Benutzerhandbuch IA2

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IndentAnalyser
Version 2
Bedienungsanleitung
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Inhaltsverzeichnis
1
2
3
4
Programmstart..................................................................................................................5
1.1
Start des Programms als Testversion ........................................................................5
1.2
Start des Programms nach Freischaltung ..................................................................6
1.3
User Management ......................................................................................................6
Erste Schritte für die Datenauswertung............................................................................7
2.1
Individuelle Konfiguration ...........................................................................................7
2.2
Messungen an Referenzmaterialien zur Kalibrierung.................................................8
2.3
Verarbeitung der Rohdaten ........................................................................................8
2.4
Erzeugung einer AREA-Datei.....................................................................................8
2.5
Berechnung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit .............................................8
2.6
Nullpunktkorrektur und Korrektur der thermischen Drift .............................................9
2.7
Mitteln und Speichern der Messdaten ........................................................................9
2.8
Ergebniszusammenstellung .......................................................................................9
2.9
Report.........................................................................................................................9
Das Hauptmenü ...............................................................................................................9
3.1
Schaltfläche Open ......................................................................................................9
3.2
Schaltfläche Save.....................................................................................................10
3.3
Schaltfläche Print .....................................................................................................11
3.4
Schaltfläche Information ...........................................................................................11
3.5
Schaltfläche Configuration........................................................................................11
3.6
Schaltfläche Open CFG............................................................................................11
3.7
Schaltfläche Results .................................................................................................12
3.8
Schaltfläche Report ..................................................................................................12
3.9
Schaltfläche Stress-strain.........................................................................................12
3.10
Schaltfläche Compare .........................................................................................13
3.11
Schaltfläche Graph ..............................................................................................13
3.12
Schaltfläche Open Template ...............................................................................15
3.13
Schaltfläche Save Template ................................................................................15
Konfiguration ..................................................................................................................16
4.1
Seite Main (Haupteinstellungen) ..............................................................................16
4.2
Seite Modules...........................................................................................................18
4.3
Seite Instrument .......................................................................................................18
4.4
Seite Indenter ...........................................................................................................22
4.5
Seite Analysis normal ...............................................................................................27
4.6
Seite Analysis lateral ................................................................................................31
4.7
Seite Results (Ergebnisdarstellung) .........................................................................32
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4.8
5
6
Seite Other (Anderes)...............................................................................................33
Einlesen und Korrigieren von Daten...............................................................................34
5.1
Filetypen ...................................................................................................................34
5.2
Einlesen und Darstellen von Messdaten ..................................................................35
5.3
Nullpunktkorrektur ....................................................................................................38
5.4
Korrektur der thermischen Drift ................................................................................41
Analyse der Messdaten ..................................................................................................43
6.1
Auswertung von Härte- und E-Modul-Messungen....................................................43
6.1.1
Seite Load-Displacement (Kraft-Verschiebung)..............................................43
6.1.2
Seite Creep (Kriechen)....................................................................................47
6.1.3
Seite Time dependence (Zeitabhängigkeit) ....................................................48
6.1.4
Seite Special ...................................................................................................49
6.1.5
Seite Results over Depth (Ergebnisse als Funktion der Tiefe)........................51
6.2
Extrapolation des Eindringmoduls auf Null Eindringtiefe..........................................52
6.3
Bestimmung eines Härteverhältnisses oder einer -differenz zu einer
Referenzmessung (insbesondere für sehr dünne Schichten) ............................................55
7
8
6.4
Auswertung variabler Kraft-Eindringtiefe Messungen ..............................................58
6.5
Auswertung zyklischer Härtemessungen .................................................................60
6.6
Auswertung von QCSM-Messungen ........................................................................61
6.7
Elastische E-Modul-Messungen mit Kugelindentern ................................................64
6.8
Auswertung von zyklischen Messungen zur Fließgrenzen-bestimmung..................67
6.9
Auswertung mit neuronalen Netzen (optional) .........................................................71
6.10
Auswertung von Scratchtests (nur UNAT mit LFU) .............................................75
6.11
Auswertung von Reibungs- und Verschleißtests (nur UNAT mit LFU) ................80
Vergleich von Messungen und Kurven...........................................................................83
7.1
Auswahl der Datenfiles.............................................................................................83
7.2
Änderung der Darstellung des Fensters...................................................................85
Bestimmung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit ................................................86
8.1
8.1.1
Erster Schritt: Messung von Referenzmaterialien ...........................................86
8.1.2
Zweiter Schritt: Verarbeitung der Rohdaten ....................................................87
8.1.3
Dritter Schritt: Erzeugung eines AREA-Files...................................................89
8.1.4
Vierter Schritt: Berechnung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit..........90
8.2
9
Berechnung aus plastischen Eindrücken (spitze Indenter) ......................................86
Berechnung aus vollständig elastischen Deformationskurven .................................97
Ergebniszusammenstellung .........................................................................................100
9.1
Ergebnistabelle.......................................................................................................100
9.2
Erstellen einer Grafik aus der Ergebnistabelle .......................................................102
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10
Report (Messbericht) ..............................................................................................103
10.1
Report Vorbereitung ..........................................................................................103
10.2
Report Vorschau................................................................................................106
11
Das Informationsfenster .........................................................................................107
11.1
Einführung .........................................................................................................107
11.2
Seite Main..........................................................................................................108
11.3
Seite Position and segments .............................................................................108
11.4
Seite Instrument.................................................................................................109
11.5
Seite Indenter ....................................................................................................110
11.6
Seite Applied corrections ...................................................................................110
12
Erläuterung der Ergebnisse und Formeln...............................................................111
12.1
Erläuterung der Ergebnisse von Härtemessungen ............................................111
12.2
Erläuterung der Ergebnisse von Scratchtests ...................................................115
12.3
Fitfunktionen ......................................................................................................116
13
Das Rohdatenformat der verschiedenen Geräte....................................................118
13.1
Einleitung ...........................................................................................................118
13.2
Nanoindenter XP-Daten.....................................................................................118
13.3
UMIS-2000-Daten ..............................................................................................119
13.4
Fischerscope-Daten...........................................................................................120
13.5
Hysitron-Daten...................................................................................................122
13.6
Shimadzu DUH-202-Daten ................................................................................122
13.7
Shimadzu DUH-201W-Daten.............................................................................123
13.8
Nanotest-Daten..................................................................................................124
13.9
CSM NHT-Daten................................................................................................124
13.10
Daten von einem Zwick-Messkopf .....................................................................125
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1 Programmstart
1.1 Start des Programms als Testversion
Wenn Sie das Programm nach der Installation das erste Mal durch Doppelklick auf das
Symbol
starten, wird es als Testversion aufgerufen, die nur das Öffnen von bereits
vorher ausgewerteten Datenfiles (DAA und AVR-Files) zulässt. Die Original-Datenfiles der
Messgeräte lassen sich nicht öffnen.
Das Programm hat einen Kopierschutz, der auf der Nummer der Festplatte bzw. Partition
basiert, auf der es installiert ist. Sie können das Programm als zeitlich befristete Vollversion
testen, indem Sie sich registrieren lassen und einen Freitschaltcode abfordern.
Dies geht ganz einfach:
Beim Start der Testversion erscheint zuerst ein Welcome-Window:
In diesem Fenster wird rechts unten die Disk ID no. Ihres Rechners angezeigt. Senden Sie
diese Nummer an den Lieferanten oder an ASMEC um den Freitschaltcode zum Testen oder
um ein Angebot für den Kauf der Software zu bekommen.
Dies geht am einfachsten, wenn Sie auf die angezeigte E-Mail Adresse (Contact) klicken.
Dann öffnet sich Ihr E-Mail Programm (sofern vorhanden) und sie brauchen die vorbereitete
E-Mail nur zu ergänzen und abzuschicken.
Wenn sie einen Code erhalten haben, ist dieser auf der Seite Main des ConfigurationFensters einzutragen:
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Nach Kauf der Vollversion brauchen Sie nur den Software access code, bei dem jeweils
drei Ziffern durch einen Punkt separiert sein müssen.
Für einen zeitlich befristeten Test der Vollversion brauchen Sie außerdem den Time code.
Die verbleibende Zeit für den Test wird ebenfalls im Welcome-Window angezeigt.
Nach Erwerb einer Software-Lizenz können Sie die Access Codes für zwei verschiedene
Rechner abfordern.
1.2 Start des Programms nach Freischaltung
Starten Sie das Programm durch Doppelklick auf das Symbol
oder durch Anklicken des
Programmfiles IndentAnalyser.exe.
Das Programm darf immer nur aus dem Programmverzeichnis heraus gestartet werden. Bei
einem Link zu dem Programm muss daher unter Eigenschaften/Verknüpfung der Pfad des
Programms unter „Ausführen in:“ angegeben sein, ansonsten kommt es zu
Fehlermeldungen.
Bevor das Programmfenster selbst erscheint, öffnet sich das Login Fenster. Tragen Sie den
Nutzernamen und das gewählte Passwort ein und schließen mit OK.
Als Standard nach Neuinstallation des Programms gilt:
Username: admin
Password: 123456
Durch das Login-Fenster können unbefugte Nutzer das Programm nicht nutzen. Sie können
verschiedene Zugriffsrechte vergeben. Der Nutzerstatus kann zwischen
Admin, Expert user, Standard user
gewählt werden. In der gegenwärtigen Version sind die Unterschiede zwischen den
verschiedenen Zugriffsrechten gering.
1.3 User Management
Der Menüpunkt Configuration  User management ist aufzurufen, um



Das Passwort zu ändern,
weitere Nutzer hinzuzufügen,
unterschiedliche Zugriffsrechte zu vergeben.
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Durch Klicken auf die Schaltfläche Edit ist es möglich, im unteren Teilfenster Edit die
Veränderung bereits eingetragener Nutzer vorzunehmen.
Um neue Nutzer anzumelden (siehe Bild oben)
 Klicken Sie auf die Schaltfläche New
 danach Anklicken der Schaltfläche Save
 danach Anklicken der neuen Tabellenzeile.
Jedem Nutzer muss im Feld Status ein Nutzerstatus zugeordnet werden, der aus 3
möglichen Varianten ausgewählt werden kann: Admin, Expert user, Standard user.
Die Änderungsmöglichkeiten im Programm hängen vom Nutzerstatus ab.
Durch Klicken der Schaltfläche Remove password im Falle eines mit Passwort (PW=Y)
eingetragenen Nutzers wird das bisherige Passwort ungültig, so dass sich der
entsprechende Nutzer beim Neustart des Programms mit neuem Passwort anmelden muss.
Bei einer Vielzahl eingetragener Nutzer kann die Suche nach einem bestimmten Nutzer über
das Teilfenster Find und den Eintrag des Login-Namens im Feld User erfolgen.
Das Setzen eines Häkchens in das Feld No AF info („Don’t show autofocus info“) bewirkt,
dass dem Nutzer beim Start des Gerätes keine Information über das Autofocus-System
angezeigt wird (Anzeige in der Tabelle unter „AF info“=N).
Jede vorgenommene Änderung muss durch Klicken der Schaltfläche Save gesichert werden.
Achtung! Beim Klicken der Schaltfläche Close werden die vorgenommenen Änderungen
gelöscht.
2 Erste Schritte für die Datenauswertung
2.1 Individuelle Konfiguration
Beim Start des Programms werden bestimmte Parameter geladen, die die Nutzung des
Programms festlegen. Ein großer Teil der Parameter steht in so genannten Configuration
Files *.CFG. Diese Files stehen normalerweise in einem separaten Verzeichnis mit dem
Namen CFG-Files eine Ebene unterhalb des Programmverzeichnisses. Nur von dort können
sie beim Programmstart automatisch gelesen werden. Sie können jedoch auch andere Orte
für diese Files wählen. Wird das File beim Programmstart nicht gefunden, erscheint eine
Fehlermeldung und Sie werden aufgefordert, das richtige Configuration-File von einem
beliebigen Speicherort einzulesen. Ein einmal gelesenes File, das im Verzeichnis CFG-Files
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steht, wird beim Programmstart immer wieder eingelesen bis Sie ein anderes wählen.
Der Typ des Gerätes von dem die Messdaten stammen als auch der Typ der Messspitze und
die Art der Auswertung werden in den CFG-Files festgelegt.
Nach dem ersten Start des Programms müssen Sie ein CFG-File einlesen, das zu dem
Gerätetyp gehört, den Sie verwenden. Für die meisten Gerätetypen werden Files
mitgeliefert, die den Namen des Gerätes enthalten. Dies geschieht mit der Schaltfläche
im Hauptmenü. Eine andere Möglichkeit, das Gerät auszuwählen besteht in der
Nutzung des Configuration Fensters. Es wird mit Schaltfläche
geöffnet.
im Hauptmenü
In den mitgelieferten CFG-Files sind Indenter-Typen und deren Kalibierwerte festgelegt, die
nicht mit denen für Ihr Gerät übereinstimmen werden. Daher ist eine Kalibrierung unbedingt
erforderlich.
Alles Weitere zu den Einstellungen im Configuration-Fenster erfahren Sie im Kapitel
Konfiguration.
2.2 Messungen an Referenzmaterialien zur Kalibrierung
Führen Sie Messungen an zwei Referenzmaterialien mit mindestens 10 verschiedenen
Kräften durch. Es wird empfohlen, Quarzglas zur Ermittlung der Flächenfunktion und Saphir
oder ein anderes Material mit großem Elastizitätsmodul zur Bestimmung der Gerätesteifigkeit
zu verwenden. Für diese Messungen können Sie die Gerätesteifigkeits- und IndenterFlächenfunktionen verwenden, die mit dem Programm mitgeliefert wurden. Sie können diese
Funktionen später ändern, d.h. individuell anpassen. Siehe dazu
Kapitel „Erster Schritt: Messung von Referenzmaterialien“ der Bedienungsanleitung.
2.3 Verarbeitung der Rohdaten
Lesen Sie die an den Referenzmaterialien ermittelten Messkurven ein. Gehen Sie bei der
Verarbeitung dieser Rohdaten so vor, wie es im
Kapitel „Zweiter Schritt: Verarbeitung der Rohdaten“
der Bedienungsanleitung beschrieben wird. Führen Sie wenn möglich die Nullpunktkorrektur
und Korrektur der thermischen Drift durch. Speichern Sie die korrigierten Daten im
Dateiformat *.DAA bzw. *.AVR ab. Die AVR-Dateien werden zur Berechnung der
Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit benötigt.
2.4 Erzeugung einer AREA-Datei
In diesem Schritt werden die gerade erzeugten AVR-Files verwendet, um daraus eine
sogenannte AREA-Datei zu erstellen, mit deren Hilfe dann die endgültige Berechnung der
Flächenfunktion erfolgt.
Kapitel „Erzeugung eines AREA-Files“
2.5 Berechnung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit
Im Bereich der Eindrucktiefen unter 1µm sollten Sie immer eine Indenter-Flächenfunktion
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verwenden. Jeder spitze Indenter (Vickers, Berkovich, Cube Corner) besitzt einen endlichen
Spitzenradius im Bereich 50nm … 1µm. Sie müssen die Flächenfunktion so genau wie
möglich bestimmen, um korrekte Ergebnisse für die Härte und den Elastizitätsmodul zu
erhalten.
Eine der schwierigsten Aufgaben bei der Messung mit Nanoindentern besteht darin, einen
genauen Wert für die Gerätesteifigkeit zu erhalten.
Kapitel „Vierter Schritt: Berechnung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit“
2.6 Nullpunktkorrektur und Korrektur der thermischen Drift
Nach dem Einlesen der unverarbeiteten Messdaten eines beliebigen Gerätes sollte immer
eine Nullpunktkorrektur der Wegmessung durchgeführt werden. Dies kann automatisch oder
manuell erfolgen. Die Art der Korrektur wird im Configuration-Fenster auf der Seite
Analysis normal festgelegt.
Wenn möglich sollte auch eine Korrektur der thermischen Drift erfolgen. Dies ist jedoch nur
möglich, wenn bei der Messung eine Haltezeit nach Entlastung oder zum Beginn der
Messung eingefügt wurde, von der Messdaten vorliegen.
Kapitel „Korrektur der thermischen Drift“.
2.7 Mitteln und Speichern der Messdaten
Alle Files, die zu derselben Probe gehören und die mit gleichen Messparametern
(insbesondere gleicher Last) gemessen wurden, können als Average data in einem AverageFile (*.AVR) oder als korrigierte Einzelkurven in einem *.DAA File gespeichert werden.
Durch Nutzung dieser File-Typen brauchen Sie die Korrekturen nicht wiederholen.
Typischerweise werden AVR-Files zur weiteren Auswertung herangezogen.
2.8 Ergebniszusammenstellung
Das Programm ermöglicht die automatische Auswertung mehrer Messungen gleichzeitig.
Details zur Ergebnisdarstellung sind im
Kapitel „Darstellung von Messungen
„Ergebniszusammenstellung“ zu finden.
I
und
Messdatenauswertung“
und
Kapitel
2.9 Report
Im Kapitel „Report“ der Bedienungsanleitung finden Sie Details zur Erstellung eines Reports
zur Messdatenauswertung.
3 Das Hauptmenü
3.1 Schaltfläche Open
Öffnet eine oder mehrere Datenfiles mit Eindruckdaten. Das weitere Vorgehen ist abhängig
vom Dateityp.
Zuerst können alle Zeilendaten der Kraft-Verschiebungs-Kurven eingelesen werden, wenn
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man diese Schaltfläche verwendet. Die Dateierweiterung hängt vom Gerät ab, das in der
Konfiguration ausgewählt wurde. Für das Gerät UNAT ist die Dateierweiterung DAT.
Weiterhin können Datenfiles eingelesen werden, die einem spezifischen Format des
IndentAnalysers entsprechen. Dies sind:
REF – Eine REF-Datei wird nur für die Analyse von Lateralkraftmessungen mit dem UNATGerät verwendet.
DAA - Multi Data Files, enthalten mehr als eine Kurve nach Korrektur von Nullpunkt und
thermischer Drift.
AVR - Average Data Files, enthalten nur eine (gemittelte) Kurve nach Ausführung aller
notwendigen Korrekturen.
Wählen Sie Ordner und Dateiname durch Anklicken der Symbole im Dateiauswahl-Dialog.
Der Ordner wird als Standardpfad (für das Einlesen) beibehalten, bis Sie einen anderen Pfad
wählen oder das Programm schließen.
SCN – Surface-Scan-Datenfiles (Dateien des Oberflächenscans).
3.2 Schaltfläche Save
Speichern Sie die bearbeiteten Daten in einem speziellen IndentAnalyser-Dateiformat, als
ASCII- oder Excel-Datei.
Die Daten werden als DAA-Datei gespeichert, wenn das Fenster DATA overview aktiv ist
und als AVR-Datei gespeichert, wenn das Fenster Results window aktiv ist.
Wählen Sie Ordner und Dateiname durch Anklicken der Symbole und der Eingabezeilen im
Dateiauswahl-Dialog. Der Ordner wird als Standardpfad (für das Abspeichern) beibehalten,
bis Sie einen anderen Pfad wählen oder das Programm schließen.
Die Dateierweiterung wird automatisch hinzugefügt.
Eine *.DAA-Datei enthält die Daten von Kraft, Eindringtiefe und Zeit für bis zu 20
Einzelmessungen einschließlich Messbeschreibung, Probenbezeichnung, Flächenfunktion,
Gerätenachgiebigkeit und anderer Parameter.
Eine *.AVR-Datei enthält die gemittelten Daten von Kraft, Eindringtiefe, Zeit und die
Standardabweichungen für jeden Messpunkt. Zusätzlich werden die Beschreibung der
Messung, die Probenbezeichnung, die Flächenfunktion, die Gerätenachgiebigkeit und
andere Parameter abgespeichert.
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3.3 Schaltfläche Print
Druckt das komplette Diagrammfenster (Fenster, das eine Kurve enthält) einschließlich
Schaltflächen, Eingabezeilen und Ergebnisfelder.
Es erscheint der Drucken-Dialog, der eine Auswahl verschiedener Parameter erlaubt. Die
Verwendung der Print-Schaltfläche ist am besten dafür geeignet, alle Ergebnisse und
Parameter zusammen mit der zugehörigen Kurve auszudrucken.
Die maximale Breite oder Höhe einer Seite wird in Abhängigkeit vom Seitenverhältnis des
Fensters verwendet.
Das Größenverhältnis der Elemente (Schriftgröße, Linienbreite …) hängt von der
Fenstergröße ab. Sie können es durch Änderung der Fenstergröße modifizieren.
Wenn Sie ausschließlich das Diagramm drucken wollen, nutzen Sie die Print-Schaltflächen
innerhalb des betreffenden Fensters oder die Print-Schaltfläche des Graph commander. Sie
erlaubt eine Seitenvorschau und die Anpassung der verschiedenen Druckparameter.
3.4 Schaltfläche Information
Öffnet ein Informationsfenster, wenn eine Messung existiert oder ein Datenfile eingelesen
wurde. Es enthält Informationen über Probenbezeichnung und –nummer, Beschreibung,
Messdatum, Berechnungsdatum, Zeit und Punkteanzahl der Einzelreihen und andere
Parameter.
Falls die Rohdaten die Informationen nicht enthalten, können Sie diese im Menü
File/View/Edit Header hinzufügen oder abändern. Nach Durchführung der Änderungen
müssen Sie die *.AVR-Datei nochmals abspeichern, um die Änderungen dauerhaft zu
sichern.
Das Informationsfenster wird automatisch aktualisiert, wenn Sie eine neue Datei einlesen.
3.5 Schaltfläche Configuration
Öffnen Sie das Fenster Configuration. Nach dem ersten Programmstart werden die
Standardkonfigurationsdaten verwendet. Sie müssen diese Daten individuell anpassen.
Die Konfigurationsdaten werden in *.CFG-Konfigurationsdateien abgespeichert. Die Datei,
die nach dem Programmstart verwendet wird, ist auf der Seite Main page des Fensters
Configuration und in der Statusleiste des Hauptfensters vorgegeben.
Mehr Details finden Sie im Kapitel Konfiguration.
3.6 Schaltfläche Open CFG
Öffnet eine *.CFG-Konfigurationsdatei (oder *.CFU- Konfigurationsdatei).
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Die Konfigurationsdaten werden in *.CFG-Konfigurationsdateien (oder in *.CFUKonfigurationsdateien bis zur Version 1.7) abgespeichert. Die Datei, die nach dem
Programmstart verwendet wird, ist auf der Seite Main page des Fensters Configuration und
in der Statusleiste des Hauptfensters vorgegeben.
Für die unterschiedlichen Messgeräte und Indenterspitzen werden einige BeispielKonfigurationsdateien mit dem Programm geliefert.
Eine Konfigurationsdatei enthält die Parameter, die im Konfigurationsmenü verfügbar sind.
Sie beinhaltet Einheiten, Geräteparameter, Gerätetyp, Indentertyp, Werte der
Gerätesteifigkeit und Flächenfunktion und vieles mehr.
Sie sollten eine gesonderte Konfigurationsdatei abspeichern für jedes Gerät, jede
Indenterspitze und jede neue Flächenfunktion, die Verwendung findet. Es wird
vorgeschlagen, die Konfigurationsdateien im vordefinierten Pfad CFG-Files abzuspeichern.
Sie können die Parameter nach der Konfiguration in so viele Dateien abspeichern, wie sie
wollen und mit irgendeinem Namen. Nach dem Einlesen einer solchen Datei werden alle
Parameter auf einmal eingestellt. Dies ist sinnvoll, wenn Sie mit verschiedenen Indentern
und unterschiedlichen Flächenfunktionen arbeiten. Es wird empfohlen, eine gesonderte Datei
für jede Flächenfunktion mit einem aussagekräftigen kurzen Namen zu verwenden.
Die aktuelle Konfigurationsdatei wird in der Statusleiste im Hauptfenster unten angegeben.
3.7 Schaltfläche Results
Öffnet das Fenster Results summary.
Das Programm gestattet die Analyse einer großen Zahl von Messungen auf einmal. Die
Ergebnisse werden in der Tabelle Results Summary gesammelt, bis die Tabelle geleert
wird.
Details der Ergebnispräsentation können Sie im Kapitel. “ Darstellung von Messungen und
Messdatenauswertung” finden.
3.8 Schaltfläche Report
Es wird ein Fenster mit der Vorschau des Ergebnisreports angezeigt. Sie sehen auf der
Reportseite, was sie auf dem Drucker erhalten werden. Verwenden Sie die Schaltflächen
oben im Fenster, um die Bildschirmpräsentation zu ändern, den Report abzuspeichern oder
auszudrucken. Mehr Details finden Sie im Kapitel Report.
3.9 Schaltfläche Stress-strain
Klicken Sie auf die Schaltfläche Stress-strain, um das Modul Stress-strain zu starten
(Berechnung elastischer und plastischer Materialparameter unter Verwendung neuronaler
Netze). Die Schaltfläche ist nur verfügbar, wenn das Fenster Average results geöffnet ist
und das Modul “Neuronale Netze” erworben wurde.
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3.10 Schaltfläche Compare
Erlaubt den Vergleich einer unbegrenzten Anzahl von Kurven im Fenster Comparison.
Wählen Sie die Dateien im Dateiauswahldialog durch Anklicken der Symbole und anhaltend
niedergedrückter Strg-Taste aus.Sie können nur Dateien in einem Ordner auf einmal
einlesen. Dateien aus anderen Ordnern können später hinzugefügt werden durch
Verwendung der Schaltfläche Add Graph im Fenster Comparison.
Einlesbar sind:

Average-Datenfiles *.AVR and *.MWT

ASCII-Daten mit Überschrift *.TXT

ASCII-Daten ohne Überschrift *.ASC

Liniendiagramm-Dateien *.GRA

Beliebige ASCII-Dateien mit mehreren Spalten ohne Überschriftzeilen
Das Programm erkennt automatisch die Anzahl der Datenspalten in der Datei und schlägt
die Anzahl der Kurven für das Einlesen vor.
Die erste Datei definiert Titel und Achsenbezeichnungen im Diagramm. Bitte beachten Sie,
dass Titel und Einheiten fehlerhaft sein können, wenn Sie verschiedene Dateien einlesen.
Sie können Titel mit dem Chart Editor im Graph Commander ändern.
Liniendiagramm-Dateien sind ASCII-Dateien mit zwei Datenspalten für X-Werte (erste) und
Y-Werte (zweite) und einer Überschrift, die informationen über den Diagrammtitel, die
Achsenbezeichnungen und anderes enthalten. Sie werden inälteren Versionen der ASMECSoftware verwendet.
ASCII-Datenfiles mit oder ohne Überschrift können mit der Schaltfläche
Fenstern erzeugt werden, die Diagramme enthalten.
in nahezu allen
Sie können Kurven aus der Präsentation entfernen durch Anklicken der Prüfbox mit der
Kurvennummer auf der rechten Seite des Comparison-Fensters mit der rechten Maustaste.
Die Betrachtung von Details im Diagramm ist möglich mit der

Zoom-Funktion:
Ziehen der Maus von links oben nach rechts unten bei gedrückter linker Maustaste.

Scroll-Funktion:
Ziehen der Maus bei gedrückter rechter Maustaste.

Back-Funktion:
Ziehen der Maus von rechts unten nach links oben bei gedrückter linker Maustaste.
können Sie eine durch ihre Nummer ausgewählte Kurve in ein FitMit der Schaltfläche
Fenster kopieren. Dort können Sie verschiedene Fitfunktionen anwenden, um die Kurven
detaillierter zu analysieren.
3.11 Schaltfläche Graph
Öffnen Sie das Fenster Graph Commander. Die Schaltflächen des Graph Commander
haben die folgenden Funktionen:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Standard-Schaltfläche für die normale Verwendung der Maustasten:

Zoom-Funktion:
Ziehen der Maus von links oben nach rechts unten bei gedrückter linker Maustaste.

Scroll-Funktion:
Ziehen der Maus bei gedrückter rechter Maustaste.

