專利名稱：通用測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料硬度和拉伸壓縮檢測裝置，尤其涉及一種壓痕硬度計，該硬度計允許使用者利用多種類型的硬度試驗來檢測和得到高度精確的材料硬度。
背景技術：
本領域技術人員都知道實驗室需要多種類型材料測量儀，例如洛氏硬度測量儀， 布氏硬度測量儀，韋氏硬度測量儀，顯微硬度測量儀和努式硬度測量儀，另外還有拉伸壓縮測量儀。所有生產廠家均想制造一種儀器，使該儀器能夠進行上述所有儀器的同樣功能，這樣用戶可以擁有少量儀器并可完成各種測量而且節(jié)省成本。直到目前為止，這仍然非常困難。所有儀器需要能夠提供和測量精密準確的作用力且每種測量儀各有不同的有效力值范圍。例如，洛氏測量儀所需初始試驗力值為10千克力，總試驗力值為150千克力；布氏測量儀所需最大力值為3000千克力；顯微韋氏測量儀需要精確到0. 1千克力。直到目前為止， 可以提供此種大范圍的力的測量儀器要想得到精密準確的測量結果是不可能的。甚至是在一個小的范圍內，儀器在用于力的精密準確的測量時也有困難。例如，洛氏測量儀要求150千克力。對實驗室儀器來說，150千克力的稱重太重了，因此設計者使用 15千克力通過杠桿來為測量儀提供150千克力的稱重。隨著時間的推移，這些機械部件會發(fā)生摩擦和磨損，最終測量所得的力值將是不準確的。壓痕硬度計是通過測量壓頭壓入測量樣品的深度或位移，來確定被測量樣品的硬度。在現(xiàn)有的壓痕硬度測量儀中都有可在實際位移和實測位移之間做相對移動的位移傳遞機械部件。如此，這些機械的相對移動導致在位移測量點和測量樣品之間發(fā)生了摩擦和位移丟失，由此導致硬度測量的重復性準確度被破壞。隨著時間的推移，這些稱重式硬度測量儀，由于它們的機械型不精密性導致現(xiàn)代的反饋控制閉環(huán)系統(tǒng)的使用，該系統(tǒng)包括一個作為測量手段的一部分的稱重傳感器以用于測量被施加于被測樣品上的力的大小。美國專利4，435，976描述了一種用于決定施力大小的稱重傳感器在布氏測量中的應用，該專利采用了一種反饋回路用于自動補償諸如溫度和摩擦等因素對測量精度的影響。另外一種例子是美國專利6，142，010，該專利介紹了包括一個用于測量和施力的稱重傳感器的控制閉環(huán)系統(tǒng)在洛氏測量儀中的使用。另外一個例子是美國專利6，247, 356，該專利介紹了包括一個用于測量和施力的稱重傳感器的控制閉環(huán)系統(tǒng)在顯微硬度測量儀中的使用。這些儀器采用稱重傳感器作為感應器來測量施力大小。它們的弱點是僅能用于一種類型的硬度測量。例如，洛氏測量儀不能用于韋氏硬度測量，布氏硬度測量或顯微硬度測量。它們的其它弱點是這些測量儀所采用的稱重傳感器是圓盤型稱重傳感器。這種類型的稱重傳感器的測量精度僅在0. 到0.5%之間。因此，它們不能用于范圍較大的力的測量。美國專利6，142，010和6，M7，356所采用的結構無法提供足夠的支持來承受更大的施加力。這些會影響到測量結果的精確度。所有已知的臺式硬度測量儀包括使用稱重傳感器或和載重砝碼型號，均采用升降螺桿來適應不同大小的樣件。在升降螺桿機構中，所用的機械性作用力會引起位移測量精確度下降，導致測量結果誤差的產生，其它可能的偏差丟失也會導致位移測量誤差的產生。所有已知的硬度測量儀均不適于測量孔狀和溝槽形狀的樣件。

發(fā)明內容
相應地，本發(fā)明的一個目的是提供一種新型測量儀，該測量儀能夠進行所有類型的硬度測量洛氏硬度儀，布氏硬度儀，韋氏硬度儀，顯微韋氏硬度儀和努式硬度儀及拉伸壓縮測量。本發(fā)明測量儀在概念上與前述測量儀有異。本發(fā)明將測量和施力供應部分分開為不同的裝置，而不是如目前已知的測量儀那樣是一個單一整體。本發(fā)明的目的是提供一種操作簡便，高度精確的測量儀器。該測量儀能夠自動運行測量操作。本發(fā)明的另一個目的是提供這種采用了包括電子電路與計算機通信連接在內的新技術的具有優(yōu)勢的測量儀。本發(fā)明的另一目的是提供一種儀器，該儀器在進行硬度測量時可以很方便地在如洛氏測量，布氏測量，維氏測量，顯微韋氏測量，努氏測量和強度測量等不同類型硬度測量方式之間切換。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，該測量儀可很方便地更換和安裝不同的測量裝置和壓頭。本發(fā)明的另一目的是提供一種結構簡單的測量儀，以能降低生產成本和減少維修。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中其測量裝置是一個包含有測力傳感器，位移傳感器和數(shù)據(jù)處理電路的獨立單元。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀測量裝置的測力傳感器比現(xiàn)有硬度測量儀的圓盤形測力傳感器精確度更高。該測量儀測量裝置的測力傳感器是一種梁式稱重傳感器。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀測量裝置直接測量壓頭在樣件表面的位移。這就減少了位移傳遞過程中所導致的位移誤差。該測量裝置位移傳感器是電容傳感器或光柵傳感器或線性差動可變變壓器式位移傳感器。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀測量裝置的結構適于測量孔狀，溝槽形或其他不規(guī)則形狀的樣品。