CN103765187B - 用于硬度的显微镜探测设备 - Google Patents

Abstract

一种可调节的台阶座包括外壳，其包括限定孔的基座以及包括球形接头延伸物的可调节的台阶，该球形接头延伸物可旋转地接合孔，并且可旋转地围绕x、y以及z轴固定。可调节的硬度计压头座包括限定孔的外壳，以及包括球形接头延伸物的可调节的硬度计压头，该球形接头延伸物可旋转地接合孔，并且可旋转地围绕x、y以及z轴固定。碰撞保护开关包括具有以开路电源，以定距离间隔开的三对导电销的第一板，以及具有三个导电球的第二板。弹簧一起拉动第一与第二板，使得三个球完成电路。相对于第二板的足够的力使得球分开，并且开启电路。两个物镜的显微镜包括两个平行物镜、上下光源、三个半透明反射镜以及照相机。配置照相机与半透明反射镜，以使得依靠光源开启，照相机通过任一物镜观测。

Description

用于硬度的显微镜探测设备

该申请根据35U.S.C.§119(e)要求了2011年9月6日申请的序列号为61/531,333的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用全部合并在此，并且作为本申请的一部分。

背景技术

技术领域

本申请涉及一种用于硬度的显微镜探测设备及其相关设备的改进。

现有技术

在现有技术中，硬度，材料对永久变形的抵抗力典型地在布氏硬度、洛氏硬度或维氏硬度试验机上测量。在维氏试验中，以可控制的力将四方锥体金刚石硬度计压头压入试验样品的表面中。移动硬度计压头或显微镜，以使得可以观察凹痕，并且测量试验样品的表面中的压痕的两个对角线的长度。计算试验样品的维氏硬度，典型地通过软件，使用试验力与压痕面积。在维氏试验中，硬度计压头典型地为对称的四方锥体，其产生正方形压痕。在努普试验中，使用相似的试验方程，但使用高非对称硬度计压头，其中，高度拉长产生的凹痕（典型地以7:1的长宽比），并且基于长对角线的测量结果完成硬度计算。

维氏试验机可以装配有多个硬度计压头（其可以同时包括维氏与努普硬度计压头）以及多个显微镜物镜，这些都安装在多个可旋转的转台位置上。用户旋转转台，以便在试验样品之上定位选择的硬度计压头，制造压痕，并且用户旋转转台，以便定位显微镜物镜，以使得用户可以观察并测量凹痕。

为了在试验样品上制造对称的凹痕，金刚石硬度计压头必须以准确的角度定位接触表面。典型地，硬度计压头轴与试验样品的表面必须同时垂直于三个弧分中的两个轴。需要两个可调节的水平轴，因为典型地不可通过固定的零部件实现这种紧密的角度公差，即使最精确的机器。

威尔逊图康2100与图康2500试验机使用薄垫片布置（0.001"与0.003"厚的薄片金属垫圈），以调节XY台阶的角度。两个努普凹痕（一个水平，一个垂直）均由不使用薄垫片的试验机制造，测量凹痕不对称，并且使用测量结果计算需要修正的不对称的垫片的厚度。将垫片围绕四个螺栓放置，螺栓将XY台阶夹紧至负载框架。最后，制造两个以上努普凹痕，以验证加垫片的结果。威尔逊图康试验机使用粗糙的、不受控制的台阶旋转调节器。

而且，还必须控制凹痕围绕观察轴的第三凹痕定位、旋转。相反的凹痕角需要在大约半度范围内从左到右，从前到后定位。通常利用该第三凹痕定位，因为通过两对软件丝（一对恰好垂直，一对恰好水平）自动测量凹痕长度，并且很多用户假定可以通过软件丝不准确地测量具有视觉上可察觉的顶锥角，即使通过丝实际准确测量（在0.1%之内）具有明显2.5度角度的凹槽。

可以调节它们硬度计压头对称性的制造商包括Emco公司、Qness公司、Futuretec、Newage以及Mitutoyo，可能还包含其他公司。

还必须牢固控制台阶围绕观察轴的第四定位、旋转。当台阶从左到右或从前到后穿过时，任意样本点必须沿监视屏分别恰好水平或垂直运动。

偶尔，必须拆卸和/或重新装配XY台阶至试验机框架（例如，当通过客户接收试验机时，并且当维修试验机时）。在现有技术台阶连接的情况下，必须直向上提升重台阶离开大的粗连接螺纹。这种台阶不一般，当向上提起，从试验机拆卸，以俘获支架柱双头螺栓时，使得用户提升台阶，猛击进入以上的硬度计压头中。

此外，具有两个平移与两个旋转的四轴对齐装置存在用于调节拉伸的试验样品的对齐。为因特拉肯公司制造该装置，并且该装置可以涉及1995年1月3日公布的维尔纳的题为“对齐的对齐装置与方法（"AlignmentDeviceandMethodofAligning"）”的序列号为5,377,549的美国专利。

现有技术中维氏试验机典型地使用机动化的转台定位显微镜物镜与硬度计压头。然而，现有技术显微镜通常包含移动零部件，例如，轴承与位置止动机构。有时，现有技术止动机构弯曲倾向于破裂，并且止动球磨损黄铜轨道中的深槽，使得止动感消失。

