L'essai de dureté constitue une caractéristique fondamentale de l'analyse des propriétés d'un composant et, en qualité d'outil d'essai important des matériaux, ce paramètre essentiel peut être produit et mesuré selon une multitude de méthodes et de techniques. Bien que certains essais de dureté comme Rockwell produisent des résultats de processus uniques basés sur la profondeur d'empreinte rapides, de nombreux autres types d'essai couramment utilisés comme Vickers, Knoop et Brinell, nécessitent un processus secondaire pour déterminer la taille de l'empreinte. Ces processus secondaires peuvent être chronophages, inefficaces et prédisposés aux erreurs subjectives. La pénétration et la lecture d'empreinte automatiques utilisant l'analyse d'image constitue un moyen d'améliorer la productivité tout en assurant l'homogénéité du processus. Des améliorations considérables ces dernières années en termes de matériel, d'électronique, d'algorithmes d'imagerie et de capacités logicielles, ont ouvert une porte sur des processus d'essai extrêmement précis et fiables qui produisent des résultats plus rapidement que jamais. Ces techniques sont très prometteuses pour élever l'efficacité, la rapidité et la précision à des niveaux jamais atteints.

Test de dureté automatique


Knoop and Vickers sont deux des essais de dureté les plus courants, utilisés dans les micro et macro essais pour déterminer la dureté des matériaux sur la base de la mesure de la taille d'une empreinte en forme de losange laissée par l'application d'une force spécifique. La nature de l'essai dicte généralement l'application d'une force relativement légère, produisant des empreintes de taille extrêmement petite qui doivent être mesurées à l'échelle du micron. Les techniques conventionnelles toujours largement employées à l'heure actuelle impliquent l'utilisation de microscopes à objectifs de résolution variable intégrés au duromètre pour mesurer manuellement à travers un oculaire, sur la base de l'interprétation humaine. Comme on peut le prévoir, ce processus est chronophage, inefficace et, dans l'environnement rapide et extrême d'aujourd'hui, de plus en plus inacceptable. Il n'est pas rare qu'un technicien produise et mesure visuellement des centaines d'empreintes par jour, la fatigue étant susceptible de compromettre le processus de mesure avant l'augmentation de la quantité d'empreintes. Ajoutez à cela la nécessité de produire une analyse complète de dureté transversale consistant souvent en des quantités d'empreintes supérieures à 15 chacune, généralement à plusieurs reprises sur un même échantillon, et le désir d'instiller les techniques automatiques perfectionnées actuelles devient évident.

Au cours des quelques dernières années et sans aucun doute davantage à l'avenir, de plus en plus de processus d'essai manuels ont et continueront à céder rapidement la place à l'automatisation dans tous leurs aspects. De nouvelles techniques sont développées dans la préparation du matériau, le mouvement de platine, l'interprétation et les analyses de résultats et même les rapports. De telles technologies en cours de mise en œuvre dans de nombreux laboratoires partout dans le monde sont la phase transversale automatique et la lecture de l'analyse d'image des empreintes Knoop, Vickers et Brinell.

Un système d'essai de dureté automatique se compose généralement d'un testeur entièrement contrôlable, incluant une tourelle à rotation ou pivotement automatique, ainsi que l'actionnement sur l'axe Z depuis le logement de la tête/du pénétrateur ou depuis un système d'axe entraîné, utilisé pour appliquer l'empreinte selon une force prédéterminée comme pour faire la mise au point sur l'échantillon. Ajoutez à cela un ordinateur de bureau ou portable standard équipé d'un logiciel de dureté spécialisé, une platine motorisée traversant automatiquement XY, et d'une caméra vidéo USB, et vous aurez un puissant système d'essai de dureté entièrement automatique. Une fois configuré avec des échantillons et un programme mémorisé, peut être laissé sans surveillance pour produire et mesurer un nombre pratiquement illimité d'empreintes transversales et en établir le rapport.

Les technologies les plus récentes éliminent la plupart des matériels qui posaient des problèmes de fonctionnement et encombraient l'espace de travail par le passé. Par exemple, la platine est déplacée par l'intermédiaire d'une manette virtuelle et, sur certains systèmes, les contrôleurs de platine, sont intégrés au logement de la platine. Les avancées en termes d'algorithmes de mouvement de la platine et de conception mécanique ont produit une répétabilité et une précision XY meilleures que jamais, primordiales dans les exigences de précision transversale comme l'analyse de profondeur superficielle.

Analyse d'image


L'analyse d'image n'est pas un concept nouveau, mais la technologie continue à progresser, améliorant le processus de façon spectaculaire. Par exemple, la technologie des caméra a évolué de la capture d'image au Firewire IEEE et à l'USB, éliminant le matériel supplémentaire alors même que la résolution des caméras et les possibilités de champ de visualisation augmentaient. Les capacités des caméras actuelles et en cours de développement, associées aux capacités de traitement des ordinateurs actuels et aux progiciels en constante amélioration, ont considérablement amélioré la précision, la répétabilité et la fiabilité de la lecture d'empreinte automatique. Toutes les caméras numériques possèdent une matrice de pixels. Chaque pixel peut être allumé ou éteint. Lorsqu'une image en noir et blanc est projetée sur la matrice de pixels, ceux des zones sombres sont éteints et ceux des zones claires sont allumés. En comptant le nombre éteint, la taille du point noir à l'image peut être déterminée, suivie de la zone de l'image. La taille d'une empreinte est utilisée en association avec le pénétrateur et la force appliquée pour déterminer la valeur de dureté.