Back-Funktion:
Ziehen der Maus von rechts unten nach links oben bei gedrückter linker Maustaste.
Erlaubt es, die Position eines Punktes innerhalb des Diagramms mit Hilfe eines sich
bewegenden Kreuzes auszumessen. Die Koordinaten werden in der Statusleiste des
Commander-Fensters angegeben. Verwenden Sie die Standard-Schaltfläche, um zur
normalen Anwendung zurückzuschalten.
Erlaubt es, das Diagramm mit der Maus relativ zum Fenster und zur Überschrift zu
bewegen. Drücken Sie die linke Maustaste und ziehen Sie die Maus oder bewegen Sie das
Diagramm in Einzelschritten durch Drücken der Pfeiltasten. Die Funktion und die Positionen
werden in der Statusleiste des Commander-Fensters (nach der ersten Bewegung)
angegeben.
Erlaubt es, das Diagramm mit der Maus relativ zum
drehen. Drücken Sie die linke Maustaste und ziehen Sie
Diagramm in Einzelschritten durch Drücken der Pfeiltasten.
werden in der Statusleiste des Commander-Fensters
angegeben.
Fenster und zur Überschrift zu
die Maus oder drehen Sie das
Die Funktion und die Positionen
(nach der ersten Bewegung)
Erlaubt es, das Diagramm mit der Maus relativ zum Fenster und zur Überschrift zu
zoomen. Drücken Sie die linke Maustaste und ziehen Sie die Maus oder zoomen Sie das
Diagramm in Einzelschritten durch Drücken der Pfeiltasten. Die Funktion und die Positionen
werden in der Statusleiste des Commander-Fensters (nach der ersten Bewegung)
angegeben.
Erlaubt mit der Maus eine Tiefenänderung in dreidimensionaler Perspektive. Drücken Sie
die linke Maustaste und ziehen Sie die Maus oder ändern Sie die Tiefe in Einzelschritten
durch Drücken der Pfeiltasten. Die Funktion und die Tiefe werden in der Statusleiste des
Commander-Fensters (nach der ersten Bewegung) angegeben.
Macht alle Änderungen rückgängig und führt zurück zur ersten Präsentation nach der
Öffnung des Fensters.
Chart-Editor – erlaubt den Zugang zu allen Eigenschaften des Diagramms (Chart).
Verwenden Sie die Hilfe-Schaltfläche des Chart-Editors, um mehr Hilfe aufrufen zu können.
Druckt das Diagramm unter Verwendung einer Druckvorschau. Der Drucker, die
Anordnung auf der Seite, die Randeinstellungen sowie andere Parameter können geändert
werden.
Kopieren in die Zwischenablage – erlaubt es, das Diagramm in die Zwischenablage zu
kopieren und es in ein anderes Programm wie WORD oder EXCEL einzufügen.
Einzelschritt-Schaltflächen. Ändern die ausgewählte Eigenschaft (Lage,
Drehung, Zoom, Tiefe) um einen Schritt in die angegebene Richtung.
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Erhöht die Schriftartgröße für alle Überschriften und Beschriftungen (Legenden) um eine
Stufe.
Vermindert die Schriftartgröße für alle Überschriften und Beschriftungen (Legenden) um
eine Stufe.
Schaltet das Gitter im Hintergrund des Diagramms ein und aus.
3.12 Schaltfläche Open Template
Ein Template ist eine Maske für die Präsentation der Diagramme. Die Seite, die
Seitenwände bei der dreidimensionalen Darstellung, der Rahmen, die Legende, die Achsen,
die Achsenskalenstriche, die Achsenbezeichnungen und Texterläuterungen, all diese haben
Eigenschaften, die in einem Template gespeichert werden können. Es enthält nicht die
Eigenschaften der Kurven.
Sie können ein Template verwenden, um Ihren eigenen Präsentationsstil für eine Vorlesung
oder Publikation ohne Neuberechnung der Daten zu entwerfen.
Eine Template-Datei hat die Dateierweiterung *.TEE. Sie können eine Template-Datei nur
dann einlesen, wenn ein Fenster mit einem Diagramm (Chart-Fenster) geöffnet ist. Das
Template beeinflusst nur das aktive Diagramm. Wenn mehrere Fenster geöffnet sind, sollten
Sie auf das gewünschte Diagramm klicken, bevor Sie die Datei öffnen.
Wenn Sie eine Template-Datei einlesen, können sowohl die Achsenbezeichnungen und
Einheiten als auch die Achsenskalierung verschlechtert werden. In vielen Fällen können Sie
das Problem beseitigen, wenn Sie das Diagramm neu berechnen. Ansonsten können Sie
den Chart-Editor aus dem Graph-Commander für Korrekturen verwenden.
Bitte beachten Sie, dass die Achsenskalierungen im Template festgelegt sein können. In
diesem Fall kann das Laden eines neuen Templates zu inkorrekten Achsenskalierungen
führen und Daten könnten verlorengehen. Um diesen Effekt zu verhindern, setzen Sie die
Achsenskalierungseigenschaften im Chart-Editor auf der Seite Axis/Scales auf Automatic.
Dies müssen Sie für jede relevante Achse tun.
Einige Standardpräsentationen und Beispiele werden mit dem Programm in mehreren
Template-Dateien mitgeliefert
Wählen Sie das Verzeichnis und den Dateinamen durch Anklicken der Symbole im
Dateiauswahldialog aus.
3.13 Schaltfläche Save Template
Ein Template ist eine Maske für die Präsentation der Diagramme. Die Seite, die
Seitenwände bei der dreidimensionalen Darstellung, der Rahmen, die Legende, die Achsen,
die Achsenskalenstriche, die Achsenbezeichnungen und Texterläuterungen, all diese haben
Eigenschaften, die in einem Template gespeichert werden können. Es enthält nicht die
Eigenschaften der Kurven.
Eine Template-Datei hat die Dateierweiterung *.TEE. Sie können eine Template-Datei nur
dann abspeichern, wenn ein Fenster mit einem Diagramm (Chart-Fenster) geöffnet ist. Es
werden nur die Template-Eigenschaften des aktiven Diagramms gespeichert. Wenn mehrere
Fenster geöffnet sind, sollten Sie auf das gewünschte Diagramm klicken, bevor Sie die Datei
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abspeichern.
Wählen Sie das Verzeichnis und den Dateinamen durch Anklicken der Symbole und
Eingabezeilen im Dateiauswahldialog aus. Die Dateierweiterung wird automatisch
hinzugefügt.
Bitte beachten Sie, dass die Achsenskalierungen im Template festgelegt sein können. In
diesem Fall kann das Laden eines neuen Templates zu inkorrekten Achsenskalierungen
führen und Daten könnten verlorengehen. Um diesen Effekt zu verhindern, setzen Sie die
Achsenskalierungseigenschaften im Chart-Editor auf der Seite Axis/Scales auf Automatic,
bevor Sie das Template abspeichern. Dies müssen Sie für jede relevante Achse tun.
4 Konfiguration
4.1 Seite Main (Haupteinstellungen)
Die Konfiguration der Hardware und Software erfolgt im Fenster Configuration, aufgerufen
durch:

Menüpunkt Configuration  Configuration window oder

Schaltfläche Configuration
Das Feld Selected configuration file zeigt den Namen der aktuell ausgewählten
Konfigurationsdatei an.
Eine Konfigurationsdatei enthält alle Korrekturdaten, die zum Auswerten von Datenfiles
notwendig sind wie Flächenfunktion, Gerätesteifigkeit, Art und Format der auszugebenden
Ergebnisse, nicht aber die hardwarespezifischen Parameter, die für die Nutzung des Gerätes
notwendig sind. Sie hat die Dateiendung CFG. Eine CFG-Datei kann auf einen anderen
Computer kopiert werden und dort zur Analyse von Messdateien verwendet werden.
Eine Konfigurationsdatei kann gelesen werden mit
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
der Schaltfläche Open CFG

der Schaltfläche
ersten Zeile.
im Hauptmenü
auf der Registerkarte Main des Fensters Configuration in der
Konfigurationsdateien von früheren Versionen von IndentAnalyser mit der Endung CFU
können ebenfalls eingelesen werden. Sie enthalten jedoch weniger Parameter als die CFGFiles so dass eventuell einige Werte nachjustiert werden müssen.
Standardmäßig werden die Dateien im Unterverzeichnis CFG-Files von IndentAnalyser
gesucht. Wenn sich das zuletzt gelesene CFG-File nicht dort befindet erhalten Sie beim
Programmstart eine Fehlermeldung und haben die Möglichkeit einen anderen Pfad
auszuwählen.
Im Feld Instrument / Program owner kann der Eigner oder Betreiber des Messgerätes bzw.
des Softwareprogramms eingetragen werden. Die Eintragung dieses Namens ist für keinerlei
Analyse notwendig.
Die IndentAnalyser-Software ist kopiergeschützt um zu verhindern, dass sie ohne regulären
Kauf zur Datenanalyse verwendet wird. Es wird nur das Einlesen der Rohdaten verhindert –
die meisten der anderen Funktionen können ohne Einschränkungen genutzt werden.
Der Software-Zugangscode, den man nach dem Erwerb der Software vom Lieferanten
erhält, wird in das Feld Software access code eingetragen. Damit erhalten Sie den vollen
Zugang zu allen Leistungen der Software.
Durch Anklicken der Schaltfläche Get Disk ID No. erscheint im Feld rechts die aktuelle IDNummer der Festplatte in einem dezimalen Zahlenformat. Sie wird zur Berechnung des
Software access code benötigt.
Wird in das Feld Run with log file ein Häkchen gesetzt, wird der Messablauf in der Textdatei
LogFile.TXT abgespeichert. Diese Datei steht in demselben Verzeichnis wie
IndentAnalyser.exe. Die Aufzeichnung des Messablaufs in LogFile.TXT erfolgt ausschließlich
zur Information des Herstellers für Servicezwecke.
In den vier unteren Feldern werden die Standard-Speicherpfade für folgende Dateien
definiert:
 Konfigurationsdateien / Configuration files (CFG- bzw. CFU-Dateien)
 Parameter-Dateien / Parameter files (PAR-Dateien)
 Positions-Dateien / Position files (POS-Dateien)
 Messergebnisse / Data (DAT-Dateien).
Eine Neuauswahl des Dateipfades kann durch Anklicken der Schaltfläche
rechten Seite der Felder vorgenommen werden.
auf der
Alle Änderungen im Configuration-Fenster, die für einen CFG-File notwendig sind, werden
nur dann dauerhaft abgespeichert, wenn Sie die Schaltfläche Save im unteren Teil des
Fensters anklicken. Sie werden dann nach dem Namen des CFG-Files gefragt. Sie können
nun eine neue CFG-Datei erzeugen oder eine bereits existierende Datei überschreiben.
Sollen die Änderungen nur temporär für diese Sitzung gelten, ist das Drücken der OKSchaltfläche ausreichend. Nach dem Restart gehen diese Änderungen aber verloren.
Zum Verwerfen aller Änderungen ist Cancel zu drücken.
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4.2 Seite Modules
Auf der Registerkarte Modules wird angezeigt, welche zusätzlichen Software-Module zur
Verfügung stehen:
4.3 Seite Instrument
Auf der Registerkarte Instrument werden folgende Einstellungen vorgenommen:
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Instrument: In dieses Feld wird der Name des Gerätes eingetragen, für das die Software
IndentAnalyser eingesetzt werden soll. Es können auch Daten anderer Geräte als der UNAT
ausgewertet werden.
Achtung: in Version 1.8 sind noch nicht alle angegeben Geräte verfügbar.
Instrument no.: Zur eindeutigen Zuordnung wird hier die Gerätenummer des eingesetzten
Gerätes eingetragen. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn mehr als 1 Gerät betrieben wird
oder wenn Daten zwischen verschiedenen Nutzern ausgetauscht werden sollen.
Data file extension: Für die unterschiedlichen Geräte existieren spezifische Dateiendungen
für die erzeugten Mess-Dateien, die hier einzutragen sind. Dies betrifft nur andere Geräte,
nicht den UNAT.
Instrument stiffness function (Gerätesteifigkeits-Funktion):
Eintrag der mittleren Gerätesteifigkeit für den Normalmesskopf:
Dieser Wert wird üblicherweise im Menü Calibration  Area function and instrument
stiffness from plastic deformations ermittelt und automatisch hierher übertragen.
Eintrag der mittleren Gerätesteifigkeit für den Lateralmesskopf:
Stiffness function type (Typ der Steifigkeits-Funktion):
Die Steifigkeitsfunktion kann auf 3 verschiedene Weisen definiert werden, indem das
entsprechende Feld markiert wird:
- Constant value: konstanter Wert der Gerätesteifigkeit für den gesamten Kraftbereich des
Gerätes. Dies ist die typische Version für andere Geräte als das UNAT.
- Function with up to 10 parameters: Die Gerätesteifigkeit wird durch eine Funktion mit
bis zu 10 Parametern definiert.
- Data table: Die Gerätesteifigkeit wird in Form einer ASCII-Tabelle mit Kraft- und
Steifigkeitswerten in 2 Spalten definiert. Diese Option ist in Version 2 nicht verfügbar.
- Stored at: Eintrag des Datums, an dem die Steifigkeits-Funktion automatisch
abgespeichert wurde.
- Obtained from: Hier können Sie Informationen eintragen, mit welchem Referenzmaterial
die Steifigkeitsfunktion bestimmt wurde oder von welcher externen Quelle diese Funktion
stammt.
- Comment: Eintrag eines Kommentars, die Steifigkeits-Funktion betreffend.
Function between upper and lower force limit (Funktion zwischen oberer und unterer
Kraftbegrenzung):
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Alle hier angezeigten Werte werden im Menü Calibration  Area function and instrument
stiffness from plastic deformations ermittelt und automatisch hierher übertragen. Nur
lower und upper force limit können hier geändert werden.
- Fit function no.: Nummer der Fitfunktion. Diese Nummer wird während der Kalibrierung
ausgewählt und kann hier nicht geändert werden. Die Verknüpfung zwischen der Nummer
und der entsprechenden Funktion ist im Hilfemenü angegeben.
- Mit der Schaltfläche
neben der Nummer der Fitfunktion wird ein neues Fenster Fit
Data geöffnet, wo die Funktion grafisch dargestellt wird (siehe weiter unten).
- Lower force limit (untere Kraftbegrenzung) (mN): Untere Gültigkeitsgrenze für die
Gerätesteifigkeitsfunktion. Unterhalb dieses Kraftwertes wird eine konstante
Steifigkeit angenommen. Die untere Grenze wird während der Kalibrierung bestimmt,
kann hier jedoch geändert werden.
- Upper force limit (obere Kraftbegrenzung) (mN): Obere Gültigkeitsgrenze für die
Gerätesteifigkeitsfunktion. Oberhalb dieses Wertes wird eine konstante Steifigkeit
angenommen. Die obere Grenze wird während der Kalibrierung bestimmt, kann hier
jedoch geändert werden.
- Coefficients (Koeffizienten): Angabe der Koeffizienten der Funktion, mit der die
Steifigkeit beschrieben wird. Diese Koeffizienten können hier nicht geändert, aber in ein
anderes Programm kopiert werden.
- Data table (Datentabelle): Eintragungen für den Fall, dass als Typ der SteifigkeitsFunktion (Stiffness function type) eine Datentabelle (Data table) gewählt wurde. Diese
Felder enthalten den Dateinamen und die Daten der Steifigkeitsdatentabelle.
- File name (Dateiname): Eingabe des Dateinamens für die verwendete Datentabelle der
Steifigkeit.
- Data: Anzeige der Werte aus der Datentabelle der Steifigkeitswerte. Die Daten können
hier nicht geändert, aber in ein anderes Programm kopiert werden.
Alle in der Registerkarte Instrument eingetragenen Angaben lassen sich wegen einfacheren
Zugriffs in einer Datenbank abspeichern (Schaltfläche Save in DB) und später mit Open DB
wieder herstellen. Die Datenbank erlaubt einen besseren Überblick über alle verfügbaren
Funktionen (Schaltfläche Open DB).
Eine durch Klicken auf die Schaltfläche Open DB geladene Datenbank wird im Fenster
Instrument Stiffness Database dargestellt (siehe weiter unten).
Durch Klicken auf die Schaltfläche Save in DB können die in der Registerkarte Instrument
eingetragenen Änderungen in der Instrument Stiffness Database abgespeichert werden.
Das Fenster Fit Data stellt ein leistungsfähiges Werkzeug für die Analyse und den Fit von
Daten dar mit einer aus einer Reihe verfügbarer Fitfunktionen. Hier wird es nur zur
Präsentation der Fitfunktion und ihrer Koeffizienten verwendet, aufgerufen durch die
Schaltfläche
:
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Das Fenster Instrument Stiffness Database erlaubt den Zugang zur Gerätedatenbasis und
den zugehörigen Steifigkeitsfunktionen, die dem Gerät zugeordnet sind. In diesem Fenster
können die Parameter modifiziert werden.
Achtung: Üblicherweise wird die Steifigkeitsfunktion im Rahmen einer Kalibrierprozedur
bestimmt. Falls Sie die Koeffizienten hier modifizieren, können Sie falsche Messergebnisse
verursachen.
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4.4 Seite Indenter
Die Registerkarte Indenter enthält folgende Parameter:
Indenter type (Indentertyp):
In diese Zeile wird der Typ des verwendeten Indenters aus dem Pull-down-Menü
ausgewählt. Die folgenden Typen sind verfügbar:
Vickers:
für Härte- und Modulus Messungen
Berkovich:
für Härte- und Modulus Messungen
Sphere:
für Modulus Messungen, Scratchtests, Verschleißtests und Oberflächenscans.
Cube corner:
für spezielle Härtemessungen und Untersuchungen der Bruchzähigkeit
Cone:
für Sonderuntersuchungen
Nach Änderung des Indentertyps erscheint die folgende Meldung:
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Sie weist darauf hin, dass die entsprechenden Daten für den Indenter eingetragen bzw.
ermittelt werden müssen.
Indenter no. (Indenternummer):
Eingabe einer eindeutigen Nummer anhand derer der Indenter später identifiziert werden
kann. Es wird empfohlen typische Abkürzungen zu verwenden, z.B. B für Berkovich oder S
für Sphere.
Area function no. (Nummer der Flächenfunktion):
Zu jedem Indenter gehört eine Flächenfunktion, welche die Indenterfläche in Abhängigkeit
von der Kontakttiefe beschreibt. Normalerweise weicht die Spitze eines Indenters von der
Idealform ab und es ist eine entsprechende Korrektur erforderlich. Dies tatsächliche Form
wird mit der Flächenfunktion beschrieben. Während der Nutzungsdauer des Indenters
kommt es zu weiteren Änderungen der Form durch Abnutzung (Verrundung). Daher ist von
Zeit zu Zeit eine neue Flächenfunktion erforderlich. Jede solche Funktion erhält eine
eindeutige Flächenfunktionsnummer und eine Gültigkeitsdauer.
Indenter material (Indentermaterial):
Es ist notwendig, das Indentermaterial und seine elastischen Konstanten zu definieren, um
den korrekten Elastizitätsmodul der Probe zu berechnen. Das Standardmaterial ist Diamant
(diamond) mit
Elastizitätsmodul (GPa): 1141 GPa
Poissonzahl: 0.07.
Sie müssen diese Daten modifizieren, wenn Sie unterschiedliche Indentermaterialien
verwenden.
Radius der Indenterspitze:
Nomineller Spitzenradius von Kugelindentern (per Hand eingeben) oder abgeschätzter
Spitzenradius spitzer Indenter. Der Spitzenradius von Berkovich- oder Vickersindentern wird
während der Kalibrierprozedur aus den Daten abgeschätzt, die der Eindringtiefe Null am
nächsten liegen.
Effective opening angle (Effektiver Öfnungswinkel):
Beschreibt den Winkel zwischen Probenoberfläche und Indenteroberfläche, wenn der
Indenter als rotationssymmetrischer Körper betrachtet wird. Der Winkel des Vickersindenters
von 22° wird beispielsweise in einen effektiven Winkel von 19.7° umgewandelt. Dieser Wert
ist nur informativ und wird z.Z. nicht für Berechnungen benötigt (außer für konische Indenter,
wo er zur Berechnung der Flächenfunktion gebraucht wird).
Comment (Kommentar):
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In diesem Feld können Bemerkungen zu den Indentereigenschaften bzw. zu deren
Ermittlung eingetragen werden.
Indenter area function (Flächenfunktion des Indenters): Durch das Setzen eines
Häkchens in das Feld Use area or radius function (Verwende Flächen- oder RadiusFunktion) wird angezeigt, dass eine solche Funktion verwendet werden soll. Andernfalls wird
eine Idealform angenommen.
- Validity range (Gültigkeitsbereich): Dieses Feld definiert die zeitliche Gültigkeit einer
Flächen- oder Radiusfunktion von (from) Anfangsdatum bis (to) Enddatum. Der
Gültigkeitsbereich wird während der Kalibrierung automatisch bestimmt, beginnt einige
Tage vor der Kalibrierung und endet ein Jahr nach der Kalibrierung. Sie können den
Gültigkeitsbereich hier per Hand ändern. Während der Berechnung von Härte oder
Elastizitätsmodul erhalten Sie eine Warnmeldung, falls Sie Messdateien mit
Abspeicherungsdatum außerhalb des Gültigkeitsbereiches der Flächenfunktion
analysieren.
- Stored at (Abspeicherungsdatum): Das Datum der Abspeicherung der Flächenfunktion
wird automatisch gespeichert und wird in diesem Feld angegeben.
- Correction type (Korrekturtyp): Angabe, mit welcher Methode die Flächenfunktion
beschrieben wird.
One area function = Beschreibung mit einer Fitfunktion über den gesamten Tiefenbereich
der Flächenfunktion. Dieses Feld dient nur zur Erläuterung der darunterliegenden
Auswahlmöglichkeit „Description by“
- Indenter slope above fit range (Indenteranstieg oberhalb des Fitbereiches): Im
Diagramm √A=f(hc), d.h. Wurzel aus Flächenfunktion = Funktion der Eindringtiefe, verläuft
die Kurve oberhalb des Fitbereiches mit dem hier einzutragenden, konstanten Anstieg.
Für Berkovich- oder Vickers-Indenter beträgt der ideale Wert 4,95. Abweichungen von
diesem Wert deuten entweder auf eine Ungenauigkeit bei der Flächenfunktionsermittlung
oder auf tatsächliche Abweichungen hin. Wenn man nicht sicher ist, dass die Abweichung
real ist, sollt man hier den Idealwert eintragen.
Description by (Beschreibung durch): Diese Zeile gibt an, welche Methode zur
Beschreibung der Flächenfunktion verwendet wird. Die hier angezeigten Wahlmöglichkeiten
werden beim Kalibrieren im Menü Calibration  Area function and instrument stiffness
from plastic deformations festgelegt und automatisch hierher übertragen.
- One fit function: Die Flächenfunktion wird durch eine Funktion mit bis zu 10 Koeffizienten
für den gesamten Bereich der Eindringtiefe beschrieben.
- Two fit functions: Verwendung von zwei Fitfunktionen zur Erhöhung der Genauigkeit,
eine Funktion im untersten Bereich der Eindringtiefe, die andere Funktion im
darauffolgenden Bereich der Eindringtiefe bis zum Ende des Ermittlungsbereiches der
Flächenfunktion
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- Data table: Die Flächenfunktion wird als ASCII-Tabelle angegeben mit der Kontakttiefe
und der Quadratwurzel der Fläche in zwei Spalten. Diese Option ist in Version 1.7 nicht
verfügbar.
- Radius function: Diese Option wird nur für Kugelindenter verwendet. Anstelle einer
Flächenfunktion wird eine Radius-Funktion (effektiver Radius oder effektive Tiefe) für die
Beschreibung der Indenterform verwendet.
Fit function no.: Nummer der Fitfunktion. Die Nummer wird während der Kalibrierung
ausgewählt und kann hier nicht geändert werden. Die Verknüpfung zwischen der Nummer
und der entsprechenden Funktion ist im Hilfemenü angegeben.
- Mit der Schaltfläche
kann die gespeicherte Funktion grafisch dargestellt werden.
Dazu wird das Fensters Fit Data geöffnet.
- Coefficients (Koeffizienten): Dieses Feld zeigt die Koeffizienten der Fitfunktion und
ihren Gültigkeitsbereich zwischen einer Untergrenze (from) und einer Obergrenze (to)
[Koeffizienten für die ausgewählte Potenzfunktion im Diagramm √A=f(hc), d.h. Wurzel aus
Flächenfunktion = Funktion der Eindringtiefe; Angabe des Fitbereiches der Eindringtiefe
hc From (von) To (bis)]. Außerhalb dieses Bereiches wird eine Idealform (Winkel) des
Indenters angenommen. Die Daten können können manuell geändert werden, wenn die
Schaltfläche Edit gedrückt wird. Ein neues Fenster Coefficients wird geöffnet, wo Sie die
Fitfunktion, den Eindringtiefenbereich und die Koeffizienten auswählen können.
- Hinweis: Falls Sie mit einer Flächenfunktion aus einer externen Quelle arbeiten, sollten
Sie diese Programmoption verwenden. Verwenden Sie die Polynomfunktion, die zur
Beschreibung der Flächenfunktion dient, und wählen Sie die zugehörige Nummer der
Fitfunktion.
Data table: Dieses Feld enthält den Dateinamen und die Werte der Datentabelle der
Flächenfunktionswerte, sofern diese Option gewählt wurde (nicht verfügbar in Version 2.0).
- File name: Filenamen der verwendeten Datentabelle.
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- Data: Zeigt den Inhalt der Datentabelle an. Die Daten können hier nicht geändert werden,
sie können aber in ein anderes Programm kopiert werden.
Alle in der Registerkarte Indenter eingetragenen Angaben lassen sich in einer Datenbank
abspeichern (Schaltfläche Save in DB) oder aus einer vorhandenen Datenbank laden
(Schaltfläche Open DB).
Eine durch Klicken auf die Schaltfläche Open DB geladene Datenbank wird im Fenster Area
function database dargestellt (siehe weiter unten).
Durch Klicken auf die Schaltfläche Save in DB können alle im Konfigurationsfenster
vorgenommenen Änderungen in einer Konfigurations-Datei mit der Dateiendung CFG
abgespeichert werden, ohne ein neues Fenster zu öffnen.
Das Fenster Fit Data [Darstellung von Fitfunktionen der Flächenfunktion (genauer: Wurzel
aus der Flächenfunktion)] stellt ein leistungsfähiges Werkzeug für die Analyse und den Fit
von Daten dar mit einer aus einer Reihe verfügbarer Fitfunktionen. Hier wird es nur zur
Präsentation der Fitfunktion und ihrer Koeffizienten verwendet, aufgerufen durch die
Schaltfläche
.
Fenster Area function database zur Auswahl einer Flächen- oder Radiusfunktion aus der
zu einem Indenter zugeordneten Datenbank. Im oberen Bereich werden nur die Datensätze
angezeigt, die zum gewählten Indentertyp gehören. Im unteren Bereich werden alle
Flächenfunktionen angezeigt, die zu dem Indenter mit der oben ausgewählten Nummer
passen. Für einen Indenter können beliebig viele Flächenfunktionen gespeichert werden, um
z.B. verschiedene Abnutzungsgrade des Indenters zu dokumentieren.
In diesem Fenster können alle Parameter modifiziert werden.
Achtung: Üblicherweise wird die Flächenfunktion im Rahmen einer Kalibrierprozedur
bestimmt. Falls Sie die Koeffizienten hier modifizieren, können Sie falsche Messergebnisse
verursachen.
Durch Klicken auf die Schaltfläche Save rechts unten im Fenster Configuration können alle
Änderungen, die das Messgerät, den Indenter und die Auswerteprozedur betreffen, in einer
speziellen Konfigurationsdatei mit der Dateierweiterung CFG gespeichert werden.
Solch eine Konfigurationsdatei kann zwischen verschiedenen Anwendern
ausgetauscht werden und vereinfacht die Auswahl der richtigen Korrekturdaten.
einfach
Das Einlesen einer Konfigurationsdatei hat denselben Effekt wie das Einlesen eines
Datensatzes aus der Datenbank. Alle Parameter werden automatisch geändert.
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4.5 Seite Analysis normal
Auf der Registerkarte Analysis normal werden die Einstellungen vorgenommen, die für die
Datenauswertung bei Messungen mit der Normalkrafteinheit (normal force unit NFU) relevant
sind. Dies betrifft vor allem die Korrektur der Messdaten und die Berechnung von Härte und
E-Modul.
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Fit range (Fitbereich):
- Fit range of unloading curve (% of Fmax): Die Entlastungskurve wird mit zwei
verschiedenen Funktionen zwischen einer oberen (Start) und einer unteren Kraftgrenze
(End) angepasst. Diese Grenzen werden in Prozent (%) der Maximalkraft angegeben. Die
obere Grenze sollte zwischen 100% und 90% und die untere Grenze zwischen 50% und
20% liegen. Die Standardwerte sind 98% und 40%.
- Fit range for thermal drift correction (% of tmax): Eine Haltezeit bei einer Kraft
zwischen etwa 10% und 30% der Maximalkraft kann verwendet werden, um die
thermische Drift während einer Messung zu korrigieren. Diese Haltezeit sollte minimal
30s, aber besser 60s betragen. Die Änderung der Eindringtiefe während dieser Zeit wird
durch eine lineare Fitfunktion beschrieben. Es wird empfohlen, die ersten Sekunden des
Driftsegments nicht für den Fit zu verwenden. Der Fitbereich sollte zwischen einer
Untergrenze (Start) und einer Obergrenze (End) der Haltezeit liegen. Die Standardwerte
sind 25% und 100%.
- Get contact stiffness from (Kontaktsteifigkeit erhalten aus):
Die Entlastungskurve wird mit zwei unterschiedlichen Funktionen angepasst. Die erste
Ableitung beider Funktionen bei Maximalkraft ergibt die Kontaktsteifigkeit.
2
Die Funktion 1 ist ein Polynom dritter Ordnung: F  c 1  c 2  h  c 3  h . Das Ergebnis
wird durch den Parameter S1 wiedergegeben.
m
Die Funktion 2 ist eine Potenzfunktion des Typs F  C  (h  h 0 ) . Das Ergebnis wird
durch den Parameter S2 wiedergegeben.
Der Parameter S ist der Mittelwert aus beiden Ergebnissen.
Hier können Sie auswählen, welches der drei Steifigkeitsergebnisse zur Berechnung von
Härte und Elastizitätsmodul verwendet werden soll.
Hardness and modulus calculation (Berechnung von Härte und E-Modul):
- Epsilon factor: Der Epsilon-Faktor ε beschreibt das Verhältnis der
elastischen Deformation über der Kontaktfläche zu derjenigen unter der
Kontaktfläche. Es existiert ein Zusammenhang zwischen Epsilon und
dem Entlastungskoeffizienten m der Entlastungskurve (wie er durch eine
Potenzfunktion beschrieben wird). Dies kann verwendet werden, um die
Genauigkeit der Berechnung der Flächenfunktion aus der Eindringtiefe zu verbessern.
In der internationalen Norm ISO 14577 wird ein konstanter Wert von 0,75 empfohlen.
Neuere Ergebnisse zeigen jedoch, dass Epsilon zwischen rund 0,7 -0,8 variieren kann.
Deshalb wird empfohlen, einen veriablen Epsilon-Faktor zu verwenden.
- Beta factor: Der Beta-Faktor β wird für eine Korrektur verwendet, die eine Differenz der
elastischen
Deformation
der
Oberfläche
betrachtet
zwischen
einem
rotationssymmetrischen Indenter (Kegel oder Kugel) und einem Indenter mit scharfen
Kanten (Pyramide). Der Wert von 1.0 für den Beta-Faktor wird empfohlen, weil es nicht
klar ist, wie stark die plastische Deformation diese Abweichung reduziert (die nur aus rein
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elastischen Berechnungen erhalten wurde). Generell wird erwartet, dass die Korrektur
materialabhängig ist und unter 5% liegt.
- Default sample Poisson’s ratio (Standardwert der Poissonzahl der Probe): Dieser Wert
wird im Results Window angezeigt und kann dort später modifiziert werden. Er wird
verwendet, um den E-Modul der Probe aus dem reduzierten E-Modul zu berechnen, der
nur direkt aus Eindringversuchen erhalten werden kann. Ist kein Wert für das
Probenmaterial bekannt, wird ein Wert von 0.3 für Metalle und 0.25 für andere Materialien
empfohlen.
- With radial displacement correction (recommended): Setzt man ein Häkchen in das
Feld “Mit Korrektur der radialen Verschiebung (empfohlen)”, wird die laterale elastische
Verschiebung der Probenoberfläche bei der Berechnung der Flächenfunktion
berücksichtigt. Diese Korrektur beachtet jüngste Ergebnisse der Kontaktmechanik und
verbessert die Genauigkeit. Diese Korrektur wird in der aktuellen Version des
internationalen Standards ISO 14577 für den Eindruckversuch nicht berücksichtigt, ist
jedoch in der Diskussion.
Corrections (Korrekturen):
Zero point correction (Nullpunkt-Korrektur): Auswahl der
Version der Nullpunkt-Korrektur durch Markieren des
entsprechenden Feldes.
- Manual: manuelle Korrektur – die ersten Messpunkte am Nullpunkt werden im Fenster
Zero point correction angezeigt und man kann von Hand eine Verschiebung der Kurve
um den Nullpunkt vornehmen. Das ist normalerweise die genaueste Methode.
- Automatic: Die Nullpunktkorrektur wird automatisch durchgeführt. Das Fenster Zero
point correction wird nicht angezeigt und man hat keine Möglichkeit zum Eingreifen.
- None = Es wird keine Nullpunktkorrektur durchgeführt.
Standard fit method (Standard-Fitmethode): Es gibt 3 Möglichkeiten, die
ersten Messpunkte nahe am Nullpunkt mit einer Fitfunktion zu
beschreiben.
- Hertz: Für normale Eindruckversuche wird ein nahezu elastischer Kontakt mit einer
kugelförmigen Eindruckspitze (Hertzscher Kontakt) für die ersten Nanometer des
Eindrucks angenommen. Bei einem solchen Kontakt folgt die Kraft-Verschiebungs-Kurve
der Beziehung F  h3/2. In diesem Fall sollten aber nur die ersten Datenpunkte bis zu einer
Tiefe von etwa 30 nm verwendet werden.
- Linear: lineare Kraft-Eindringtiefe-Abhängigkeit F  h (z.B. bei Biegeexperimenten von
Balken)
- Quadratic: quadratische Kraft-Eindringtiefe-Abhängigkeit F  h2 z.B. bei Messungen mit
sehr großer Kontaktkraft und pyramidenförmigen Indentern
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Thermal drift correction (Korrektur der thermischen Drift):
- Manual: manuelle Korrektur – die Messpunkte einer Haltezeit nach
Entlastung werden im Fenster Thermal drift correction angezeigt
und man kann wählen, welcher Bereich der Messwerte für die
Korrektur verwendet werden soll. Das ist normalerweise die
genaueste Methode.
- Automatic: automatisch durchgeführte Korrektur. Das Fenster Thermal drift correction
wird nicht angezeigt und man hat keine Möglichkeit zum Eingreifen.
- None: Es wird keine Driftkorrektur durchgeführt.
Auswahl von Möglichkeiten für die Korrektur der thermischen Drift:
- Use average drift rate from measurements = Verwende
eine gemittelte Driftrate aus mehreren Messungen
- Allow hold period use at Fmax = Erlaube die
Verwendung eines Kriechsegmentes, d.h. einer Haltezeit bei der Maximalkraft Fmax zur
Bestimmung der thermischen Drift. Das Kriechen der Materialien verhindert
normalerweise die genaue Berechnung einer Driftrate. In rein elastischen Messungen gibt
es kein Kriechen, und solch ein Kriechsegment kann auch zur Korrektur der thermischen
Drift verwendet werden.
- Use average drift rate from hold periods = Verwende einen Mittelwert für die Driftrate bei
Messungen, die mehrere Haltezeiten mit konstanter Last über der Zeit beinhalten.
Default depth range for back extrapolation (Standard-Eindringtiefe für die Rückwärtsextrapolation in nm): Definiert die Eindringtiefe für Datenpunkte, die zur Durchführung der
Rückwärtsextrapolation auf die Kraft Null (Standard: 30 nm) verwendet werden.
Normalerweise wird ein elastischer Kontakt (Hertzscher Kontakt) angenommen. Das
bedeutet, dass die Kraft-Verschiebungs-Kurve mit einem Exponent von 1.5 für die
Abhängigkeit F=C*(h-h0)1.5 beschrieben wird.
Instrument stiffness (compliance) correction (Korrektur der Gerätesteifigkeit):
Statistics (Statistik):
Acceptance range for measurement average (times standard
[Akzeptanzbereich für die Kurvenmittlung (mal Standardabweichung)]:
deviation)
Werden mehrere Kraft-Verschiebungs-Kurven ausgewertet, erhält man im Ergebnis eine
mittlere maximale Eindringtiefe sowie die zugehörige Standardabweichung. Das Programm
zeigt an, wenn die Differenz zwischen der mittleren Eindringtiefe und der Eindringtiefe einer
Einzelkurve (bei einer bestimmten Last größer ist als der Akzeptanzbereich. In diesem Fall
wird empfohlen eine Messung zu verwerfen und aus der Mittelung auszuschließen. Es wird
empfohlen, keinen Wert unter 2 bzw. über 3 zu verwenden.
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4.6 Seite Analysis lateral
Die Registerkarte Analysis lateral wird nur angezeigt, wenn eine Laterale Krafteinheit LFU
installiert ist und die Nutzung zugelassen wurde. Es gibt folgende Felder:
Spring constant for Lateral Force Unit (Federkonstante bzw. Federsteifigkeit für die
Lateralkraft-Messeinheit in mN/µm): In dieses Feld wird automatisch die mittlere
Federkonstante der LFU eingetragen, die durch Referenzmessungen bestimmt wird. Eine
Änderung ist nicht erforderlich.
Automatic reference measurement (Automatische Referenzmessung): Setzen Sie ein
Häkchen in diesem Feld, wenn eine automatische Referenzmessung unter Verwendung der
Lateralkrafteinheit durchgeführt werden soll (Standard), z.B. bevor ein Scratchtest, ein
Verschleißtest oder ein Oberflächenscan durchgeführt wird. Diese Einstellung kann nur
während einer Arbeitssitzung ausgeschaltet werden. Die Einstellung Automatic reference
measurement wird immer eingeschaltet, wenn die Software gestartet wird.
Depth limit 1 for scratch test (µm): (Depth under load)
Bei Scratchtests können 2 Tiefen-Grenzwerte für die Auswertung definiert werden. Für die
festgelegte Tiefe werden die gemessenen Werte von lateraler Verschiebung, Normalkraft
und Reibwert ausgegeben. Grenzwert 1 bezieht sich auf die Tiefe unter Last, d.h.
einschließlich der elastischen Deformationsanteile.
Depth limit 2 for scratch test (µm): (Residual depth change)
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Grenzwert 2 bezieht sich auf die verbleibende plastische Tiefe, d.h. die Differenz zwischen
dem Oberflächenscan nach dem Test und vor dem Test.
4.7 Seite Results (Ergebnisdarstellung)
Auf der Registerkarte Results kann die Darstellung der Ergebnisse im Results window und
in der Ergebnistabelle festgelegt werden.
Set default (Standardeinstellung): Durch das Anklicken der Schaltfläche Set Default wird
eine Vorauswahl wesentlicher Messgrößen und deren Eigenschaften definiert.
Automatic result calculation (automatische Ergebnisberechnung): Wenn dieses
Kontrollkästchen markiert ist, werden die Ergebnisse berechnet und automatisch angezeigt
ohne dass es notwendig ist, irgendeine Schaltfläche nach dem Einlesen eines Datenfiles
oder nach dem Abschluss einer Messung zu drücken. In diesem Fall werden die Korrekturen
(Nullpunkt- und thermische Drift-Korrektur) auch automatisch ausgeführt. Als Alternative
müssen die Schaltflächen in den entsprechenden Fenstern gedrückt werden, um Analyse
und Korrektur zu starten.
Always average equal measurements (nur gleichartige Messungen): Diese Auswahl ist nur
verfügbar, wenn Automatic result calculation gewählt wurde. Wenn das Häkchen gesetzt
ist, werden automatisch Mittelwert-Files (AVR) erzeugt, wenn mehrere Messungen
gleichzeitig eingelesen wurden, die gleiche Messparameter besitzen, insbesondere gleiche
Maximalkraft. Nur für die gemittelten Daten werden dann die Ergebnisse berechnet. Die
Mittelung mehrere Messungen kann die Genauigkeit der Ergebnisse deutlich erhöhen.
Select all (alle auswählen): Das Anklicken der Schaltfläche Select all bewirkt, dass alle in
der Tabelle unten aufgeführten Größen (für die Ergebnisdarstellung) ausgewählt werden.
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Select none (nichts auswählen): Das Anklicken der Schaltfläche Select none bewirkt, dass
keine der in der Tabelle unten aufgeführten Größen (für die Ergebnisdarstellung) ausgewählt
werden.
Modify (Eintragungen ändern): Das Anklicken der Schaltfläche Modify bewirkt, dass die
vorgenommenen Änderungen eingetragen werden.
Basic units (Grundeinstellung für Maßeinheiten):
- Length unit (Längeneinheit): Wahlmöglichkeit zwischen mm, µm und nm
- Force unit (Krafteinheit): Wahlmöglichkeit zwischen kN, N, mN, µN, kp, p, kgf, gf und mgf
- Hardness unit (Härteeinheit): Wahlmöglichkeit zwischen GPa, MPa, N/mm², kp/mm² und
kgf/mm²
- Time unit (Zeiteinheit): Wahlmöglichkeit zwischen h, min, s und ms
Auswahl der Ergebnisdarstellung
Durch Anklicken einer Zeile im unteren Tabellenblock wird diese aktiviert und durch einen
roten Punkt markiert. In den Feldern über dem Tabellenblock werden für diese ausgewählte
Zeile folgende Angaben angezeigt, die geändert werden können:
- Symbol: Symbol der Messgröße
- Unit (Einheit): Maßeinheit der Messgröße
- Digits (Anzahl der Stellen): Angabe, mit welcher Stellenzahl die Messgröße in der
gewählten Maßeinheit angegeben werden soll.
- Color (Farbe): Graphische Darstellung der Messgröße in der gewählten Farbe
- Bold (fett gedruckt): Darstellung im Fettdruck
- Description (Beschreibung): Beschreibung der Messgröße; im dargestellten Beispiel
„Maximum normal test force“ (maximale Testkraft in Normalrichtung)
(aufwärts) oder
(abwärts) wird eine
Durch Anklicken der Pfeiltasten
ausgewählte Zeile in der Tabelle nach oben bzw. nach unten verschoben. Dies bestimmt die
Reihenfolge der Ergebnisse im Results window und der Ergebnistabelle.
Wünscht man eine einheitliche Darstellung von Digits (Anzahl der Stellen), Color (Farbe)
bzw. Bold (fett gedruckt), klickt man jeweils die Schaltflächen All equal (alle gleich)
unterhalb der betreffenden Felder an.
4.8 Seite Other (Anderes)
In der Registerkarte Other (Anderes) werden Angaben für weitere Konfigurationseinstellungen eingetragen:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Diese Seite betrifft vor allem Einstellungen für Datenimport von anderen Geräten.
Im Ergebnisfenster (Results window) können die Daten vorkomprimiert werden, damit bei
hohen Datenraten nicht zu viele Werte angezeigt werden, die die Abarbeitung langsam
machen. Ab wann eine Komprimierung erfolgt, ist in den Feldern Data import definiert.
Beim UNAT sollten große Werte für die Punktanzahl beim Datenimport gewählt werden, z.B.
500 beim Loading/Unloading-Segment und 300 beim Hold(Creep)-Segment.
5 Einlesen und Korrigieren von Daten
5.1 Filetypen
DAT – Das Datenformat und die Endung der Filebezeichnung (Extension) der Rohdaten
hängen vom gewählten Gerätetyp ab. Oft lautet die Endung auf DAT oder TXT.
AVR – Average data file. Enthält die gemittelten und korrigierten Kraft-, Verschiebungsund Zeit-Daten mehrerer Messungen mit gleicher Maximalkraft und gleicher
Zyklenzahl, die Standardabweichungen für jeden Messpunkt einschließlich der
Messbeschreibung, Probenbezeichnung, Flächenfunktion, Gerätesteifigkeit und
anderer Parameter. Dieses Dateiformat wird durch die IndentAnalyser Software
erzeugt.
DAA – Multi measurement data file. DAA-Files enthalten die bezüglich Nullpunkt und
thermischer Drift korrigierten Kraft-, Verschiebungs- und Zeitdaten von einer
beliebigen
Zahl
von
Einzelmessungen
inclusive
Messbeschreibung,
Probenbezeichnung, Flächenfunktion, Gerätesteifigkeit und anderer Parameter.
Dieses Dateiformat wird durch die IndentAnalyser Software erzeugt.
DAK – Temporäre Rohdatenfiles nach Korrektur von Nullpunkt oder thermischer Drift. Sie
werden
normalerweise
automatisch
gelöscht.
Sollten
wegen
einem
Programmabsturz Files mit der Endung DAK sichtbar sein, können sie manuell
gelöscht werden.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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REF – (nur UNAT) IdentAnalyser reference data file. Wird für die Auswertung lateraler
Messungen bei Scratch- oder Verschleißtests benötigt.
SCN – (nur UNAT) Datenfile von Oberflächenscans zur Ermittlung von Rauheit oder Profil.
Von den Rohdaten als auch von den AVR-Files können beliebig viele Dateien gleichzeitig
eingelesen werden.
5.2 Einlesen und Darstellen von Messdaten
Alle Daten sind ohne Korrektur der Gerätesteife gespeichert. Sofort beim Einlesen erfolgt
jedoch die Korrektur entsprechend der Formel
h kor  h  C(F)  F
hkor – korrigierte Eindringtiefe
h – gemessene Eindringtiefe
F – Kraft
C – kraftabhängige Gerätenachgiebigkeit
Beim Speichern von Daten wird diese Korrektur wieder aufgehoben. Sollen Daten ohne
Korrektur dargestellt werden, muss eine unendliche (sehr große) Gerätesteife in der
Konfiguration eingestellt werden.
oder den Menüpunkt File  Open Data
Das Einlesen erfolgt über die Schaltfläche Open
File. Im Fenster Öffnen/Open wird der Filetyp (siehe Kapitel 4.1) unter Objekttyp ausgewählt
und der entsprechende File geöffnet.
Nach dem Start einer Messung oder nach dem Einlesen einer Datei wird im linken Teil des
Bildschirms das Fenster Information mit der Messpunktnummer und den Punktkoordinaten
angezeigt. Im rechten Fenster Measurement data werden die Datenkurve sowie alle
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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einzelnen Datensätze in einer Tabelle dargestellt.
Fensterüberschrift angegeben. Die Tabelle zeigt

