CN102213661B - 通用测量仪 - Google Patents

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Abstract

测量仪包括一套组件和一个测量装置的。该组件包括一个底座,箱形框架,一个由马达驱动的滑动装置和一个控制施加在被测样品上的作用力大小的控制系统。用于进行包括洛氏硬度计测量,韦氏硬度计测量,布氏硬度测量,显微硬度测量和拉伸-压缩测量的各种测量的所述测量装置被耦连在滑动装置上。所述测量装置包括一个测力传感器和一个将测力传感器模拟信号转化为数字数据的数据处理电路并将其发送至控制系统接口的数据处理电路。

Description

通用测量仪
[0001 ] 本申请相关参考
[0002] 本申请为35U.S.C.§119条件下对申请号为61/283,902,申请日为12/09/2009的临时申请案的要求优先权的正式申请。
技术领域
[0003]本发明涉及一种材料硬度和拉伸压缩检测装置,尤其涉及一种压痕硬度计,该硬度计允许使用者利用多种类型的硬度试验来检测和得到高度精确的材料硬度。
背景技术
[0004]本领域技术人员都知道实验室需要多种类型材料测量仪,例如洛氏硬度测量仪,布氏硬度测量仪,韦氏硬度测量仪,显微硬度测量仪和努式硬度测量仪,另外还有拉伸压缩测量仪。所有生产厂家均想制造一种仪器,使该仪器能够进行上述所有仪器的同样功能,这样用户可以拥有少量仪器并可完成各种测量而且节省成本。直到目前为止,这仍然非常困难。所有仪器需要能够提供和测量精密准确的作用力且每种测量仪各有不同的有效力值范围。例如,洛氏测量仪所需初始试验力值为10千克力,总试验力值为150千克力;布氏测量仪所需最大力值为3000千克力;显微韦氏测量仪需要精确到0.1千克力。直到目前为止,可以提供此种大范围的力的测量仪器要想得到精密准确的测量结果是不可能的。
[0005]甚至是在一个小的范围内,仪器在用于力的精密准确的测量时也有困难。例如,洛氏测量仪要求150千克力。对实验室仪器来说,150千克力的称重太重了,因此设计者使用15千克力通过杠杆来为测量仪提供150千克力的称重。随着时间的推移,这些机械部件会发生摩擦和磨损,最终测量所得的力值将是不准确的。
[0006]压痕硬度计是通过测量压头压入测量样品的深度或位移,来确定被测量样品的硬度。在现有的压痕硬度测量仪中都有可在实际位移和实测位移之间做相对移动的位移传递机械部件。如此,这些机械的相对移动导致在位移测量点和测量样品之间发生了摩擦和位移丢失,由此导致硬度测量的重复性准确度被破坏。
[0007]随着时间的推移,这些称重式硬度测量仪,由于它们的机械型不精密性导致现代的反馈控制闭环系统的使用,该系统包括一个作为测量手段的一部分的称重传感器以用于测量被施加于被测样品上的力的大小。
[0008]美国专利4,435,976描述了一种用于决定施力大小的称重传感器在布氏测量中的应用,该专利采用了一种反馈回路用于自动补偿诸如温度和摩擦等因素对测量精度的影响。
[0009]另外一种例子是美国专利6,142,010,该专利介绍了包括一个用于测量和施力的称重传感器的控制闭环系统在洛氏测量仪中的使用。
[0010]另外一个例子是美国专利6,247,356,该专利介绍了包括一个用于测量和施力的称重传感器的控制闭环系统在显微硬度测量仪中的使用。
[0011]这些仪器采用称重传感器作为感应器来测量施力大小。它们的弱点是仅能用于一种类型的硬度测量。例如,洛氏测量仪不能用于韦氏硬度测量,布氏硬度测量或显微硬度测量。它们的其它弱点是这些测量仪所采用的称重传感器是因盘型称重传感器。这种类型的称重传感器的测量精度仅在0.1%到0.5%之间。因此,它们不能用于范围较大的力的测量。
[0012]美国专利6,142,010和6,247,356所采用的结构无法提供足够的支持来承受更大的施加力。这些会影响到测量结果的精确度。
[0013]所有已知的台式硬度测量仪包括使用称重传感器或和载重硅码型号,均采用升降螺杆来适应不同大小的样件。在升降螺杆机构中,所用的机械性作用力会引起位移测量精确度下降,导致测量结果误差的产生,其它可能的偏差丢失也会导致位移测量误差的产生。
[0014]所有已知的硬度测量仪均不适于测量孔状和沟槽形状的样件。
发明内容
[0015]相应地,本发明的一个目的是提供一种新型测量仪,该测量仪能够进行所有类型的硬度测量:洛氏硬度仪,布氏硬度仪,韦氏硬度仪,显微韦氏硬度仪和努式硬度仪及拉伸压缩测量。
[0016]本发明测量仪在概念上与前述测量仪有异。本发明将测量和施力供应部分分开为不同的装置,而不是如目前己去口的测量仪那样是一个单一整体。
[0017]本发明的目的是提供一种操作简便,高度精确的测量仪器。该测量仪能够自动运行测量操作。
[0018]本发明的另一个目的是提供这种采用了包括电子电路与计算机通信连接在内的新技术的具有优势的测量仪。
[0019]本发明的另一目的是提供一种仪器,该仪器在进行硬度测量时可以很方便地在如洛氏测量,布氏测量,维氏测量,显微韦氏测量,努氏测量和强度测量等不同类型硬度测量方式之间切换。
[0020]本发明的另一目的是提供一种测量仪,该测量仪可很方便地更换和安装不同的测量装置和压头。
[0021]本发明的另一目的是提供一种结构简单的测量仪,以能降低生产成本和减少维修。
