組合式硬度測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種組合式硬度測量儀，由一測量主體和一組不同的框架組成，測量主體具有空腔和定位槽，用戶根據(jù)測量需要選擇不同的框架并把框架安裝在測量主體的定位槽上；在測量主體的空腔內(nèi)裝有測頭，在測頭內(nèi)裝有端面設(shè)有通孔的測力傳感器，傳動銷的一端與位移測量套接觸，另一端貫穿通孔與傳動板接觸；在測量主體的空腔的另一端安裝與減速器相連的電機，該減速器降低電機的速度并驅(qū)動安裝在軸承座上的螺桿以帶動測頭移動。采用上述結(jié)構(gòu)，使用戶可根據(jù)被測工件來選擇對應(yīng)的框架，并與測量主體組裝成特定的硬度測量儀，可以對形狀復(fù)雜的被測工件進行硬度測量，提高了組合式硬度測量儀的適用范圍，極大地滿足了用戶測試的要求。
【專利說明】組合式硬度測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種材料硬度檢測裝置，尤其涉及一種組合式硬度測量儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，工廠和試驗室都要對金屬產(chǎn)品的硬度進行測試 和分析，以控制產(chǎn)品的硬度使其適合產(chǎn)品的質(zhì)量要求。為此NIST(National Institute of Standards and Technology)和 ASTM(American Society for Testing and Materials)都規(guī) 定了金屬材料的硬度標準、硬度的載體的傳遞標準以及硬度測試的試驗儀器標準。
[0003] 以傳統(tǒng)的洛氏硬度測量儀為例，它包括一個框架，在框架上裝有壓頭和千分表，框 架內(nèi)裝有砝碼，通過杠桿將砝碼的力傳遞給壓頭，該壓頭對被測工件進行壓迫，然后千分表 測量壓痕的深度，求出被測工件的硬度。這種硬度測量儀僅能進行垂直測量，并且，在機械 傳遞的過程，由于存在摩擦力不能準確地把力傳遞到壓頭，所以硬度計的精度較差。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(shè)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，最終產(chǎn)生的力值將是不準確的。
[0004] 壓痕硬度測量儀是通過測量壓頭壓入測量樣品的深度或位移來確定被測樣品的 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(dǎo)致在位移測量點和測量樣品之間發(fā)生了摩擦和 位移誤差，由此導(dǎo)致硬度測量的重復(fù)性和準確性被破壞。
[0005] 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(dǎo)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 測量被施加于被測工件上的力的大小。
[0006] 美國專利4435976描述了一種用稱重傳感器測量和調(diào)整施力大小的布氏硬度儀， 該專利采用了一種反饋回路用于自動補償諸如溫度等因素對測量精度的影響。
[0007] 另外一種例子是美國專利6142010,該專利介紹了一個用稱重傳感器測量施力的 控制閉環(huán)系統(tǒng)在洛氏測量儀中的使用。
[0008] 另外一個例子是美國專利6247356,該專利介紹了一個用稱重傳感器測量施力的 控制閉環(huán)系統(tǒng)在顯微硬度測量儀中的使用。
[0009] 另外一個例子是美國專利8132447,該專利介紹了一種通用測量儀,采用一個框架 上可以選擇不同的測量裝置進行硬度和力的測量。
[0010] 以上的的硬度測量儀都是采用垂直測量結(jié)構(gòu)，僅能用于試驗室，不適合生產(chǎn)環(huán)境， 對于形狀復(fù)雜的工件無能為力。
[0011] 另外一個例子是美國專利7066013,該專利介紹了一種便攜式硬度測量儀。在實施 這個專利時，由于傳感器的分布位置不正確和手動驅(qū)動的方式，產(chǎn)生非線性的測量結(jié)果，并 測量精度較差。 實用新型內(nèi)容
[0012] 有鑒于此，本實用新型的主要目的在于，提供一種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的組合式硬度測量儀。這種硬度測量儀是一種適 用于工廠車間使用的硬度測量儀。該測量儀可以放置在任何環(huán)境，任何位置，該測量儀可以 在任何方向?qū)Ω鞣N形狀的工件進行硬度測量，并且具有高的工作效率，降低測試成本。
[0013] 本實用新型的另一目的是提供一種操作簡便、高度精確的并能夠自動進行測量操 作的硬度測量儀。
[0014] 本實用新型的另一目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、維護方便的硬度測量儀。