威尔逊图康2100与图康2500试验机使用五位旋转转台，其可以固定任意显微镜物镜与测压元件/硬度计压头组件的组合。固定一个位置（“原点”位置），并且可以使得其他四个位置通过一系列调节螺栓偏心于原点位置。

相信Emco公司、Qness公司，尤其是Futuretec、Newage以及Mitutoyo使用旋转转台固定并定位物镜与硬度计压头。

发明内容

因此，本发明的一个目标在于提供一种可调节的台阶座，其允许台阶的优良的旋转调节。本发明的进一步目标在于提供一种可调节的硬度计压头座，其允许硬度计压头围绕x轴、y轴以及z轴的优良调节。本发明的又一目标在于提供一种用于显微镜的碰撞保护开关，当物镜与样本碰撞时，其向用户提供足够的通知，保护显微镜不受因碰撞产生的损害，并且将物镜返回至恰好相同的精确位置。本发明的另外一个目标在于提供一种双物镜的显微镜，其需要最小的移动零部件。

在一个方面，公开了可调节的台阶座，其包括具有限定出孔的基座与从基座延伸的环形突出物的外壳，可调节的台阶，其包括安装表面与从安装表面延伸的球形接头延伸物。通过壁限定球形接头延伸物，壁包括至少一个穿过其延伸的径向钻孔，以及半球形端部。环形突出物包括多个穿过其延伸的xy轴钻孔以及包括销孔与两个z轴钻孔的z轴锁止组件。销配置成接合至少一个径向钻孔，并且多个xy轴螺栓配置成接合多个xy轴钻孔，且接触球形接头延伸物壁。多个z轴螺栓配置成接合两个z轴钻孔，且接触销。球形接头延伸物的半球形端部配置成可旋转地接合孔。

在另一方面中，公开了可调节的硬度计压头座，其包括具有限定出孔的肩部与环形突出物的外壳，可调节的硬度计压头固定器包括硬度计压头尖端座与从硬度计压头尖端座延伸的球形接头延伸物。通过壁限定球形接头延伸物，壁包括至少一个穿过其延伸的径向钻孔，以及半球形端部。环形突出物包括多个穿过其延伸的xy轴钻孔与z轴锁止组件，锁止组件包括销孔与两个z轴钻孔。销配置成接合至少一个径向钻孔，多个xy轴螺栓配置成接合多个xy轴钻孔，且接触球形接头延伸物壁。多个z轴螺栓配置成接合两个z轴钻孔，且接触销。球形接头延伸物的半球形端部配置成可旋转地接合孔。

在另一方面中，公开了碰撞保护开关，其包括第一板、电压电源、以及第二板。第一板由电绝缘材料制成，并且包括第一、第二、以及第三对导电销。第一对、第二对、以及第三对导电销，其每个均包括彼此平行且间隔开的第一销与第二销。第二板由电绝缘材料制成，并且包括三个从壁延伸的导电球形球。电压电源与第一对、第二对、以及第三对导电销以串联电路连线，以使得每一对销的每个销之间的间隙产生电路断路。三个导电球形球配置成接触第一对、第二对、以及第三对导电销，以闭合电路。

在另一方面中，公开双物镜显微镜，其包括平行于第二物镜的第一物镜，上部光源配置成为第一物镜提供光，下部光源配置成为第二物镜提供光，第一半透明反射镜、第二半透明反射镜、以及照相机配置成观察第一物镜与第二物镜。当打开上部光源时，照相机配置成观察第一物镜，当打开下部光源时，照相机配置成观察第二物镜。

