CN101208591B - 通过冲击进行硬度测量的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的装置包括致动器(23)，其能从舒展位置推动到压缩位置。当这样做时，首先致动器(23)释放冲击体(32)去撞击样品(2)，然后使捕捉器(40，42)向释放的冲击体(32)移动并将其带回。冲击体(32)的通过由簧片开关(28)检测，该簧片开关唤醒处理电路且在两种操作模式之间切换该电路。在第一模式中，电路显示出设备状态，而在第二模式中显示出测量结果。
Description
技术领域
本发明涉及样品的硬度测量装置，该装置使冲击体撞击到样品从而测量冲击体的弹回参数。
背景技术
在非破坏性的硬度试验领域中，许多种试验采用冲击装置。最初的观点如US4034603中所述。
为确定被测试的样品硬度，用某些方式估算弹回能量；要么采用绝对值，或者将它与吸收能量进行比值计算。
通常，这些装置包括管状壳体和圆柱形或弹壳形冲击体，该冲击体能够在壳体内线性地移动。为进行试验，冲击体以一定的能量撞击到被测的表面上。大多数冲击装置采用弹簧来提供冲击能。
现在注意这两种最普通的机械。
1)在第一类装置中，操纵装置的柄或者主体挤压弹簧到最大压力，在其上触发器自动释放冲击体。在冲击作用后，通过第二弹簧该装置回到它的“放松”状态。由于我们采用尤其是这种工具，例如触动钉子或者针的弹簧触发的中心冲头或者装置，这种工作模式认为是标准模式。类似的机构也常用于武器。
2)在第二类装置中，挤压弹簧到最大弹簧压力，且该装置处于待命状态。通过分离操作例如通过按下按钮，释放触发器。这是在例如US4034603中描述的内容。
两个模式的简要分析显现出它们相对于本发明的主题装置范围的缺点。
在实例1)中，当挤压负载弹簧(其能够存储相当多的能量)时，操作员人为地加压。这会导致抖动和打滑，也就是导致了不可靠结果。
在实例2)中上面的问题得到缓解-操作器能够以放松方式触发装置-然而，要依靠附加的操作和分离的机械触发器。在这些实例中测试装置通过机器臂驱动，附加的触发器意味着更加复杂、不太敏捷的系统。
图1示出了通常的用于金属硬度测试的冲击装置，其根据上面所述的实例2)运行。
这类冲击装置已经成为工业标准(ASTM公报)。
让我们分析标准装置的加压和触发特性，因为这些将由本发明替代(superceeded)。
“提供”装置，通过手动地将负载管1推向样品2，冲击弹簧被加载。这个操作通过管状托架4移动止动卡持部3，当在全压缩位置时，通过它的固定销挡住冲击体5。随后负载弹簧6缩回该部件到它的原位，因此提供冲击弹簧7。通过推杆9和它的锥形顶部10起动外部触发按钮8，打开止动卡持部3并释放冲击体5。
信号处理和显示电路11可设置在分离单元中或者直接固定在冲击设备上。必须对电路供给动力以检测在拾波线圈12中感应的电压和显示硬度读数。
发明内容
本发明的第一个目的是提供容易操作的装置。
现在为了实现根据说明书的描述而进一步明确的上述目的以及进一步的目的，用于样品硬度测量的装置包括
壳体，
对样品进行冲击的冲击体，其中，冲击体沿装置的轴线在加载位置和释放位置之间移动，
致动器沿从舒展位置到压缩位置的路线可移动，
其中，所述装置适用于：
通过使致动器远离舒展位置朝着压缩位置移动，从而触发冲击体从加载位置释放，以及
通过使致动器从压缩位置移动到舒展位置，从而使冲击体从释放位置移动到加载位置，因而加载所述装置。
这类装置允许以单个运动即通过移动致动器来对装置进行操作。对比于如上提及的常规类型1装置，然而，当给装置加载时通过使用者施加的力能够更低。
本发明的第二个方面中，提供了用于样品硬度测量的装置，其包括
壳体，
对样品进行冲击的冲击体，其中，冲击体沿装置的轴线在加载位置和释放位置之间可移动，
测量电路，用于测量冲击体从样品的弹回，
检测器，用于在加载位置和释放位置之间的一位置处检测冲击体的通过，
其中，测量电路具有第一和第二操作模式，其中朝着释放位置的方向冲击体通过检测器的位置，切换测量电路到第二操作模式，而远离释放位置的方向冲击体通过检测器的位置，切换所述电路到第一操作模式。