[0022]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中其测量装置是一个包含有测力传感器,位移传感器和数据处理电路的独立单元。
[0023]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪测量装置的测力传感器比现有硬度测量仪的因盘形测力传感器精确度更高。该测量仪测量装置的测力传感器是一种梁式称重传感器。
[0024]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪测量装置直接测量压头在样件表面的位移。这就减少了位移传递过程中所导致的位移误差。该测量装置位移传感器是电容传感器或光栅传感器或线性差动可变变压器式位移传感器。
[0025]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪测量装置的结构适于测量孔状,沟槽形或其他不规则形状的样品。
[0026]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪测量装置的数据处理电路可将测力传感器和位移传感器的模拟信号转换成数字数据并通过接口将其发送到控制和显示系统。
[0027]本发明的另一个目的是提供提供一种测量仪,其中该测量仪测量装置的数据处理电路具有数据存储功能,因此该测量装置可以存储包括自身识别和校正数据在内的所有数据。当该测量装置与不同力提供装置安装在一起时,不管是哪一种测力器,对同一样品的测量结果都将是相同的。
[0028]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪测力器提供从0.0lkg-1OOOkg的大范围的高精确的拉伸或压缩力。
[0029]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪施力部分包含有一个箱形框架,底座和滑块。该箱形框架固定有一对滑动轴和一个滚珠螺杆。一台交流伺服电机被固定于的载物台底部,并与滚珠螺杆相连。交流伺服电机驱动滚珠螺杆,后者使滑块沿滑动轴垂直移动。
[0030]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪滑块有一用于安装测量装置的括槽。该括槽中有一可与测量装置通信相连的电路接口。
[0031]本发明的另一目的是提供一种测量仪,其中该测量仪的底座操作台是一个带有T-型槽的载物台。用于支承测试样品的铁陆通过螺钉安放于载物台上。各种不同形状的铁陆可依样品的形状被安装和更换。此外,底座载物台本身也可支撑大的样品。这种结构取消上述的台式硬度仪的升降螺杆装置,避免了由升降螺杆结构所导致的测量误差。
[0032]依据本发明,可达到上述和其它目的和优势的测量仪包括:
[0033]多个进行各种硬度测量的测量装置,这些硬度测量选自于一个包括洛氏硬度测量,韦氏硬度测量,布氏硬度测量,显微硬度测量,拉伸压缩测量在内的测量装置组合,其中的每一种测量装置均为独立的单元且每种测量装置均有自己的测力传感器和自己的数据处理电路;及
[0034] 一套组件,该组件包括产生力的装置;由产生力的装置驱动的滑动装置;当测量装置连接在滑动装置上,控制系统根据测量装置力的测量,准确地控制施加于测量样品上的力;其中与滑动装置相连以进行相应硬度测量试验的测量装置,该测量装置为可更换和可拆卸;通过选择性切换,测量装置可从一种换成另一种,该测量仪也成为了一种可对测量样品进行各种不同硬度测量的通用测量仪。
[0035]依照本发明的其他方面,本发明提供一种通过测量仪来测量被测样品的方法,此方法包括的步骤有:
[0036]选择一种测量装置,以对测量样品进行硬度测量,其中该硬度测量是从一个硬度测试装置组合中选出来的,该硬度测试装置组合包括洛氏硬度测量,韦氏硬度测量,布氏硬度测量,显微硬度测量和拉伸-压缩测量;
[0037]进行特定硬度测量时,将所要用的测量装置可拆卸地与滑动装置相稠连,其中每种测量装置均有自己的测力传感器和自己的数据处理电路;
[0038]利用控制系统控制施加于测量样品上的力;并
[0039]将测力传感器的数字数据发送至控制系统的数据接口。
[0040]通过对随后的描述和附图的理解,本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
[0041]本发明的这些和其它目的、特点和优势,通过下述的详细说明,附图和权利要求得以充分体现。
[0042]附图简要说明
[0043]图1为依本发明较佳实施例的测量仪视图。
[0044]图2为依上述本发明较佳实施例的测量仪的洛氏硬度测量装置视图。
[0045]图3为依上述本发明较佳实施例的测量仪的洛氏硬度测量装置的位移传感器视图。
[0046]图4为依上述本发明较佳实施例的测量仪的洛氏硬度测量装置电子电路模块和原理示意图。
[0047]图5为依上述本发明较佳实施例的测量仪的韦氏硬度测量装置视图。
[0048]图6为依上述本发明较佳实施例的测量仪的布氏硬度测量装置视图。
[0049]图7为依上述本发明较佳实施例的测量仪的显微硬度测量装置视图。
[0050]图8为依上述本发明较佳实施例的测量仪的拉伸和或压缩测量装置视图。
[0051]图9为依上述本发明较佳实施例的测量仪的其它类型测量装置(布氏硬度计,韦氏硬度计,显微硬度计,拉伸和或压缩计)电子电路模块和原理示意图。
