CN112945776A - 一种实时压痕分析仪枪式测头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时压痕分析仪枪式测头，包括机架座部及压杆部、压力传感器，凸轮型架腔部，上封盖部，凸轮轴部，光栅部，导轨支线架部，底座调节架部，光学识别组件，位移传感器，电机加载组件。本发明所述的实时压痕分析仪枪式测头，通过光源中心位置即对应钻石的中心位的环形光源设置，通过位于三角结构的中心位置红外传感器测量被测工件的温度，通过触针开关的设计便于底座调节架上相关配件损坏时、能给立即替换一个全新底座调节架实现测量机器复原，底座调节架两侧边上有紧定螺钉可提供受力支点、满足机器在不同角度下的平稳需求，且可根据需求更换紧定螺钉的长度，具有体积小、重量轻、结构紧凑，便于携带等特点。

Description

一种实时压痕分析仪枪式测头

技术领域

本发明涉及压痕分析技术领域，具体地，涉及一种实时压痕分析仪枪式测头。

背景技术

压痕技术的发展，从划痕测试，即通过视觉直接观测划痕的深度判定材料的硬度；到布氏、洛氏、维氏硬度计的诞生，即固定加载方式测量材料的硬度；发展到仪器化压入阶段，即通过记录压入过程的载荷-位移曲线再计算出材料的相关力学性能。20世纪90年代，美国纳米技术公司(先并入MTS公司，后并入Agilent公司)首先开发了材料显微力学性能探针的纳米压入仪，随后，国外多家仪器制造商均开发了成熟的纳米压入仪。如韩国Frontics开发的压痕仪器。国内也有开展力学性能纳米压入测试仪器研制，较早的是西安交通大学于1994年自主开发了亚微压入仪，此后国内在压痕技术及仪器方面也进入了更加深入成熟的研究阶段。

但是目前的相关压入仪器大多是采用连续球压痕测试技术，从压痕硬度的角度来研究金属材料本构关系，通过获取载荷-位移曲线或者结合使用球压痕的相关尺寸来定义压痕的表征应力及应变。由于计算过程要运用到压痕的面积，而在压头加载压完一个球形压痕时，材料会在压头卸载之后产生一定的形变，导致压痕的深度和直径和加载过程中不一致，且该形变会因材料的不同会有不一样的形变表现。由于要测量和计算该部分的形变并不容易，这会成为最终结果一个重大的影响因素。且大多数仪器使用的压头都是高硬度的合金材料，少部分的也会用到金刚石材料，都不具备直接成像的的条件，要想获取相关的压痕直径需要压头退开或者另外安置取像的相关装置才能实现对压痕直径的相关计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时压痕分析仪枪式测头，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实时压痕分析仪枪式测头，包括设有内部中空的机架座部及从上向下安装于其内的压杆部、用于感测载荷的压力传感器，从侧面伸入其内的包括凸轮型架腔的凸轮型架腔部，盖于其上端的上封盖部，与凸轮型架腔部连接的凸轮轴部，光栅部，导轨支线架部，底座调节架部，以及用于感测记录压头在压入材料过程中的变化情况的光学识别组件，用于感测位移的位移传感器，电机加载组件，机架座侧面分两个平面台阶，接近上部的平台端面开有横向圆槽通孔，放置凸轮轴部，凸轮轴末端接触位置有机架座内腔中的深沟球轴承一通过轴孔配合使得凸轮轴部能够在机架座内腔内做稳定的旋转动作；机架座上部有圆形凹槽供上封盖部置入其中，通过螺丝紧固将机架座和上封盖部连接在一起，使得压杆部在机架座内腔内做上下运动时不会发生旋转，限制其纵向沿轴心旋转的自由度，且上封盖的旋转销上的内置弹簧能够拉住盖板，从而抵消掉压杆部及连接件自重对测试过程中载荷的影响，使得枪式测头无论是在正放置和倒立放置测量都能够结果基本一致；机架座的下部有一平面有两凹槽都置有触针组合，该平面用于安配底座调节架部，通过螺丝紧定，从而使得相互的触针组合接触到达传输信号的效果；机架座上端面四周分别有螺纹孔位，用于安置四颗凸球螺丝，凸球螺丝能给和各种相应的测试工装组合成快拆结构，从而使得枪式测头在测试与工装搭配的拆装过程中变得简单便携；在测试的压入过程中，能够记录整个过程全部的载荷、位移以及压头在压入材料过程中压痕从小到大，且能够和每一个时刻的载荷、位移一一对应。

与在传统的压入仪器中只能够输出载荷和位移两个已知量不同，本发明的技术方案在连续球压痕技术的基础上，进一步加入压入全过程的实时压痕直径感测分析，把整个加卸载过程中的载荷、位移、压痕直径作为一个已知量输出出来供进行相关的表征应力应变的计算，从而更全面地感测实时压痕分析相关数据，确保测量分析结果更准确。这样，在球形压头的压入材料的每一个时刻的压痕都能够被记录下来，且在每一个加卸载过程中的最大时刻的压痕面积都能使用压痕的最大直径计算出来，排除了不同材料之间在压头移除后产生的不易测量和计算的形变量，这样能够满足在加卸载过程中任意时刻对压痕面积提取。