因而，这个装置采用冲击体的移动在两种操作模式中进行切换，例如其允许减少使用者不得不发给装置的明确命令的数量，由此导致界面元件的减少和/或改善的便利性和/或可靠性。
在特别有益的实施例中，模式之间的转换通过簧片开关检测，该簧片开关通过设置在冲击体内的磁铁的磁场来起动。这种簧片开关不会提取能量因此允许电路非常低的功率准备操作。磁铁可与常规装置中用于在拾波线圈中感应电流的磁铁为相同的磁铁。
本发明的进一步目的是提供具有低功率消耗的装置。因而，在本发明的最后方面中，用于样品硬度测量的装置包括：
对样品进行冲击的冲击体，其中，冲击体包括磁铁且沿装置的轴线在加载位置和释放位置之间可移动，
测量电路，用于测量冲击体从样品的弹回，和
簧片开关，用于在加载位置和释放位置之间的一位置处检测冲击体的通过。
簧片开关例如能够用于将电路从睡眠模式中唤醒或者能够如上提及的在两种操作模式之间转换。
附图说明
当考虑接下来它的详细描述，本发明将更易理解，且除了如上所述那些目的之外的目的将变得显而易见。这些描述参考附图，其中：
图1是现有技术的装置，
图2示出了本发明有益实施例的示意图，
图3示出了冲击体处于其加载位置情况下的图2的装置，
图4示出了释放冲击体之后短时间内的装置，
图5示出了冲击体处于其放松位置情况下的装置，以及
图6示出了当冲击体从放松位置缩回时的装置。
具体实施方式
有益实施例装置的总体视图在图2中示出。它包括具有箱体20的壳体和延伸穿过箱体20的导管21。导管21的前端带有支承环22，而致动器23可滑动地设置在导管21的后端。致动器23形成圆柱形手柄来供使用者抓紧。箱体20装有测量电路、显示器24和使用者可操作的输入元件，例如按钮25。
现在注意图3，其中示出了装置中的部件设计。
该装置的主要结构是导管21。支承环22设置在导管21的前端，在那里装置与要测试的样品2接触。拾波线圈26在箱体20中靠近导管前端的位置缠绕着导管21。
为了得到紧凑设备，也就是冲击装置和电子设备结合成单一手提式组件的系统，箱体20固定到导管21上。它包含各种电路，例如信号处理机27、显示器24和拾波线圈26，还有用作检测器的簧片开关28。所有这些部件都设置在电路板30上。
可动部件，从左至右为：配置有硬顶34并带有磁铁36的冲击体32。冲击体32设置在导管21中并且沿着它的轴线38可滑动。
磁铁36和拾波线圈26之间的相互关系如US4034603所描述的那样，并且允许测量可显示样品2硬度的弹回过程参数。
在图3所示的它的加载位置中，冲击体32的后固定销39与捕捉器接合。捕捉器包括安装到管状托架42的止动卡持部40。通过具有锥形顶部45的推杆44的释放机构，捕捉器40、42能够得到释放。止动卡持部40通常处于能够卡紧固定销39的卡紧位置；通过推杆44的一部分即锥形顶部45，止动卡持部40能够打开释放冲击体32。推杆44从致动器23延伸到捕捉器，且同轴地安装到管状托架42上，而它的后端固定在致动器23上。在图2的实施例中，推杆44可滑动地设置在管状托架42中。
冲击弹簧48在捕捉器和冲击体之间延伸。当冲击体32处于加载位置呈待命状态时，冲击弹簧48被完全压缩。它的前端抵靠着冲击体32；它的后端固定到管状托架42的螺纹部分。
管状托架42可动地由中心件50引导，该中心件与导管21刚性连接。
管状托架42在其后端处通过加宽部分54装在致动器23的端盖52中。加宽部分54通过触发弹簧58抵靠在端盖52的凸缘56上。
端盖52与致动器23连接，该端盖52是装置的主要人机交互界面，下面将进行描述。
负载弹簧62在管状导引件21和致动器23的端盖52之间延伸，推动致动器23到如图3所示的完全舒展位置。因为推杆44由加宽部分64夹持住，该加宽部分紧靠管状导引件21中的凸缘，推杆44就抵抗负载弹簧62的作用力而保持致动器23。
参见图1，示出的组件的大部分元件与在常规冲击装置中设置的部件都是相同或者相似的。一个不同之处在于在后端缺少释放按钮8且存在一耦合器。