[0052]图10为依上述本发明较佳实施例的测量仪操作流程图。
[0053]图11为依上述本发明较佳实施例的测量仪显微镜视图。
[0054]实施方式:
[0055] 现在参考图1对本创造性测量仪进行描述。如图1所示,本发明测量仪包括一套组件,该组件包括一个底座I和一个箱形框架2。箱形框架2被固定于底座I上,底座I为本测量仪的结构基础。滑动装置3的运动通过控制安装于箱形框架2底部的交流伺服电机9来完成。所述交流伺服电机9驱动螺纹滚珠螺杆6。一对滑动轴4横跨滚珠螺杆6两边。滑动装置3装有线性运动球轴承或滑动元件5,使滑动装置3沿滑动轴4垂直的移动。滑动装置3被滚珠螺杆6所驱动。
[0056] 交流伺服电机9通过联轴器16与滚珠螺杆6紧紧相连。滚珠螺杆6通过轴承14和15被安装于箱形框架2上。
[0057]滚珠螺母7被固定安装于滑动装置3上。另一个滚珠螺母8附着于滑动装置3。滚珠螺母8可在垂直方向上作微小移动。弹簧12被安装在滑动装置3上,位于滚珠螺母7和滚珠螺母8之间产生互为的反作用力,弹簧12使滚珠螺母与滚珠螺杆之间的问隙减少到最小。当交流伺服马达9改变转动方向时,如从顺时针转动转变为逆时针转动或从逆时针转动转变为顺时针转动,弹簧12将会弥合由此产生的任何间隙,保证滑动装置3作精确的垂直移动。
[0058]控制和显示系统20被安装在滑动装置3上。
[0059]底座I的表面是带有T型槽的载物台17。铁砧21通过螺钉19被固定于载物台17上。样品22被放置在铁砧21上。依样品形状的不同铁砧21可被更换为不同形状的铁目。另外,如果情况需要的话,去除铁砧21之后的载物台17本身即可以支持大的样品。
[0060]本测量仪进一步包括一个显微镜13,该显微镜被测量仪滑动装置3所支撑。图11描述了与韦氏硬度测量装置或显微硬度测量装置一起使用的该显微镜。本测量仪的使用者可能会使用显微镜13以放大方式来观察铁砧21上的样品22以检测压头所得压痕。显微镜13的轴承132通过图1所示的螺钉131被固定在滑动装置3上。显微镜13可绕轴承132转动以达到从工作位至空置位的切换。显微镜13可被调整为自动模式或手动模式。该显微镜镜体133被安装在沟槽134中并可微调以便显微镜物镜对准样品22上的压痕。物镜135和目镜136位于显微镜体133上。样品22上的压痕图像进入物镜135并经镜面137反射进入目镜1360
[0061]该测量仪测量装置10通过螺钉111被安装在滑动装置3的沟槽11中。有多种可安装于本测量仪的测量装置10;图2中的洛氏硬度测量装置,图5中的韦氏硬度测量装置,图6中的布氏硬度测量装置,图7中的显微硬度测量装置和图8中的拉伸压缩测量装置。每种测量装置均是带有它自己的测力传感器,位移传感器和数据处理电路的独立单元。换句话说,本发明产生一种通用测量仪,在一台该种测量仪上可进行各种不同的硬度测量。
[0062]图2描述了一种洛氏硬度测量装置101。洛氏硬度测量装置101主体部分两侧为方形空腔10101,这两个方形空腔在两者之间形成间隔墙10102。在两个空腔10101左侧分别固定有两个应变计10103,间隔墙10102两侧固定有另外两个应变计10104。这些结构形成了梁式称重传感器且其为高精度测力传感器,其迟滞性,不可重复性和非线性条件下的测量误差仅为0.02%,其测量误差好于因盘式称重传感器的误差。洛氏硬度计测量装置101的量程为I50kg。
[0063] —位移传感器通过4个螺钉10109被固定于洛氏硬度计测量装置主体101前部的空腔上,此位移传感器用于样品22上压痕深度的测量。
[0064]图3是对该位移传感器的说明。该位移传感器10110有一个传感器空腔10111和同轴固定在位移传感器10110法兰10116上的定位销101130管状导向筒10112围绕定位销10113。它使导向筒10112仅能做对定位销10113的同轴垂直运动并阻止施加于被测样品表面的压头10114上的力发生水平移动。
[0065] 洛氏硬度计测量装置101的位移传感器10110进一步包括一个传感器轴10123,该传感器轴处于传感器空腔内。在导向筒10112和传感器轴10123底部10117之间有3块传动销10118。这3个传动销10118以120度夹角分布于传感器轴10123底部10117并环绕导向筒放置。当滑动装置3被驱动以对定位销上压头10114施加压力以在测量样品22测量表面制造压痕时,导向筒10112向上移动,作用力传至传动销10118并驱动传动销10118和传感器轴10123向上移动。随后,位移传感器10110检测并测量传感器轴10123的线性位移,该位移相当于压头压入样品22测量表面线性位移代表被测样品22的硬度。
[0066] 如图3所示,导向筒10112的开口边10115表面是平的以便开口边10115可以等高地与被测样品22测量表面相接。
[0067]因此就要求被测样品22具有一个相对较小的平的测量表面以使导向筒10112的开口边与样品表面等高相接,导向筒沿定位销10113作同轴滑动以准确检测压头10114穿入被测样品22测量表面的位移。
[0068] 位移传感器10110进一步含有一个波形弹簧10120和一个安装在洛氏硬度测量装置结构主体101内的弹簧支架10119,波形弹簧10120结构对传感器轴施加一作用力,该作用力依次被传至并被施加于传动销10118和导向筒10112以使导向筒10112在没有被测样品时处于零位移检测位状态。