与现有的压入组件的压头的一般使用钨合金材料等合金钢球材料不同，优选的，所述压杆部包括上压杆、下压杆，所述上压杆下侧与下压杆上侧通过3颗定位圆柱销相互配合定位于安装位置、最后用螺钉紧固；所述下压杆中间设有中空腔，外侧设有一平面、其上贴有贴片钢带尺；下压杆底端设有放置锥形钻石的凹槽，锥形钻石通过胶水稳固于其上；所述光学识别组件包括从下至上依次设于下压杆的中空腔内的镜头及镜头座、CMOS传感器、CMOS盖板，所述CMOS盖板通过螺钉紧固于下压杆上、通过CMOS排线与相机控制板上的对应插座端连接。所述锥形钻石采用质地均匀的透光钻石，且加工成锥形、并最前端为球头的形状，其安装于所述下压杆的下端部设置的凹槽，所述凹槽呈圆形、四周有3个小孔以利于胶水粘固钻石，其大小尺寸与钻石尾端平面的大小相配合，锥形钻石平稳放置于下压杆的凹槽后通过透明胶水粘固于所述凹槽内。通过这样，从而钻石压头能牢牢地固定于压入组件下端，并使光学识别组件能够清晰成像，以利于压入试样表面后采集实时的压痕直径。这里，贴片钢带尺是位移传感器的一部分，读数头负责读取刻度，而贴片钢带尺上就有很多小的刻度。

优选的，所述贴片钢带尺的方向朝电机端，所述上压杆中间设有空腔、其内设有压力传感器安装凹槽及凸轮型架腔部安装位，所述压力传感器、凸轮型架腔由盖板通过上压杆四周的螺丝孔位与螺丝紧固锁紧于上压杆内腔中。

优选的，所述凸轮型架腔部包括凸轮型架腔及置于其中的滚针轴承、置于其上部的轴承对接座、置于其下部的承载板、定位珠；所述定位珠嵌在所述轴承对接座中部设置的凹槽通孔位；所述凸轮型架腔的上部、下部都设有对应的螺丝孔位，所述轴承对接座、承载板分别通过螺钉与其固定。优选的，所述凸轮型架腔的两侧分别设有凸台，所述凸台上设有横向通孔，横向通孔内置入钢球(3mm为佳)且涂抹一定的油脂，在凸轮型架腔部置入压杆部上端缺口凹槽时，能起润滑的作用。

优选的，所述凸轮轴部包括凸轮轴、及卡于其前端凹槽的轴用弹性挡圈15、套于其前端的深沟球轴承二、套在其最前端的锁位联轴器，所述锁位联轴器通过紧定螺丝固定于凸轮轴前端、其上设有通过轴孔过盈配合的柱形磁铁，所述柱形磁铁向霍尔传感器提供信号、从而达到控制效果。

优选的，所述光栅尺部包括光栅尺读数头、光栅尺支架、限位块、读数头支架、弹簧拉扣，所述光栅尺读数头侧面通过螺丝与读数头支架紧固连接，读数头支架上面与光栅尺支架底面通过螺丝紧固连接；

光栅尺支架呈十字架形状，其下端侧面通过螺丝紧固连接限位块，限制光栅尺部的最下限位置；左上侧端面有一凹槽口、设有弹簧拉扣的螺丝紧固位置；弹簧拉扣呈L型，L型侧端面上有一半圆形凹槽，可放置对应的弹簧；光栅尺支架十字的两侧的通孔与导轨滑块模组的固定孔相对应。这里，光栅尺读数头和光栅尺支架通过两颗螺丝侧面进行连接紧固，光栅尺支架上端面与读数头支架通过螺丝进行连接紧固，其中读数头支架呈十字架型，左侧面上还有弹簧拉扣，下端侧面有限位块都是通过螺丝连接紧固。在安装光栅尺读数头台面两侧上均有导轨安装孔通过螺丝紧固方式连接，将两跟导轨按一定的方式调相互平行且与整个压杆垂直的上下运动方向平行，然后将配套的滑块分别套入导轨中。滑块上有螺丝孔位，则读数头支架十字两侧有对应的通孔，可通过螺丝将其连接在一起，按一定的方式调整光栅尺读数头支架在导轨运动过程中的平行度，使得光栅尺读数头在运动中也能和压杆运动方向保持平行状态。

优选的，所述上封盖部包括上扣盖及置于上扣盖两侧的定点支架，二者通过螺丝固定；旋转销依次穿过上扣盖中部、活动螺纹架及定点支架的通孔位，末端凹槽位通过开口挡圈1.5扣紧，将三者连在一起，分部在上扣盖凸起面两侧；活动螺纹架通孔的右边有一圆形凹槽，放置内置弹簧；所述上扣盖凸起侧面的四周分别设有一通孔，其内放置钢球(以4mm为佳)，涂抹上油脂，起润滑减小磨损的作用。