如图3所示，这个耦合器的目的在于夹持住捕捉器40、42处于它的第一后向的位置，但是一旦超过触发力的作用力沿着轴线38以向前的方向作用于捕捉器40、42，就释放它。耦合器包括固定安装在管状托架42上的环形轭66。轭66是铁磁材料(例如软铁或者透磁合金)。轭66紧靠磁环68设置，该磁环68由强磁材料制成(例如稀土钴或者钕铁硼)。磁环68安装在中心件50上。
含铁轭66和磁环68的组合形成了磁力耦合器，其确保捕捉器40、42稳固地处于其第一后向的位置，直到止动卡持部40打开并且冲击体32已被释放。
在本发明的优选实施例中，冲击弹簧48加载到1.5至2牛顿，处于如图3所示的位置。触发弹簧58设置为2.5至3牛顿来确保止动卡持部40不会在冲击弹簧48的力的作用下打开。负载弹簧62可被确定为5牛顿那么低，其是常规的触发按钮开关系统设定的额定值的三分之一。
注意在常规仪器中(如图1所示)，初始位置仅通过负载弹簧6来得到保证。这要求负载弹簧6比缩回冲击体到初始位置所需要的弹簧硬度更大。
负载弹簧62的减少力在机器人测试方面具有吸引人的益处。能够在人类操作员附近工作且不需要防护罩的较小机器人，通常限制力为5牛顿。本发明的系统因此能够设计来满足所述需要。
到目前为止，我们已经看了处于待命状态的冲击装置，也就是冲击弹簧48被压缩，且冲击体32处于图3所示的加载位置。
现在让我们看看图4示出的触发操作。
操作员通常采用两只手的方式使用装置。一只手通过抓紧导管21和/或箱体20的前端，确保在样品2上装置处于稳定位置。另一只手抓住致动器23。
(在一些应用中，使用者可以单手操作-通过本发明这也是容易的)。
推动致动器23沿着轴线38向前背离其舒展位置，也就是朝向样品2，负载弹簧62和触发簧58被压缩。由于管状托架42通过含铁轭66和磁环68的结合保持在它的最后位置处，推杆44将使得止动卡持部40变形从而打开它。冲击体32被释放，冲击弹簧48伸长使得冲击体32向样品2加速，从而进行测量。
这里，使用者能够让致动器23回到它的完全舒展位置或者继续推动致动器向前。
当致动器进一步被推动向前时，在顶部45已经打开了止动卡持部40之后的某些时刻，触发弹簧58施加于管状托架42的力超过了在轭66和磁环68之间磁力耦合的触发力。这里，耦合将释放捕捉器40、42来和致动器23一起沿着轴线38移动(如图5所示)。以这种方式，捕捉器能够通过移动致动器23到它的完全压缩位置而进入到前前向第二位置。这里，捕捉器40、42能够与冲击体32接合，该捕捉器现在如图5所示的处于它的释放位置。
应注意到：在耦合器66、68刚打开后，触发弹簧58立刻再次扩展因此允许止动卡持部40闭合。在图中，负载弹簧62的最右边部分以截面的形式显示来突出触发弹簧58的状态。
操作者应当优选在释放耦合器66、68之后，让致动器23处于它的舒展位置，随后作用在致动器23上且超过耦合器66、68的触发力的压力也会向前移动捕捉器来抓紧冲击体32。(明显地，该装置不会在这种情况下触发)。
图5示出了致动器23的中间位置，而捕捉器40、42正朝着抓住冲击体32的方向移动。当致动器23已被推至完全压缩位置时，捕捉器40、42与处于释放位置的冲击体32接合。
图6示出了在捕捉器40、42已经抓住冲击体32之后而同时负载弹簧62带动致动器23、捕捉器40、42和冲击体32返回加载位置时的装置。
为了描述，我们已经选择了由含铁轭66和磁环68组成的磁力耦合器。弹簧类的耦合机构可成为具有类似特征的替代物。
到目前为止，我们已经聚焦在本发明的机械部分中。
分开冲击装置的待命状态和放松状态的构想还允许另一种重要特性。
一现代的超小型电子指示装置设计有益于超低功率消耗。通常现代微型控制器特征为减少接通/断开开关的使用的“睡眠”模式。由此问题产生，即如何唤醒装置的电子元件，这种装置处于睡眠模式时不能够提取任何电流。在目前这个实施例中这通过簧片开关28来完成，该簧片开关通过冲击体32的一部分即磁铁36磁性地起动。同样的磁铁36通过线圈26可用来测量冲击体32的速度。