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀測量裝置的數(shù)據(jù)處理電路可將測力傳感器和位移傳感器的模擬信號轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)并通過接口將其發(fā)送到控制和顯示系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個目的是提供提供一種測量儀，其中該測量儀測量裝置的數(shù)據(jù)處理電路具有數(shù)據(jù)存儲功能，因此該測量裝置可以存儲包括自身識別和校正數(shù)據(jù)在內的所有數(shù)據(jù)。當該測量裝置與不同力提供裝置安裝在一起時，不管是哪一種測力器，對同一樣品的測量結果都將是相同的。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀測力器提供從 0. Olkg-IOOOkg的大范圍的高精確的拉伸或壓縮力。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀施力部分包含有一個箱形框架，底座和滑塊。該箱形框架固定有一對滑動軸和一個滾珠螺桿。一臺交流伺服電機被固定于的載物臺底部，并與滾珠螺桿相連。交流伺服電機驅動滾珠螺桿，后者使滑塊沿滑動軸垂直移動。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀滑塊有一用于安裝測量裝置的插槽。該插槽中有一可與測量裝置通信相連的電路接口。本發(fā)明的另一目的是提供一種測量儀，其中該測量儀的底座操作臺是一個帶有 T-型槽的載物臺。用于支承測試樣品的鐵砧通過螺釘安放于載物臺上。各種不同形狀的鐵砧可依樣品的形狀被安裝和更換。此外，底座載物臺本身也可支撐大的樣品。這種結構取消上述的臺式硬度儀的升降螺桿裝置，避免了由升降螺桿結構所導致的測量誤差。依據(jù)本發(fā)明，可達到上述和其它目的和優(yōu)勢的測量儀包括多個進行各種硬度測量的測量裝置，這些硬度測量選自于一個包括洛氏硬度測量，韋氏硬度測量，布氏硬度測量，顯微硬度測量，拉伸壓縮測量在內的測量裝置組合，其中的每一種測量裝置均為獨立的單元且每種測量裝置均有自己的測力傳感器和自己的數(shù)據(jù)處理電路；及一套組件，該組件包括產生力的裝置；由產生力的裝置驅動的滑動裝置；當測量裝置連接在滑動裝置上，控制系統(tǒng)根據(jù)測量裝置力的測量，準確地控制施加于測量樣品上的力；其中與滑動裝置相連以進行相應硬度測量試驗的測量裝置，該測量裝置為可更換和可拆卸；通過選擇性切換，測量裝置可從一種換成另一種，該測量儀也成為了一種可對測量樣品進行各種不同硬度測量的通用測量儀。依照本發(fā)明的其他方面，本發(fā)明提供一種通過測量儀來測量被測樣品的方法，此方法包括的步驟有選擇一種測量裝置，以對測量樣品進行硬度測量，其中該硬度測量是從一個硬度測試裝置組合中選出來的，該硬度測試裝置組合包括洛氏硬度測量，韋氏硬度測量，布氏硬度測量，顯微硬度測量和拉伸-壓縮測量；進行特定硬度測量時，將所要用的測量裝置可拆卸地與滑動裝置相耦連，其中每種測量裝置均有自己的測力傳感器和自己的數(shù)據(jù)處理電路；利用控制系統(tǒng)控制施加于測量樣品上的力；并將測力傳感器的數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。通過對隨后的描述和附圖的理解，本發(fā)明進一步的目的和優(yōu)勢將得以充分體現(xiàn)。本發(fā)明的這些和其它目的、特點和優(yōu)勢，通過下述的詳細說明，附圖和權利要求得以充分體現(xiàn)。附圖簡要說明

圖1為依本發(fā)明較佳實施例的測量儀視圖。圖2為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的洛氏硬度測量裝置視圖。圖3為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的洛氏硬度測量裝置的位移傳感器視圖。圖4為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的洛氏硬度測量裝置電子電路模塊和原理示意圖。圖5為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的韋氏硬度測量裝置視圖。圖6為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的布氏硬度測量裝置視圖。圖7為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的顯微硬度測量裝置視圖。圖8為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的拉伸和或壓縮測量裝置視圖。圖9為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀的其它類型測量裝置(布氏硬度計，韋氏硬度計，顯微硬度計，拉伸和或壓縮計)電子電路模塊和原理示意圖。圖10為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀操作流程圖。圖11為依上述本發(fā)明較佳實施例的測量儀顯微鏡視圖。實施方式現(xiàn)在參考圖1對本創(chuàng)造性測量儀進行描述。如圖1所示，本發(fā)明測量儀包括一套組件，該組件包括一個底座1和一個箱形框架2。箱形框架2被固定于底座1上，底座1為本測量儀的結構基礎?；瑒友b置3的運動通過控制安裝于箱形框架2底部的交流伺服電機 9來完成。