[0069 ] 位移传感器10110进一步包括一个被4个螺钉10122固定在法兰上的法兰壳10121,该法兰壳10121对导向筒10112沿定位销10113的运动距离产生限制。
[0070] 该位移传感器10110进一步包括中间有孔洞的两个圆形钢质叶片10124,这两个钢质叶片的外缘通过螺母被固定在传感器空腔10111内壁。这两个圆形钢质叶片芯部通过自身带有的孔被固定在传感器轴10123上。此传感器轴10123通过被固定于传感器空腔内缘的圆形钢质叶片10124和其上的孔洞结构防止传感器轴10123做水平方向上的运动从而确保传感器轴10123仅作垂直方向上的位移。钢质叶片10124不存在水平方向上位移以减少了位移传感器噪音。
[0071] 该位移传感器进一步包括两个被固定在传感器空腔10111内的固定电极10125,一个固定在传感器轴10123上活动电极101260当传感器轴10123处于调整状态时,活动电极10126可在两个固定电极10125之间移动。这两个固定电极10125和活动电极10126形成两个电容。这两个处于两个固定电极10125和活动电极10126之间的电容随传感器轴的位置移动而产生变化,这两个电容之间的差值与传感器轴10123在垂直方向上的位移成一定比例,电容之间的差值又与压头10114在被测样品22测量表面的压入距离成一定比例。
[0072] 该位移传感器10110进一步包括一个位于传感器空腔内的电容调节电路10127,电容调节电路10127可将电容信号转化为放大的模拟信号。
[0073]该位移传感器的另一选项是使用光栅测长传感器。一旦光栅测长传感器的成本降低,该传感器就适宜于使用光栅测长传感器。
[0074]该位移传感器的另一选项是使用线性差动变压器式位移传感器。当该种技术的传感器的精度、分辨率和灵敏度得到提升时,也可使用这种线性差动变压器式位移传感器。
[0075] 如图2,所述洛氏硬度计测量装置进一步包括两个侧盖101105,这两个侧盖101105位于测量装置主体结构101。电路10106被贴在右手边侧盖上。图4为洛氏硬度计测量装置101的电子电路模式图和原理示意图。该测量装置电路将测力传感器和位移传感器的模拟信号转化为数字数据并传输至控制和显示系统数据接口。
[0076]该电路带有电可擦可编程只读存储器,因此所述测量装置可存储包括自身识别和校正数据在内的所有数据。因此,所有的测量装置是独立的并可被安装在任一测量仪上,且不管所用的是哪一台测量仪,对同一样品来说,所得的测量结果是相同的。则当测量装置被安装在不同的测量仪或测力装置上时,就没有必要再对整个测量仪进行重新校对。
[0077] 如图2所示,该洛氏测量装置101进一步包括一个连接接口 10107,所述连接接口10107与滑动装置3相接且通过此连接接口,所述洛氏硬度计测量装置101与控制和显示系统通信相连。
[0078]图5是对韦氏硬度计测量装置102的说明。该韦氏硬度计测量装置102包括一个测力传感器1021,韦氏压头1023,一个连接接口 1022和一个电路10206。图9所示是该韦氏硬度计测量装置102的电子电路模式图和原理图。该测量装置电路可将测力传感器的模拟信号转化成数字数据并传输至与控制单元相连的数据接口。
[0079]该电路带有电可擦可编程只读存储器,因此所述测量装置可存储包括自身识别和校正数据在内的所有数据。因此,所有的测量装置是独立的并可被安装在任一测量仪上,且不管所用的是哪一台测量仪,对同一样品来说,所得的测量结果是相同的。则当测量装置被安装在不同的测量仪或测力装置上时,就没有必要再对整个测量仪进行重新校对。
[0080]该测力传感器的工作原理与洛氏测量装置测力传感器工作原理相同。韦氏硬度计测量装置102的量程为120kg。该韦氏硬度计测量装置102可与显微镜13—起使用。
[0081]图6是对布氏硬度计测量装置103的说明。该布氏硬度计测量装置103包括一个测力传感器1031,一个球压头1033,一个连接接口 1032和一个电路10306。图9所示是该布氏硬度计测量装置103的电子电路模式图和原理图。该测量装置电路可将测力传感器的模拟信号转化成数字数据并传输至与控制单元相连的数据接口。
[0082]该电路带有电可擦可编程只读存储器,因此所述测量装置可存储包括自身识别和校正数据在内的所有数据。因此,所有的测量装置是独立的并可被安装在任一测量仪上,且不管所用的是哪一台测量仪,对同一样品来说,所得的测量结果是相同的。则当测量装置被安装在不同的测量仪或测力装置上时,就没有必要再对整个测量仪进行重新校对。
[0083]布氏硬度计测量装置103的测力传感器与洛氏硬度计测力传感器的形状有所不同。布氏硬度计测力传感器工作原理与洛氏硬度计测力传感器的工作原理相同。布氏硬度计测量装置103的量程高达3000Kg。布氏硬度计测量装置103可与显微镜13—起使用。
[0084]图7是对用于显微韦氏硬度测量和努氏硬度测量的显微硬度测量装置的说明。该显微硬度测量装置104包括一个测力传感器1041,显微韦氏压头或努氏压头1043,一个连接接口 1042和一个电路10406。图9所示为该显微硬度计测量装置104的电子电路模式图和原理图。该测量装置电路可将测力传感器的模拟信号转化成数字数据并传输至与控制单元相连的数据接口。