附图说明

从以下的说明与附图中，本公开的进一步目标与优势将变得明显，其中：

图1为本发明的可调节的台阶座的分解透视图；

图2为图1组装的可调节的台阶座的透视图；

图3为图2的组装的可调节的台阶座的顶视图；

图4为图2的组装的可调节的台阶座的右视图；

图5为沿图3的线5-5的图2的组装的可调节的台阶座的横截面；

图6为沿图3的线6-6的图2的组装的可调节的台阶座的横截面；

图7为本发明的可调节的台阶座的另一实施例的透视图；

图8a为图7的可调节的台阶座的前视图；

图8b为图7组装的可调节的台阶座的透视图；

图9为本发明的可调节的硬度计压头座的分解透视图；

图10为图9组装的可调节的硬度计压头座的透视图；

图11为图9的可调节的硬度计压头座的前视图；

图12为图9的可调节的硬度计压头座的底视图；

图13为沿图11的线13-13的图9的组装的可调节的硬度计压头座的横截面；

图14为沿图12的线13-13的图9的组装的可调节的硬度计压头座的横截面；

图15为本发明的碰撞保护开关的透视图；

图16a为图15的碰撞保护开关的第二板的顶部透视图；

图16b为图15的碰撞保护开关的第一板的底部透视图；

图17为处于关闭位置的图15的碰撞保护开关的侧视图；

图18为处于开启“碰撞”位置的图15的碰撞保护开关的侧视图；

图19为与显微镜物镜连接在一起，并且处于关闭位置的图15的碰撞保护开关的侧视图；

图20为与显微镜物镜连接在一起，并且处于开启“碰撞”位置的图15的碰撞保护开关的侧视图；

图21a为处于关闭位置的图15的碰撞保护开关的电气图；

图21b为处于开启“碰撞”位置的图15的碰撞保护开关的电气图；

图22为本发明的双物镜的显微镜的透视图；

图23为图22的双物镜的显微镜的顶视图；

图24为沿图23的线24-24的图22的双物镜的显微镜的局部截面透视图；以及

图25为沿图23的线25-25的双物镜的显微镜的局部截面透视图。

具体实施方式

现详细参照附图，其中，贯穿几幅视图，相同的数字表示相同的元件。

图1-6示出了本发明的可调节的台阶座10的第一方面。图1为本发明的可调节的台阶座10的分解透视图。可调节的台阶座10包括可调节的台阶12与外壳14。外壳14包括基座16与从基座16的顶面向上延伸的环形突出物18，以使得将基座16分为外部凸缘20与内部凸缘22。基座16通常为盘状元件，其具有带有倒圆的棱边26的圆形孔24，穿过作为“插口”的中心。然而，一个本领域技术人员应该理解的是，基座16可以是任意几何形状，并且包括并不限于圆形的周界，但可以是正方形、矩形、三角形等。外部凸缘20包括多个形成于其中的安装槽28。多个安装槽28允许基座16安装至机器安装板30。机器安装板30包括多个螺纹孔32，具有用于将基座16固定在合适位置的匹配螺栓34。每一个螺栓34的轴均安装于基座16的多个安装槽28之一中，并且可以紧紧将基座16固定至机器安装板30。

如图1-3中所示，环形突出物18包括四个穿过其延伸的螺纹xy轴固定钻孔36以及z轴锁止设备38。xy轴固定钻孔36为径向的，通常配置在向下的斜坡上，并且包括四个匹配xy轴固定螺栓40，其将在以下更加详细地论述。z轴锁止设备38包括穿过环形突出物18的宽度延伸的径向销孔42，两个z轴固定钻孔44、以及两个z轴固定螺栓46。z轴固定钻孔44定位于径向销孔42的相反侧上，以使得它们彼此交叉，并且相对于径向销孔42为径向。提供z轴固定螺栓46，以匹配z轴固定钻孔44，其将在以下更详细地论述。

可调节的台阶12包括安装板48与从安装板48的底面延伸的半球形球形接头延伸物50。安装板48包括多个穿过其延伸的孔52，其允许样品材料安装表面（例如X-Y台阶）与之固定。多个孔52可以是螺纹的，以使得螺栓54可以与之螺纹接合，或它们可以简单的是无螺纹钻孔。如图5与6中所示，球形接头延伸物50具有可以描述为圆形圆锥基座的几何形状。也就是说，球形接头延伸物50包括从安装板48的底面向外延伸，并且在半球形基座58处终止的圆锥壁56。球形接头延伸物50还包括至少一个穿过圆锥壁56的螺纹孔60，其基本上垂至于球形接头延伸物50的中心轴。螺纹孔60允许z轴锁止销62拧入，用于永久连接。可调节的台阶组件12可以通过倾斜可调节的台阶12、引导销62进入孔42而组装入外壳14。可替换地，径向销孔42可以由凹口形成，该凹口从环形突出物18的顶部延伸，以使得在安装时，在无需倾斜可调节的台阶的情况下将外壳14与可调节的台阶12带到一起之前，z轴锁止销62可以与螺纹孔60相接合。而且，径向销孔42具有大于z轴锁止销62的直径的直径。其使得可调节的台阶12可以相对于x，y以及z轴具有一定的自由度。尤其，因为在径向销孔42与z轴锁止销62之间存在一定量的间隙或“游隙”，所以可调节的台阶12可以在z轴锁止销62接触径向销孔42的壁之前，围绕x轴、y轴以及z轴旋转固定量的角度。

接下来，用户可以开始螺纹地将多个xy轴固定螺栓40与xy轴固定钻孔36相接合，并且将z轴固定螺栓46与z轴固定钻孔44相接合。一旦xy轴固定螺栓40与z轴固定螺栓46处于合适位置，则可调节的台阶12可以围绕x、y以及z轴旋转，直至其处于所需的位置。当可调节的台阶12处于所需的位置时，紧固xy轴固定螺栓40，直至它们的平整的支承表面接触圆锥壁56。紧固多个xy轴固定螺栓40的每一个，直至将可调节的台阶座10固定并设置在所需的位置上。设置可调节的台阶座10与xy轴固定螺栓40直接导致设置或限制可调节的台阶座10围绕x轴与y轴旋转。如果用户需要可调节的台阶座10围绕它们的x轴或y轴旋转，他/她需要做的是略微松开一个约束旋转轴的xy轴固定螺栓40，并且进一步紧固与松开的xy轴固定螺栓40相反的xy轴固定螺栓40。这将导致松开可调节的台阶座10，其围绕所需的轴旋转对应于围绕xy轴固定螺栓40的旋转度数的度数。沿另一方向相似地完成这一动作，直至可调节的台阶座10处于所述的xy位置。应该理解的是，每个单独的xy轴固定螺栓40均可以通过不同于其他xy轴固定螺栓40的量而紧固或松开，例如，每个单独的固定螺栓40可以独立于其他xy轴固定螺栓40而操作。这个特征的重要性在于不需要拆卸可调节台阶座10以调节，并且通过以小数度数测量的非常小的旋转量便可以调节可调节的台阶座10。