检测冲击体32在两个方向上的转换，即a)当将要冲击到样品2上时，和b)当缩回初始位置经过时，簧片开关28将闭合。
这个现象用于唤醒电路并且执行两个不同的任务。a)如果信号处理器27在来自簧片开关的脉冲之后检测到冲击信号的存在，也就是在拾波线圈26中感应电流，信号将被处理并且在显示器24上显示出硬度值；b)如果处理器27在来自簧片开关的脉冲之后没有检测到冲击信号，也就是拾波线圈26中没有感应电流，则设定簧片开关28在冲击装置32缩回期间已经闭合并且处理器27将导致显示器24显示出装置的设置情况而不是最后测量值。
这种特性允许几个大特征合用一个显示装置而不需要读数困难、对比度更弱且成本更高的多排显示。
在完成了任何一个任务后，电路回到睡眠模式。
换句话说，冲击体32在簧片开关28位置处的通过将会在第一和第二操作模式之间切换电路。在第一操作模式中，显示器24将会显示一个或者更多的装置设定值。在第二操作模式中，显示器24将会显示最后测量的结果。当冲击体32经过在其路径上的簧片开关28到图5所示的释放位置时，电路切换到第二操作模式。当冲击体32远离释放位置移动经过簧片开关28时，电路切回到它的第一操作模式。
为了示出显示器的分时模式，图3和6中显示器示出了装置已经设置了的读数为用于冷加工钢(材料数2)的“洛氏硬度C(RockwellC)”刻度。图4和5示出了冲击后的装置，显示器24示出了测量的硬度，为“65.3”洛氏硬度。
除了在两种操作模式之间切换电路之外，簧片开关28进一步为了从睡眠中唤醒电路。每次开关28被起动，处理器27在高功率消耗的激活模式中开始处理，目的是为了进行测量和显示其结果，或者恢复电流设定值并且显示它们。一旦任务完成，处理器27回到低功率消耗的睡眠模式。
因此，能够看到，簧片开关28适用两种不同的目的，其能够组合或者单独使用：a)允许在两种操作模式之间切换电路；b)从睡眠模式中唤醒电路。
关于发明的电子部分，磁性起动簧片开关28能够由任何类型的检测器来替换，所述检测器通过冲击体32或者冲击装置的任何可动部件来起动。
虽然现在这里显示并描述了本发明的优选实施例，显然应当明白本发明不限于此，并且可以在接下来的权利要求范围中不同地、多样地具体化和实施。
Claims (24)
1.用于样品硬度测量的一种装置，所述装置包括
壳体(20，21)，
对样品进行冲击的冲击体(32)，其中，冲击体(32)沿装置的轴线(38)在加载位置和释放位置之间可移动，
致动器(23)，沿从舒展位置到压缩位置的路径可移动，
其中，所述装置适用于：
通过使致动器(23)远离舒展位置朝着压缩位置移动，从而触发所述冲击体(32)而从加载位置释放，并且
通过使致动器(23)从压缩位置移动到舒展位置，从而使冲击体(32)从释放位置移动到加载位置，
所述装置进一步包括：
捕捉器(40，42)，当致动器(23)移动到压缩位置时，所述捕捉器(40，42)通过致动器(23)可操作地与处于释放位置的冲击体(32)接合，而当致动器(23)在舒展位置时，所述捕捉器(40，42)通过致动器(23)可操作地将冲击体(32)保持在加载位置中，以及
释放机构(44，45)，当致动器(23)远离舒展位置朝着压缩位置移动时，所述释放机构通过致动器(23)可操作地从捕捉器(40，42)中释放冲击体(32)。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括将捕捉器(40，42)保持在第一位置的耦合器(66，68)，其中，在沿着轴线(38)所施加的触发力超过耦合器(66，68)力的作用下，耦合器(66，68)释放捕捉器(40，42)，而使其沿着轴线(38)朝着第二位置移动，在第二位置处捕捉器能与冲击体(32)接合。
3.如权利要求2所述的装置，其中，耦合器(66，68)是磁力耦合器。
4.如权利要求2所述的装置，其中，释放机构(44，45)包括从致动器(23)向捕捉器(40，42)延伸的推杆(44)，其中，当捕捉器(40，42)处于所述第一位置且致动器(23)远离舒展位置朝着压缩位置移动时，推杆(44)适用于使捕捉器(40，42)变形从而将冲击体(32)从捕捉器(40，42)释放。