[0085]该电路带有电可擦可编程只读存储器,因此所述测量装置可存储包括自身识别和校正数据在内的所有数据。因此,所有的测量装置是独立的并可被安装在任一测量仪上,且不管所用的是哪一台测量仪,对同一样品来说,所得的测量结果是相同的。则当测量装置被安装在不同的测量仪或测力装置上时,就没有必要再对整个测量仪进行重新校对。
[0086]显微硬度计测量装置104的测力传感器形状与洛氏硬度计测力传感器的形状有所不同。显微硬度计测力传感器工作原理与洛氏硬度计测力传感器的工作原理相同。显微硬度计测量装置104的量程为5kg。显微硬度计测量装置104可与显微镜13—起使用。
[0087]图8是对拉伸或压缩测量装置105的说明。该拉伸或压缩测量装置105包括一个测力传感器1051,用于拉伸或压缩测量的螺孔1053,一个连接接口 1052和一个电路10506。图9所示为该拉伸或压缩测量装置105的电子电路模式图和原理图。该测量装置电路可将测力传感器的模拟信号转化成数字数据并传输至与控制单元相连的数据接口。
[0088]该电路带有电可擦可编程只读存储器,因此所述测量装置可存储包括自身识别和校正数据在内的所有数据。因此,所有的测量装置是独立的并可被安装在任一测量仪上,且不管所用的是哪一台测量仪,对同一样品来说,所得的测量结果是相同的。则当测量装置被安装在不同的测量仪或测力装置上时,就没有必要再对整个测量仪进行重新校对。
[0089]该拉伸或压缩测量装置105的测力传感器的工作原理与洛氏硬度计测力传感器的工作原理相同。该拉伸或压缩测量装置105的量程高达3000Kg。
[0090]图10所示为该测量仪的工作流程。
[0091]首先,使用者依测量所要求的硬度选择测量装置10并将其安装在滑动装置上。然后,使用者打开电源。控制和显示系统自动从测量装置10存储器下载包括测量装置型号识别和校正信息在内的数据。依测量装置10的具体型号,控制和显示系统将会自动得到安装,当所要进行的测量是洛氏测量时,交流伺服马达9会驱动滚珠螺杆6,滑动装置3朝被测样品22移动,当定位销10113的压头10114垂直穿入被测样品22测量表面时,应变计10103和10104检测施加于压头10114上的力的大小并将检测结果传输至控制和显示系统20。控制和显示系统将依收到的检测结果控制交流伺服马达继续驱动滚珠螺杆和滑动装置直到力的大小被达到所要求的大小。定位销10113的压头10104垂直穿入被测样品测量表面后,洛氏测量装置101的导向筒10112向上移动,位移传感器10110检测压头压入深度。
[0092]本领域普通技术人员会明白附图中所示的和以上所描述的本发明实施例仅是对本发明的示例而不是限制。
[0093]由此可以看到本发明目的可被充分有效完成。用于解释本发明功能和结构原理的所述实施例己被充分说明和描述,且本发明不受基于这些实施例原理基础上的改变的限制。因此,本发明包括涵盖在附属权利要求书要求范围和精神之内的所有修改。

Claims (53)

1.一种测量仪,包括: 多个进行各种硬度测量的测量装置,这些硬度测量选自于一个包括洛氏硬度测量,韦氏硬度测量,布氏硬度测量,显微硬度测量,拉伸压缩测量在内的测量装置组合,其中的每一种测量装置均为独立的单元且每种测量装置均有自己的测力传感器和自己的数据处理电路;及 一套组件,该组件包括产生力的装置;由产生力的装置驱动的滑动装置;当测量装置连接在滑动装置上,控制系统根据测量装置力的测量,准确地控制施加于测量样品上的力;其中与滑动装置相连以进行相应硬度测量试验的测量装置,该测量装置为可更换和可拆卸;通过选择性切换,测量装置可从一种换成另一种,该测量仪也成为了一种可对测量样品进行各种不同硬度测量的通用测量仪。
2.如权利要求1所述测量仪,其中所述测量装置的其中一种是洛氏硬度测量装置,该洛氏硬度测量装置包括一种作为测力传感器的梁式称重传感器和一个位移传感器,其中所述位移传感器为一种选自于包括电容型位移传感器,光栅测长传感器和线性差动变压器式位移传感器的传感器组合。
3.如权利要求2所述测量仪,其中该位移传感器包括一个被管式导向筒密封的定位销,其中所述定位销的压头仅能在垂直水平上移动以能穿入被测样品测量表面;一个传感器轴,当所述滑动装置被驱动以对所述定位销压头提供穿入被测样品测量表面的力时,所述位移传感器检测和测量所述传感器轴的线性位移,该线性位移为相当于被测样品硬度的所述定位销压头的线性位移。
4.如权利要求3所述测量仪,其中所述梁式称重传感器包括两个空腔,所述两个空腔在这两个空腔之间形成隔离墙,所述梁式称重传感器还包括两个所述两个空腔各自支承的第一应变仪和所述隔离墙两侧所支承的两个第二应变仪,这些结构构成了所述梁式称重传感器。
5.如权利要求4所述测量仪,其中所述洛氏硬度测量装置进一步带有一个传感器空腔以使所述传感器轴可被可动地放置在传感器空腔内和呈120度间隔环形排列在所述导向筒和所述传感器轴底部之间的3个传动销,这3个传动销横穿所述轴底部,因此当所述滑动装置被驱动以对定位销压头施加作用力从而使其穿入被测样品测量面时,所述导向筒向上移动,随后驱动所述3个传动销并驱动传感器轴,从而使相当于所述定位销压头位移的所述传感器轴线性位移可被所述位移传感器所检测和测量。
6.如权利要求5所述测量仪,其中所述导向筒的开口边表面是平的以使开口边可以等高地地与被测样品22测量表面相接,从而确保位移测量结果高度精确。
