專利名稱：通過沖擊進行硬度測量的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及樣品的硬度測量裝置，該裝置使沖擊體撞擊到樣品從 而測量沖擊體的彈回參數(shù)。
背景技術：
在非破壞性的硬度試驗領域中，許多種試驗采用沖擊裝置。最初
的觀點如US4034603中所述。
為確定被測試的樣品硬度，用某些方式估算彈回能量；要么釆用 絕對值，或者將它與吸收能量進行比值計算。
通常，這些裝置包括管狀殼體和圓柱形或彈殼形沖擊體，該沖擊 體能夠在殼體內線性地移動。為進行試驗，沖擊體以一定的能量撞擊 到被測的表面上。大多數(shù)沖擊裝置采用彈簧來提供沖擊能。
現(xiàn)在注意這兩種最普通的機械。
1) 在第一類裝置中，操縱裝置的柄或者主體擠壓彈簧到最大壓力， 在其上觸發(fā)器自動釋放沖擊體。在沖擊作用后，通過第二彈簧該裝置 回到它的"放松"狀態(tài)。由于我們采用尤其是這種工具，例如觸動釘子 或者針的彈簧觸發(fā)的中心沖頭或者裝置，這種工作模式認為是標準模 式。類似的機構也常用于武器。
2) 在第二類裝置中，擠壓彈簧到最大彈簧壓力，且該裝置處于待 命狀態(tài)。通過分離操作例如通過按下按鈕，釋放觸發(fā)器。這是在例如 US4034603中描述的內容。
兩個模式的簡要分析顯現(xiàn)出它們相對于本發(fā)明的主題裝置范圍的 缺點。
在實例1)中，當擠壓負載彈簧(其能夠存儲相當多的能量)時， 操作員人為地加壓。這會導致抖動和打滑，也就是導致了不可靠結果。 在實例2)中上面的問題得到緩解-操作器能夠以放松方式觸發(fā) 裝置-然而，要依靠附加的操作和分離的機械觸發(fā)器。在這些實例中 測試裝置通過機器臂驅動，附加的觸發(fā)器意味著更加復雜、不太敏捷 的系統(tǒng)。
圖1示出了通常的用于金屬硬度測試的沖擊裝置，其根據(jù)上面所 述的實例2)運行。
這類沖擊裝置已經成為工業(yè)標準(ASTM公報)。
讓我們分析標準裝置的加壓和觸發(fā)特性，因為這些將由本發(fā)明替 代(superceeded )。
"提供"裝置，通過手動地將負載管1推向樣品2,沖擊彈簧被加 載。這個操作通過管狀托架4移動止動卡持部3，當在全壓縮位置時， 通過它的固定銷擋住沖擊體5。隨后負載彈簧6縮回該部件到它的原 位，因此提供沖擊彈簧7。通過推桿9和它的錐形頂部IO起動外部觸 發(fā)按鈕8，打開止動卡持部3并釋放沖擊體5。
信號處理和顯示電路11可設置在分離單元中或者直接固定在沖 擊設備上。必須對電路供給動力以檢測在拾波線圏12中感應的電壓和 顯示硬度讀數(shù)。
發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的是提供容易操作的裝置。 現(xiàn)在為了實現(xiàn)根據(jù)說明書的描述而進一 步明確的上述目的以及進 一步的目的，用于樣品硬度測量的裝置包括 殼體，
對樣品進行沖擊的沖擊體，其中，沖擊體沿裝置的軸線在加載位 置和釋放位置之間移動，
致動器沿從舒展位置到壓縮位置的路線可移動， 其中，所述裝置適用于
通過使致動器遠離舒展位置朝著壓縮位置移動，從而觸發(fā)沖擊體 從加載位置釋i文，以及 通過使致動器從壓縮位置移動到舒展位置，從而使沖擊體從釋放 位置移動到加載位置，因而加載所迷裝置。
這類裝置允許以單個運動即通過移動致動器來對裝置進行操作。 對比于如上提及的常規(guī)類型l裝置，然而，當給裝置加載時通過使用 者施加的力能夠更低。