5.如权利要求4所述的装置，进一步包括
设置在捕捉器(40，42)和致动器(23)之间的触发弹簧(58)，其中，当致动器(23)从舒展位置朝着压缩位置移动时，首先所述推杆(44)使捕捉器(40，42)变形来释放冲击体(32)，然后所述触发弹簧(58)施加超过所述触发力的作用力以打开耦合器(66，68)。
6.如权利要求4所述的装置，其中，捕捉器(40，42)和推杆(44)同轴设置。
7.如权利要求5所述的装置，其中，捕捉器(40，42)和推杆(44)同轴设置。
8.如权利要求6所述的装置，其中，所述捕捉器(40，42)包括管状托架(42)，并且其中推杆(44)可滑动地设置在管状托架内。
9.如权利要求7所述的装置，其中，所述捕捉器(40，42)包括管状托架(42)，并且其中推杆(44)可滑动地设置在管状托架内。
10.如权利要求1-9任一所述的装置，进一步包括在捕捉器(40，42)和冲击体(32)之间延伸的冲击弹簧(48)，其中，当冲击体(32)从加载位置释放时，冲击弹簧(48)延伸使得冲击体(32)朝样品加速。
11.如权利要求1-9之一所述的装置，进一步包括在壳体和致动器(23)之间延伸的负载弹簧(62)，用于朝着舒展位置推动致动器(23)。
12.如权利要求10所述的装置，进一步包括在壳体和致动器(23)之间延伸的负载弹簧(62)，用于朝着舒展位置推动致动器(23)。
13.如权利要求1-9之一所述的装置，其中，所述致动器(23)形成为手柄供使用者抓紧。
14.如权利要求10所述的装置，其中，所述致动器(23)形成为手柄供使用者抓紧。
15.如权利要求11所述的装置，其中，所述致动器(23)形成为手柄供使用者抓紧。
16.如权利要求12所述的装置，其中，所述致动器(23)形成为手柄供使用者抓紧。
17.如权利要求1所述的装置，所述装置还包括
测量电路(26，27)，用于测量冲击体(32)从样品的弹回，
检测器(28)，用于在加载位置和释放位置之间的一位置处检测冲击体(32)的通过，
其中，所述测量电路(26，27)具有第一和第二操作模式，其中，在朝着释放位置的方向上冲击体(32)通过检测器(28)的位置，从而切换测量电路到第二操作模式，而在远离释放位置的方向上冲击体(32)通过检测器(28)的位置，则切换所述电路到第一操作模式。
18.如权利要求17所述的装置，进一步包括设置在冲击体(32)中的磁铁(36)，其中，检测器(28)是由磁铁(36)起动的簧片开关。
19.如权利要求18所述的装置，进一步包括沿着冲击体(32)的路径设置的线圈(26)，其中，所述测量电路适用于根据由磁铁(36)在线圈(26)中感应的电流来测量弹回参数。
20.如权利要求19所述的装置，其中，如果来自簧片开关的脉冲之后在线圈(26)中产生了电流脉冲，所述测量电路切换到第二操作模式，如果没有产生电流脉冲，则切换到第一操作模式。
21.如权利要求17-20任一所述的装置，其中，所述测量电路具有低功率消耗的睡眠模式和高功率消耗的有源模式，其中来自检测器(28)的信号使电路切换到有源模式。
22.如权利要求17-20任一所述的装置，进一步包括显示器(24)，其中在第一操作模式中，所述测量电路适用于在显示器(24)上显示出第一操作模式下装置的设定值和第二操作模式下的测量结果。
23.如权利要求21所述的装置，进一步包括显示器(24)，其中在第一操作模式中，电路适用于在显示器(24)上显示出第一操作模式下装置的设定值和第二操作模式下的测量结果。
24.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：
所述冲击体(32)包括磁铁(36)，
测量电路(26，27)，用于测量冲击体(32)从样品的弹回，和
簧片开关(28)，用于在加载位置和释放位置之间的一个位置处检测冲击体(32)的通过。
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