7.如权利要求6所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括一个波形弹簧和一个安装在洛氏硬度测量装置内的弹簧支架,波形弹簧结构对所述传感器轴施加一作用力,该作用力依次被传至并被施加于所述传动销和所述导向筒以使所述导向筒在没有被测样品时保持在零位移检测位状态。
8.如权利要求7所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括两个圆形钢质叶片,这两个钢质叶片的外缘通过螺母被固定在传感器空腔内壁,这两个圆形钢质叶片芯部通过自身带有的孔被固定在传感器轴上以防止传感器轴发生水平方向上的运动从而确保传感器轴仅在垂直方向上的运动。
9.如权利要求8所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括两个被固定在传感器空腔内的固定电极,一个固定在传感器轴上活动电极,当所述的传感器轴处于调整状态时,所述活动电极可在所述两个固定电极之间移动,其中所述的这两个固定电极和所述的活动电极形成两个电容,两个处于所述两个固定电极和活动电极之间的电容随所述传感器轴的位置移动而产生变化,这两个电容之间的差值与传感器轴在垂直方向上的位移成一定比例。
10.如权利要求9所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括一个位于所述传感器空腔内的电容调节电路,所述电容调节电路可将电容信号转化为放大的模拟信号。
11.如权利要求2所述测量仪,其中所述洛氏硬度测量装置进一步包括一个连接接口,所述连接接口与所述滑动装置相接且通过此连接接口,所述洛氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述洛氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器和所述位移传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
12.如权利要求10所述测量仪,其中所述洛氏硬度测量装置进一步包括一个连接接口,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述洛氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述洛氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器和所述位移传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
13.如权利要求1所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个用于穿入被测样品测量表面的韦氏压头和一个连接接口的韦氏测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述韦氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述韦氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
14.如权利要求12所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个用于穿入被测样品测量表面的韦氏压头和一个连接接口的韦氏测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述韦氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述韦氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
15.如权利要求13所述测量仪,其中所述韦氏测量装置的量程是120kg。
16.如权利要求14所述测量仪,其中所述韦氏测量装置的量程是120kg。
17.如权利要求1所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个球压头和一个连接接口的布氏测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述布氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述布氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
18.如权利要求16所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个球压头和一个连接接口的布氏测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述布氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述布氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
19.如权利要求17所述测量仪,其中所述布氏测量装置的量程高达3000kg。
20.如权利要求18所述测量仪,其中所述布氏测量装置的量程高达3000kg。
