一種用于硬度測(cè)試的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及硬度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于硬度測(cè)試的方法和裝置；本發(fā)明的用于硬度測(cè)試的裝置，包括：硬度計(jì)和計(jì)算機(jī)，所述硬度計(jì)包括：預(yù)設(shè)模塊、檢測(cè)模塊、放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、比較模塊、控制模塊、顯示模塊、通訊模塊和電源模塊；所述計(jì)算機(jī)包括數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊可以根據(jù)接收到的硬度信息計(jì)算出硬度值和擬合出載荷壓痕深度特性曲線、載荷隨時(shí)間變化的特性曲線和壓痕深度隨時(shí)間變化的特性曲線，提供了在測(cè)試的過(guò)程中對(duì)被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行加載和卸載時(shí)所產(chǎn)生的有用的測(cè)試數(shù)據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種用于硬度測(cè)試的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及硬度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于硬度測(cè)試的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的硬度測(cè)量，以洛氏為例，只是測(cè)量殘余深度，S卩加載和卸載后的深度差，作 為硬度計(jì)算的參數(shù)。在加載和卸載的過(guò)程中，力和深度的變化信息隨不同的材料而不同，例 如：當(dāng)達(dá)到洛氏最大力_150Kg時(shí)，壓痕的深度是多少，這些大量信息都直接和材料的性質(zhì) 相關(guān)；這些信息在傳統(tǒng)的硬度計(jì)中都無(wú)法記錄和保存。本發(fā)明的硬度計(jì)，將記錄、保存并分 析在加載和卸載的過(guò)程中的力和深度的變化的所有信息，這些信息將用于材料研究者去分 析材料的性質(zhì)。傳統(tǒng)的硬度測(cè)量只是利用硬度計(jì)提供的少量信息，即主應(yīng)力開(kāi)始和結(jié)束時(shí) 的深度數(shù)據(jù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種用于硬度測(cè)試的方法和裝置，解決傳統(tǒng)的硬度測(cè)試裝置 測(cè)試不準(zhǔn)確，采集的可用信息較少的問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種用于硬度測(cè)試的裝置，包括：硬度計(jì)和與所述硬度計(jì)電連接的計(jì)算機(jī)，所述硬 度計(jì)包括：
[0006] 預(yù)設(shè)模塊，所述預(yù)設(shè)模塊用于在進(jìn)行硬度測(cè)試之前設(shè)置目標(biāo)值；所述預(yù)設(shè)模塊包 括用于輸入數(shù)據(jù)的按鍵或者觸摸屏，或者通過(guò)所述計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)傳入所述預(yù)設(shè)模塊；
[0007] 檢測(cè)模塊，所述檢測(cè)模塊用于對(duì)被檢測(cè)的物體的硬度進(jìn)行檢測(cè)；所述檢測(cè)模塊包 括用于向被測(cè)物體的表面施加力的加力裝置和設(shè)置于所述加力裝置上的用于實(shí)時(shí)的采集 壓痕信息的壓力傳感器以及位移傳感器；
[0008] 放大模塊，所述放大模塊用于將所述檢測(cè)模塊傳遞進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行放大；
[0009] 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將所述放大模塊傳遞進(jìn)來(lái)的經(jīng)過(guò)放大的模 擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0010] 比較模塊，在進(jìn)行測(cè)試前所述預(yù)設(shè)模塊將所述目標(biāo)值設(shè)置到所述比較模塊內(nèi)；在 進(jìn)行檢測(cè)后所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將采集到的并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的與所述目標(biāo)值相互對(duì)應(yīng)的 實(shí)測(cè)值傳遞到所述比較模塊內(nèi)；所述比較模塊對(duì)所述目標(biāo)值和實(shí)測(cè)值的大小進(jìn)行比較；
[0011] 控制模塊，所述比較模塊將所述偏差值輸入到所述控制模塊內(nèi)，所述控制模塊對(duì) 所述偏差值進(jìn)行處理，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)；
[0012] 顯示模塊，所述顯示模塊采用液晶顯示器；所述顯示模塊分別將所述目標(biāo)值和所 述檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)采集到的硬度值顯示出來(lái)；
[0013] 通訊模塊，所述通訊模塊的一端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端電連接，其另一端 與所述計(jì)算機(jī)電連接；所述通訊模塊用于實(shí)時(shí)的將采集到的被測(cè)物體的力值和位移值傳遞 到所述計(jì)算機(jī)內(nèi)；
[0014] 電源模塊，所述電源模塊分別與所述預(yù)設(shè)模塊、所述檢測(cè)模塊、所述放大模塊、所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、所述比較模塊、所述控制模塊和所述顯示模塊電連接；
