CN104297500A - 一种用于硬度测试的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硬度测试技术领域，尤其涉及一种用于硬度测试的方法和装置；本发明的用于硬度测试的装置，包括：硬度计和计算机，所述硬度计包括：预设模块、检测模块、放大模块、模数转换模块、比较模块、控制模块、显示模块、通讯模块和电源模块；所述计算机包括数据处理模块；所述数据处理模块可以根据接收到的硬度信息计算出硬度值和拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线，提供了在测试的过程中对被测产品进行加载和卸载时所产生的有用的测试数据。
Description
技术领域
本发明涉及硬度测试技术领域，尤其涉及一种用于硬度测试的方法和装置。
背景技术
传统的硬度测量，以洛氏为例，只是测量残余深度，即加载和卸载后的深度差，作为硬度计算的参数。在加载和卸载的过程中，力和深度的变化信息随不同的材料而不同，例如：当达到洛氏最大力-150Kg时，压痕的深度是多少，这些大量信息都直接和材料的性质相关；这些信息在传统的硬度计中都无法记录和保存。本发明的硬度计，将记录、保存并分析在加载和卸载的过程中的力和深度的变化的所有信息，这些信息将用于材料研究者去分析材料的性质。传统的硬度测量只是利用硬度计提供的少量信息，即主应力开始和结束时的深度数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硬度测试的方法和装置，解决传统的硬度测试装置测试不准确，采集的可用信息较少的问题。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于硬度测试的装置，包括：硬度计和与所述硬度计电连接的计算机，所述硬度计包括：
预设模块，所述预设模块用于在进行硬度测试之前设置目标值；所述预设模块包括用于输入数据的按键或者触摸屏，或者通过所述计算机将数据传入所述预设模块；
检测模块，所述检测模块用于对被检测的物体的硬度进行检测；所述检测模块包括用于向被测物体的表面施加力的加力装置和设置于所述加力装置上的用于实时的采集压痕信息的压力传感器以及位移传感器；
放大模块，所述放大模块用于将所述检测模块传递进来的模拟信号进行放大；
模数转换模块，所述模数转换模块用于将所述放大模块传递进来的经过放大的模拟信号转换为数字信号；
比较模块，在进行测试前所述预设模块将所述目标值设置到所述比较模块内；在进行检测后所述模数转换模块将采集到的并转换为数字信号的与所述目标值相互对应的实测值传递到所述比较模块内；所述比较模块对所述目标值和实测值的大小进行比较；
控制模块，所述比较模块将所述偏差值输入到所述控制模块内，所述控制模块对所述偏差值进行处理，并输出相应的控制信号；
显示模块，所述显示模块采用液晶显示器；所述显示模块分别将所述目标值和所述检测模块实时采集到的硬度值显示出来；
通讯模块，所述通讯模块的一端与所述模数转换模块的输出端电连接，其另一端与所述计算机电连接；所述通讯模块用于实时的将采集到的被测物体的力值和位移值传递到所述计算机内；
电源模块，所述电源模块分别与所述预设模块、所述检测模块、所述放大模块、所述模数转换模块、所述比较模块、所述控制模块和所述显示模块电连接；
所述计算机包括数据处理模块，所述数据处理模块对通过所述通讯模块传递进来的硬度信息进行处理。
其中，所述目标值包括目标力值、加载速度和载荷保持时间；
所述目标力值为适用于洛氏硬度计的第一目标力值、适用于维氏硬度计的第二目标力值或者适用于布氏硬度计的第三目标力值；
所述第一目标力值为150kg、100kg或者kg60kg；
所述第二目标力值为100kg、50kg或者30kg；
所述第三目标力值为187.5kg、100kg或者62.5kg；
所述加载速度大于等于0.001/S，且小于等于0.1mm/S；
所述载荷保持时间大于等于0.1S，且小于等于100S；
所述实测值包括实测力值，所述实测力值包括与所述第一目标力值相对应的第一实测力值，与所述第二目标力值相对应的第二实测力值和与所述第三目标力值相对应的第三实测力值。
其中，所述压力传感器采用电桥式称重传感器；
所述加力装置包括步进电机、步进电机驱动器和丝杠传动机构；
所述计算机发送指令给所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器驱动所述步进电机运转，所述步进电机带动所述丝杠传动机构的丝杠轴旋转，使得所述丝杠传动机构的丝杠螺母轴向移动，从而产生压力；
