硬度 測(cè)試是分析組件性能的一種基本方法，作為一種重要的材料檢測(cè)工具，可采用多種方法和技術(shù)進(jìn)行測(cè)試并測(cè)量相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)。雖然有些硬度測(cè)試法（如洛氏硬度測(cè) 試）可根據(jù)壓痕深度，通過一步操作快速提供測(cè)試結(jié)果，許多常用的測(cè)試法（如維氏、努氏和布氏硬度測(cè)試法）仍需通過第二步操作來測(cè)定壓痕的尺寸。第二步操作 不僅費(fèi)時(shí)、低效，而且極易出錯(cuò)。一種既能提高生產(chǎn)率，又能確保測(cè)試一致性的方法是，利用圖像分析自動(dòng)獲得壓痕尺寸的讀數(shù)值。近幾年，隨著硬件、電子技術(shù)、 成像算法和軟件功能的飛速發(fā)展，我們可以采用更、更可靠的測(cè)試流程，以比過去更快的方式提供測(cè)試結(jié)果。這些應(yīng)用前景廣闊的技術(shù)將系統(tǒng)的效率、速度和精 度提高到了前所有未有的水平。

自動(dòng)硬度測(cè)試

在 進(jìn)行顯微硬度和宏觀硬度測(cè)試時(shí)，通常會(huì)使用努氏和維氏硬度測(cè)試法，它們都要求施加規(guī)定的試驗(yàn)力，然后測(cè)量產(chǎn)生的四棱錐形壓痕的尺寸，以此測(cè)定材料的硬度。 根據(jù)測(cè)試流程的特點(diǎn)，通常需要施加較小的試驗(yàn)力，因此會(huì)產(chǎn)生極微小的壓痕，以致必須進(jìn)行顯微硬度測(cè)量。目前仍在廣泛使用的傳統(tǒng)方法要求使用可調(diào)節(jié)物鏡分辨 率的顯微鏡，并根據(jù)人工解讀利用目鏡手動(dòng)測(cè)量?？梢韵胂?，這種費(fèi)時(shí)、低效的方法根本無法適應(yīng)目前飛速發(fā)展、復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。每天要處理和觀察幾百個(gè)壓 痕的技術(shù)人員勢(shì)必會(huì)感到疲勞，隨著壓痕數(shù)量不斷增加，這很可能影響測(cè)量過程的準(zhǔn)確度和效率。此外，對(duì)硬度橫移進(jìn)行完整分析通常需要制作 15 個(gè)以上的壓痕，通常需要在一個(gè)試樣上多次按壓，因此迫切需要一種更*的自動(dòng)操作技術(shù)。

在過去幾年，許多傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試流程已在每一環(huán)節(jié)采用并將繼續(xù)采用自動(dòng)化技術(shù)，而且將來一定會(huì)廣泛普及。許多新技術(shù)已廣泛用于材料制備、載物臺(tái)移動(dòng)、結(jié)果分析和報(bào)告編制。在許多實(shí)驗(yàn)室廣泛采用的一種技術(shù)是通過載物臺(tái)自動(dòng)橫移和成像分析來測(cè)量努氏、維氏和布氏壓痕。

自 動(dòng)硬度測(cè)試系統(tǒng)通常由可*控制的硬度計(jì)構(gòu)成，它包括一個(gè)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)塔，以及能通過頂部/壓頭罩或主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沿 Z 軸運(yùn)行的致動(dòng)器，它能對(duì)壓頭施加預(yù)定的試驗(yàn)力，同時(shí)還能自動(dòng)聚焦試樣。此外，裝有硬度測(cè)試軟件的臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦、自動(dòng) XY 軸電動(dòng)橫移載物臺(tái)、USB 攝像頭能使其成為功能強(qiáng)大的全自動(dòng)硬度測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)裝好試樣，設(shè)定好操作程序后，操作員即可離開，系統(tǒng)可不受數(shù)量限制地自動(dòng)創(chuàng)建、測(cè)量和報(bào)告壓痕橫移。

這種技術(shù)有效避免了過去硬件導(dǎo)致的操作困難和工作區(qū)凌亂。例如，可通過虛擬搖桿移動(dòng)載物臺(tái)，在有些系統(tǒng)中，載物臺(tái)控制器安裝在載物臺(tái)外殼內(nèi)。載物臺(tái)移動(dòng)算法和機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展，大大提高了 XY 軸精度和重復(fù)性，這正是橫移（如硬化層深度分析）的重要要求。