所述交流伺服電機9驅動螺紋滾珠螺桿6。一對滑動軸4橫跨滾珠螺桿6兩邊。 滑動裝置3裝有線性運動球軸承或滑動元件5，使滑動裝置3沿滑動軸4垂直的移動?；瑒友b置3被滾珠螺桿6所驅動。交流伺服電機9通過聯(lián)軸器16與滾珠螺桿6緊緊相連。滾珠螺桿6通過軸承14 和15被安裝于箱形框架2上。滾珠螺母7被固定安裝于滑動裝置3上。另一個滾珠螺母8附著于滑動裝置3。 滾珠螺母8可在垂直方向上作微小移動。彈簧12被安裝在滑動裝置3上，位于滾珠螺母7 和滾珠螺母8之間產生互為的反作用力，彈簧12使?jié)L珠螺母與滾珠螺桿之間的間隙減少到最小。當交流伺服馬達9改變轉動方向時，如從順時針轉動轉變?yōu)槟鏁r針轉動或從逆時針轉動轉變?yōu)轫槙r針轉動，彈簧12將會彌合由此產生的任何間隙，保證滑動裝置3作精確的垂直移動?？刂坪惋@示系統(tǒng)20被安裝在滑動裝置3上。底座1的表面是帶有T型槽的載物臺17。鐵砧21通過螺釘19被固定于載物臺 17上。樣品22被放置在鐵砧21上。依樣品形狀的不同鐵砧21可被更換為不同形狀的鐵砧。另外，如果情況需要的話，去除鐵砧21之后的載物臺17本身即可以支持大的樣品。本測量儀進一步包括一個顯微鏡13，該顯微鏡被測量儀滑動裝置3所支撐。圖11 描述了與韋氏硬度測量裝置或顯微硬度測量裝置一起使用的該顯微鏡。本測量儀的使用者可能會使用顯微鏡13以放大方式來觀察鐵砧21上的樣品22以檢測壓頭所得壓痕。顯微鏡 13的軸承132通過圖1所示的螺釘131被固定在滑動裝置3上。顯微鏡13可繞軸承132轉動以達到從工作位至空置位的切換。顯微鏡13可被調整為自動模式或手動模式。該顯微鏡鏡體133被安裝在溝槽134中并可微調以使顯微鏡物鏡對準樣品22上的壓痕。物鏡 135和目鏡136位于顯微鏡體133上。樣品22上的壓痕圖像進入物鏡135并經(jīng)鏡面137反射進入目鏡136。該測量儀測量裝置10通過螺釘111被安裝在滑動裝置3的溝槽11中。有多種可安裝于本測量儀的測量裝置10 圖2中的洛氏硬度測量裝置，圖5中的韋氏硬度測量裝置， 圖6中的布氏硬度測量裝置，圖7中的顯微硬度測量裝置和圖8中的拉伸壓縮測量裝置。每種測量裝置均是帶有它自己的測力傳感器，位移傳感器和數(shù)據(jù)處理電路的獨立單元。換句話說，本發(fā)明產生一種通用測量儀，在一臺該種測量儀上可進行各種不同的硬度測量。圖2描述了一種洛氏硬度測量裝置101。洛氏硬度測量裝置101主體部分兩側為方形空腔10101，這兩個方形空腔在兩者之間形成間隔墻10102。在兩個空腔10101左側分別固定有兩個應變計10103，間隔墻10102兩側固定有另外兩個應變計10104。這些結構形成了梁式稱重傳感器且其為高精度測力傳感器，其遲滯性，不可重復性和非線性條件下的測量誤差僅為0. 02%，其測量誤差好于圓盤式稱重傳感器的誤差。洛氏硬度計測量裝置 101的量程為150kg。一位移傳感器通過4個螺釘10109被固定于洛氏硬度計測量裝置主體101前部的空腔上，此位移傳感器用于樣品22上壓痕深度的測量。圖3是對該位移傳感器的說明。該位移傳感器10110有一個傳感器空腔10111和同軸固定在位移傳感器10110法蘭10116上的定位銷10113。管狀導向筒10112圍繞定位銷10113。它使導向筒10112僅能做對定位銷10113的同軸垂直運動并阻止施加于被測樣品表面的壓頭10114上的力發(fā)生水平移動。洛氏硬度計測量裝置101的位移傳感器10110進一步包括一個傳感器軸10123，該傳感器軸處于傳感器空腔內。在導向筒10112和傳感器軸10123底部10117之間有3塊傳動銷10118。這3個傳動銷10118以120度夾角分布于傳感器軸10123底部10117并環(huán)繞導向筒放置。當滑動裝置3被驅動以對定位銷上壓頭10114施加壓力以在測量樣品22測量表面制造壓痕時，導向筒10112向上移動，作用力傳至傳動銷10118并驅動傳動銷10118 和傳感器軸10123向上移動。隨后，位移傳感器10110檢測并測量傳感器軸10123的線性位移，該位移相當于壓頭壓入樣品22測量表面線性位移代表被測樣品22的硬度。如圖3所示，導向筒10112的開口邊10115表面是平的以使開口邊10115可以等高地與被測樣品22測量表面相接。因此就要求被測樣品22具有一個相對較小的平的測量表面以使導向筒10112的開口邊與樣品表面等高相接，導向筒沿定位銷10113作同軸滑動以準確檢測壓頭10114穿入被測樣品22測量表面的位移。位移傳感器10110進一步含有一個波形彈簧10120和一個安裝在洛氏硬度測量裝置結構主體101內的彈簧支架10119，波形彈簧10120結構對傳感器軸施加一作用力，該作用力依次被傳至并被施加于傳動銷10118和導向筒10112以使導向筒10112在沒有被測樣品時處于零位移檢測位狀態(tài)。位移傳感器10110進一步包括一個被4個螺釘10122固定在法蘭上的法蘭殼 10121，該法蘭殼10121對導向筒10112沿定位銷10113的運動距離產生限制。