21.如权利要求1所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个显微韦氏或努氏穿压头和一个连接接口的显微硬度测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述显微硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述显微硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
22.如权利要求20所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个显微韦氏或努氏压头和一个连接接口的显微硬度测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述显微硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述显微硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
23.如权利要求21所述测量仪,其中所述显微硬度测量装置的量程是5kg。
24.如权利要求22所述测量仪,其中所述显微硬度测量装置的量程是5kg。
25.如权利要求1所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个用于拉伸或压缩测量的螺孔和一个连接接口的拉伸或压缩测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述拉伸或压缩测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述拉伸或压缩测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
26.如权利要求M所述测量仪,其中所述测量装置之一是包括一个测力传感器,一个用于拉伸或压缩测量的螺孔和一个连接接口的拉伸或压缩测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述拉伸或压缩测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述拉伸或压缩测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
27.如权利要求25所述测量仪,其中所述拉伸或压缩测量装置的量程高达3000kg。
28.如权利要求沈所述测量仪,其中所述拉伸或压缩测量装置的量程高达3000kg。
29.一种测量仪,包括: 一套组件,该组件包括一个支撑被测试样品的底座和一个被所述底座支撑的箱形框架; 一个作为动力源的被所述箱形框架支撑的马达; 一个被所述箱形框架支撑的可以移动的滑动装置,所述滑动装置移动的动力由所述马达提供; 一个安装在所述滑动装置上的控制系统,所述控制系统用以控制施加在被测样品上的作用力的大小;及 一个与滑动装置相耦连的用于对被测样品进行硬度测量的测量装置,所述样品测量装置选自于由洛氏硬度测量,韦氏硬度测量,布氏硬度测量,显微硬度测量和拉伸-压缩测量组成的测量装置组合,其中所述测量装置包括一个测力传感器和一个可将所述测力传感器模拟信号转化成数字数据并将其传至所述控制系统数据接口的数据处理电路。
30.如权利要求四所述的测量仪,其中所述组件进一步包括一个与位于所述箱形框架的所述滑动装置可动耦连的滚珠螺杆;一个安装在所述滑动装置上的第一滚珠螺母;一个附着于所述滑动装置上的第二滚珠螺母,所述第二滚珠螺母在垂直方向上可作轻微运动;一个被安装在所述滑动装置上的弹簧,所述弹簧位于第一滚珠螺母和第二滚珠螺母之间以反作用力使滚珠螺母与滚珠螺杆之间的间隙减少到最小。
31.如权利要求30所述测量仪进一步包括被所述滑动装置所支撑的显微镜,所述显微镜可绕自身轴承转动以达到从工作位至空置位的切换。
32.如权利要求四所述测量仪,其中所述测量装置与所述滑动装置可拆卸耦连。
33.如权利要求32所述测量仪,其中所述测量装置是一种洛氏硬度测量装置,该洛氏硬度测量装置包括一个作为测力传感器的梁式称重传感器及一个位移传感器,其中所述位移传感器为一种选自于包括电容位移传感器,光栅测长传感器和线性差动变压器式位移传感器的传感器组的传感器。
34.如权利要求33所述测量仪,其中该位移传感器包括一个被管式导向筒密封的定位销,其中所述定位销压头仅能在垂直水平上移动以能穿入被测样品测量表面;一个传感器轴,当所述滑动装置被驱动以对所述定位销压头提供穿入被测样品测量表面的力时,所述位移传感器检测和测量得到所述传感器轴的线性位移,该线性位移相当于所述定位销压头穿入被测样品中的象征被测样品强度的线性位移。
35.如权利要求34所述测量仪,其中所述梁式称重传感器包括两个小室,所述两个小室在这两个小室之间形成隔离墙,所述梁式称重传感器还包括两个所述两个小室各自支承的第一应变仪和所述隔离墙两侧所支承的两个第二应变仪,这些结构构成了所述梁式称重传感器。
36.如权利要求35所述测量仪,其中所述洛氏硬度测量装置进一步带有一个如权利要求8所述测量仪,传感器空腔以使所述传感器轴可被动地放置在传感器空腔内,呈120度间隔环形排列在所述导向筒和所述传感器轴底部之间的3个传动销,这3个传动销横穿所述轴底部,因此当所述滑动装置被驱动以对定位销压头施加作用力从而使其穿入被测样品测量面时,所述导向筒向上移动,随后驱动所述3个传动销并驱动传感器轴,从而使相当于所述定位销压头位移的所述传感器轴线性位移可被所述位移传感器所检测和测量。
