CN106546501A - 设有ccd图像采集系统的硬度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械技术领域。设有CCD图像采集系统的硬度计，包括一硬度计机体，硬度计机体上设有压头，压头固定在一转盘上，转盘上还固定有两个不同放大倍数的物镜、两个CCD摄像装置，两个CCD摄像装置的采集方向分别朝向两个物镜；CCD摄像装置连接一处理器系统，处理器系统连接一显示屏，显示屏安装在硬度计机体的外壁上。本发明通过CCD摄像装置在显示屏上直接显示測试的压痕并通过处理器系统分析CCD摄像装置采集到的画面获得硬度值，相较传统显微镜观测式硬度计，保护了试验人员的视力。

Description

设有CCD图像采集系统的硬度计
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体涉及硬度计。
背景技术
布氏硬度计通常是用显微镜测量压痕对角线长度的方式进行硬度的测量。布氏硬度计的显微镜的光源给眼睛带来的刺激和视觉疲劳，会对试验人员的视力造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供设有CCD图像采集系统的硬度计，以解决上述技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
设有CCD图像采集系统的硬度计，包括一具有硬度测量功能的硬度计机体，所述硬度计机体上设有压头，其特征在于，所述压头固定在一转盘上，所述转盘上还固定有两个不同放大倍数的物镜、两个CCD摄像装置，两个CCD摄像装置的采集方向分别朝向两个物镜，且两个CCD摄像装置的采集方向均朝下；
所述CCD摄像装置连接一处理器系统，所述处理器系统连接一显示屏，所述显示屏安装在所述硬度计机体的外壁上。
本发明通过CCD摄像装置在显示屏上直接显示測试的压痕并通过处理器系统分析CCD摄像装置采集到的画面上压痕的大小，进而获得硬度值，相较传统显微镜观测式硬度计，保护了试验人员的视力。
所述处理器系统是一具有图像分析与处理功能的处理器系统。便于对CCD摄像装置采集到的画面进行分析处理。
所述处理器系统连接一无线通信模块，所述处理器系统通过无线通信模块连接一终端设备。便于终端设备获知测量结果，也可以通过终端设备上的图像分析软件进行进一步的分析。
所述压头设有至少两个，至少两个压头以所述转盘的旋转中心线为中心线呈环状等角度排布在所述转盘上；
所述物镜的中心至所述转盘的旋转中心线的距离等于压头的中心至所述转盘的旋转中心线的距离。
便于通过旋转转盘的过程中，调整压头或观测压痕的物镜。
所述压头设有三个，分别为第一压头、第二压头、第三压头；
两个物镜分别为第一物镜、第二物镜；
所述第一压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与第一物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角等于所述第二压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与第一物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角；
所述第二压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与所述第二物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角等于所述第三压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与所述第二物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角。
本发明通过优化限定压头与物镜的位置关系，便于转盘的旋转。
所述第三压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与所述第二物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角为60°或72°。便于转盘转动相等的角度的整数倍后实现压头与物镜的切换、物镜与物镜的切换、压头与压头的切换。
所述转盘通过一传动装置连接一电机，所述电机连接一处理器系统；
所述转盘的外壁上嵌设有一角度传感器，所述角度传感器连接一处理器系统。
本发明通过转盘的自动转动，便于操作，并结合压头与物镜方位的结合，便于调整转盘的旋转角度。