所述位移传感器采用光栅传感器，其精度可到0.1微米。
其中，当所述实测力值小于所述目标力值时，所述控制模块发送继续移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠继续向下移动，所述实测力值增加；
当所述实测力值达到所述目标力值时，所述控制模块发送停止移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠停止移动，所述实测力值保持不变。
其中，所述数据处理模块包括硬度计算模块和数据曲线拟合模块；
所述硬度信息包括测量时刻值、在所述测量时刻值测得的所述实测力值和在所述测量时刻值测得的压痕的深度值；
所述硬度计算模块根据所述深度值计算出被测材料的硬度值；
所述数据曲线拟合模块根据所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线。
其中，包括步骤：
在进行硬度检测之前，在所述预设模块内设置所述目标值；
在硬度检测的过程中，所述检测模块实时的采集测量时刻值、所述实测力值和所述深度值并输送到所述比较模块；
所述比较模块对所述目标力值和所述实测力值进行比较；当所述当所述实测力值小于所述目标力值时，所述控制模块发送继续移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠继续向下移动，所述实测力值增加；当所述实测力值达到所述目标力值时，所述控制模块发送停止移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠停止移动，所述实测力值保持不变；
数据传输，所述通讯模块实时的将采集到的所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值传递到所述计算机内；
计算被测材料的硬度值，所述硬度计算模块按照预设于其内的硬度计算算法对输入的所述深度值进行计算，得到被测材料的硬度值；
拟合特性曲线，所述数据曲线拟合模块根据所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线。
其中，所述硬度计算算法包括洛氏硬度计算算法和布氏硬度计算算法，洛氏硬度＝＝100-h/0.002，
所述h＝hmax-hmin；所述hmax为所述实测力值等于目标力值时对被测材料的压痕的深度值；所述hmin为当实测力值为最小值时对应的材料的压痕的深度值；
所述D为压力装置的硬质合金球直径，d为压痕的平均直径；F为目标力值。
本发明的优点在于：
本发明的用于硬度测试的装置，包括：硬度计和与所述硬度计电连接的计算机，所述硬度计包括：预设模块，所述预设模块用于在进行硬度测试之前设置目标值；所述预设模块包括用于输入数据的按键或者触摸屏，或者通过所述计算机将数据传入所述预设模块；检测模块，所述检测模块用于对被检测的物体的硬度进行检测；所述检测模块包括用于向被测物体的表面施加力的加力装置和设置于所述加力装置上的用于实时的采集压痕信息的压力传感器以及位移传感器；放大模块，所述放大模块用于将所述检测模块传递进来的模拟信号进行放大；模数转换模块，所述模数转换模块用于将所述放大模块传递进来的经过放大的模拟信号转换为数字信号；比较模块，在进行测试前所述预设模块将所述目标值设置到所述比较模块内；在进行检测后所述模数转换模块将采集到的并转换为数字信号的与所述目标值相互对应的实测值传递到所述比较模块内；所述比较模块对所述目标值和实测值的大小进行比较；控制模块，所述比较模块将所述偏差值输入到所述控制模块内，所述控制模块对所述偏差值进行处理，并输出相应的控制信号；显示模块，所述显示模块采用液晶显示器；所述显示模块分别将所述目标值和所述检测模块实时采集到的硬度值显示出来；通讯模块，所述通讯模块的一端与所述模数转换模块的输出端电连接，其另一端与所述计算机电连接；所述通讯模块用于实时的将采集到的被测物体的力值和位移值传递到所述计算机内；电源模块，所述电源模块分别与所述预设模块、所述检测模块、所述放大模块、所述模数转换模块、所述比较模块、所述控制模块和所述显示模块电连接；所述计算机包括数据处理模块，所述数据处理模块对通过所述通讯模块传递进来的硬度信息进行处理；所述数据处理模块可以根据接收到的硬度信息计算出硬度值和拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线，提供了在测试的过程中对被测产品进行加载和卸载时所产生的有用的测试数据。