[0015] 為達到上述目的，本實用新型提出了一種組合式硬度測量儀，包括一測量主體和 一組不同的框架，該測量主體具有一個空腔和一個定位槽，其中，定位槽用于安裝用戶根據(jù) 被測工件所選擇的相對應(yīng)的框架；在所述空腔內(nèi)收裝有測頭，該測頭包括位移測量套、置于 該位移測量套上方的測力傳感器、位于該測力傳感器上方的傳動板，在測力傳感器的端面 上設(shè)有供傳動銷穿過的通孔，該傳動銷的一端與位移測量套接觸，其另一端穿過通孔與傳 動板接觸；在空腔內(nèi)還收裝有電機、與該電機連接的減速器、由該減速器減速并驅(qū)動安裝在 軸承座上的螺桿，該螺桿與測頭連接并驅(qū)動其移動。
[0016] 采用上述結(jié)構(gòu)，由于組合式硬度測量儀包括一個硬度測量主體和多種框架部分， 使用戶可根據(jù)被測工件來選擇對應(yīng)的框架，并同硬度測量主體組裝成特定的硬度測量儀， 可以對形狀復(fù)雜的被測工件進行硬度測量，提高了組合式硬度測量儀的適用范圍，極大地 滿足了用戶測試的要求。
[0017] 優(yōu)選的，測量主體的空腔與定位槽相互垂直，定位槽用于安裝不同的框架，在空腔 內(nèi)固定有電機、與該電機連接的減速器、由該減速器減速并驅(qū)動的螺桿，由安裝在測頭后部 的螺母將螺桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動。
[0018] 優(yōu)選的，減速器是行星式減速器，電機與該減速器連接，由減速器減速并驅(qū)動螺 桿。
[0019] 優(yōu)選的，測量主體的測頭包括測頭殼體、測力傳感器、位移傳感器、螺母、位移測量 套、導(dǎo)套和壓頭。
[0020] 優(yōu)選的，在測量主體內(nèi)設(shè)有采用電池供電的電子系統(tǒng)，由于該電子系統(tǒng)采用電池 供電，方便用戶攜帶和使用。
[0021] 優(yōu)選的，測量儀的測量主體還包括裝有電子系統(tǒng)的控制電路箱，該電子系統(tǒng)包括 移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，其中，移動控制和驅(qū) 動系統(tǒng)是一種閉環(huán)的數(shù)字自動控制系統(tǒng)，它根據(jù)測力傳感器的測量使測頭上的壓頭對被測 工件施壓以及使主軸前進和后退；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器對壓頭所產(chǎn)生的壓痕進行 測量并計算和分析以求出測試的硬度；顯示系統(tǒng)顯示所測的結(jié)果；通信系統(tǒng)通過有線或者 無線把數(shù)據(jù)送往計算機。
[0022] 優(yōu)選的，所述測力傳感器是圓盤式電阻型傳感器。
[0023] 優(yōu)選的，所述測力傳感器的端面以120度的夾角分布有三個通孔，在每個通孔內(nèi) 設(shè)有可相對其作軸向移動的傳動銷，該傳動銷的一端與位移測量套接觸，其另一端與傳動 板接觸。
[0024] 優(yōu)選的，位移傳感器是電容型傳感器、光柵型傳感器或線性差動可變變壓器式位 移傳感器，位移傳感器可直接測量壓頭在被測工件表面所形成的壓痕深度。
[0025] 采用這種結(jié)構(gòu)，由于位移傳感器可直接測量壓頭與被測工件表面的位移，這就減 少了位移傳遞過程中所導(dǎo)致的位移誤差，有利于保證測試精度。
[0026] 優(yōu)選的，在導(dǎo)套內(nèi)沿其軸向設(shè)有一內(nèi)孔，位移測量套裝在該內(nèi)孔中，在導(dǎo)套內(nèi)裝有 一個垂直于其軸向設(shè)置并頂絲頭部可伸入內(nèi)孔內(nèi)的頂絲；在位移測量套外圓周表面上沿其 周向形成一個環(huán)形槽，在位移測量套的后端部有一個與該環(huán)形槽貫通的缺口，頂絲頭部僅 能經(jīng)過該缺口進入環(huán)形槽，旋轉(zhuǎn)一定的角度，位移測量套可鎖在導(dǎo)套內(nèi)；環(huán)形槽的寬度大于 頂絲頭部的寬度，使位移測量套可進行小距離的軸向移動。
[0027] 優(yōu)選的，位移測量套具有一空腔，壓頭收裝在該空腔內(nèi)，在該壓頭的前端形成第一 臺階；在位移測量套的空腔內(nèi)形成第二臺階，壓頭在位移測量套內(nèi)作軸向移動時，第一臺階 抵接在第二臺階上避免壓頭從位移測量套脫出；在壓頭的后端形成一臺階來安裝第一彈 簧，該第一彈簧使壓頭的前端在常態(tài)下從位移測量套中突出。
[0028] 優(yōu)選的，位移傳感器包括傳動板、置于該傳動板上并與其接觸的傳感器軸和一對 圓形鋼片，這一對圓形鋼片的外緣通過螺母被固定在位移傳感器的空腔內(nèi)壁，它們的芯部 通過自身帶有的孔被固定在傳感器軸上，通過被固定于傳感器空腔內(nèi)緣的一對圓形鋼片和 其上的孔洞結(jié)構(gòu)限定傳感器軸僅作軸向移動，傳感器軸的一端與傳動板接觸，其另一端與 彈簧座接觸。