优选的，所述底座调节架部包括呈三角形的底座调节架及在其三角形两底角位置的内六角圆柱端紧定螺丝M6x25和M6六角薄螺母，通过螺纹连接，内六角圆柱端紧定螺丝的作用是在测试的时候可以调节枪式测头与被测面的角度，而薄螺母可使得紧定螺钉在调整完角度之后保持稳固。优选的，所述底座调节架的中间和前端位置设有通孔，其中间位置的通孔放置有通过螺丝紧固的红外传感器模块，其前端位置的通孔中依次放置有灯架、环套，所述灯架上贴有贴片骨架，贴片骨架上对应的焊接有LED灯，所述环套四周使用密封硅脂涂抹压入通孔中、起防水作用。优选的，所述底座调节架上侧设有两个长方形凹槽，所述底座调节架的中间和前端位置的通孔旁边设有与所述长方形凹槽相通的电路线细槽位，所述长方形凹槽内分别安置有触针组合，所述触针组合通过螺丝紧固于底座调节架上。这里，触针组合的作用为接通线路开关，和机架座部底部凹槽的触针组合成在一起即可接通底座调节架上的相关电路，实现底座调节架易更换的便携功能。优选的，所述底座调节架通孔下端面位置套有加固盖，所述加固盖通过至上而下的螺丝锁紧于所述调节架上。

为便于枪式测头各信号线的穿引，优选的，所述支线架部包括带中间线槽的支线架及其上端面的相机散热板、下端面的相机控制板，相机散热板、相机控制板分别各自的安装定位孔与支线架螺丝紧固连接，枪式测头的信号线的穿过支线架中间位置。优选的，所述支线架的下端面有姿态传感器的安装孔位，姿态传感器通过螺丝紧固连接于其上。

优选的，所述导轨支线架部包括加长针杆，顶针杆，前端设有与加长针杆配合的圆柱孔、横向设有供顶针杆穿入的通孔的探针架；所述机架座部及下压杆下端的锥形钻石安装孔位旁边设有纵向探针孔，所述加长针杆装入所述纵向探针孔内，深入至贴片钢尺旁边的椭圆形凹槽位置；所述探针架前端通过圆柱孔与与加长针杆轴孔配合，所述顶针杆穿过探针架横向的通孔、夹紧固定住加长针杆，再由内六角圆柱端紧定螺钉M2.5x4通过螺纹加力使得顶针杆顶紧加长针杆。

所述机架座侧面的下端面平面台阶设有贯通至压杆部的用于放置光栅部的矩形槽，该平面台阶左右两侧通过螺丝紧固连接各安装平行竖行导轨滑块模组，呈十字架形状的光栅支架两侧的定位通孔通过螺丝紧固连接；光栅部的读数头支架背面有一凹槽，探针杆伸长部分置于凹槽中，通过读数头支架上的螺纹孔在紧定螺钉的作用下锁紧固定，从而使得探针的整体部分和光栅部结合成为一个整体，达到同上同下的效果。

优选的，所述压杆部的中部设有一螺纹孔，针杆二前端通过螺纹紧固固定在该处，且伸长部分末端有螺纹孔，针杆三端部通过轴孔配合和螺钉紧固使得针杆三和针杆二连接在一起，且针杆三穿过支线架部和光栅部上的弹簧拉扣通孔，最末端位置有螺纹，六角防松螺母M2锁在该处，调节螺母则能够调节探针伸出的长短。所述导轨支线架部通过螺丝与机架座侧面中部位置平面上的定位孔进行紧固连接，且与光栅部的弹簧拉扣对应的下端面位置有圆形凹槽，放置弹簧-0.6，使得光栅部在相对于支线架部有一个保持向下的力，排除掉光栅尺信号线对运动过程中产生微小力的影响。

优选的，所述外胶壳在支线架和机架座上分别有对应的定位螺纹孔位，通过螺纹紧固连接，外胶壳中空，支线架部从中穿过，尾端有集线支架收拉主线线缆；所述外胶盖末端设有尾盖，所述尾盖设有两个中通孔位、通过螺丝与支线架尾端面上的螺纹孔紧固连接。

优选的，所述电机加载组件包括步进电机总成、传动减速箱，步进电机总成与传动减速箱的转子伸长部分通过联轴器和螺丝紧固连接，外端部分通过分布在四周的螺纹孔以螺丝紧固方式连接；

在机架座靠近上部平台端面有电机固定支架的定位孔，置电机固定支架于端面上，在将传动减速箱轴端带键部分插入凸轮轴部端面对应的凹槽中，四周有四个定位通孔与机架座上的四个螺纹孔相对应，使用螺丝依次穿过传动减速箱通孔、电机固定支架通孔，与机架座上对应的螺纹孔紧固连接，从而将枪式测头的传动部分连接到机架座部上。

优选的，枪式测头配有相应的控制箱，通过主线线缆沟通或者传动相应的命令，控制箱内有配套的硬软件设施实现枪式测头的测试任务，且配置有多种搭配工装，通过凸球螺丝实现快速拆装的功能。测试过程中探针会优先接触到工件表面，稳定之后压杆部锥端的钻石才会接触工件，其过程光栅读数头和压杆部有相对位移，即从该位移中分离出与试样压入深度相关的值，同时压力传感器和CMOS传感器能实时接收到相应的载荷值和压痕直径图像，最后通过信号线传输到控制箱中由相应的硬件和软件进行处理计算得出材料相关的力学性能值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的实时压痕分析仪枪式测头，通过光源中心位置即对应钻石的中心位的环形光源设置，通过位于三角结构的中心位置红外传感器测量被测工件的温度，通过触针开关的设计便于底座调节架上相关配件损坏时、能给立即替换一个全新底座调节架实现测量机器复原，底座调节架两侧边上有紧定螺钉可提供受力支点、满足机器在不同角度下的平稳需求，且可根据需求更换紧定螺钉的长度，具有以下作用：