一旦紧固所有的xy轴固定螺栓40，则用户可以紧固z轴固定螺栓46，直至它们的平整支承表面接触z轴锁止销62。紧固两个z轴固定螺栓46，直至固定可调节的台阶座10，并且将其设置在所需的位置。设置可调节的台阶座10与z轴固定螺栓46直接导致将可调节的台阶座10设置成围绕z轴旋转或限制其围绕z轴旋转。如果用户需要可调节的台阶座10围绕z轴旋转，则他/她需要略微松开一个z轴固定螺栓46，并且进一步紧固相反的z轴固定螺栓46。这将导致可调节的台阶座10围绕z轴旋转对应于松开z轴固定螺栓46的角度的角度量。这个特征的重要性在于不需要拆卸可调节台阶座10以调节，并且通过以小数度数测量的非常小的旋转量便可以调节可调节的台阶座10。

能够以很多不同的机器，并且尤其是硬度试验机器，例如，布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、和/或努普机器/硬度计压头使用可调节的台阶座10。通过允许x、y与z轴微小的旋转变化，可调节的台阶座10使得在试验样品上制造对称的凹痕更加容易，以使得硬度计压头以精确的角度定位接触表面。

图7-8b示出了本发明的可调节的台阶座10的又一实施例。尤其，图7-8b示出了将本发明的可调节的台阶座10安装至硬度试验机器的可替换方法。如所示的，可调节的台阶座10不包括多个形成于图1-6的实施例的外部凸缘20中的安装槽28，机器安装板30也不包括多个螺纹孔32。反而，机器安装板30包括两个三通槽64，同时，基座16包括两个从其底壁延伸的三通突出物66。两个三通槽64与两个三通突出物66配置成对称地匹配，以使得两个三通突出物66可以滑入两个三通槽64中。同样，为了将基座16安装至机器安装板30之上，应该简单地将两个三通突出物66与两个三通槽64对齐，并且向前滑动基座16，将基座16锁止在合适位置上。

图9-14示出了本发明的可调节的硬度计压头座70。图9为本发明的可调节的硬度计压头座70的分解透视图。如所示的，可调节的硬度计压头座70包括可调节的硬度计压头固定器72与外壳74。外壳74包括基座76与从基座76的下表面向上延伸的环形突出物80。基座76可以包括突出物，允许其连接至硬度试验机器。基座76包括圆形肩82，其具有倒圆的棱边，并且从作为“插口”的基座76的底面向下延伸。

如图9-14中所示，环形突出物80包括三个等距离间隔开，并且穿过其延伸的螺纹xy轴固定钻孔84，以及z轴锁止设备86。xy轴固定钻孔84为径向的，通常配置在向上的斜坡上，并且包括三个相匹配的xy轴固定螺栓88，其在以下将更加详细地论述。z轴锁止设备86包括径向销孔90、两个z轴固定钻孔92、以及两个z轴固定螺栓94，径向销孔90穿过环形突出物80的宽度延伸。z轴固定钻孔92定位于径向销孔90的相反侧上，以使得它们彼此横跨，并且相对于径向销孔90为径向的。z轴固定螺栓94设置为匹配z轴固定钻孔92，其在以下将更详细地论述。

可调节的硬度计压头72包括球形接头延伸物96与从球形接头延伸物96的底面延伸的安装凸台98。安装凸台98包括外螺纹100与中心内孔102，其可以穿过球形接头延伸物96延伸。如图13与14所示的，球形接头延伸物96具有可以描述为圆锥形基座的几何形状。也就是说，球形接头延伸物96包括从安装凸台98向外延伸，并且在半球形基座106处终止的圆锥壁104。球形接头延伸物96还包括至少一个穿过圆锥壁104的钻孔108，其基本上垂直于球形接头延伸物96的中心轴。钻孔108允许在此提供z轴定位与锁止销110。

可调节的硬度计压头座70进一步包括硬度计压头尖端112以及锁止卡圈114。硬度计压头尖端112包括样本接合部分116、卡圈118、以及定位部分120。定位部分120配置成插入安装凸台98的中心内孔102中。锁止卡圈114通常为具有在一端处向内延伸的肩部122与在相反端处的内螺纹124的中空圆柱体。内螺纹124配置成可螺纹地接合安装凸台98的外螺纹100。当将定位部分120插入中心内孔102时，卡圈118邻接安装凸台98的表面，并且可以将锁止卡圈114设置于硬度计压头尖端112之上，可螺纹地接合安装凸台98，并且紧固，直至肩部122接合卡圈118，并且卡圈118紧紧固定，使得卡圈118的上表面紧靠安装凸台98的下表面。

