專(zhuān)利名稱(chēng)：硬度計(jì)測(cè)量單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬度計(jì)測(cè)量單元，其包括安裝于硬度計(jì)的主軸與壓頭座之間的負(fù)
荷傳感器和用于壓頭作用于試件所形成壓痕深度的測(cè)量機(jī)構(gòu)，以與硬度計(jì)的主軸、主軸驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)配合對(duì)試件硬度進(jìn)行精確測(cè)量。
背景技術(shù)：
公知的硬度計(jì)，普遍通過(guò)主軸施加主試驗(yàn)力并使裝置在主軸端部的壓頭作用于試 樣表面形成壓痕，然后通過(guò)安裝在機(jī)架上的測(cè)量單元進(jìn)行壓痕深度的測(cè)量。其中壓痕測(cè)量 單元安裝在剛性機(jī)架上，測(cè)量單元觸點(diǎn)與主軸相接觸，對(duì)主軸在上述試驗(yàn)過(guò)程中的位移進(jìn) 行測(cè)量。從而使測(cè)量單元測(cè)出的壓痕深度實(shí)際是壓頭相對(duì)于機(jī)架的位移，但該位移并不是 實(shí)際的壓痕深度，它還包括了機(jī)架、主軸和升降臺(tái)的變形，測(cè)量精度無(wú)法保證。如果考慮硬 度計(jì)本身變形所產(chǎn)生誤差的補(bǔ)償，因試件硬度不一樣，很難從理論計(jì)算上解決誤差補(bǔ)償?shù)?問(wèn)題。此外，為了減少因硬度計(jì)自身結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的上述測(cè)量誤差，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常采 用增加機(jī)架剛性的方式來(lái)解決測(cè)量精度問(wèn)題。不僅增加了制造成本，而且也不能從根本上 解決因此所造成的測(cè)量精度偏低的問(wèn)題。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員在解決測(cè)量單元的測(cè)量精度低的問(wèn)題上進(jìn)行了很多有益的探 索，其中一種方式是把測(cè)量單元中的負(fù)荷傳感器設(shè)置在主軸的最下端，且測(cè)量單元對(duì)位移， 也就是所說(shuō)深度的測(cè)量的測(cè)量對(duì)象轉(zhuǎn)移到壓頭的壓頭座上，以克服目前硬度計(jì)本身變形所 帶來(lái)的負(fù)面影響。但顯見(jiàn)的是，這種測(cè)量位置的變動(dòng)并沒(méi)有從根本上解決上述問(wèn)題，原因 在于，測(cè)量的對(duì)象為壓頭座，其位移原則上應(yīng)當(dāng)是所說(shuō)壓痕的深度，但因機(jī)架的變形，該位 移是小于所述壓痕深度的。此外，目前對(duì)壓頭座位移的測(cè)量，通常是通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)把對(duì)壓頭 座的位移的測(cè)量轉(zhuǎn)換到該杠桿機(jī)構(gòu)另一端位移的測(cè)量，且通常是兩個(gè)杠桿機(jī)構(gòu)相串聯(lián)的方 式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還會(huì)出現(xiàn)因杠桿機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)，為了把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，還需 要再增加轉(zhuǎn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，傳動(dòng)的中間環(huán)節(jié)太多，造成其自身累積的誤差 偏大，本身是為了消除誤差，卻又增加了測(cè)量誤差，得不償失。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明為了克服現(xiàn)有硬度計(jì)測(cè)量單元無(wú)法消除硬度計(jì)自身結(jié)構(gòu)變形所帶來(lái) 的測(cè)量誤差的問(wèn)題，提出了一種可以最大限度地消除硬度計(jì)自身結(jié)構(gòu)變形所帶來(lái)的測(cè)量誤 差的硬度計(jì)測(cè)量單元，且其結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
該發(fā)明硬度計(jì)測(cè)量單元，包括 負(fù)荷傳感器，安裝于硬度計(jì)的主軸與壓頭座之間；
