CN110987690A - 硬度测试器 - Google Patents

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Abstract

硬度测试器的控制器可在驱动器未处于操作中的状态下且在弹簧位移检测器和臂位移检测器检测相应目标(板簧和施力臂)位移量时，确定施力臂和板簧根据环境温度变化而变形。可通过执行初始化过程根据所作的确定通过与环境温度对应的硬度测试器执行有利的硬度测试，该初始化过程将相应目标的位移量(即分别通过弹簧位移检测器和臂位移检测器检测的位移量)重置为零。

Description

硬度测试器
技术领域
本发明涉及硬度测试器。
背景技术
通常，硬度测试器是已知的，其通过使用压痕器将预定测试力施加到样品(工件)的表面以形成压痕来测量样品的硬度。例如，洛氏硬度测试器是这样的测试器：通过用钻石圆锥形压痕器或球形压痕器将预定测试力施加到样品表面以形成压痕，且在压痕形成期间测量压痕器的按压深度，从而来测量样品硬度(例如见日本已公开专利No.2003-050189)。
在该硬度测试器中，伺服马达的驱动力经由板簧被传输到施力臂，以让施力臂旋转，且通过将安装在施力臂的最前端处的压痕器压靠样品而形成压痕。具体地，在该硬度测试器中，测试力通过让板簧变形的伺服马达产生。在硬度测试器通过将压痕器压靠样品而形成压痕时，通过弹簧位移量传感器测量与测试力对应的板簧的变形量，且变形量通过伺服马达控制，且此外，基于施力臂的位移量，通过臂位置传感器测量压痕器压靠样品的按压深度。
然而，在日本已公开专利No.2003-050189中所述的硬度测试器被置于高环境或低温环境时，施力臂和板簧会经历热膨胀或热收缩。在臂位置传感器和弹簧位移量传感器检测到伴随热膨胀或热收缩的板簧和施力臂的变形时，会发生有缺陷的操作。例如，在不执行操作时硬度测试器会将通过臂位置传感器或弹簧位移量传感器检测的板簧或施力臂的变形错误地作为开始测试的触发条件。还有，在臂位置传感器和弹簧位移量传感器检测到伴随热膨胀或热收缩的板簧和施力臂的变形的状态下执行硬度测试时，会获得包括误差的测量结果。
发明内容
本发明提供一种硬度测试器，其能顺利地执行硬度测试，而不被环境温度变化影响。
为了解决上述问题，根据本发明一个方面的发明是一种硬度测试器，其通过使用压痕器在样品表面上施加预定测试力而测量样品的硬度。硬度测试器包括设置有压痕器的施力臂；板簧，其第一端固定到施力臂；驱动器，通过让板簧弯曲而让施力臂移位和将压痕器压靠样品；弹簧位移检测器，检测板簧的位移量；臂位移检测器，检测施力臂的位移量；和控制器，响应于弹簧位移检测器检测到板簧的位移量以及臂位移检测器检测到施力臂的位移量而执行预定过程，在驱动器处于操作中以便将压痕器压靠样品的状态下，控制器执行一过程，以基于分别被弹簧位移检测器和臂位移检测器检测的板簧的位移量和施力臂的位移量而计算样品的硬度。在驱动器未处于操作的状态下且在弹簧位移检测器和臂位移检测器相应目标的位移量时，(确定施力臂和板簧因环境温度变化而变形)，且控制器执行一过程，以通知用户执行初始化，以将相应目标的位移量(即分别通过弹簧位移检测器和臂位移检测器检测的位移量)重置为零。
本发明的另一方面是一种硬度测试器，其通过使用压痕器在样品表面上施加预定测试力而测量样品的硬度。硬度测试器包括设置有压痕器的施力臂；板簧，其第一端固定到施力臂；驱动器，通过让板簧弯曲而让施力臂移位和将压痕器压靠样品；弹簧位移检测器，检测板簧的位移量；臂位移检测器，检测施力臂的位移量；和控制器，响应于弹簧位移检测器检测到板簧的位移量以及臂位移检测器检测到施力臂的位移量而执行预定过程，在驱动器处于操作中以便将压痕器压靠样品的状态下，控制器执行一过程，以基于分别被弹簧位移检测器和臂位移检测器检测的板簧的位移量和施力臂的位移量而计算样品的硬度。在驱动器未处于操作的状态下且在弹簧位移检测器和臂位移检测器相应目标的位移量时，(确定施力臂和板簧因环境温度变化而变形)，且控制器执行初始化过程，以将相应目标的位移量(即通过弹簧位移检测器和臂位移检测器检测的位移量)重置为零。