該位移傳感器10110進一步包括中間有孔洞的兩個圓形鋼質葉片10124，這兩個鋼質葉片的外緣通過螺母被固定在傳感器空腔10111內壁。這兩個圓形鋼質葉片芯部通過自身帶有的孔被固定在傳感器軸10123上。此傳感器軸10123通過被固定于傳感器空腔內緣的圓形鋼質葉片IOlM和其上的孔洞結構防止傳感器軸10123做水平方向上的運動從而確保傳感器軸10123僅作垂直方向上的位移。鋼質葉片IOlM不存在水平方向上位移以減少了位移傳感器噪音。該位移傳感器進一步包括兩個被固定在傳感器空腔10111內的固定電極10125， 一個固定在傳感器軸10123上活動電極10126。當傳感器軸10123處于調整狀態(tài)時，活動電極101 可在兩個固定電極10125之間移動。這兩個固定電極10125和活動電極101 形成兩個電容。這兩個處于兩個固定電極10125和活動電極101 之間的電容隨傳感器軸的位置移動而產生變化，這兩個電容之間的差值與傳感器軸10123在垂直方向上的位移成一定比例，電容之間的差值又與壓頭10114在被測樣品22測量表面的壓入距離成一定比例。該位移傳感器10110進一步包括一個位于傳感器空腔內的電容調節(jié)電路10127， 電容調節(jié)電路10127可將電容信號轉化為放大的模擬信號。該位移傳感器的另一選項是使用光柵測長傳感器。一旦光柵測長傳感器的成本降低，該傳感器就適宜于使用光柵測長傳感器。該位移傳感器的另一選項是使用線性差動變壓器式位移傳感器。當該種技術的傳感器的精度、分辨率和靈敏度得到提升時，也可使用這種線性差動變壓器式位移傳感器。如圖2，所述洛氏硬度計測量裝置進一步包括兩個側蓋101105，這兩個側蓋 101105位于測量裝置主體結構101。電路10106被貼在右手邊側蓋上。圖4為洛氏硬度計測量裝置101的電子電路模式圖和原理示意圖。該測量裝置電路將測力傳感器和位移傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并傳輸至控制和顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。該電路帶有電可擦可編程只讀存儲器，因此所述測量裝置可存儲包括自身識別和校正數(shù)據(jù)在內的所有數(shù)據(jù)。因此，所有的測量裝置是獨立的并可被安裝在任一測量儀上，且不管所用的是哪一臺測量儀，對同一樣品來說，所得的測量結果是相同的。則當測量裝置被安裝在不同的測量儀或測力裝置上時，就沒有必要再對整個測量儀進行重新校對。如圖2所示，該洛氏測量裝置101進一步包括一個連接接口 10107，所述連接接口 10107與滑動裝置3相接且通過此連接接口，所述洛氏硬度計測量裝置101與控制和顯示系統(tǒng)通信相連。圖5是對韋氏硬度計測量裝置102的說明。該韋氏硬度計測量裝置102包括一個測力傳感器1021，韋氏壓頭1023，一個連接接口 1022和一個電路10206。圖9所示是該韋氏硬度計測量裝置102的電子電路模式圖和原理圖。該測量裝置電路可將測力傳感器的模擬信號轉化成數(shù)字數(shù)據(jù)并傳輸至與控制單元相連的數(shù)據(jù)接口。該電路帶有電可擦可編程只讀存儲器，因此所述測量裝置可存儲包括自身識別和校正數(shù)據(jù)在內的所有數(shù)據(jù)。因此，所有的測量裝置是獨立的并可被安裝在任一測量儀上，且不管所用的是哪一臺測量儀，對同一樣品來說，所得的測量結果是相同的。則當測量裝置被安裝在不同的測量儀或測力裝置上時，就沒有必要再對整個測量儀進行重新校對。該測力傳感器的工作原理與洛氏測量裝置測力傳感器工作原理相同。韋氏硬度計測量裝置102的量程為120kg。該韋氏硬度計測量裝置102可與圖13所示的顯微鏡一起使
圖6是對布氏硬度計測量裝置103的說明。該布氏硬度計測量裝置103包括一個測力傳感器1031，一個球壓頭1033，一個連接接口 1032和一個電路10306。圖9所示是該布氏硬度計測量裝置103的電子電路模式圖和原理圖。該測量裝置電路可將測力傳感器的模擬信號轉化成數(shù)字數(shù)據(jù)并傳輸至與控制單元相連的數(shù)據(jù)接口。該電路帶有電可擦可編程只讀存儲器，因此所述測量裝置可存儲包括自身識別和校正數(shù)據(jù)在內的所有數(shù)據(jù)。因此，所有的測量裝置是獨立的并可被安裝在任一測量儀上，且不管所用的是哪一臺測量儀，對同一樣品來說，所得的測量結果是相同的。則當測量裝置被安裝在不同的測量儀或測力裝置上時，就沒有必要再對整個測量儀進行重新校對。布氏硬度計測量裝置103的測力傳感器與洛氏硬度計測力傳感器的形狀有所不同。布氏硬度計測力傳感器工作原理與洛氏硬度計測力傳感器的工作原理相同。布氏硬度計測量裝置103的量程高達3000Kg。布氏硬度計測量裝置103可與顯微鏡13 —起使用。圖7是對用于顯微韋氏硬度測量和努氏硬度測量的顯微硬度測量裝置的說明。該顯微硬度測量裝置104包括一個測力傳感器1041，顯微韋氏壓頭或努氏壓頭1043，一個連接接口 1042和一個電路10406。圖9所示為該顯微硬度計測量裝置104的電子電路模式圖和原理圖。該測量裝置電路可將測力傳感器的模擬信號轉化成數(shù)字數(shù)據(jù)并傳輸至與控制單元相連的數(shù)據(jù)接口。該電路帶有電可擦可編程只讀存儲器，因此所述測量裝置可存儲包括自身識別和校正數(shù)據(jù)在內的所有數(shù)據(jù)。因此，所有的測量裝置是獨立的并可被安裝在任一測量儀上，且不管所用的是哪一臺測量儀，對同一樣品來說，所得的測量結果是相同的。則當測量裝置被安裝在不同的測量儀或測力裝置上時，就沒有必要再對整個測量儀進行重新校對。顯微硬度計測量裝置104的測力傳感器形狀與洛氏硬度計測力傳感器的形狀有所不同。顯微硬度計測力傳感器工作原理與洛氏硬度計測力傳感器的工作原理相同。顯微硬度計測量裝置104的量程為^g。顯微硬度計測量裝置104可與顯微鏡13 —起使用。圖8是對拉伸或壓縮測量裝置105的說明。該拉伸或壓縮測量裝置105包括一個測力傳感器1051，用于拉伸或壓縮測量的螺孔1053，一個連接接口 1052和一個電路10506。 圖9所示為該拉伸或壓縮測量裝置105的電子電路模式圖和原理圖。