CN111060413A - 一种用于检测材料压痕的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测材料压痕的装置，其技术方案要点是包括纳米压痕仪，所述纳米压痕仪包括自上而下设置的压痕图像采集装置、压痕测试装置、试样加热装置以及试样微调装置，所述试样微调装置与所述压痕测试装置之间设置有试样平台，试样平台的中间固定有放置槽，所述放置槽的槽壁上开设有避让孔，所述试样加热装置固定安装在试样平台上，试样加热装置包括沿放置槽周向设置的至少有一个激光加热管，所述激光加热管的激光出口正对所述放置槽上的避让孔，以对放置槽内的试样进行加热。本发明的优点是能够采用激光集中加热替代U型加热体的环绕式加热，明确加热区域，降低加热空间，提高了安全性以及使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及材料硬度测试领域，尤其是涉及一种用于检测材料压痕的装置。
背景技术
纳米压痕仪是对材料压痕进行测定的仪器，其用于对材料在高温环境下的硬度检测，诸如工具钢材料、耐磨涂层等高温下使用的材料而言，测试其高温下的不同性能，具有巨大的实用价值。
现有的可参考授权公告号为CN205826442U的中国专利，其公开了一种高温压痕计，其技术方案要点是包括真空密闭的气氛室，所述气氛室内设置有用于加热试样的加热装置、给所述加热装置的外壳进行冷却的循环水冷装置，以及可伸入所述加热装置内对试样进行加载以形成压痕的压痕测试装置，加热装置包括U型加热体，U型加热体对试样环绕式加热，并通过循环水冷装置对加热装置冷却。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：环绕式加热方式的加热区域不明确，加热空间较大，消耗的能量较多，循环水冷装置在实际使用过程中并不能起到很好的冷却效果，安全性及工作效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测材料压痕的装置，其优点是能够采用激光集中加热替代U型加热体的环绕式加热，明确加热区域，降低加热空间，提高了安全性以及使用效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于检测材料压痕的装置，包括纳米压痕仪，所述纳米压痕仪包括自上而下设置的压痕图像采集装置、压痕测试装置、试样加热装置以及试样微调装置，所述试样微调装置与所述压痕测试装置之间设置有试样平台，试样平台的中间固定有放置槽，所述放置槽的槽壁上开设有避让孔，所述试样加热装置固定安装在试样平台上，试样加热装置包括沿放置槽周向设置的至少有一个激光加热管，所述激光加热管的激光出口正对所述放置槽上的避让孔，以对放置槽内的试样进行加热。
通过采用上述技术方案，通过在试样平台上设置有激光加热管，采用激光加热管可以对试样进行集中加热，加热空间小且消耗的能量较少，试样周围的温度较低，提高了工作效率。
本发明进一步设置为：所述激光加热管设置有两个，两个激光加热管之间的水平夹角为120度。
通过采用上述技术方案，采用两个加热管可以提高加热速度，两个激光加热管彼此之间呈一定的角度设置，是为了避免由一侧激光加热管射出的激光对另一侧的激光加热管造成损坏。
本发明进一步设置为：所述激光加热管的激光出口距试样的水平距离不小于30mm。
通过采用上述技术方案，由于在高温加热过程中，试样的局部温度较高，避免激光加热管与试样距离过近，造成激光加热管损坏。
本发明进一步设置为：所述试样微调装置包括XY物台和硬度计丝杠，所述硬度计丝杠以竖直的姿态连接在所述XY物台的底部，所述XY物台的顶部固定安装有调节杆，所述放置槽的槽底开设有通孔，所述调节杆穿过所述通孔伸入到所述放置槽的内部，当进行压痕测试时，试样放置在所述调节杆的顶端。
通过采用上述技术方案，通过试样微调装置可以对试样的放置位置进行调整,有助于将试样调整到压痕测试装置的正下方,便于检测。
本发明进一步设置为：所述图像采集装置与所述试样加热装置之间设置有水冷盘。
通过采用上述技术方案，试样加热过程中局部温度较高，容易损坏压痕图像采集装置，水冷盘内通有循环液体，起到降温冷却的作用。