測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于壓頭作用于試件所形成壓痕深度的測(cè)量； 保護(hù)套，與壓頭同軸地設(shè)置以對(duì)壓頭在非工作狀態(tài)下形成保護(hù)，并通過(guò)與該保護(hù) 套軸孔滑動(dòng)配合的空心的保護(hù)套螺母安裝在機(jī)架下端，使保護(hù)套螺母的上端面對(duì)該保護(hù)套上端設(shè)置的凸環(huán)形成支撐，對(duì)保護(hù)套形成徑向和向下運(yùn)動(dòng)的限位； 其中所述測(cè)量機(jī)構(gòu)包括豎直設(shè)置的光柵尺和使該光柵尺與所述壓頭座跟隨運(yùn)動(dòng) 的光柵尺架，所述光柵尺下部設(shè)置的觸頭與光柵尺架軸孔配合而形成對(duì)光柵尺徑向和向下 運(yùn)動(dòng)的限位，且所述觸頭與所述保護(hù)套配合跟隨保護(hù)套運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的硬度計(jì)測(cè)量單元包括了保護(hù)套，自然，現(xiàn)有的硬度計(jì)很多 也包含了保護(hù)套，但他們僅用于壓頭的保護(hù)，在本方案中，保護(hù)套還作為硬度計(jì)測(cè)量單元的 組成部分。據(jù)此，通過(guò)將負(fù)荷傳感器設(shè)置在硬度計(jì)的主軸與壓頭座之間，而光柵尺則跟隨壓 頭座運(yùn)動(dòng)，光柵尺所測(cè)量的是壓頭的位移，主軸和負(fù)荷傳感器的變形以及光柵尺架連接部 位以上的壓頭座變形可以被消除；當(dāng)然，僅此還不能消除硬度計(jì)本身所產(chǎn)生的變形，這也是
目前所采用的技術(shù)手段，所以進(jìn)一步地，本方案中所述保護(hù)套采用了浮動(dòng)設(shè)置的技術(shù)手段， 并隨機(jī)架下端運(yùn)動(dòng)，而浮動(dòng)的保護(hù)套又驅(qū)動(dòng)了光柵尺的運(yùn)動(dòng)，從而使得機(jī)架的變形被補(bǔ)償， 光柵尺所記錄的位移只包含了壓頭的位移和部分壓頭座和壓頭自身的變形，該變形已經(jīng)非 常小，在硬度測(cè)量中，壓頭自身硬度很大，壓頭座軸向尺寸很小，該變形基本上是可以忽略 的。綜上，本方案可以最大限度地消除硬度計(jì)自身變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量的準(zhǔn)確度 高。 此外，本方案中各活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式都是直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且傳動(dòng)精度易于 保證。且中間環(huán)節(jié)少，累積誤差也少。 上述硬度計(jì)測(cè)量單元一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述保護(hù)套與所述觸頭配合的部位為一端 頂持在所述觸頭頂部的調(diào)節(jié)螺釘，用于在非測(cè)量狀態(tài)下對(duì)所述光柵尺的調(diào)零。
上述的硬度計(jì)測(cè)量單元，還包括設(shè)置在機(jī)架上的對(duì)所述觸頭導(dǎo)向的光柵尺擋板。 上述硬度計(jì)測(cè)量單元，還包括用于設(shè)定所述保護(hù)套向上運(yùn)行極限的限位開(kāi)關(guān)。 上述硬度計(jì)測(cè)量單元，所述限位開(kāi)關(guān)的觸頭與在所述保護(hù)套軸向設(shè)置的鎖緊螺釘
相應(yīng)。
上述硬度計(jì)效
:單元，所述保護(hù)套包括下端的錐臺(tái)部，該部位開(kāi)有過(guò)其軸線并延 至其底部的貫穿側(cè)面的縫，用于提供壓頭的鎖緊螺釘裝配的活動(dòng)空間。
上述硬度計(jì)測(cè)量單元，所述保護(hù)套螺母通過(guò)與其螺紋配合的保護(hù)套座固裝于機(jī)架 上。 上述硬度計(jì)測(cè)量單元，所述保護(hù)套座與機(jī)架配合的面設(shè)有凸臺(tái)，所述機(jī)架則相應(yīng)
設(shè)有沉孔，且配合端面間設(shè)有調(diào)整墊片。


下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述，使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更 好的理解本發(fā)明，其中 圖1為本發(fā)明硬度計(jì)測(cè)量單元優(yōu)選實(shí)施例使用狀態(tài)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為相應(yīng)于圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為相應(yīng)于圖1的右視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為相應(yīng)于圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5. 1-5. 3為測(cè)量過(guò)程狀態(tài)圖。 圖中1保護(hù)套 2壓頭座 3鎖緊螺釘 4保護(hù)套螺母
