加强洛氏硬度测试的计量基础需要多方面的方法。作为论文的一部分，PTB在三个关键领域进行了改进。第一个解决了需要一种标准化的自动化方法来校准洛氏硬度参考块，而无需耗时的预测量。在所提出的方法中，通过实验室间比较来识别、确定和验证通用应用所需的关键参数。该方法的应用确保了符合ISO 6508标准，并降低了硬度参考块校准的总体成本[1]。
这项工作的第二个重点是解决压头设计中允许的几何公差导致的洛氏硬度测量值的偏差。洛氏压头为球锥金刚石尖端，开口角为120°，尖端半径为200 µm.球形截面与锥形部分融合的点称为过渡点。提出了一种基于压头测量几何特性的经验校正方法，并与常用的组标准校正方法[2]进行了基准比对。所提出的方法有效地纠正了软硬材料的硬度偏差，尽管其性能仅限于中等硬度范围。
最后，第三个进步在于使用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）改进金刚石洛氏压头尖端半径的校准（见图1）[3]。CLSM是一种非接触式仪器，可以有效地提供完整的3D地形数据。然而，与参考触觉方法相比，初步结果显示不一致。这种差异可以追溯到测量对象的形状。由于沿压头尖端表面的斜率不断变化，从CLSM获取的点云数据随着距图像中心距离的增加而沿高度轴失真。为了解决这个问题，引入了一种使用200µm高级红宝石球体作为传输标准的校准策略。这导致尖端半径的校准不确定性从超过3 µm至1以下 µm.
理想洛氏金刚石压头几何形状的正视图
压头躺下和压头在支架中的图像
此外，开发了一种新的评估技术，用于根据CLSM数据计算压头尖端的三维半径。这使得能够生成半径与高度（R-h）曲线，从而全面描述压头的球形区域（见图2）。R-h曲线提供了对尖端几何形状的清晰视觉评估，而不是像通常情况那样依赖于单个校准半径值而不指定评估高度。将这种方法应用于不同的压头，发现尽管标称半径相同，但由于尖端尖端变平或变尖，形状变化显著。这突显了需要更严格的质量控制和更明确的半径评估标准。
总的来说，这项工作中实现的改进提高了洛氏硬度测试的可追溯性、准确性和可比性，为改进工业实践和硬度计量界的国际协调铺平了道路。
压头EDK1、EDK2和EDK3的3D半径与高度（R-h曲线）
References
[1] M. Zackaria, F. Menelao, D. Nimptsch, T. Stegmaier, P. Beisel, R. Reinstaedt, U. Brand and R. Tutsch
Universal automation approach for efficient calibration of Rockwell hardness reference blocks
IMEKO 24thTC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference (Cavtat-Dubrovnik, Croatia) (2022)
[2] M. Zackaria, F. Menelao, A. Felgner, U. Brand and R. Tutsch
Correcting Rockwell hardness values based on improved measurements of diamond indenters using confocal laser scanning microscope
Measurement: Sensors 2025, 38, 101446, doi:10.1016/j.measen.2024.101446 (2024)
[3] M. Zackaria, A. Felgner, F. Menelao, T. Ahbe, U. Brand and R. Tutsch
Calibration of the spherical tip radius of Rockwell hardness diamond indenters using a confocal laser scanning microscope
Measurement Science and Technology 35 125017 (2024)