根据本发明，可响应于环境温度变化顺利地执行硬度测试。
附图说明
通过本发明示例性实施例的非限制性例子参考多个附图，进一步在下文详细描述本发明，其中相同附图标记在附图的几幅图中代表相似零件，且其中：
图1是显示了根据一实施例的硬度测试器的相关部分构造的侧视图；
图2是根据该实施例的硬度测试器的控制结构的方块图；
图3A和3B示意性地显示了硬度测试器的施力臂和板簧随硬度测试启动的状态；
图4A和4B示意性地显示了硬度测试器的施力臂和板簧热膨胀的状态；和
图5A和5B示意性地显示硬度测试器的施力臂和板簧热收缩的状态。
具体实施方式
本文所示的细节是示例性的且目的是仅对本发明的实施例进行示例性描述，且目的是提供被认为最有用且易于理解的本发明原理和原则的内容。在这方面，不会试图比对本发明进行基本理解所必要的更详细地显示本发明的结构细节，对附图的描述使得本领域技术人员理解可以如何实施本发明的形式。
此后，参考附图详细描述根据本发明的硬度测试器的实施例。各种技术上的优选限制应用于下文所述的实施例，以便实施本发明，但是本发明范围并不受到以下实施例或所示例子的限制。根据本实施例的硬度测试器是洛氏硬度测试器，其通过用压痕器在样品表面上施加预定测试力而测量样品的硬度。
如图1和2所示，例如，根据本实施例的硬度测试器100配置为包括：施力臂11，设置有压痕器1；板簧11a，其第一端固定到施力臂11；驱动器(压机)12，通过让板簧11a弯曲而让施力臂11移位并将压痕器1压靠样品S；弹簧位移检测器13，检测板簧11a的位移量；臂位移检测器14，检测施力臂11的位移量；样品台15，样品S被置于其顶表面上；控制台17；存储器18；控制器19；和等等。硬度测试器100中的各种操作控制通过图2示出的控制器19执行。
施力臂11可旋转地设置到测试器主体100a，且配置为使得各种类型的压痕器可被换出来并安装在施力臂11的最前端。可附接到施力臂11的各种类型压痕器可以包括在样品表面上形成压痕的压痕器1，或压靠目标样品而不损坏样品的平坦压痕器(附图中未示出)。
板簧11a是测试力产生弹簧且其整体地设置到施力臂11并通过弹性变形产生测试力。
驱动器12包括步进马达、伺服马达等，例如作为驱动源12a。通过驱动源12a产生的动力经由板簧11a传输到施力臂11，且施力臂11旋转，使得施力臂11的最前端接近样品台15，且压痕器1或平坦压痕器压靠已经被置于样品台15上的样品S。此外，驱动器12使得施力臂11沿远离样品台15的方向旋转并让施力臂11移位到预定退回位置。退回位置是指在各种压痕器和样品台15之间形成距离且允许压痕器1或样品S被换出来或允许用于测量的预定准备的布置。
弹簧位移检测器13检测施力臂11中的板簧11a的位移量。具体地，弹簧位移检测器13例如通过位移传感器单元(直线标尺)配置，其以光学方式读取玻璃标尺，且对在板簧11a向施力臂11传递通过驱动器12(驱动源12a)产生的力时的板簧11a的位移量进行检测。通过弹簧位移检测器13检测的板簧11a的位移量连续输出到控制器19。因而，施加在压痕器1上的测试力可被连续检测。
臂位移检测器14检测施力臂11的位移量。具体地，臂位移检测器14例如通过位移传感器单元(直线标尺)配置，其以光学方式读取玻璃标尺，且检测施力臂11转过的位移量。被臂位移检测器14检测的施力臂11的位移量被输出控制器19。
样品台15设置在安装于施力臂11上的各种压痕器的下方，且被各种压痕器压靠的样品S被置于样品台15上。
样品台高度调整器16包括在外周表面上设置有阳螺纹的支撑柱16a，和在内周表面上设置有阴螺纹的柄16b。支撑柱16a的阳螺纹接合柄16b的阴螺纹。通过让柄16b旋转，支撑柱16a沿支撑柱16a的长度方向在上下方向上移位，且安装在支撑柱16a的顶端处的样品台15上下移位，使得样品台15的高度位置能被调整。