所述硬度计机体还包括一用于放置待测试工件的放置台，所述放置台的下端与一升降机构相连，所述升降机构是一电控升降机构，所述电控升降机构的信号输入端连接所述处理器系统，所述处理器系统连接一用于检测放置台位移变化情况的位移传感器，所述位移传感器固定在所述放置台上。
便于通过位移传感器监测放置台的升降情况，从而控制放置台的升降情况。
所述显示屏是一平板电脑，所述平板电脑上安装有一硬度测量软件；
所述平板电脑开机后，所述平板电脑的显示面上设有一用于开启硬度测量软件的软件图标，点击所述软件图标后，进入主界面；
所述主界面上设有一用于观测CCD摄像装置采集到画面的显示面，所述主界面的上设有一用于打开CCD摄像装置采集到的画面的第一图标，点击第一图标后，所述显示面放映CCD摄像装置采集到的画面；
所述主界面上还设有一用于测量压痕大小的第二图标，点击第二图标后，处理器系统分析CCD摄像装置采集到的画面上压痕的大小，主界面上显示出硬度值。
便于操作。本发明通过选取平板电脑作为显示屏，平板电脑也具有数据处理的功能。平板电脑内设有处理器系统，硬度计机体内也设有处理器系统，以所述平板电脑内的处理器系统为第一处理器系统，以所述硬度计机体内的处理器系统为第二处理器系统，所述第一处理器系统连接所述第二处理器系统；所述第一处理器系统与所述第二处理器系统均与所述CCD摄像装置相连。当第一处理器系统与第二处理器系统中的任意一个损坏时，仍能实现信号处理的目的。
所述主界面上设有一用于跳转至硬度测量结果界面的第三图标，点击所述第三图标后，所述主界面跳转至硬度测量结果界面；
所述平板电脑上存储有测试报告模块，所述测试报告模块上设有用于输入压痕大小、硬度值的区域；
当测试结束后，硬度测量软件将硬度测量结果的数据调取至测试报告模块上，作为当前测试下的测试报告，并进行预览显示；
所述处理器系统连接一打印机；
所述硬度测量结果界面上设有一用于打印测试报告的第三图标，点击第三图标后，打印机打印测试报告。
便于自动出测试报告，减少了手动输入电脑的繁琐性，或者手动输入的数据错误。
所述压头上均固定有一微米级位移传感器，所述微米级位移传感器连接所述处理器系统。
传统的硬度计由于压头压出的深度无法测量，往往采用测量压头压出的痕迹的横向宽度，实现对待测试工件的硬度的测量。本发明通过微米级位移传感器实现压头压出痕迹的深度的测量，处理器系统通过深度的测量与分析摄像装置采集到的横向宽度的测量，提高了对硬力的测量精度。此外，本发明通过微米级位移传感器与CCD摄像装置结合，实现了球头是否磨损的验证，便于及时发现球头的磨损，无需单独采用高放大倍数的显微镜去查看。
所述转盘上设有一用于测量至待测工件上表面的距离的测距传感器，所述测距传感器连接所述处理器系统。
便于通过微米级位移传感器与测距传感器的结合，获得压痕的深度。本发明通过测距传感器测量值待测工件上表面的距离，进而获知压头在待测工件上表面不造成压痕的情况下的位移变化情况，本发明通过造成压痕后位移传感器测得位移变化情况，与不造成压痕情况下的位移变化情况相比，获得压痕的深度。
本发明采用的微米级位移传感器也可以采用陀螺仪传感器代替，便于监测压头运动时的加速度的同时，监测位移变化。
或者，所述转盘上还设有一用于测量至待测工件上表面的距离的测距传感器，所述测距传感器连接所述处理器系统。直接通过测距传感器获得压痕的深度。
所述压头由第一金属件与第二金属件相连构成，所述第一金属件位于所述第二金属件的下方，所述第一金属件设有一开口向上的第一凹槽，所述第二金属件设有一开口向下的第二凹槽；
所述第一金属件与所述第二金属件相连时，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连构成一用于容置微米级位移传感器的槽体。
便于微米级位移传感器的固定。
所述压头的下端部设有用于接触待测试工件对待测试工件进行施压的施压部，所述微米级位移传感器位于所述压头的上端部。
防止纳米级位移传感器影响压头的施压。
所述压头的上端部的宽度大于所述压头下端部的宽度的2倍，所述压头的上端部设有一用于固定所述纳米级位移传感器的第一凹槽，所述第一凹槽的中心轴线方向垂直于所述压头的升降方向。
本发明通过优化压头的结构，通过加粗压头的上端部，便于安装纳米级位移传感器，此外，本发明通过优化压头的结构，防止压头在升降的过程中，造成纳米级位移传感器滑出第一凹槽。
所述第一凹槽的横截面呈一圆，所述第二凹槽的纵截面呈波浪状；
所述纳米级位移传感器包括一壳体，所述壳体的外轮廓与所述第一凹槽的内轮廓相匹配。
本发明通过优化第一凹槽的结构，进一步防止纳米级位移传感器滑出第一凹槽。
所述压头的上端部还设有至少两个第二凹槽，至少两个第二凹槽与所述第一凹槽呈环状排布在压头的上端部；
所述第二凹槽的上方或下方设有由至少两个以所述压头的中心轴线为中心线围成环状的第三凹槽构成的凹槽组。