Transversale automatique


La possibilité d'utiliser des platines XY plus grandes, capables de maintenir 2, 4 ou même 6 échantillons à la fois dans un éventail de types de fixations élargit davantage la productivité. Les transversales pré-programmées et enregistrées sont ouvertes, les échantillons sont alignés dans les porte-échantillons et, en un seul clic, la pénétration, la lecture et les rapports sur une multitude de transversales sur chaque échantillon sont initiés. L'autofocus limite les problèmes de clarté de l'empreinte due à la variation de position Z. Les logiciels les plus récents autorisent même différentes échelles, forces et objectifs de microscope au sein et entre les transversales.

Les essais automatisés deviennent de plus en plus bénéfique également dans les applications d'essai de dureté Rockwell, particulièrement dans les modèles répétitifs comme les essais Jominy où le nombre de barres peut entièrement faire l'objet d'un essai et d'un rapport, sans surveillance après avoir cliqué sur la souris.

Autres applications


Comme pour les essais Knoop et Vickers, l'essai Brinell est par nature un processus lourd en main d'œuvre qui requiert une intervention et un traitement humains constants dans son état conventionnel. L'essai Brinell conventionnel consistant en une seule force d'essai contrôlée créée avec une bille de carbure de tungstène d'un diamètre spécifique, l'empreinte qui en résulte doit faire l'objet d'une mesure optique (diamètre en mm) pour déterminer la dureté du matériau. Cette mesure est généralement effectuée à l'aide d'un microscope portable de faible puissance, c'est-à-dire un processus à la fois laborieux et subjectif. Comme dans les essais Knoop et Vickers, les erreurs induites par la fatigue en exécutant les mesures de façon répétée sont courantes et le processus proprement dit peut s'avérer inefficace et chronophage. De nombreux processus exigeant une inspection à 100% et une productivité dépendant d'un retour de résultats rapide, il n'est pas surprenant qu'un moyen pour accélérer le processus et limiter les erreurs éventuellement induites par le traitement manuel soit demandé. La méthode qui peut s'avérer la plus applicable dépend d'une multitude de facteurs, notamment la durée d'essai requise, la géométrie de l'échantillon, la technique de chargement et de déchargement, les propriétés du matériau, les exigences des normes ASTM et leur respect et bien entendu l'alignement budgétaire.

Lorsque vous utilisez un modèle de duromètre sur pied ou de paillasse Brinell qui effectue uniquement la partie pénétration de l'essai, une alternative au processus manuel implique d'utiliser une caméra numérique portative capable de mesurer, précisément et efficacement le diamètre de l'empreinte en utilisant automatiquement les techniques d'analyse d'image. Il est par conséquent devenu relativement facile de mesurer des empreintes Brinell par l'intermédiaire d'une caméra. Lorsqu'un système d'imagerie portatif, exigeant l'intervention manuelle n'atteint pas la production désirée, un système optique Brinell entièrement automatique peut assurer le respect de la norme ASTM E-10 tout en autorisant un essai optique entièrement automatisé.

Un système d'essai optique Brinell entièrement automatique peut rapidement et précisément effectuer l'ensemble du processus d'essai Brinell conformément à la norme ASTM E10, notamment la pénétration précise et, dans la mesure où un système d'analyse d'image est activé pour la mise au point, identifier et enregistrer la taille de l'empreinte et la mesure de dureté. Tout ceci, associé à un logiciel convivial, offre à l'opérateur un multitude de possibilités pour générer les essais, effectuer l'analyse et créer les rapports. Il suffit à l'opérateur de localiser l'échantillon dans l'instrument et d'appuyer sur le bouton de démarrage. La pénétration est automatique, comme la rotation d'un système à porte-objectifs ou tourelle, qui tourne l'objectif/le microscope de mesure en position. La mise au point et le processus d'imagerie automatiques sont ensuite initiés et les résultats sont produits en 20 secondes seulement.

Les limitations du passé en termes de finition de surface, d'éclairage, d'étalonnage préalable à la configuration et de taille de pixel ont toutes été éliminées au fil des améliorations permanentes. Le résultat est une capacité et une dépendance accrues à « laisser l'instrument exécuter la tâche », contribuant à une augmentation considérable du rendement, de la cohérence, et surtout à libérer l'opérateur pour endosser d'autres responsabilités. Avec un système entièrement intégré, le processus lourd en main d'œuvre, subjectif et prédisposé à l'erreur est virtuellement éliminé, remplacé par un processus considérablement plus précis et productif.

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