控制台17包括显示部分17a和输入部分17b。显示部分17a例如通过LCD(液晶显示器)配置且根据通过控制器19输入的显示信号指令显示各种视屏。输入部分17b例如包括触摸屏面板，其形成为位于显示部分17a的显示屏上方，且包括各种操作按钮，例如数字按钮和起动按钮。基于用户所作操作的操作信号被输出到控制器19。
存储器18通过存储装置配置，例如非易失半导体存储器或硬盘，且存储与各种过程有关的数据等。
控制器19配置为包括CPU 19a、RAM 19b、和ROM 19c，且整体地控制硬度测试器100的各部分。
CPU 19a获取存储在ROM 19c中的处理程序，随后打开并执行RAM 19b中的处理程序，由此执行硬度测试器100的总体控制。
RAM 19b打开RAM 19b中的程序存储区域中被CPU 19a执行的处理程序，并在数据存储器区域中存储输入数据、在处理程序执行期间产生的处理结果等。
ROM 19c存储各种数据，各种处理程序等，其允许CPU 19a执行硬度测试器100的总体控制。具体地，ROM 19c例如存储硬度测试运行程序191，环境温度响应程序192，等。
接下来，描述硬度测试器100的控制器19中执行的过程。
根据本实施例的硬度测试器100的控制器19响应于通过弹簧位移检测器13检测的板簧11a的位移量和通过臂位移检测器14检测的施力臂11的位移量而执行预定过程。具体地，在驱动器12处于操作中以便将压痕器1压靠样品S的状态下，控制器19执行一过程，以基于分别通过弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测的板簧11a的位移量和施力臂11的位移量而计算样品S的硬度。此外，在驱动器12不处于操作中的状态下，控制器19执行一过程，以在弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测相应目标(板簧11a和施力臂11)的位移量时，确定施力臂11和板簧11a由于环境温度变化而变形。
例如，在经由控制台17通过用户输入硬度测试执行指令(其被认为是触发条件)时，控制器19的CPU 19a打开并执行RAM 19b中的硬度测试执行程序191，且由此驱动器12被操作以便让施力臂11沿压痕器1压靠样品S的方向旋转。随后，弹簧位移检测器13在压痕器1压靠样品S时检测板簧11a的位移量，且臂位移检测器14也在压痕器1压靠样品S时检测施力臂11的位移量。基于经检测的位移量，执行洛氏硬度测试以计算样品S的硬度。样品S的硬度计算值显示在显示部分17a上。
此外，在没有通过用户输入硬度测试执行指令且驱动器12不处于操作的状态下，相应目标的位移量已经被弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测这一情况被认为是触发条件。控制器19的CPU 19a随后打开并执行RAM 19b中的环境温度响应程序192，且由此执行一过程，以确定施力臂11和板簧11a由于环境温度变化而变形。换句话说，在未执行硬度测试的硬度测试器100中，在弹簧位移检测器13检测到板簧11a的位移量且臂位移检测器14检测到施力臂11的位移量时，做出施力臂11和板簧11a由于环境温度变化而变形的确定。
这里，与硬度测试操作期间施力臂11和板簧11a的位移相比较地，描述伴随环境温度变化而产生的施力臂11和板簧11a的变形(这是本发明的发明人的关注点)。
首先，给出硬度测试操作期间施力臂11和板簧11a的位移的描述。在通过硬度测试器100执行硬度测试时，例如图3A和3B所示，从压痕器1接触样品S前表面的状态，驱动器向下拉动板簧11a，以便让施力臂11沿压痕器1压靠样品S的方向旋转。此时，弹簧位移检测器13检测到沿板簧11a膨胀方向(正方向)的位移，且臂位移检测器14检测到让施力臂11的最前端向下(正方向)移位的位移。