[0029] 優(yōu)選的，位移傳感器還包括兩個被固定在其空腔內(nèi)的固定電極和一個固定在傳感 器軸上的活動電極，當(dāng)傳感器軸作軸向移動時，該活動電極可在兩個固定電極之間移動，由 上述固定電極和活動電極形成兩個電容，這兩個電容的值隨傳感器軸的位置移動而變化， 并這兩個電容之間的差值與傳感器軸在軸向上的位移成一定比例，又與壓頭在被測工件的 壓痕的深度成正比。
[0030] 優(yōu)選的，位移傳感器還包括一位于其空腔內(nèi)、可將電容信號轉(zhuǎn)化為放大的模擬信 號的電容調(diào)制電路板。
[0031] 優(yōu)選的，在測頭的測頭殼體的后端裝有螺母，在該螺母內(nèi)設(shè)有一空腔，在該空腔內(nèi) 收裝有一第二彈簧和一彈簧座，該彈簧座的后端與第二彈簧接觸，其前端與傳感器軸接觸， 第二彈簧依次通過彈簧座、傳感器軸、傳動板、傳動銷來推動位移測量套。
[0032] 優(yōu)選的，框架為柱形框架，該柱形框架由箱形構(gòu)件、連接板、螺絲、砧臺、第二螺母 和底座組成，測量主體通過連接板固定在柱形框架上；在箱形構(gòu)件上形成等距槽，連接板上 的定位鍵可插入任意等距槽內(nèi)并通過螺絲固定在箱形構(gòu)件上；砧臺用于支撐被測工件，它 的一端旋入固定在底座上的第二螺母。
[0033] 采用上述結(jié)構(gòu)，可以短距離調(diào)整被測工件與壓頭之間的距離，長距離調(diào)整被測工 件與壓頭之間的距離通過連接板在箱形構(gòu)件變換位置完成。柱型框架不但可以相對于地平 面垂直地安放和測量，也可以相對于地平面平行的安放和測量或任意的方向安放。這極大 地滿足了用戶測試的要求。而傳統(tǒng)的硬度測量儀采用了長螺桿升降系統(tǒng)，使測量儀的物理 尺寸超長且僅能垂直安放，給用戶帶來很大的不便。
[0034] 優(yōu)選的，框架為具有定位鍵的弓形框架，該定位鍵插入測量主體的定位槽并通過 螺絲固定在一起，弓形框架具有一與測量主體同軸的空腔，在該空腔內(nèi)裝有一自定心砧臺， 該自定心站臺由一半球和一平臺組成。
[0035] 優(yōu)選的，框架為由圓柱和L形框架組成的薄壁管測量框架，其中，圓柱通過螺釘固 定在L形框架上，在L形框架上有一定位鍵，該定位鍵插入測量主體的定位槽并通過螺絲固 定在一起。
[0036] 另外，本實用新型還提供了一種通過組合式硬度測量儀來測量被測工件方法，該 方法包括如下步驟：
[0037] (a)用戶根據(jù)被測工件選擇一種合適的框架，將該框架與硬度測量主體組合成一 種特定的硬度測量儀；
[0038] (b)把被測工件放在硬度測量儀的壓頭與砧臺之間，起動硬度測量儀；
[0039] (c)控制和驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動電機和螺桿，根據(jù)ASTM標準規(guī)定的測試程序，測頭向被 測工件移動，壓頭對被測工件施壓并得到壓痕；
[0040] (d)位移傳感器對壓頭所產(chǎn)生的壓痕進行測量，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器測 量進行計算和分析，求出測試的硬度；
[0041] (e)數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)把所測的結(jié)果顯示，數(shù)字通信系統(tǒng)通過有線例如USB或者無線 例如Bluetooth把數(shù)據(jù)送往計算機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1為硬度測量儀與柱形框架的安裝示意圖，為第一實施例；
[0043] 圖2為圖1所示硬度測量儀的測量主體的剖面視圖；
[0044] 圖3為圖1所示硬度測量儀的的測量主體的測頭安裝視圖；
[0045] 圖4為圖1所示硬度測量儀的測頭內(nèi)的位移測量套、導(dǎo)套和壓頭的視圖；
[0046] 圖5為硬度測量儀的測量主體的測頭在測試前的狀態(tài)示意圖；
[0047] 圖6為硬度測量儀的測量主體的測頭在預(yù)備測試狀態(tài)的示意圖；
[0048] 圖7為硬度測量儀的測量主體的測頭對被測工件施加一個初始試驗力的示意圖；
[0049] 圖8為硬度測量儀的測量主體的測頭對被測工件施加一個附加試驗力的示意圖；
[0050] 圖9為具有弓型框架的硬度測量儀的示意圖，為第二實施例。
[0051] 圖10為具有薄壁管測量框架的硬度測量儀的示意圖，為第三實施例。
[0052] 圖11為具有柱型框架并水平放置的硬度測量儀測量大型工件的示意圖，為第四 實施例。
[0053] 圖12為硬度測量儀的測量主體的電子電路模塊和原理示意圖。
[0054] 為了視圖方便，下面列出圖中的所有原件的名稱和代碼。