該測量裝置電路可將測力傳感器的模擬信號轉化成數(shù)字數(shù)據(jù)并傳輸至與控制單元相連的數(shù)據(jù)接口。該電路帶有電可擦可編程只讀存儲器，因此所述測量裝置可存儲包括自身識別和校正數(shù)據(jù)在內的所有數(shù)據(jù)。因此，所有的測量裝置是獨立的并可被安裝在任一測量儀上，且不管所用的是哪一臺測量儀，對同一樣品來說，所得的測量結果是相同的。則當測量裝置被安裝在不同的測量儀或測力裝置上時，就沒有必要再對整個測量儀進行重新校對。該拉伸或壓縮測量裝置105的測力傳感器的工作原理與洛氏硬度計測力傳感器的工作原理相同。該拉伸或壓縮測量裝置105的量程高達3000Kg。圖10所示為該測量儀的工作流程。首先，使用者依測量所要求的硬度選擇測量裝置10并將其安裝在滑動裝置上。然后，使用者打開電源。控制和顯示系統(tǒng)自動從測量裝置10存儲器下載包括測量裝置型號識別和校正信息在內的數(shù)據(jù)。依測量裝置10的具體型號，控制和顯示系統(tǒng)將會自動得到安裝，當所要進行的測量是洛氏測量時，交流伺服馬達9會驅動滾珠螺桿6，滑動裝置3朝被測樣品22移動，當定位銷10113的壓頭10114垂直穿入被測樣品22測量表面時，應變計 10103和10104檢測施加于壓頭10114上的力的大小并將檢測結果傳輸至控制和顯示系統(tǒng) 20?？刂坪惋@示系統(tǒng)將依收到的檢測結果控制交流伺服馬達繼續(xù)驅動滾珠螺桿和滑動裝置直到力的大小被達到所要求的大小。定位銷10113的壓頭10104垂直穿入被測樣品測量表面后，洛氏測量裝置101的導向筒10112向上移動，位移傳感器10110檢測壓頭壓入深度。本領域普通技術人員會明白附圖中所示的和以上所描述的本發(fā)明實施例僅是對本發(fā)明的示例而不是限制。由此可以看到本發(fā)明目的可被充分有效完成。用于解釋本發(fā)明功能和結構原理的所述實施例已被充分說明和描述，且本發(fā)明不受基于這些實施例原理基礎上的改變的限制。因此，本發(fā)明包括涵蓋在附屬權利要求書要求范圍和精神之內的所有修改。
權利要求
1.一種測量儀，包括多個進行各種硬度測量的測量裝置，這些硬度測量選自于一個包括洛氏硬度測量，韋氏硬度測量，布氏硬度測量，顯微硬度測量，拉伸壓縮測量在內的測量裝置組合，其中的每一種測量裝置均為獨立的單元且每種測量裝置均有自己的測力傳感器和自己的數(shù)據(jù)處理電路；及一套組件，該組件包括產生力的裝置；由產生力的裝置驅動的滑動裝置；當測量裝置連接在滑動裝置上，控制系統(tǒng)根據(jù)測量裝置力的測量，準確地控制施加于測量樣品上的力； 其中與滑動裝置相連以進行相應硬度測量試驗的測量裝置，該測量裝置為可更換和可拆卸；通過選擇性切換，測量裝置可從一種換成另一種，該測量儀也成為了一種可對測量樣品進行各種不同硬度測量的通用測量儀。
2.如權利要求1所述測量儀，其中所述測量裝置的其中一種是洛氏硬度計測量裝置， 該洛氏硬度計測量裝置包括一種作為測力傳感器的梁式稱重傳感器和一個位移傳感器，其中所述位移傳感器為一種選自于包括電容型位移傳感器，光柵測長傳感器和線性差動變壓器式位移傳感器的傳感器組合。
3.如權利要求2所述測量儀，其中該位移傳感器包括一個被管式導向筒密封的定位銷，其中所述定位銷的壓頭僅能在垂直水平上移動以能穿入被測樣品測量表面；一個傳感器軸，當所述滑動裝置被驅動以對所述定位銷壓頭提供穿入被測樣品測量表面的力時，所述位移傳感器檢測和測量所述傳感器軸的線性位移，該線性位移為相當于被測樣品硬度的所述定位銷壓頭的線性位移。
4.如權利要求3所述測量儀，其中所述梁式稱重傳感器包括兩個空腔，所述兩個空腔在這兩個空腔之間形成隔離墻，所述梁式稱重傳感器還包括兩個所述兩個空腔各自支承的第一應變儀和所述隔離墻兩側所支承的兩個第二應變儀，這些結構構成了所述梁式稱重傳感器。
5.如權利要求4所述測量儀，其中所述洛氏硬度計測量裝置進一步帶有一個傳感器空腔以使所述傳感器軸可被可動地放置在傳感器空腔內和呈120度間隔環(huán)形排列在所述導向筒和所述傳感器軸底部之間的3個傳動銷，這3個傳動銷橫穿所述軸底部，因此當所述滑動裝置被驅動以對定位銷壓頭施加作用力從而使其穿入被測樣品測量面時，所述導向筒向上移動，隨后驅動所述3個傳動銷并驅動傳感器軸，從而使相當于所述定位銷壓頭位移的所述傳感器軸線性位移可被所述位移傳感器所檢測和測量。
6.如權利要求5所述測量儀，其中所述導向筒的開口邊表面是平的以使開口邊可以等高地地與被測樣品22測量表面相接，從而確保位移測量結果高度精確。
7.如權利要求6所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括一個波形彈簧和一個安裝在洛氏硬度計測量裝置內的彈簧支架，波形彈簧結構對所述傳感器軸施加一作用力，該作用力依次被傳至并被施加于所述傳動銷和所述導向筒以使所述導向筒在沒有被測樣品時保持在零位移檢測位狀態(tài)。
8.如權利要求7所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括兩個圓形鋼質葉片，這兩個鋼質葉片的外緣通過螺母被固定在傳感器空腔內壁，這兩個圓形鋼質葉片芯部通過自身帶有的孔被固定在傳感器軸上以防止傳感器軸發(fā)生水平方向上的運動從而確保傳感器軸僅在垂直方向上的運動。
9.如權利要求8所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括兩個被固定在傳感器空腔內的固定電極，一個固定在傳感器軸上活動電極。當所述的傳感器軸處于調整狀態(tài)時，所述活動電極可在所述兩個固定電極之間移動。所述的這兩個固定電極和所述的活動電極形成兩個電容。其中所述的這兩個處于所述兩個固定電極和活動電極之間的電容隨所述傳感器軸的位置移動而產生變化，這兩個電容之間的差值與傳感器軸在垂直方向上的位移成一定比例。