在操作过程中，用户将可调节的硬度计压头72放置在外壳74中，以便将球形接头延伸物96的一部分定位在环形突出物80中，并且半球形基座106接合圆形肩部82的倒圆的棱边。半球形基座106与圆形肩部82的倒圆的棱边的接合产生球窝接头，以使得提供三个旋转自由度，例如，围绕x轴、y轴、以及z轴，但不允许平移自由度。z轴锁止销110没有螺纹，并且将其压入钻孔108中。可以通过倾斜可调节的硬度计压头固定器72，并且朝向钻孔108瞄准销110而将该组件装载入环形突出物80中的钻孔90中。而且，径向销孔90具有比z轴锁止销110的直径更大的直径。该间隙方便组装，并且允许可调节的硬度计压头72相对于x、y与z轴具有一定的自由度。尤其，因为存在径向销孔90与z轴锁止销110之间的一定量的空间或“间隙”，所以可调节的硬度计压头72可以在z轴锁止销110接触径向销孔90的壁之前，围绕x轴、y轴以及z轴旋转固定量的角度。

接下来，用户可以开始可螺纹地将多个xy轴固定螺栓88与xy轴固定钻孔84相接合，以及将z轴固定螺栓94与z轴固定钻孔92相接合。一旦xy轴固定螺栓88与z轴固定螺栓94处于合适位置，则可调节的硬度计压头72可以围绕x、y以及z轴旋转，直至其处于所需的位置。当可调节的硬度计压头72处于所需位置时，紧固xy轴固定螺栓88，直至它们的平整支承表面接触圆锥壁104。紧固多个xy轴固定螺栓88的每一个，直至将可调节的硬度计压头72固定并设置在合适的位置。设置可调节的硬度计压头72与xy轴固定螺栓88，直接导致固定可调节的硬度计压头72，或限制其围绕x轴与y轴旋转。如果用户需要可调节的硬度计压头72围绕它们的x轴或y轴旋转，则他/她需要做的是略微松开限制旋转轴的一个xy轴固定螺栓88，并且进一步紧固其他xy轴固定螺栓88。这将导致可调节的硬度计压头72围绕所需的轴旋转对应于松开xy轴固定螺栓88的量的角度量。这可以沿其他旋转方向相似地进行，直至可调节的硬度计压头72处于所需的xy轴位置。例如，一个可以略微松开两个xy轴固定螺栓88，并且紧固第三个xy轴固定螺栓88，以沿径向旋转可调节的硬度计压头72。应该理解的是，可以通过不同于其他xy轴固定螺栓88的量紧固或松开每个独立的xy轴固定螺栓88，例如，每个单独的固定螺栓88可以独立于其他xy轴固定螺栓88而操作。该特征的重要性在于不必要拆卸，以调节可调节的硬度计压头72，并且能够通过度的分数测量结果的小旋转量而调节。半球形基座106的中心还可以定位于硬度计压头11的尖端，以使得当调节凹痕对称时，硬度计压头尖端的x与y位置不改变。这使得其易于观察与比较对称调节作出的结果。

一旦紧固所有xy轴固定螺栓88，则用户可以紧固z轴固定螺栓94，直至它们的平整支承表面接触z轴锁止销110。紧固两个z轴固定螺栓94，直至固定可调节的硬度计压头72，并且将其设置在所需的位置。设置可调节的硬度计压头72与z轴固定螺栓94直接导致固定可调节的硬度计压头72或限制其围绕z轴旋转。如果用户需要可调节的硬度计压头72围绕z轴旋转，则他/她需要略微松开一个z轴固定螺栓94，并且进一步紧固相反的z轴固定螺栓94。这将导致可调节的硬度计压头72围绕z轴旋转对应于松开z轴固定螺栓94的量的角度量。

可调节的硬度计压头72可以使用维氏、和/或努普机器/硬度计压头。通过允许x、y与z轴微小的旋转变化，可调节的硬度计压头72使得在试验样品上制造对称的凹痕更加容易与快速，以使得硬度计压头以精确角度定位接触表面。而且，因为在硬度计压头处进行调节，所以在调节过程中，台阶保持在合适位置，并且调节并不影响焦平面。

图15-21b示例了本发明的碰撞保护开关200。如图15中所示的，碰撞保护开关200包括第一板202与第二板204。如图16a所示，第一板202包括由绝缘材料，例如塑料或硬阳极氧化铝的外壳206，三个销室208、210、212，一个或多个电路通道214，两个物镜孔216以及弹簧孔228。三个销口208、210、212形成于外壳206中，圆形钻孔220、222、224从外壳206的顶面延伸至销口208、210、212的每一个中。每个圆形钻孔220、222、224均提供各个销口208、210、212内部的通道。每个销口208、210、212均包括一对固定于其中的平行销226、228、230，并且由导电材料形成。重要的是，每一对平行销226、228、230中的每一个第一销226a、228a、230a与相反的或第二销226b、228b、230b分隔开，以使得它们不彼此接触，该方面的重要性将在下面论述。