附图说明
图1是本发明的用于硬度测试的方法和装置的功能模块图。
图2是本发明的载荷压痕深度特性曲线。
图3是本发明的载荷随时间变化的特性曲线。
图4是本发明的压痕深度随时间变化的特性曲线。
1-计算机；11-数据处理模块；2-硬度计；21-预设模块；22-检测模块；23-放大模块；24-模数转换模块；25-电源模块；27-比较模块；28-控制模块；29-显示模块；210-通讯模块。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
结合图1至图4对本发明的用于硬度测试的方法和装置进行详细说明。
本发明的用于硬度测试的装置，包括：硬度计2和与所述硬度计2电连接的计算机1，所述硬度计包括：
预设模块21，所述预设模块21用于在进行硬度测试之前设置目标值；所述预设模块21包括用于输入数据的按键或者触摸屏，或者通过所述计算机1将数据传入所述预设模块21；
检测模块22，所述检测模块22用于对被检测的物体的硬度进行检测；所述检测模块22包括用于向被测物体的表面施加力的加力装置和设置于所述加力装置上的用于实时的采集压痕信息的压力传感器以及位移传感器；
放大模块23，所述放大模块23用于将所述检测模块22传递进来的模拟信号进行放大；
模数转换模块24，所述模数转换模块24用于将所述放大模块23传递进来的经过放大的模拟信号转换为数字信号；
比较模块27，在进行测试前所述预设模块21将所述目标值设置到所述比较模块27内；在进行检测后所述模数转换模块24将采集到的并转换为数字信号的与所述目标值相互对应的实测值传递到所述比较模块27内；所述比较模块27对所述目标值和实测值的大小进行比较；
控制模块28，所述比较模块27将所述偏差值输入到所述控制模块28内，所述控制模块28对所述偏差值进行处理，并输出相应的控制信号；
显示模块29，所述显示模块29采用液晶显示器；所述显示模块29分别将所述目标值和所述检测模块22实时采集到的硬度值显示出来；
通讯模块210，所述通讯模块210的一端与所述模数转换模块24的输出端电连接，其另一端与所述计算机1电连接；所述通讯模块210用于实时的将采集到的被测物体的力值和位移值传递到所述计算机1内；
电源模块25，所述电源模块25分别与所述预设模块21、所述检测模块22、所述放大模块23、所述模数转换模块24、所述比较模块27、所述控制模块28和所述显示模块29电连接；
所述计算机1包括数据处理模块11，所述数据处理模块11对通过所述通讯模块210传递进来的硬度信息进行处理。
本发明的用于硬度测试的装置采用闭环控制系统，在对产品进行测试时可以很好的控制加载过程，保证测试时平稳的施加载荷，测试结果精确；在测试的过程中将采集到的与硬度有关的信息实时的传输到所述计算机1内，所述数据处理模块11对硬度信息进行处理，计算出硬度值和拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线，提供了关于产品的所有的有用的信息；传统的硬度计只是简单的测试出硬度值，对于测试过程中产生的有用的硬度信息都被遗弃了。
所述目标值包括目标力值、加载速度和载荷保持时间；
所述目标力值为适用于洛氏硬度计的第一目标力值、适用于维氏硬度计的第二目标力值或者适用于布氏硬度计的第三目标力值；
所述第一目标力值为150kg、100kg或者kg60kg；
所述第二目标力值为100kg、50kg或者30kg；
所述第三目标力值为187.5kg、100kg或者62.5kg；
所述加载速度大于等于0.001/S，且小于等于0.1mm/S；
所述载荷保持时间大于等于0.1S，且小于等于100S；
所述实测值包括实测力值，所述实测力值包括与所述第一目标力值相对应的第一实测力值，与所述第二目标力值相对应的第二实测力值和与所述第三目标力值相对应的第三实测力值。
所述压力传感器采用电桥式称重传感器；
所述加力装置包括步进电机、步进电机驱动器和丝杠传动机构；
所述计算机1发送指令给所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器驱动所述步进电机运转，所述步进电机带动所述丝杠传动机构的丝杠轴旋转，使得所述丝杠传动机构的丝杠螺母轴向移动，从而产生压力；
所述位移传感器采用光栅传感器，其精度可到0.1微米。
当所述实测力值小于所述目标力值时，所述控制模块28发送继续移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠继续向下移动，所述实测力值增加；
