CN114354417B - 一种模块化洛氏硬度测量头 - Google Patents
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Abstract
一种模块化洛氏硬度测量头，属于硬度检测技术领域，克服了现有技术中洛氏硬度测量设备结构复杂、体积大，成本高以及只能安装在固定位置，将被测工件放置到测量台上进行检测的问题，特征是包括模块化洛氏测量头的总体外罩、升降加荷机构、中心导向机构、压头压罩一体式机构和电控系统,在测量头内部安装有激光测距传感器，并设有多样化的与外部设备连接的接口，有益效果是可以作为一个模块化的功能部件安装在非标设备上对工件硬度进行在线自动检测，既可以独立安装在不带外部升降机构的设备上进行一系列厚度差别不大的工件检测，也可以安装在带外部升降机构的设备上进行工件厚度范围变化较大的一系列工件检测，结构简单紧凑，使用范围广。
Description
技术领域
本发明属于硬度检测技术领域，特别涉及一种模块化洛氏硬度测量头。
背景技术
随着智能控制技术、自动检测技术和多传感器系统信息融合技术的发展，自动化在线硬度检测已成为时代主流。现有技术中洛氏测量设备大多为洛氏测量台式机，测量时需要人工参与，劳动强度大，无法实现自动化在线检测，且台式机对测量工件尺寸有局限性，无法测量尺寸大的工件，对大型检测工件上下料也不方便。
申请号为CN201120303713.7的实用新型公开了一种“全自动洛氏硬度计”。该实用新型包括机架、动力传递系统、压痕测量结构以及控制系统，所述动力传递系统包括伺服电机、减速器、带轮以及与带轮相固定的滚珠丝杠，减速器与带轮通过同步带相连接，所述滚珠丝杠的丝母上固定有筒状主轴，该筒状主轴的端部固定有用于固定压头的压头座，所述压头座通过压力传感器与筒状主轴相连接。该实用新型实现了压头随滚珠丝杠的转动进行直线运动，并在待测试工件上产生压痕，实现了对压头座移动位移的精准测量。该实用新型为一种台式硬度计设备，存在如前所述台式硬度计设备存在的问题。该实用新型还由于主轴与丝母固定连接，滚珠丝杠通过带轮传动，主轴通过丝母在丝杠上移动，减速器与带轮通过同步带相连接，所以，整体尺寸偏大，无法实现结构紧凑设计和在线检测功能。
此外，现有技术中台式洛氏硬度计只能安装在固定位置，将被测工件放置到测量台上进行检测，受使用范围的限制，不能作为一个模块化的功能部件安装在非标设备上在上位机的控制下对工件硬度进行在线自动检测。
申请号为CN200610070582.6的发明公开了一种硬度计自动加卸荷及测量单元。该发明包括支承构架、步进驱动机构、主轴加卸荷机构、主轴机构、夹紧机构、压痕深度测量机构及电控系统。该发明使用的位移传感器为接触式位移传感器，使用寿命短，且位移传感器安装方式为铰接杠杆式，为保证测量精度，对相关件加工精度要求较高，而且位移传感器安装位置与主轴不同心，对安装精度要求较高。此外，该发明使用的夹紧机构包括夹紧弹簧、夹紧导向筒、夹紧吊筒和保护套，夹紧吊筒悬挂在主轴加卸荷机构中的传动端盖的上端面上。夹紧吊筒与夹紧导向筒及主轴下导向座固装在一起，而保护套则通过顶丝固装在夹紧导向筒的下端，由夹紧吊筒与夹紧导向筒构成的环形内腔中设有被压缩的夹紧弹簧，该夹紧弹簧的上端与轴承挡圈相接触，其下端与夹紧导向筒的上端台阶面相接触，也就是说，该发明所述夹紧机构原理是夹紧吊筒悬挂在主轴加荷机构上，夹紧吊筒通过压缩弹簧与测量头本体连接，压缩弹簧的作用是当主轴压头向下运动，未接触测量工件表面时，压缩弹簧给夹紧吊筒压力使夹紧吊筒与主轴压头同步运动；当夹紧吊筒与测量工件表面接触时，夹紧吊筒不动实现工件夹紧，此时可单独运动主轴压头进行测量。该发明所述结构在夹紧过程中，夹紧力随总体行程是动态变化的，向下行程越大，夹紧力越小，为实现对测量工件的加紧，压缩弹簧的刚度需要提高，而且主轴压头向上运动时，压缩弹簧持续被压缩，压缩弹簧压力持续增加，这就需要选择大扭矩电机驱动，而使用大扭矩电机又会使电机尺寸增加，主轴加荷驱动电机需要通过一级平行齿轮传动机构过渡。综上所述，该发明总体结构复杂、体积大，成本高。
