其中，还总是需要操作者的人工介入以便工件试验提供相应定性的测量结果。许多情况下也需要多个结构上分开的测量装置，以便能施加期望的测量方法。在连续制造工作中的所谓的线上测量或在线测量尤其无法以破坏性工件试验进行。但是，无损或低损的工件试验在连续制造工作中仍要保证试验时间短，以便不中断或延迟连续制造过程。
技术实现思路
本专利技术的任务是至少部分消除从现有技术中知道的缺点。尤其是本专利技术的任务是优选在连续制造过程中只利用一个测量装置实现工件试验、尤其是无损和/或低损的工件试验，在这里，相应的测量方法最好基本可以自动化进行。前述任务通过一种具有独立装置权利要求的特征的测量装置、一种具有独立方法权利要求的特征的方法、一种具有独立软件权利要求的特征的计算机程序产品来完成。本专利技术的其它的特征和细节来自从属权利要求、说明书和附图。在此，关于本专利技术的装置所描述的特征和细节显然也与本专利技术的方法和/或本专利技术的计算机程序产品相关地是适用的，反之亦然，从而关于各自专利技术方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。通过如从属权利要求所述的措施和技术特征，可以实现在独立权利要求中说明的专利技术主题的有利改进和改善。根据本专利技术，用于(尤其是无损和/或低损)确定或许可被固定在测量装置工件托座中以便试验的工件试样的机械性能的测量装置具有至少一个用于光学确定工件试样工件形状的图像采集单元。另外，在本专利技术的测量装置中设有至少一个用于在工件试样中产生尤其是机械压痕的机械探头。另外，至少该图像采集单元和机械探头共同形成结构单元。术语“工件试样”包括所有待检查的试样、尤其是材料试样和原料试样，它们尤其是被检查其材料性能。在此情况下，优选涉及工件试样的机械性能，因为试样或许应该作为半成品来继续加工。术语“机械压痕”是指优选在工件试样表面中产生的凹面，其通过机械探头在工件试样中产生，相似于由冲子产生的冲眼。在此，工件试样可以含有材料，该材料具备各向异性的性能且因此以下也称为“各向异性材料”和/或“各向异性工件试样”。通过将图像采集单元和机械探头结构整合成结构单元而得到以下优点，即，可以实现对工件试样的全自动测量，优选不使工件试样本身和/或测量装置运动。所述自动测量尤其在相应的测量和试验方法执行期间不需要操作者人工介入。优选地，也可以为了执行该方法而使该测量装置(最好一次性)接近该工件试样，从而未使工件试样运动向测量装置，而是相反地使相应的测量装置运动接近工件试样。特别是尤其在例如借助轧制、拉拔等连续制造过程制造的轧制的、挤压的、铸造的和/或拉拔的工件试样情况下，如前所述的将测量装置引导至(尤其是连续)工件试样是很有利的。因此，也可以想到测量装置和也需要的工件托座彼此在结构上分开，由此可以扩展本专利技术测量装置的应用可能性。因此例如可行的是，将本专利技术的测量装置整合至工件试样的加工过程和/或制造过程中，其中，该测量装置优选通过无线电和/或导线和/或网络将相应确定的工件试样机械性能转送至间离的电子单元(尤其设计成服务器和/或云)，由此形成在工件试样的制造和/或加工过程的控制回路中的反馈。由此，可以在很早的时刻进行工件试样制造和/或加工的优化，从而可以产生较少的废品并且能提高质量。本专利技术意义上的工件试样可以是指一个或多个构件、表面层和/或材料试样。工件试样的机械性能此时可以是硬化性能、损伤参数、断裂延伸率、抗拉强度和/或抗压强度、延展性、变形能力、韧性、屈服点、伸展极限、描述蠕变性能的参数、描述材料疲劳的参数、拉伸极限和/或材料硬化。也可以通过本专利技术确定工件试样的其它材料性能，例如像轧制方向或延伸方向。同样，也可以通过本专利技术检查各向异性材料或者确定其材料性能。优选也设有用于固定并试验工件试样的工件托座，它尤其可以通过由图像采集单元和机械探头构成的结构单元的试验框机械连接或固定。因为机械探头向工件试样施加测试力，故有利的是该工件试样以非弯曲的方式尤其被固定在工件托座中。如果工件试样被弯曲地固定在工件托座中，则在所述方法中所需的修正成本增大以获得精确的测量结果。在此，可以通过本专利技术的测量装置来(尤其是全自动，即无需人工介入)执行尤其无损的和/或低损的工件试验/材料试验，它尤其可能导致局部工件性能的确定。不同于常见的拉伸和硬度试验，在本专利技术的用于确定工件试样机械性能的测量中，在工件试样中造成机械压痕，但该机械压痕对于工件试样是低损的或无损的，由此，局部工件性能/参数优选可以通过将(尤其只光学)测量的压痕形貌与在采用材料模型、优化算法和/或人工智能方法、机器学习等情况下基于计算机模拟出的理论压痕形貌相比较来确定。为此，工件试样可以优选通过卡盘尤其是快速套爪卡盘或者测量装置的固定单元被固定在工件托座中，并且其被图像采集单元如此光学采集，即，可由图像采集单元确定工件试样的工件形状。工件托座也可以无需卡紧工件试样地进行，视它的形状结构(例如在平面平行试样情况下)和预定压痕位置而定。但是，工件托座应该为工件试样形成非弯曲底座，以抵抗机械探头的测试力。在本专利技术意义上，工件形状此时可以是指尤其是表面形状和/或几何形状尺寸。此时根据本专利技术可以想到，图像采集单元结合网格以一维、二维和/或三维方式光学采集工件试样。所述测量装置的至少一个机械探头可以(在光学采集之后)通过压痕法借助测试力在工件试样中施加机械压痕。理想地，在每次形成机械压痕后，也进行各自压痕形貌的光学测量和/或接触测量以改善整个方法的精度。所述探头、工件托座和/或图像采集单元此时可以设计成是可相对运动，在这里，根据本专利技术设置有至少一个用于至少部分相对定位所述工件托座、图像采集单元和/或探头的驱动单元。由此，可以放弃在测量时再次夹紧或重新固定工件试样。驱动单元此时可以根据本专利技术以机械、电动、机电、液压和/或气动的方式被驱动。在此，驱动单元也可以设计成自重和/或弹簧驱动件和/或蓄力器/蓄能器等“被动”形式，从而无需采用主动式驱动机构来使探头相对于工件试样运动。还可以想到，三个构件(即工件托座、图像采集单元和探头)中的仅一个或者全部的构件设计成可相对运动。优选在本专利技术的结构单元中将机械探头设计成可相对于图像采集单元运动。也可以想到设置超过一个的驱动单元。该结构单元此时可以具有至少一个驱动单元，用于机械探头和/或图像采集单元的调节或运动。驱动单元也可以定位至少一个构件(即工件托座、图像采集单元和/或探头)，或者所述一个驱动单元驱动且因此至少部分定位超过一个的构件或全部的构件(即工件托座、图像采集单元和/或探头)。所述至少一个驱动单元优选至少用于部分相对定位该工件托座连同固定在其中的工件试样和至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定工件试样(100)的至少一个机械性能的测量装置(10)，具有：/n至少一个用于光学确定该工件试样(100)的工件形状的图像采集单元(12)，和/n至少一个用于在该工件试样(100)中产生压痕(101)的机械探头(13)，/n其特征是，至少该图像采集单元(12)和该机械探头(13)共同形成结构单元(B)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171016 DE 102017124051.9;20180322 DE 102018106911.一种用于确定工件试样(100)的至少一个机械性能的测量装置(10)，具有：
至少一个用于光学确定该工件试样(100)的工件形状的图像采集单元(12)，和
至少一个用于在该工件试样(100)中产生压痕(101)的机械探头(13)，
其特征是，至少该图像采集单元(12)和该机械探头(13)共同形成结构单元(B)。