相对比地，在例如硬度测试器100所安装的测试空间这样的环境温度增加(例如增加10到20℃)时，金属制造的施力臂11和板簧11a热膨胀。此时，与执行硬度测试时的时间不同，压痕器1不接触样品S且施力臂11可自由地旋转。因此，热膨胀的施力臂11和板簧11a变形，而没有受到周围规制(surrounding regulation)。如图4A和4B所示，在施力臂11和弹簧板11a热膨胀时，本发明的发明人确认热膨胀被捕捉，使得弹簧位移检测器13检测到沿板簧11a膨胀的方向(正方向)的变形且臂位移检测器14检测到让施力臂11的最前端向下(正方向)移位的变形。在施力臂11和板簧11a热膨胀时，通过相应弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测到的变形的方向与硬度测试操作期间被弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测到的板簧11a和施力臂11的变形的方向是相同的正方向。因此，在现有技术的硬度测试器热膨胀时，可做出假定：通过臂位置传感器(臂位移检测器14)和弹簧位移量传感器(弹簧位移检测器13)检测到的施力臂和板簧的变形被误认为起动硬度测试的触发条件。
此外，在例如安装了硬度测试器100的测试空间这样的环境温度减小(例如减小10到20℃)时，金属制造的施力臂11和板簧11a热收缩。此时，与硬度测试操作不同，压痕器1不接触样品S且施力臂11处于可自由旋转状态。因此，热收缩的施力臂11和板簧11a变形，而没有受到周围规制。如图5A和5B所示，在施力臂11和弹簧板11a热收缩时，本发明的发明人确认热收缩被捕捉，使得弹簧位移检测器13检测到沿板簧11a变窄的方向(负方向)变形且臂位移检测器14检测到让施力臂11的最前端向上(负方向)移位的变形。
以此方式，在硬度测试器100未执行硬度测试时，在弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测到板簧11a和施力臂11的位移时，发明人能确认这是因为施力臂11和板簧11a热膨胀、热收缩、还是变形。此外，在硬度测试器100未执行硬度测试时，且在驱动器12未处于操作中的条件下，本发明的发明人使得硬度测试器100的控制器19执行一过程，以在弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测到相应目标(板簧11a和施力臂11)的位移量时确定施力臂11和板簧11a响应于环境温度变化而变形。
随后，在执行确定施力臂11和板簧11a响应于环境温度变化而变形的过程之后，本实施例的硬度测试器100的控制器19执行一过程，以通知用户执行将相应目标位移量(即分别通过弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测的位移量)初始化重置为零。例如，例如“请初始化硬度测试器以重置传感器”这样的消息被显示在显示部分17a的上，以通知用户对硬度测试器100初始化并促使用户执行硬度测试器100的初始化。看到该消息的用户可以通过操作输入部分17b(例如按下重置按钮)来初始化弹簧位移检测器13和臂位移检测器14。以此方式，在弹簧位移检测器13和臂位移检测器14被初始化时，可通过与其环境温度对应的硬度测试器100执行硬度测试。
还有，在执行确定施力臂11和板簧11a响应于环境温度变化而变形的过程之后，本实施例的硬度测试器100的控制器19执行初始化过程，以将每一个目标的位移量(即分别通过弹簧位移检测器13和臂位移检测器14检测的位移量)重置为零。例如，控制器19确定施力臂11和板簧11a响应于环境温度而变化，且随后自动地执行内部过程，以初始化弹簧位移检测器13和臂位移检测器14。在控制器19自动地执行初始化过程，例如初始化过程被执行时的日期和时间这样的数据被存储在存储器18中，使得例如用户可随后在显示部分17a上确认初始化历史。在弹簧位移检测器13和臂位移检测器14被初始化时，可通过与环境温度对应的硬度测试器100执行硬度测试。