本发明通过优化压头的结构，防止压头上端部加粗，导致的压头自身重量的变化，影响硬力测试。
所述压头是由第一金属件与第二金属件可拆卸连接构成，所述第一金属件的下端为所述施压部，所述第一金属件的上端为所述第一金属件与所述第二金属件的连接端；
所述第一金属件与所述第二金属件的材料相同。
本发明通过改变了压头的结构，压头通过材料相同的第一金属件与第二金属件可拆卸连接，当第一金属件磨损后，直接通过更换第一金属件就能实现压头的更换，防止传统整个压头的更换，节约成本。
所述第一金属件的下端面呈一球面，所述第一金属件的下端面与所述第一金属件的上端面的曲率一致，所述第一金属件的下端面与所述第一金属件的上端面的间距不小于3mm，且不大于8mm；
所述第一金属件的上端面上连接有一连接杆，所述连接杆的外壁上设有外螺纹；
所述第二金属件上设有与所述连接杆螺纹连接的安装位，所述安装位是一设有内螺纹的凹槽；
所述连接杆的长度等于所述安装位的深度，且所述连接杆的长度不小于5mm，且不大于10mm。
便于实现第一金属件与第二金属件的可拆卸连接。
附图说明
图1为本发明的部分结构示意图；
图2为本发明的部分结构示意图；
图3为本发明压头与物镜的一种排布结构示意图；
图4为本发明压头与物镜的另一种排布结构示意图；
图5为本发明压头与物镜的另一种排布结构示意图。
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，下面进一步阐述本发明。
参见图1、图2、图3、图4、图5，设有CCD图像采集系统的硬度计，包括一硬度计机体，硬度计机体上设有压头3，压头3固定在一转盘2上，转盘2上还固定有两个不同放大倍数的物镜、两个CCD摄像装置，两个CCD摄像装置的采集方向分别朝向两个物镜，且一个目镜的上方设有一个CCD摄像装置；CCD摄像装置连接一处理器系统，处理器系统连接一显示屏，显示屏1安装在硬度计机体的外壁上。本发明通过CCD摄像装置在显示屏上直接显示測试的压痕并通过处理器系统分析CCD摄像装置采集到的画面获得硬度值，相较传统显微镜观测式硬度计，保护了试验人员的视力。两个CCD摄像装置的采集方向均朝下。
压头3设有至少两个，相邻的压头间设有CCD摄像装置。
压头3设有至少两个，至少两个压头3以转盘的旋转中心线为中心线呈环状等角度排布在转盘上；至少两个压头的旋转轨迹上设有两个物镜，物镜的中心至转盘的旋转中心线的距离等于压头的中心至转盘的旋转中心线的距离。便于通过旋转转盘的过程中，调整压头或观测压痕的物镜。
参见图5，压头3设有两个，第一压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第一物镜11至转盘的旋转中心线的连线的夹角等于第二压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第一物镜11至转盘的旋转中心线的连线的夹角；第一压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角等于第二压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角。第一压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第一物镜11至转盘的旋转中心线的连线的夹角等于90°。
参见图3、图4，压头3设有三个，分别为第一压头、第二压头、第三压头；两个物镜分别为第一物镜11、第二物镜12；第一压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第一物镜11至转盘的旋转中心线的连线的夹角等于第二压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第一物镜11至转盘的旋转中心线的连线的夹角；第二压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角等于第三压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角。本发明通过优化限定压头与物镜的位置关系，便于转盘的旋转。
第三压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角为72°或60°。图3展示的是第三压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角为60°的排布形式。图4展示的是第三压头的中心至转盘的旋转中心线的连线与第二物镜12至转盘的旋转中心线的连线的夹角为72°的排布形式。