本發(fā)明的第二個方面中，提供了用于樣品硬度測量的裝置，其包
括
殼體，
對樣品進行沖擊的沖擊體，其中，沖擊體沿裝置的軸線在加載位 置和釋放位置之間可移動，
測量電路，用于測量沖擊體從樣品的彈回，
檢測器，用于在加載位置和釋放位置之間的一位置處檢測沖擊體 的通過，
其中，測量電路具有第一和第二操作模式，其中朝著釋放位置的 方向沖擊體通過檢測器的位置，切換測量電路到第二操作模式，而遠
離釋放位置的方向沖擊體通過檢測器的位置，切換所述電路到第 一操
作模式。
因而，這個裝置采用沖擊體的移動在兩種操作模式中進行切換， 例如其允許減少使用者不得不發(fā)給裝置的明確命令的數(shù)量，由此導致 界面元件的減少和/或改善的便利性和/或可靠性。
在特別有益的實施例中，模式之間的轉換通過簧片開關檢測，該 簧片開關通過設置在沖擊體內的磁鐵的磁場來起動。這種簧片開關不 會提取能量因此允許電路非常低的功率準備操作。磁鐵可與常規(guī)裝置 中用于在拾波線圏中感應電流的磁鐵為相同的磁鐵。
本發(fā)明的進一步目的是提供具有低功率消耗的裝置。因而，在本
發(fā)明的最后方面中，用于樣品硬度測量的裝置包括
對樣品進行沖擊的沖擊體，其中，沖擊體包括磁鐵且沿裝置的軸 線在加載位置和釋放位置之間可移動，
測量電路，用于測量沖擊體從樣品的彈回，和
簧片開關，用于在加載位置和釋放位置之間的一位置處檢測沖擊 體的通過。
簧片開關例如能夠用于將電路從睡眠模式中喚醒或者能夠如上提 及的在兩種操作模式之間轉換。
當考慮接下來它的詳細描述，本發(fā)明將更易理解，且除了如上所
述那些目的之外的目的將變得顯而易見。這些描述參考附圖，其中 圖l是現(xiàn)有技術的裝置， 圖2示出了本發(fā)明有益實施例的示意圖， 圖3示出了沖擊體處于其加載位置情況下的圖2的裝置， 圖4示出了釋放沖擊體之后短時間內的裝置， 圖5示出了沖擊體處于其放松位置情況下的裝置，以及 圖6示出了當沖擊體從放松位置縮回時的裝置。
具體實施例方式
有益實施例裝置的總體視圖在圖2中示出。它包括具有箱體20 的殼體和延伸穿過箱體20的導管21。導管21的前端帶有支承環(huán)22， 而致動器23可滑動地設置在導管21的后端。致動器23形成圓柱形手 柄來供使用者抓緊。箱體20裝有測量電路、顯示器24和使用者可操 作的輸入元件，例如按鈕25。
現(xiàn)在注意圖3，其中示出了裝置中的部件設計。
該裝置的主要結構是導管21。支承環(huán)22設置在導管21的前端， 在那里裝置與要測試的樣品2接觸。拾波線圏26在箱體20中靠近導 管前端的位置纏繞著導管21。
為了得到緊湊設備，也就是沖擊裝置和電子設備結合成單一手提 式組件的系統(tǒng)，箱體20固定到導管21上。它包含各種電路，例如信 號處理機27、顯示器24和拾波線圏26，還有用作檢測器的簧片開關 28。所有這些部件都設置在電路板30上。
可動部件，從左至右為配置有硬頂34并帶有磁鐵36的沖擊體 32。沖擊體32設置在導管21中并且沿著它的軸線38可滑動。
磁鐵36和拾波線圏26之間的相互關系如US4034603所描述的那 樣，并且允許測量可顯示樣品2硬度的彈回過程參數(shù)。
在圖3所示的它的加載位置中，沖擊體32的后固定銷39與捕捉 器接合。捕捉器包括安裝到管狀托架42的止動卡持部40。通過具有 錐形頂部45的推桿44的釋放機構，捕捉器40、 42能夠得到釋放。止 動卡持部40通常處于能夠卡緊固定銷39的卡緊位置；通過推桿44 的一部分即錐形頂部45，止動卡持部40能夠打開釋放沖擊體32。推 桿44從致動器23延伸到捕捉器，且同軸地安裝到管狀托架42上，而 它的后端固定在致動器23上。在圖2的實施例中，推桿44可滑動地 設置在管狀托架42中。