Messpunktnummer N;

Kraft F (mN)

Verschiebung h (µm)

Zeit (s).
Der
Dateiname
wird
in
der
Die Maßeinheiten sind abhängig von der in der Konfiguration getroffenen Auswahl.
Nach Abschluss der Messung sind alle Messpunkte in der Tabelle aufgelistet.
Durch Entfernen des Häkchens im Feld Show graph wird die Messkurve ausgeblendet.
Ein Häkchen im Feld Marks bewirkt die Einzelanzeige der Messpunkte.
Beim Klicken auf die Schaltfläche Print
ausgedruckt.
wird die Grafik auf dem Standarddrucker
Beim Klicken auf die Schaltfläche Add Graph
werden alle Kurven der Grafik in das
Fenster Comparison kopiert. Falls das Fenster Comparison noch nicht existiert, wird es
automatisch geöffnet.
Mit der Schaltfläche Save
wird der Dateispeicherdialog geöffnet. Die Daten der
angezeigten Messkurve werden abgespeichert nach Auswahl einer der vier Datenformate:

ASCII-Matrix mit Kopfzeilen [Dateierweiterung *.TXT]

ASCII-Matrix ohne Kopfzeilen [Dateierweiterung *.ASC]

EXCEL-File [Dateierweiterung *.XLS]

Windows Meta File Format [Dateierweiterung *.WMF].-Dieses Format speichert das
vollständige Diagramm
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Hinweis:
Alle Dateien enthalten lediglich zwei Datenreihen mit den X- und Y-Daten der sichtbaren
Kurven. Verwenden Sie bitte die Schaltfläche Save im Hauptmenü, wenn Sie auch die
Zeitdaten, Steifigkeitsdaten oder die Piezospannung abspeichern wollen.
Das Anklicken des Tabulators Normal signals over time erscheint ein Diagramm, das den
zeitlichen Verlauf der Messgrößen Kraft (Force), Verschiebung (Displacement) und PiezoSpannung (Piezo voltage) zeigt. Im Teilfenster Measurement points (Messpunkte) kann man
durch Setzen von Häkchen in den Feldern Graphs (Kurven) und Marks (Markierungen)
auswählen, welche Kurven gezeigt werden sollen bzw. ob auch die Messpunkte angezeigt
werden sollen.
Die Ordinate wird in beliebigen Einheiten a.u. (arbitrary units) angezeigt. Infolge der
unterschiedlichen Einheiten kann es vorkommen, dass eine Kurve unter Nutzung der
gesamten Grafikfläche dargestellt wird, während die anderen nahe Null liegen.
Um die Sichtbarkeit der Kurven zu verbessern ist es möglich, sie automatisch oder manuell
dergestalt zu skalieren, dass die Maxima und/oder Minima der Kurven übereinstimmen.
Klicken Sie auf die Schaltfläche Auto scale, um eine automatische Skalierung
vorzunehmen. Der entsprechende Skalierungsfaktor wird in den Feldern Factor und in der
Legende angezeigt.
In der Legende werden auch die Maßeinheiten für die Kurven angegeben. Die Legende kann
durch Festhalten der linken Maustaste und Ziehen im Diagramm beliebig positioniert werden.
In den Feldern Scale wird durch Setzen von Häkchen eingestellt, welche Kurven skaliert
werden sollen
F – Kraft (Force)
D – Verschiebung (Displacement)
V – Spannung (Voltage)
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Die Wahl des Skalierungsfaktors erfolgt manuell durch Eintragen in das Felder Factor. Mit
der TAB-Taste verlässt man jeweils das Factor-Feld.
Im untersten Teilfenster kann durch das Setzen von Häkchen ausgewählt
werden, ob das Kurvendiagramm eine Überschrift (Show title), eine Fußnote
(Show footer) oder eine Legende (Show legend) erhält.
5.3 Nullpunktkorrektur
Die Kraft- und Verschiebungsdaten werden bereits im Prozess der Oberflächenfindung
aufgezeichnet, wenn als erstes Segment im Messzyklus das Segment Approach
(Oberflächenfindung) gewählt wurde. Die vor dem Oberflächenkontakt erhaltenen Daten
können dann für eine genauere Nullpunktkorrektur verwendet werden.
Nach dem Anklicken der Registerkarte Approach können die Daten der Oberflächenfindung
im Fenster Measurement data betrachtet werden:
Die Kontaktkraft bei einsetzendem Kontakt der Messspitze mit der Probenoberfläche wird
derart festgelegt, dass dieser Wert deutlich über dem Wert der Standardabweichung des
Kraftrauschens vor dem Kontakt liegt. Die Ergebnisse auf der Seite Approach dienen der
Festlegung einer vernünftigen Kontaktkraft. Im Feld auf der rechten Fensterseite sind die
Standardabweichung des Kraftsignals während der Oberflächenfindung sowie die
empfohlene Kontaktkraft angegeben. Im gewählten Messbeispiel beträgt die
Standardabweichung (Standard deviation) 0.003mN und die empfohlene Kraft für den
Oberflächenkontakt (Recommended contact force) 0.011 mN.
Die Vergrößerung der Kraftsignale in der Grafik zeigt deutlich das Rauschen des Kraftsignals
vor dem Kontakt sowie den steilen Anstieg nach der Kontaktbildung.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Die Funktion der Nullpunktkorrektur ist nur sichtbar, wenn bei der Konfiguration auf der Seite
Analysis normal die Korrektur Manual verwendet wird.
Um die Korrektur einer Einzelkurve zu starten, wählen Sie die Registerkarte Normal F(h)Curve) im Fenster Measurement data und klicken Sie auf die Schaltfläche Analyse. Im
Falle mehrerer Kurven wird dasselbe passieren, wenn Sie die Schaltfläche Start correction
im Fenster File selection analysis drücken. In diesem Fall muss die Nullpunktkorrektur
aufeinanderfolgend für jede Messung durchgeführt werden.
Das Fenster Zero point correction (Nullpunktkorrektur) wird geöffnet und die ersten
Datenpunkte der Messkurve und die letzten 50 Punkte des Oberflächenfindungssegments
werden zusammen mit einer grünen und einer lila Fitkurve angezeigt. Die Fitmethode wird in
der Konfiguration ausgewählt und kann auch in den Fenstern Zero point correction selbst
unter Verwendung der Optionsschaltflächen Fit method geändert werden. Normalerweise
wird ein Hertz’scher Kontakt angenommen, wo die Last-Verschiebungs-Kurve der
Beziehung F =C*(h-h0)1.5 folgt.
Die Kurve wird durch eine Änderung des Wertes h0 nach links oder rechts verschoben, bis
die Differenz zwischen Fit und Messdaten ein Minimum erreicht (Methode der kleinsten
Quadrate). Die berechnete Nullpunktverschiebung (in nm) wird im Feld Zero shift
angegeben.
Die lila Kurve zeigt das Fitergebnis für den Tiefenbereich, der für den Fit verwendet wurde.
Der Standardbereich wird in der Konfiguration auf der Seite Analysis normal im Feld
Default depth range for back extrapolation definiert. Normalerweise liegt dieser zwischen
20nm und 50nm.
Die grüne Kurve zeigt auch die Extrapolation auf die Kraft Null und oberhalb des
Fitbereiches.
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Normalerweise erlaubt eine rein visuelle Betrachtung der eingezeichneten grünen Kurve für
die Nullpunktkorrektur eine Beurteilung, ob der gewählte Fit ausreichend ist oder nicht. Ein
numerischer Wert für die Güte des Fits wird im Feld Fit accuracy (µN) (Fitgenauigkeit)
angegeben. Der Wert gibt die mittlere Kraftdifferenz zwischen der Fitkurve und den
Datenpunkten wieder und sollte einen Minimalwert annehmen.
Manuelle Korrekturen können nun durch Anklicken der blauen und grünen Pfeilschaltflächen
vorgenommen werden. Die horizontalen Pfeilschaltflächen
(oder die Pfeiltasten auf
der Tastatur) verschieben die Kurve nach links oder rechts. Die insgesamt vorgenommene
Verschiebung wird im Feld Move angezeigt. Anschließend wird der Fit wieder vorgenommen
und h0 bestimmt. Wenn der beste Fit bereits erreicht ist, hat die Bewegung nach links oder
rechts keinen anderen Effekt als den Ausschluss von Datenpunkten aus dem Fitbereich. Das
Ergebnis der Nullpunktverschiebung ändert sich in diesem Fall nicht, sondern tritt nur für
sehr große Bewegungen > 500nm auf.
Die vertikalen Pfeilschaltflächen
(oder die Pfeiltasten auf der Tastatur) erhöhen oder
verringern die Anzahl der Datenpunkte für den Fit. Die ersten und letzten Punkte für den Fit
sind in den Feldern in der rechten oberen Fensterecke angegeben. Der erste Punkt wird
normalerweise der Punkt 51 sein, falls Daten der Oberflächenfindung vorliegen.
Die blauen Pfeilschaltflächen modifizieren die Punktzahl für das obere Ende des
Fitbereiches.
Die grünen Pfeilschaltflächen modifizieren die Punktzahl für das untere Ende des
Fitbereiches.
Die Schaltfläche Back
mit dem blauen Kreis stellt den Originalzustand des Fits, falls
möglich, wieder her (nicht in jedem Schritt verfügbar).
Klicken Sie auf die Schaltfläche OK, um die Nullpunktkorrektur durchzuführen oder auf
Cancel, um die Ergebnisse zu verwerfen.
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5.4 Korrektur der thermischen Drift
Für die Korrektur der thermischen Drift verwendet man eine Haltezeit bei konstanter Kraft,
weshalb Weg-gesteuerte Messungen für diese Korrektur nicht geeignet sind. Es wird
empfohlen, eine Haltezeit bei relativ kleiner Kraft im Verhältnis zur vorausgegangenen
Maximallkraft zu verwenden um Kriechen zu vermeiden. Für den Fall, dass die Kraft
während der Haltezeit nicht mindestens 10% kleiner ist als die vorherige Maximalkraft, wird
die Haltezeit für die Korrektur der thermischen Drift nicht akzeptiert. Es ist auch möglich,
während einer Messung mehrere Haltezeiten zu verwenden und zu analysieren.
Eine Haltezeit bei Maximalkraft ist immer verbunden mit Kriechen (plastischem Fließen), falls
plastische Deformation stattfindet, und sollte für die Korrektur der thermischen Drift nur
verwendet werden, wenn die Messung voll elastisch war. Sie können die Verwendung eines
Kriechsegments für die Korrektur der thermischen Drift im Konfigurationsfenster erlauben.
Wurde die manuelle Korrektur gewählt, öffnet sich das Fenster Thermal drift correction
nach dem Drücken der Schaltflächen Analyse oder Start correction. Bei der automatischen
Korrektur ist das Fenster nicht sichtbar.
Im Fenster Thermal drift correction werden die Verschiebungsdaten über der Zeit
innerhalb der Haltezeit und ein linearer Fit angezeigt. Der lineare Fit wird zur Ermittlung der
Driftrate (in nm/s) verwendet. Der Beginn des linearen Fitbereichs wird als Prozentzahl der
maximalen Haltezeit definiert. Der Fitbereich endet immer bei der Maximalzeit tmax der
Haltezeit. Es wird empfohlen, bei 25% oder mehr von tmax zu beginnen, um
Relaxationseffekte des Materials auszuschließen sowie Haltezeiten von 60s oder mehr zu
verwenden.
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Fit start und Fit end in Prozent der Haltezeit können unter Verwendung der Felder in der
oberen rechten Ecke des Fensters geändert werden. Sie können auch die Pfeilschaltflächen
nutzen, um den Wert Fit start in 5%-Schritten zu erhöhen oder zu verringern.
Das Feld Drift rate gibt das Ergebnis des linearen Fits in Nanometer pro Sekunde an.
Es wird angenommen, dass eine Änderung der thermischen Drift infolge Erwärmung oder
Abkühlung des Gerätes gering ist. Wenn Sie mehrere aufeinanderfolgende Messungen
analysieren, kann eine Änderung der Driftrate von einer Messung zur anderen meist
vernachlässigt werden. Das Programm merkt sich die mittlere Driftrate aller analysierten
Messungen nach dem Programmstart. Sie können oftmals die Genauigkeit der Driftkorrektur
verbessern, wenn Sie die mittlere Rate aus mehreren Messungen verwenden. Diese wird im
Feld Average rate angegeben. Wenn Sie die mittlere Rate für die Korrektur verwenden
möchten, markieren Sie das Kontrollkästchen Use average rate unterhalb des Feldes.
Verwenden Sie die Schaltfläche Reset, um die mittlere Driftrate auf Null zurückzusetzen.
Als Maß für die Güte des Fits dient die Größe Fit accuracy (nm), die minimal sein sollte. Sie
stellt die mittlere Tiefendifferenz zwischen dem linearen Fit und den Datenpunkten der
Haltezeit dar.
Klicken Sie auf die Schaltfläche OK, um die Korrektur der thermischen Drift temporär
durchzuführen oder auf Cancel, um die Ergebnisse zu verwerfen.
Nach dem erstmaligen Drücken der Schaltfläche OK ändert sich das Fenster und Sie sehen
die korrigierte Last-Verschiebungs-Kurve. In diesem Fenster können Sie die Korrektur der
thermischen Drift „per Hand“ mit den Pfeilschaltflächen oder den Pfeiltasten der Tastatur
durchführen. Jeder Klick ändert die Driftrate um einen bestimmten Betrag (normalerweise
0.005nm/s). Die Schrittweite für die Driftänderung kann durch Anklicken einer der
Pfeilschaltflächen mit der rechten Maustaste modifiziert werden. Diese Eigenschaft ist
besonders nützlich für vollständig elastische Messungen, wo Sie wissen, dass Belastungsund Entlastungskurve übereinstimmen sollten.
Die Schaltfläche Back
setzt die Korrektur der thermischen Drift auf Null.
Klicken Sie auf die Schaltfläche OK, um die Nullpunktkorrektur endgültig durchzuführen oder
auf Cancel, um die Ergebnisse zu verwerfen.
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6 Analyse der Messdaten
6.1 Auswertung von Härte- und E-Modul-Messungen
Die Auswertung wird im Fenster Average results vorgenommen. Dieses Fenster hat
mehrere Seiten, die im Folgenden erläutert werden.
6.1.1 Seite Load-Displacement (Kraft-Verschiebung)
Das Fenster Average results wird geöffnet, wenn AVR-Dateien (Average data files)
eingelesen werden oder wenn die Schaltfläche Analyse im Fenster Measurement data
gedrückt wird und die gewählte Applikation für Härtetests geeignet ist.
Auf der Seite Load-Displacement (Kraft-Verschiebung) ist die komplette Belastungs- und
Entlastungskurve mit Halte-(Kriech-)Bereich sowie Fitgerade (Tangente an die
Entlastungskurve bei Maximalkraft) dargestellt. Auf der rechten Fensterseite sind die
Ergebnisse für jene Parameter dargestellt, die in der Konfiguration ausgewählt wurden. Die
Ergebnisse können mit der Maus markiert und in die Zwischenablage kopiert werden, von wo
sie in andere Dokumente eingefügt werden können.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Die komplette Seite einschließlich des Diagramms und der Ergebnisse kann unter
Verwendung der Schaltfläche Print
im Hauptmenü ausgedruckt werden. Dann bleibt das
Feld mit den Ergebnissen im Ausdruck leer, bitte markieren Sie das Kontrollkästchen
Black/white output in results window during printout im Fenster Configuration, Seite
Analysis normal.
Die Entlastungskurve wird mit zwei verschiedenen Funktionen zwischen einer oberen (Start)
und einer unteren Kraftgrenze (End) angepasst. Diese Grenzen werden in Prozent (%) der
Maximalkraft angegeben. Die obere Grenze sollte zwischen 100% und 90% und die untere
Grenze zwischen 50% und 20% liegen. Die Standardwerte sind 98% und 40%.
Unload fit range: Fitbereich der Entlastungskurve (zwischen 98% und 40% der
Maximalkraft).
Show fit 1: Zeigt das Fitergebnis für die Entlastungskurve unter Verwendung eines
Polynoms dritten Grades (in der Entlastungskurve rot dargestellt für den ausgewählten
Fitbereich)
F  c 1  c 2  h  c 3  h2  c 4  h3
Full range Felder: bei gesetztem Häkchen Fit 1 für den Fitbereich zwischen 0 und 100% (rot
dargestellte Entlastungskurve)
Show fit 2: Zeigt das Fitergebnis für die Entlastungskurve unter Verwendung einer
Potenzfunktion (in der Kurve grün dargestellt für den ausgewählten Fitbereich)
F  C  (h  h 0 )m
(shown as green line for the chosen fit range)
Show tangent: Zeigt die Tangente an die Entlastungskurve bei Maximalkraft. Der Anstieg
stellt die Kontaktsteifigkeit S dar.
Tangent start at hmax: Normalerweise beginnt die Tangente zur Berechnung der
Kontaktsteife am Punkt maximaler Last am Ende des Kriech-Segmentes. Wenn das Material
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100
100
98
98
96
96
94
94
Force (mN)
Force (mN)
jedoch bei Beginn der Entlastung noch signifikant kriecht, kann es genauer sein, wenn die
Tangente an den Punkt maximaler Tiefe hmax bei einer etwas geringeren Kraft angelegt
wird. In diesem Fall ist der Haken in dieses Feld zu setzen. Das beeinflusst nicht das
Ergebnis für die Steifigkeit (den Anstieg der Tangente) sondern nur die Berechnung der
Kontakttiefe und damit der Fläche. Die nächsten Abbildungen zeigen ein Beispiel:
92
90
92
90
88
88
86
86
84
84
82
82
1,600
1,650
1,700
Displacement (µm)
1,600
1,650
1,700
Displacement (µm)
Show error band: Das Fehlerband zeigt den Fehler der Eindringtiefe für jeden Datenpunkt
als ± 1x Standardabweichung
Show plastic depth: Zeigt die Kurve Kraft-Eindringtiefe nach Abzug des elastischen Teils
der Verformung, so dass nur die plastische Verformung übrig bleibt.
Sample Poisson’s ratio: Die Poissonzahl ist notwendig, um den Eindringmodul der Probe
aus dem reduzierten Modul (einschließlich der Indenterverformung) oder dem
Elastizitätsmodul (plain strain modulus) zu berechnen, der nur gemessen werden kann.
Oftmals kann nur eine Abschätzung verwendet werden. Die folgenden Werte können
verwendet werden, wenn die tatsächliche Poissonzahl nicht bekannt ist:
Stahl, Nickel, Eisen: 0.3
Die meisten Metalle: 0.35
Gold, Blei, Palladium, Platin: 0.4
Gläser: 0.2
Keramik und Hartschichten: 0.25
DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff) 0.2
Polymere: 0.4
Holz: 0.3
Wenn Sie die Poissonzahl ändern, wird eine Neuberechnung der Ergebnisse vorgenommen.
Die Poissonzahl, die in der Analyse verwendet wurde, wird in der AVR-Datei abgespeichert,
so dass sie wiederhergestellt wird, wenn Sie die Datei wieder öffnen.
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Pile-up correction factor: Korrektur zur Berücksichtigung des Pile-up-Effektes, d.h. des
Auftretens plastischer Verformung des Materials (Aufwölbungen) an den Rändern des
Eindrucks, die zu einer Verschiebung der Oberflächenposition führt. Ein Wert größer als 1
bedeutet, dass die Kontaktfläche größer ist als sich aus der ersten Berechnung ergibt (pile
up) und ein Wert kleiner als 1 bedeutet ein Einsinken an den Rändern. Die Größe des Pileup-Effektes kann nicht allein aus der Eindringkurve erhalten werden. Sie benötigen eine
zusätzliche Messung des Profils mittels AFM oder Profilometer.
Beispiel für den Pile-up-Effekt in Kupfer
Die folgenden Schaltflächen sind gültig für alle Seiten des Fensters Average results.
Cycle: Auswahl des Entlastungszyklus für die Analyse eines Vielfach-Zyklus-Experiments.
werden die im Diagramm
Smoothing (Glättung): Durch Anklicken der Schaltfläche
dargestellten Messkurven geglättet. Mehrfaches Anklicken verstärkt den Glättungseffekt. Der
Glättungsfaktor beträgt maximal 10 und wird im Fenster angegeben.
Durch Klicken auf die Schaltfläche Reset wird die Originalkurve wieder gezeigt.
Marks: Markiert die Lage eines Datenpunktes durch ein Symbol. Die Punkten werden durch
eine durchgezogene Linie in den Zwischenräumen verbunden.
Fit marks: Markiert die Lage eines Datenpunktes einer Fitkurve (falls verfügbar) durch ein
Symbol. Die Punkte werden durch eine durchgezogene Linie verbunden.
Die Schaltfläche Print
wird verwendet, um die Grafik (Diagramm) auf dem
Standarddrucker auszudrucken.
Die Schaltfläche Add graph
kopiert alle sichtbaren Kurven in das Diagramm des
Fensters Comparison. Falls das Fenster Comparison noch nicht geöffnet ist, wird es nun
geöffnet.
öffnet den File dialog (Dateidialog). Die Daten des ausgewählten
Die Schaltfläche Save
Diagramms werden nach Auswahl eines der vier Datenformate abgespeichert:
 ASCII-Matrix mit Überschrift [Dateierweiterung *.TXT]
 ASCII-Matrix ohne Überschrift [Dateierweiterung *.ASC]
 EXCEL-Datei [Dateierweiterung *.XLS]
 Format Windows Meta File [Dateierweiterung *.WMF]. Dieses Format speichert das
komplette Diagramm.
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Hinweis:
Alle Dateien enthalten nur zwei Datenspalten mit den X- und Y-Daten der sichtbaren
Diagramme. Verwenden Sie bitte die Schaltfläche Save im Hauptmenü, wenn Sie auch die
Zeitwerte oder die Piezospannung und externe Kanäle abspeichern möchten.
Die Schaltfläche
Modulberechnung unter Verwendung rein elastischer
Verformungen: Das Anklicken dieser Schaltfläche öffnet das Fenster Elastic fit of loaddisplacement curve. Das Fenster öffnet sich automatisch, wenn die Anwendung
Elastic modulus measurements with spheres (Messungen des Elastizitätsmoduls mit
Kugelindentern) für die Messung gewählt wurde (siehe Kapitel Messungen des
Elastizitätsmoduls mit kugelförmigen Indentern).
6.1.2 Seite Creep (Kriechen)
Die Seite zeigt eine oder mehrere Kriechkurven als Haltezeit der Kraft bei einem lokalen
Kraftmaximum nach der Korrektur der thermischen Drift. Kriechen bedeutet die
Tiefenänderung über die Zeit, wenn die Kraft konstant gehalten wird und gerade vorher ein
neues Maximum erreicht hat.
Die Kurve wird mit zwei unterschiedlichen Funktionen gefittet:
Logarithmische Funktion:
h  A  ln(B  t  1)
t - Zeit
Polynomfunktion:
h  c 1  t  c 2  t 1 / 2  c 3  t 1 / 4  c 4  t 1 / 8
h – Tiefe
Die Funktion 1 wird für die Berechnung der empfohlenen Haltezeit verwendet. Die Funktion 2
hat mehr Parameter und kann deshalb besser den Daten folgen. Sie wird für die Berechnung
der Kriechrate am Ende der Messung verwendet.
Es können 3 unterschiedliche Diagrammarten ausgewählt werden:

Creep: Darstellung der Tiefenänderung über der Zeit für konstante Kraft

Creep rate: Darstellung der Kriechrate über der Zeit
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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
Creep rate/Depth: Darstellung des Quotienten aus Kriechrate und Eindringtiefe über
der Zeit. Das Ergebnis sollte annähernd lastunabhängig sein.
Im rechten Teil des Fensters sind die Ergebnisse für die Analyse der Kriechkurve dargestellt.
Es werden nur diejenigen Parameter angezeigt, die man in der Konfiguration ausgewählt hat
und die zur Kriechanalyse gehören.
6.1.3 Seite Time dependence (Zeitabhängigkeit)
Auf der Seite Time dependence werden alle Daten als Funktion der Zeit dargestellt. Neben
Kraft und Verschiebung können das auch die Kontaktsteifigkeit (aus CSM- oder QCSMMessungen) oder, falls verfügbar, zusätzliche Kanäle sein, z.B. der Kontaktwiderstand
zwischen Indenterspitze und Probe.
Das Kraftsignal (schwarze Kurve) kann dargestellt werden als:

Force over time (Kraft über der Zeit)

Loading rate (Belastungsrate).
Das Signal der Eindringtiefe (rote Kurve) kann dargestellt werden als:

Displacement over time (Verschiebung/Eindringtiefe über der Zeit)

Displacement rate (Verschiebungsrate)

Strain rate (Verformungsgeschwindigkeit) als Verschiebungsrate dividiert durch die
Verschiebung.
Die Kurven für die Belastungsrate oder die Verschiebungsrate können eine größere
Streuung aufweisen und die Rate kann daher nicht gut erkannt werden. In diesem Fall kann
eine Glättung durchgeführt werden durch Erhöhung der Anzahl benachbarter Punkte für die
Ratenberechnung unter Verwendung des Feldes Smoothing range.
Alle Signale werden auf der linken Achse des Diagramms dargestellt. Abhängig von ihrer
Maßeinheit werden sie sehr unterschiedliche Maximalzahlen (z.B. 1µm für die Tiefe und
500mN für die Kraft) aufweisen und der Kurvenverlauf kann nicht klar erkannt werden. Aus
diesem Grunde können die Kurven durch Drücken der Schaltfläche Auto scale automatisch
oder per Hand unter Verwendung eines Faktors in den Factor-Feldern skaliert werden.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Alle Kurven werden dann so skaliert, dass sie dasselbe Maximum aufweisen. Der daraus
folgende Skalierungsfaktor ist in den Feldern Factor und in der Diagrammlegende ablesbar.
Das Skalieren kann durch Demarkieren der Kontrollkästchen Scale verhindert werden.
6.1.4 Seite Special
Auf der Seite Special können sie Belastungs- und die Entlastungskurve in einer Vielzahl von
Variationen dargestellt werden, um verschiedene Modellansätze bzw. Fitprozeduren zu
erproben. Die Größen für die x-Achse bzw. y-Achse können rechts von der Grafik
ausgewählt werden:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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 Time:
Zeit
 Displacement:
Verschiebung/Eindringtiefe
 Force:
Kraft
 ln (Displacement):
natürl. Logarithmus der Verschiebung
 ln (Force):
natürl. Logarithmus der Kraft
 Root (Displacement): Quadratwurzel aus der Verschiebung
 Displacement^3/2: Verschiebung mit der Potenz 3/2
 Displacement^2:
Verschiebung zum Quadrat
 Root (Force):
Quadratwurzel aus der Kraft
 Force^2/3:
Kraft mit der Potenz 2/3
 Force^2:
Kraft zum Quadrat
 1. Derivative (F(h)): 1. Ableitung der Kraft-Verschiebungs-Kurve
 2. Derivative (F(h)): 2. Ableitung der Kraft-Verschiebungs-Kurve
 Local Exponent f(h): Lokaler Exponent
Das Zeichen ^ bedeutet „Potenz von“
Die Be- und Entlastungskurven werden separat betrachtet. Die obere Achse (in Rot) gehört
zur Entlastungskurve (ebenfalls in Rot) Gleicher Maßstab für die obere und untere Achse
kann erreicht werden such Ankreuzen des Feldes Equal scale top + bottom.
Beide Kurven können mit einer linearen Funktion oder mit Polynomen zweiter und dritter
Ordnung gefittet werden. Die Firfunktion wird in der Auswahlliste (Drop-down) ausgewählt.
Die Fitergebnisse werden im Ergebnisfeld rechts oben angezeigt und können kopiert
warden, indem man die Zeilen markiert und in die Zwischenablage übernimmt (Strg+Einfg
oder Strg+C).
Linear fit range: Beginn und Ende des Fitbereichs in Prozent der X-Achse
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Do fit: Startet den Fit für den ausgewählten Bereich. Die Kurve wird auch in den Bereich
außerhalb des gewählten Fitbereichs extrapoliert.
Im gewählten Beispiel werden die 2 Fitgeraden für einen linearen Fit über die letzten 50%
der Belastungs- und Entlastungskurve in logarithmischer Darstellung gezeigt. Das erlaubt die
Berechnung des Exponenten der Belastungskurve, der im Ergebnisfeld als m=1,797
angezeigt wird.
6.1.5
Seite Results over Depth (Ergebnisse als Funktion der Tiefe)
Auf der Seite Results over Depth kann die Abhängigkeit verschiedener Größen von der
Eindringtiefe dargestellt werden. Für eine normale Härtemessung mit nur einem
Entlastungszyklus steht nur die Auswahl
Depth dependent hardness (teifenabhängige Härte) zur Verfügung. Dies erlaubt die
Berechnung der


