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一種用于硬度測(cè)試的方法和裝置制造方法

文檔序號(hào):6239897閱讀:178來(lái)源:國(guó)知局
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
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