[0055] 測量主體-10、柱型框架-20、被測工件-30、空腔-100、測頭-101、電機-102、 減速器-103、軸承座-104、螺桿-105、控制電路箱-106、箱形構(gòu)件-201、連接板-202、螺 絲-203、砧臺-204、第二螺母-205、底座-206、弓形框架-400、空腔-401、定位鍵-402、自 定心砧臺-403、半球-404、砧臺-405、薄壁管測量框架-500、圓柱-501、L形框架-502、定 位鍵-503、定位槽-114、測頭殼體-51、測力傳感器-52、位移傳感器-53、螺母-54、位移 測量套-55、壓頭-56、導(dǎo)套-57、第一彈簧-58、頂絲-59、頂絲頭部-61、傳動銷-62、傳動 板-63、傳感器軸-64、圓鋼片-65、固定電極-66、活動電極-67、彈簧座-68、第二彈簧-69、 電容調(diào)制電路板-49、第二臺階-41、缺口 -42、環(huán)形槽-43、前端面-44、壓頭前端-45、第一 臺階-46、壓頭后端-47、等距槽-48。

【具體實施方式】
[0056] 下面參照圖1?圖12對本實用新型所述的組合式硬度測量儀的【具體實施方式】進 行詳細的說明。
[0057] 本實用新型組合式硬度測量儀包括一測量主體10和能與該測量主體10連接的一 組框架。圖1所示為由測量主體10和柱形框架20所組成的一種硬度測量儀。如圖1所示， 柱形框架20由箱形構(gòu)件201、連接板202、螺絲203、砧臺204、第二螺母205和底座206組 成。測量主體10通過連接板202固定在框架20上。在箱形構(gòu)件201上形成有等距槽48， 在連接板202設(shè)有一定位鍵，連接板202通過定位鍵插入任意等距槽48并利用螺絲203固 定在箱形構(gòu)件201上。砧臺204用于支撐被測工件30,它通過其一端的螺紋旋入固定在底 座206上的第二螺母205,采用這種結(jié)構(gòu)可以短距離調(diào)整被測工件30與壓頭56之間的距 離，長距離調(diào)整被測工件30與壓頭56之間的距離通過連接板202在箱形構(gòu)件201上變換 位置來完成。
[0058] 如圖2所示，測量主體10包括一空腔100和定位槽114,空腔100與定位槽114件 相互垂直。其中，定位槽114用于安裝用戶根據(jù)被測工件所選擇的不同的框架。測量主體 10還包括測頭101、電機102、減速器103、軸承座104、螺桿105,其中，電機102、減速器103、 軸承座104固定在空腔100內(nèi)。電機102連接減速器103,降速后，驅(qū)動螺桿105,測頭101 后部的螺母54將驅(qū)動螺桿105的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動。測頭101可在空腔100前端 內(nèi)自由移動。減速器103是行星式減速器。測量主體10還包括控制電路箱106,在控制電 路箱106內(nèi)裝有移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)電路，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電路，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)電路和數(shù)字 通信系統(tǒng)電路。
[0059] 如圖3所示，測頭101包括測頭殼體51、測力傳感器52、位移傳感器53、螺母54、 位移測量套55、導(dǎo)套57和壓頭56。在測頭殼體51內(nèi)有一與壓頭56同軸的空腔，在空腔內(nèi) 收裝有導(dǎo)套57,在該導(dǎo)套57上安裝有一個頂絲59,在導(dǎo)套57內(nèi)形成有內(nèi)孔，位移測量套55 安裝在該內(nèi)孔上。
[0060] 如圖4所示，在位移測量套55的外圓周表面上沿其周向設(shè)有一環(huán)形槽43。在位移 測量套55的后端部形成一個與環(huán)形槽43貫通的缺口 42,頂絲頭部61僅能經(jīng)過該缺口 42 進入環(huán)形槽43,旋轉(zhuǎn)一定的角度，位移測量套55鎖在導(dǎo)套57內(nèi)。由于環(huán)形槽43的寬度大 于頂絲頭部61的寬度，位移測量套55可以進行小距離的軸向移動，但頂絲頭部61防止位 移測量套55從導(dǎo)套57內(nèi)脫落。位移測量套55內(nèi)也有一空腔，壓頭56裝在位移測量套55 的空腔內(nèi)。在壓頭56前端形成第一臺階46,在位移測量套55的空腔內(nèi)形成第二臺階41， 通過第一臺階46抵接在第二臺階41的臺階面上使壓頭56可在位移測量套55內(nèi)作軸向移 動，防止壓頭56從位移測量套55脫落。壓頭56的后端具有一臺階，在該臺階上套裝有一 第一彈簧58,在常態(tài)下，該第一彈簧58使壓頭前端45從位移測量套55中突出。壓頭前端 45是金剛石120度的圓錐體尖或硬質(zhì)合金球，并壓頭56與測頭101同軸。