[0015] 所述計(jì)算機(jī)包括數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)通過(guò)所述通訊模塊傳遞進(jìn)來(lái) 的硬度信息進(jìn)行處理。
[0016] 其中，所述目標(biāo)值包括目標(biāo)力值、加載速度和載荷保持時(shí)間；
[0017] 所述目標(biāo)力值為適用于洛氏硬度計(jì)的第一目標(biāo)力值、適用于維氏硬度計(jì)的第二目 標(biāo)力值或者適用于布氏硬度計(jì)的第三目標(biāo)力值；
[0018] 所述第一目標(biāo)力值為150kg、100kg或者kg60kg ;
[0019] 所述第二目標(biāo)力值為100kg、50kg或者30kg ;
[0020] 所述第三目標(biāo)力值為187. 5kg、100kg或者62. 5kg ;
[0021] 所述加載速度大于等于0. 001/S，且小于等于0. lmm/S ;
[0022] 所述載荷保持時(shí)間大于等于0. 1S，且小于等于100S ;
[0023] 所述實(shí)測(cè)值包括實(shí)測(cè)力值，所述實(shí)測(cè)力值包括與所述第一目標(biāo)力值相對(duì)應(yīng)的第一 實(shí)測(cè)力值，與所述第二目標(biāo)力值相對(duì)應(yīng)的第二實(shí)測(cè)力值和與所述第三目標(biāo)力值相對(duì)應(yīng)的第 三實(shí)測(cè)力值。
[0024] 其中，所述壓力傳感器采用電橋式稱(chēng)重傳感器；
[0025] 所述加力裝置包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0026] 所述計(jì)算機(jī)發(fā)送指令給所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn) 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的絲杠軸旋轉(zhuǎn)，使得所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 絲杠螺母軸向移動(dòng)，從而產(chǎn)生壓力；
[0027] 所述位移傳感器采用光柵傳感器，其精度可到0. 1微米。
[0028] 其中，當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值小于所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模塊發(fā)送繼續(xù)移動(dòng)的信號(hào) 到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述絲杠繼續(xù)向下移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值增加；
[0029] 當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值達(dá)到所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模塊發(fā)送停止移動(dòng)的信號(hào)到所述 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述絲杠停止移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值保持不變。
[0030] 其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括硬度計(jì)算模塊和數(shù)據(jù)曲線擬合模塊；
[0031] 所述硬度信息包括測(cè)量時(shí)刻值、在所述測(cè)量時(shí)刻值測(cè)得的所述實(shí)測(cè)力值和在所述 測(cè)量時(shí)刻值測(cè)得的壓痕的深度值；
[0032] 所述硬度計(jì)算模塊根據(jù)所述深度值計(jì)算出被測(cè)材料的硬度值；
[0033] 所述數(shù)據(jù)曲線擬合模塊根據(jù)所述測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所述深度值擬合出 載荷壓痕深度特性曲線、載荷隨時(shí)間變化的特性曲線和壓痕深度隨時(shí)間變化的特性曲線。
[0034] 其中，包括步驟：
[0035] 在進(jìn)行硬度檢測(cè)之前，在所述預(yù)設(shè)模塊內(nèi)設(shè)置所述目標(biāo)值；
[0036] 在硬度檢測(cè)的過(guò)程中，所述檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)的采集測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所 述深度值并輸送到所述比較模塊；
[0037] 所述比較模塊對(duì)所述目標(biāo)力值和所述實(shí)測(cè)力值進(jìn)行比較；當(dāng)所述當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值 小于所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模塊發(fā)送繼續(xù)移動(dòng)的信號(hào)到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述絲 杠繼續(xù)向下移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值增加；當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值達(dá)到所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模 塊發(fā)送停止移動(dòng)的信號(hào)到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述絲杠停止移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值保持不 變；
[0038] 數(shù)據(jù)傳輸，所述通訊模塊實(shí)時(shí)的將采集到的所述測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所 述深度值傳遞到所述計(jì)算機(jī)內(nèi)；