本申请人在申请号为CN202011206368.5的发明中公开了一种可在线自动检测的砂型硬度计，该发明是在下壳体中安装有位移传感器，压足为可伸缩压足，在可伸缩的压足中安装有压头，压头的左端与位移传感器的移动铁芯固定连接，在可伸缩的压足的左端安装有压足回程弹簧，在下壳体的上面分别安装有第一光电开关和第二光电开关，该发明解决了压痕深度的精确测量以及压足可以伸缩的技术问题，使用时与机器人机械臂连接，在机器人机械臂的带动下实现自动化检测，适应了金属铸造产品自动化生产需要。 但是，该发明本身不具有自动加荷装置，需要通过机械手的微量位移压缩弹簧实现试验力加载，而且，该发明本身不具有对工件表面位置检测功能，只能在指定位置对尺寸固定的工件进行检测。
发明内容
本发明所要解决的问题克服现有技术存在的不足之处，提供可以作为一个模块化的功能部件安装在非标设备上，在上位机的控制下对工件硬度进行在线自动检测，且加力精度高、测量速度快、结构简单紧凑的一种模块化洛氏硬度测量头。
本发明采用的技术方案包括模块化洛氏测量头总体外罩、升降加荷机构、中心导向机构、压头压罩一体式机构和电控系统,所述升降加荷机构包括在所述模块化洛氏测量头的总体外罩内安装有安装架，在安装架的上表面安装有几字形支架， 在几字形支架的上表面安装有减速电机，在所述安装架中安装有角接触球轴承，在角接触球轴承的内圈中安装有过渡套，并安装有对过渡套和角接触球轴承起固定作用的轴承卡板，在过渡套中安装有丝母，所述丝母和过渡套与联轴器一起固定连接；在丝母中安装有与丝母配合的滚珠丝杆，所述中心导向机构包括在滚珠丝杆的下端固定安装有中心主轴，在中心主轴的上端套装有导向轴套，所述导向轴套下端设有外沿，导向轴套通过该外沿与安装架固定连接，在导向轴套和中心主轴上配合加工有键槽，并在该配合加工的键槽中安装有对中心主轴起导向作用的滑动导向键，中心主轴通过滑动导向键在导向轴套中的滑动使滚珠丝杠的回转运动转化成直线运动；所述压头压罩一体式机构包括在中心主轴的法兰盘的下端设有与中心主轴为一体的法兰盘，中心主轴的法兰盘的下端面固定连接有传感器连接法兰，在中心主轴的法兰盘上对称安装有导向轴，在传感器连接法兰下面安装有力传感器，在力传感器的下端安装有小主轴，在小主轴上固定连接有压头，在对称安装的导向轴上套装有压缩弹簧，在所述传感器连接法兰下端左右两侧相通的矩形开口中插入线圈固定体，同时将线圈固定体套装在导向轴上压缩弹簧的下端，在线圈固定体中对称安装有导向轴套，在线圈固定体下面安装有压罩连接体，在压罩连接体中安装有压罩，在所述滚珠丝杆的下端安装有位移传感器铁芯，在所述线圈固定体中心孔中安装有线圈铜套，在线圈铜套中安装有位移传感器线圈。
所述模块化洛氏测量头总体外罩包括前弧形罩和后U型罩，所述前弧形罩与后U型罩通过止口定位并用螺钉固定连接，前弧形罩和后U型罩的顶部设有向外突出的外沿，前弧形罩和后U型罩通过顶部外沿与上安装法兰固定连接，在所述前弧形罩的底部开有第一半圆形通孔，在所述后U型罩的底部开有第二半圆形通孔，前弧形罩的第一半圆形通孔与后U型罩的第二半圆形通孔形成可以使压罩通过的圆形通孔，在后U型罩的后面设有第一矩形开口，在后U型罩的右侧上部设有第二矩形开口，在第二矩形开口中嵌入式安装有接口安装板，在接口安装板上安装有电源接口和通讯接口，在后U型罩的底部设有能使激光测距传感器光路通过的第三矩形开口，在前弧形罩的前面安装有一组状态指示灯，所述上安装法兰由上法兰盘、中间套筒和下法兰盘焊接构成，前弧形罩和后U型罩通过顶部向外突出的外沿与上安装上法兰盘固定连接。
所述安装架的前端为阶梯形圆柱体，内腔相应为阶梯形内腔，由上至下依次设有第一内腔、第二内腔、第三内腔和第四内腔，第一内腔、第二内腔和第三内腔的直径递减，第四内腔的直径大于第三内腔，在安装架的前端中部设有用于指示灯板安装预留空间的指示灯板安装工艺槽，所述安装架的后端为长方体，在该长方体的后面设有矩形的侧安装法兰接口，在该长方体的上下表面设有2个贯通的矩形走线孔。