[0061] 如圖3所示，測頭殼體51內(nèi)具有一個與測頭101同軸的空腔，在該空腔內(nèi)設(shè)有測 力傳感器52,該測力傳感器52是一種圓盤式電阻型傳感器。這種測力傳感器是眾所周知的 技術(shù)，這里不再敘述。沿著軸向，在測力傳感器52的端面上以120度的夾角分布有三個通 孔，在每個傳通孔中設(shè)有一可作軸向移動的傳動銷62,該傳動銷62的一端與位移測量套55 接觸，其另一端與傳動板63接觸。
[0062] 測頭殼體51內(nèi)具有一個與測頭101同軸的空腔，在該空腔內(nèi)設(shè)有位移傳感器53， 在該位移傳感器53上設(shè)有傳動板63、傳感器軸64和兩個圓形鋼片65，這兩個圓形鋼片65 的外緣通過螺母被固定在傳感器53的空腔內(nèi)壁，它們的芯部通過自身帶有的孔被固定在 傳感器軸64上。通過被固定于傳感器空腔內(nèi)緣的圓形鋼片65和其上的孔洞結(jié)構(gòu)防止傳感 器軸64做徑向運動從而確保傳感器軸64僅作軸向的位移，采用這種結(jié)構(gòu)保證了位移傳感 器53的精度。傳感器軸64的一端與傳動板63接觸，其另一端與彈簧座68接觸。
[0063] 位移傳感器53進一步包括兩個被固定在傳感器空腔內(nèi)的固定電極66和一個固定 在傳感器軸64上活動電極67。當(dāng)傳感器軸64作軸向移動時，活動電極67可在兩個固定電 極66之間移動。由這兩個固定電極66和活動電極67形成兩個電容，這兩個電容的值隨傳 感器軸64的位置移動而產(chǎn)生變化，它們之間的差值與傳感器軸64在軸向上的位移成一定 比例。同時，兩個電容之間的差值又與壓頭前端45在被測工件30上的壓痕的深度成正比。
[0064] 位移傳感器53進一步包括一個位于傳感器空腔內(nèi)的電容調(diào)制電路板49，電容調(diào) 制電路板49可將電容信號轉(zhuǎn)化為放大的模擬信號。此外，上述位移傳感器53也可用光柵 測長傳感器或使用線性差動變壓器式位移傳感器來代替。
[0065] 測頭殼體51的后端設(shè)有與測頭101同軸的螺母54，該螺母54內(nèi)具有一空腔，在該 空腔內(nèi)設(shè)有第二彈簧69和彈簧座68，該彈簧座68的后端與第二彈簧69接觸，其前端與傳 感器軸64接觸。第二彈簧69推動彈簧座68,彈簧座68推動傳感器軸64,傳感器軸64推 動傳動板63，傳動板63推動傳動銷62，傳動銷62推動位移測量套55。在沒有測量時，位 移測量套55移出導(dǎo)套57 -定的距離，通過頂絲頭部61防止位移測量套55從導(dǎo)套57內(nèi)脫 落，使位移測量套55保持常態(tài)。
[0066] 圖5?圖8是測量儀執(zhí)行ASTM E_18洛氏硬度測試方法標準的測量過程示意圖。
[0067] 圖5是硬度測量儀的測量主體10的測頭101在沒有測試前的狀態(tài)示意圖。在第 一彈簧58的推動下，壓頭前端45突出位移測量套55。在第二彈簧69的推動下，經(jīng)過彈簧 座68、位移傳感器軸64、傳動板63、傳動銷62，位移測量套55最大距離的從導(dǎo)套57軸向移 出，這個距離由頂絲頭部61所限制。
[0068] 圖6是硬度測量儀的測量主體10的測頭101在預(yù)備測試的狀態(tài)的示意圖。當(dāng)電機 102通過減速器103驅(qū)動螺桿105反時針旋轉(zhuǎn)時，測頭101的螺母54使測頭101向被測工 件30移動。壓頭56、位移測量套55、傳動銷62、傳動板63、傳感器軸64、彈簧座68、第二彈 簧69與測頭101-起移動。當(dāng)壓頭前端45接觸到被測工件30時，壓頭56不再移動。隨 著測頭101繼續(xù)移動，位移測量套55繼續(xù)向被測工件30移動，直到位移測量套55的前端 面44與壓頭前端45在一個平面，此時，位移測量套55和壓頭56不再繼續(xù)移動。隨著測頭 101向被測工件30移動，傳動銷62接觸不再移動的位移測量套55，傳動銷62、傳動板63、 傳感器軸64、彈簧座68均停止移動，并壓縮第二彈簧69。由于第二彈簧69的反作用力，位 移測量套55的前端面44夾緊被測工件30，此時，壓頭后端47接觸測力傳感器52。
[0069] 根據(jù)ASTM E-18洛氏硬度測試方法標準，先對被測工件30施加一個初始試驗力 F0。
[0070] 圖7是硬度測量儀的測量主體10的測頭101對被測工件30施加一個初始試驗力 F0的示意圖。電機102繼續(xù)通過減速器103驅(qū)動螺桿105反時針旋轉(zhuǎn)，通過測頭101的壓 頭56繼續(xù)對被測工件30施力，壓頭后端47應(yīng)用一個相等的反作用力對測力傳感器52施 壓，測力傳感器52測量了這個反作用力并反饋到移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)，根據(jù)測力傳感器52 的反饋，電機102通過壓頭56繼續(xù)對被測工件30施力并使作用力達到H)。電機102停止 驅(qū)動，根據(jù)ASTM E-18洛氏硬度測試方法標準，穩(wěn)定一個確定的時間。位移傳感器53測量壓 頭前端45在被測工件30上的壓痕深度。