10.如權利要求9所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括一個位于所述傳感器空腔內的電容調節(jié)電路，所述電容調節(jié)電路可將電容信號轉化為放大的模擬信號。
11.如權利要求2所述測量儀，其中所述洛氏硬度測量裝置進一步包括一個連接接口， 所述連接接口與所述滑動裝置相接且通過此連接接口，所述洛氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述洛氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器和所述位移傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
12.如權利要求10所述測量儀，其中所述洛氏硬度測量裝置進一步包括一個連接接口，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述洛氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述洛氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器和所述位移傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
13.如權利要求1所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個用于穿入被測樣品測量表面的韋氏壓頭和一個連接接口的韋氏測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述韋氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連， 其中，所述韋氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
14.如權利要求12所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個用于穿入被測樣品測量表面的韋氏壓頭和一個連接接口的韋氏測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述韋氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述韋氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
15.如權利要求13所述測量儀，其中所述韋氏測量裝置的量程是120kg。
16.如權利要求14所述測量儀，其中所述韋氏測最裝置的量程是120kg。
17.如權利要求1所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個球壓頭和一個連接接口的布氏測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述布氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述布氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
18.如權利要求16所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個球壓頭和一個連接接口的布氏測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述布氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述布氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
19.如權利要求17所述測量儀，其中所述布氏測量裝置的量程高達3000kg。
20.如權利要求18所述測量儀，其中所述布氏測量裝置的量程高達3000kg。
21.如權利要求1所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個顯微韋氏或努氏穿壓頭和一個連接接口的顯微硬度測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述顯微硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述顯微硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
22.如權利要求20所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個顯微韋氏或努氏壓頭和一個連接接口的顯微硬度測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述顯微硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述顯微硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
23.如權利要求21所述測量儀，其中所述顯微硬度測量裝置的量程是^g。