沖擊彈簧48在捕捉器和沖擊體之間延伸。當沖擊體32處于加載 位置呈待命狀態(tài)時，沖擊彈簧48被完全壓縮。它的前端抵靠著沖擊體 32;它的后端固定到管狀托架42的螺紋部分。
管狀托架42可動地由中心件50引導，該中心件與導管21剛性連接。
管狀托架42在其后端處通過加寬部分54裝在致動器23的端蓋 52中。加寬部分54通過觸發(fā)彈簧58抵靠在端蓋52的凸緣56上。
端蓋52與致動器23連接，該端蓋52是裝置的主要人機交互界面， 下面將進行描述。
負栽彈簧62在管狀導引件21和致動器23的端蓋52之間延伸， 推動致動器23到如圖3所示的完全舒展位置。因為推桿44由加寬部 分64夾持住，該加寬部分緊靠管狀導引件21中的凸緣，推桿44就抵 抗負載彈簧62的作用力而保持致動器23。
參見圖1，示出的組件的大部分元件與在常規(guī)沖擊裝置中設置的 部件都是相同或者相似的。 一個不同之處在于在后端缺少釋放按鈕8 且存在一耦合器。
如圖3所示，這個耦合器的目的在于夾持住捕捉器40、 42處于它
的第一后向的位置，但是一旦超過觸發(fā)力的作用力沿著軸線38以向前 的方向作用于捕捉器40、 42，就釋放它。耦合器包括固定安裝在管狀 托架42上的環(huán)形輒66。輒66是鐵磁材料(例如軟鐵或者透磁合金)。 軛66緊靠磁環(huán)68設置，該磁環(huán)68由強磁材料制成(例如稀土鈷或者 釹鐵硼)。磁環(huán)68安裝在中心件50上。
含鐵軛66和磁環(huán)68的組合形成了磁力耦合器，其確保捕捉器40、 42穩(wěn)固地處于其第一后向的位置，直到止動卡持部40打開并且沖擊 體32已-皮釋放。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，沖擊彈簧48加載到1.5至2牛頓，處 于如圖3所示的位置。觸發(fā)彈簧58設置為2.5至3牛頓來確保止動卡 持部40不會在沖擊彈簧48的力的作用下打開。負載彈簧62可被確定 為5牛頓那么低，其是常規(guī)的觸發(fā)按鈕開關系統(tǒng)設定的額定值的三分之一。
注意在常規(guī)儀器中(如圖1所示)，初始位置僅通過負載彈簧6 來得到保證。這要求負載彈簧6比縮回沖擊體到初始位置所需要的彈 簧硬度更大。
負載彈簧62的減少力在機器人測試方面具有吸引人的益處。能夠 在人類操作員附近工作且不需要防護罩的較小機器人，通常限制力為 5牛頓。本發(fā)明的系統(tǒng)因此能夠設計來滿足所述需要。
到目前為止，我們已經看了處于待命狀態(tài)的沖擊裝置，也就是沖 擊彈簧48被壓縮，且沖擊體32處于圖3所示的加載位置。
現(xiàn)在讓我們看看圖4示出的觸發(fā)操作。
操作員通常采用兩只手的方式使用裝置。 一只手通過抓緊導管21 和/或箱體20的前端，確保在樣品2上裝置處于穩(wěn)定位置。另一只手 抓住致動器23。
(在一些應用中，使用者可以單手操作-通過本發(fā)明這也是容易 的)。
推動致動器23沿著軸線38向前背離其舒展位置，也就是朝向樣 品2，負載彈簧62和觸發(fā)簧58被壓縮。由于管狀托架42通過含鐵軛
66和磁環(huán)68的結合保持在它的最后位置處，推桿44將使得止動卡持 部40變形從而打開它。沖擊體32被釋放，沖擊彈簧48伸長使得沖擊 體32向樣品2加速，從而進行測量。
這里，使用者能夠讓致動器23回到它的完全舒展位置或者繼續(xù)推 動致動器向前。
