Brevet FR2619917A1 — publié le 19890303

La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure des dimensions principales d'une empreinte d'indentation formée dans la surface d'une pièce, applicables notamment mais non exclusivement å la mesure de la dureté des matériaux et de la ténacité des céramiques ou autres matériaux fragiles On connait déjà des appareils de mesure de la dureté d'une pièce, à partir des dimensions d une empreinte formée par un poinçon appliqué sur la surface de la pièce, sous une charge prédéterminée et corrélativement de la ténacité des matériaux fragiles à partir des dimensions des fissures qui se développent aux sommets de l'empreinte. Jusqu'à présent la mesure des dimensions de l'empreinte et plus particulièrement de la longueur de la diagonale d'une empreinte carrée, a été réalisée par observation sous un microscope équipé d'un oculaire micrométrique.Une telle façon d'opérer présente à l'évidence l'inconvénient d'exiger une observation longue et fastidieuse, surtout dans le cas du contrôle de l'homogénéité d'un traitement qui se traduit par l'analyse statistique de nombreuses mesures. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un procédé et un appareil de conception particulièrement simple et permettant d'effectuer les mesures très aisément, d'une façon semi-automatique. A cet effet ce procédé de mesure des dimensions principales d'une empreinte d'indentation formée dans la surface d'une pièce, applicable notamment mais non exclusivement à la mesure de la dureté et de la ténacité de pièces en céramique ou autres matériaux, est caractérisé en ce qu'on forme, sur un écran d'un appareil de visualisation, une image de l'empreinte d'indentation dont la dimension principale doit être mesurée, de telle façon que cette dimension principale s'étende horizontalement et/ou verticalement on forme, sur cet écran. au moins une paire de réticules ou traits parallèles s'étendant verticalement et/ou horizontalement, on déplace les réticules horizontaux dans le sens vertical et/ou les réticules verticaux dans le sens horizontal de manière à placer les réticules verticaux et/ou horizontaux aux deux extrémités de la dimension principale horizontale et/ou verticale de l'image. en encadrant ainsi l'image horizontalement et/ou verticalement, on convertit les abscisses des réticules verticaux et/ou les ordonnées des réticules horizontaux, ainsi placés, en signaux numériques indiquant les positions respectives des réticules, et on calcula, à partir de ces signaux numériques. la dimen sinon principale horizontale et/ou verticale de l'image et par conséquent de l'empreinte formée dans la surface de la pièce. Dans le cas où l'on mesure la dureté ou la ténacité du matériau d'une pièce, à partir d'une empreinte carrée formée par un poinçon, on forme l'image de l'empreinte sur l'écran de telle façon que ses deux diagonales s'étendent respectivement dans le sens horizontal et dans le sens vertical. La présente invention a également pour objet un appareil de mesure des dimensions principales d'une empreinte d'indentation et des fissures formées à la surface d'une pièce, applicable notamment mais non exclusivement à la mesure de la dureté et de la ténacité de pièces en céramique ou autres matériaux, caractérisé en ce qu'il comprend une caméra vidéo connectée à un appareil de visualisation à écran de manière à faire apparaître sur l'écran une image de l'empreinte et des fissures formées à la surface de la pièce, de telle façon que leurs dimensions principales s'étendent horizontalement et/ou verticalement sur l écran de l'appareil, des moyens pour faire apparaître sur l'écran, des paires de réticules horizontaux et/ou verticaux, des moyens pour déplacer les réticules sur l'écran, des moyens pour émettre des signaux numériques indiquant respectivement les diverses positions des réticules sur l'écran, et des moyens de calcul pour calculer, à partir des signaux numériques représentant les positions des réticules sur l'écran, la valeur des dimensions principales de l'empreinte et des fissures formées dans la pièce. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé qui est un schéma synoptique d'un appareil de mesure suivant l'invention. L'appareil suivant l'invention qui est représenté sur le dessin, est destiné à mesurer les dimensions principales d'une zone en creux ou empreinte formée dans la surface d'une pièce 1 dont on veut par exemple déterminer la dureté. L'empreinte 2, de forme carrée, est créée préalablement, de la manière habituelle, par pénétration d'un poinçon diamanté de type Vickers. La pièce 1 est montée sur une table 3 qui est de préférence mobile suivant deux directions perpendiculaires. Au-dessus de la pièce 1 est disposé un microscope dont l'oculaire est remplacé par une caméra vidéo 4, d'axe vertical, qui est connectée à un appareil de visualisation 5 à écran 6. La caméra vidéo 4 permet de former, d'une manière bien connue en soi, une image agrandie 7 de l'empreinte 2.Cette image agrandie 7, de forme carrée, est créée sur l'écran 6 de manière que ses deux diagonales s'étendent respectivement horizontalement et verticalement. Par ailleurs l'appareil de visualisation 5 est pourvu de moyens permettant de faire apparaître, sur l'écran 6, des paires de réticules à savoir une paire de réticules verticaux V1,V2, et une paire de réticules horizontaux H1,H2. Ces réticules ou traits peuvent être déplacés, d'une manière connue en soi, par tous moyens appropriés tels que des boutons de potentiomètres 8,9, commandant respectivement le déplacement horizontal des deux réticules verticaux V1,V2 et des boutons de potentiomètres 11,12 commandant respectivement le déplacement vertical des deux réticules horizontaux H1,H2. A ces boutons sont respectivement esso- ciés des générateurs de signaux 13,14,15,16 qui émettent chacun un signal analogique indiquant la position du bouton de commanda