[0071] 根據(jù)ASTM E-18洛氏硬度測試方法標準，再對被測工件30施加一個附加試驗力 F1，使總試驗力F = F0+F1。
[0072] 圖8是硬度測量儀的測量主體10的測頭101對被測工件30施加一個附加試驗力 F1的示意圖。電機102繼續(xù)通過減速器103驅(qū)動螺桿105反時針旋轉(zhuǎn)，通過測頭101的壓 頭56繼續(xù)對被測工件30施力，壓頭后端47應(yīng)用一個相等的反作用力對測力傳感器52施 壓，測力傳感器52測量了這個反作用力并反饋到移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)。根據(jù)測力傳感器52 的反饋，電機102通過壓頭56繼續(xù)對被測工件30施力并使作用力達到F = F0+Flo電機 102停止驅(qū)動，根據(jù)ASTM E-18洛氏硬度測試方法標準，穩(wěn)定一個確定的時間。
[0073] 根據(jù)ASTM E-18洛氏硬度測試方法標準，然后對被測工件30減壓并減到初始試驗 力F0。
[0074] 電機102反轉(zhuǎn)，通過減速器103驅(qū)動螺桿105正時針旋轉(zhuǎn)，測頭101的螺母54使 測頭101向被測工件30反方向移動。通過測頭101的壓頭56對被測工件30減壓，壓頭后 端47應(yīng)用一個相等的反作用力對測力傳感器52減壓，測力傳感器52測量了這個反作用力 并反饋到移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)，根據(jù)測力傳感器52的反饋，電機102通過壓頭56繼續(xù)對被 測工件30減壓，并使作用力達到H)。電機停止驅(qū)動，根據(jù)ASTM E-18洛氏硬度測試方法標 準，穩(wěn)定一個確定的時間。位移傳感器53再一次測量壓頭前端45在被測工件30上的壓痕 深度。這個壓痕深度是力F = F0+F1形成的。
[0075] 電機102繼續(xù)通過減速器103驅(qū)動螺桿105正時針旋轉(zhuǎn)，測頭101的螺母54使測 頭101向被測試的被測工件30反方向移動。測頭101恢復(fù)到最初的位置并停止移動，準備 下一次的測試。
[0076] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器53兩次測量值進行計算和分析，求出測試的硬 度。數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)把所測的結(jié)果顯示，數(shù)字通信系統(tǒng)通過有線例如USB或者無線例如 Bluetooth把數(shù)據(jù)送往計算機和打印機。
[0077] 值得注意的是，本實用新型所示硬度測量儀是組合式的，它包括一組不同的框架， 該框架有很多種，用戶可以根據(jù)不同的被測工件選擇相應(yīng)的框架。例如長形的工件、短的工 件、內(nèi)孔形工件、薄壁管工件等等。
[0078] 圖9所示為具有弓形框架400的硬度測量儀。如圖9所示，測量主體10與弓形框 架400組成便攜式硬度測量儀。弓形框架400有一個定位鍵402，弓形框架400的定位鍵 402插入測量主體10的定位槽114并通過螺絲固定在一起。弓形框架400還具有一個空腔 401，該空腔401與測量主體10的測頭101同軸。在空腔401內(nèi)裝有一個自定心砧臺403， 不管被測工件30的背部的形狀如何，自定心砧臺403都能保證被測工件30的被測表面與 位移測量套55的前端面44平行且緊密接觸，有利于保證測試精度。自定心砧臺403由一 個半球404和一個平臺405組成。根據(jù)被測工件30的大小，弓形框架400有不同的尺寸。
[0079] 圖10所示為具有薄壁管測量框架500的硬度測量儀。如圖10所示，測量主體10 與薄壁管測量框架500組成便攜式管形工件硬度測量儀。薄壁管測量框架500由圓柱501 和L形框架502組成，圓柱501通過螺釘固定在L形框架502上。L形框架502具有一定位 鍵503,該定位鍵503插入測量主體10的定位槽114內(nèi)并通過螺絲固定在一起。
[0080] 圖11所示為具有柱形框架的硬度測量儀，如對本創(chuàng)造性測量儀的的柱形框架圖 11所示，柱型的框架不但可以相對于地面垂直地安放和測量，也可以相對于地面平行的安 放和測量，或者任意的方向安放。采用這種結(jié)構(gòu)，極大地滿足了用戶測試的要求，方便了使 用。
[0081] 圖12是硬度測量儀的電路模塊原理圖。如圖12所示，單片計算機根據(jù)測力傳感 器的測量驅(qū)動電機。位移傳感器對壓頭所產(chǎn)生的壓痕進行測量，單片計算機根據(jù)位移傳感 器測量進行計算和分析，求出測試的硬度。數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)把所測的結(jié)果顯示，數(shù)字通信系 統(tǒng)通過有線例如USB或者無線例如Bluetooth把數(shù)據(jù)送往計算機。