1.能够在相关的软件和电子硬件辅助下计算出材料相关的力学性能：抗拉强度、屈服强度、弹性模量、最大力总延伸率、布氏硬度、断裂韧度、冲击吸收功。

2.能够通过红外传感器测量工件的温度。

3.能够通过姿态传感器显示枪式测头的方向和姿态，可记录机器测试时的状态，通过一定的系数修正在不同姿态下机器的测试数据。

4.通过底座调节架的环形灯提供光照，使得钻石压头在压入材料的一整个过程在镜头放大一定倍数下能够让相机模块清晰的捕捉到压痕的直径。像素标定完成后能够通过压痕所占的像素值准确的计算出压痕的实际直径。从而在实验的整个过程的载荷、位移及实时对应的压痕直径都能够作为已知量输出用作相关的力学性能研究。

本发明的枪式测头具有体积小、重量轻、结构紧凑，便于携带等特点。

附图说明

图1为本发明实施例的整体外部正视结构图；

图2为本发明实施例的整体外部左视结构图；

图3为本发明实施例的整体外部俯视结构图；

图4为图3结构的A-A剖面结构图；

图5为图3结构的L-L剖面结构图；

图6为本发明实施例压杆部的爆炸结构图；

图7为本发明实施例导轨支线架部的爆炸结构图；

图8为本发明实施例底座调节架部的爆炸结构图；

图9为本发明实施例凸轮轴部的爆炸结构图；

图10为本发明实施例凸轮型架腔部的爆炸结构图；

图11为本发明实施例主体各部安装配合的结构图；

图12为本发明实施例光栅尺部的爆炸结构图；

图13为本发明实施例上封盖部的爆炸结构图；

图14为本发明实施例支线架部的爆炸结构图；

图15为本发明实施例与控制箱的组合结构正视图；

图16为本发明实施例与控制箱的组合结构俯视图；

其中：1.电机固定支架，2.锥形钻石，3.霍尔传感器，4.姿态传感器，5.传动减速箱，6.凸球螺丝，7.镜头座，8.镜头，9.CMOS盖板，10.CMOS传感器，11.CMOS排线，12.底座调节架部，13.外胶壳，14.集线支架，15.尾盖，16.步进电机总成，17.机架座，18.信号线(主线线缆)，19.上压杆，20.圆柱销3X8，21.下压杆，22.贴片钢带尺，23.凸轮轴部，24.机架座部，25.上封盖部，26.盖板，27.压杆部，28.压力传感器，29.凸轮型架腔部，30.深沟球轴承一，31.定位珠，32.滚针轴承，33.凸轮型架腔，34.3mm钢球，35.承载板，36.轴承对接座，37.凸轮轴，38.轴用弹性挡圈15，39.深沟球轴承二，40.柱形磁铁，41.锁位联轴器，42.光栅尺读数头，43.光栅尺支架，44.限位块，45.读数头支架，46.弹簧拉扣，47.支线架，48.相机散热架，49.相机控制板，50.光栅部，51.支线架部，52.弹簧，53.导轨滑块模组，54.针杆二，55.针杆三，56.六角防松螺母M2，57.加长针杆，58.探针架，59.顶针杆，60.内六角圆柱端紧定螺钉，61.环套，62.底座调节架，63.灯架，64.贴片骨架，65.加固盖，66.红外传感器模块，67.内六角圆柱端紧定螺钉，68.六角薄螺母，69.触针组合，70.开口挡圈1.5，71.定点支架，72.活动螺纹架，73.钢球，74.内置弹簧，75.上扣盖，76.旋转销，77.枪式测头，78.控制箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图16所示，一种实时压痕分析仪枪式测头，包括设有内部中空的机架座17部及从上向下安装于其内的压杆部27、用于感测载荷的压力传感器28，从侧面伸入其内的包括凸轮型架腔33的凸轮型架腔部29，盖于其上端的上封盖部25，与凸轮型架腔部29连接的凸轮轴部23，光栅部50，导轨支线架部51，底座调节架部12，以及用于感测记录压头在压入材料过程中的变化情况的光学识别组件，用于感测位移的位移传感器，电机加载组件，机架座17侧面分两个平面台阶，接近上部的平台端面开有横向圆槽通孔，放置凸轮轴部23，凸轮轴37末端接触位置有机架座17内腔中的深沟球轴承一30通过轴孔配合使得凸轮轴部23能够在机架座17内腔内做稳定的旋转动作；机架座17上部有圆形凹槽供上封盖部25置入其中，通过螺丝紧固将机架座17和上封盖部25连接在一起，使得压杆部27在机架座17内腔内做上下运动时不会发生旋转，限制其纵向沿轴心旋转的自由度，且上封盖的旋转销76上的内置弹簧74能够拉住盖板26，从而抵消掉压杆部27及连接件自重对测试过程中载荷的影响，使得枪式测头77无论是在正放置和倒立放置测量都能够结果基本一致；机架座17的下部有一平面有两凹槽都置有触针组合69，该平面用于安配底座调节架部12，通过螺丝紧定，从而使得相互的触针组合69接触到达传输信号的效果；机架座17上端面四周分别有螺纹孔位，用于安置四颗凸球螺丝6，凸球螺丝6能给和各种相应的测试工装组合成快拆结构，从而使得枪式测头77在测试与工装搭配的拆装过程中变得简单便携；在测试的压入过程中，能够记录整个过程全部的载荷、位移以及压头在压入材料过程中压痕从小到大，且能够和每一个时刻的载荷、位移一一对应。