如上所述，通过本实施例的硬度测试器100，即使施力臂11和板簧11a响应于环境温度变化而变形，弹簧位移检测器13和臂位移检测器14也可被初始化，以便适应例如安装了硬度测试器100的测试房间这样的环境。因此，可通过对应于环境温度的硬度测试器100执行有利的硬度测试。
在如上所述的本实施例中，在施力臂11和板簧11a热膨胀时，弹簧位移检测器13检测沿板簧11a膨胀(正方向)的方向的变形，且臂位移检测器14检测让施力臂11的最前端向下(正方向)移位的变形。还有，在施力臂11和板簧11a热收缩时，弹簧位移检测器13检测沿板簧11a变窄的方向(负方向)的变形且臂位移检测器14检测让施力臂11的最前端向上(负方向)移位的变形。然而，本发明并不限于此，因为施力臂11和板簧11a的变形基于构成施力臂11和板簧11a的金属材料的形状和类型而不同。
而且，当然也可以对结构的其他具体细节进行适当修改。
应注意，前述例子仅出于说明的目的提供且不是为了构成对本发明的限制。尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解本文已经使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。可以在所陈述和所修改的所附权利要求的范围内可以做出改变，而在其一些方面，不脱离本发明的范围和精神。虽然已经参考具体结构、材料和实施例在本文描述了本发明，但是本发明不应被限制为所公开的具体形式；相反，本发明涵盖虽有功能等同的结构、方法、和用途，例如在所附权利要求的范围内。
本发明并不限于如上所述的实施例，且可以在不脱离本发明范围的情况下做出各种变化和修改。
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2018年10月03日提交的日本申请No.2018-187835的优先权，该申请的内容通过引用全部合并于本文。

Claims (2)

1.一种用于测量样品硬度的硬度测试器，该硬度测试器包括：
施力臂，设置有压痕器；
板簧，其第一端固定到施力臂；
压机，通过让板簧弯曲而让施力臂移位，且将压痕器压靠样品；
弹簧位移检测器，检测板簧的位移量；
臂位移检测器，检测施力臂的位移量；和
控制器，响应于通过板簧的位移量的弹簧位移检测器所作的检测且响应于通过施力臂的位移量的臂位移检测器所作的检测来执行预定过程，其中：
在压机处于操作中以便将压痕器压靠样品的状态下，控制器基于板簧的经检测位移量和施力臂的经检测位移量来计算样品硬度，且
在压机不处于操作中的状态下，且在弹簧位移检测器检测到板簧的位移量且臂位移检测器检测到施力臂的位移量时，控制器通知用户执行初始化，该初始化将板簧和施力臂的相应经检测位移量重置为零。
2.一种测量样品硬度的硬度测试器，该硬度测试器包括：
施力臂，设置有压痕器；
板簧，其第一端固定到施力臂；
压机，通过让板簧弯曲而让施力臂移位，且将压痕器压靠样品；
弹簧位移检测器，检测板簧的位移量；
臂位移检测器，检测施力臂的位移量；和
控制器，响应于通过板簧的位移量的弹簧位移检测器所作的检测且响应于通过施力臂的位移量的臂位移检测器所作的检测执行预定过程，其中：
在压机处于操作中以便将压痕器压靠样品的状态下，控制器基于板簧的经检测位移量和施力臂的经检测位移量计算样品硬度，且
在压机未处于操作中的状态下，且在弹簧位移检测器检测到板簧的位移量且臂位移检测器检测到施力臂的位移量时，控制器将板簧和施力臂的相应经检测位移量重置为零。
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