硬度 測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工具，可采用多種方法和技術(shù)進行測試并測量相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)。雖然有些硬度測試法（如洛氏硬度測 試）可根據(jù)壓痕深度，通過一步操作快速提供測試結(jié)果，許多常用的測試法（如維氏、努氏和布氏硬度測試法）仍需通過第二步操作來測定壓痕的尺寸。第二步操作 不僅費時、低效，而且極易出錯。一種既能提高生產(chǎn)率，又能確保測試一致性的方法是，利用圖像分析自動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、更可靠的測試流程，以比過去更快的方式提供測試結(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。

自動硬度測試

在 進行顯微硬度和宏觀硬度測試時，通常會使用努氏和維氏硬度測試法，它們都要求施加規(guī)定的試驗力，然后測量產(chǎn)生的四棱錐形壓痕的尺寸，以此測定材料的硬度。 根據(jù)測試流程的特點，通常需要施加較小的試驗力，因此會產(chǎn)生極微小的壓痕，以致必須進行顯微硬度測量。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測量。可以想象，這種費時、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壓 痕的技術(shù)人員勢必會感到疲勞，隨著壓痕數(shù)量不斷增加，這很可能影響測量過程的準確度和效率。此外，對硬度橫移進行完整分析通常需要制作 15 個以上的壓痕，通常需要在一個試樣上多次按壓，因此迫切需要一種更*的自動操作技術(shù)。

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

自 動硬度測試系統(tǒng)通常由可*控制的硬度計構(gòu)成，它包括一個能自動旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)塔，以及能通過頂部/壓頭罩或主軸驅(qū)動系統(tǒng)沿 Z 軸運行的致動器，它能對壓頭施加預(yù)定的試驗力，同時還能自動聚焦試樣。此外，裝有硬度測試軟件的臺式機或筆記本電腦、自動 XY 軸電動橫移載物臺、USB 攝像頭能使其成為功能強大的全自動硬度測試系統(tǒng)。當裝好試樣，設(shè)定好操作程序后，操作員即可離開，系統(tǒng)可不受數(shù)量限制地自動創(chuàng)建、測量和報告壓痕橫移。

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載物臺，在有些系統(tǒng)中，載物臺控制器安裝在載物臺外殼內(nèi)。載物臺移動算法和機械設(shè)計的發(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，測試過程的效率和精度一定會顯著提高。例如，相機技術(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，還提高了相機的分辨率和視野。目前*的相機技術(shù)、電腦高速的處理能力，以及不斷升級的軟件包，大大提高了自動硬度測試系 統(tǒng)的精度、重復(fù)性和可靠性。所有數(shù)碼相機都有像素陣列。每個像素都能打開或關(guān)閉。如果一個黑白圖像映射到像素陣列中，暗區(qū)內(nèi)的像素會關(guān)閉，亮區(qū)內(nèi)的像素會 打開。通過計算關(guān)閉的像素數(shù)量，可測定圖像上的暗點大小，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力測定硬度值。

自動橫移

利 用大號 XY 載物臺能顯著提高測試效率，這種載物臺能使用一組夾具同時固定 2 個、4 個甚至 6 個試樣。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)對齊，然后單擊鼠標，系統(tǒng)就會自動制作壓痕、讀取并報告每個試樣上的硬度橫移。自動對焦能解 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，采用不同的標尺試驗力和顯微鏡物鏡。

自動測試技術(shù)能顯著提高洛氏硬度測試的效率，特別是在重復(fù)模式下，例如，在頂端淬火試驗中，操作員單擊鼠標后即可離開，系統(tǒng)會對試驗棒材進行全面測試，并生成試驗報告。

其他應(yīng)用

與努氏和維氏硬度測試一樣，布氏硬度測試也是勞動密集型的手工測試過程，在一般情況下，它需要操作員全程參與和處理。由于傳統(tǒng)的布氏硬度測試要求施加一次可控的試驗力，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量（單位：mm）產(chǎn)生的壓痕，以測定

在使用傳統(tǒng)的落地式或臺式布氏硬度計進行壓痕測試時，作為手持顯微鏡測量的替代方法，可采用手持數(shù)碼相機和圖像分析技術(shù)，以準確和地自動測量壓痕直徑。因此，使用數(shù)碼相機測量布氏壓痕相對比較簡單。如果在實際操作時缺少需要人工干預(yù)的手持成像系統(tǒng)，可采用全自動

完 全集成的布氏硬度顯微測試系統(tǒng)能按照 ASTM E10 標準的要求，快速準確地完成整個布氏硬度測試過程，包括準確地施加試驗力，并利用圖像分析系統(tǒng)自動對焦、識別和記錄壓痕尺寸和硬度測量值。所有這些功能加 上應(yīng)用靈活、操作簡單的軟件能確保操作員順利進行測試、完成分析和提供測試報告。操作員只需將試樣放在硬度計上，然后按下啟動按鈕即可。旋轉(zhuǎn)器或轉(zhuǎn)塔會將 測量物鏡/顯微鏡轉(zhuǎn)到位置，然后系統(tǒng)會自動在試樣表面產(chǎn)生壓痕。隨后開始自動對焦和成像過程，測試結(jié)果會在 20 秒返回。

以 前由表面處理、照明、預(yù)設(shè)校準和像素尺寸導(dǎo)致的測試限制，現(xiàn)在已*消除，而且還會進一步改善。這樣，我們就能放手“讓儀器自己工作”并信賴測試結(jié)果，以 不斷提高系統(tǒng)的處理能力和測試的一致性，還能讓操作員放手去完成其他的工作。采用*集成的自動測試系統(tǒng)，不僅能取消勞動密集、過于主觀和極易出錯的測試 過程，而且能以更準確、更的測試過程取而代之。