所述传感器连接法兰顶面为矩形法兰面，在矩形法兰面的下面设有与其为一体的圆形筒体，在圆形筒体的前面设有用于调节位移传感器初始位置的前矩形开口，在圆形筒体的左右两侧对称设有相通的侧矩形开口，在圆形筒体的后面设有圆形走线孔。
在所述安装架的底部左右两侧对称安装有第一限位支架和第二限位支架，在安装架的底部后侧安装有第一光电开关支架和第二光电开关支架，在第一光电开关支架上安装有对升降加荷机构起上限位作用的第一光电开关，在第二光电开关支架上安装有对升降加荷机构起下限位作用的第二光电开关，在所述传感器连接法兰的后面分别用螺钉连接有第一开关感应片和第二开关感应片，在所述压罩连接体上安装有定位块，在定位块上安装有传感器安装支架，在传感器安装支架上通过传感器安装背板连接有激光测距传感器，在所述上安装法兰的下法兰盘上安装有电路板安装架，在电路板安装架上安装有电路板 。
所述电控系统包括中央处理器、电机驱动模块、高速AD模块、控制IO接口和RS485通讯总线，其中，中央处理器分别与电机驱动模块、高速AD模块、控制IO接口、RS485通讯总线、第一光电开关和第二光电开关连接，电机驱动模块通过动力线与减速电机连接，高速AD模块分别与位移传感器、力传感器和激光测距传感器连接，位移传感器、激光测距传感器和力传感输出模拟量信号到高速AD模块，高速AD模块把模拟量信号转换成数字量信号传输给中央处理器，第一光电开关和第二光电开关输出开关量信号到中央处理器，中央处理发送控制指令给电机驱动模块，电机驱动模块控制减速电机工作，中央处理器通过RS485通讯总线交互外部控制指令，控制IO接接收外部隔离IO触点电平信号，输出到中央处理器。
与现有技术相比，本发明采用模块化设计，提供了一种可以作为一个模块化的功能部件安装在非标设备上进行在线自动检测的模块化洛氏测量头，具有结构紧凑、自动化程度高、加力精度高、测量速度快的特点， 可以广泛应用到非标硬度检测生产线系统中，减少人力成本、提高生产效率，具体讲，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明直接由前弧形罩与后U型罩构成一个分体封闭模块化洛氏测量头总体外罩，前弧形罩与后U型罩设有相互配合的止口，保证了安装精度，结构简单且轻巧，方便安装与拆卸，并设有多样化的与外部设备连接的安装法兰接口以及与外部设备通讯接口，可实现顶部安装或侧向安装，解决了与上位机以及非标硬度检测生产线系统相关部件的连接问题，在上位机的控制下实现对工件硬度进行在线自动检测，可广泛应用到非标硬度检测生产线系统中，减少人力成本、提高生产效率。
（2）本发明通过一个前端外表面呈阶梯形圆柱体，其内腔相应为阶梯形内腔的安装架，阶梯形内腔由上至下依次设有第一内腔、第二内腔、第三内腔和第四内腔，第一内腔、第二内腔和第三内腔的直径递减，第四内腔的直径大于第三内腔，通过该安装架上面安装有电机安装法兰并安装有减速电机，在其第一内腔中安装有角接触球轴承，在角接触球轴承的内圈中安装有过渡套，在过渡套中安装有丝母，在丝母中安装有与丝母配合的滚珠丝杆，构成本发明的升降加荷机构，即升降加荷机构采用减速电机驱动丝母固定旋转，带动滚珠丝杆上下移动的结构；并在其第三内腔中滚珠丝杆的下端螺纹连接有中心主轴，在中心主轴的上端外套装有固定在安装架上的导向轴套，在导向轴套和中心主轴上配合加工的滑动导向键配合的键槽中安装有对中心主轴起导向作用的滑动导向键，使滚珠丝杠的回转运动转化成直线运动，构成本发明的中心导向机构，该安装架的后端还设有呈矩形的侧安装法兰接口，实现了紧凑型结构设计；
（3）本发明具有自动加荷装置，具有对工件表面位置检测功能，通过升降加荷机构、中心导向机构和压头压罩一体式机构，可使用±1mm的小量程的电感式位移传感器进行位置检测，提高位置测量精度，解决了压头压罩分体设计，需选用大量程位移传感器，结构体积偏大的问题。