37.如权利要求36所述测量仪,其中所述导向筒的开口边表面是平的以使开口边可以等高地与被测样品22测量表面相接,从而确保位移测量结果高度精确。
38.如权利要求37所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括一个波形弹簧和一个安装在所述测量装置内的弹簧支架,波形弹簧结构对所述传感器轴施加一作用力,该作用力依次被传至并被施加于所述传动销和所述导向筒以使所述导向筒在没有被测样品时保持在零位移检测位状态。
39.如权利要求38所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括两个圆形钢质叶片,这两个钢质叶片的外缘通过螺母被固定在传感器空腔内壁,这两个圆形钢质叶片芯部通过自身带有的孔被固定在传感器轴上以防止传感器轴发生水平方向上的运动从而确保传感器轴仅在垂直方向上的运动。
40.如权利要求39所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括两个被固定在传感器空腔内的固定电极,一个固定在传感器轴上活动电极,当所述的传感器轴处于调整状态时,所述活动电极可在所述两个固定电极之间移动,两个固定电极和所述的活动电极形成两个电容,其中所述的这两个处于所述两个固定电极和活动电极之间的电容随所述传感器轴的位置移动而产生变化,这两个电容之间的差值与传感器轴在垂直方向上的位移成一定比例。
41.如权利要求40所述测量仪,其中所述位移传感器进一步包括一个位于所述传感器空腔内的电容调节电路,所述电容调节电路可将电容信号转化为放大的模拟信号。
42.如权利要求32所述测量仪,其中所述测量装置是包括一个用于穿入被测样品测量表面的韦氏压头和一个连接接口的韦氏测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述韦氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述韦氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
43.如权利要求42所述测量仪,其中所述韦氏测量装置的量程是120kg。
44.如权利要求32所述测量仪,其中所述测量装置是一个包括一个球压头和一个连接接口的布氏测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述布氏硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述布氏硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
45.如权利要求44所述测量仪,其中所述布氏测量装置的量程高达3000kg。
46.如权利要求32所述测量仪,其中所述测量装置是一个包括一个显微韦氏或努氏压头和一个连接接口的显微硬度测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口将所述显微硬度测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述显微硬度测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
47.如权利要求46所述测量仪,其中所述显微硬度测量装置的量程是5kg。
48.如权利要求32所述测量仪,其中所述测量装置是一个包括一个用于拉伸-压缩测量的螺孔和一个连接接口的拉伸或压缩测量装置,所述连接接口与所述滑动装置相接,且通过此连接接口所述拉伸或压缩测量装置与所述控制系统通信相连,其中,所述拉伸或压缩测量装置数据处理电路将所述测力传感器的模拟信号转化为数字数据并将其传输至所述控制系统数据接口。
49.如权利要求48所述测量仪,其中所述拉伸或压缩测量装置的量程高达3000kg。
50.—种通过一种测量仪测量被测样品的方法,此方法包括以下步骤: (a)选择一种测量装置,以对测量样品进行硬度测量,其中该硬度测量装置是从一个硬度测量装置组合中选出来的,其中该测量装置组合包括洛氏硬度,韦氏硬度,布氏硬度,显微硬度测量和拉伸压缩测量装置; (b)将所述测量装置可拆卸地与进行特定硬度测量的组件的滑动装置相耦连,其中每种所述测量装置均有自己的测力传感器和自己的数据处理电路;和 (c)利用控制系统控制施加于测量样品上的力;并(d)将所述测力传感器的数字数据发送至所述控制系统接口。
51.如权利要求50所述方法,进一步包括一个将所述测量装置从一种更换为另一种并将其与所述滑动装置相耦连在一起以对所述被测样品进行另一种硬度测量的步骤。
52.如权利要求51所述方法,其中步骤(b)进一步包括一个将所述各个测量装置连接接口与所述滑动装置接口相连以使所述测量装置与所述控制系统通讯相连的步骤。
53.如权利要求52所述方法,其中步骤(b)进一步包括一个将所述测力传感器模拟信号转化为数字数据并将其发送至所述控制系统数据接口的步骤。
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