[〇〇82] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種組合式硬度測量儀，其特征在于，包括一測量主體（10)和一組不同的框架，該 測量主體（10)具有一個空腔（100)和一個定位槽（114)，其中，定位槽（114)用于安裝用戶 根據(jù)被測工件（30)所選擇的相對應(yīng)的框架， 在所述空腔（100)內(nèi)收裝有測頭（101)，該測頭（101)包括位移測量套（55)、置于該位 移測量套（55)上方的測力傳感器（52)、位于該測力傳感器（52)上方的傳動板￠3)，在測 力傳感器（52)的端面上設(shè)有供傳動銷￠2)穿過的通孔，該傳動銷￠2)的一端與位移測量 套（55)接觸，其另一端穿過通孔與傳動板￠3)接觸， 在空腔（100)內(nèi)還收裝有電機（102)、與該電機（102)連接的減速器（103)、由該減速 器（103)減速并驅(qū)動安裝在軸承座（104)上的螺桿（105)，該螺桿（105)與測頭（101)連接 并驅(qū)動其移動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，測量主體（10)的空腔 (100) 與定位槽（114)相互垂直，定位槽（114)用于安裝不同的框架， 在空腔（100)內(nèi)固定有電機（102)、與該電機（102)連接的減速器（103)、由該減速器 (103)減速并驅(qū)動的螺桿（105)，由安裝在測頭后部的螺母（54)將螺桿（105)的旋轉(zhuǎn)運動 轉(zhuǎn)換成直線運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，減速器（103)是行星式減速 器，電機（102)與該減速器（103)連接，由減速器（103)減速并驅(qū)動螺桿（105)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，測量主體（10)的測頭 (101) 包括測頭殼體（51)、測力傳感器（52)、位移傳感器（53)、螺母（54)、位移測量套 (55)、導(dǎo)套（57)和壓頭（56)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，在測量主體（10)內(nèi)設(shè)有采 用電池供電的電子系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，測量儀的測量主體（10)還 包括裝有電子系統(tǒng)的控制電路箱，該電子系統(tǒng)包括移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù) 據(jù)顯示系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，其中，移動控制和驅(qū)動系統(tǒng)是一種閉環(huán)的數(shù)字自動控制系統(tǒng)， 它根據(jù)測力傳感器（52)的測量使測頭（101)上的壓頭（56)對被測工件（30)施壓以及使 主軸前進和后退， 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器（53)對壓頭（56)所產(chǎn)生的壓痕進行測量并計算和分析 以求出測試的硬度， 顯示系統(tǒng)顯示所測的結(jié)果， 通信系統(tǒng)通過有線或者無線把數(shù)據(jù)送往計算機。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，所述測力傳感器（52)是圓 盤式電阻型傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，所述測力傳感器（52)的 端面以120度的夾角分布有三個通孔，在每個通孔內(nèi)設(shè)有可相對其作軸向移動的傳動銷 (62)，該傳動銷￠2)的一端與位移測量套（55)接觸，其另一端與傳動板￠3)接觸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，位移傳感器（53)是電容型 傳感器、光柵型傳感器或線性差動可變變壓器式位移傳感器，位移傳感器（53)可直接測量 壓頭（56)在被測工件（30)表面所形成的壓痕深度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，在導(dǎo)套（57)內(nèi)沿其軸向設(shè) 有一內(nèi)孔，位移測量套（55)裝在該內(nèi)孔中，在導(dǎo)套（57)內(nèi)裝有一個垂直于其軸向設(shè)置并頂 絲頭部（61)可伸入內(nèi)孔內(nèi)的頂絲（59)， 在位移測量套（55)外圓周表面上沿其周向形成一個環(huán)形槽（43)，在位移測量套（55) 的后端部有一個與該環(huán)形槽（43)貫通的缺口（42)，頂絲頭部￠1)僅能經(jīng)過該缺口（42)進 入環(huán)形槽（43)，旋轉(zhuǎn)一定的角度，位移測量套（55)可鎖在導(dǎo)套（57)內(nèi)， 環(huán)形槽（43)的寬度大于頂絲頭部￠1)的寬度，使位移測量套（55)可進行小距離的軸 向移動。