Martens hardness oder
Estimated indentation hardness (geschätzte Eindruckhärte)
In letzterem Fall wird ein tiefenunabhängigee E-Modul angenommen und der elastische
Anteil der Deformation abgezogen. Dies entspricht der früheren Definition der Plastischen
Härte HUpl oder der Eindringhärte.
Wenn mehr als ein Entlastungszyklus gemessen wurde oder wenn tiefenabhängige Werte
der Kontaktsteifigkeit vorliegen (z.B. bei Nutzung der QCSM / CSM Option während der
Messung) steht auch die Auswahl
Depth dependent results (Tiefenabhängige Ergebnisse) zur Verfügung
Die Schaltfläche Read reference erlaubt es einen Referenz Datenfile (AVR-File) zu lesen
und and to ein Härteverhältnis oder eine Härtedifferenz zu den Daten dieses Files zu
berechnen. Für weitere Informationen siehe Kapitel
Bestimmung eines Härteverhältnisses oder einer -differenz zu einer Referenzmessung
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6.2 Extrapolation des Eindringmoduls auf Null Eindringtiefe
Diese Methode wird für dünne Schichten angewendet, bei denen es nicht möglich ist, die
Schichteigenschaften ohne Substrateinfluss zu messen. Sie wird in der Norm DIN ISO 14577
Teil 4 empfohlen.
1) Es sind Härtemessungen mit mindestens 3 verschiedenen Lasten durchzuführen.
2) Die Messungen sind automatisch oder manuell zu mitteln und auszuwerten. Die
Ergebnisse werden in der Ergebnistabelle angezeigt:
3) Es ist eine Grafik des E-Moduls über der Tiefe aus diesen Ergebnissen zu erstellen. Dazu
in dem Results summary Fenster angeklickt. Das Fenster
wird die Graph Schaltfläche
Data selection for graph wird geöffnet. Wählen Sie die Spalte mit den Eindringtiefe Werten
h für die X-Achse und drücken Sie OK. Dann wählen Sie die E-Modul Spalte E für die YAchse und drücken Sie zweimal OK.
Die Grafik mit (mindestens) 3 Punkten aus den Zeilen des Results summary Fensters wird
nun im Fenster Comparison angezeigt.
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4) Drücken Sie die Fit Schaltfläche
angezeigt.
im Fenster Comparison. Das Fenster Fit Data wird
5) Drücken Sie die Schaltfläche Calculation im Fenster Fit Data. Ein linearer Fit wird
durchgeführt (dies entspricht Fitfunktion 1, die voreingestellt ist).
6) Drücken Sie nun die Schaltfläche Extrapolation to X=0.
Der lineare Fit wird nun extrapoliert auf X=0 und das Ergebnis für den E-Modul (oder die
Härte) bei Null Eindringtiefe wird in dem Feld rechts vom der Schaltfläche angezeigt (siehe
den roten Pfeil in der nächsten Abbildung.
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Dieselbe Prozedur kann auch für QCSM Messungen verwendet werden.
1) Nutzen Sie in diesem Fall die Seite Results over depth im Fenster Average results.
(roter Pfeil) um die Kurve für den E-Modul über
2) Drücken Sie die Plus-Schaltfläche
der Tiefe in das Fenster Comparison zu kopieren.
3) Drücken Sie die Fit-Schaltfläche
angezeigt.
im Fenster Comparison. Das Fenster Fit Data wird
4) Drücken Sie die Schaltfläche Calculation im Fenster Fit Data. Ein linearer Fit wird
durchgeführt (dies entspricht Fitfunktion 1, die voreingestellt ist).
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5) Drücken Sie nun die Schaltfläche Extrapolation to X=0.
Der lineare Fit wird nun extrapoliert auf X=0 und das Ergebnis für den E-Modul (oder die
Härte) bei Null Eindringtiefe wird in dem Feld rechts vom der Schaltfläche angezeigt.
6.3 Bestimmung eines Härteverhältnisses oder einer -differenz zu einer
Referenzmessung (insbesondere für sehr dünne Schichten)
Für sehr dünne Schichten oder eine Indentereindringtiefe unter 50nm wird empfohlen ein
Härteverhältnis zu verwenden, weil der Einfluss des Substrates oder der Spitzenverrundung
des Eindringkörpers nicht vollständig korrigiert werden kann. Der Grenzwert für die
Schichtdicke, um vernünftige Härtewerte zu erhalten, hängt vom Spitzenradius und dem
Härteverhältnis zwischen Schicht und Substrat ab.
Ein Beispiel wird in den nächsten Abbildungen dargestellt:
1) Lesen Sie den ersten Mittelwert-Datenfile ein. Die Messung einer normalen KraftVerschiebungs-Kurve ist erforderlich. Eine QCSM-Messung wäre jedoch besser, da sie im
kleineren Tiefenbereich genauer ist.
2) Stellen Sie die Ergebnisse im Fenster Average results dar und gehen Sie auf die Seite
Results over depth.
3) Wählen Sie die Darstellung Depth dependent hardness.
4) Wählen Sie als Parameter für die Y-Achse Estimated indentation hardness. Wenn
QCSM-Ergebnisse verfügbar sind, verwenden Sie Indentation hardness using
QCSM/CSM.
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5) Drücken Sie auf die Schaltfläche Read reference und lesen Sie den Mittelwert-Datenfile
ein, mit dem Sie die Härte vergleichen wollen (z.B. von einem reinen Substrat oder einer
anderen Schicht). Die Härtekurve für die zweite Probe wird auch dargestellt.
Estimated Indentation Hardness (GPa)
10
8
6
4
2
0
0.00
0.10
0.20
Contact Depth (µm)
0.30
6) Dann drücken Sie auf Results ratio und das tiefenabhängige Härteverhältnis zwischen
Probe 1 und Probe 2 (die hier die Referenzprobe ist) wird angezeigt. Eine horizontale
Gerade bei Y=1 wird angezeigt, wenn beide Files (Messungen) dieselben sind.
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Sie können nun andere Files einlesen und immer wird das Verhältnis zur Probe 2 angezeigt.
Dieselbe Prozedur kann mit QCSM-Messungen verwendet werden. Die nächste Abbildung
zeigt die Ergebnisse der tiefenabhängigen Härte derselben Proben, erhalten mit der QCSMMethode.
Indentation hardness (GPa)
10
8
6
4
2
0
0.00
0.10
0.20
Contact Depth (µm)
0.30
Das Härteverhältnis stellt sich folgendermaßen dar:
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Estimated Indentation Hardness (GPa)
Die Kurven des Härteverhältnisses, die aus den normalen Kraft-Verschiebungs-Kurven und
aus der QCSM-Methode erhalten wurden, werden in der nächsten Abbildung verglichen.
1.00
0.75
0.50
0.25
Estimated indentation hardness ratio
Hardness ratio from QCSM measurements
0.00
0.00
0.10
0.20
0.30
Contact Depth (µm)
Man kann sehen, dass beide Ergebnisse ziemlich gut übereinstimmen, obwohl die erste
Methode nur eine Härteabschätzung verwendete.
6.4
Auswertung variabler Kraft-Eindringtiefe Messungen
Die Anwendung erlaubt ein flexibles Programmieren der Messungen unter Kraft- oder
Wegsteuerung im Open- oder Closed-Loop-Mode ohne Begrenzung für die Parameter der
Einzelsegmente. Dies beinhaltet auch Messungen ohne Oberflächenfindung (nur für
Wegsteuerung) oder Messungen mit Entlastung bis zu negativer Eindringtiefe für die Analyse
von Adhäsionseffekten.
Die Auswertung unter Verwendung des Fensters Average results wird für die Härte und den
Modul nur vernünftige Ergebnisse liefern, wenn die Anwendung wie für einen normalen
Härtetest programmiert wurde. In jedem anderen Fall muss die Auswertung durch den
Anwender unter Nutzung des Fensters Measurement data erfolgen (das sich öffnet nach
dem Einlesen eines DAT-Files) oder durch den Export der Daten in externe Software.
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Das Beispiel zeigt die Kraft-Verschiebungs-Messung unter Verwendung einer glatten SiKugel von 3mm Durchmesser gegen Silizium. Sie wurde unter Wegkontrolle durchgeführt
und man kann sehen, dass infolge von Adhäsionseffekten eine negative Kraft notwendig ist,
die Kugel von der Probe zu entfernen. Die Verschiebung während der Entlastung wurde bis
– 50nm durchgeführt.
Im Verschiebungs-Zeit-Signal kann der Moment des Wegschnappens der Kugel (Entfernung
von der Oberfläche) durch den negativen Peak bei 30s erkannt werden. Die Kraft war in
diesem Moment -0.5mN. Anschließend bewirkt die Wegkontrolle eine Bewegung zurück zur
geforderten Position für diese Zeit.
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6.5 Auswertung zyklischer Härtemessungen
Die Auswertung erfolgt wie bei einem einfachen Härtetest im Fenster Average results. Der
einzige Unterschied besteht darin, dass der Be-/ Entlastungszyklus für die Auswertung im
oberen rechten Feld Cycle ausgewählt werden kann. Der Fit der Entlastungskurve wird dann
für den entsprechenden Zyklus durchgeführt. Die rote Fitkurve und die Tangente werden für
das lokale Maximum berechnet und angezeigt.
Das Beispiel zeigt Daten von einem Hochlast-Gerät mit einer Maximalkraft von 35 N. Zyklus
3 von 4 wurde für die Auswertung gewählt und die Ergebnisse für diesen Zyklus werden im
Informationsfeld im rechten Teil des Fensters angezeigt.
Außerdem werden Härte oder E-Modul für jeden Zyklus über der Eindringtiefe auf der Seite
Results over Depth dargestellt. Im Auswahlfeld Presentation ist Depth dependent results
anzuklicken. Der Parameter für die Y-Achse kann mit dem Pull-down Menü Parameter for
Y-axis gewählt werden.
Auf der Seite Creep des Fensters Average Results sind mehrere Kriechkurven sichtbar,
falls mehr als ein Kriech-Segment (Haltezeit bei Maximalkraft) während der Messung
verwendet wurde. Dadurch lässt sich das Kriechverhalten in Abhängigkeit von der
Maximalkraft vergleichen. In dem Beispiel wurden 4 Kriechsegmente von jeweils 600s
verwendet. Die Stufen in den Kriechkurven entstehen, weil die Tiefenauflösung des Gerätes
nur 20nm betrug. Deshalb treten Stufen in den Kriechkurven auf.
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6.6 Auswertung von QCSM-Messungen
Die Auswertung von Messungen mit QCSM Modul (Quasi Continuous Stiffness Method) wird
wie bei einem normalen Härtetest durchgeführt. Lesen Sie das Datenfile ein und führen Sie
die Nullpunktkorrektur und die Korrektur der thermischen Drift durch. Wenn möglich sollte die
Driftkorrektur immer durchgeführt werden, da die Messzeit mit 200s oder mehr deutlich
länger ist als bei schnellen Härtemessungen und die thermische Drift einen größeren
Einfluss hat.
Das Fenster Measurement data zeigt neben der Kraft-Eindringtiefen-Kurve in Schwarz
auch die Amplitude der Schwingung des Kraftsignals in Blau und die Amplitude der
Schwingung des Wegsignals in Grün. Beide Amplituden-Kurven gehören zur rechten Achse
des Diagramms. Die Kraftamplitude wird in mN und die Wegamplitude in µm angegeben.
Daher erscheint die Kurve der Weg-Amplitude meist nur um unteren Rand des Fensters.
Dieser Bereich kann während der Messung mit der Maus herausgezoomt (vergrößert)
werden um zu prüfen ob die Amplitude sinnvolle Werte im Bereich zwischen etwa 10nm and
50nm aufweist.
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Die endgültige Auswertung der QCSM Daten findet dann im Fenster Average results statt.
Oft werden mehrere Messungen mit gleichen Parametern gemittelt und nur die
Mittelwertkurve ausgewertet.
Die Seite Vibration zeigt die Amplituden und die Phasenverschiebung zwischen der PiezoSpannung (driving voltage) und dem Weg- und Kraftsignal. Diese Seite ist nur bei Daten des
UNAT-Gerätes von ASMEC sichtbar. Im Gegensatz zu der CSM-Methode anderer Geräte,
bei der die Schwingung direkt auf den Schaft mit der Messspitze aufgeprägt wird und bei der
die Phasenverschiebung zwischen Kraft- und Wegsignal direkt gemessen werden kann, ist
bei der QCSM-Methode die Phase beider Signale nur bezüglich der Piezo-Spannung
messbar. Sie stellt sich auch erst nach Oberflächenkontakt ein. Die Phasenverschiebung
zwischen Kraft- und Wegsignal wird dann durch Subtraktion der beiden Phasensignale
bestimmt.
Die Kontaktsteifigkeit wird aus dem Quotienten der Schwingungsamplituden von Kraft- und
Wegsignal unter Berücksichtigung von Korrekturen bezüglich der Messe des Messkopfes
und der Dämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz berechnet.
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Die Kontaktsteifigkeit und die Phasenverschiebung als Funktion der Eindringtiefe werden
dargestellt, wenn der entsprechende Auswahlknopf Show auf der rechten Seite des
Fensters angeklickt wird. Das Informationsfeld zeigt die verwendeten Parameter der QCSM
Methode für alle Segmente an, bei denen die Schwingung eingeschaltet war.
Die tiefenabhängigen Ergebnisse für Härte, E-Modul und andere Parameter werden auf der
Seite Results over depth angezeigt. Der obere rechte Auswahlknopf Presentation muss
umgeschaltet werden auf Depth dependent results. Der gewünschte Parameter wird im
Pull-down Menü Parameter for Y-axis ausgewählt. Mit diesem Menü kann außerdem die
Berechnung von dem
H/E-Verhältnis als Maß für die Fließdehnung (yield strain)
H3/E2 -Verhältnis als Maß für den Widerstand gegen plastische Deformation
E2/H-Verhältnis als Maß für die Energiedissipation
veranlaßt werden
Fehlerbalken werden angezeigt, wenn die Kurve ein Mittelwert aus mehreren
Einzelmessungen ist. Die Fehlerbalken repräsentieren den statistischen Fehler, der
entsprechend einer Student-Verteilung berechnet wird nach:
x 
t
n mit t(n) als Student-Faktor,  als Standardabweichung und n als Anzahl der
gemittelten Messungen.
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Fehlerbeiträge durch Ungenauigkeiten der Kraft- oder Wegkalibrierung, der Gerätesteifigkeit
oder der Flächenfunktion werden nicht berücksichtigt.
Die Darstellung der Fehlerbalken kann mit der Checkbox Show error bars im unteren Teil
des Fensters ausgeschaltet werden.
Auf derselben Seite kann eine Referenzmessung eingelesen werden und ein Härteverhältnis
oder eine Härtedifferenz zu dieser Messung kann berechnet und angezeigt werden. Das ist
besonders bei sehr dünnen Schichten nützlich, bei denen die Härte durch die Verrundung
der Prüfspitze beeinflusst wird.
6.7 Elastische E-Modul-Messungen mit Kugelindentern
Die Auswertung erfordert einen separaten Softwaremodul.
Die Bestimmung des Elastizitätsmoduls dünner Schichten unter Verwendung vollelastischer
Messungen mit einem Kugelindenter stellt eine neue Methode dar, die ein analytisches
Modell für die Berechnung elastischer Deformationen beschichteter Systeme erfordert.
Dieses Modell ist erst verfügbar seit 1999:
[T. Chudoba, N. Schwarzer, F. Richter, New possibilities of mechanical surface characterization with
spherical indenters by comparison of experimental and theoretical results, Thin Solid Films 355-356
(1999) 284-289]
Die zugrundeliegende Theorie wurde durch N. Schwarzer entwickelt:
[N. Schwarzer, Arbitrary load distribution on a layered half space, ASME Journal of Tribology, 122 No.
4 (2000) 672-681]
Der Vorteil dieses Modells besteht darin, dass der Substrateinfluss auf das Ergebnis
vollständig bestimmt und kompensiert warden kann. Deshalb kann der Modul sehr dünner
Schichten <100nm bestimmt werden, obwohl mittlere Kräfte >10mN für die Messung
verwendet werden können. Die Methode kann nur verwendet werden, wenn Beschichtung
und Substrat hart genug sind und die Oberflächenrauigkeit klein ist. Sie kann nicht
angewandt werden auf Polymere oder weiche Metalle. Die Belastungs- und
Entlastungskurve sollten besser als 1 bis 2 nm übereinstimmen.
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Die einzige Modellannahme der neuen Methode ist, dass es noch einen Hertz’schen
Kontaktdruck zwischen Probenoberfläche und Indenter gibt. Vergleiche mit Finite-ElementBerechnungen haben gezeigt, dass diese Annahme richtig ist, wenn die Moduldifferenz
zwischen Schicht und Substrat (oder zwischen verschiedenen Schichten) nicht größer als
1:4 bis 1:8 ist in Abhängigkeit vom Verhältnis von Schichtdicke zum Kontaktradius. Die
Methode kann nur dann genaue Resultate liefern, wenn diese Bedingung erfüllt ist.
Die Methode ist verfügbar für bis zu drei Schichten auf einem Substrat. Nur der Modul der
obersten Schicht kann gefittet werden. Die elastischen Eigenschaften (Elastizitätsmodul und
Poissonzahl) der anderen Materialien muss bekannt sein. Die Rechenzeit und der
erforderliche Computerspeicher wachsen merklich mit der Anzahl der Schichten.
Ein Zugang zur elastischen Fitmethode ist nur möglich, wenn das Fenster Average results
offen ist. Das Fenster Elastic fit kann dann geöffnet werden mit der Schaltfläche Elastic fit
in diesem Fenster. Es wird sich automatisch öffnen, wenn die Anwendung
modulus measurements with spheres für die Messung verwendet wurde.
Elastic
Der Modul und die Poissonzahl aus dem Fenster Average results werden übertragen zu
den Eigenschaftsfeldern des Substrates und dort eingeschrieben. Die Last-VerschiebungsKurve wird auch übertragen. Der Belastungs- und der Entlastungsteil werden getrennt und
ein Mittel beider Teile wird berechnet. Normalerweise ist dies die genaueste Kurve, die für
den Fit verwendet werden sollte. Wählen Sie den Teil der Kurve oder das Mittel aus mit den
Fit of – Radio-Schaltflächen. Der zugehörige Teil der Kurve wird im Diagramm unmittelbar
nach Durchführung einer neuen Auswahl angezeigt.
Bitte beachten: Wenn Sie die die Kurve einer Messung mit plastischer Verformung
auswählen, stimmen der Belastungs- und Entlastungsteil nicht überein und die gemittelte
Kurve kann eine seltsame Gestalt aufweisen. Verwenden Sie in solch einem Fall only the
loading part (nur den Belastungsteil). Eine solche Berechnung kann nützlich sein, wenn der
erste Teil der Belastungskurve elastisch ist und Sie nur die ersten Punkte der
Belastungskurve für den Fit verwenden.
Definieren Sie die Zusammensetzung Ihrer Probe mit den Radio-Schaltflächen in der
oberen linken Ecke des Fensters. Nach Öffnung des Fensters wird angenommen, dass keine
Schicht vorhanden ist. Wählen Sie die Anzahl der Schichten mit der Radio-Schaltfläche. Der
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Modul und die Poissonzahl aus dem Fenster Average results wird in die Felder der
Schichten eingetragen. Ändern Sie die Werte für den Elastizitätsmodul und die Poissonzahl
der Schichten darunter und das Substrat (Schicht 1 ist immer unter Schicht 2 und Schicht 2
ist immer unter Schicht 3). Tragen Sie die Dickenwerte der Schichten in die zugehörigen
Felder ein. Bitte beachten Sie: Das Fitergebnis kann nur so genau sein wie die definierten
Dicken- und Modulwerte. Die Dicke sollte deshalb so genau wie möglich bekannt sein. Der
Modul des Substrates kann mit derselben Methode gemessen werden, wenn er nicht
bekannt ist.
Fitparameter: Wählen Sie den gewünschten Ergebnistyp aus. Young’s modulus gibt Ihnen
den E-Modul der höchsten Schicht oder des Substrates an (wenn keine Schichten
vorhanden sind). Sphere radius gestattet einen Fit des Radius der Indenterspitze, wenn alle
elastischen Eigenschaften bekannt sind (z.B. durch Verwendung eines Referenzmaterials).
Nominal tip radius: Sie benötigen den Radius des Indenters für einen Fit des Moduls. Der
Wert aus der Konfiguration ist in dieses Feld eingetragen und Sie können ihn hier ändern.
Use radius function: Das Kontrollkästchen ist nur verfügbar, wenn in der Konfiguration eine
effektive Radiusfunktion anstelle einer Flächenfunktion verwendet wird. Eine effektive
Radiusfunktion kann die Fitgenauigkeit verbessern, besonders wenn der Spitzenradius mehr
als 5% im Eindringtiefenbereich der Messung variiert.
Points for calculation: Wählen Sie den ersten und den letzten Datenpunkt der
ausgesuchten Kurve für die Berechnung aus.
Period: Wenn viele Datenpunkte vorhanden sind (50 oder mehr), ist es besser nicht alle
Daten zu verwenden, sondern nur jeden dritten oder fünften. Dies kann die Rechenzeit
merklich reduzieren. Die Eigenschaft Period gibt die Zahl der Punkte zwischen einem
Berechnungspunkt und dem nächsten an. Der erste und der letzte Punkt werden
entsprechend den Feldern First und Last immer verwendet. Die letzte Periode kann deshalb
kleiner als die anderen sein.
Calculation: Startet die Berechnung. Die Fitkurve wird in rot dargestellt.
Result: Das Feld Result zeigt das Fitergebnis für den Modul oder Radius und die mittlere
absolute Differenz (Mean D) zwischen jedem Punkt der Messdaten und dem zugehörigen
Fitpunkt. Die Differenz stellt einen Indikator für die Fitgenauigkeit dar und sollte unter 1 nm
für eine Verschiebung unter 1 µm bzw. unter 0.5 nm für eine Verschiebung unter 100 nm
liegen. Ein Tabulatorzeichen trennt Text, Zahl und Maßeinheit in dem Feld. Sie können den
Feldinhalt mittels Maus oder Pfeiltasten markieren, ihn in die Zwischenablage kopieren und
ihn in ein Arbeitsblatt oder ein Textprogramm einfügen.
Show check boxes: Die Messkurve bzw. die Fitkurve wird angezeigt, wenn diese Kästchen
markiert sind (Standard). Show title zeigt eine Textzeile im obersten Teil des Diagramms an.
With marks: Markierungen für jeden Datenpunkt werden angezeigt, wenn diese Kästchen
markiert sind (nicht Standard). Dies dürfte nur nützlich sein, wenn die Punktanzahl weniger
als etwa 100 beträgt.
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Store graph as ASCII or Windows Meta File: Speichert die Fitkurve als ASCII-File mit
Titel (*.GRA) oder ohne Titel (*.ASC) oder das gesamte Diagramm als Windows Meta File
(*.WMF) ab. Die Messdaten sind bereits im Fenster Average results verfügbar und müssen
hier nicht angespeichert werden. Wählen Sie den gewünschten Filetyp im
Dateispeicherungsdialog aus.
Add graph to Multigraph window: Fügen Sie beide Kurven in ein ComparisonFenster ein. Dies ist ein einfacher Weg, um Ergebnisse aus verschiedenen Dateien oder
Berechnungen zu vergleichen.
Cancel: Eine Schaltfläche Cancel erscheint, wenn eine Berechnung läuft. Verwenden Sie
die Schaltfläche um die Berechnung zu stoppen. Dies ist besonders nützlich für 2 und 3
Schichten, da die Rechenzeit in diesem Fall sehr lang werden kann.
Close: Schließt das Fenster. Dies ist nur möglich, wenn kein Rechenvorgang läuft.
6.8
Auswertung
bestimmung
von
zyklischen
Messungen
zur
Fließgrenzen-
Die kritische Last für den elastisch-plastischen Übergang (Fleißgrenze) eines Materials kann
mittels zyklischer Be-/Entlastungs-Messungen mit Kugelindenter bestimmt werden. Die von
Mises Spannung als ein Maß für die Fließgrenze kann man aus einer nachfolgenden
Rechnung mit dem externen Programm Elastica von ASMEC erhalten. Dieses Programm ist
nicht Bestandteil der IndentAnalyser-Software.
Die Messung wird mit der vordefinierten Anwendung (application)
Yield strength by
cyclic measurements with spheres durchgeführt. Nach der Messung oder nach Einlesen
eines DAT-Files m,it einer solchen Messung wird die Messkurve im Fenster Measurement
data angezeigt.
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Durch Drücken der Schaltfläche Analyse werden zunächst Nullpunktkorrektur und Korrektur
der thermischen Drift ausgeführt.
Der zeitliche Verlauf der Messung ist auf der Seite Normal signals over time zu sehen.
Nach Ausführung der Korrekturen wird automatisch das Fenster Average results in einer
anderen Ansicht als für normale Härtemessungen geöffnet.
Die letzten Punkte der Belastungszyklen werden ebenso wie die letzten Punkte der
Entlastungszyklen durch zwei schwarze Linien verbunden. Diese beiden Kurven von
Messdaten werden durch eine rote Fitkurve für die Belastungswerte und eine grüne Fitkurve
für die Entlastungswerte angenähert.
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Beide Kurven sollten im niedrigeren Tiefenbereich übereinstimmen, wenn es einen elastischplastischen Übergang gibt, weil Belastung und Entlastung im elastischen Regime
übereinstimmen sollten. Es gibt jedoch meistens einen kleinen Unterschied zwischen beiden
Kurven von Anfang an infolge des Einflusses der thermischen Drift und der
Oberflächenrauigkeit. Dies kann korrigiert werden durch Verwendung der Schaltfläche Find
optimum. Nun wird die beste Anpassung zwischen roter und grüner Kurve im unteren
Kraftbereich gesucht durch Änderung der thermischen Driftrate (Drift rate) und durch
Verschieben der Entlastungskurve (Unloading curve shift) um sehr kleine Beträge (0.110 nm). Die Ergebnisse für die Driftrate und die Verschiebung der Entlastungskurve werden
in den zugehörigen Feldern gezeigt.
Sie haben auch die Möglichkeit, beide Korrekturen manuell auszuführen durch Verwendung
der blauen Pfeiltasten. Das Drücken der Auf- oder Nieder-Taste wird die Kurve mit den
Entlastungspunkten nach rechts oder links verschieben. Die Standardschrittgröße ist 0.5 nm.
Die Schrittgröße kann modifiziert werden durch Anklicken der Pfeiltasten mit der rechten
Maustaste. Ein Aufklappmenü wird geöffnet und die Schrittgröße kann gewählt werden.
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Das Drücken der linken oder rechten Taste wird die Driftrate in Schritten von 0.005 nm/s
erhöhen bzw. verringern. Die Schrittgröße kann auch im Aufklappmenü gewählt werden.
Nach dem Finden der optimalen Übereinstimmung zwischen beiden Kurven muss die
kritische Last für den elastisch-plastischen Übergang definiert werden. Das ist der Punkt, wo
Belastungs- und Entlastungskurve beginnen auseinanderzulaufen. Um eine Abschätzung für
die Lage dieses Punktes zu erhalten, klicken Sie auf die Schaltfläche Calculation. Die
Fließgrenze wird durch ein blaues Kreuz markiert.
Die Lage des blauen Kreuzes kann danach empfindlicher per Hand angepasst werden.
Vergrößern Sie den Diagrammbereich um das Kreuz (wie im Bild unten) und bewegen Sie
das Kreuz mit den blauen Pfeiltasten zu dem Punkt, wo der elastisch-plastische Übergang
gut gesehen werden kann.
Die kritische Kraft für die Fließgrenze wird im Ergebnisfeld im rechten Teil des Fensters
angezeigt. Es ist der Kraftwert der Y-Achse, dividiert durch das Entlastungsverhältnis
(Quotient aus Kraft nach der Entlastung und Maximalkraft des gewählten Zyklus). Im Beispiel
wurde eine kritische Kraft von 34.116 mN erreicht mit einem Entlastungsverhältnis von
35.698%.
Die Software ELASTICA© ist notwendig, um die von Mises-Spannung als Maß für die
Fließspannung zu bestimmen. Die Eingangsparameter für die Berechnung (Indenterradius,
kritische Kraft) können den IndentAnalyser-Ergebnissen entnommen werden.
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6.9 Auswertung mit neuronalen Netzen (optional)
Zur
Bestimmung
von
Materialparametern
von
metallischen
Materialien
aus
)
Eindruckexperimenten kann das Modul Stress/Strain (Schaltfläche Stress-strain
verwendet werden, wenn bei den Experimenten ein vorgeschriebener Belastungsverlauf mit
einem Kugelindenter verwendet wurde.
Der Messablauf sieht im Verlauf der Belastung drei Zwischenkriechphasen von je 100 s und
am Ende eine Kriechphase von 600 s vor.
Die Grundlage des Identifikationsverfahrens ist die Annahme eines Werkstoffmodells der
Viskoplastizität, das in der Lage ist, die wichtigsten Phänomene metallischer Werkstoffe
unter mechanischer Belastung zu beschreiben. Auf der Basis dieses Materialmodells wurde
eine
große
Zahl
von
Finite-Elemente-Simulationen
zur
Berechnung
des
Verformungsverhaltens (Last-Eindringtiefe-Kurven) während einer Eindringprüfung
durchgeführt. Mit den so erhaltenen Simulationsdaten wurden Neuronale Netze trainiert, wie
sie im folgenden Bild dargestellt sind.
Kraft
Kraft-Eindringtiefe-Daten
Nullpunktkorr.
ZeroNet
Eindringtiefe
Spannung
Geschwindigkeitsabh. Anteil
E-Modul
ENet
Viskositätsparameter
ViscNet
Verfestigung
SigmaNet
Kinemat. Verf.
XiNet
Geschwindigkeitsunabh.
Anteil
Dehnung
Je ein Neuronales Netz ist zuständig für die Ermittlung
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
des Nullpunktes

des E-Moduls

der geschwindigkeitsabhängigen Überspannung sowie

des Verfestigungsverhaltens
des Werkstoffs. Optional bietet das Neuronale Netz die Möglichkeit, aus einer
abschließenden Entlastungs-Wiederbelastungs-Hysterese die kinematische Verfestigung
des Werkstoffs als einen Anteil des Verfestigungsverhaltens zu ermitteln, der für die
Erfassung des zyklischen Verformungsverhaltens von Bedeutung ist.
Dem Nutzer werden verschiedene Lösungsmethoden innerhalb des Moduls angeboten:
1) Mit dem klassischen Neuronale Netze Ansatz werden besonders schnell komplizierte
nichtlineare Zusammenhänge durch eine Approximation des inversen Zusammenhanges
gelöst.
2) Mit probabilistischen Neuronalen Netzen wird zusätzlich eine Schätzung der Unsicherheit
der Ergebnisse (in Form von Konfidenzintervallen) mitgeliefert. Diese Netze benötigen im
Gegensatz zu klassischen Netzen keine Verifikationsbeispiele beim Lernen.
(A) Bei der Gauss-Approximation wird die Verteilung der Ergebnisse mit einer GaussVerteilung in jedem lokalen Optimum approximiert und anschließend werden die Lösungen
gemittelt.
(B) Die Markov-Ketten-Monte-Carlo-Berechnung liefert die richtigen Stichproben aus der
Verteilung der Lösungen und charakterisiert somit die Verteilungen genauer.
Beide probabilistische Verfahren liefern durch gewichtete Mittelung der SpannungsDehnungskurve die Fehler der (neuronalen) Bestimmung der Spannungs-Dehnungskurve
(oberes und unteres 90%-Konfidenzintervall).
Die Auswerteverfahren wurden für eine Reihe von Werkstoffen angewendet und mit
Zugversuchen verifiziert. Für die Details bezüglich der Auswertemethoden sei auf [1] und für
eine ausführliche Darstellung in der experimentellen Anwendung auf [2] verwiesen.
Der Aufruf des Neuronale Netze Moduls erfolgt über die Schaltfläche Stress-strain.
Diese Schaltfläche ist nur aktiviert, wenn das Fenster Averages Results offen ist, d.h. wenn
bereits korrigierte und gegebenenfalls gemittelte Messdaten vorliegen. Die Analyse schließt
die Korrektur der Gerätesteifigkeit und optional eine Nullpunktskorrektur ein. Außerdem wird
geprüft, ob der erforderliche Messablauf mit 3 kürzeren und einer langen Haltezeit realisiert
wurde. Ohne den korrekten Belastungsverlauf wird die Nutzung des Moduls für diese Daten
abgewiesen.
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Im obigen Bild sieht man das Fenster Stress-strain curve calculation with Neural
Networks für das Modul Stress/Strain (Berechnung von elastischen und plastischen
Materialparametern mit Neuronalen Netzen).
Für die durchzuführende Belastung muss folgendes beachtet werden (wie in den
mitgelieferten Beispielen Brass_0001.tra und Brass_0002.tra):
1) Es gibt 4 zeitgleiche Phasen zur linearen Erhöhung der Belastung, so dass die
Eindringtiefe des Kugelindenters nach der 4. Belastung das 0,08 - 0,12 -fache des
Indenterradius beträgt. Auf diesen Bereich sind die Netze trainiert.
2) Zwischen den ersten 4 Belastungsphasen folgt eine 100s-Kriechphase bei konstanter
Kraft.
3) Nach der 4. Belastungsphase folgt eine 600s-Kriechphase.
4) Abschließend wird der Indenter mit der gleichen Geschwindigkeit einmal vollständig
entlastet und wieder bis über die letzte Belastungskraft erneut belastet.
Aus den Messdaten berechnet IndentAnalyser automatisch die entsprechenden
Netzeingangsdaten für die Neuronalen Netze. In der Konfiguration müssen die korrekten
Werte für die Gerätesteifigkeit (Instrument stiffness) entweder als konstanter Wert oder als
Funktion und die korrekte Flächenfunktion für den Kugelindenter, entweder als konstanter
Radius oder als Funktion gespeichert sein. Ist dies nicht der Fall ergeben sich falsche
Ergebnisse.
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Calculation options (Berechnungsoptionen)
Zero point correction (Nullpunktskorrektur): Eine optimale Lage des Nullpunktes wird
ebenfalls durch ein neuronales Netz bestimmt. Das Ergebnis kann etwas von der bereits im
Programm implementierten Nullpunktskorrektur abweichen.
Shape corretion (Gestaltskorrektur): Ein neuronales Netz berücksichtigt die Auswirkungen
einer nicht-idealen Kugelform auf die Last-Eindringtiefe Kurven und rechnet die Kurven
entsprechend um.
Consider kinematic hardening (Berücksichtigung kinematischer Verfestigung): Ein
neuronales Netz wertet nach dem kinematisches Verfestigungsmodell aus. Die
entsprechenden Informationen werden aus der Hysterese der Be- und Entlastungskurve am
Ende der Messung gewonnnen.
Calculation method (Berechnungsmethode)
Die Berechnung erfolgt mit dem klassischen, dem Gauss- oder dem Markovmodell, wie oben
erläutert. Die klassische NN-Berechnung ist die schnellste (< 1s), berechnet aber keine
Fehlerkurven
für
die
Spannungs-Dehnungskurve.
Die
beiden
anderen
Berechnungsmethoden liefern das richtige 90%-Konfidenzintervall benötigen aber ca. 60 s
für die Berechnung. Die einzelnen von 36=729 Schritten kann man verfolgen und die
Berechnung jederzeit abbrechen. Nach Abbruch wird die letzte berechnete SpannungsDehnungskurve angezeigt.
Nach der Berechnung werden die ermittelten Spannungs-Dehnungskurven in der Grafik
angezeigt. Nur für die klassische Berechnungsmethode werden auch die Eingangs- und
Ausgangsdaten bezüglich der Trainingsintervalle im Intervall von 0 bis 1 links unten gezeigt.
Dies kann ebenfalls als Genauigkeitskriterium der Rechnung herangezogen werden. Die
Netze werden innerhalb ihres Trainingsbereiches genutzt, wenn alle Punkte zwischen Null
und Eins liegen. Wenn mehrere Punkte außerhalb des Intervalls liegen, ist dies ein Hinweis
auf ungenügende Adaption durch die Netze.
In den Spannungs-Dehnungskurven wird bei Auswahl mit Häkchen die Rp,0,2-Gerade gezeigt
(Gerade parallel zum elastischen Bereich und bei 0,2%-Dehnung an der Dehnungsachse).
Ebenfalls durch Auswahl mit Häkchen können die formkorrigierten und unkorrigierten KraftEindringtiefe-Kurven im Datenverzeichnis als ASCII-Files (*.gcr und *.ucr) gespeichert
werden.
Rechts unten sind in einem Reportausschnitt die ermittelten Materialparameter vollständig
mit Einheiten aufgelistet. Sie können (z.B. mit Ctrl + C) in die Zwischenablage kopiert
werden.
Alle Kurven können wie im IndentAnalyser üblich, ausgedruckt, ins Fenster Comparison
kopiert oder als ASCII-Dateien exportiert werden.
[1]
E. Tyulyukovskiy and N. Huber: Identification of viscoplastic material parameters from
spherical indentation data. Part I: Neural networks, J. Mater. Res 21, 664-676 (2006).
[2]
D. Klötzer, Ch. Ullner, E. Tyulyukovskiy, N. Huber: Identification of viscoplastic material
parameters from spherical indentation data. Part II: Experimental validation of the
method, J. Mater. Res 21, 677-684 (2006).
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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6.10 Auswertung von Scratchtests (nur UNAT mit LFU)
Um laterale Verschiebungen zu erzeugen, ist immer auch eine Kraft zur Deformation der
Blattfedern der Lateralkrafteinheit erforderlich (laterale Federsteifigkeit). Diese Kraft wirkt
zusätzlich zur Reibkraft zwischen Probe und Indenter und muss genau bekannt sein, um sie
von der gemessenen Gesamtkraft abziehen zu können.
Bedingt durch die Konstruktion und die hohen Anforderungen an die normale Steifigkeit des
Federsystems kann die Federkennlinie leicht nichtlinear sein. Zur Ermittlung der
Federkennlinie wird vor Beginn von Lateralkraftmessungen eine Referenzmessung ohne
Kontakt zwischen Probe und Indenter durchgeführt und unter der Dateiendung .REF
abgespeichert (s. abgebildetes Beispiel).
Die Messparameter und der Verschiebungsbereich für diese Messung werden automatisch
gewählt. Als Dateiname wird der gewählte Datenfilename der ersten Messung verwendet.
Anhand dieses Namens kann später die richtige Referenzmessung identifiziert und
automatisch wieder gelesen werden.
Die REF-Files können genauso wie normale Datenfiles über die Open Schaltfläche gelesen
werden.
Eine Referenzmessung (ohne Anwendung von Normalkräften) kann jederzeit durch
Anklicken der Schaltfläche Reference
im Hauptmenü unter dem Standardnamen
„Reference.REF“ abgespeichert werden. Falls eine Lateralkrafteinheit (LFU) installiert ist,
wird diese Datei bei Programmstart automatisch gelesen um abzusichern, dass immer
Referenzdaten vorhanden sind.
Die nach Aufnahme und Abspeichern der Referenzkurve erfolgte Scratchtest-Messung an
einer Probe (DAT-Datei) wird im Folgenden erläutert:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Nach der Messung wird die Kraft-Verschiebungs-Kurve in Normalrichtung im Datenfenster
auf der Registerkarte Normal F(h)-Curve dargestellt::
Die Kraft-Verschiebungskurve in lateraler Richtung wird auf der Registerkarte Lateral F(h)Curve dargestellt.
Bitte beachten Sie, dass in diesem Fenster keine Korrektur der Probenneigung
vorgenommen werden kann. Deshalb können Sie hier eine Höhenänderung von mehr als
2 µm über eine Strecke von 50 µm sehen.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Im Datenfenster gibt es verschiedene Optionen zur Manipulation der Daten.
Durch Setzen der einzelnen Häkchen können die Kurven an- oder ausgeschaltet werden.
Außerdem kann man sich anschauen, wie die Kurven ohne Korrektur der Federkraft (Correct
spring force) und ohne Korrektur der lateralen Gerätesteife (Correct compliance) aussehen.
Die laterale Gerätesteife wird nicht durch die Federn in der Lateralkrafteinheit (LFU)
bestimmt, sondern durch das Verhalten des Normalmesskopfes und den Geräterahmen.
Sollen mehrere gleiche Messkurven gemittelt werden, kann man sie zunächst einzeln
anschauen und dann durch Drücken der Schaltfläche Collect in das Fenster Data overview
kopieren.
Auf anderen Seiten des Datenfensters können Sie die Zeitabhängigkeit der Daten auch in
Normalrichtung oder in lateraler Richtung betrachten:
- Normal signals over time und
- Lateral signals over time).
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Zur weiteren Auswertung des Scratchtests wird die Schaltfläche Analyse angeklickt. Es
erscheint das Fenster Lateral Data Analysis:
Die Probenneigung wird automatisch ermittelt und im Feld Surface slope in Grad angezeigt.
Zur Korrektur der Probenneigung ist die Schaltfläche Correct anzuklicken. Die
Probenneigung wird gleichzeitig im ursprünglichen Datenfenster korrigiert.
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In dem Auswertefenster sind standardmäßig zunächst 3 Kurven zu sehen.
First surface scan gibt die Form der Oberfläche vor dem Scratchtest an. Sie wurde durch
einen Hin- und Zurück-Scan mit geringer Kontaktkraft ermittelt.
Depth under load zeigt die Eindringtiefe während des Scratchtests unter Last. Diese Kurve
enthält auch die elastischen Deformationsanteile.
Residual depth after unloading wird ebenfalls durch einen Scan mit geringer Kontaktkraft
nach dem Scratchtest ermittelt und gibt die tatsächliche Schädigungstiefe der Oberfläche an.
Diese Tiefe kann allerdings durch anhaftendes Material an der Messspitze oder durch
abgelagertes Material in der Scratchspur verfälscht werden und ist eventuell im optischen
Bild zu prüfen.
Allen drei Kurven ist die rechte Achse (Normal displacement) zugeordnet.
Friction coefficient – Der Reibwert kann im gleichen Diagramm mit Hilfe der linken Achse
angezeigt werden. Dazu ist das Häkchen bei Friction coefficient zu setzen.
Zusätzlich ist in der Grafik eine senkrechte Linie zu sehen, die mit der Maus durch Halten der
linken Maustaste und Ziehen verschoben werden kann.
Im Ausgabefeld rechts unten werden die Werte für Normalkraft und Reibwert an der Position
der Linie angezeigt. Sie dient zum Bestimmen der kritischen Lasten für beginnende
plastische Deformation oder für Schichtablösung. Alle Werte in den Ausgabefeldern können
durch Kopieren und Einfügen in andere Programme übernommen werden.
Eine Auswahl der kritischen Last kann nur manuell vorgenommen werden. Es kann
vorkommen, dass eine kritische Last nicht definiert werden kann, weil es keinen deutlichen
Sprung oder Knick in den Kurven gibt.
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6.11 Auswertung von Reibungs- und Verschleißtests (nur UNAT mit LFU)
Die Auswertung eines Verschließtests erfordert den Mode
Normal + lateral indentation (normaler und lateraler Eindruck)
im
Hauptmenü..
Andernfalls wird die folgende Nachricht erscheinen (im Mode Normal indentation =
Normaleindruck):
(Warnung – Der vorliegende Mode ignoriert die lateralen Kraftparameter!)
Eine Referenzmessung ohne Kontakt zwischen Spitze und Probe (gegen Luft) ist notwendig,
um die Steifigkeitsfunktion des Federsystems so genau wie möglich zu erhalten. Um mehr
Informationen zu erhalten, sehen Sie unter Auswertung von Scratchtests nach.
Ein Verschleißtest besteht aus mehreren hundert Zyklen mit gleichen Parametern und
erfordert deshalb eine lange Messzeit. Dies macht eine thermische Driftkorrektur notwendig.
Am Ende des Messzyklus ist eine Haltezeit zur Bestimmung der thermischen Drift
erforderlich.
Nach dem Einlesen des Datenfiles werden die Lateralkurven im Fenster Measurement data
auf der Seite Lateral F(h)-Curve dargestellt. Bevor die Lateraldaten ausgewertet werden,
muss die Nullpunktkorrektur und die thermische Driftkorrektur durchgeführt werden unter
Verwendung der normalen (Normalrichtung) Kraft-Verschiebungs-Daten.
Deshalb muss man zur Seite Normal F(h)-Curve wechseln und dort die Schaltfläche
Analyse drücken. Nach der Korrektur wird sich auch der Verlauf der Kurven im Fenster
Measurement data ändern. Die Kurve von oben wird zum Beispiel aussehen wie in der
rechten Abbildung unten.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Die linke Abbildung zeigt die normale Kraft-Verschiebungs-Kurve. Die große
Verschiebungsänderung bei Maximalkraft wird durch die Oberflächenneigung der Probe
verursacht. Für die rote Kurve Normalverschiebung-Lateralverschiebung ist deutlich zu
erkennen, dass die Oberfläche nicht völlig horizontal war.
Eine weitere Auswertung kann nun durchgeführt werden durch Drücken der Schaltfläche
Analyse auf der Seite Lateral F(h)-Curve. Das Fenster Lateral Data analysis wird sich
öffnen und den zweiten Lateralkraft-Verschiebungs-Zyklus zeigen. Das gelbe Feld in der
rechten oberen Ecke des Fensters zeigt die Oberflächenneigung an. Sie kann nun korrigiert
werden durch Drücken der Schaltfläche Correct neben dem Feld. Dies wird die Kurven
sowohl im Fenster Measurement data als auch im Fenster Lateral Data Analysis wieder
ändern.
Das Fenster Lateral Data Analysis ermöglicht sowohl eine detailliertere Analyse jedes
Einzelzyklus als auch die Darstellung der gemittelten Zyklenergebnisse über der Zyklenzahl
oder der Zeit.
Ändern Sie die Zyklenzahl in den Zyklenfeldern, um in einen anderen Zyklus umzuschalten
oder um mehrere Zyklen darzustellen. Eine Erhöhung des linken (von) Zyklenzahlfeldes wird
eine Erhöhung des rechten (bis) Zyklenzahlfeldes erzwingen, wenn die Zahl gleich ist. Wenn
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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die Zahl im rechten Feld höher ist, wird mehr als ein Zyklus dargestellt. Ein Beispiel ist in der
nächsten Abbildung für die Zyklen 2-4 angegeben.
Dasselbe Prinzip gilt, wenn die Zahl im rechten Zyklenfeld verringert wird.
Der Start- und der Endpunkt eines Zyklus kann mit den Punktfeldern unter den Zyklenfeldern
beeinflusst werden.
Nach dem ersten Anklicken der Radio-Schaltfläche Average cycle results des Show-Feldes
wird eine Berechnung der Mittelwerte für alle Zyklen starten. Dies kann einige Zeit in
Anspruch nehmen. Die Ergebnisse werden abgespeichert und ein weiterer Klick auf die
Radio-Schaltfläche wird die Berechnung nicht wiederholen.
Nach der Berechnung zeigt ein neues Diagramm die mittlere Reibung über der Zyklenzahl
und neue Kontrollkästchen erscheinen auf der rechten Fensterseite. Sie gestatten es
folgendes anzuzeigen:

Mittelwert, maximale und minimale Reibung über der Zyklenzahl oder der Zeit

Mittelwert, maximale und minimale Verschiebung über der Zyklenzahl oder der
Zeit

Arbeit pro Zyklus über der Zyklenzahl oder der Zeit
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Beide vertikalen Achsen des Diagramms werden zur Darstellung verwendet. Die schwarze
Achse gehört zur schwarzen Kurve und umgekehrt.
Diese Kurven können nun als ASCII-Daten oder Excel-Dateien mittels Save (Speichern)Schaltfläche
gespeichert werden, und sie können in das Comparison-Fenster mit Hilfe
der Schaltfläche Add Graph (Grafik hinzufügen)
7
kopiert werden.
Vergleich von Messungen und Kurven
7.1 Auswahl der Datenfiles
Um mehrere Messungen und die dazugehörigen Kurven untereinander vergleichen zu
können, rufen Sie das Fenster Comparison auf mittels
 Menüpunkt Compare oder

Schaltfläche Compare
Sie können auch Kurven in dieses Fenster aus irgendeinem anderen Diagramm kopieren,
indem die Schaltfläche Add to Multigraph window
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
verfügbar ist.
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Es öffnet sich ein leeres Fenster Comparison, in das durch Klicken auf die Schaltfläche Add
Graph eine beliebige Zahl von Datenfiles (Messkurven aus DAT-Files oder beliebige ASCIIFiles mit spaltenweisem Aufbau) geladen werden können. Durch Klicken auf die Schaltfläche
Add Graph erscheint ein Dateiöffnungsdialog. Wählen Sie den Dateityp in dem
entsprechenden Feld aus. Der Standardtyp ist der UNATdata file (*.DAT).
Sie können verbundene Gruppen von Dateien auswählen durch Drücken der Shift-Taste
während des Anklickens oder einzelne Dateien zur Auswahl hinzufügen durch Drücken der
Strg- oder Ctrl-Taste während des Anklickens.
Im oben dargestellten Beispiel werden 4 DAT-Files geladen.
Es sind Messungen an Quarzglas mit verschieden Lasten. Die Übereinstimmung der
Belastungskurven kann als ein Kriterium für Qualität und Reproduzierbarkeit der Messungen
verwendet werden.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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7.2 Änderung der Darstellung des Fensters
Im Teilfenster Show können alle dargestellten Kurven durch Setzen der Markierung bei None
ausgeblendet bzw. alle durch Markierung bei All wieder eingeblendet werden.
Im Teilfenster With marks können alle Kurven mit Markierungen an den Messpunkten (All)
oder ohne Markierung (None) dargestellt werden.
Diese für alle Kurven gültigen Darstellungsvarianten können auch für jede Einzelkurve durch
Setzen von Häkchen bei der betreffenden Kurvenbezeichnung gewählt werden.
Sie können Kurven mit Hilfe der rechten Maustaste vollständig aus dem Diagramm
entfernen. Klicken Sie auf das Kontrollkästchen mit der zugehörigen Diagrammzahl (Graph 1
im Beispiel unten) und die Zeile Remove Graph 1 wird erscheinen. Nach dem Anklicken
dieser Zeile wird die jeweilige Kurve irreversibel aus der Darstellung entfernt und alle
anderen Kurven werden umnummeriert.
Durch Setzen eines Häkchens im Feld In wird die Legende in das Innenfeld des
Kurvendiagramms verschoben. Dort kann sie mit angeklickter linker Maustaste beliebig
verschoben werden.
Das Anklicken der Legende mit der rechten Maustaste gestattet die Modifizierung der
Kurvennamen in der Legende. Verwenden Sie die Pfeiltasten, um sich in der Tabelle von
einer Eingabezeile zu einer anderen zu bewegen. Verlassen Sie die Eingabetabelle und
aktivieren Sie die neuen Namen durch Drücken der Schaltfläche Enter.
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Durch das Setzen oder Weglassen von Häkchen in den Feldern Show title und Legend kann
die Diagrammüberschrift bzw. Legende ein- bzw. ausgeblendet werden.
Das Feld Show error bars ist nur aktiv, wenn Fehlerangaben für wenigstens eine der Kurven
verfügbar sind. Ist dies der Fall, können die entsprechenden Fehlerbalken durch Setzen
eines Häkchens im Feld Show error bars dargestellt werden.
Das Markieren des Feldes Start at (0,0) setzt den Anfang beider Achsen auf Null.
Anderenfalls wird das Diagramm automatisch so skaliert, dass nur der notwendige Bereich
auf beiden Achsen zu sehen ist.
8 Bestimmung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit
8.1 Berechnung aus plastischen Eindrücken (spitze Indenter)
8.1.1
Erster Schritt: Messung von Referenzmaterialien
Die Flächenfunktion des Indenters wird durch Messungen an einem Referenzmaterial mit
hoher Homogenität und genau bekannten elastischen Eigenschaften durchgeführt. Soll
gleichzeitig die Gerätesteifigkeit bestimmt werden, sind Messungen an einem zweiten
Material mit deutlich anderem E-Modul notwendig.
Referenzmaterialien sollten folgenden Anforderungen genügen:
• Homogenität der lokalen Verteilung der mechanischen Eigenschaften
• elastisch-plastische Isotropie
• Stabilität der mechanischen Eigenschaften über die Gebrauchsdauer
• keine Bildung von Oberflächenschichten (besonders Oxiden)
• glatte und saubere Oberfläche (sehr kleine Rauigkeit)
• keine Kaltverfestigung (pile-up- oder sink- in-Effekte)
• keine oder reduzierte Rissentwicklung während des Eindrucks
• geeignete Werte von Härte und E-Modul.
Es wird empfohlen, Quarzglas zur Ermittlung der Flächenfunktion und Saphir oder ein
anderes Material mit großem Elastizitätsmodul zur Bestimmung der Gerätesteifigkeit zu
verwenden.
Die Bestimmung der Flächenfunktion sollte so genau wie möglich und über den gesamten
Lastbereich des Gerätes erfolgen. Daher sollten wenigstens 10 Messungen pro Last
durchgeführt werden. Bei Lasten über 100mN reichen auch 5 Messungen. Für die
Berechnung der Flächenfunktion wird neben der maximalen Kraft und Eindringtiefe auch die
Kontaktsteifigkeit benötigt. Die Messungen müssen aus dem Belastungs-, Kriech- und
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Entlastungssegment bestehen. Zyklische Messungen mit zunehmenden Laststufen sind
auch möglich. Dies wird jedoch nicht empfohlen, da sie wegen einer längeren Messdauer
und Driftproblemen normalerweise nicht so genau sind.
Für das UNAT wird empfohlen, folgende Lasten zu verwenden:
500mN, 300mN, 100mN, 50mN, 30mN, 10mN, 5mN, 3mN, 2mN, 1mN.
Zusätzlich können Messungen bei 1000mN und bei 0,5mN genutzt werden.
Im folgenden Beispiel wird die Bestimmung der Flächen- und Steifigkeitsfunktion anhand von
Messungen an Quarzglas und Saphir erläutert.
8.1.2
Zweiter Schritt: Verarbeitung der Rohdaten
Verwenden Sie den Menüeintrag File  Open Data File oder klicken Sie auf die
Schaltfläche Open, um alle notwendigen Rohdatenfiles (DAT-Dateien) eines Materials auf
einmal zu markieren und zu öffnen:
Es erscheinen 2 Fenster File selection for analysis und Data overview auf dem
Bildschirm.
Es sind eine Nullpunktkorrektur (zero point correction) und gegebenenfalls eine Korrektur der
thermischen Drift (thermal drift correction), falls ein Haltesegment gemessen wurde,
erforderlich. Anschließend werden alle Files, die zu derselben Probe gehören und die mit
gleichen Messparametern (insbesondere gleicher Last) gemessen wurden, gemittelt in
einem Average-File (*.AVR) gespeichert.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Dazu sind im Fenster File selection for analysis in folgenden Kontrollkästchen Häkchen zu
setzen:
Im Teilfenster Analyse das Feld Average files with equal parameters first
Die Box Store average data automatically as: *.AVR
Die Box Store all files with equal load (depth) after correction as: *.DAA
Die Nullpunkt- und Driftkorrektur kann manuell (meist genauer) oder automatisch
durchgeführt werden.
Im rechten unteren Feld werden Angaben eingetragen, welche maximalen Abweichungen
der Rohdaten von den Mittelwerten akzeptiert werden. Dies führt dazu, dass bestimmte
Messkurven wegen des Überschreitens der definierten Toleranz von der Mittelung
ausgeschlossen werden.
Durch Drücken der Schaltfläche Start correction beginnt die Korrektur der Rohdaten und
die korrigierten Messkurven werden erneut im Fenster Data overview angezeigt. Im linken
unteren Feld des Fensters ist abzulesen, ob diese Korrektur schon durchgeführt wurde oder
nicht (z.B. No correction done).
Nach erfolgreicher Korrektur wechselt die Schaltfläche in Start analysis. Sie muss so oft
angeklickt werden bis
1. im unteren linken Feld des Fensters die Meldung AVR-Files saved – DAA-File(s)
saved erscheint und zusätzlich zu dieser Meldung
2. keine Ausschlussempfehlung wie die im Beispiel vorliegende mehr erscheint.
Der empfohlene Ausschluss von Messungen mit der empfohlenen Zahl erfolgt im Fenster
Data overview, indem das entsprechende Häkchen vor der Zahl der Messung entfernt wird.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Im Beispiel wurden die Messungen Nr. 12, 23 und 64 ausgeschlossen. Das Verschwinden
der Messkurve 23 in der Abbildung unten ist deutlich ablesbar.
Um später die gespeicherten AVR-Files gleich mit der korrekten Poissonzahl für das Material
aufrufen zu können, wird diese im AVR-File gespeichert.
Die Standard-Poissonzahl nach Start des Programms wird in Configuration auf der Seite
Analysis normal festgelegt. Sie kann im Fenster Average results jederzeit geändert
werden und bleibt dann erhalten, bis sie wieder geändert oder das Programm geschlossen
wird.
Sollte die falsche Zahl im Feld Sample Poisson’s ratio stehen, muss diese Zahl zuerst
ist erneut zu drücken, um die Rechnung
korrigiert werden. Die Schaltfläche
mit dem korrekten Wert auszuführen und die AVR-Files neu zu erzeugen, d.h. die bisherigen
AVR-Files, die die falschen Werte enthalten, mit den neuen Werten zu überschreiben.
8.1.3
Dritter Schritt: Erzeugung eines AREA-Files
In diesem Schritt werden die gerade erzeugten AVR-Files verwendet, um daraus ein
sogananntes AREA-File zu erstellen, mit Hilfe dessen dann die endgültige Berechnung der
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Flächenfunktion erfolgt. Die AREA-Datei ist eine ASCII-Datei, die am Ende dazu benutzt wird
die Flächenfunktion zu berechnen.
Sie kann mit einem Texteditor geöffnet werden und hat den folgenden Aufbau:
Fmax
hmax
0.51661
0.038271
ho
0.009040
S
16.91126
m
1.5000
Fmax – Maximalkraft der Messung
hmax - maximale Eindringtiefe der Messung
h0 – Tiefe nach Entlastung
S - Kontaktsteifigkeit
m – Exponent der Entlastungskurve
Um den AREA-File zu erzeugen, wird der Menüpunkt File  Open AVR files for area
function verwendet. Alle AVR-Files, die zu den Messungen eines Referenzmaterials
gehören, sollten zusammen geöffnet werden.
Anschließend ist dem AREA-File im Save-Dialog ein Namen zu geben. Es wird empfohlen,
dafür die Bezeichnung des Referenzmaterials und Typ und Nummer des Indenters zu
verwenden, z.B. Fused silica Berkovich B3.AREA.
Achtung: Zum Erstellen des AREA-Files werden alle Ergebnisse, die sich in der ResultsTable befinden, gelöscht.
Die beschriebene Prozedur zur Ermittlung der Flächenfunktion mit Quarzglas ist nun
entsprechend für Saphir durchzuführen. Als Poissonzahl ist in diesem Fall der Wert 0.234 zu
verwenden.
8.1.4
Vierter Schritt: Berechnung von Flächenfunktion und Gerätesteifigkeit
Zur Ermittlung der Indenter-Flächenfunktion für spitze Indenter wird der Menüpunkt
Calibration  Area function and instrument stiffness from plastic deformations
aufgerufen.
Es erscheint das Fenster Indenter area function, in dem bereits die Kurve für einen idealen
Indenter des Typs, der in der Konfiguration eingetragen ist, erscheint.
Eingabe der Daten
Im rechten oberen Teil Read data des Fensters können Sie das Open-Symbol
finden.
Klicken Sie auf diese Schaltfläche, um eine der verfügbaren AREA-Files für Probe 1 (im
Beispiel Quarzglas) und für Probe 2 (im Beispiel Saphir) einzulesen.:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Anschließend sind die korrekten Daten für Elastizitätsmodul (E modulus) bzw. Poissonzahl
(ny) für diese Referenzmaterialien sowie für den Indenter (im Beispiel Diamant) einzutragen.
Die Werte für Quarzglas, Saphir und Diamant stehen bereits als Standard in den Feldern und
Sie müssen sie nur ändern, wenn Sie andere Materialien verwenden:
Fitmethode
Sie können unter drei Fitmethoden auswählen, um die Flächenfunktion zu beschreiben:

Mit einer Fitfunktion

Mit zwei Fitfunktionen

Verwendung einer Spline-Funktion (in dieser Version nicht verfügbar)
Die Verwendung von zwei Fitfunktionen ermöglicht es, die Daten im Bereich sehr kleiner
Eindringtiefen, wo die Kurven mehr gebogen sind, etwas genauer zu beschreiben. Diese
Methode sollte jedoch nur verwendet werden wenn mindestens 10 oder mehr verschiedene
Lasten zum Erstellen der Flächenfunktion verwendet wurden.
Radial displacement correction
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Diese Korrektur, die über den aktuellen Standard ISO 14577 hinausgeht, berücksichtigt die
radiale elastische Deformation ur parallel zur Oberfläche innerhalb der Kontaktfläche und
erhöht die Genauigkeit der Flächenfunktion. Daher ist das Feld Radial displacement
correction standardmäßig markiert. Für die meisten Materialien liegt diese Korrektur
unterhalb von 2%, jedoch gerade für das oftmals verwendete Referenzmaterial Quarzglas
beträgt sie mehr als 4,5%. Eine Kalibrierung unter Verwendung von Quarzglas würde folglich
die Ergebnisse aller anderen Materialien mit einem bestimmten Betrag der radialen
Verschiebung beeinflussen (siehe Kapitel Konfiguration).
Variabler Epsilon-Faktor
Diese Korrektur geht ebenfalls über den aktuellen Standard ISO 14577 hinaus und
berücksichtigt einen variablen Epsilon-Faktor, der im Gegensatz zu dem festen Wert 0,75 im
Standard in Abhängigkeit vom Exponent der Entlastungskurve zwischen 0,7 – 0,8
schwanken kann. Er erhöht die Genauigkeit der Flächenfunktion und wird daher
standardmäßig verwendet (siehe Kapitel Konfiguration).
Beta-Faktor
Beim Setzen eines Häkchens in das Feld Beta factor kann für den Beta-Faktor β ein Wert
eingetragen werden, der vom Standardwert 1 abweicht. Der Standardwert 1 sollte nur
geändert werden, wenn dies wirklich notwendig ist (siehe Kapitel Konfiguration).
Fitfunktion
Für die Beschreibung der Indenter-Flächenfunktion bzw. Gerätesteifigkeit wird eine
Fitfunktion verwendet und nicht die einzelnen Datenpunkte. Deshalb sollte die Funktion den
Datenpunkten so genau wie möglich folgen.
Im Programm IndentAnalyser kann die Quadratwurzel der Kontaktfläche als Funktion der
Eindringtiefe durch verschiedene Fitfunktionen beschrieben werden. Es wird empfohlen, die
Übereinstimmung zwischen Fitfunktion und Datenpunkten visuell zu überprüfen. Dabei sollte
man den Bereich kleiner Tiefen in der Grafik herauszoomen, da dort der Verlauf der Funktion
besonders wichtig ist (siehe Abbildung unten). Im Feld Fit function kann die Auswahl der
besten Fitfunktion vorgenommen werden (siehe Kapitel Fitfunktionen). Die Schaltfläche
öffnet ein kleines Fenster, das die Terme der Funktion beschreibt. Das Zeichen ^ bedeutet
dabei Potenz (z.B. x^2 = x²).
Die Anzahl der Terme Cn kann zwischen 1 (Funktion 4) und 9 (Funktion 12) variieren. Die
Anzahl der Terme muss kleiner als die Anzahl der Datenpunkte sein, andernfalls wird eine
Warnung angezeigt und die Rechnung wird nicht durchgeführt.
Im gewählten Beispiel wurde die Fitfunktion 8 mit 5 Termen Cn gewählt:
y  C1  C 2  x 1/ 4  C 3 x 1/ 2 C 4  x  C 5  x 3 / 2 .
Fitpunkte von / bis
Bestimmt den Fitbereich für die Flächen- oder Steifigkeitsfunktion. Punkt 1 ist der Wert mit
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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der geringsten Eindringtiefe bzw. Kraft. Als Standard gilt Points from 1 to Maximalzahl der
Punkte.
Achtung: Zur Berechnung der Flächenfunktion werden vier künstliche Punkte unterhalb der
niedrigsten Messpunkt (kleinste Kraft oder Eindringtiefe) hinzugefügt, wobei eine
kugelförmige Spitze des Indenters in diesem Tiefenbereich angenommen wird. Diese Punkte
dienen dazu, die Fitfunktion im Bereich sehr kleiner Eindringtiefen zu führen und die
Genauigkeit zu verbessern. Deshalb ist die Punktanzahl um vier größer als die
Ausgangszahl im AREA-File.
Gerätesteifigkeit
In diesem Bereich wird ausgewählt, ob für die Berechnung die Steifigkeitsfunktion aus der
Konfiguration verwendet wird (Standard, empfohlen) oder eine lastunabhängige, konstante
Gerätesteifigkeit in mN/µm.
Verwendung einer externen Flächenfunktion
Ist eine Indenter-Flächenfunktion verfügbar, die mit einer direkten Messung bestimmt wurde
(z.B. mit Atomkraftmikroskop / Atomic Force Microscope (AFM)), kann diese Funktion direkt
in der Grafik angezeigt werden. Solch eine Messung erfordert ein sehr gut kalibriertes AFM.
Eine Standardkalibrierung mittels eines konventionellen AFM ist normalerweise nicht genau
genug. Dieses Feld Use external area function sollte angekreuzt werden, wenn solch eine
Funktion verfügbar ist. Die AFM-Funktion muss in einem Fit parameter file (*.PAR)
abgespeichert sein. Der Name des Fit-Parameter-Files wird im Feld darunter angegeben und
kann durch Anklicken der Schaltfläche Öffnen
rechts geändert werden. Es erscheint der
Dateiauswahldialog zum Einlesen des PAR-Files.
Eine PAR-Datei enthält die Funktionsnummer, die Anzahl der Terme, die Koeffizienten und
den Gültigkeitsbereich (Max, Min) im ASCII-Format. Dies ist alles, was man für eine
eindeutige Darstellung der Fitfunktion benötigt.
7
5
-2.385545
5.920723
-4.202652
6.939487
-0.440252
1.171
0.000
Fit function number
Number of coefficients
Coefficient 1
Coefficient 2
Coefficient 3
Coefficient 4
Coefficient 5
End of displacement fit range
Begin of displacement fit range
Flächenfunktionen glätten
Wenn die Berechnung der Flächenfunktion durchgeführt wurde, kann man die errechneten
Datenpunkte auf solche Weise glätten, dass sie der Fitfunktion besser folgen. Dies kann
unabhängig und nur einmal für beide Referenzmaterialien getan werden, indem man die
Glättungs-Schaltfläche
anklickt. Nach dem Anklicken verändert sich dieser Bereich wie
folgt:
. Man erkennt die durchgeführte Glättung an den Buchstaben
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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N (No) oder Y (Yes)
Es wird empfohlen, die Glättung vor der Berechnung der Steifigkeitsfunktion durchzuführen.
Damit erhält man viel bessere Ergebnisse für die Gerätesteifigkeit.
Berechnung der Flächenfunktion
Nach dem Anklicken der Schaltfläche Area calculation erfolgt die Berechnung und das
Ergebnis wird als Graph angezeigt. Wie im Beispiel sollte die Funktion bei größeren Tiefen
etwa parallel zu der Linie der idealen Fläche verlaufen und leicht darüber liegen. Wenn der
Graph die Linie für die ideale Fläche schneidet oder sich immer weiter entfernt, wird sehr
wahrscheinlich eine falsche Gerätesteifigkeit verwendet oder der Indenter ist defekt.
Das Ergebnis sollte nun in einem neuen Konfigurationsfile (CFG) gespeichert werden. Wenn
zwei Referenzmaterialien verwendet wurden, kann man aus drei Möglichkeiten auswählen:

Flächenfunktion, bestimmt mit Referenzmaterial 1 (im Beispiel Quarzglas)

Flächenfunktion, bestimmt mit Referenzmaterial 2 (im Beispiel Saphir)

Mittel aus beiden
Im obigen Beispiel wurde der Mittelwert aus beiden Materialien verwendet und ein
Spitzenradius von 0.413µm wurde abgeschätzt.
Die roten Punkte kennzeichnen die Messung mit dem Referenzmaterial 1 (Quarzglas), die
grünen Punkte die Messung mit dem Referenzmaterial 2 (Saphir). Die blaue Kurve
charakterisiert die Kurve für einen idealen Berkovich-Indenter, die lila Kurve die für beide
Messungen gemittelte Kurve.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Die Speicherung des Ergebnisses in einer Konfigurationsdatei (*.CFG) erfolgt mit der
Schaltfläche Save configuration .
Außerdem kann das Ergebnis mit der Schaltfläche Save in Database in der
programminternen Datenbank für die Flächenfunktionen gespeichert werden.
Achtung: Falls noch keine korrekte Steifigkeitsfunktion gespeichert wurde, hat dies zuerst
zu erfolgen. Erst danach darf die Flächenfunktion gespeichert werden. Eventuell muss die
Berechnung der Flächenfunktion wiederholt werden.
Berechnung der Gerätesteifigkeit
Die Gerätesteifigkeitsfunktion betrachtet den Beitrag der Gerätekomponenten wie Rahmen,
Tischsystem und Proben- oder Indenterbefestigung auf die messbare Verschiebung. Der
Gerätebeitrag muss von der absoluten Verschiebung abgezogen werden, um die reine
Deformation von Probe+Indenter zu erhalten. Kein Gerät hat eine unendliche Steifigkeit.
Abhängig vom Gerätetyp kann die Steifigkeit zwischen 100 mN/µm und einigen 1000 mN/µm
variieren. Sogar Geräte mit einer relativen Verschiebungsmessung gegen die
Probenoberfläche (unter Verwendung eines Rohres oder anderer Werkzeuge) haben eine
Restnachgiebigkeit, die in Betracht zu ziehen ist (Nachgiebigkeit = inverse Steifigkeit).
Prinzipiell kann das Steifigkeitsergebnis nicht abgetrennt werden von Tiefen- und
Kraftkalibrierungsfehlern. Deshalb wird ein Steifigkeitsergebnis immer durch die Kalibrierung
beeinflusst.
Die Kalibrierung der Gerätesteifigkeit ist eine der schwierigsten Aufgaben in der
Nanoindentation-Praxis und erfordert sorgfältig ausgewählte Referenzmaterialien mit gut
bekannten elastischen Eigenschaften. Es wird empfohlen, ein Glas mit einem
Elastizitätsmodul zwischen 60 und 100 GPa und andere Materialien mit einem großen Modul
wie Saphir zu verwenden. Die Materialien sollten keinen Pile-up-Effekt aufweisen, wenn
Messungen im plastischen Bereich durchgeführt werden (pile-up = Auftreten von
Aufwölbungen an den Rändern des Eindrucks, so dass die Kontaktfläche vergrößert wird).
Die Steifigkeits- und Flächenfunktionskalibrierung hängen voneinander ab und können nur
auf iterative Weise durchgeführt werden.
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Theorie
1
1
Die Kontakttiefe wird berechnet gemäß h c  h max  F  C f  (m)  F   
 S Sf
Die Quadratwurzel aus der Kontaktfläche ist
AC 
 1
1
(1  ur )
2 Er 1 / S  1 / S f
2
Der reduzierte Modul Er ist gegeben durch:



1  s
1 1 i


Er
Ei
Es
2
Die radiale Verschiebungskorrektur ur ist gegeben durch
ur 
(1  2 )(1   ) F
h
cos(arctan( 0 ))
2
2
Ea
a
Messwerte





F –Maximalkraft
S – Entlastungssteifigkeit
hmax –maximale Tiefe
ho – Tiefe nach Entlastung
m – Entlastungsexponent
Wichtig: Die Messdaten (außer m) werden aus der Kraft-Verschiebungs-Kurve ohne
Steifigkeitskorrektur erhalten (unkorrigierte Daten). Dies wird im Programm durchgeführt,
sogar wenn eine Steifigkeitsfunktion in der Konfiguration verwendet wird.
Bekannte Werte


E –Elastizitätsmodul des Indenters (Index i) und der Probe (Index s)
 - Poissonzahl des Indenters (Index i) und der Probe (Index s)
Rechenwerte



hc –Kontakttiefe
sqrt(A) –Quadratwurzel der Kontaktfläche
Sf –Gerätesteifigkeit. Sie wird in der Berechnung variiert, beginnend mit
unendlicher Steifigkeit.
Nach der Berechnung von zwei Flächenfunktionen für die beiden Referenzmaterialien kann
die Gerätesteiffe durch einen Vergleich der beiden Flächenfunktionen berechnet werden. Die
Flächenfunktion darf nicht vom Referenzmaterial abhängen. Wenn es einen Unterschied gibt
(besonders bei größren Eindringtiefen oder Lasten), so liegt das meistens an ungenauen
Steifigkeitswerten für das Gerät.
Für die Berechnung wird zuerst eine unendliche Steife angenommen und dann schrittweise
verringert, bis beide Flächenfunktionen optimal übereinstimmen. Die Flächenfunktion für das
steifere Material mit dem größeren E-Modul reagiert viel stärker auf Änderungen der
Gerätsteife als das Material mit kleinerem E-Modul, so dass sich beide Funktionen bei einer
bestimmten Steife überdecken. Dies kann Lastabgängig sein, so dass am Ende kein
konstanter Steife-Wert entsteht, sondern eine Steifefunktion, die von der Last abhängt. Bei
kleinen Lasten unter 50mN ist diese Berechnung meist zu ungenau, so dass die Punkte
unter dieser Last für die Steifefunktion weggelassen werden sollten.
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Zum Start der Rechnung ist die Schaltfläche Stiffness calculation zu drücken. Die grafische
Darstellung ändert sich in Instrument stiffness function.
Das Ergebnis wird durch Anklicken der Schaltfläche Save configuration als CFG-Datei
abgespeichert.
Nach Berechnung der Steifigkeitsfunktion muss die Flächenfunktion erneut durch Anklicken
der Schaltfläche Area calculation berechnet werden, nun aber mit der korrigierten
Steifigkeitsfunktion.
Das neue Ergebnis der Flächenfunktion wird nun ebenfalls in der gleichen
Konfigurationsdatei oder in der programminternen Datenbank durch Anklicken der
Schaltfläche Save in Database abgespeichert.
Die gespeicherte CFG-Datei wird als Standard gesetzt und in allen weiteren Aufrufen von
IndentAnalyser verwendet.
Damit ist die Kalibrierung von Flächenfunktion und Gerätesteife abgeschlossen.
8.2 Berechnung aus vollständig elastischen Deformationskurven
Vollelastische Verformung kann normalerweise nur mit einem Kugelindenter und für
genügend harte Materialien erhalten werden. Dies ist nicht möglich für Polymere und weiche
Metalle. Weiterhin muss die Oberflächenrauigkeit klein sein, weil andernfalls einzelne
Rauigkeitsspitzen zuerst plastisch verformt werden und dies wird gegen das Modell
verstoßen.
Die Berechnung wird sehr ähnlich zu der für plastische Verformungen durchgeführt. Der
einzige Unterschied ist der, dass nur Messungen mit einer Kraft benötigt werden, da die
Kontaktsteifigkeit für jeden Belastungspunkt berechnet werden kann, falls Belastungs- und
Entlastungskurve übereinstimmen.
Erster Schritt: Messung des Referenzmaterials und zweiter Schritt: Die Auswertung der
Rohdaten ist dieselbe wie für plastische Verformungen mit dem einzigen Unterschied, dass
nur ein Average File AVR für eine Belastung erzeugt werden muss. Der dritte Schritt:
Erzeugung einer AREA-Datei ist nicht notwendig.
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Wenn eine Kalibrierung für einen neuen Kugelindenter durchgeführt werden soll, tun Sie bitte
folgendes:
Gehen Sie zum Fenster Configuration auf der Seite Indenter.
Wählen Sie Sphere im Feld Indenter type und tragen Sie eine Beschreibung in das Feld
Indenter no. ein. Tragen Sie Beschreibungen für das Indenter material, Young’s modulus
(Gpa) (Elastizitätsmodul) und Poisson’s ratio (Poissonzahl) des Indenters und einen
geschätzten Tip radius (Radius der Indenterspitze) ein. Klicken Sie auf die Schaltfläche
Save, um die Änderungen in einem neuen Konfigurationsfile abzuspeichern.
Starten Sie die den Rechenvorgang mit dem Menüpunkt Calibration  Area function and
instrument stiffness from elastic deformations. Das Fenster Indenter area function
(Indenterflächenfunktion)
wird
geöffnet.
Messungen
an
zwei
verschiedenen
Referenzmaterialien mit einem signifikanten Unterschied im Elastizitätsmodul sind
notwendig, wenn nicht nur die Flächenfunktion, sondern auch die Gerätesteifigkeit kalibriert
werden sollen.
Data input (Dateneingabe)
Klicken Sie auf die Schaltflächen Open
, um die gemittelten Last-VerschiebungsKurven in den AVR-Files für Sample 1 (Probe 1; Referenzmaterial 1) und Sample 2 (Probe
2; Referenzmaterial 2) (im Beispiel: Quarzglas und Saphir) einzulesen. Die LastVerschiebungs-Kurven werden im Fenster angezeigt (siehe Abbildung unten). Hier können
Sie prüfen, ob die Belastungs- und die Entlastungskurve übereinstimmen, wie es sein sollte.
Tragen Sie Young’s modulus/Elastizitätsmodul (E modulus) und Poisson’s ratio/Poissonzahl
(ny) für diese zwei Materialien und das Indentermaterial (hier Diamant) ein.
Berechnen Sie die Flächenfunktionen für beide Materialien durch Anklicken der Schaltfläche
Area calculation.
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Die blaue Linie repräsentiert die Form einer idealen Kugel mit dem in der Konfiguration
definierten Nominalradius. Die Punkte repräsentieren die berechneten Flächenwerte für die
Messdaten, und die rote und grüne durchgezogene Linie repräsentieren Fitfunktionen für
beide Materialien. Die Fitfunktion wird durch eine Zahl im Feld Fit function repräsentiert
(siehe Kapitel Fit functions).
Nach dem Anklicken der Schaltfläche Stiffness calcul. wird die Gerätesteifigkeit berechnet.
Das Fenster Instrument stiffness function öffnet sich und zeigt die Steifigkeits-Kraft-Kurve,
die durch eine geeignete Fitfunktion beschrieben werden sollte.
Im Beispiel ist die Fit function 21 gewählt worden. Klicken Sie auf die Schaltfläche
die Details anzuzeigen:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
,um
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Klicken Sie auf die Schaltfläche Save configuration, um die Steifigkeitsfunktion (*.cfg)
abzuspeichern
Klicken Sie auf die Schaltfläche Area calculation, um die Berechnung der Flächenfunktion
zu wiederholen. Die neue Flächenfunktion sollte auch in demselben Konfigurationsfile durch
Anklicken der Schaltfläche Save configuration abgespeichert werden. Zusätzlich kann sie
in der internen Datenbank durch Anklicken der Schaltfläche Save in Database
abgespeichert werden.
9 Ergebniszusammenstellung
9.1 Ergebnistabelle
Die Tabelle im Fenster Results summary fasst alle Ergebnisse für diejenigen Parameter
zusammen, die in der Konfiguration ausgewählt wurden. Die Symbole für die Kopfzeilen
werden ebenfalls in der Konfiguration definiert. Jedesmal, wenn Sie eine Messung ausführen
oder einen Datenfile öffnen und Sie analysieren diese, wird eine neue Zeile in der Tabelle
erzeugt. Das wird automatisch ohne irgendeine Aktivität des Nutzers durchgeführt.
Es ist möglich, die Ergebnisse in verschiedenen Formaten abzuspeichern (ASCII- oder
EXCEL-File) und durch Verwendung der Schaltfläche Open
auf der rechten Seite des
Fensters wieder einzulesen. Auf diese Weise können Datentabellen erweitert werden, und
die Auswertung kann an verschiedenen Tagen durchgeführt werden. Der Tabelleninhalt kann
auch unter Verwendung der Report-Funktion ausgedruckt werden (siehe Kapitel Report).
Verwenden Sie die Schaltfläche Clear
, um die Tabelle zu leeren.
Die Anordnung der Zeilen und Spalten kann verändert werden, um eine anschauliche
Präsentation zu gewährleisten. Um eine Tabellenzeile nach oben oder unten zu verschieben,
markieren Sie ein Element dieser Zeile und klicken auf die Schaltflächen
(Down).
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
(Up) oder
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Die Anordnung der Spalten kann durch Ziehen der Spaltenüberschrift mit der Maus geändert
werden. Die Spalte wird durch eine fette Linie markiert.
Einzelne oder benachbarte Spalten können gelöscht werden.
Zeilen löschen: Markieren Sie ein oder mehr Felder innerhalb dieser Zeilen, klicken Sie mit
der rechten Maustaste auf die markierten Felder und wählen Sie Delete rows.
Spalten löschen: Markieren Sie einzelne oder benachbarte Felder, klicken Sie mit der
rechten Maustaste auf die markierten Felder und wählen Sie Delete Columns.
Kopieren in die Zwischenablage: Markieren Sie einzelne oder benachbarte Felder, klicken
Sie mit der rechten Maustaste auf die markierten Felder und wählen Sie Copy to Clipboard.
Klicken Sie auf die Schaltfläche Edit, um den Inhalt von Zellen in der Tabelle abzuändern.
. Klicken Sie nach der Änderung
Die Worte auf der Schaltfläche ändern sich in
der Zellen wiederum auf die Schaltfläche, um die Bearbeitung zu beenden.
Als Standard werden alle Ergebnisse ohne Fehler angezeigt. Der Fehler kann nur
angegeben werden, wenn die gemittelten Kurven ausgewertet werden. The Spalten Average
of sollten eine größere Zahl als 1 anzeigen. In diesem Fall können die statistischen Fehler
(Error) oder die Standardabweichung (Sigma; SD=Standard Deviation) von Kraft und Tiefe
(für keine anderen Parameter) durch Markieren der Felder Error or Sigma (SD) im Kasten
Show error
auszublenden.
angezeigt werden. Markieren Sie das Feld None, um diese Daten
Die Spaltenbreite kann am einfachsten geändert werden, indem die Maus auf der Linie
zwischen zwei Spalten im Tabellenkopf positioniert und die Linie an die gewünschte Position
gezogen wird.
Mittelwert und Standardabweichung
Durch Anklicken der Schaltfläche Calculation of average and standard deviation
unter der Ergebnistabelle eine zweite Tabelle erzeugt, die folgende Werte angibt:
Mean:
Mittelwert jeder Spalte mit Zahlen
Sigma:
Standardabweichung jeder Spalte mit Zahlen
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
wird
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V (%):
Variationskoeffizient oder relative Standardabweichung, d.h. die
Standardabweichung dividiert durch den Mittelwert (Quotient Sigma/Mean) in
Prozent
Min.:
Minimalwert jeder Spalte
Max.:
Maximalwert jeder Spalte
Die Anordnung der Spalten und ihre Größe ist dieselbe wie in der Tabelle darüber. Wenn
Größe oder Anordnung der Spalten geändert wurde, drücken Sie nochmals die Schaltfläche
, um dieselbe Tabellenstruktur zu reproduzieren.
9.2 Erstellen einer Grafik aus der Ergebnistabelle
Es ist möglich, direkt aus der Ergebnistabelle Grafiken im Fenster Comparison zu erzeugen.
Dies kann genutzt werden, um eine Grafik für die Härte oder den Elastizitätsmodul über der
Verschiebung zu erstellen.
Add column data to comparison
Klicken Sie zu diesem Zweck auf die Schaltfläche
graph window . Das Fenster Data selection for Graph erscheint.
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Als X-Achse (X-Axis) wird eine Spalte der Ergebnistabelle ausgewählt, indem ein beliebiges
Feld dieser Spalte angeklickt (blau markiert) wird und man anschließend im Fenster Data
Selection for Graph die Schaltfläche OK drückt. Die Auswahl der Y-Achse erfolgt in der
gleichen Weise.
Dabei ist zu beachten: Wenn nur ein Feld der Spalte markiert wird, werden alle Felder der
Spalte für die Grafik verwendet, d.h. wenn mindestens 2 Felder oder mehr markiert werden,
werden nur diese Felder für die Grafik verwendet.
Sollen die Fehlerbalken im Ergebnisdiagramm mit dargestellt werden, falls Fehlerangaben
überhaupt verfügbar sind, wird das Feld With error bars (if available) mit einem Häkchen
markiert.
Anschließend wird die Schaltfläche OK nochmals gedrückt, um das Diagramm im Fenster
Comparison anzuzeigen.
10 Report (Messbericht)
10.1 Report Vorbereitung
Ein Report kann erzeugt werden, wenn mindestens ein Eintrag in der Ergebnistabelle
vorhanden ist.
Durch Klicken der Schaltfläche Report
erscheinen zwei Fenster:
Report Preparation (klein) und
Measurement Report Preview (Hintergrund).
Die Einstellungen für die im Report dargestellten Inhalte werden im Fenster Report
Preparation vorgenommen, das mehrere Seiten enthält.
Auf der Seite Measurement des Fensters Report Preparation werden alle Messergebnisse
aufgelistet, die man in der Registerkarte Result Details (siehe unten) ausgewählt hat.
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In die Registerkarte Sample werden die Angaben zur untersuchten Probe eingetragen.
Bereits vorhandene Angaben werden angezeigt.
Wünscht man, dass diese Probenangaben in den Report aufgenommen werden, muss man
im Feld Include into Report ein Häkchen setzen.
Der Kopf des Reports sieht dann folgendermaßen aus:
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In der Registerkarte Result Details wird durch das Setzen von Häkchen im unteren Teil
festgelegt, welche Größen im Report dargestellt werden sollen. Im oberen Teil kann man
durch Häkchen auswählen, ob

Eine Grafik der Messkurven im Report dargestellt wird (Include Load-DisplacementChart into Report)

Die Fehlerangaben in den Report aufgenommen werden (Add Errors to Results).
Angaben zum Kunden können in die Registerkarte Customer eingetragen werden:
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Die Druckeinstellungen für die Darstellung auf einer Druckseite werden in der Registerkarte
Print Options vorgenommen, wobei alle Maße in mm einzutragen sind:

Top Margin
oberer Seitenrand

Bottom Margin
unterer Seitenrand

Left Margin
linker Seitenrand

Right Margin
rechter Seitenrand
Line Heights for Detail (Zeilenhöhen im Detail):

Band Title
Column Head
Values
Breite des Zwischenraum in mm zwischen der Überschrift
Details und der Kopfzeile (File usw.) der Tabelle bzw.
Verbreiterung des Abstandes zwischen den Zeilengruppen
Abstand zwischen der Kopfzeile der Tabelle (File usw.)
und der ersten Datenzeile in mm
Abstand zwischen den Tabellenzeilen (Daten) in mm
Chart Size (Größe der Grafik „Load-Displacement Curve“):

Width
Breite der Grafil

Height
Höhe des Grafik
Durch Anklicken der Schaltfläche Printer Setup wird das Fenster Druckeinrichtung
geöffnet.
10.2 Report Vorschau
Nach dem Anklicken der Schaltfläche Report erscheint der Messreport im Fenster
Measurement Report Preview mit den Einstellungen, die im Fenster Report Preparation
ausgewählt wurden.
Die Größe der Seite in der Vorausschau kann durch einen Doppelklick außerhalb der Seite
im türkisen Bereich vergrößert oder verkleinert werden.
Weitere Seiten (sofern vorhanden) werden mit den Page up (Seite aufwärts) und Page
down (Seite abwärts)Testen erreicht.
Die normale Oberfläche des Programms wird erst wieder sichtbar, wenn der Report mit der
Schaltfläche Close im Fenster Report Preparation geschlossen wird.
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11 Das Informationsfenster
11.1 Einführung
Durch Anklicken der Schaltfläche Information
öffnet sich ein Fenster, das alle
verfügbaren Informationen zur letzten eingelesenen Messung enthält.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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11.2 Seite Main
Diese Seite zeigt die verfügbare Probeninformation. Daten können durch Verwendung der
Schaltfläche Edit modifiziert oder hinzugefügt werden. Nach dem ersten Anklicken ändert
sich der Text auf der Schaltfläche in Save. Ein zweites Anklicken speichert die modifizierten
Daten im Datenfile ab.
11.3 Seite Position and segments
Auf dieser Seite ist die verwendete Applikation mit allen Segmenten im Detail dargestellt.
Durch Anklicken der Schaltfläche Restore application parameter werden alle
Applikationsparameter, die zur Messung gehören, im Fenster Applications parameter
definition wiederhergestellt und können dann für neue Messungen Verwendung finden. Auf
diese Weise ist es sehr einfach, Messungen mit gleichen Parametern zu wiederholen.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Die absoluten und relativen Koordinaten der Messung werden im linken Teil der Seite
dargestellt. Durch Verwendung der Schaltflächen Goto position below indenter oder Goto
position below camera kann der Probenhalter mit der Probe exakt an der Messposition
unter dem Messkopf oder der Optik positioniert werden. Dies ist sehr nützlich, wenn die
Probe noch auf demselben Probenhalter befestigt ist, und es erlaubt dann, eine Aufnahme
der Messposition zu machen.
11.4 Seite Instrument
Auf dieser Seite kann die gesamte Information über das für die Messung genutzte Gerät
gefunden werden. Sie entspricht derselben Seite im Fenster Configuration.
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11.5 Seite Indenter
Auf dieser Seite kann die gesamte Information über den für die Messung benutzten Indenter
gefunden werden. Sie entspricht derselben Seite im Fenster Configuration.
11.6 Seite Applied corrections
Auf dieser Seite ist dargestellt, welche Korrekturen an den Daten durchgeführt wurden und
welche Poissonzahl (Poisson’s ratio) für die letzte Auswertung benutzt wurde.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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12 Erläuterung der Ergebnisse und Formeln
12.1 Erläuterung der Ergebnisse von Härtemessungen
Symbol
N
Cycle
Erläuterung
Nummer der Messung, wenn mehrere gleichzeitig ausgewertet werden
Zyklusnummer bei Messungen mit mehreren Be- und Entlastungszyklen, bei denen für
jeden Zyklus Härtewerte berechnet werden können.
X
Relative X-Koordinate der Messung bezogen auf den Nullpunkt
Y
Relative Y-Koordinate der Messung bezogen auf den Nullpunkt
Z
Relative Z-Koordinate der Messung bezogen auf den Nullpunkt
Sno
Probennummer als ganzzahliger Wert
F
Maximale Prüfkraft (Normalrichtung) einer Messung oder eines Zyklus
h
Maximale Eindringtiefe bei wirkender Prüfkraft
H
Eindringhärte HIT (Indentation hardness) als Kraft durch Kontaktfläche unter Last
F
H
A C (h C )
E
Er
Elastischer Eindringmodul EIT. Es gilt E 
(1   2 )
Unter idealen Umständen ist
2
1 (1   i )

Er
Ei
er identisch zum Elastizitätsmodul. Deutliche Unterschiede zwischen dem elastische
Eindringmodul EIT und dem E-Modul können bei Aufwölbung und Einsinken auftreten.
Reduzierter Modul des Eindringkontaktes
Er wird berechnet aus der Kontaktfläche Ac und der Kontaktsteife S nach

S
. Der beta-Faktor ist ein Korrekturfaktor, der üblicherweise 1 sein
Er 

2
AC
sollte. Er kann in der Konfiguration festgelegt werden.
E
1  2
E*
Plain strain Modul E * 
ns
Poissonzahl der Probe (Annahme)
Der Standardwert für die Auswertung wird in der Konfiguration festgelegt. Im
Ergebnisfenster kann der Wert für die jeweilige Messung geändert werden.
Ei
E-Modul des Eindringkörpers (Indenters). Für Diamant gilt E=1141 GPa. Siehe dazu:
J. E. Field and R. H. Telling, Research Note The Young modulus and Poisson ratio of
diamond, PCS, Cavendish Laboratory, Dep. Of Physics, Madingly Road, Cambridge,
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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CB3 OHE, UK, February 1999
ni
Poisson-Zahl des Eindringkörpers (Indenters). Für Diamant gilt ni=0.07
Siehe dazu die Angabe bei Ei.
HM
Martenshärte HM 
F
26.43  h 2
(Kraft durch wahre Kontaktfläche)
Die Martenshärte wird aus der maximalen Tiefe unter wirkender Prüfkraft bestimmt. Sie
enthält die plastischen und elastischen Anteile der Verformung und kann somit nicht
direkt mit HIT verglichen werden. Je nach Elastizität des Materials kann die Rangfolge
der Martenshärte von der der Vickers- oder Eindringhärte abweichen, die nur
plastische Deformationsanteile berücksichtigen. Auch bei rein elastischer Deformation
ergibt sich ein Wert für die Martenshärte.
HMs
Martenshärte, bestimmt aus der Steigung der Kraft/Eindringtiefe-Kurve
An homogenen Werkstoffen (Ausmaß der Inhomogenitäten an der Oberfläche sind
klein im Verhältnis zur Eindringtiefe) ergibt sich für die Kraft/Eindringtiefe-Kurve,
zumindest in Teilbereichen (bevorzugt zwischen 50 % Fmax und 90 % Fmax), die
Gleichung: h  m  F
Die Steigung m wird durch eine lineare Regression bestimmt. In diesem Fall kann die
Härte nach folgender Formel aus der Kraft/Eindringtiefe-Kurve bestimmt werden:
h 2 . Beim Vickers- und modifiziertem Berkovich-Indenter gilt A /h2=26.43
S
m2  A c
mit As als Kontaktfläche der Oberfläche (Mantelfläche)
HMs 
HV
Äquivalente Vickershärte
Die Eindringhärte HIT kann mit der Vickershärte HV auf einem weiten Gebiet der
Werkstoffe korreliert werden, indem eine geeignete Umwertungsfunktion angewendet
wird. HIT ist zur Vickers-Härte durch einen Skalenfaktor in Bezug gesetzt. Für einen
Vickers-Indenter gilt HV= HIT *0.927184 für das Verhältnis der projizierten Fläche zur
tatsächlichen Oberfläche (Mantelfläche). Die Einheit der Vickershärte ist kp/mm², auch
wenn sie bei der Härteangabe nicht angegeben wird. Durch die Einheitenumrechnung
unter Berücksichtigung der Fallbeschleunigung ergibt sich bei Angabe von HIT in [GPa]
and HV in [kp/mm2]: HV = 0.094546 HIT
Bei einem modifiziertem Berkovich-Indenter beträgt der Faktor 0.0926
Creep
Absolutes Eindringkriechen als Tiefendifferenz zwischen Beginn der Entlastung und
Ende der Belastung
CIT
Eindringkriechen, relative Eindringtiefenänderung während der Haltezeit bei
Maximallast als Creep/h*100 [%]
RIT
Eindringrelaxation (Relative Prüfkraftänderung) bei Haltezeiten unter Wegsteuerung
(der Weg wird konstant gehalten)
Wtot
Aufgewendete mechanische Arbeit
Sie wird berechnet aus der Fläche unter der Belastungskurve einschließlich der
Tiefenänderung während des Kriechens bei Maximalkraft.
We
Elastische Rückverformungsarbeit
Sie wird berechnet aus der Fläche unter der Entlastungskurve
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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NIT
Y
Elastischer Anteil der Eindringarbeit We/Wtot in Prozent
Abschätzung der Fließgrenze der Materialien mit der iterativen Formel
H
 E tan(  )  die sich aus dem Expanding Cavity Modell ergibt.
 1.15  2 / 3  ln 

Y
3 
Y
Alpha ist der Winkel zwischen Indenter und Oberfläche (19.7°). Der Wert für H/Y wird
auf das Maximum von 3 begrenzt, das nur bei Metallen erreicht wird.
Wp
Arbeit, die für plastische Deformation aufgewendet wurde als Wp=Wtot-We
Rpl
Abschätzung für den Radius der plastischen Zone um den Eindruck mit der Formel:
c a
E
R pl  3 / 2 
 tan 1/ 3 ( )
H
2
Gilt nur für Vickers- oder Berkovich-Indenter
Siehe [B. R Lawn, A. G. Evans, D. B. Marshall, Journal American Ceramic Soc., 63,
(1980) 574]
µ
Reibwert zwischen Indenter und Probe
S
Kontaktsteife der Probe als Mittelwert der beiden Werte S1 und S2. Dieser Wert wird
für die weitere Berechnung verwendet.
S1
Kontaktsteife der Probe bei Maximalkraft.
Sie wird berechnet aus der ersten Ableitung des Fits der Entlastungskurve mit einem
Polynom zweiten oder dritten Grades (Fitfunktion 2 oder 3)
S2
Kontaktsteife der Probe bei Maximalkraft, berechnet mit einer anderen Methode.
Sie wird berechnet aus der ersten Ableitung des Fits der Entlastungskurve mit einer
Potenzfunktion
F  C  h  h 0 
m
Sf
Gerätesteifigkeit (frame stiffness) in normaler Richtung als inverser Wert der
Gerätenachgiebigkeit Cf
Sfl
Gerätesteifigkeit (frame stiffness) in lateraler Richtung
m
Exponent der Entlastungskurve aus der Formel F  h  h 0 m
eps
Epsilon Faktor   m 
hS
hmax  h0
Er beschreibt das Verhältnis zwischen der elastischen Deformation oberhalb der
Kontaktfläche hs und unterhalb der Kontaktfläche h-h0 (ohne Beachtung plastischer
Anteile). Es existiert ein Zusammenhang zwischen Epsilon und dem Exponent der
Entlastungskurve m, der für eine genauere Berechnung des Epsilon Wertes verwendet
wird.
Es gilt: eps=1 bei m=1 (flacher Stempel)
eps=0.75 bei m=1.5 (Kugel)
eps=0.727 bei m=2 (spitzer Kegel).
Für reale Materialien kann eps nach einer komplizierten Funktion zwischen 0.8 und 0.7
liegen. Die Herleitung des Wertes für eps erfolgte bisher nur für rein elastische
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Deformationen. Bei zusätzlicher plastischer Deformation ist der eps nach wie vor nur
ein Schätzwert. In ISO 14577 wird daher eps=0.75 empfohlen. In diesem Programm
wird eps mit Hilfe des Exponenten der Entlastungskurve genauer berechnet, wenn
unter Configuration/Analysis normal diese Option gewählt ist.
hc
Tiefe des Kontaktes des Eindringkörpers mit der Probe bei Fmax Es gilt: hC  hmax    F
S
hs
Elastische Deformation der Oberfläche oberhalb der Kontaktfläche hs=h-hc
hr
Schnittpunkt der Tangente an die Entlastungskurve bei Maximalkraft mit der
Tiefenachse
h0
Bleibende Eindringtiefe nach Rücknahme der Prüfkraft
h0f
Bleibende Eindringtiefe nach Rücknahme der Prüfkraft, die mit Hilfe einer Fitfunktion
auf eine Kraft von Null extrapoliert wurde. Dieser Wert wird für die Berechnung der
Energien verwendet, da er genauer ist als hf.
hi
Elastische Deformation des Gerätes durch die Gerätenachgiebigkeit (inverse
Gerätesteife) hi=F/Si
a
Äquivalenter Kontaktradius bei Pyramiden-Indentern. Es wird ein
rotationssymmetrischer Kontakt angenommen so dass gilt: a 
ur
AC