[0039] 計(jì)算被測(cè)材料的硬度值，所述硬度計(jì)算模塊按照預(yù)設(shè)于其內(nèi)的硬度計(jì)算算法對(duì)輸 入的所述深度值進(jìn)行計(jì)算，得到被測(cè)材料的硬度值；
[0040] 擬合特性曲線，所述數(shù)據(jù)曲線擬合模塊根據(jù)所述測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所 述深度值擬合出載荷壓痕深度特性曲線、載荷隨時(shí)間變化的特性曲線和壓痕深度隨時(shí)間變 化的特性曲線。
[0041] 其中，所述硬度計(jì)算算法包括洛氏硬度計(jì)算算法和布氏硬度計(jì)算算法，洛氏硬度
【權(quán)利要求】
1. 一種用于硬度測(cè)試的裝置，其特征在于，包括：硬度計(jì)⑵和與所述硬度計(jì)⑵電連 接的計(jì)算機(jī)（1)，所述硬度計(jì)包括： 預(yù)設(shè)模塊（21)，所述預(yù)設(shè)模塊（21)用于在進(jìn)行硬度測(cè)試之前設(shè)置目標(biāo)值；所述預(yù)設(shè)模 塊（21)包括用于輸入數(shù)據(jù)的按鍵或者觸摸屏，或者通過(guò)所述計(jì)算機(jī)（1)將數(shù)據(jù)傳入所述預(yù) 設(shè)模塊（21); 檢測(cè)模塊（22)，所述檢測(cè)模塊（22)用于對(duì)被檢測(cè)的物體的硬度進(jìn)行檢測(cè)；所述檢測(cè)模 塊（22)包括用于向被測(cè)物體的表面施加力的加力裝置和設(shè)置于所述加力裝置上的用于實(shí) 時(shí)的采集壓痕信息的壓力傳感器以及位移傳感器； 放大模塊（23)，所述放大模塊（23)用于將所述檢測(cè)模塊（22)傳遞進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn) 行放大； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（24)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（24)用于將所述放大模塊（23)傳遞進(jìn)來(lái)的經(jīng) 過(guò)放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)； 比較模塊（27)，在進(jìn)行測(cè)試前所述預(yù)設(shè)模塊（21)將所述目標(biāo)值設(shè)置到所述比較模塊 (27)內(nèi)；在進(jìn)行檢測(cè)后所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（24)將采集到的并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的與所述目 標(biāo)值相互對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)值傳遞到所述比較模塊（27)內(nèi)；所述比較模塊（27)對(duì)所述目標(biāo)值和 實(shí)測(cè)值的大小進(jìn)行比較； 控制模塊（28)，所述比較模塊（27)將所述偏差值輸入到所述控制模塊（28)內(nèi)，所述控 制模塊（28)對(duì)所述偏差值進(jìn)行處理，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)； 顯示模塊（29)，所述顯示模塊（29)采用液晶顯示器；所述顯示模塊（29)分別將所述 目標(biāo)值和所述檢測(cè)模塊（22)實(shí)時(shí)采集到的硬度值顯示出來(lái)； 通訊模塊（210)，所述通訊模塊（210)的一端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（24)的輸出端電連 接，其另一端與所述計(jì)算機(jī)（1)電連接；所述通訊模塊（210)用于實(shí)時(shí)的將采集到的被測(cè)物 體的力值和位移值傳遞到所述計(jì)算機(jī)（1)內(nèi)； 電源模塊（25)，所述電源模塊（25)分別與所述預(yù)設(shè)模塊（21)、所述檢測(cè)模塊（22)、所 述放大模塊（23)、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（24)、所述比較模塊（27)、所述控制模塊（28)和所述 顯示模塊（29)電連接； 所述計(jì)算機(jī)（1)包括數(shù)據(jù)處理模塊（11)，所述數(shù)據(jù)處理模塊（11)對(duì)通過(guò)所述通訊模塊 (210)傳遞進(jìn)來(lái)的硬度信息進(jìn)行處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬度測(cè)試的裝置，其特征在于：所述目標(biāo)值包括目 標(biāo)力值、加載速度和載荷保持時(shí)間； 所述目標(biāo)力值為適用于洛氏硬度計(jì)的第一目標(biāo)力值、適用于維氏硬度計(jì)的第二目標(biāo)力 值或者適用于布氏硬度計(jì)的第三目標(biāo)力值； 所述第一目標(biāo)力值為150kg、100kg或者kg60kg ; 所述第二目標(biāo)力值為l〇〇kg、50kg或者30kg; 所述第三目標(biāo)力值為187. 5kg、100kg或者62. 5kg ; 所述加載速度大于等于〇. 001/S，且小于等于0. lmm/S ; 所述載荷保持時(shí)間大于等于〇. 1S，且小于等于100S ; 所述實(shí)測(cè)值包括實(shí)測(cè)力值，所述實(shí)測(cè)力值包括與所述第一目標(biāo)力值相對(duì)應(yīng)的第一實(shí)測(cè) 力值，與所述第二目標(biāo)力值相對(duì)應(yīng)的第二實(shí)測(cè)力值和與所述第三目標(biāo)力值相對(duì)應(yīng)的第三實(shí) 測(cè)力值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬度測(cè)試的裝置，其特征在于：所述壓力傳感器采 用電橋式稱(chēng)重傳感器； 所述加力裝置包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)； 所述計(jì)算機(jī)（1)發(fā)送指令給所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn) 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的絲杠軸旋轉(zhuǎn)，使得所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 絲杠螺母軸向移動(dòng)，從而產(chǎn)生壓力； 所述位移傳感器采用光柵傳感器，其精度可到〇. 