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，位移測量套（55)具有一 空腔，壓頭（56)收裝在該空腔內(nèi)，在該壓頭（56)的前端形成第一臺階（46)， 在位移測量套（55)的空腔內(nèi)形成第二臺階（41)，壓頭（56)在位移測量套（55)內(nèi)作軸 向移動時，第一臺階（46)抵接在第二臺階（41)上避免壓頭（56)從位移測量套（55)脫出， 在壓頭（56)的后端形成一臺階來安裝第一彈簧（58)，該第一彈簧（58)使壓頭（56)的 前端在常態(tài)下從位移測量套（55)中突出。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，位移傳感器（53)包括傳 動板（63)、置于該傳動板（63)上并與其接觸的傳感器軸（64)和一對圓形鋼片（65)，這一 對圓形鋼片（65)的外緣通過螺母被固定在位移傳感器（53)的空腔內(nèi)壁，它們的芯部通過 自身帶有的孔被固定在傳感器軸（64)上，通過被固定于傳感器空腔內(nèi)緣的一對圓形鋼片 (65)和其上的孔洞結(jié)構(gòu)限定傳感器軸（64)僅作軸向移動，傳感器軸（64)的一端與傳動板 (63) 接觸，其另一端與彈簧座￠8)接觸。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，位移傳感器（53)還包括 兩個被固定在其空腔內(nèi)的固定電極￠6)和一個固定在傳感器軸￠4)上的活動電極（67)， 當(dāng)傳感器軸￠4)作軸向移動時，該活動電極（67)可在兩個固定電極￠6)之間移動， 由上述固定電極￠6)和活動電極￠7)形成兩個電容，這兩個電容的值隨傳感器軸 (64) 的位置移動而變化，并這兩個電容之間的差值與傳感器軸（64)在軸向上的位移成一 定比例，又與壓頭在被測工件（30)的壓痕的深度成正比。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，位移傳感器（53)還包括 一位于其空腔內(nèi)、可將電容信號轉(zhuǎn)化為放大的模擬信號的電容調(diào)制電路板（49)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，在測頭（101)的測頭殼 體（51)的后端裝有螺母（54)，在該螺母（54)內(nèi)設(shè)有一空腔，在該空腔內(nèi)收裝有一第二彈 簧（69)和一彈簧座（68)，該彈簧座（68)的后端與第二彈簧（69)接觸，其前端與傳感器軸 (64)接觸，第二彈簧￠9)依次通過彈簧座￠8)、傳感器軸￠4)、傳動板￠3)、傳動銷（62) 來推動位移測量套（55)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，框架為柱形框架（20)，該 柱形框架（20)由箱形構(gòu)件（201)、連接板（202)、螺絲（203)、砧臺（204)、第二螺母（205) 和底座（206)組成，測量主體（10)通過連接板（202)固定在柱形框架（20)上， 在箱形構(gòu)件（201)上形成等距槽（48)，連接板（202)上的定位鍵可插入任意等距槽 (48)內(nèi)并通過螺絲（203)固定在箱形構(gòu)件（201)上， 砧臺（204)用于支撐被測工件（30)，它的一端旋入固定在底座（206)上的第二螺母 (205)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，框架為具有定位鍵（402) 的弓形框架（400)，該定位鍵（402)插入測量主體（10)的定位槽（114)并通過螺絲固定在 一起， 弓形框架（400)具有一與測量主體（10)同軸的空腔（401)，在該空腔（401)內(nèi)裝有一 自定心砧臺（403)，該自定心砧臺（403)由一半球（404)和一平臺（405)組成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式硬度測量儀，其特征在于，框架為由圓柱（501)和 L形框架（502)組成的薄壁管測量框架（500)，其中，圓柱（501)通過螺釘固定在L形框架 (502)上，在L形框架（502)上有一定位鍵（503)，該定位鍵（503)插入測量主體（10)的定 位槽（114)并通過螺絲固定在一起。
【文檔編號】G01N3/40GK203849120SQ201420262989
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】吳紹明, 吳查理 申請人:吳紹明, 吳查理