当所述实测力值达到所述目标力值时，所述控制模块28发送停止移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠停止移动，所述实测力值保持不变。
所述数据处理模块11包括硬度计算模块和数据曲线拟合模块；
所述硬度信息包括测量时刻值、在所述测量时刻值测得的所述实测力值和在所述测量时刻值测得的压痕的深度值；
所述硬度计算模块根据所述深度值计算出被测材料的硬度值；
所述数据曲线拟合模块根据所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线。
本发明的用于硬度测试的方法，包括步骤：
在进行硬度检测之前，在所述预设模块21内设置所述目标值；
在硬度检测的过程中，所述检测模块22实时的采集测量时刻值、所述实测力值和所述深度值并输送到所述比较模块27；
所述比较模块27对所述目标力值和所述实测力值进行比较；当所述当所述实测力值小于所述目标力值时，所述控制模块28发送继续移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠继续向下移动，所述实测力值增加；当所述实测力值达到所述目标力值时，所述控制模块28发送停止移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠停止移动，所述实测力值保持不变；
数据传输，所述通讯模块210实时的将采集到的所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值传递到所述所述计算机1内；
计算被测材料的硬度值，所述硬度计算模块按照预设于其内的硬度计算算法对输入的所述深度值进行计算，得到被测材料的硬度值；
拟合特性曲线，所述数据曲线拟合模块根据所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线。
所述硬度计算算法包括洛氏硬度计算算法和洛氏硬度计算算法，洛氏硬度＝＝100-h/0.002，
所述h＝hmax-hmin；所述hmax为所述实测力值等于目标力值时对被测材料的压痕的深度值；所述hmin为当实测力值为最小值时对应的材料的压痕的深度值；
所述D为压力装置的硬质合金球直径，d为压痕的平均直径；F为目标力值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种用于硬度测试的装置，其特征在于，包括：硬度计(2)和与所述硬度计(2)电连接的计算机(1)，所述硬度计包括：
预设模块(21)，所述预设模块(21)用于在进行硬度测试之前设置目标值；所述预设模块(21)包括用于输入数据的按键或者触摸屏，或者通过所述计算机(1)将数据传入所述预设模块(21)；
检测模块(22)，所述检测模块(22)用于对被检测的物体的硬度进行检测；所述检测模块(22)包括用于向被测物体的表面施加力的加力装置和设置于所述加力装置上的用于实时的采集压痕信息的压力传感器以及位移传感器；
放大模块(23)，所述放大模块(23)用于将所述检测模块(22)传递进来的模拟信号进行放大；
模数转换模块(24)，所述模数转换模块(24)用于将所述放大模块(23)传递进来的经过放大的模拟信号转换为数字信号；
比较模块(27)，在进行测试前所述预设模块(21)将所述目标值设置到所述比较模块(27)内；在进行检测后所述模数转换模块(24)将采集到的并转换为数字信号的与所述目标值相互对应的实测值传递到所述比较模块(27)内；所述比较模块(27)对所述目标值和实测值的大小进行比较；
控制模块(28)，所述比较模块(27)将所述偏差值输入到所述控制模块(28)内，所述控制模块(28)对所述偏差值进行处理，并输出相应的控制信号；
显示模块(29)，所述显示模块(29)采用液晶显示器；所述显示模块(29)分别将所述目标值和所述检测模块(22)实时采集到的硬度值显示出来；
通讯模块(210)，所述通讯模块(210)的一端与所述模数转换模块(24)的输出端电连接，其另一端与所述计算机(1)电连接；所述通讯模块(210)用于实时的将采集到的被测物体的力值和位移值传递到所述计算机(1)内；
电源模块(25)，所述电源模块(25)分别与所述预设模块(21)、所述检测模块(22)、所述放大模块(23)、所述模数转换模块(24)、所述比较模块(27)、所述控制模块(28)和所述显示模块(29)电连接；