associé, c' est-è-dire du réticule associé par rapport à un zéro prédéterminé sur l'écran.Par conséquent les générateurs de signaux 13,14 produisent des signaux analogiques respectifs vl,v2 qui représentent les abscisses des deux réticules verticaux V1,V2 tandis que les deux autres générateurs de signaux 15,16 produisent des signaux analogiques respectifs hl,h2, qui représentent respectivement les ordonnées des deux réticules horizontaux H1,H2. Les signaux vl,v2,hl,h2 sont appliqués à des entrées respectives d'un conditionneur de signal 17 qui les amplifie et effectue leur conversion en signaux numériques. Lorsque l'on désire effectuer une mesure de la dureté du matériau de la pièce 1, à partir des dimensions de l'empreinte carrée 2 formée dans cette pièce 1 par un poinçon diamanté, on déplace las réticules V1,V2 et H1,2 sur l'écran 6, après avoir formé, sur cet écran, l'image agrandie 7 de l'empreinte, de manière que les quatre réticules passent respectivement par les quatres sommets de l'image de l'empreinte carrée 7, comme il est représenté sur le dessin.On détermine ensuite, à partir de la différence des abscisses v2,vl des réticules verticaux V1,V2, la valeur de la dimension 2a de la diagonale horizontale de l'image 7 de l'empreinte 2a, et de la même façon on peut déterminer, à partir de la différence des ordonnées h2,hl des deux réticules horizontaux H1,H2, la valeur de la dimension de la diagonale verticale de l'image 7.A cet effet les signaux numériques vl,v2, hl,h2, indiquant les abscisses et ordonnées des réticules, sont appliqués à des entrées respectives d'un calculateur 18 qui effectue les calculs précités et, prenant en compte les grandissements successifs du microscope et du système vidéo, donne le résultet du calcul en termes de dimension de l'empreinte dans l'unité choisie, en micromètres par exemple, par l'intermédiaire d'une unité de sortie 19 telle qu'un affichage ou une imprimante. Simultanément le calcul de la dureté est effectué par le calculateur auquel on aura préalablement fourni les données nécessaires telles que la charge d'indentation et le coefficient multiplicateur correspondant à la formule choisie. La ténacité du matériau d'une pièce qui est une fonction du rapport entre la distance c entre le centre de l'empreinte et l'extrémité d'une fissure F apparue à la suite de la formation de l'empreinte 2, peut être calculée très aisément. I1 suffit de placer le réticule vertical V1 sur la diagonale verticale de l'image 7 de l'empreinte et l'autre réticule vertical V2 sur l'extrémité de l'image F de la fissure, pour obtenir automatiquement la valeur de la distance c par différence des abscisses des réticules. La ténacité, fonction du rapport c/a, peut être ensuite aisément obtenue par le calculateur 18, à partir de la valeur a déterminée précédemment et de données introduites par ailleurs, en utilisant les formules de la litterature. Le procédé et l'appareil de mesure suivant l'invention peuvent être utilisés pour la mesure de n'importe quelle empreinte formée dans la surface d'une pièce, par exemple la mesure de la largeur d'une rainure pour la détermination de la dureté de rayage. REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure des dimensions principales d'une empreinte d'indentation formée dans la surface d'une pièce, applicable notamment mais non exclusivement à la mesure de la dureté et de la ténacité de pièces en céramique ou autres matériau caractérisé en ce qu'on forme, sur un écran (6) d'un appareil de visualisation (5), une image (7) de l'empreinte d'indentation dont la dimension principale doit être mesurée, de telle façon que cette dimension principale s'étende horizontalement et/ou verticalement, on forme, sur cet écran, su moins une paire de réticules ou traits parallèles (Vl,V2;;Hl,H2) s'étendant verticalement et/ou horizontalement, on déplace les réticules horizontaux (Hl+H2) dans le sens vertical et/ou les réticules verticaux (V1,V2) dens le sens horizontal de manière à placer les réticules verticaux et/ou horizontaux aux deux extrémités de la dimension principale horizontale et/ou verticale de l'image (7), en encadrant ainsi l'image horizontalement et/ou verticalement, on convertit les abscisses des réticules verticaux (V1,V2) et/ou les ordonnées des réticules horizontaux (H1,H2), ainsi placés, en signaux analogiques (vl,v2;hl,h2) indiquant les positions respectives des réticules, et on calcule, à partir de ces signaux analogiques convertis en signaux numériques, la dimension principale horizontale et/ou verticale de l'image et par conséquent de l'empreinte formée dans la surface de la pièce. 2.- Appareil de mesure des dimensions principales d'une empreinte d'indentation formée dans la surface d'une pièce, applicable notamment mais non exclusivement à la mesure de la dureté et de la ténacité de pièces en céramique ou autres matériaux, caractérisé en ce qu'il comprend une caméra vidéo (4) connectée à un appareil de visualisation (5) à écran (6) de manière à faire apparaître sur l'écran (6) une image (7) de l'empreinte formée dans la surface de la pièce (1), de telle façon que se ou ses dimensions principales s'étendent horizontalement et/ou verticalement sur l'écran (6) de l'appareil, des moyens pour faire apparaître, sur l'écran 6, des paires de réticules horizontaux (H1,H2) et/ou verticaux (V1,V2), des moyens (8,9,11,12) pour déplacer les réticules sur l'écran (6), des moyens (13-16) pour émettre des signaux analogiques (vl,v2;hl,h2) indiquant respectivement les diverses positions des réticules sur l'écran (6), des moyens (17) pour amplifier ces signaux, pour permettre leur mise à zéro et pour les convertir en signaux numériques et des moyens de calcul (18) pour calculer, à partir des signaux numériques représentant les positions des réticules sur l'écran (6), la valeur de la ou des dimensions principales de l'empreinte (2) formée dans la pièce (1).