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進行測試并測量相關的關鍵參數(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、 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果。這些應用前景廣闊的技術將系統(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目前飛速發(fā)展、復雜的應用環(huán)境。每天要處理和觀察幾百個壓 痕的技術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。

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，而且將來一定會廣泛普及。許多新技術已廣泛用于材料制備、載物臺移動、結果分析和報告編制。在許多實驗室廣泛采用的一種技術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*控制的硬度計構成，它包括一個能自動旋轉的轉塔，以及能通過頂部/壓頭罩或主軸驅動系統(tǒng)沿 Z 軸運行的致動器，它能對壓頭施加預定的試驗力，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。

這種技術有效避免了過去硬件導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。載物臺移動算法和機械設計的發(fā)展，大大提高了 XY 軸精度和重復性，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，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、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閉。如果一個黑白圖像映射到像素陣列中，暗區(qū)內的像素會關閉，亮區(qū)內的像素會 打開。通過計算關閉的像素數(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。操作員打開預設和保存的橫移位置，再將試樣放入夾具內對齊，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。

自動測試技術能顯著提高洛氏硬度測試的效率，特別是在重復模式下，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，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。旋轉器或轉塔會將 測量物鏡/顯微鏡轉到位置，然后系統(tǒng)會自動在試樣表面產生壓痕。隨后開始自動對焦和成像過程，測試結果會在 20 秒返回。

以 前由表面處理、照明、預設校準和像素尺寸導致的測試限制，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。