24.如權利要求22所述測量儀，其中所述顯微硬度測量裝置的量程是^g。
25.如權利要求1所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個用于拉伸或壓縮測量的螺孔和一個連接接口的拉伸或壓縮測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述拉伸或壓縮測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中， 所述拉伸或壓縮測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
26.如權利要求M所述測量儀，其中所述測量裝置之一是包括一個測力傳感器，一個用于拉伸或壓縮測量的螺孔和一個連接接口的拉伸或壓縮測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述拉伸或壓縮測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述拉伸或壓縮測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
27.如權利要求25所述測量儀，其中所述拉伸或壓縮測量裝置的量程高達3000kg。
28.如權利要求沈所述測量儀，其中所述拉伸或壓縮測量裝置的量程高達3000kg。
29.一種測量儀，包括一套組件，該組件包括一個支撐被測試樣品的底座和一個被所述底座支撐的箱形框架；一個作為動力源的被所述箱形框架支撐的馬達；一個被所述箱形框架支撐的可以移動的滑動裝置，所述滑動裝置移動的動力由所述馬達提供；一個安裝在所述滑動裝置上的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)用以控制施加在被測樣品上的作用力的大??；及一個與滑動裝置相耦連的用于對被測樣品進行硬度測量的測量裝置，所述樣品測量裝置選自于由洛氏硬度測量，韋氏硬度測量，布氏硬度測量，顯微硬度測量和拉伸-壓縮測量組成的測量裝置組合，其中所述測量裝置包括一個測力傳感器和一個可將所述測力傳感器模擬信號轉化成數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)處理電路。
30.如權利要求四所述的測量儀，其中所述組件進一步包括一個與位于所述箱形框架的所述滑動裝置可動耦連的滾珠螺桿；一個安裝在所述滑動裝置上的第一滾珠螺母；一個附著于所述滑動裝置上的第二滾珠螺母，所述第二滾珠螺母在垂直方向上可作輕微運動； 一個被安裝在所述滑動裝置上的彈簧，所述彈簧位于第一滾珠螺母和第二滾珠螺母之間以反作用力使?jié)L珠螺母與滾珠螺桿之間的間隙減少到最小。
31.如權利要求30所述測量儀進一步包括被所述滑動裝置所支撐的顯微鏡，所述顯微鏡可繞自身軸承轉動以達到從工作位至空置位的切換。
32.如權利要求四所述測量儀，其中所述測量裝置與所述滑動裝置可拆卸耦連。
33.如權利要求32所述測量儀，其中所述測量裝置是一種洛氏硬度計測量裝置，該洛氏硬度計測量裝置包括一個作為測力傳感器的梁式稱重傳感器及一個位移傳感器，其中所述位移傳感器為一種選自于包括電容位移傳感器，光柵測長傳感器和線性差動變壓器式位移傳感器的傳感器組的傳感器。
34.如權利要求33所述測量儀，其中該位移傳感器包括一個被管式導向筒密封的定位銷，其中所述定位銷壓頭僅能在垂直水平上移動以能穿入被測樣品測量表面；一個傳感器軸，當所述滑動裝置被驅動以對所述定位銷壓頭提供穿入被測樣品測量表面的力時，所述位移傳感器檢測和測量得到所述傳感器軸的線性位移，該線性位移相當于所述定位銷壓頭穿入被測樣品中的象征被測樣品強度的線性位移。
35.如權利要求34所述測量儀，其中所述梁式稱重傳感器包括兩個小室，所述兩個小室在這兩個小室之間形成隔離墻，所述梁式稱重傳感器還包括兩個所述兩個小室各自支承的第一應變儀和所述隔離墻兩側所支承的兩個第二應變儀，這些結構構成了所述梁式稱重傳感器。
36.如權利要求35所述測量儀，其中所述洛氏硬度計測量裝置進一步帶有一個如權利要求8所述測量儀，傳感器空腔以使所述傳感器軸可被動地放置在傳感器空腔內，呈120度間隔環(huán)形排列在所述導向筒和所述傳感器軸底部之間的3個傳動銷，這3個傳動銷橫穿所述軸底部，因此當所述滑動裝置被驅動以對定位銷壓頭施加作用力從而使其穿入被測樣品測量面時，所述導向筒向上移動，隨后驅動所述3個傳動銷并驅動傳感器軸，從而使相當于所述定位銷壓頭位移的所述傳感器軸線性位移可被所述位移傳感器所檢測和測量。
37.如權利要求36所述測量儀，其中所述導向筒的開口邊表面是平的以使開口邊可以等高地與被測樣品22測量表面相接，從而確保位移測量結果高度精確。
38.如權利要求37所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括一個波形彈簧和一個安裝在所述測量裝置內的彈簧支架，波形彈簧結構對所述傳感器軸施加一作用力，該作用力依次被傳至并被施加于所述傳動銷和所述導向筒以使所述導向筒在沒有被測樣品時保持在零位移檢測位狀態(tài)。
39.如權利要求38所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括兩個圓形鋼質葉片， 這兩個鋼質葉片的外緣通過螺母被固定在傳感器空腔內壁，這兩個圓形鋼質葉片芯部通過自身帶有的孔被固定在傳感器軸上以防止傳感器軸發(fā)生水平方向上的運動從而確保傳感器軸僅在垂直方向上的運動。