當致動器進一步被推動向前時，在頂部45已經打開了止動卡持部 40之后的某些時刻，觸發(fā)彈簧58施加于管狀托架42的力超過了在輒 66和》茲環(huán)68之間磁力耦合的觸發(fā)力。這里，耦合將釋放捕捉器40、 42來和致動器23 —起沿著軸線38移動(如圖5所示)。以這種方式， 捕捉器能夠通過移動致動器23到它的完全壓縮位置而進入到前前向 第二位置。這里，捕捉器40、 42能夠與沖擊體32接合，該捕捉器現(xiàn) 在如圖5所示的處于它的釋放位置。
應注意到在耦合器66、 68剛打開后，觸發(fā)彈簧58立刻再次擴 展因此允許止動卡持部40閉合。在圖中，負載彈黃62的最右邊部分 以截面的形式顯示來突出觸發(fā)彈簧58的狀態(tài)。
操作者應當優(yōu)選在釋放耦合器66、 68之后，讓致動器23處于它 的舒展位置，隨后作用在致動器23上且超過耦合器66、 68的觸發(fā)力 的壓力也會向前移動捕捉器來抓緊沖擊體32。(明顯地，該裝置不會 在這種情況下觸發(fā))。
圖5示出了致動器23的中間位置，而捕捉器40、 42正朝著抓住 沖擊體32的方向移動。當致動器23已被推至完全壓縮位置時，捕捉 器40、 42與處于釋放位置的沖擊體32接合。
圖6示出了在捕捉器40、 42已經抓住沖擊體32之后而同時負栽 彈簧62帶動致動器23、捕捉器40、 42和沖擊體32返回加載位置時 的裝置。
為了描述，我們已經選擇了由含鐵軛66和磁環(huán)68組成的磁力耦 合器。彈簧類的耦合機構可成為具有類似特征的替代物。 到目前為止，我們已經聚焦在本發(fā)明的機械部分中。 分開沖擊裝置的待命狀態(tài)和放松狀態(tài)的構想還允許另一種重要特
性。
一現(xiàn)代的超小型電子指示裝置設計有益于超低功率消耗。通?，F(xiàn) 代微型控制器特征為減少接通/斷開開關的使用的"睡眠"模式。由此問 題產生，即如何喚醒裝置的電子元件，這種裝置處于睡眠模式時不能
夠提取任何電流。在目前這個實施例中這通過簧片開關28來完成，該 簧片開關通過沖擊體32的一部分即磁鐵36磁性地起動。同樣的磁鐵 36通過線圏26可用來測量沖擊體32的速度。
檢測沖擊體32在兩個方向上的轉換，即a)當將要沖擊到樣品2 上時，和b)當縮回初始位置經過時，簧片開關28將閉合。
這個現(xiàn)象用于喚醒電路并且執(zhí)行兩個不同的任務。a)如果信號處 理器27在來自簧片開關的脈沖之后檢測到沖擊信號的存在，也就是在 拾波線圏26中感應電流，信號將被處理并且在顯示器24上顯示出硬 度值；b)如果處理器27在來自簧片開關的脈沖之后沒有檢測到沖擊 信號，也就是拾波線圏26中沒有感應電流，則設定簧片開關28在沖 擊裝置32縮回期間已經閉合并且處理器27將導致顯示器24顯示出裝 置的設置情況而不是最后測量值。
這種特性允許幾個大特征合用一個顯示裝置而不需要讀數(shù)困難、 對比度更弱且成本更高的多排顯示。
在完成了任何一個任務后，電路回到睡眠模式。
換句話說，沖擊體32在簧片開關28位置處的通過將會在第一和 第二操作模式之間切換電路。在第一操作模式中，顯示器24將會顯示
一個或者更多的裝置設定值。在第二操作模式中，顯示器24將會顯示 最后測量的結果。當沖擊體32經過在其路徑上的簧片開關28到圖5 所示的釋放位置時，電路切換到第二操作模式。當沖擊體32遠離釋放 位置移動經過簧片開關28時，電路切回到它的第一操作模式。