（4）本发明压头压罩一体式机构可实现空行程压罩未接触工件检测表面时，压头与压罩同步运动，压罩先与工件检测表面接触时，压头可通过压缩弹簧单独运动，此时位移传感器产生位移值，配合电机控制原理实现加荷和位置检测，由于采用压头压罩一体式机构，本发明可以安装在带外部升降机构的设备上进行工件厚度范围变化较大的一系列工件检测，也可以独立安装在不带外部升降机构的设备上进行一系列厚度差别不大的工件检测，与压头压罩分体设计必须配合带外部升降机构的设备完成工件检测比较更为灵活可靠，降低了成本。
附图说明
图1是本发明的主视图，
图2是图1的右视图，
图3是图2的A-A剖视图，
图4是本发明隐藏后罩的后视图，
图5是图1的仰视图，
图6是本发明安装架的半剖主视图，
图7是图6的俯视图，
图8是图6的后视图，
图9是图6的仰视图，
图10是本发明传感器连接法兰的半剖主视图，
图11是图10的左视图，
图12是图10的俯视图，
图13是本发明电控系统的结构框图。
图中：
1.前弧形罩，1-1.第一半圆形通孔，
2.后U型罩，
2-1.第二半圆形通孔，2-2. 第一矩形开口,
2-3.第二矩形开口，2-4.第三矩形开口，
3.上安装法兰，
3-1.上法兰盘，3-2.中间套筒，3-3.下法兰盘，
4.电源接口，5.通讯接口，6.状态指示灯，7.接口安装板，
8.安装架，
8-1.侧安装法兰接口，8-2.阶梯形圆柱体，
8-3.阶梯形内腔，8-4.第四螺钉安装孔，
8-5.指示灯板安装工艺槽，8-6.第一螺钉安装孔，
8-7.矩形走线孔，8-8.第七螺钉安装孔，
8-9.第六螺钉安装孔，8-10.第五螺钉安装孔，
9. 几字形支架，
10-1.第一连接螺钉，10-2.第二连接螺钉，
10-3.第三连接螺钉，10-4.第四连接螺钉，
11.减速电机，12.角接触球轴承，13.过渡套，14.丝母，
15.滚珠丝杆，16.联轴器，17.轴承卡板，18.中心主轴，
19.导向轴套，20.滑动导向键，21.锁紧螺母，
22.传感器连接法兰，
22-1.矩形法兰面，22-2.第八螺钉安装孔，
22-3.圆形筒体，22-4.前矩形开口，22-5.侧矩形开口，
22-6.圆形走线孔，22-7.第九螺钉安装孔，
22-8.第十螺钉安装孔，
23.导向轴，24.力传感器，25.小主轴，26.压头，27.线圈固定体，
28.压罩连接体，29.导向轴套，30.压罩，31.阻尼元件，
32. 位移传感器，
32-1.位移传感器铁芯，32-2.位移传感器线圈，
33.电路板，34.线圈铜套，35.压缩弹簧，
36-1.第一限位支架，36-2.第二限位支架，
37-1.第一光电开关支架，37-2.第二光电开关支架，
38-1.第一光电开关，38-2.第二光电开关，
39.定位块，40.传感器安装支架，
41.激光测距传感器，42.传感器安装背板，43.电路板安装架，
44-1. 第一开关感应片，44-2.第二开关感应片，
101.中央处理器，102.电机驱动模块，
103.高速AD模块，104.控制IO接口，105.RS485通讯总线。
具体实施方式
本发明采用的技术方案包括模块化洛氏测量头的总体外罩、升降加荷机构、中心导向机构、压头压罩一体式机构和电控系统；
如图1～图5所示，所述模块化洛氏测量头的总体外罩包括前弧形罩1和后U型罩2，所述前弧形罩1与后U型罩2通过止口定位并用螺钉固定连接，前弧形罩1和后U型罩2的顶部设有向外突出的外沿，前弧形罩1和后U型罩2通过顶部外沿与上安装法兰3固定连接，在所述前弧形罩1的底部开有第一半圆形通孔1-1，在所述后U型罩2的底部开有第二半圆形通孔2-1，前弧形罩1的第一半圆形通孔1-1与后U型罩2的第二半圆形通孔2-1形成可以使压罩通过的圆形通孔，在后U型罩2的后面设有第一矩形开口2-2，在后U型罩2的右侧上部设有第二矩形开口2-3，在第二矩形开口2-3中嵌入式安装有接口安装板7，在接口安装板7上安装有电源接口4和通讯接口5，在后U型罩2的底部设有能使激光测距传感器光路通过的第三矩形开口2-4，在前弧形罩1的前面安装有一组状态指示灯6；所述上安装法兰3由上法兰盘3-1、中间套筒3-2和下法兰盘3-3焊接构成，前弧形罩1和后U型罩2通过顶部向外突出的外沿与上安装法兰3的上法兰盘3-1固定连接；