40.如權利要求39所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括兩個被固定在傳感器空腔內的固定電極，一個固定在傳感器軸上活動電極。當所述的傳感器軸處于調整狀態(tài)時， 所述活動電極可在所述兩個固定電極之間移動。所述的這兩個固定電極和所述的活動電極形成兩個電容。其中所述的這兩個處于所述兩個固定電極和活動電極之間的電容隨所述傳感器軸的位置移動而產生變化，這兩個電容之間的差值與傳感器軸在垂直方向上的位移成一定比例。
41.如權利要求40所述測量儀，其中所述位移傳感器進一步包括一個位于所述傳感器空腔內的電容調節(jié)電路，所述電容調節(jié)電路可將電容信號轉化為放大的模擬信號。
42.如權利要求32所述測量儀，其中所述測量裝置是包括一個用于穿入被測樣品測量表面的韋氏壓頭和一個連接接口的韋氏測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述韋氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述韋氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
43.如權利要求42所述測量儀，其中所述韋氏測量裝置的量程是120kg。
44.如權利要求32所述測量儀，其中所述測量裝置是一個包括一個球壓頭和一個連接接口的布氏測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述布氏硬度計測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述布氏硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
45.如權利要求44所述測量儀，其中所述布氏測量裝置的量程高達3000kg。
46.如權利要求32所述測量儀，其中所述測量裝置是一個包括一個顯微韋氏或努氏壓頭和一個連接接口的顯微硬度測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口將所述顯微硬度測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述顯微硬度測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
47.如權利要求46所述測量儀，其中所述顯微硬度測量裝置的量程是^g。
48.如權利要求32所述測量儀，其中所述測量裝置是一個包括一個用于拉伸-壓縮測量的螺孔和一個連接接口的拉伸或壓縮測量裝置，所述連接接口與所述滑動裝置相接，且通過此連接接口所述拉伸或壓縮測量裝置與所述控制系統(tǒng)通信相連，其中，所述拉伸或壓縮測量裝置數(shù)據(jù)處理電路將所述測力傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其傳輸至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口。
49.如權利要求48所述測量儀，其中所述拉伸或壓縮測量裝置的量程高達3000kg。
50.一種通過一種測量儀測量被測樣品的方法，此方法包括以下步驟(a)選擇一種測量裝置，以對測量樣品進行硬度測量，其中該硬度測量裝置是從一個硬度測量裝置組合中選出來的，該測量組合包括洛氏硬度，韋氏硬度，布氏硬度，顯微硬度測量和拉伸壓縮；(b)將所述測量裝置可拆卸地與進行特定硬度測量的組件的滑動裝置相耦連，其中每種所述測量裝置均有自己的測力傳感器和自己的數(shù)據(jù)處理電路；(c)利用控制系統(tǒng)控制施加于測量樣品上的力；并(d)將所述測力傳感器的數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送至所述控制系統(tǒng)接口。
51.如權利要求50所述方法，進一步包括一個將所述測量裝置從一種更換為另一種并將其與所述滑動裝置相耦連在一起以對所述被測樣品進行另一種硬度測量的步驟。
52.如權利要求51所述方法，其中步驟(b)進一步包括一個將所述各個測量裝置連接接口與所述滑動裝置接口相連以使所述測量裝置與所述控制系統(tǒng)通訊相連的步驟。
53.如權利要求52所述方法，其中步驟(b)進一步包括一個將所述測力傳感器模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)并將其發(fā)送至所述控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的步驟。
全文摘要
測量儀包括一套組件和一個測量裝置的。該組件包括一個底座，箱形框架，一個由馬達驅動的滑動裝置和一個控制施加在被測樣品上的作用力大小的控制系統(tǒng)。用于進行包括洛氏硬度計測量，韋氏硬度計測量，布氏硬度測量，顯微硬度測量和拉伸-壓縮測量的各種測量的所述測量裝置被耦連在滑動裝置上。所述測量裝置包括一個測力傳感器和一個將測力傳感器模擬信號轉化為數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理電路并將其發(fā)送至控制系統(tǒng)接口的數(shù)據(jù)處理電路。
文檔編號G01N3/08GK102213661SQ201010240900
公開日2011年10月12日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者吳查理, 吳紹明 申請人:吳查理, 吳紹明