与在传统的压入仪器中只能够输出载荷和位移两个已知量不同，本发明的技术方案在连续球压痕技术的基础上，进一步加入压入全过程的实时压痕直径感测分析，把整个加卸载过程中的载荷、位移、压痕直径作为一个已知量输出出来供进行相关的表征应力应变的计算，从而更全面地感测实时压痕分析相关数据，确保测量分析结果更准确。这样，在球形压头的压入材料的每一个时刻的压痕都能够被记录下来，且在每一个加卸载过程中的最大时刻的压痕面积都能使用压痕的最大直径计算出来，排除了不同材料之间在压头移除后产生的不易测量和计算的形变量，这样能够满足在加卸载过程中任意时刻对压痕面积提取。

与现有的压入组件的压头的一般使用钨合金材料等合金钢球73材料不同，所述压杆部27包括上压杆19、下压杆21，所述上压杆19下侧与下压杆21上侧通过3颗定位圆柱销相互配合定位于安装位置、最后用螺钉紧固；所述下压杆21中间设有中空腔，外侧设有一平面、其上贴有贴片钢带尺22；下压杆21底端设有放置锥形钻石2的凹槽，锥形钻石2通过胶水稳固于其上；所述光学识别组件包括从下至上依次设于下压杆21的中空腔内的镜头8及镜头座7、CMOS传感器10、CMOS盖板9，所述CMOS盖板9通过螺钉紧固于下压杆21上、通过CMOS排线11与相机控制板49上的对应插座端连接。所述锥形钻石2采用质地均匀的透光钻石，且加工成锥形、并最前端为球头的形状，其安装于所述下压杆21的下端部设置的凹槽，所述凹槽呈圆形、四周有3个小孔以利于胶水粘固钻石，其大小尺寸与钻石2尾端平面的大小相配合，锥形钻石2平稳放置于下压杆21的凹槽后通过透明胶水粘固于所述凹槽内。通过这样，从而钻石压头能牢牢地固定于压入组件下端，并使光学识别组件能够清晰成像，以利于压入试样表面后采集实时的压痕直径。这里，贴片钢带尺22是位移传感器的一部分，读数头负责读取刻度，而贴片钢带尺22上就有很多小的刻度。

所述贴片钢带尺22的方向朝电机端，所述上压杆19中间设有空腔、其内设有压力传感器28安装凹槽及凸轮型架腔部29安装位，所述压力传感器28、凸轮型架腔33由盖板26通过上压杆19四周的螺丝孔位与螺丝紧固锁紧于上压杆19内腔中。

所述凸轮型架腔部29包括凸轮型架腔33及置于其中的滚针轴承32、置于其上部的轴承对接座36、置于其下部的承载板35、定位珠31；所述定位珠31嵌在所述轴承对接座36中部设置的凹槽通孔位；所述凸轮型架腔33的上部、下部都设有对应的螺丝孔位，所述轴承对接座36、承载板35分别通过螺钉与其固定。所述凸轮型架腔33的两侧分别设有凸台，所述凸台上设有横向通孔，横向通孔内置入钢球73(3mm为佳)且涂抹一定的油脂，在凸轮型架腔部29置入压杆部27上端缺口凹槽时，能起润滑的作用。

所述凸轮轴部23包括凸轮轴37、及卡于其前端凹槽的轴用弹性挡圈1538、套于其前端的深沟球轴承二39、套在其最前端的锁位联轴器41，所述锁位联轴器41通过紧定螺丝固定于凸轮轴37前端、其上设有通过轴孔过盈配合的柱形磁铁40，所述柱形磁铁40向霍尔传感器3提供信号、从而达到控制效果。

所述光栅尺部包括光栅尺读数头42、光栅尺支架43、限位块44、读数头支架45、弹簧拉扣46，所述光栅尺读数头42侧面通过螺丝与读数头支架45紧固连接，读数头支架45上面与光栅尺支架43底面通过螺丝紧固连接；

光栅尺支架43呈十字架形状，其下端侧面通过螺丝紧固连接限位块44，限制光栅尺部的最下限位置；左上侧端面有一凹槽口、设有弹簧拉扣46的螺丝紧固位置；弹簧拉扣46呈L型，L型侧端面上有一半圆形凹槽，可放置对应的弹簧；光栅尺支架43十字的两侧的通孔与导轨滑块模组53的固定孔相对应。这里，光栅尺读数头42和光栅尺支架43通过两颗螺丝侧面进行连接紧固，光栅尺支架43上端面与读数头支架45通过螺丝进行连接紧固，其中读数头支架45呈十字架型，左侧面上还有弹簧拉扣46，下端侧面有限位块44都是通过螺丝连接紧固。在安装光栅尺读数头42台面两侧上均有导轨安装孔通过螺丝紧固方式连接，将两跟导轨按一定的方式调相互平行且与整个压杆垂直的上下运动方向平行，然后将配套的滑块分别套入导轨中。滑块上有螺丝孔位，则读数头支架45十字两侧有对应的通孔，可通过螺丝将其连接在一起，按一定的方式调整光栅尺读数头42支架在导轨运动过程中的平行度，使得光栅尺读数头42在运动中也能和压杆运动方向保持平行状态。

