Analyse von Metallbruchflächen mit einem digitalen Mikroskop

Oberfläche einer Metallbruchstelle

Fraktographie

Die Fraktographie ist ein Analyseverfahren zur Bestimmung der Ursache eines Bruchs in einem Metallteil. Bei dem Verfahren werden Grübchen und Schwingstreifen auf der Bruchfläche analysiert, um festzustellen, ob der Bruch durch Korrosionsermüdung, Spannungskorrosion oder Spannungsbruch aufgrund von Ermüdung, Sprödigkeit, Duktilität oder Kriechen verursacht wurde. Die Richtung des Bruchs kann in der Regel ebenfalls bestimmt werden, was wertvolle Informationen über die Höhe der Spannung und Belastung liefert, der das Metallteil widerstehen kann.

Die Fraktographie gewinnt immer mehr an Bedeutung, da die Infrastruktur immer älter wird und Probleme bei der Qualitätskontrolle auftreten. Optische oder digitale Mikroskope sind wichtige Instrumente für die Fraktographie, mit denen sich hochwertige Bilder für die Analyse erfassen lassen. Allerdings können Bruchflächen komplexe Formen aufweisen, was ihre Untersuchung mit dem Mikroskop zu einer Herausforderung macht.

Vier Herausforderungen bei der Untersuchung von Metallbruchflächen mit dem Mikroskop

Beobachtung einer Bruchfläche in einem großen Bereich

Zu Beginn einer Analyse beobachten die Prüfer die Oberfläche mit dem größtmöglichen Sichtfeld, um die Schadensursache zu finden. Eine Lösung hierfür ist das Stitching, bei dem mehrere Bilder zu einem großen Bild zusammengefügt werden. Eine schlechte Optik kann jedoch dazu führen, dass die Nähte zwischen den Bildern sichtbar sind, was die Lokalisierung der Schadensursache erschwert.

Nähte zwischen überlappenden Bildern sind deutlich sichtbar.

Beobachtungsposition während der Analyse im Auge behalten

Merkmale und Topographie einer Bruchfläche können sich sehr ähneln, sodass man bei der Analyse leicht die beobachtete Stelle aus dem Auge verlieren kann. Wenn ein Benutzer die beobachtete Stelle nicht mehr finden kann, muss er möglicherweise von vorne beginnen.

Problematische Lokalisierung einer Singularität auf der Bruchfläche

Beobachtungen mit geringer Vergrößerung dienen zur Lokalisierung von Singularitäten. Bei Höhenunterschieden der Oberfläche kann die fehlende Schärfentiefe des Mikroskops auch bei geringer Vergrößerung verhindern, dass das Bild vollständig scharf gestellt ist. In diesem Fall können die Prüfer mit einer speziellen Bildverarbeitungstechnik, der sogenannten Fokus-Stapelung, ein scharfes Bild erzeugen. Dieser Prozess kann jedoch zeitaufwändig seinWenn dann ein anderer Abschnitt der Probe untersucht werden soll, muss der Benutzer zur Navigation zum Live-Bild zurückkehren.

Die Fähigkeit, die Singularität zu lokalisieren, hängt auch von der Auflösung der Mikroskopobjektivs ab. Die meisten Objektive mit geringer Vergrößerung haben auch eine niedrige Auflösung, was die Aufnahme einer Singularität auf einer komplex geformten Bruchfläche erschweren kann.

Schwierige Analyse einer Singularität

Sobald eine Singularität lokalisiert ist, wird sie mit hoher Vergrößerung untersucht. Wie oben erörtert, hat die Auflösung des Objektivs einen erheblichen Einfluss auf die Bildqualität, sodass das Bild unscharf werden kann, wenn ein Prüfer versucht, die Singularität zu vergrößern. In diesem Fall muss der Prüfer zu einem Objektiv mit höherer Vergrößerung und besserer Auflösung wechseln. Das bedeutet jedoch, dass das Bild neu fokussiert und die Singularität wiedergefunden werden muss, sodass die Prüfung mehr Zeit benötigt.

Ein weiteres Problem bei Objektiven mit hoher Vergrößerung ist ihre geringere Schärfentiefe, was die Fokus-Stapelung zur Erzielung eines scharfen Bildes problematisch gestaltet. Außerdem kann aufgrund des geringen Arbeitsabstands das Objektiv bei der Fokus-Stapelung mit der Probe kollidieren, sodass beide beschädigt werden können.

Geringe Schärfentiefe

Vorteile des Digitalmikroskops DSX1000 für die Fraktographie

DSX-Objektive mit geringer Vergrößerung kombinieren eine große Schärfentiefe mit hoher Auflösung und liefern so scharfe Bilder. Wenn eine noch größere Schärfentiefe benötigt wird, kann dies durch Drücken der Taste für Schärfentiefe vergrößern an der Konsole erreicht werden. Durch diese Eigenschaften können scharfe Bilder angezeig und Singularitäten schneller gefunden werden. Selbst wenn die Bruchfläche große Unregelmäßigkeiten aufweist, können trotzdem noch hochauflösende Bilder erhalten werden.

In dem Bild, das mit dem digitalen Mikroskop DSX1000 (rechts) aufgenommen wurde, ist die Topographie des Bruchs viel deutlicher zu erkennen als in dem Bild, das mit einem herkömmlichen Mikroskop erfasst wurde.

Hohe Vergrößerung

Das Umschalten auf eine hohe Vergrößerung zur detaillierten Prüfung ist bei dem digitalen DSX1000 Mikroskop einfach. Mit den Schnellwechselobjektiven kann ein Objektiv mit geringer Vergrößerung herausgeschoben und durch ein Objektiv mit hoher Vergrößerung ersetzt werden, ohne den Bereich von Interesse auf der Probe zu verlieren.

Die Objektive sind in Schnellwechselkassetten montiert, die in den Zoomkopf hinein- und wieder herausgeschoben werden.

Wie die Objektive mit geringer Vergrößerung kombinieren auch die DSX-Objektive mit hoher Vergrößerung eine hohe Auflösung und große Schärfentiefe, sodass die Bruchfläche bei einer genauen Prüfung als scharfes Bild betrachtet werden kann. Die Funktion Schärfentiefe vergrößern funktioniert auch mit Objektiven mit hoher Vergrößerung, wenn eine größere Schärfentiefe erforderlich ist.

Objektive der XLOB-Serie

Taste für größere Schärfentiefe

Zur Korrektur von Problemen, die häufig beim Stichting von Bildern auftreten, beispielsweise sichtbare Verbindungslinien zwischen den Bildern, besitzt das digitale Mikroskop DSX1000 einen verbesserten Algorithmus für die Musteranpassung und Randabschattung. Dadurch ergeben sich hochwertigere Stichting-Bilder ohne Positionsverschiebungen oder ungleichmäßige Bildnähte.

Die Makrokartierungsfunktion des Systems zeigt die Beobachtungsposition an, damit Benutzer besser sehen, wo sie ihre Probe betrachten. Jetzt können die Benutzer ihre Beobachtung fortsetzen, ohne die Beobachtungsposition aus den Augen zu verlieren.

Die Makrokartierung zeigt die Beobachtungsregion auf der Probe.

Vergleich von Bildern, die mit dem DSX1000 und einem herkömmlichen Mikroskop aufgenommen wurden.

In dem durch das DSX1000 Digitalmikroskop aufgenommenen Bild kann der charakteristische Zustand der Bruchfläche mit hoher Auflösung beobachtet werden.

* Um die XY-Genauigkeit zu garantieren, muss die Kalibrierung von einem Servicetechniker von Olympus durchgeführt werden.