本发明进一步设置为：所述水冷盘与所述试样之间的距离为10.5mm。
通过采用上述技术方案，避免将水冷盘与试样之间的距离设置的过远，导致水冷盘不能起到很好的冷却作用。
本发明进一步设置为：所述激光加热管的激光出口与试样之间设置有光纤维。
通过采用上述技术方案，由激光出口射出的激光可以沿着光纤维照射在试样的表面，通过光纤维可以方便的调整激光在试样上的照射位置。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、通过采用激光加热管集中加热替代对比文献中U型加热体的环绕式加热，能够明确加热区域，降低加热空间，并且不会造成气氛室内部温度过高，提高了试验检测的安全性以及检测效率；
2、两个激光加热管之间的水平夹角设置为120度，能够在加热过程中避免激光加热管彼此朝向的照射，造成激光加热管损坏。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明未安装加热装置时的侧视图。
图3是本发明中试样与激光加热管和调节杆位置关系的剖视图。
图4是本发明中激光加热光的安装位置示意图（图中箭头方向为激光照射方向）。
图中，1、压痕图像采集装置；2、压痕测试装置；3、试样加热装置；31、激光加热管；32、激光出口；4、试样微调装置；41、XY物台；42、硬度计丝杠；43、调节杆；5、试样平台；6、放置槽；61、避让孔；62、通孔；7、水冷盘；8、试样。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种用于检测材料压痕的装置，包括纳米压痕仪，纳米压痕仪又包括自上而下设置的压痕图像采集装置1、压痕测试装置2、试样加热装置3以及试样微调装置4。
参照图1，试样微调装置4与压痕测试装置2之间设置有试样平台5，试样平台5的中央位置设置有呈环形状的放置槽6，放置槽6内主要用于放置待检测的试样8。
参照图1和图3，试样加热装置3包括固定安装在试样平台5上的激光加热管31，激光加热管31可以设置有两个，两个激光加热管31的激光出口32朝向放置槽6设置（见图4），放置槽6的槽壁上开设有供激光穿过的避让孔61，激光加热管31射出的激光穿过避让孔61后照射在试样8上，从而对试样8进行加热。在压痕测试过程中，试样8受挤压力而产生碎裂，此时，激光加热管31射出的激光穿过避让孔61后受放置槽6另一侧的槽壁阻挡，从而能够避免激光直射检测人员，防止激光对检测人员造成伤害。需要注意的是，激光加热管31的数量这里不做具体限制，但是在布置激光加热管31时要避免两个激光加热管31之间彼此朝向的照射，因为这样会导致一侧激光加热管31射出的激光对另一侧的激光加热管31造成损坏。
在实际加热过程中，试样8的局部温度较高，如果激光加热管31的激光出口32与试样8之间的水平距离设置的过近，会致使激光加热管31受到高温损坏，因此，在布置激光加热管31时，还需注意激光加热管31的激光出口32与试样8之间的距离不小于30mm。
参照图1或图2，试样微调装置4包括XY物台41和硬度计丝杠42，硬度计丝杠42竖直连接在XY物台41的底部，用于驱动XY物台41上下移动。XY物台41包括水平位置的两组相同的驱动机构，两组驱动机构均通过驱动电机和丝杠工作，其中一组驱动机构位于另一组驱动机构的上方用于调节XY物台41沿X轴方向移动，另一组驱动机构用于控制XY物台41沿Y轴方向移动，具体的，可以参考授权公告号为CN20669611OU的中国发明专利，其公开的一种高温划痕仪中的XY物台，这里不做过多赘述。
参照图1和图3，XY物台41的顶部固定安装有调节杆43，放置槽6的槽底开设有通孔62，调节杆43以竖直的姿态向上穿过通孔62，在进行检测时，试样8放置在调节杆43的顶端，可以通过调节杆43对试样的位置进行微调，以便激光对准试样8，在图像采集时，通过对试样8的位置进行调节以获得清晰的图像。
考虑到试样8压痕检测主要是在高温下进行，压痕图像采集工作容易受到高温的影响，并且当试样8加热至800摄氏度之上后，自身就会发出光线，一般的图像采集系统难以准确的捕捉试样8表面的压痕的图像轮廓，也就难以进行准确的压痕值计算。这里为压痕图像采集装置1单独配置一块水冷盘7。