所述升降加荷机构包括在所述模块化洛氏测量头的总体外罩内安装有外形与总体外罩形状相吻合的安装架8，所述安装架8通过第四连接螺钉10-4与上安装法兰3的下法兰盘3-3固定连接；如图6～图9所示，所述安装架8的前端为阶梯形圆柱体8-2，其内腔相应为阶梯形内腔8-3，由上至下依次设有第一内腔、第二内腔、第三内腔和第四内腔，第一内腔、第二内腔和第三内腔的直径依次递减，第四内腔的直径大于第三内腔，在安装架8的上表面设有一组第四螺钉安装孔8-4，在安装架8的前端中部设有用于指示灯板安装预留空间的指示灯板安装工艺槽8-5，在安装架8的前端阶梯型圆柱体8-2的上表面设有一组第一螺钉安装孔8-6，所述安装架8的后端为长方体，在该长方体的后面设有矩形的侧安装法兰接口8-1，该侧安装法兰接口8-1在安装架8安装后凸出后U型罩2的后面设有的第一矩形开口2-2，在该长方体的上下表面设有2个贯通的矩形走线孔8-7，在安装架8的底面后端设有用于安装光电开关支架的第七螺钉安装孔8-8和用于安装限位支架的第六螺钉安装孔8-9，在阶梯形内腔8-3的第四内腔的端面设有用于安装导向轴套的第五螺钉安装孔8-10；在安装架8的上表面通过一组第一螺钉安装孔8-6用第一连接螺钉10-1连接有几字形支架9，在几字形支架9的上表面安装有减速电机11，几字形支架9的顶部与减速电机11用第二连接螺钉10-2连接，在所述阶梯形内腔8-3的第一内腔中安装有角接触球轴承12，在角接触球轴承12的内圈中安装有过渡套13，在所述阶梯形内腔8-3的第二内腔中过渡套13和角接触球轴承12的底部安装有对过渡套13和角接触球轴承12起固定作用的轴承卡板17，在过渡套13中安装有丝母14，所述丝母14和过渡套13通过第三连接螺钉10-3与联轴器16一起固定连接；在丝母14中安装有与丝母14配合的滚珠丝杆15，所述联轴器16与减速电机11的输出轴连接，并用顶丝锁紧固定，工作时，通过减速电机11驱动丝姆14固定旋转，带动滚珠丝杆15上下移动；
所述中心导向机构包括在所述阶梯形内腔8-3的第三内腔中滚珠丝杆15的下端安装有中心主轴18，并在滚珠丝杆15的轴端通过锁紧螺母21将中心主轴18锁紧固定，在中心主轴18的上端套装有导向轴套19，所述导向轴套19下端设有外沿，该外沿安装在阶梯形内腔8-3的第四内腔并通过第五螺钉安装孔8-10用螺钉与安装架8的第四内腔的端面固定连接，在导向轴套19和中心主轴18上配合加工有键槽，并在该配合加工的键槽中安装有对中心主轴18起导向作用的滑动导向键20，所述滑动导向键20通过螺钉固定在中心主轴18上，中心主轴18通过滑动导向键20在导向轴套19中的滑动使滚珠丝杠15的回转运动转化成直线运动；
所述压头压罩一体式机构包括在中心主轴18下端设有与中心主轴18为一体的法兰盘，在中心主轴18的法兰盘的下端面连接有传感器连接法兰22，如图10～图12所示， 所述传感器连接法兰22顶面为矩形法兰面22-1，在矩形法兰面22-1上面设有用于安装中心主轴的第八螺钉安装孔22-2，在矩形法兰面22-1的下面设有与其为一体的圆形筒体22-3，在圆形筒体22-3的前面设有用于调节位移传感器初始位置的前矩形开口22-4，在圆形筒体22-3的左右两侧对称设有相通的侧矩形开口22-5，在圆形筒体22-3的后面设有圆形走线孔22-6和用于安装开关感应片的第九螺钉安装孔22-7，在圆形筒体22-3的底面设有用于安装力传感器的第十螺钉安装孔22-8，在所述中心主轴18的下端面通过第八螺钉安装孔22-2用螺钉与传感器连接法兰22连接