一个或多个电路通道214配置成允许销226a、228a、230a、226b、228b、230b以“断路”串联电路线连接在一起。也就是说，第一对平行销226的第一销226a与第二对平行销228的第二销228b沿电路通道214线连接，以便将它们设置为电连通。相似地，第二对平行销228的第一销228a与第三对平行销230的第二销230b沿电路通道214线连接，以便将它们设置为电连通。而且，电源232与第一对平行销26的第二销226b以及第三对平行销230的第一销230a沿电路通道214线连接。因此，第一对平行销226的第二销226b以及第三对平行销230的第一销230a与电源232相连通，但其他剩余的销226a、228a、228b、230b不导电。这样产生了“断路”串联电路，其包括每一对平行销226、228、230。该方面的重要性将在以下更详细的论述。如之前论述的，外壳206由导电材料形成，以使得其他剩余销226a、228a、228b、230b不导电。

如图16b所示，第二板204包括外壳205与三个固定至外壳205的底面，并且从外壳205的底面延伸的导电球226c、228c、230c。第二板外壳205基本上在几何形状上相似于第一板外壳206，以使得三个导电球226c、228c、230c的位置与销口208、210、212的三个圆形钻孔220、222、224相对齐。进一步，布置三个球226c、228c、230c，以使得每个球226c、228c、230c的中心等距于与球226c、228c、230c相匹配的对销226、228、230的各个销226a、226b、228a、228b、230a、230b。第二板外壳206进一步包括穿过其延伸的两个物镜孔236，其与第一板外壳206的两个螺纹物镜孔216相对齐。此外，第二板外壳206包括弹簧孔238。

图17示出了通过拉伸弹簧231接合及连接第一板202与第二板204的侧视图，拉伸弹簧231在第一板202的弹簧孔218与第二板204的弹簧孔238之间延伸并固定。弹簧231用于将两块板拉到一起，在各对销226、228、230之间嵌套每一个球226c、228c、230c，提供六个常闭开关的布置。在该“常接合”模式中，关闭形成于电源232与第一板202的销226a、226b、228a、228b、230a、230b之间的串联电路，以使得电力流至第一对销226的第一销226a、第二对销228的第一与第二销228a、228b、以及第三对销230的第二销230b（如在图21a的电路图示中所示的）。然而，如图18所示的，其示出了第一板202与第二板204脱离的侧视图，当一个物镜上的力源F足以克服弹簧231连接力，并且使得一个球远离其两个销接触之一运动时，开启电路，并且触发碰撞“报警”（如图21b的电路图示中所示的）。

碰撞保护开关200提供很多选择权，用于警告用户第一板202与第二板受力分开的情况，例如碰撞事件。例如，在第二对销228的第一销228a与第三对销230的第二销230b之间线连接灯或警报器。这样，当三个导电球226c、228c、230c的任意一个脱离任意一个销226、228、230，开启电路，并且灯将照明或警报器将发声。可替换地，电路可以直接连接至控制器，以使得当三个导电球226c、228c、230c之一脱离销时，控制器可以立即停止相关联的电机，或可以反转电机，因此防止其可以连接的系统损坏。

如图19与20所示，第一板202与第二板204可以安装至显微镜，例如，例如显微硬度试验机的材料试验机器的显微镜，以使得显微镜物镜在第二板204的两个物镜孔236与第一板202的两个物镜孔216之间延伸。在这种应用中，用户可以将显微镜物镜带至靠近用于检查的样品，并且意料之外地将样品与显微镜物镜接触。当这种情况发生时，不仅损害物镜与试验机，而且还损害可能是有价值的片状试验样品。然而，在安装碰撞保护开关200的情况下，当用户将样品与物镜接触时，施加力F在物镜上，并且因此第二板202使得电路开启，警告用户碰撞。可替换地，一旦电路开启，则可以停止或反转朝向样品驱动物镜的电机。在该报警之后，由于三对销226、228、230与三个球226c、228c、230c的准确约束结构，第一板202与第二板204后续重新接合，显微镜物镜重新以几微米定位。该结构，准确约束了六个接触点。两块板202、204仅具有一个固定位置。当板202、204受那个位置（例如，当碰撞发生时）阻碍时，板202、204将总是准确返回相同的位置，并且在碰撞结束之后，显微镜将观测相同位置。

本领域技术人员应该理解的是，第一、第二以及第三对平行销226、228、230均布置于任意合适的位置中，其将具有六个接触点，并且准确地约束。例如，第一、第二以及第三对平行销226、228、230可以布置成每个纵轴大约在第二板204的中心相互交叉。

图22-25示例了本发明的双物镜的显微镜。图22为双物镜的显微镜300的透视图，其示出了外壳302、下发光二极管（LED）304、上LED306、照相机308、以及两个共线的物镜310、312。图23为双物镜的显微镜300的顶视图。图24与25为双物镜的显微镜300的局部截面视图，其示出了外壳302的组件。外壳302包括第一半透明反射镜314、第二半透明反射镜316以及第三半透明反射镜318。