参照图1或图2，水冷盘7可以设置在试样加热装置3与压痕图像采集装置1之间，水冷盘7内通有循环冷却水，冷却水在流动的过程中吸收试样8辐射的热量，以保证压痕图像采集装置1收集到清晰的图像，较佳的，这里可以将水冷盘7设置在试样8的上方，并且与试样8之间的距离为10.5mm处。
另外，试样8的侧壁上可以设置有温度传感器，温度传感器能够检测试样8表面的温度，其与激光加热管31的光路错开，操作者可以根据需要调节激光强度，激光加热管31与试样8之间还可以设置有光纤维，通过光纤维能够改变激光的路线，避免激光照射到温度传感器上造成温度传感器损坏，当试样8加热到制定温度后，取下温度传感器，以便进行后续的压痕测试工作。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于检测材料压痕的装置，包括纳米压痕仪，其特征在于：所述纳米压痕仪包括自上而下设置的压痕图像采集装置(1)、压痕测试装置(2)、试样加热装置(3)以及试样微调装置(4)，所述试样微调装置(4)与所述压痕测试装置(2)之间设置有试样平台(5)，试样平台(5)的中间固定有放置槽(6)，所述放置槽(6)的槽壁上开设有避让孔(61)，所述试样加热装置(3)固定安装在试样平台(5)上，试样加热装置(3)包括沿放置槽(6)周向设置的至少有一个激光加热管(31)，所述激光加热管(31)的激光出口(32)正对所述放置槽(6)上的避让孔(61)，以对放置槽(6)内的试样(8)进行加热。
2.根据权利要求1所述的用于检测材料压痕的装置，其特征在于：所述激光加热管(31)设置有两个，两个激光加热管(31)之间的水平夹角为120度。
3.根据权利要求1所述的用于检测材料压痕的装置，其特征在于：所述激光加热管(31)的激光出口(32)距试样(8)的水平距离不小于30mm。
4.根据权利要求1所述的用于检测材料压痕的装置，其特征在于：所述试样微调装置(4)包括XY物台(41)和硬度计丝杠(42)，所述硬度计丝杠(42)以竖直的姿态连接在所述XY物台(41)的底部，所述XY物台(41)的顶部固定安装有调节杆(43)，所述放置槽(6)的槽底开设有通孔(62)，所述调节杆(43)穿过所述通孔(62)伸入到所述放置槽(6)的内部，当进行硬度测试时，试样(8)放置在所述调节杆(43)的顶端。
5.根据权利要求1所述的用于检测材料压痕的装置，其特征在于：所述图像采集装置与所述试样加热装置(3)之间设置有水冷盘(7)。
6.根据权利要求5所述的用于检测材料压痕的装置，其特征在于：所述水冷盘(7)与所述试样(8)之间的距离为10.5mm。
7.根据权利要求1所述的用于检测材料压痕的装置，其特征在于：所述激光加热管(31)的激光出口(32)与试样之间设置有光纤维。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112540016A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-23 | 厦门理工学院 | 一种激光原位辅助加热的纳米压痕仪器及其使用方法 |
| CN113607584A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-11-05 | 太原科技大学 | 纳米压痕仪测试试样高温加热装置 |
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2019
- 2019-12-25 CN CN201911361039.5A patent/CN111060413A/zh active Pending
Cited By (3)
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| CN113607584B (zh) * | 2021-10-08 | 2021-12-07 | 太原科技大学 | 纳米压痕仪测试试样高温加热装置 |
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