，中心主轴18的法兰盘上对称安装有导向轴23，所述导向轴23与中心主轴18的法兰盘螺纹连接，在传感器连接法兰22下面通过第十螺钉安装孔22-8用螺钉连接有力传感器24，在力传感器24的下面安装有小主轴25，在小主轴25上通过顶丝固定连接有压头26；在对称安装的导向轴23上套装有压缩弹簧35，在所述传感器连接法兰22下面圆形筒体22-3的左右两侧相通侧矩形开口22-5中插入线圈固定体27，同时将线圈固定体27套装在导向轴23上压缩弹簧35的下端，在线圈固定体27中对称安装有导向轴套29，在线圈固定体27下面安装有压罩连接体28，所述导向轴23可以在导向轴套29中滑动，在所述滚珠丝杆15的下端安装有位移传感器铁芯32-1，在所述线圈固定体27中心孔中安装有线圈铜套34，并通过顶丝固定，在线圈铜套34中安装有位移传感器线圈32-2，位移传感器铁芯32-1可在位移传感器线圈32-2中移动，由位移传感器铁芯32-1和位移传感器线圈32-2构成本发明的位移传感器32，在压罩连接体28中安装有压罩30，压罩30通过阻尼元件31与压罩连接体28固定，所述压缩弹簧35的上端与中心主轴18的法兰盘下表面接触，下端与线圈固定体27的上表面接触，使用时，当中心主轴18下部处于空行程时，压头26和压罩30可同步运动，在压罩30接触工件表面开始测量时，压缩弹簧35被压缩使得压头26和压罩30产生相对运动，通过采集位移传感器铁芯32-1在位移传感器线圈32-2的相对位置的变化可读取测量值；
在所述安装架8的底部左右两侧分别通过第六螺钉安装孔8-9用螺钉对称连接有对滚珠丝杆15起限位作用的第一限位支架36-1和第二限位支架36-2，可以对滚珠丝杆15、中心主轴18和压头压罩一体式机构起到保护作用，在安装架8的底部后侧分别通过第七螺钉安装孔8-8用螺钉连接有第一光电开关支架37-1和第二光电开关支架37-2，在第一光电开关支架37-1上安装有对升降加荷机构起上限位作用的第一光电开关38-1，在第二光电开关支架37-2上安装有对升降加荷机构起下限位作用的第二光电开关38-2，在所述圆形筒体22-3的后面分别通过第九螺钉安装孔22-7用螺钉连接有第一开关感应片44-1和第二开关感应片44-2，在所述压罩连接体28上安装有定位块39，在定位块39上安装有传感器安装支架40，在传感器安装支架40上通过传感器安装背板42连接有激光测距传感器41，在所述上安装法兰3的下法兰盘3-3上安装有电路板安装架43，在电路板安装架43上安装有电路板33。
如图13所示，所述电控系统包括中央处理器101、电机驱动模块102、高速AD模块103、控制IO接口104和RS485通讯总线105，其中，中央处理器101分别与电机驱动模块102、高速AD模块103、控制IO接口104、RS485通讯总线105、第一光电开关38-1和第二光电开关38-2连接，电机驱动模块102通过动力线与减速电机11连接，高速AD模块103分别与位移传感器32、力传感器24和激光测距传感器41连接，工作时，位移传感器32、激光测距传感器41和力传感24输出模拟量信号到高速AD模块103，高速AD模块103把模拟量信号转换成数字量信号传输给中央处理器101，第一光电开关38-1和第二光电开关38-2输出开关量信号到中央处理器101，中央处理101发送控制指令给电机驱动模块102，电机驱动模块102控制减速电机11工作，中央处理器101通过RS485通讯总线105交互外部控制指令，控制IO接104接收外部隔离IO触点电平信号，输出到中央处理器101。
本发明的自动化检测流程如下：
系统上电，首先会进行自检，包括位移传感器32、激光测距传感器41与力传感器24数据，RS485通讯总线105的握手信息等；无异常情况，等待IO口104或RS485通讯总线的控制量信号；