1微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于硬度測(cè)試的裝置，其特征在于：當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值小 于所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模塊（28)發(fā)送繼續(xù)移動(dòng)的信號(hào)到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述 絲杠繼續(xù)向下移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值增加； 當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值達(dá)到所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模塊（28)發(fā)送停止移動(dòng)的信號(hào)到所 述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述絲杠停止移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值保持不變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于硬度測(cè)試的裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理模塊 (11)包括硬度計(jì)算模塊和數(shù)據(jù)曲線擬合模塊； 所述硬度信息包括測(cè)量時(shí)刻值、在所述測(cè)量時(shí)刻值測(cè)得的所述實(shí)測(cè)力值和在所述測(cè)量 時(shí)刻值測(cè)得的壓痕的深度值； 所述硬度計(jì)算模塊根據(jù)所述深度值計(jì)算出被測(cè)材料的硬度值； 所述數(shù)據(jù)曲線擬合模塊根據(jù)所述測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所述深度值擬合出載荷 壓痕深度特性曲線、載荷隨時(shí)間變化的特性曲線和壓痕深度隨時(shí)間變化的特性曲線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于硬度測(cè)試的方法，其特征在于：包括步驟： 在進(jìn)行硬度檢測(cè)之前，在所述預(yù)設(shè)模塊（21)內(nèi)設(shè)置所述目標(biāo)值； 在硬度檢測(cè)的過(guò)程中，所述檢測(cè)模塊（22)實(shí)時(shí)的采集測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所 述深度值并輸送到所述比較模塊（27); 所述比較模塊（27)對(duì)所述目標(biāo)力值和所述實(shí)測(cè)力值進(jìn)行比較；當(dāng)所述當(dāng)所述實(shí)測(cè)力 值小于所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控制模塊（28)發(fā)送繼續(xù)移動(dòng)的信號(hào)到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器， 所述絲杠繼續(xù)向下移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力值增加；當(dāng)所述實(shí)測(cè)力值達(dá)到所述目標(biāo)力值時(shí)，所述控 制模塊（28)發(fā)送停止移動(dòng)的信號(hào)到所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述絲杠停止移動(dòng)，所述實(shí)測(cè)力 值保持不變； 數(shù)據(jù)傳輸，所述通訊模塊（210)實(shí)時(shí)的將采集到的所述測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和 所述深度值傳遞到所述計(jì)算機(jī)（1)內(nèi)； 計(jì)算被測(cè)材料的硬度值，所述硬度計(jì)算模塊按照預(yù)設(shè)于其內(nèi)的硬度計(jì)算算法對(duì)輸入的 所述深度值進(jìn)行計(jì)算，得到被測(cè)材料的硬度值； 擬合特性曲線，所述數(shù)據(jù)曲線擬合模塊根據(jù)所述測(cè)量時(shí)刻值、所述實(shí)測(cè)力值和所述深 度值擬合出載荷壓痕深度特性曲線、載荷隨時(shí)間變化的特性曲線和壓痕深度隨時(shí)間變化的 特性曲線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于硬度測(cè)試的方法，其特征在于：所述硬度 計(jì)算算法包括洛氏硬度計(jì)算算法和布氏硬度計(jì)算算法，洛氏硬度=100-V0. 002， 布氏硬度=
所述h = hmax-hmin ;所述hmax為所述實(shí)測(cè)力值等于目標(biāo)力值時(shí)對(duì)被測(cè)材料的壓痕的 深度值；所述hmin為當(dāng)實(shí)測(cè)力值為最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的材料的壓痕的深度值； 布氏硬度=
，所述D為壓力裝置的硬質(zhì)合金球直 徑，d為壓痕的平均直徑；F為目標(biāo)力值。
【文檔編號(hào)】G01N3/40GK104297500SQ201410451861
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】章利球 申請(qǐng)人:嘉善耐博精密儀器有限公司