所述计算机(1)包括数据处理模块(11)，所述数据处理模块(11)对通过所述通讯模块(210)传递进来的硬度信息进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于硬度测试的装置，其特征在于：所述目标值包括目标力值、加载速度和载荷保持时间；
所述目标力值为适用于洛氏硬度计的第一目标力值、适用于维氏硬度计的第二目标力值或者适用于布氏硬度计的第三目标力值；
所述第一目标力值为150kg、100kg或者kg60kg；
所述第二目标力值为100kg、50kg或者30kg；
所述第三目标力值为187.5kg、100kg或者62.5kg；
所述加载速度大于等于0.001/S，且小于等于0.1mm/S；
所述载荷保持时间大于等于0.1S，且小于等于100S；
所述实测值包括实测力值，所述实测力值包括与所述第一目标力值相对应的第一实测力值，与所述第二目标力值相对应的第二实测力值和与所述第三目标力值相对应的第三实测力值。
3.根据权利要求1所述的一种用于硬度测试的装置，其特征在于：所述压力传感器采用电桥式称重传感器；
所述加力装置包括步进电机、步进电机驱动器和丝杠传动机构；
所述计算机(1)发送指令给所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器驱动所述步进电机运转，所述步进电机带动所述丝杠传动机构的丝杠轴旋转，使得所述丝杠传动机构的丝杠螺母轴向移动，从而产生压力；
所述位移传感器采用光栅传感器，其精度可到0.1微米。
4.根据权利要求2所述的一种用于硬度测试的装置，其特征在于：当所述实测力值小于所述目标力值时，所述控制模块(28)发送继续移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠继续向下移动，所述实测力值增加；
当所述实测力值达到所述目标力值时，所述控制模块(28)发送停止移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠停止移动，所述实测力值保持不变。
5.根据权利要求4所述的一种用于硬度测试的装置，其特征在于：所述数据处理模块(11)包括硬度计算模块和数据曲线拟合模块；
所述硬度信息包括测量时刻值、在所述测量时刻值测得的所述实测力值和在所述测量时刻值测得的压痕的深度值；
所述硬度计算模块根据所述深度值计算出被测材料的硬度值；
所述数据曲线拟合模块根据所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线。
6.根据权利要求5所述的一种用于硬度测试的方法，其特征在于：包括步骤：
在进行硬度检测之前，在所述预设模块(21)内设置所述目标值；
在硬度检测的过程中，所述检测模块(22)实时的采集测量时刻值、所述实测力值和所述深度值并输送到所述比较模块(27)；
所述比较模块(27)对所述目标力值和所述实测力值进行比较；当所述当所述实测力值小于所述目标力值时，所述控制模块(28)发送继续移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠继续向下移动，所述实测力值增加；当所述实测力值达到所述目标力值时，所述控制模块(28)发送停止移动的信号到所述步进电机驱动器，所述丝杠停止移动，所述实测力值保持不变；
数据传输，所述通讯模块(210)实时的将采集到的所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值传递到所述计算机(1)内；
计算被测材料的硬度值，所述硬度计算模块按照预设于其内的硬度计算算法对输入的所述深度值进行计算，得到被测材料的硬度值；
拟合特性曲线，所述数据曲线拟合模块根据所述测量时刻值、所述实测力值和所述深度值拟合出载荷压痕深度特性曲线、载荷随时间变化的特性曲线和压痕深度随时间变化的特性曲线。
7.根据权利要求6所述的一种用于硬度测试的方法，其特征在于：所述硬度计算算法包括洛氏硬度计算算法和布氏硬度计算算法，洛氏硬度＝100-h/0.002，
所述h＝hmax-hmin；所述hmax为所述实测力值等于目标力值时对被测材料的压痕的深度值；所述hmin为当实测力值为最小值时对应的材料的压痕的深度值；
所述D为压力装置的硬质合金球直径，d为压痕的平均直径；F为目标力值。
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