所述上封盖部25包括上扣盖75及置于上扣盖75两侧的定点支架71，二者通过螺丝固定；旋转销76依次穿过上扣盖75中部、活动螺纹架72及定点支架71的通孔位，末端凹槽位通过开口挡圈1.5,70扣紧，将三者连在一起，分部在上扣盖75凸起面两侧；活动螺纹架72通孔的右边有一圆形凹槽，放置内置弹簧74；所述上扣盖75凸起侧面的四周分别设有一通孔，其内放置钢球73(以4mm为佳)，涂抹上油脂，起润滑减小磨损的作用。

所述底座调节架部12包括呈三角形的底座调节架62及在其三角形两底角位置的内六角圆柱端紧定螺丝67和六角薄螺母68，通过螺纹连接，内六角圆柱端紧定螺丝67的作用是在测试的时候可以调节枪式测头77与被测面的角度，而六角薄螺母68可使得紧定螺钉在调整完角度之后保持稳固。所述底座调节架62的中间和前端位置设有通孔，其中间位置的通孔放置有通过螺丝紧固的红外传感器模块66，其前端位置的通孔中依次放置有灯架63、环套61，所述灯架63上贴有贴片骨架64，贴片骨架64上对应的焊接有LED灯，所述环套61四周使用密封硅脂涂抹压入通孔中、起防水作用。所述底座调节架62上侧设有两个长方形凹槽，所述底座调节架62的中间和前端位置的通孔旁边设有与所述长方形凹槽相通的电路线细槽位，所述长方形凹槽内分别安置有触针组合69，所述触针组合69通过螺丝紧固于底座调节架62上。这里，触针组合69的作用为接通线路开关，和机架座17部底部凹槽的触针组合69成在一起即可接通底座调节架62上的相关电路，实现底座调节架62易更换的便携功能。所述底座调节架62通孔下端面位置套有加固盖65，所述加固盖65通过至上而下的螺丝锁紧于所述调节架上。

为便于枪式测头77各信号线的穿引，所述支线架部51包括带中间线槽的支线架47及其上端面的相机散热板、下端面的相机控制板49，相机散热板、相机控制板49分别各自的安装定位孔与支线架47螺丝紧固连接，枪式测头77的信号线的穿过支线架47中间位置。所述支线架47的下端面有姿态传感器4的安装孔位，姿态传感器4通过螺丝紧固连接于其上。

所述导轨支线架部51包括加长针杆57，顶针杆59，前端设有与加长针杆57配合的圆柱孔、横向设有供顶针杆59穿入的通孔的探针架58；所述机架座17部及下压杆21下端的锥形钻石2安装孔位旁边设有纵向探针孔，所述加长针杆57装入所述纵向探针孔内，深入至贴片钢尺旁边的椭圆形凹槽位置；所述探针架58前端通过圆柱孔与与加长针杆57轴孔配合，所述顶针杆59穿过探针架58横向的通孔、夹紧固定住加长针杆57，再由内六角圆柱端紧定螺钉60通过螺纹加力使得顶针杆59顶紧加长针杆57。

所述机架座17侧面的下端面平面台阶设有贯通至压杆部27的用于放置光栅部50的矩形槽，该平面台阶左右两侧通过螺丝紧固连接各安装平行竖行导轨滑块模组53，呈十字架形状的光栅支架两侧的定位通孔通过螺丝紧固连接；光栅部50的读数头支架45背面有一凹槽，探针杆伸长部分置于凹槽中，通过读数头支架45上的螺纹孔在紧定螺钉的作用下锁紧固定，从而使得探针的整体部分和光栅部50结合成为一个整体，达到同上同下的效果。

所述压杆部27的中部设有一螺纹孔，针杆二54前端通过螺纹紧固固定在该处，且伸长部分末端有螺纹孔，针杆三55端部通过轴孔配合和螺钉紧固使得针杆三55和针杆二54连接在一起，且针杆三55穿过支线架部51和光栅部50上的弹簧拉扣46通孔，最末端位置有螺纹，六角防松螺母56锁在该处，调节螺母则能够调节探针伸出的长短。所述导轨支线架部51通过螺丝与机架座17侧面中部位置平面上的定位孔进行紧固连接，且与光栅部50的弹簧拉扣46对应的下端面位置有圆形凹槽，放置弹簧52，使得光栅部50在相对于支线架部51有一个保持向下的力，排除掉光栅尺信号线对运动过程中产生微小力的影响。

所述外胶壳13在支线架47和机架座17上分别有对应的定位螺纹孔位，通过螺纹紧固连接，外胶壳13中空，支线架部51从中穿过，尾端有集线支架14收拉主线线缆；所述外胶盖末端设有尾盖15，所述尾盖15设有两个中通孔位、通过螺丝与支线架47尾端面上的螺纹孔紧固连接。

所述电机加载组件包括步进电机总成16、传动减速箱5，步进电机总成16与传动减速箱5的转子伸长部分通过联轴器和螺丝紧固连接，外端部分通过分布在四周的螺纹孔以螺丝紧固方式连接；在机架座17靠近上部平台端面有电机固定支架1的定位孔，置电机固定支架1于端面上，在将传动减速箱5轴端带键部分插入凸轮轴部23端面对应的凹槽中，四周有四个定位通孔与机架座17上的四个螺纹孔相对应，使用螺丝依次穿过传动减速箱5通孔、电机固定支架1通孔，与机架座17上对应的螺纹孔紧固连接，从而将枪式测头77的传动部分连接到机架座17部上。