為了示出顯示器的分時模式，圖3和6中顯示器示出了裝置已經 設置了的讀數(shù)為用于冷加工鋼(材料數(shù)2)的"洛氏硬度C (Rockwell C)"刻度。圖4和5示出了沖擊后的裝置，顯示器24示出了測量的 硬度，為"65.3"洛氏硬度。
除了在兩種操作模式之間切換電路之外，簧片開關28進一步為了 從睡眠中喚醒電路。每次開關28被起動，處理器27在高功率消耗的 激活模式中開始處理，目的是為了進行測量和顯示其結果，或者恢復 電流設定值并且顯示它們。 一旦任務完成，處理器27回到低功率消耗 的睡眠模式。
因此，能夠看到，簧片開關28適用兩種不同的目的，其能夠組合 或者單獨使用a)允許在兩種操作模式之間切換電路；b)從睡眠模 式中喚醒電路。
關于發(fā)明的電子部分，磁性起動簧片開關28能夠由任何類型的檢 測器來替換，所述檢測器通過沖擊體32或者沖擊裝置的任何可動部件 來起動。
雖然現(xiàn)在這里顯示并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，顯然應當明白 本發(fā)明不限于此，并且可以在接下來的權利要求范圍中不同地、多樣 地具體化和實施。
權利要求
1、用于樣品硬度測量的一種裝置，所述裝置包括殼體(20，21)，對樣品進行沖擊的沖擊體(32)，其中，沖擊體(32)沿裝置的軸線(38)在加載位置和釋放位置之間可移動，致動器(23)，沿從舒展位置到壓縮位置的路徑可移動，其中，所述裝置適用于通過使致動器(23)遠離舒展位置朝著壓縮位置移動，從而觸發(fā)所述沖擊體(32)而從加載位置釋放，并且通過使致動器(23)從壓縮位置移動到舒展位置，從而使沖擊體(32)從釋放位置移動到加載位置。
2、 如權利要求l所述的裝置，進一步包括捕捉器(40， 42),當致動器(23)移動到壓縮位置時，所述捕 捉器(40, 42)通過致動器(23)可操作地與處于釋放位置的沖擊體 (32)接合，而當致動器(23)在舒展位置時，所述捕捉器(40， 42) 通過致動器(23)可操作地將沖擊體(32)保持在加載位置中，以及釋放機構(44， 45)，當致動器(23)遠離舒展位置朝著壓縮位 置移動時，所述釋放機構通過致動器(23)可操作地從捕捉器(40， 42)中釋放沖擊體(32)。
3、 如權利要求2所述的裝置，進一步包括將捕捉器(40， 42)保 持在第一位置的耦合器(66, 68),其中，在沿著軸線(38)所施加 的觸發(fā)力超過耦合器(66， 68)力的作用下，耦合器(66， 68)釋放 捕捉器(40， 42),而使其沿著軸線(38)朝著第二位置移動，在第 二位置處捕捉器能與沖擊體(32)接合。
4、 如權利要求3所述的裝置，其中，耦合器(66， 68)是磁力耦 合器。
5、 如權利要求3或4任一所述的裝置，其中，釋放機構(44, 45) 包括從致動器(23)向捕捉器(40， 42)延伸的推桿(44)，其中，當捕捉器(40， 42)處于所述第一位置且致動器(23)遠離舒展位置 朝著壓縮位置移動時，推桿(44)適用于使捕捉器(40, 42)變形從 而將沖擊體(32)從捕捉器(40， 42)釋放。
6、 如權利要求5所述的裝置，進一步包括設置在捕捉器(40， 42)和致動器(23)之間的觸發(fā)彈簧(58)， 其中，當致動器(23)從舒展位置朝著壓縮位置移動時，首先所述推 桿(44)使捕捉器(40， 42)變形來釋放沖擊體(32)，然后所述觸 發(fā)彈簧(58)施加超過所述觸發(fā)力的作用力以打開耦合器(66， 68)。
7、 如權利要求5或6任一所述的裝置，其中，捕捉器(40， 42) 和推桿(44)同軸設置。