5限位開(kāi)關(guān)觸頭
9限位開(kāi)關(guān)座
6螺釘 10主軸 14螺釘 18薄鋼板
7導(dǎo)向螺母 ll負(fù)荷傳感器 15光柵尺架 19保護(hù)套座 23壓頭
8薄螺母 12螺母 13光柵尺
17機(jī)架
21螺釘
22鎖緊螺釘
16光柵尺擋板 20調(diào)節(jié)螺釘 24限位開(kāi)關(guān) 25螺釘 26螺釘 27試件 28升降臺(tái)
具體實(shí)施例方式
參照說(shuō)明書(shū)附圖l，其示出了基于本發(fā)明技術(shù)方案的一種硬度計(jì)測(cè)量單元的使用 狀態(tài)，該硬度計(jì)測(cè)量單元包括 負(fù)荷傳感器ll，安裝于硬度計(jì)的主軸與壓頭座2之間； 測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于壓頭23作用于試件27所形成壓痕深度的測(cè)量； 保護(hù)套1，與壓頭同軸地設(shè)置以對(duì)壓頭在非工作狀態(tài)下形成保護(hù)，并通過(guò)與該保護(hù)
套軸孔滑動(dòng)配合的空心的保護(hù)套螺母安裝在機(jī)架17下端，使保護(hù)套螺母的上端面對(duì)該保
護(hù)套上端設(shè)置的凸環(huán)形成支撐，對(duì)保護(hù)套形成徑向和向下運(yùn)動(dòng)的限位； 其中所述測(cè)量機(jī)構(gòu)包括豎直設(shè)置的光柵尺13和使該光柵尺與所述壓頭座跟隨運(yùn) 動(dòng)的光柵尺架15，所述光柵尺下部設(shè)置的觸頭與光柵尺架軸孔配合而形成對(duì)光柵尺徑向和 向下運(yùn)動(dòng)的限位，且所述觸頭與所述保護(hù)套配合跟隨保護(hù)套運(yùn)動(dòng)。 所說(shuō)的光柵尺架的結(jié)構(gòu)因直線跟隨運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的要求不高，只要其具有一定的剛 性，采用固定連接就可以。當(dāng)然，考慮到光柵尺要與主軸平行設(shè)置，那么光柵尺架需要以折 線尺架的方式引出，即便如此，由于加載過(guò)程硬度計(jì)的運(yùn)動(dòng)很平緩，光柵尺架的在加載過(guò)程 中不會(huì)產(chǎn)生形變。 基于所述保護(hù)套螺母的作用，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以采用其他的替代方式，比
如設(shè)置一個(gè)具有作用的軸套，軸套固定在機(jī)架上。這些都是基于本方案容易想到的，因此，
類(lèi)似于這種等同替代方式和明顯變形方式也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。 為了更好的調(diào)整光柵尺架的初始狀態(tài)，所述保護(hù)套與所述觸頭配合的部位為一端
頂持在所述觸頭頂部的調(diào)節(jié)螺釘20，用于在非測(cè)量狀態(tài)下對(duì)所述光柵尺的調(diào)零。 為了控制光柵尺的運(yùn)動(dòng)范圍，該硬度計(jì)測(cè)量單元還包括設(shè)置在機(jī)架上的對(duì)所述觸
頭導(dǎo)向的光柵尺擋板16，也防止觸頭彈出來(lái)。 為了對(duì)機(jī)架提供保護(hù)，還包括用于設(shè)定所述保護(hù)套向上運(yùn)行極限的限位開(kāi)關(guān)24，
由于保護(hù)套的運(yùn)動(dòng)反映了機(jī)架的變形，因此，該手段可以對(duì)機(jī)架進(jìn)行有效保護(hù)。 為了便于所述限位開(kāi)關(guān)的控制，其觸頭與在所述保護(hù)套軸向設(shè)置的鎖緊螺釘3相應(yīng)。 為了便于檢修，所述保護(hù)套包括下端的錐臺(tái)部，該部位開(kāi)有過(guò)其軸線并延至其底 部的貫穿側(cè)面的縫，用于提供壓頭的鎖緊螺釘22裝配的活動(dòng)空間。自然，據(jù)此還可以對(duì)所 述調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)行調(diào)整。 為了便于檢修，所述保護(hù)套螺母通過(guò)與其螺紋配合的保護(hù)套座19固裝于機(jī)架上。 本方案中各構(gòu)件間的連接多是可拆連接，可以方便的進(jìn)行檢修和調(diào)試。 為了提高連接的可靠性，所述保護(hù)套座與機(jī)架配合的面設(shè)有凸臺(tái)，所述機(jī)架則相應(yīng)設(shè)有沉孔，且配合端面間設(shè)有調(diào)整墊片18。