硬度计机体还包括一用于放置待测试工件的放置台，放置台的下端与一升降机构4相连，升降机构4是一电控升降机构，电控升降机构的信号输入端连接处理器系统，处理器系统连接一位移传感器，位移传感器固定在放置台上。便于通过位移传感器监测放置台的升降情况，从而控制放置台的升降情况。
显示屏是一平板电脑，平板电脑上安装有一硬度测量软件；平板电脑开机后，平板电脑的显示面上设有一用于开启硬度测量软件的软件图标，点击软件图标后，进入主界面；主界面上设有一用于观测CCD摄像装置采集到画面的显示面，主界面的上设有一用于打开CCD摄像装置采集到的画面的第一图标，点击第一图标后，显示面放映CCD摄像装置采集到的画面；主界面上设有一用于测量压痕大小的第二图标，点击第二图标后，处理器系统分析CCD摄像装置采集到的画面上压痕的大小，主界面上显示出硬度值。便于操作。
主界面上设有一用于跳转至硬度测量结果界面的第三图标，点击第三图标后，主界面跳转至硬度测量结果界面；平板电脑上存储有测试报告模块，测试报告模块上设有用于输入压痕大小、硬度值的区域；当测试结束后，硬度测量软件将硬度测量结果的数据调取至测试报告模块上，作为当前测试下的测试报告，并进行预览显示；处理器系统连接一打印机；硬度测量结果界面上设有一用于打印测试报告的第三图标，点击第三图标后，打印机打印测试报告。便于自动出测试报告，减少了手动输入电脑的繁琐性，或者手动输入的数据错误。
压头上均固定有一微米级位移传感器，微米级位移传感器连接处理器系统。传统的硬度计由于压头压出的深度无法测量，往往采用测量压头压出的痕迹的横向宽度，实现对待测试工件的硬度的测量。本发明通过微米级位移传感器实现压头深度的测量，处理器系统通过深度的测量与分析摄像装置采集到的横向宽度的测量，提高了对硬力的测量精度。此外，本发明通过微米级位移传感器与CCD摄像装置结合，实现了球头是否磨损的验证，便于及时发现球头的磨损，无需单独采用高放大倍数的显微镜去查看。
压头的下端部设有用于接触待测试工件对待测试工件进行施压的施压部，微米级位移传感器位于压头的上端部。防止纳米级位移传感器影响压头的施压。
压头的上端部的宽度大于压头下端部的宽度的2倍，压头的上端部设有一用于固定纳米级位移传感器的第一凹槽，第一凹槽的中心轴线方向垂直于压头的升降方向。本发明通过优化压头的结构，通过加粗压头的上端部，便于安装纳米级位移传感器，此外，本发明通过优化压头的结构，防止压头在升降的过程中，造成纳米级位移传感器滑出第一凹槽。
第一凹槽的横截面呈一圆，第二凹槽的纵截面呈波浪状；纳米级位移传感器包括一壳体，壳体的外轮廓与第一凹槽的内轮廓相匹配。本发明通过优化第一凹槽的结构，进一步防止纳米级位移传感器滑出第一凹槽。
压头的上端部还设有至少两个第二凹槽，至少两个第二凹槽与第一凹槽呈环状排布在压头的上端部；第二凹槽的上方或下方设有由至少两个以压头的中心轴线为中心线围成环状的第三凹槽构成的凹槽组。本发明通过优化压头的结构，防止压头上端部加粗，导致的压头自身重量的变化，影响硬力测试。
压头是由第一金属件与第二金属件可拆卸连接构成，第一金属件的下端为施压部，第一金属件的上端为第一金属件与第二金属件的连接端；第一金属件与第二金属件的材料相同。本发明通过改变了压头的结构，压头通过材料相同的第一金属件与第二金属件可拆卸连接，当第一金属件磨损后，直接通过更换第一金属件就能实现压头的更换，防止传统整个压头的更换，节约成本。
第一金属件的下端面呈一球面，第一金属件的下端面与第一金属件的上端面的曲率一致，第一金属件的下端面与第一金属件的上端面的间距不小于3mm，且不大于8mm；第一金属件的上端面上连接有一连接杆，连接杆的外壁上设有外螺纹；第二金属件上设有与连接杆螺纹连接的安装位，安装位是一设有内螺纹的凹槽；连接杆的长度等于安装位的深度，且连接杆的长度不小于5mm，且不大于10mm。便于实现第一金属件与第二金属件的可拆卸连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。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效物界定。

Claims (10)

1.设有CCD图像采集系统的硬度计，包括一具有硬度测量功能的硬度计机体，所述硬度计机体上设有压头，其特征在于，所述压头固定在一转盘上，所述转盘上还固定有两个不同放大倍数的物镜、两个CCD摄像装置，两个CCD摄像装置的采集方向分别朝向两个物镜，且两个CCD摄像装置的采集方向均朝下；
所述CCD摄像装置连接一处理器系统，所述处理器系统连接一显示屏，所述显示屏安装在所述硬度计机体的外壁上。