布置双物镜的显微镜300的组件，以使得照相机308、第二半透明反射镜316、第三半透明反射镜318，以及第二物镜312共线，同时，上LED306、第一半透明反射镜314以及第一物镜310共线。如图24中所示的，在典型实施例中，彼此平行地定位第一半透明反射镜314与第二半透明反射镜316，并且将第一半透明反射镜314与第二半透明反射镜316定位在相同的水平轴上，但旋转，以使得穿过第一物镜310返回的光将从第一半透明反射镜314反射至第二半透明反射镜316，并且向上穿过镜筒透镜，进入照相机308。镜子从观测角度顺时针旋转45°。如图25中所示，将第三半透明反射镜318定位成将来自下LED304的光向下反射入物镜312中。从样品反射的光垂直向上运动，穿过第二透镜312，穿过每一个半透明反射镜316、318，并且向上穿过镜筒透镜，进入照相机308。

半透明反射镜314、316与318反射1/2在镜子上发光的光，并且允许剩余的1/2在镜子上发光的光穿过。这样，因为上述布置，当用户希望通过第一物镜310观测样本时，他/她将点亮上LED306。当点亮上LED306时，光将照在第一半透明反射镜314上，其将反射1/2将损失的光，并且允许1/2光穿过至第一物镜310。1/2的光将随后穿过第一物镜310，从样品反射，并穿过第一物镜310返回，再次接合第一半透明反射镜314。在该接合过程中，1/2的光，例如，1/4原始光将朝向上LED306穿过第一半透明反射镜314，并且将损失，同时，接下来1/2的光，例如1/4的原始光将以90°角度朝向第二半透明反射镜316从第一半透明反射镜314反射。1/4的光将接合第二半透明反射镜316，并且1/2，例如1/8原始光将穿过并损失，同时，接下来1/2，例如1/8的原始光将反射至照相机308。因此，照相机308最终以1/8原始LED光强接收样本的图像。可替换地，当用户希望通过第二物镜312观测样本时，他/她将点亮下LED304，其垂直于第二物镜312定位，并且与第三半透明反射镜318共线。当点亮下LED304时，光将在第三半透明反射镜318上发光，其将允许1/2的光穿过，其将损失，并且朝向第二物镜312反射其他1/2的光。1/2的光随后将穿过第二物镜312，从样品反射，并且穿过第二物镜312返回，并且再次接合第三半透明反射镜318。在该接合过程中，1/2的光，例如1/4的原始光将从第三半透明反射镜314朝向下LED304反射，并且损失，同时，接下来1/2的光，例如1/4原始光，将穿过第三半透明反射镜314，朝向第二半透明反射镜316。该1/4的光将接合第二半透明反射镜316以及1/2，例如1/8的原始光，将反射并损失，同时，接下来1/2，例如1/8的原始光，将穿过至照相机308。因此，照相机308最终将以1/8的原始LED光强接收样本图像。

这样，当用户希望改变从第一物镜310至第二物镜312的照相机观测时，所有必须做的是切换光源304、306。双物镜的显微镜300可以连接至计算机，以使得样本图像数字地传递至计算机，并且在计算机屏幕上显示。

因此，最有效地获得几个前述目标与优势。尽管已经在此处详细公开并且说明了本发明的优选实施例，但应该理解的是，本发明因此并不旨在限制，其范围由所附权利要求的范围所限定。

Claims (28)

1.可调节的台阶座，用于硬度的显微镜探测设备，包括：

外壳，其包括限定孔的基座，以及从所述基座延伸的环形突出物；

可调节的台阶，其包括安装表面，以及从所述安装表面延伸并且通过壁与半球形端部限定的球形接头延伸物，所述壁包括至少一个穿过其延伸的径向钻孔；

所述环形突出物包括多个穿过其延伸的xy轴钻孔以及z轴锁止组件，所述z轴锁止组件包括销孔与两个z轴钻孔；

销，其配置成接合所述至少一个径向钻孔；

多个xy轴螺栓，其配置成接合所述多个xy轴钻孔，并且接触所述球形接头延伸物壁；以及

多个z轴螺栓，其配置成接合所述两个z轴钻孔，并且接触所述销，

其中，所述半球形端部配置成可旋转地接合所述孔。

2.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述可调节的台阶包括安装板。

3.根据权利要求2所述的可调节的台阶座，其中，所述安装板包括多个配置成安装元件的钻孔。

4.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述外壳包括多个配置成可拆卸地安装所述外壳的安装槽。

5.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述外壳包括一个或多个从所述基座的底部延伸的T型突出物。