枪式测头77配有相应的控制箱78，通过主线线缆沟通或者传动相应的命令，控制箱78内有配套的硬软件设施实现枪式测头77的测试任务，且配置有多种搭配工装，通过凸球螺丝6实现快速拆装的功能。测试过程中探针会优先接触到工件表面，稳定之后压杆部27锥端的钻石2才会接触工件，其过程光栅读数头和压杆部27有相对位移，即从该位移中分离出与试样压入深度相关的值，同时压力传感器28和CMOS传感器10能实时接收到相应的载荷值和压痕直径图像，最后通过信号线传输到控制箱78中由相应的硬件和软件进行处理计算得出材料相关的力学性能值。

这里，本实施例的枪式测头可单手抓握，仅约3.2千克，从而便于安装携带。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，包括设有内部中空的机架座部及从上向下安装于其内的压杆部、用于感测载荷的压力传感器，从侧面伸入其内的包括凸轮型架腔的凸轮型架腔部，盖于其上端的上封盖部，与凸轮型架腔部连接的凸轮轴部，光栅部，导轨支线架部，底座调节架部，以及用于感测记录压头在压入材料过程中的变化情况的光学识别组件，用于感测位移的位移传感器，电机加载组件，机架座侧面分两个平面台阶，接近上部的平台端面开有横向圆槽通孔，放置凸轮轴部，凸轮轴末端接触位置有机架座内腔中的深沟球轴承一通过轴孔配合使得凸轮轴部能够在机架座内腔内做稳定的旋转动作；机架座上部有圆形凹槽供上封盖部置入其中，通过螺丝紧固将机架座和上封盖部连接在一起，使得压杆部在机架座内腔内做上下运动时不会发生旋转，限制其纵向沿轴心旋转的自由度，且上封盖的旋转销上的内置弹簧能够拉住盖板；机架座的下部有一平面有两凹槽都置有触针组合，该平面用于安配底座调节架部，通过螺丝紧定，从而使得相互的触针组合接触到达传输信号的效果；机架座上端面四周分别有螺纹孔位，用于安置四颗凸球螺丝，凸球螺丝能给和各种相应的测试工装组合成快拆结构。

2.根据权利要求1所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述压杆部包括上压杆、下压杆，所述上压杆下侧与下压杆上侧通过3颗定位圆柱销相互配合定位于安装位置、最后用螺钉紧固；所述下压杆中间设有中空腔，外侧设有一平面、其上贴有贴片钢带尺；下压杆底端设有放置锥形钻石的凹槽，锥形钻石通过胶水稳固于其上；所述光学识别组件包括从下至上依次设于下压杆的中空腔内的镜头及镜头座、CMOS传感器、CMOS盖板，所述CMOS盖板通过螺钉紧固于下压杆上、通过CMOS排线与相机控制板上的对应插座端连接；所述锥形钻石采用质地均匀的透光钻石，且加工成锥形、并最前端为球头的形状，其安装于所述下压杆的下端部设置的凹槽，所述凹槽呈圆形、四周有3个小孔以利于胶水粘固钻石，其大小尺寸与钻石尾端平面的大小相配合，锥形钻石平稳放置于下压杆的凹槽后通过透明胶水粘固于所述凹槽内。

3.根据权利要求2所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述贴片钢带尺的方向朝电机端，所述上压杆中间设有空腔、其内设有压力传感器安装凹槽及凸轮型架腔部安装位，所述压力传感器、凸轮型架腔由盖板通过上压杆四周的螺丝孔位与螺丝紧固锁紧于上压杆内腔中。

4.根据权利要求2所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述凸轮型架腔部包括凸轮型架腔及置于其中的滚针轴承、置于其上部的轴承对接座、置于其下部的承载板、定位珠；所述定位珠嵌在所述轴承对接座中部设置的凹槽通孔位；所述凸轮型架腔的上部、下部都设有对应的螺丝孔位，所述轴承对接座、承载板分别通过螺钉与其固定；所述凸轮型架腔的两侧分别设有凸台，所述凸台上设有横向通孔，横向通孔内置入钢球且涂抹一定的油脂。

5.根据权利要求4所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述凸轮轴部包括凸轮轴、及卡于其前端凹槽的轴用弹性挡圈、套于其前端的深沟球轴承二、套在其最前端的锁位联轴器，所述锁位联轴器通过紧定螺丝固定于凸轮轴前端、其上设有通过轴孔过盈配合的柱形磁铁，所述柱形磁铁向霍尔传感器提供信号、从而达到控制效果。

6.根据权利要求5所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述光栅尺部包括光栅尺读数头、光栅尺支架、限位块、读数头支架、弹簧拉扣，所述光栅尺读数头侧面通过螺丝与读数头支架紧固连接，读数头支架上面与光栅尺支架底面通过螺丝紧固连接；光栅尺支架呈十字架形状，其下端侧面通过螺丝紧固连接限位块，限制光栅尺部的最下限位置；左上侧端面有一凹槽口、设有弹簧拉扣的螺丝紧固位置；弹簧拉扣呈L型，L型侧端面上有一半圆形凹槽，可放置对应的弹簧；光栅尺支架十字的两侧的通孔与导轨滑块模组的固定孔相对应；这里，光栅尺读数头和光栅尺支架通过两颗螺丝侧面进行连接紧固，光栅尺支架上端面与读数头支架通过螺丝进行连接紧固，其中读数头支架呈十字架型，左侧面上还有弹簧拉扣，下端侧面有限位块都是通过螺丝连接紧固；在安装光栅尺读数头台面两侧上，均有导轨安装孔通过螺丝紧固方式连接，将两跟导轨按一定的方式调相互平行且与整个压杆垂直的上下运动方向平行，然后将配套的滑块分别套入导轨中。