2.根据权利要求1所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述压头设有至少两个，至少两个压头以所述转盘的旋转中心线为中心线呈环状等角度排布在所述转盘上；
所述物镜的中心至所述转盘的旋转中心线的距离等于压头的中心至所述转盘的旋转中心线的距离。
3.根据权利要求1所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述压头设有三个，分别为第一压头、第二压头、第三压头；
两个物镜分别为第一物镜、第二物镜；
所述第一压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与第一物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角等于所述第二压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与第一物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角；
所述第二压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与所述第二物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角等于所述第三压头的中心至所述转盘的旋转中心线的连线与所述第二物镜至所述转盘的旋转中心线的连线的夹角。
4.根据权利要求1所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述硬度计机体还包括一用于放置待测试工件的放置台，所述放置台的下端与一升降机构相连，所述升降机构是一电控升降机构，所述电控升降机构的信号输入端连接所述处理器系统，所述处理器系统连接一用于检测放置台位移变化情况的位移传感器，所述位移传感器固定在所述放置台上。
5.根据权利要求1所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述显示屏是一平板电脑，所述平板电脑上安装有一硬度测量软件；
所述平板电脑开机后，所述平板电脑的显示面上设有一用于开启硬度测量软件的软件图标，点击所述软件图标后，进入主界面；
所述主界面上设有一用于观测CCD摄像装置采集到画面的显示面，所述主界面的上设有一用于打开CCD摄像装置采集到的画面的第一图标，点击第一图标后，所述显示面放映CCD摄像装置采集到的画面；
所述主界面上还设有一用于测量压痕大小的第二图标，点击第二图标后，处理器系统分析CCD摄像装置采集到的画面上压痕的大小，主界面上显示出硬度值。
6.根据权利要求5所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述主界面上设有一用于跳转至硬度测量结果界面的第三图标，点击所述第三图标后，所述主界面跳转至硬度测量结果界面；
所述平板电脑上存储有测试报告模块，所述测试报告模块上设有用于输入压痕大小、硬度值的区域；
当测试结束后，硬度测量软件将硬度测量结果的数据调取至测试报告模块上，作为当前测试下的测试报告，并进行预览显示；
所述处理器系统连接一打印机；
所述硬度测量结果界面上设有一用于打印测试报告的第三图标，点击第三图标后，打印机打印测试报告。
7.根据权利要求1所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述压头上均固定有一微米级位移传感器，所述微米级位移传感器连接所述处理器系统。
8.根据权利要求4所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述压头的上端部的宽度大于所述压头下端部的宽度的2倍，所述压头的上端部设有一用于固定所述纳米级位移传感器的第一凹槽，所述第一凹槽的中心轴线方向垂直于所述压头的升降方向。
9.根据权利要求8所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述第一凹槽的横截面呈一圆，所述第二凹槽的纵截面呈波浪状；
所述纳米级位移传感器包括一壳体，所述壳体的外轮廓与所述第一凹槽的内轮廓相匹配。
10.根据权利要求1所述的设有CCD图像采集系统的硬度计，其特征在于：所述压头是由第一金属件与第二金属件可拆卸连接构成，所述第一金属件的下端为用于接触待测试工件对待测试工件进行施压的施压部，所述第一金属件的上端为所述第一金属件与所述第二金属件的连接端；
所述第一金属件与所述第二金属件的材料相同。
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