6.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述孔由倒圆的棱边限定。

7.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述销孔为从所述环形突出物的顶部延伸的槽。

8.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述球形接头延伸物壁包括多个径向钻孔。

9.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述球形接头延伸物壁配置成圆锥壁。

10.根据权利要求1所述的可调节的台阶座，其中，所述xy轴钻孔以一定角度穿过所述环形突出物延伸。

11.可调节的硬度计压头座，用于硬度的显微镜探测设备，包括：

外壳，其包括限定了孔与环形突出物的肩部；

可调节的硬度计压头，其包括硬度计压头尖端座，以及从所述硬度计压头尖端座延伸并且由壁与半球形端部限定的球形接头延伸物，所述壁包括至少一个穿过其延伸的径向钻孔；

所述环形突出物，其包括多个穿过其延伸的xy轴钻孔与z轴锁止组件，所示z轴锁止组件包括销孔与两个z轴钻孔；

销，其配置成接合所述至少一个径向钻孔；

多个xy轴螺栓，其配置成接合所述多个xy轴钻孔，并且接触所述球形接头延伸物壁；以及

多个z轴螺栓，其配置成接合所述两个z轴钻孔，并且接触所述销，

其中，所述半球形端部配置成可旋转地接合所述孔。

12.根据权利要求11所述的可调节的硬度计压头座，进一步包括：

硬度计压头尖端；以及

卡圈，其适合于可拆卸地连接至所述硬度计压头尖端座，

其中，所述卡圈配置成将所述硬度计压头尖端固定至所述硬度计压头尖端座。

13.根据权利要求12所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述卡圈适合于通过扣合连接可拆卸地连接至所述硬度计压头尖端座。

14.根据权利要求12所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述硬度计压头尖端座包括外螺纹，并且所述卡圈包括内螺纹，用于匹配所述硬度计压头尖端座的所述外螺纹。

15.根据权利要求11所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述外壳配置成连接至硬度计压头机器。

16.根据权利要求11所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述肩部包括限定所述孔的倒圆的棱边。

17.根据权利要求11所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述球形接头延伸物壁包括多个径向钻孔。

18.根据权利要求11所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述球形接头延伸物壁配置为圆锥壁。

19.根据权利要求11所述的可调节的硬度计压头座，其中，所述xy轴钻孔以一定角度穿过所述环形突出物延伸。

20.用于硬度的显微镜探测设备，包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的可调节的台阶座；

根据权利要求11至19中任一项所述的可调节的硬度计压头座；

碰撞保护开关，包括：

第一板，其由电绝缘材料组成，所述第一板包括第一对、第二对以及第三对导电销；

所述第一对、第二对以及第三对导电销中的每个导电销均包括彼此间隔开的第一销与第二销，所述第一对导电销的所述第一销与所述第二对导电销的所述第二销电连通，并且所述第二对导电销的所述第一销与所述第三对导电销的所述第二销电连通；

电压源与所述第三对导电销的所述第一销以及所述第一对导电销的所述第二销电连通；

第二板，其由电绝缘材料组成，所述第二板包括从其壁延伸的第一导电球、第二导电球以及第三导电球；以及

保持弹簧，其迫使所述第一板与所述第二板一起处于第一位置，在所述第一位置，所述第一导电球接合所述第一对导电销，所述第二导电球接合所述第二对导电销，所述第三导电球接合所述第三对导电销，形成闭合电路，

其中，所述第一导电球、所述第二导电球、以及所述第三导电球配置成使得如果任意一个导电球脱离对应的第一对、第二对、或第三对导电销，所述电路断开。

21.根据权利要求20所述的用于硬度的显微镜探测设备，其中，所述第一板进一步包括：

第一内口，所述第一内口容纳所述第一对导电销，并且所述第一导电球通过所述第一板中的第一孔进入所述第一内口；

第二内口，所述第二内口容纳所述第二对导电销，并且所述第二导电球通过所述第一板中的第二孔进入所述第二内口；并且

第三内口，所述第三内口容纳所述第三对导电销，并且所述第三导电球通过所述第一板中的第三孔进入所述第三内口。

22.根据权利要求20所述的用于硬度的显微镜探测设备，所述碰撞保护开关进一步包括，与所述电路电连通的光源，

其中，所述光源配置成当所述电路断开时不照明。

23.根据权利要求20所述的用于硬度的显微镜探测设备，所述碰撞保护开关进一步包括警报器，其与所述电路电连通，

其中，所述警报器配置成当所述电路断开时发声。

24.根据权利要求20所述的用于硬度的显微镜探测设备，所述碰撞保护开关进一步包括控制器，其与所述电路电连通，

其中，所述控制器配置成当所述电路断开时，关闭与所述控制器相关联的电机。

25.根据权利要求20所述的用于硬度的显微镜探测设备，所述碰撞保护开关进一步包括至少一个显微镜物镜，其与所述第一板以及所述第二板中的至少一个机械连通，以使得抵抗所述至少一个显微镜物镜的力迫使所述第一板与所述第二板彼此远离，以断开所述电路。

26.用于硬度的显微镜探测设备，包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的可调节的台阶座；

根据权利要求11至19中任一项所述的可调节的硬度计压头座；

双物镜的显微镜，包括：

第一物镜，其与第二物镜平行；

上光源，其配置成将光提供至所述第一物镜；

下光源，其配置成将光提供至所述第二物镜；

第一半透明反射镜；

第二半透明反射镜；

第三半透明反射镜；以及

照相机，其配置成通过所述第一物镜与所述第二物镜观察，

其中，当开启所述上光源时，所述照相机通过第一物镜观察，并且当开启所述下光源时，所述照相机通过所述第二物镜观察。

27.根据权利要求26所述的用于硬度的显微镜探测设备，其中，所述上光源以及所述下光源均为发光二极管。

28.根据权利要求26所述的用于硬度的显微镜探测设备，其中，所述第一物镜以及所述第二物镜均与显微硬度试验机相关联。