Relative elastische radiale Deformation (normiert mit dem Kontakradius a), berechnet
(1  2 )(1   ) H
 cos( r ) mit  als mittlerem Winkel zwischen
nach der Formel ur 
2
E
(waagerechter) Oberfläche und Oberfläche des verbleibenden Eindrucks. Dieser Wert
wird verwendet um mit der Radial Displacement Correction die Kontaktfläche
genauer zu berechnen. Die Nutzung der Radial Displacement Correction wird unter
Configuration/Analysis normal festgelegt.
Siehe dazu auch
Ap
Projizierte Kontaktfläche des Eindringkörpers bis zum Abstand hc von der Spitze ohne
Berücksichtigung der Radial Displacement Correction.
Ac ergibt sich aus der Flächenfunktion des Indenters für die Tiefe hc. Sie entspricht der
(projizierten) Fläche des Eindrucks nach Entlastung bei einer ideal flachen Oberfläche
(kein pile up oder sink in).
Ac
Projizierte Kontaktfläche des Eindringkörpers bis zum Abstand hc von der Spitze mit
Berücksichtigung der Radial Displacement Correction.
Ac ist etwas kleiner als Ap da die elastische Deformation unter Last nach innen zum
Zentrum des Eindrucks gerichtet ist. Ac ergibt sich aus der Flächenfunktion des
Indenters für die Tiefe hc.
R
Effektiver (tiefenabhängiger) Radius des kugeligen Eindringkörpers
Cs
Kriechrate beim Start des Kriechens nach Erreichen der Maximalkraft
Ce
Kriechrate am Ende des Kriechsegments vor Beginn der Entlastung
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C0
Koeffizient 1 des Fits der Kriechkurve mit einer logarithmischen Funktion
h  C 0  ln(C1  t  1) t - Kriechzeit
C1
Rul/Rc
Koeffizient 2 des Fits der Kriechkurve mit einer logarithmischen Funktion
Verhältnis aus Entlastungsrate zum Beginn der Entlastung und Kriechrate am Ende
des Kriechsegments. Dieses Verhältnis wird dazu verwendet, den noch vorhandenen
Einfluss des Kriechens auf die Steifeberechnung zu bewerten. Es sollte größer als 10
sein.
12.2 Erläuterung der Ergebnisse von Scratchtests
Symbol
Description
N
Nummer der Messung, wenn mehrere gleichzeitig ausgewertet werden
Fn
Maximale Prüfkraft in Normalrichtung während eines Scratchtests
hl
Maximale laterale Verschiebung (normalerweise die Position, wo Fn erreicht wird)
Die folgenden Rauigkeitsparameter werden von einer ersten Oberflächenrasterung mit
niedriger Kontaktkraft vor einem Scratchtest erhalten.
Ra
Arithmetischer Mittelwert der Rauigkeit entlang der Scratchlänge (vor dem Scratchtest)
Rq
Mittlerer Effektivwert der Rauigkeit entlang der Scratchlänge (vor dem Scratchtest)
Rt
Maximalhöhe des Rauigkeitsprofils entlang der Scratchlänge als Differenz zwischen
maximaler Peakhöhe und maximaler Muldentiefe
Rp
Maximale Peakhöhe des Rauigkeitsprofils entlang der Scratchlänge
Rv
Maximale Muldentiefe des Rauigkeitsprofils entlang der Scratchlänge
µ_av
µ_max
h_p
Mittlere Reibung entlang der Scratchlänge
Maximale Reibung während eines Scratchtests
Maximale plastische Deformation als größte Höhendifferenz zwischen letztem und
erstem Oberflächenscan.
hm_ul
Maximale Verschiebung in Normalrichtung unter Last
hm_au
Maximale Verschiebung in Normalrichtung nach Entlastung (maximale Tiefe des
letzten Oberflächenscans)
dh_lu
Maximale Tiefendifferenz zwischen dem Scan unter Last und nach der Entlastung =
Differenz zwischen hm_ul und hm_au
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Laterale Position für den Beginn der plastischen Deformation (falls nachweisbar)
X_pl
Fn_pl
Normalkraft für den Beginn der plastischen Deformation (falls nachweisbar)
µ_pl
Reibungskoeffizient für den Beginn der plastischen Deformation (falls nachweisbar)
X_1
Laterale Position für das vordefinierte Tiefenlimit 1 unter Last. Das Tiefenlimit ist im
Konfigurationsfenster definiert, Seite Analysis lateral.
Normalkraft für das vordefinierte Tiefenlimit 1 unter Last
Fn_1
µ_1
Reibungskoeffizient für das vordefinierte Tiefenlimit 1 unter Last
X_2
Laterale Position für das vordefinierte Tiefenlimit 2 der zurückbleibenden
Tiefenänderung. Das Tiefenlimit ist im Konfigurationsfenster definiert, Seite Analysis
lateral.
Fn_2
Normalkraft für das vordefinierte Tiefenlimit 2 der zurückbleibenden Tiefenänderung.
µ_2
Reibungskoeffizient für das vordefinierte Tiefenlimit 2 der zurückbleibenden
Tiefenänderung.
X_f
Laterale Position für den ersten Bruch, angezeigt durch eine deutliche Stufe in der
Tiefenkurve unter Last
Normalkraft für den ersten Bruch (falls nachweisbar)
Fn_f
Reibungskoeffizient für den ersten Bruch (falls nachweisbar)
µ_f
Slope
Oberflächenneigung in der Scratchrichtung, erhalten aus dem ersten Oberflächenscan
vor dem Scratchtest
12.3 Fitfunktionen
Im Programm gibt es eine Anzahl fest eingestellter Funktionen, die zum Beschreibung der
Flächenfunktion oder der Steifefunktion genutzt werden und mit denen beliebige Daten im
Fenster Tools / Fit data window gefittet werden können. Die Funktionen sind mit einer
laufenden Nummer gekennzeichnet.
Die Tabelle gibt alle in dieser Version verfügbaren Funktionen an.
Wenn im Programm das Symbol
zu sehen ist, können die einzelnen Terme der
Funktionen angezeigt werden. Das Zeichen ^ bedeutet dabei Potenz.
No
Function
1
y  C1  C 2  x
2
y  C1  C 2  x  C 3  x 2
3
y  C1  C 2  x  C 3 x 2 C 4  x 3
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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4
y  C1  x 3 / 2
5
y  C 1  x 1 / 8  C 2  x 1 / 4  C 3 x 1 / 2  C 4  x
6
y  C1  x 1/ 2  C 2  x  C 3 x 3 / 2 C 4  x 2
7
y  C1  x 1/ 8  C 2  x 1/ 4  C 3 x 1/ 2 C 4  x  C 5  x 3 / 2
8
y  C 1  C 2  x 1 / 4  C 3 x 1 / 2  C 4  x  C 5  x 3 / 2
9
y  C1  x 1/ 16  C 2  x 1/ 8  C 3 x 1/ 4 C 4  x 1/ 2  C 5  x  C 6  x 3 / 2  C 7  x 2
10
y  C1  C 2  x 1/ 8  C 3 x 1/ 4 C 4  x 1/ 2  C 5  x  C 6  x 3 / 2  C 7  x 2
11
y  C1  x 1/ 32  C 2  x 1/ 16  C 3 x 1/ 8 C 4  x 1/ 4  C 5  x 1/ 2  C 6  x  C 7  x 3 / 2  C 8  x 2
12
y  C1  x 1/ 64  C 2  x 1/ 32  C 3 x 1/ 16 C 4  x 1/ 8  C 5  x 1/ 4  C 6  x 1/ 2  C 7  x  C 8  x 3 / 2  C 9  x 2
13
y  C1  C 2  x  C 3 x 2 C 4  x 3  C 5  x 4
14
y  C1  C 2  x  C 3 x 2 C 4  x 3  C 5  x 4  C 6  x 5
15
y  C1  x 1/ 64  C 2  x 1/ 32  C 3 x 1/ 16 C 4  x 1/ 8  C 5  x 1/ 4  C 6  x 1/ 2  C 7  x  C 8  x 2
16
y  C1  C 2  x 1 / 2  C 3  x  C 4  x 3 / 2  C 5  x 2
17
y  C1  x 2
18
y  C1  x  C 2  x 2
19
y  C1  x  C 2 x 2 C 3  x 3
20
y  C1  C 2  x  C 3 x 1
21
y  C1  C 2  x  C 3 x 2 C 4  x 1  C 5  x 2
22
y  C1  x 2 / 3
Funktion 12 wird oft zur Beschreibung der Flächenfunktion nach der Oliver & Pharr Methode
verwendet und kommt beispielsweise beim Nanoindenter XP zum Einsatz.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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13 Das Rohdatenformat der verschiedenen Geräte
13.1 Einleitung
Der Importfilter versucht, automatisch für alle Geräte die verschiedenen Segmente
Belastung, Kriechen, Entlastung und Haltezeit zu erkennen. Bei einigen Geräten wird das
Ende eines Segments im Datenfile angezeigt, jedoch müssen Anfang und Ende einer
Halteperiode meist durch Suchen von Daten mit annähernd konstanter Kraft festgestellt
werden. Dies hängt vom Rauschen des Kraftsignals ab. Es ist deshalb wichtig, korrekte
Parameter für Force tolerance for hold period (Krafttoleranz für die Halteperiode) und
Contact force (surface detection) (Kontaktkraft für die Oberflächenfindung) auf der Seite
Other des Konfigurationsfenster einzusetzen.
Es gibt bereits vernünftige Werte, die in den CFG-Files enthalten sind, die mit InspectorX für
das betreffende Gerät mitgeliefert wurden. Eine Optimierung der Parameter kann jedoch
notwendig sein.
13.2 Nanoindenter XP-Daten
Es können nur ASCII-Datenfiles von Nanoindenter XP mit oder ohne DCM-Kopf gelesen
werden. Sie können auch Daten der kontinuierlichen Steifigkeit (continuous stiffness - CSM)
enthalten. Die Dateierweiterung sollte TXT sein, aber irgendeine andere Erweiterung ist auch
möglich. Die Bedeutung der Datenspalten muss im Dateikopf (file header) erklärt werden.
Die Spalten können in beliebiger Ordnung angeordnet sein, ihre Bedeutung muss aber in
den Schlüsselwörtern (key words) angegeben sein:
"DisplacementIntoSurface ", "LoadOnSample ", "_Time " or "TimeOnSample",
"Stiffness "
Ein Beispiel für den Dateikopf (file header) ist:
"Channel Data"
"SegmentIndex
","_Time
","DisplacementIntoSurface
","LoadOnSample
","Stiffness ","Modulus ","Hardness "
"Segment Number ","Time ","Displacement Into Surface ","Load On Sample
","Stiffness ","Modulus ","Hardness "
"","s","nm","mN","N/m","GPa","GPa"
0,48.200,-1860.143,0.004990,****,****,****
0,48.400,-1855.408,0.004958,****,****,****
Beispiel-Datenfiles werden mit dem Programm mitgeliefert.
Die Maßeinheiten der Spalten werden in der letzten Überschriftzeile angegeben. Es sind nur
SI-Einheiten erlaubt.
(nm, µm (um), mm, µN, mN, N, s).
Stimmen Sie bitte Ihre Nanoindenter XP- Routine Export sample entsprechend dieser
Forderungen ab.
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
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Die Vorgehensweise ist unten beschrieben.
Für den Export der ASCII-Daten Gehen Sie in der TestWorks®-Software wie folgt vor:
Gehen Sie zum Hauptmenü Define
Auf der Seite Configuration muss die Routine Sample Export installiert werden. Drücken
Sie die linke Maustaste, wenn dies nicht der Fall ist und verwenden Sie Insert
Configuration Item. Fügen Sie den Begriff Sample Export ein.
Der Modul Test Export wird erscheinen (beachten Sie den unterschiedlichen Namen im
Vergleich zu Sample Export). Legen Sie die folgenden Eigenschaften auf dieser Seite fest:
Export Template: Drücken Sie Browse. Verwenden Sie den File MTS Nano Test Export.
File Mode: Verwenden Sie Auto-Increment. Jeder exportierte File erhält eine anwachsende
Zahl am Ende.
Destination: File
Export Filename: Verwenden Sie einen charakteristischen Filenamen für die Messung. Sie
sollten den Filenamen bei jedem Datenexport für eine andere Probe ändern.
Gehen Sie dann zur Seite Channels:
Drücken Sie die Schaltfläche Export order. Nutzen Sie die Pfeiltasten, um die Spalten
entsprechend dem obigen Beispiel anzuordnen.
Sie können auch den *.MSM-File der TestWorks®-Methode im Verzeichnis
Examples/Nanoindenter XP des IndentAnalyser-Installationspfades verwenden.
13.3 UMIS-2000-Daten
DOS-Softwareversion
Der Original-*.DAT-File im binären Format kann eingelesen werden. Falls ein Kriechen-File
(*.CRP) und ein Kriechen-File einer zweiten Halteperiode (*.QMW) mit derselben Zahl
existiert, werden sie zusammen mit dem *.DAT-File eingelesen. Zusätzliche Informationen
werden aus dem *.NAM-File erhalten. Er muss sich in demselben Pfad befinden. BeispielDatenfiles werden mit der Software mitgeliefert.
Achtung: Wenn Ihre Software andere Dateierweiterungen verwendet, nehmen Sie bitte
Kontakt zum Software-Lieferanten auf.
CRP- und QMW-Files liegen im ASCII-Format mit folgender Struktur vor:
"19:34:55","01-18-2002","Depth, Force"
0.02,
616.79, 50.00296
0.07,
617.10, 50.00254
Das Messdatum wird aus dem Datum des NAM-Files erhalten und nicht aus der ersten Zeile
des ASCII-Files.
Zyklische Messungen (entwickelt für Kugelindenter) besitzen die Dateierweiterung ALT.
WinUMIS-Softwareversion
Die Original-Datenfiles mit einer aus drei Ziffern bestehenden Dateierweiterung können
eingelesen werden. Zusätzlich wird ein *.PAR-File mit demselben Namen eingelesen, um
mehr Messinformationen zu erhalten. Er muss sich in demselben Pfad befinden.
Normalerweise werden nur Files mit gleicher erster Ziffer der Dateierweiterung (zum Beispiel
0 für die ersten 100 Files 000-099) im Fileauswahldialog angezeigt, um die Anzahl der
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
119 / 125
sichtbaren Filenamen zu begrenzen. Sie müssen den Filetyp in der Auswahlzeile ändern, um
die nächsten 100 Filenamen (100-199) zu sehen usw.
WinUMIS2-Datenfiles liegen im ASCII-Format mit folgender Struktur vor:
Erste Zeile:
Fused
Silica
LP2-5
MB2
100mN.000;0;0;0;0;0;(0:0:0);21.01.02:15:18:57;
False;0;LP2-5;;;;;,Time,P (mN),ht (um),Stiffness (dP/dh),Lateral Force
(mN),Lateral Position (um),P,ht,unused,hp,a/R,dP/dh,E*,H, unused, unused,
unused,unused,unused
Zweite Zeile:
IC,0,-4.35655855910443E-03,-2.85595325398774E-04,0, , , , , , , , , , , , ,
Dritte und folgende Zeilen
Loading,2.25,2.95093053589148E-03,1.2225058137157E-03,0,0,0, , , , , , , ,
Loading,4.51000000000204,4.24044269080789E-02,3.89028786499682E-03,0,0,0,,,
Der Segmenttyp ist durch das erste Wort in jeder Reihe gekennzeichnet. Die Anordnung der
Zahlen muss wie folgt sein:
Time, Force (P), depth (ht) – Zeit, Kraft (P), Tiefe (ht).
Zusätzliche Spalten werden nicht eingelesen.
13.4 Fischerscope-Daten
Fischerscope-DOS-Softwareversion
Es können nur ASCII-Daten eingelesen werden.
Nutzen Sie das Exportprogramm der Gerätesoftware. Es wird empfohlen, alle Files einer
Serie mit gleicher Last in einem ASCII-File abzuspeichern und die Dateierweiterung *.DAT
zu verwenden. Es wird sehr empfohlen, das Profi output protocol zu verwenden.
Für die Verwendung von Daten im Lastbereich unter 0.4mN müssen Sie das output Protocol
mit dem Menü Supervisor/Change Protocol ändern. Fügen Sie die Kommandozeile @NPKB
vor den output-Kommandos für die Messdaten ein.
Einige ASCII-Datenfiles werden mit dem Programm im Beispielverzeichnis mitgeliefert. Falls
Sie Probleme mit dem Datenimport haben, prüfen Sie die Struktur des Datenfiles mit einem
ASCII-Editor und versuchen Sie, dieselbe Filestruktur mit Ihrem Protokoll zu reproduzieren.
Hier wird ein Beispiel angegeben. Nach der Zeile „Nullpunktbestimmung“ folgen die Daten
unter 0.4mN. Das Belastungssegment folgt nach dem Wort „Krafterhöhung“. Dieses Wort
wird für die Erkennung des Belastungssegments verwendet.
Achtung: Wenn die Fischerscope-Software andere Sprachen verwendet, wird der
Datenimport nicht funktionieren. Nehmen Sie bitte Kontakt zum Programmanbieter auf und
senden Sie einen Ihrer ASCII-Datenfiles.
Applikation: Kalibration-300
Messung Datum: 06/03/2002
Laufende Nr:
46
Kommentar : FS 30mN-1
Datum: 06/03/2002
Uhrzeit: 18:56
Uhrzeit: 12:18
Indentor
: 1V14-02-02
letzte Formkorrektur am 14/02/2002 um 17:45 Uhr
letzte Härtekorrektur am 19/02/2002 um 14:01 Uhr
Nullpunktbestimmung
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
120 / 125
------------------Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Kraft
0.020
0.041
0.061
0.081
0.102
0.122
0.142
0.163
0.183
0.203
0.224
0.244
0.264
0.285
0.305
0.325
0.346
0.366
Tiefe
0.000
0.001
0.002
0.002
0.004
0.003
0.005
0.004
0.005
0.005
0.007
0.007
0.007
0.008
0.009
0.009
0.010
0.010
Zeit
-8.5
-8.0
-7.5
-7.0
-6.5
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
Krafterhöhung
------------Nr.
1
2
Kraft
0.386
0.508
Tiefe korr.Härte
0.010
7215
0.015
6072
Zeit
0.5
1.0
Fischerscope WINDOWS software version
Es können nur ASCII-Daten eingelesen werden. Nutzen Sie das Exportprogramm der
Gerätesoftware. Es wird empfohlen, alle Files einer Serie mit gleicher Last (maximal 20) in
einem ASCII-File abzuspeichern und die Dateierweiterung *.TXT zu verwenden.
Für die Verwendung von Daten im Lastbereich unter 0.4mN müssen Sie das output Protocol
ändern
Einige ASCII-Datenfiles werden mit dem Programm im Beispielverzeichnis mitgeliefert. Falls
Sie Probleme mit dem Datenimport haben, prüfen Sie die Struktur des Datenfiles mit einem
ASCII-Editor und versuchen Sie, dieselbe Filestruktur mit Ihrem Protokoll zu reproduzieren.
Hier werden zwei Beispiele angegeben. Nur die Struktur der Beispiele kann gelesen werden.
Beispiel 1:
Dieses Beispiel enthält Daten unter 0.4mN für die Nullpunktbestimmung. Sie liegen nicht im
Standardausgabeformat vor. Zwischen diesen Daten und Daten oberhalb 0.4mN müssen
mindestens zwei leere Zeilen liegen.
Zwischen den Daten aus einer kompletten Messung und der nächsten Messung muss eine
leere Zeile liegen.
Quarz 500 mN.hap
20.11.02 09:30:03
HM k 0.499971/
30.0/300= 3753.80
x=
35.610 y=
39.864
Kraft [mN] Tiefe [um] Zeit [sec] (Comment: this are data below 0.4mN
0.0419999
0.0043421
0.1
for zero point detection.
0.060948
0.00681055 0.2
They are not in the standard
0.0800863
0.00906338 0.3
format)
0.0990505
0.0108627
0.4
0.118009
0.0129148
0.5
0.136975
0.0146397
0.6
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
121 / 125
0.155938
0.0164985
0.175091
0.0181639
0.194059
0.0197997
0.21303
0.0213239
0.232 0.0229075
1.1
0.251157
0.0243202
0.270131
0.0257106
0.289107
0.0270712
0.308083
0.0283723
0.327059
0.0296809
0.34622
0.030982
0.365198
0.0322014
0.384176
0.0334505
0.403155
0.0346178
0.7
0.8
0.9
1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
Kraft [mN] Tiefe [um] Zeit [sec]
0.422323
0.0356736
0.1
0.519255
0.0413614
0.2
Beispiel 2 ohne Daten unterhalb 0.4mN:
Untitled.hap
18.02.2002 16:21:05
HUkorr 0.100007/
30.0/300=
3989.4
x=
8.00 y=
12.94
F
h
t
4,205046e-001
2,415367e-002
1,000000e-001
7,530984e-001
3,961656e-002
2,000000e-001
1,085815e+000
5,067367e-002
3,000000e-001
1,418530e+000
6,173077e-002
4,000000e-001
1,751307e+000
7,057077e-002
5,000000e-001
2,084512e+000
7,941788e-002
6,000000e-001
13.5 Hysitron-Daten
Es können nur ASCII-Daten eingelesen werden. Die Dateierweiterung sollte TXT sein, aber
irgendeine andere Erweiterung ist ebenfalls möglich. Der Dateikopf (file header) sollte aus 3
Zeilen bestehen. Die dritte Zeile enthält die Beschreibung der Datenspalten:
Depth (nm)
0.000000
0.099956
Load (µN)
1.023817
1.007790
Time (s)
0.000000
0.003000
Zusätzliche Textzeilen vor den Zahlen werden ignoriert.
Die Datenspalten müssen diese Anordnung mit den Einheiten (nm), (µN) und (s) aufweisen,
andernfalls tritt ein Fehler auf. Die Filestruktur mit den Segmenten Belastung, Kriechen,
Entlastung oder anderen wird automatisch erkannt.
13.6 Shimadzu DUH-202-Daten
Die Originalfiles *.DA1 oder *.DA2 im binären Format sind nicht lesbar, nur ASCII-Files
(*.ASC).
Nutzen Sie das Exportprogramm ASCII-Transformation der Gerätesoftware. Wählen Sie den
Save-Mode mit der F3-Taste nach der Fileauswahl. Nach der korrekten Auswahl erscheint
ein Stern (*) neben dem Härtemittelwert. Beantworten Sie die Frage nach der Anzahl der
Punkte (Periode) immer mit Null (0 = Standard), um alle Punkte zu verwenden. Andernfalls
erhalten Sie eine Fehlermitteilung.
Einige Beispiel-Datenfiles werden mit der Software mitgeliefert. Die Filestruktur nach dem
ASCII-Export sieht wie folgt aus:
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
122 / 125
"DUH-202 ASCII FILE"
"RTL","MOB","IDT","LUT","DUT"
"2","50","VICKERS","gf","um"
"TMD","SPN","SPB","TLD","LDS","AFT","FLD","MMO","MA2","MI2","CCT","PAN","PA
V","TSP","TDS"
"2","Testprobe
","8283-10
","1.00","2","10","10","Diamant Nr. 10
","1.00","0.02","3","
","0.00","5","0.10"
"TCT","DCT","DAT","KLO","KDP","KHD","KLG","KLH","MXL","MXD","MXH","MID""MIH
"0","769","10/18/'101
09:35","1.0042","0.286","465","0.00","0.000","1.0042","0.286","465","0.139"
,"1967",
"No","LOAD","DEPTH","CLOCK","TEMP"
1,0.0422,5.604,147.2,0.0
2,0.0424,5.627,147.3,0.0
13.7 Shimadzu DUH-201W-Daten
Die CSV-Files im ASCII-Format können eingelesen werden. Die Dateikopf-Zeilen im File
werden ignoriert. Der Start der Datenzeilen wird durch die Wörter Raw data erkannt.
,CSV File Version,,1001
,Indenter type,,Other
,Tip radius,,
0.000,um
,Hardness unit,,Dynamic hardness
,Read times,,1
,Objective lens,,40
,Folder for test data,,C:\DUH\Data
,Folder for ASCII data,,C:\DUH\Data
Test condition
,Test mode,,Load-unload
,Sample name,,S.S
,Sample No.,,
,Test force,, 10.000,mN
,Loading speed,,3,(
0.4740mN/sec)
,Hold time,,5,sec
,Test count,,5
,Parameter name,,Temp
,Parameter,,180
,Comment,,Shimadzu Corporation
Test result,¶ê-BM-14-10mN(1)
,Force,Depth1,Depth2,Depth3,Depth4,-1,-2,Elasticity,Length,
,mN,um,um,um,um,,,Pa,um,
,0.000000,0.148926,0.042114,0.103791,0.045135,0.000000,0.000000,0.000000,----,-----
Raw data
74,Data no,Depth,Force,,Time
,,um,mN,,sec
,,
-1.929,
-0.008,,
-3.650
,,
-1.904,
-0.006,,
-3.600
,,
-1.878,
-0.007,,
-3.550
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
123 / 125
13.8 Nanotest-Daten
Es können nur ASCII-Daten eingelesen werden. Die Dateierweiterung sollte LDD oder TXT
sein. Der Dateikopf (file header) der LDD-Files muss aus 10 Zeilen bestehen. Die erste Zahl
gibt die Anzahl der Messungen im File an.
Die Datenspalten sind:
Force (N)
Depth (m) [Kraft (N) Tiefe (m)] Wenn Zeitdaten nicht verfügbar sind, wird ein
Zeitintervall von 0.1s zwischen zwei Punkten angenommen. Die Datenspalten müssen in
derselben Anordnung und denselben Maßeinheiten angegeben werden, andernfalls tritt ein
Fehler auf.
Der LDD-File enthält keine Zeilenumbruchzeichen. Deshalb wird eine Umwandlung in reales
ASCII-Format vorgenommen, und der neue ASCII-File wird mit demselben Namen und der
Dateierweiterung TXT abgespeichert. Sie können den TXT-File anstelle des LDD-Files
einlesen, falls er erstellt wurde.
Hier ist ein Beispiel für die ersten Zeilen eines Files:
11
Number of measurements in the file
296
Total number of points of this (here the first) measurement
152
Number of loading points of this measrement
6.130464e-008
Maximum depth
0
1.079208e-003
Maximum force
0
0
0
0
5.838400e-005 , 1.1098e-009
first data
13.9 CSM NHT-Daten
Es können nur ASCII-Files eingelesen werden. Die Dateierweiterung sollte TXT sein, aber
irgendwelche anderen Dateierweiterungen sind sind auch möglich. Der Dateikopf (file
header) sollte aus 4 Zeilen bestehen. Die vierte Zeile enthält die Beschreibung der
Datenspalten:
Time (s)
Pd (nm)
Fn (mN)
Die Datenspalten müssen in derselben Anordnung und mit den Maßeinheiten (s), (nm) und
(mN) angegeben werden, andernfalls tritt ein Fehler auf. Es wird nur eine Messung in einem
File akzeptiert.
Hier wird ein Beispiel für die ersten Zeilen eines Files angegeben:
Indentation
Measured values
Time (s)
Pd (nm)
Fn (mN)
0
0
0
0
0
0.1
0.7511
-0.0003
0
0.2
1.3208
0.0013
0
0.3
1.8411
0.0036
0
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
0
0
0
124 / 125
13.10 Daten von einem Zwick-Messkopf
Daten von dem tiefensensitiven Härtetester von Zwick müssen im ASCII-Format vorliegen.
Das Programm kann mit verschiedenen Ausgabeformaten arbeiten. Drei Beispiele sind
unten angegeben. Der Typ der Datenspalte wird durch die Dateikopfzeile erkannt, die zum
Beispiel die folgenden Worte enthalten kann:
Prüfzeit
Eindringtiefe
Standardkraft
Bitte beachten Sie: Wenn der Kopf im Datenfile andere Sprachen als Deutsch verwenden,
wird der Datenimport nicht funktionieren. Nehmen Sie bitte Kontakt zum
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Version 1
"Prüfzeit";"Traversenwegaufnehmer";"Eindringtiefe";"Standardkraft"
"s";"µm";"µm";"N"
-7.81246e-005;1.56683e-006;0.308276;0.031949
0.00992187;1.56683e-006;0.308276;0.0320273
0.0299219;0.0409373;0.348271;0.0327634
0.0399219;0.0409373;0.348272;0.0325598
Version 2
Standardkraft;
Standardweg;
Prüfzeit
3.333215e-002; 4.325458e-007;-2.148440e-004
7.650584e-002; 9.994958e-002; 9.785156e-003
1.029973e-001; 9.991835e-002; 2.978516e-002
Version 3
$Fließkurve Messing .ZPV
Anzahl Zyklen/Stufen:
Maximale Prüfkraft:
Geschwindigkeit Belastung:
Geschwindigkeit Entlastung:
$
Prüfzeit Eindringtiefe
4.882812e-006 4.893224e-002
2.000488e-002 8.885043e-002
4.000488e-002 1.087932e-001
ASMEC IndentAnalyser Bedienungsanleitung
5
30.0166 N
0.5 N/s
0.5 N/s
Standardkraft
4.281736e-002
5.928558e-002
7.081333e-002
125 / 125
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