7.根据权利要求6所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述上封盖部包括上扣盖及置于上扣盖两侧的定点支架，二者通过螺丝固定；旋转销依次穿过上扣盖中部、活动螺纹架及定点支架的通孔位，末端凹槽位通过开口挡圈扣紧，将三者连在一起，分部在上扣盖凸起面两侧；活动螺纹架通孔的右边有一圆形凹槽，放置内置弹簧；所述上扣盖凸起侧面的四周分别设有一通孔，其内放置钢球，涂抹上油脂，起润滑减小磨损的作用。

8.根据权利要求7所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述底座调节架部包括呈三角形的底座调节架及在其三角形两底角位置的内六角圆柱端紧定螺丝和六角薄螺母，通过螺纹连接；所述底座调节架的中间和前端位置设有通孔，其中间位置的通孔放置有通过螺丝紧固的红外传感器模块，其前端位置的通孔中依次放置有灯架、环套，所述灯架上贴有贴片骨架，贴片骨架上对应的焊接有LED灯，所述环套四周使用密封硅脂涂抹压入通孔中；所述底座调节架上侧设有两个长方形凹槽，所述底座调节架的中间和前端位置的通孔旁边设有与所述长方形凹槽相通的电路线细槽位，所述长方形凹槽内分别安置有触针组合，所述触针组合通过螺丝紧固于底座调节架上；所述底座调节架通孔下端面位置套有加固盖，所述加固盖通过至上而下的螺丝锁紧于所述调节架上。

9.根据权利要求8所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述支线架部包括带中间线槽的支线架及其上端面的相机散热板、下端面的相机控制板，相机散热板、相机控制板分别各自的安装定位孔与支线架螺丝紧固连接，枪式测头的信号线的穿过支线架中间位置；所述支线架的下端面有姿态传感器的安装孔位，姿态传感器通过螺丝紧固连接于其上；所述导轨支线架部包括加长针杆，顶针杆，前端设有与加长针杆配合的圆柱孔、横向设有供顶针杆穿入的通孔的探针架；所述机架座部及下压杆下端的锥形钻石安装孔位旁边设有纵向探针孔，所述加长针杆装入所述纵向探针孔内，深入至贴片钢尺旁边的椭圆形凹槽位置；所述探针架前端通过圆柱孔与与加长针杆轴孔配合，所述顶针杆穿过探针架横向的通孔、夹紧固定住加长针杆，再由内六角圆柱端紧定螺钉通过螺纹加力使得顶针杆顶紧加长针杆；所述机架座侧面的下端面平面台阶设有贯通至压杆部的用于放置光栅部的矩形槽，该平面台阶左右两侧通过螺丝紧固连接各安装平行竖行导轨滑块模组，呈十字架形状的光栅支架两侧的定位通孔通过螺丝紧固连接；光栅部的读数头支架背面有一凹槽，探针杆伸长部分置于凹槽中，通过读数头支架上的螺纹孔在紧定螺钉的作用下锁紧固定，从而使得探针的整体部分和光栅部结合成为一个整体，达到同上同下的效果。

10.根据权利要求9所述的实时压痕分析仪枪式测头，其特征在于，所述压杆部的中部设有一螺纹孔，针杆二前端通过螺纹紧固固定在该处，且伸长部分末端有螺纹孔，针杆三端部通过轴孔配合和螺钉紧固使得针杆三和针杆二连接在一起，且针杆三穿过支线架部和光栅部上的弹簧拉扣通孔，最末端位置有螺纹，六角防松螺母锁在该处，调节螺母则能够调节探针伸出的长短；所述导轨支线架部通过螺丝紧固方式与机架座安装导轨滑块模组平面台阶的定位螺纹孔紧固连接，且与光栅部的弹簧拉扣对应的下端面位置有圆形凹槽，放置弹簧，使得光栅部在相对于支线架部有一个保持向下的力，排除掉光栅尺信号线对运动过程中产生微小力的影响；所述外胶壳在支线架和机架座上分别有对应的定位螺纹孔位，通过螺纹紧固连接，外胶壳中空，支线架部从中穿过，尾端有集线支架收拉主线线缆；所述外胶盖末端设有尾盖，所述尾盖设有两个中通孔位、通过螺丝与支线架尾端面上的螺纹孔紧固连接；所述电机加载组件包括步进电机总成、传动减速箱，步进电机总成与传动减速箱的转子伸长部分通过联轴器和螺丝紧固连接，外端部分通过分布在四周的螺纹孔以螺丝紧固方式连接；在机架座靠近上部平台端面有电机固定支架的定位孔，置电机固定支架于端面上，在将传动减速箱轴端带键部分插入凸轮轴部端面对应的凹槽中，四周有四个定位通孔与机架座上的四个螺纹孔相对应，使用螺丝依次穿过传动减速箱通孔、电机固定支架通孔，与机架座上对应的螺纹孔紧固连接，从而将枪式测头的传动部分连接到机架座部上。

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