进行硬度测量时，首先检测激光测距传感41反馈的工件距离，当进入激光测距传感器41的有效响应距离后，进入减速状态并发送停车信号，停在测量头距离工件表面1～2mm的位置，然后等待接收控制IO接口104或RS485通讯总线105发送硬度测量指令，
中央处理器101接收到硬度测量指令后，发送动作指令给电机驱动模块102驱动减速电机11全速下降压头和压罩，当压罩接触工件表面时，位移传感器32开始产生位移数据，同时减速电机11降速进入试验测量过程；中央处理器101接收力传感24反馈加载初试验力，再加载主试验力，最后释放到初试验力的过程，这时会根据位移传感器32测量的深度差计算洛氏硬度结果，同时通过RS485通讯总线105上传给外部系统并通过控制IO接口106输出试验完成信号。
最后本发明会提升压头到初始位置，根据第一光电开关38-1反馈停止减速电机11。这个过程与外部系统的提升动作可以同步进行，完成一次测量循环。
Claims (6)
1.一种模块化洛氏硬度测量头，包括模块化洛氏测量头的总体外罩、升降加荷机构、中心导向机构、压头压罩一体式机构和电控系统,其特征在于，所述升降加荷机构包括在所述模块化洛氏测量头的总体外罩内安装有安装架（8），在安装架（8）的上表面安装有几字形支架（9）， 在几字形支架（9）的上表面安装有减速电机（11），在所述安装架（8）中安装有角接触球轴承（12），在角接触球轴承（12）的内圈中安装有过渡套（13），并安装有对过渡套（13）和角接触球轴承（12）起固定作用的轴承卡板（17），在过渡套（13）中安装有丝母（14），所述丝母（14）和过渡套（13）与联轴器（16）一起固定连接；在丝母（14）中安装有与丝母（14）配合的滚珠丝杆（15），所述中心导向机构包括在滚珠丝杆（15）的下端固定安装有中心主轴（18），在中心主轴（18）的上端套装有导向轴套（19），所述导向轴套（19）下端设有外沿，导向轴套（19）通过该外沿与安装架（8）固定连接，在导向轴套（19）和中心主轴（18）上配合加工有键槽，并在该配合加工的键槽中安装有对中心主轴（18）起导向作用的滑动导向键（20），中心主轴（18）通过滑动导向键（20）在导向轴套（19）中的滑动使滚珠丝杆（15）的回转运动转化成直线运动；所述压头压罩一体式机构包括在中心主轴（18）下端设有与中心主轴（18）为一体的法兰盘，中心主轴（18）的法兰盘的下端面固定连接有传感器连接法兰（22），在中心主轴（18）的法兰盘上对称安装有导向轴（23），在传感器连接法兰（22）下面安装有力传感器（24），在力传感器（24）的下端安装有小主轴（25），在小主轴（25）上固定连接有压头（26），在对称安装的导向轴（23）上套装有压缩弹簧（35），在所述传感器连接法兰（22）下端左右两侧相通的矩形开口中插入线圈固定体（27），同时将线圈固定体（27）套装在导向轴（23）上压缩弹簧（35）的下端，在线圈固定体（27）中对称安装有导向轴套（29），在线圈固定体（27）下面安装有压罩连接体（28），在压罩连接体（28）中安装有压罩（30），在所述滚珠丝杆（15）的下端安装有位移传感器铁芯（32-1），在所述线圈固定体（27）中心孔中安装有线圈铜套（34），在线圈铜套（34）中安装有位移传感器线圈（32-2）。
2.根据权利要求1所述的一种模块化洛氏硬度测量头，其特征在于，所述模块化洛氏测量头的总体外罩包括前弧形罩（1）和后U型罩（2），所述前弧形罩（1）与后U型罩（2）通过止口定位并用螺钉固定连接，前弧形罩（1）和后U型罩（2）的顶部设有向外突出的外沿，前弧形罩（1）和后U型罩（2）通过顶部外沿与上安装法兰（3）的固定连接，在所述前弧形罩（1）的底部开有第一半圆形通孔（1-1），在所述后U型罩（2）的底部开有第二半圆形通孔（2-1），前弧形罩（1）的第一半圆形通孔（1-1）与后U型罩（2）的第二半圆形通孔（2-1）形成可以使压罩通过的圆形通孔，在后U型罩（2）的后面设有第一矩形开口（2-2），在后U型罩（2）的右侧上部设有第二矩形开口（2-3），在第二矩形开口（2-3）中嵌入式安