圖像分析

圖 像分析不是新技術(shù)，但隨著它的不斷發(fā)展，測(cè)試過程的效率和精度一定會(huì)顯著提高。例如，相機(jī)技術(shù)已從抓幀器發(fā)展為 IEEE 火線接口和 USB 接口，這不僅能去除多余的硬件，還提高了相機(jī)的分辨率和視野。目前*的相機(jī)技術(shù)、電腦高速的處理能力，以及不斷升級(jí)的軟件包，大大提高了自動(dòng)硬度測(cè)試系 統(tǒng)的精度、重復(fù)性和可靠性。所有數(shù)碼相機(jī)都有像素陣列。每個(gè)像素都能打開或關(guān)閉。如果一個(gè)黑白圖像映射到像素陣列中，暗區(qū)內(nèi)的像素會(huì)關(guān)閉，亮區(qū)內(nèi)的像素會(huì) 打開。通過計(jì)算關(guān)閉的像素?cái)?shù)量，可測(cè)定圖像上的暗點(diǎn)大小，隨后可確定圖像面積。需要使用壓痕尺寸、壓頭大小和施加的試驗(yàn)力測(cè)定硬度值。

自動(dòng)橫移

利 用大號(hào) XY 載物臺(tái)能顯著提高測(cè)試效率，這種載物臺(tái)能使用一組夾具同時(shí)固定 2 個(gè)、4 個(gè)甚至 6 個(gè)試樣。操作員打開預(yù)設(shè)和保存的橫移位置，再將試樣放入夾具內(nèi)對(duì)齊，然后單擊鼠標(biāo)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)制作壓痕、讀取并報(bào)告每個(gè)試樣上的硬度橫移。自動(dòng)對(duì)焦能解 決 Z 軸位置變化導(dǎo)致的壓痕不清晰的問題。更新的軟件甚至允許在橫移過程和橫移間隙，采用不同的標(biāo)尺試驗(yàn)力和顯微鏡物鏡。

自動(dòng)測(cè)試技術(shù)能顯著提高洛氏硬度測(cè)試的效率，特別是在重復(fù)模式下，例如，在頂端淬火試驗(yàn)中，操作員單擊鼠標(biāo)后即可離開，系統(tǒng)會(huì)對(duì)試驗(yàn)棒材進(jìn)行全面測(cè)試，并生成試驗(yàn)報(bào)告。

其他應(yīng)用

與努氏和維氏硬度測(cè)試一樣，布氏硬度測(cè)試也是勞動(dòng)密集型的手工測(cè)試過程，在一般情況下，它需要操作員全程參與和處理。由于傳統(tǒng)的布氏硬度測(cè)試要求施加一次可控的試驗(yàn)力，將直徑符合規(guī)定的碳化鎢球壓入試樣表面，所以必須利用顯微鏡測(cè)量（單位：mm）產(chǎn)生的壓痕，以測(cè)定

在使用傳統(tǒng)的落地式或臺(tái)式布氏硬度計(jì)進(jìn)行壓痕測(cè)試時(shí)，作為手持顯微鏡測(cè)量的替代方法，可采用手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)和圖像分析技術(shù)，以準(zhǔn)確和地自動(dòng)測(cè)量壓痕直徑。因此，使用數(shù)碼相機(jī)測(cè)量布氏壓痕相對(duì)比較簡(jiǎn)單。如果在實(shí)際操作時(shí)缺少需要人工干預(yù)的手持成像系統(tǒng)，可采用全自動(dòng)

完 全集成的布氏硬度顯微測(cè)試系統(tǒng)能按照 ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)的要求，快速準(zhǔn)確地完成整個(gè)布氏硬度測(cè)試過程，包括準(zhǔn)確地施加試驗(yàn)力，并利用圖像分析系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦、識(shí)別和記錄壓痕尺寸和硬度測(cè)量值。所有這些功能加 上應(yīng)用靈活、操作簡(jiǎn)單的軟件能確保操作員順利進(jìn)行測(cè)試、完成分析和提供測(cè)試報(bào)告。操作員只需將試樣放在硬度計(jì)上，然后按下啟動(dòng)按鈕即可。旋轉(zhuǎn)器或轉(zhuǎn)塔會(huì)將 測(cè)量物鏡/顯微鏡轉(zhuǎn)到位置，然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在試樣表面產(chǎn)生壓痕。隨后開始自動(dòng)對(duì)焦和成像過程，測(cè)試結(jié)果會(huì)在 20 秒返回。

以 前由表面處理、照明、預(yù)設(shè)校準(zhǔn)和像素尺寸導(dǎo)致的測(cè)試限制，現(xiàn)在已*消除，而且還會(huì)進(jìn)一步改善。這樣，我們就能放手“讓儀器自己工作”并信賴測(cè)試結(jié)果，以 不斷提高系統(tǒng)的處理能力和測(cè)試的一致性，還能讓操作員放手去完成其他的工作。采用*集成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，不僅能取消勞動(dòng)密集、過于主觀和極易出錯(cuò)的測(cè)試 過程，而且能以更準(zhǔn)確、更的測(cè)試過程取而代之。