權(quán)利要求
一種硬度計(jì)測(cè)量單元，包括負(fù)荷傳感器(11)，安裝于硬度計(jì)的主軸與壓頭座(2)之間；測(cè)量機(jī)構(gòu)，用于壓頭(23)作用于試件(27)所形成壓痕深度的測(cè)量；其特征在于其還包括保護(hù)套(1)，與壓頭同軸地設(shè)置以對(duì)壓頭在非工作狀態(tài)下形成保護(hù)，并通過(guò)與該保護(hù)套軸孔滑動(dòng)配合的空心的保護(hù)套螺母安裝在機(jī)架(17)下端，使保護(hù)套螺母的上端面對(duì)該保護(hù)套上端設(shè)置的凸環(huán)形成支撐，對(duì)保護(hù)套形成徑向和向下運(yùn)動(dòng)的限位；其中所述測(cè)量機(jī)構(gòu)包括豎直設(shè)置的光柵尺(13)和使該光柵尺與所述壓頭座跟隨運(yùn)動(dòng)的光柵尺架(15)，所述光柵尺下部設(shè)置的觸頭與光柵尺架軸孔配合而形成對(duì)光柵尺徑向和向下運(yùn)動(dòng)的限位，且所述觸頭與所述保護(hù)套配合跟隨保護(hù)套運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于所述保護(hù)套與所述觸頭配合的部位為一端頂持在所述觸頭頂部的調(diào)節(jié)螺釘(20)，用于在非測(cè)量狀態(tài)下對(duì)所述光柵尺的調(diào)零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于還包括設(shè)置在機(jī)架上的對(duì)所述觸頭導(dǎo)向的光柵尺擋板(16)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于還包括用于設(shè)定所述保護(hù)套向上運(yùn)行極限的限位開(kāi)關(guān)(24)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于所述限位開(kāi)關(guān)的觸頭與在所述保護(hù)套軸向設(shè)置的鎖緊螺釘(3)相應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于所述保護(hù)套包括下端的錐臺(tái)部，該部位開(kāi)有過(guò)其軸線并延至其底部的貫穿側(cè)面的縫，用于提供壓頭的鎖緊螺釘(22)裝配的活動(dòng)空間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于所述保護(hù)套螺母通過(guò)與其螺紋配合的保護(hù)套座(19)固裝于機(jī)架上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的硬度計(jì)測(cè)量單元，其特征在于所述保護(hù)套座與機(jī)架配合的面設(shè)有凸臺(tái)，所述機(jī)架則相應(yīng)設(shè)有沉孔，且配合端面間設(shè)有調(diào)整墊片(18)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硬度計(jì)測(cè)量單元，其包括負(fù)荷傳感器；測(cè)量機(jī)構(gòu)；保護(hù)套；其中所述測(cè)量機(jī)構(gòu)包括豎直設(shè)置的光柵尺和使該光柵尺與所述壓頭座跟隨運(yùn)動(dòng)的光柵尺架，所述光柵尺下部設(shè)置的觸頭與光柵尺架軸孔配合而形成對(duì)光柵尺徑向和向下運(yùn)動(dòng)的限位，且所述觸頭與所述保護(hù)套配合跟隨保護(hù)套運(yùn)動(dòng)。基于本發(fā)明技術(shù)方案的硬度計(jì)測(cè)量單元可以最大限度地消除硬度計(jì)自身結(jié)構(gòu)變形所帶來(lái)的測(cè)量誤差的硬度計(jì)測(cè)量單元，且其結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低。
文檔編號(hào)G01N3/42GK101710050SQ200910223150
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月14日
發(fā)明者孫善燁, 徐會(huì)正, 王健, 王金陽(yáng) 申請(qǐng)人:濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司