8、 如權利要求7所述的裝置，其中，所述捕捉器(40, 42)包括 管狀托架(42)，并且其中推桿(44)可滑動地設置在管狀托架內。
9、 如權利要求2-8任一所述的裝置，進一步包括在捕捉器(40， 42)和沖擊體(32)之間延伸的沖擊彈簧(48),其中，當沖擊體(32) 從加栽位置釋放時，沖擊彈簧(48)延伸使得沖擊體(32)朝樣品加 速。
10、 如前面任一權利要求所述的裝置，進一步包括在殼體和致動 器(23)之間延伸的負載彈簧(62)，用于朝著舒展位置推動致動器 (23)。
11、 如前面任一權利要求所述的裝置，其中，所述致動器(23) 形成為手柄供使用者抓緊。
12、 用于樣品硬度測量的一種裝置，尤其是前面任一權利要求的 裝置，所述裝置包括殼體(20， 21)，對樣品進行沖擊的沖擊體(32)，其中，所述沖擊體(32)沿裝置的軸線(38)在加載位置和釋放位置之間可移動，測量電路(26， 27)，用于測量沖擊體(32)從樣品的彈回， 檢測器(28),用于在加栽位置和釋放位置之間的一位置處檢測沖擊體(32)的通過，其中，所述測量電路(26， 27)具有第一和第二操作模式，其中， 在朝著釋放位置的方向上沖擊體(32)通過檢測器(28)的位置，從 而切換測量電路到第二操作模式，而在遠離釋放位置的方向上沖擊體 (32)通過檢測器(28)的位置，則切換所述電路到第一操作模式。
13、 如權利要求12所述的裝置，進一步包括設置在沖擊體(32) 中的磁鐵(36)，其中，檢測器(28)是由磁鐵(36)起動的簧片開 關。
14、 如權利要求13所述的裝置，進一步包括沿著沖擊體(32)的 路徑設置的線圏(26),其中，測量電路適用于根據(jù)由磁鐵(36)在 線圏(26)中感應的電流來測量彈回參數(shù)。
15、 如權利要求14所述的裝置，其中，如果來自簧片開關的脈沖 之后在線圏(26)中產生了電流脈沖，所述測量電路切換到第二操作 模式，如果沒有產生電流脈沖，則切換到第一操作模式。
16、 如權利要求12-15任一所述的裝置，其中，所述電路具有低 功率消耗的睡眠模式和高功率消耗的有源模式，其中來自檢測器(28 ) 的信號使電路切換到有源模式。
17、 如權利要求12-16任一所述的裝置，進一步包括顯示器(24)， 其中在第一操作模式中，電路適用于在顯示器(24)上顯示出第一操 作模式下裝置的設定值和第二操作模式下的測量結果。
18、 用于樣品硬度測量的一種裝置，尤其是前面任一權利要求的 裝置，所述裝置包括對樣品進行沖擊的沖擊體(32)，其中沖擊體(32)包括磁鐵(36) 且沿裝置的軸線(38)在加載位置和釋放位置之間可移動，測量電路(26, 27)，用于測量沖擊體(32)從樣品的彈回，和 簧片開關(28)，用于在加載位置和釋放位置之間的一個位置處 檢測沖擊體(32)的通過。
全文摘要
本發(fā)明的裝置包括致動器(23)，其能從舒展位置推動到壓縮位置。當這樣做時，首先致動器(23)釋放沖擊體(32)去撞擊樣品(2)，然后使捕捉器(40，42)向釋放的沖擊體(32)移動并將其帶回。沖擊體(32)的通過由簧片開關(28)檢測，該簧片開關喚醒處理電路且在兩種操作模式之間切換該電路。在第一模式中，電路顯示出設備狀態(tài)，而在第二模式中顯示出測量結果。
文檔編號G01N3/48GK101208591SQ200580050239
公開日2008年6月25日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權日2005年6月24日
發(fā)明者馬爾科·布蘭德斯蒂尼 申請人:馬爾科·布蘭德斯蒂尼