装有接口安装板（7），在接口安装板（7）上安装有电源接口（4）和通讯接口（5），在后U型罩（2）的底部设有能使激光测距传感器光路通过的第三矩形开口（2-4），在前弧形罩（1）的前面安装有一组状态指示灯（6）；所述上安装法兰（3）由上法兰盘（3-1）、中间套筒（3-2）和下法兰盘（3-3）焊接构成，前弧形罩（1）和后U型罩（2）通过顶部向外突出的外沿与上安装上法兰盘（3-1）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种模块化洛氏硬度测量头，其特征在于，所述安装架（8）的前端为阶梯形圆柱体（8-2），其内腔相应为阶梯形内腔（8-3），由上至下依次设有第一内腔、第二内腔、第三内腔和第四内腔，第一内腔、第二内腔和第三内腔的直径递减，第四内腔的直径大于第三内腔，在安装架（8）的前端中部设有用于指示灯板安装预留空间的指示灯板安装工艺槽（8-5），所述安装架（8）的后端为长方体，在该长方体的后面设有矩形的侧安装法兰接口（8-1），在该长方体的上下表面设有2个贯通的矩形走线孔（8-7）。
4.根据权利要求1所述的一种模块化洛氏硬度测量头，其特征在于，所述传感器连接法兰（22）顶面为矩形法兰面（22-1），在矩形法兰面（22-1）的下面设有与其为一体的圆形筒体（22-3），在圆形筒体（22-3）的前面设有用于调节位移传感器初始位置的前矩形开口（22-4），在圆形筒体（22-3）的左右两侧对称设有相通的侧矩形开口（22-5），在圆形筒体（22-3）的后面设有圆形走线孔（22-6）。
5.根据权利要求1所述的一种模块化洛氏硬度测量头，其特征在于，在所述安装架（8）的底部左右两侧对称安装有第一限位支架（36-1）和第二限位支架（36-2），在安装架（8）的底部后侧安装有第一光电开关支架（37-1）和第二光电开关支架（37-2），在第一光电开关支架（37-1）上安装有对升降加荷机构起上限位作用的第一光电开关（38-1），在第二光电开关支架（37-2）上安装有对升降加荷机构起下限位作用的第二光电开关（38-2），在所述传感器连接法兰（22）的后面分别用螺钉连接有第一开关感应片（44-1）和第二开关感应片（44-2），在所述压罩连接体（28）上安装有定位块（39），在定位块（39）上安装有传感器安装支架（40），在传感器安装支架（40）上通过传感器安装背板（42）连接有激光测距传感器（41），在上安装法兰（3）的下法兰盘（3-3）上安装有电路板安装架（43），在电路板安装架（43）上安装有电路板（33）。
6.根据权利要求1所述的一种模块化洛氏硬度测量头，其特征在于，所述电控系统包括中央处理器（101）、电机驱动模块（102）、高速AD模块（103）、控制IO接口（104）和RS485通讯总线（105），其中，中央处理器（101）分别与电机驱动模块（102）、高速AD模块（103）、控制IO接口（104）、RS485通讯总线（105）、第一光电开关（38-1）和第二光电开关（38-2）连接，电机驱动模块（102）通过动力线与减速电机（11）连接，高速AD模块（103）分别与位移传感器（32）、力传感器（24）和激光测距传感器（41）连接，位移传感器（32）、激光测距传感器（41）和力传感器（24）输出模拟量信号到高速AD模块（103），高速AD模块（103）把模拟量信号转换成数字量信号传输给中央处理器（101），第一光电开关（38-1）和第二光电开关（38-2）输出开关量信号到中央处理器（101），中央处理器（101）发送控制指令给电机驱动模块（102），电机驱动模块（102）控制减速电机（11）工作，中央处理器（101）通过RS485通讯总线（105）交互外部控制指令，控制IO接口（104）接收外部隔离IO触点电平信号，输出到中央处理器（101）。
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