2.根据权利要求1的测量装置(10)，其特征是，设有用于固定并试验该工件试样(100)的工件托座(11)。


3.根据权利要求1或2的测量装置(10)，其特征是，设有至少一个驱动单元(14)，用于至少部分相互定位所述工件托座(11)、所述图像采集单元(12)和/或所述探头(13)。


4.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，该结构单元(B)包括至少一个调节件(V)，由此至少所述图像采集单元(12)和所述探头(13)按照能相对运动的方式布置，其中，尤其所述调节件(V)只使所述图像采集单元(12)或所述探头(13)运动。


5.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，该结构单元(B)的至少一个调节件(V)能通过驱动单元(14)而运动，其中，尤其至少两个调节件(V)能被一个驱动单元(14)驱动。


6.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，该结构单元(B)包括至少一个偏转单元(U)，由此该图像采集单元(12)的光路(L)能被偏转，
其中，尤其是该偏转单元(U)具有至少一个反光镜(21,22)、优选两个反光镜(21,22)用于偏转该图像采集单元(12)的光路(L)，和/或
其中，尤其是设有用于调节至少一个反光镜(21,22)的调节件(V)，和/或
其中，尤其第一反光镜(21)设计成是固定不动的，第二反光镜(22)设计成是可活动的。


7.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，至少所述图像采集单元(12)、所述探头(13)、所述驱动单元(14)和所述工件托座(11)安置在试验框(15)上，其中，尤其设有可活动的试验台(16)，在所述试验台(16)上能安置该工件托座(11)。


8.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，该探头(13)具有测试锥尖(13.1)，其中，尤其该测试锥尖(13.1)含有至少一种矿物或硬金属，其中，尤其该测试锥尖(13.1)具有规定的测试锥尖形状(13.2)。


9.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，设有用于该探头(13)的至少一个深度计(T)，由此优选能够测量该探头(13)在工件试样(100)中的至少一个压痕深度(102)。


10.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，设有光源(12.1)，
其中，尤其该光源(12.1)被集成在该图像采集单元(12)中，和/或
其中，尤其该结构单元(B)包括该光源(12.1)。


11.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，该测量装置(10)能安置在支承臂(40)、尤其是机械臂(40)上和/或能活动，其中，尤其是设有固定单元(50)，用于优选在测量过程中将该测量装置(10)可靠固定在该工件试样(100)上，和/或
该测量装置(10)形成在该工件试样(100)的制造过程和/或加工过程的控制回路中的反馈，优选在该控制回路中，该测量装置(10)将工件试样(100)的相应确定的机械性能转送至间离的电子单元(20)。


12.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，该工件试样(100)含有金属或其合金，优选含有铝、镁、铅、铁、钢、不锈钢、金、钼、镍、铜、银、钒、钨、锌、锡、钛和/或合金例如像黄铜。


13.根据前述权利要求之一的测量装置(10)，其特征是，设有至少一个控制单元(18)，用于控制和/或调整和/或分析所述图像采集单元(12)的和所述驱动单元(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·施迈林格，拉尔夫·安德泽肯，卡尔海茵茨·林德涅，彼得·佐克，
申请(专利权)人：茵品特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE