lnp nano touch vollautomatische messabläufe! · 2019. 8. 7. · lnp® nano touch mikroindentor zur...
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LNP® nano touchMikroindentor zur Analyse von Kunststoff- und Elastomerkenngrössen
®
Vollautomatische Messabläufe!
Ludwig Nano Präzision GmbHPrieche 737154 Northeim
Tel. +49 (0) 5551 / 910 2059Fax +49 (0) 5551 / 910 20 58Mobil +49 (0) 151 / 153 88 14 3
josef.ludwig@LNP-northeim.de www.LNP-northeim.de
IRHD-M ISO 48 VLRH DIN ISO 27588SHORE A/M ASTM 2240SHORE 00 ASTM 2240SHORE 000 ASTM 2240SHORE A MIKROBIEGE E- MODUL DIN ISO 178
HÄRTETOPOGRAPHIEADHÄSIONE-MODUL NACH OLIVER UND PHARRMIKROTRIBOLOGIERHEOLOGIE
und weitere Anwendungsmöglichkeiten
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Inhaltsverzeichnis
2
Der LNP® nano touch
04 Der LNP® nano touch 05 Userinterface06 Mess- und Betriebsarten07 LNP® nano touch mit Piezo-Kreuztisch08 Arbeitsplatzkonfigurationen
Normprüfverfahren
09 IRHD-M-Messung10 Modifizierte IRHD-M-Messung, Shore Messverfahren11 VLRH-Messung12 Mikrotribologie
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3
LNP® NANO TOUCH
NORMPRÜFVERFAHREN
ANALYSEVERFAHREN
Analyseverfahren 13 Adhäsion, Biege-E-Modul 14 E-Modul nach Oliver und Pharr15 Auswertungsprotokolle16 Zubehör
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Der LNP®nano touch
Technische Daten
Weg-Messsystem Optisch inkrementell
Messbereich 4 mm
Auflösung 0,00001 mm Standard
Linearität: Weg < 200 nm auf Messbereich
Linearität: Kraft 0…1400 mN < 0,3% auf Messbereich
Messkrafterzeugung elektro-mechanisch
Messkraft 0,6 mN...1,4 N
Messkraftauflösung 0,6 mN
4
Der LNP® nano touch ist ein kompakter, stufenloser Kraft-Wegsensor mit reibungsfreier Führung und dynamischer Krafterzeugung bis 1,4 N. Das garantiert eine exakte Krafterzeugung ohne Reibungs- und Führungsverluste. In Verbindung mit einem bis zu 10 nm hochauflösendem, optisch -inkrementellem Wegmesssystem sind beschädigungsfreie, hochgenaue geometrische und physikalische Messungen sowie die Bestimmung von Materialeigenschaften möglich.
Präzisionsmessung mit variablenWeg- und Kraftparametern
• Messung von geometrischen Größen bis 4 mm mit Nanometer-Auflösung• Messung von Materialeigenschaften Mikrohärte, E-Modul, Dämpfungsgrad• Messung von sehr weichen Materialien mit Tastkräften von 0,6 mN bis1,4 N• Messung von Flüssigkeiten, Viskosität, Oberflächenspannung• Messung von Mikrokonturen und tribologischen Effekten
Weitere Vorteile:
• Reibungslose Führung• Kompakte Bauweise• Optische Wegerfassung• Variable Messkraft, konfigurierbare Messabläufe• Genaueste Wegauflösung und Krafteinstellung• Tastkraft bleibt konstant, auch bei Auslenkung des Messbolzens• Frei im Raum positionierbar• Vollautomatische Antastung der Werkstückoberfläche
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5
Ein leistungsstarkes Userinterface
Das Programm ermöglicht einen einfachen, unkomplizierten Messvorgang. Die Messdaten können auch mit dem excelbasierten Auswertungsprogramm analysiert werden.
Softwarefunktion Basic Advanced
IRHD-M und modifizierte IRHD-M
VLRH
Shore-Verfahren
Projektorientierte Vorlagen
2-Punkt Messung
Kraft-, weggesteuerte Messung X
Profilantzeichnung X
Stufenmessung X
Sinusmodulation X
Tribologiemessung * X
Topographiemessung ** X*In Verbindung mit zweitem LNP® Nano touch
** In Verbindung mit X, Y mot. Kreuztisch
AUSBLICK AUF DIE SOFTWARE
Die Software beinhaltet projektorientierte Eingabemasken (fertigungsnah) und ist in der Lage, grafische Analysen wie Messfunktionen, Regression, Freischneiden durch-zuführen. Freie Programmab-läufe sowie Mehrfachmessungen in X-Y-Ebene ortsgebundene Geometrie- und Eigenschaftsanalysen sind ebenfalls möglich.
-
6
Mess- und Betriebsarten
F-control v-control Modulation F/v-control IRHD-M/VLRH
Kraftgesteuerter Ablauf Weggesteuerter Ablauf Min-/Maxwert frei
einstellbar
Bis zu 4 Kraftstufen
möglich
Grösse/Länge des
Tastkraftintervalls,
Kraftzu-/abnahme
Geschwindigkeit der
Tasterbewegung
Grösse/Länge
des Tastkraftintervalls
Messzeit der einzelnen
Kraftstufen variabel
Position/Dauer der
Haltephasen variabel
Position/Dauer
der Haltephasen
Sinusförmige
Modulation möglich
Messkraft kann reduziert
werden (IRHD-M)
Anzahl der Wiederholungen Freie Wahl der Wiederholungen
Anzahl der Wiederholungen
Kraft (F control) Geschwindigkeit (v control)
Modulation F/v-control Konstante Kraft (constant force) / IRHD M / VLRH
v-control
ModulationF/s
PARAMETERVARIATIONEN:
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F-control v-control Modulation F/v-control IRHD-M/VLRH
Kraftgesteuerter Ablauf Weggesteuerter Ablauf Min-/Maxwert frei
einstellbar
Bis zu 4 Kraftstufen
möglich
Grösse/Länge des
Tastkraftintervalls,
Kraftzu-/abnahme
Geschwindigkeit der
Tasterbewegung
Grösse/Länge
des Tastkraftintervalls
Messzeit der einzelnen
Kraftstufen variabel
Position/Dauer der
Haltephasen variabel
Position/Dauer
der Haltephasen
Sinusförmige
Modulation möglich
Messkraft kann reduziert
werden (IRHD-M)
Anzahl der Wiederholungen Freie Wahl der Wiederholungen
Anzahl der Wiederholungen
Technische Daten: Piezo-Kreuztisch
Wegauflösung 10 nm
Wiederholbarkeit der Position bidirektional unter 40 nm
Vmin 0,160 µm/s
Vmax 12,5 mm/s
Unkorrigierter langwelliger Fehler unter 2 µm
Korrigierter langwelliger Fehler unter 100 nm
Kurzwellige Ablaufgenauigkeit < 40 nm
Profilmessung 2D-Topographie möglich
Antriebsart Piezoantrieb
7
Härtetopographie einer Gummiprobe
Mit dem hochauflösenden Piezo -Kreuztisch kann Härtetopographie mit allen im Gerät angewand-ten Messverfahren durchgeführt werden. Diese flächige Darstellung ermöglicht die Analyse von Grenzschichten, sowie alterungs- und mischungs-bedingte Inhomogenitäten. Anwendbar nicht nur am Normprüfkörper sondernauch am Fertigbauteil.
NORMPRÜFVERFAHREN
Härtetopographie mit Piezo-Kreuztisch
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8
LNP®1 LNP®2 LNP®3
LNP® nano touch LNP® nano touch LNP® nano touch
Manuelle Säule Motorische Z-Säule Motorische Z-Säule
- Manueller Kreuztisch 8 mm x 8 mm Piezo-Kreuztisch 22 mm x 22 mm*
Kamera 5MP USB3-Kamera mit telezentrischem Objektiv und LED-Ringlicht
5MP USB3-Kamera mit telezentrischem Objektiv und LED-Ringlicht
1-Achssteuerung 2-Achsensteuerung 4-Achsensteuerung
LNP® nano touch Software Basic LNP® nano touch Software Advanced LNP® nano touch Software Advanced
PC, 2x 24" Monitor, Tastatur, Maus PC, 2x 24" Monitor, Tastatur, Maus PC, 2x 24" Monitor, Tastatur, Maus
Arbeitsplatzkonfigurationen
LNP®2LNP®1 LNP®3
* opt. Konfiguration für Tribologieuntersuchungen mit waagerechtem LNP® nano touch
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9
NORMPRÜFVERFAHREN
IRHD-M-Messung
IRHD M mit dem LNP® nano touch messen
Die Messung der Mirkohärte ist ein wichtiges Instrument zur Be-stimmung der Materialeigenschaften von Elastomeren. Bei her-kömmlichen Testgeräten ist es bei größeren Produkten meist nötig, kleinere Probestücke aus dem fertigen Werkstück zu schneiden oder extra Prüfplatten herzustellen, um messen zu können. Mit dem LNP® nano touch ist es erstmals möglich, zerstörungsfreie Mikro IRHD-Härtemessungen an gummielastischen Materialien direkt im Herstellungsprozess durch-zuführen. Mit einem tragbaren Gerät.
IRHD-M-Härtemessung mit Normringauflage
Die Ringauflage ist ein Doppelwippensystem, das sich auf der Oberfläche einer Normprüfplatte selbst ausrichtet.Die beiden Kufen begrenzen die Bewegung des manuellen Stativs nach unten. Sie ermöglichen das Messen direkt am großen Werkstück.
Verwendung mit der Ringauflage mit MessständerFreistehende Verwendung mit Ringauflage
Messung an walzenförmigen Teilen
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10
NORMPRÜFVERFAHREN
Modifizierte IRHD-M-Messung
Durch eine Reduzierung der Normkräfte und/oder einer Verringerung der Radiusgeometrie der Tastnadel kann an bisher nicht messbaren Teilen gemessen werden. Die Ergebnisse entsprechen einer üblichen Normprüfung. Voraussetzung ist jedoch ein homogenes Material.
Anwendungsbeispiele:
• Abgestufte Werkstückgeometrie• Zu dünne Plattenstärke• Zerklüftete und filigrane Geometrie Messung an O- Ringen mit 0,6 mm
Schnurstärken
E-Modul und Härte bei s =30μm Messung an 0,5 mm StegenMessung an Teilen mit
Freiformflächen
Messung an Polierstiften
NORMPRÜFVERFAHREN
Shore Messverfahren
Messkugel ø = 0,2 mm Kegelstumpf ø = 0,079 mm Messkugel ø = 0,238 mm Messkugel ø = 12,7 mm
Einer für alle - alle für einen!
Lediglich durch den Wechsel der Tastspitze und der Wahl der Messart können alle Kunststoff- und Elastomerwerkstücke nicht nur mit den beiden IRHD-Verfahren, sondern auch mit den aufgezählten Shoreverfahren geprüft werden.
• Vollautomatische Oberflächenantastung• Messzeit von 1 Sekunde bis 48 Stunden• Registrierte / protokollierte Eindringtiefe und Härtegrade.
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VLRH-Messung nach DIN ISO 27588
Der Wechsel der IRHD-M zur VLRH-Methode erfolgt durch einen Tausch der Tastspitze und der Ringauf-lage. Außerdem wird die Messkraft von 153,3 mN auf 100 mN reduziert. Mit nur einem Messgerät ist die Messung von IRHD-M und VLRH in einer nie gekannten Güte möglich – an der Messsäule oder direkt am Werkstück.
NORMPRÜFVERFAHREN
VLRH-Messung
Messung mit Ringauflage an Normprüfplatte
11
-
12
ANALYSEVERFAHREN
Mikrotribologie (Reibung)
Möglichkeiten der Mikrotribologie mit dem LNP® nano touch
Normalkraft und Reibkraft in einer Messung
Auflösung der Z- und X-Achse: 10 nm
Kleinste Geschwindigkeit: 0,2 µm/s
Größte Geschwindigkeit: 2500 µm/s
Kontinuierliche Registrierungsmöglichkeit
Visualisierung des Haft- und Gleitreibungskoeffizienten
Rauheitsmessung Uhrenwelle
Messung an stark gekrümmter Oberfläche
Tribologische Untersuchung
-
13
ANALYSEVERFAHREN
AdhäsionInformationen zur Adhäsionsmessung
Natürlich kann mit dem LNP® nano touch die Messkraft nicht nur beim Eindringen in das Werkstück erfasst werden, sondern auch beim Herausfahren. Haftet die Prüfgeometrie an der Oberfläche, so wird der Lösevorgang mit dem Kraft- und Wegverlauf registriert und ausgewertet. Die Form und der Werkstoff des Prüfkörpers können frei variiert werden. Die einzige Begrenzung stellt die Kraft (+1,2 N bis -0,7 N) dar.
ANALYSEVERFAHREN
Biege-E-ModulEin großer Vorteil des LNP® nano touches ist, dass Sie nur ein Mess-gerät für Drei- und Zweipunktbiegung benötigen. Dazu erhalten Sie hochpräzise Messwerte durch die elektromagnetische Krafterzeu-gung und das optische Wegmesssystem. Sie können nicht nur den E-Modul sondern auch Informationen über das Eindringverhalten und die plastische Verformung des Materials erhalten. Der E- Modul lässt sich an deutlich kleineren Probengeometrien bestimmen als die Norm erlaubt. Dies ist möglich, da die Messkraft variiert werden kann. Dadurch wird Material eingespart. Einsetzbar für Kunststoffe oder Metallprobenkörper, die auch temperaturabhängig gemessen werden können. Die Messdaten können schließlich in einer Me-taauswertung gespeichert und statistisch untersucht werden. Ein Export in Access- und Q-DAS-Datenbanken ist möglich.
Anwendungen
Zweipunktmessung
Dreipunktmessung nach ISO 178
Temperaturabhängige Dreipunktmessung von 5°C bis 80°C
E-modul, Eindringverhalten und plastische Verformung des Materials
Runder oder rechteckiger Querschnitt
Dreipunktmessung
Zweipunktmessung
Dreipunktmessung mit Temperiertisch
Vollständige Klebeauswertung
-
14
ANALYSEVERFAHREN
E-Modul nach Oliver und Pharr
Verfahrenseigenschaften:
Materialien: Kunststoffe
Mehrfachmessung möglich
Tastspitzengeometrie: Kugelfläche, Berkovich und Vickers
Die E-Modulbestimmung nach Oliver und Pharr ist eine Methode, mit der die Berechnung aus der Entlastungskurve erfolgt. Durchführung präziser, schneller Messungen an filigranen Fertigbautei-len.
Messung mit KugeltastspitzeMehrfachmessung und Auswertung
für 20 Messpunkte
Einzelmessung
Messung mit Vickerstastspitze
Mehrfachmessung Diagramme
-
deutsch Uhrzeit: 13:45 UhrPrüfer:Ort:Luftfeuchtigkeit 50 %Raumtemperatur 21 °CTastertemperatur: 29,2 °CProbentemperatur: 24 °CProbendicke: 2 mmProbenbreite: 1 mm
Probe: Probenlänge: mmCharge: Tastspitzenradius: 0,2 mmMaterial: Vorkraft / Zeit: 8,30 mN 5,0 sKunde: Gesamtkraft / Zeit: 153,30 mN 30,0 s
Ringauflage:Limits Probenherstellung:IRHD min: Probenbehandlung: °CIRHD max: für: h
Notizen/Kommentar: Probenbeschreibung:
Test Umrechnung IRHD-M [°] E-Modul# µm IRHD-M [°] D extrapoliert N/mm²1 140,56 140,80 84,48 54,41 2,702 131,76 131,99 79,19 56,54 2,953 133,38 133,61 80,16 56,14 2,904 128,64 128,86 77,32 57,33 3,055 126,14 126,36 75,82 57,97 3,13
Mittel 132,10 132,32 79,39 56,48 2,95STD 4,91 4,92 2,95 1,21 0,14
Messdaten:Pfad (Datei 1):
Datei: 1. M1.xlsx2. M2.xlsx3. M3.xlsx4. M4.xlsx5. M5.xlsx
Metadatei:Seite 1/3
40,00°80,00°
Eindringtiefe d
M:\Auswertungsbögen\Härte IRHD&E-Modul\IRHD&E-Modul Meta.xlsm
X:\LNP nano touch - Messungen\Auswertungsbögen\Härte IRHD&E-Modul
Ja
NBR ohne Beschichtung
ABCDEF
Datum:
56,5°; SCMIRHD-M:
LNP NOM
IRHD-M extrapoliert - E-Modul nach Scott
13.01.2015
Lewinski
0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00
IRHD
-M [°
]
Test 1
Test 2
Test 3
Test 4
Test 5
IRHD max Limit
IRHD min Limit
Probe:Charge:Material:Kunde:
Datum:Uhrzeit: 11:05 UhrPrüfer:
Radius R Tastspitze (Kugel) mm Ort:Tastspitzenmaterial:Poissonzahl Probe ν_p POMPoissonzahl Tastspitze ν_i HartmetallE-Modul Tastspitze E_i N/mm2
Dateipfad:
Dateiname:
Notizen/Kommentar:
Seite 1/2
v-Control (linear)NewPOM R0,025mm.xlsx
Mittelwert 1-20
Mittelwert gew. Messungen
3.500,47 N/mm2
3.500,47 N/mm2
X:\LNP nano touch - Messungen\Messungen\E-Modul - Pharr Test u. Entwicklung\NewPOM R0,025mm
nach Oliver & Pharr (30.09.2016)
A. Wolff
HartmetallNortheim
deutsch
06.10.2016Zusammenfassung E-Modul
Tastspitzengeometrie: Kugel
0,350,22
0,03
500000
M1
M3M2
M4M5M6M7M8M9M10M11M12M13M14M15M16M17M18M19M20
1 - 20
3.293,2
3.788,0
3.586,6
3.497,2
3.914,3
3.580,7
3.468,1
3.188,0
3.586,0
3.489,1
3.554,2
3.365,2
3.512,03.520,1
3.208,9
3.770,3
3.656,4
3.176,5
3.412,03.442,4
3103
3177
3250
3324
3398
3472
3545
3619
3693
3767
3841
3914
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
E-M
odul
[N/m
m2 ]
Messungs Nr.
Oberflächenkontakt suchen mit FKontakt = k*Fmax
k = % (0,5 % ... 2,0 %)1Mittelwert über x Wertex = 4
17:30 Uhrdeutsch
40 %20 °C30 °C20 °C
Probe: Tastspitzengeometrie:Charge: Durchmesser D Tastspitze (Kugel) 0,20 mmMaterial: Tastspitzenmaterial:Kunde: Poissonzahl Probe ν_p
Poissonzahl Tastspitze ν_iMessmethode: E-Modul Tastspitze E_i 1000000 N/mm2
Kraftbereich der Gregressionsgeraden nach Hermannuntere Grenze 0,8 Fmaxobere Grenze 0,95 Fmax
0,80 … 0,95 Fmax 2.292,48 N/mm2
0,65 … 0,95 Fmax 0,00 N/mm2
0,50 … 0,95 Fmax 0,00 N/mm2
0,35 … 0,95 Fmax 0,00 N/mm2
Dateipfad: X:\LNP nano touch - Messungen\Messungen\E-Modul - Pharr Test u. Entwicklung\Kunststoff ABSDateiname: ABS Zugprobe M1.xlsx
Notizen/Kommentar:
E Modul Probe -Bereich nach Nermann
2.292,5 N/mm2
0,17Diamant
0,30Δs = const
nach Oliver & Pharr
ABS Kugel
884 mN
Luftfeuchtigkeit:Raumtemperatur:Tastertemperatur:Probentemperatur:Fmax
E Modul
Datum: 19.07.2016
Ort: Northeim
Uhrzeit:Prüfer: A. Wolff
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
-2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0
F [m
N]
Eindringtiefe h [μm]
Mittelwertfilter über Werte 2
15
AuswertungsprotokolleE-Modul nach Oliver und Pharr Mehrfachauswertung
E-Modul nach Oliver und Pharr Einzelpunktauswertung
IRHD-M-Protokoll
Für jede Anwendung stehen zahreiche Excel-basierte Auswer-teprotokolle zur Verfügung. Damit ist die Auswertesoftware selbsterklärend und 100% Micro-soft-kompatibel. Die Nutzung der Daten erfolgt über eigens programmierte Makros.Anpassungen und individuelle Gestaltung sind dadurch einfach möglich.
-
LNP® nano touch Tastspitzen: Härteprüfkörper nach Berkovich und Vickers, Rubintastspitzen, Diamanttastspitzen, Hartmetalltastspitzen
O-Ring-Aufnahmen Parallelschraubstock Kreuztische 25 x 25 mm, 8 x 8 mm
PTB-zertifizierte Normprüfkörper
Stand Oktober 2016technische Änderungen vorbehalten
Motorischer Piezo-Kreuztisch (22 x 22 mm)
Accurion halcyonics_nano 30
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