CN200979522Y - 硬度计自动跟踪测量单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于金属、非金属的硬度测试和研究的硬度计自动跟踪测量单元，包括夹紧机构、压痕深度测量机构，还可以包括施力机构、主轴导向机构、防止主轴转动机构，其中该夹紧机构包括夹紧吊筒、夹紧导向筒、夹紧弹簧和保护套，该压痕深度测量机构包括位移传感器和杠杆机构。本实用新型能够自动跟踪测量出压痕的实际深度，消除机架变形、试件变形对压痕深度测量的影响；能够使保护套与试件之间保持良好接触并能自动夹紧试件不再需要手工调节工作台以适应试件的不同高度；扩大了压头的移动范围，在50mm范围内压头可自动上下移动。本实用新型具有示值精确、操作容易方便、自动化程度高、试验力精度高、重复精度高等特点。

Description

硬度计自动跟踪测量单元

一、技术领域：

本实用新型涉及用于金属、非金属的硬度测试和研究的硬度计，更详细地讲是硬度计自动跟踪测量单元。

二、背景技术：

(1)常规的硬度计是将加于主轴上的试验力通过压头施加到试件上，形成压痕，然后根据压痕的大小深浅计算材料的硬度值。

(2)传统硬度计的压痕深度测量机构通常固定在机架上，不能实现跟踪测量。压痕深度测量机构与装配了压头的主轴相接触，压痕深度测量机构测量到的数据实际是压头相对于机架的位移量，所以当承载试件的工作台机构刚性不足、试件变形或机架刚性不足而在试验力施加及卸除前后产生相对变形量时，压痕深度测量机构测量出的数据包括了这些变形量，会给压痕的实际深度测量带来很大误差，因而对这种结构通常会提出极高的刚度要求，使得加工与装配变得复杂和困难。

(3)到目前为止，各种类型的硬度计都没有有效的夹紧机构，因而不能对试件进行有效地夹紧，难以测量薄壁件、异型件，限制了硬度计的使用。

(4)压头的移动范围小，只有不到1mm，每点测试都需要人工调整工作台的高度来适应试件的高度变化，因而劳动强度大，工作效率低。

三、发明内容：

本实用新型的目的就是要提供一种能够自动跟踪测量出压痕的实际深度，消除机架变形和试件变形对压痕深度测量的影响，使保护套与试件之间保持良好接触并能夹紧试件的硬度计自动跟踪测量单元，本实用新型测试精度高，重复精度高。

为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：硬度计自动跟踪测量单元包括夹紧机构、压痕深度测量机构；该夹紧机构中被压缩的夹紧弹簧设置在由夹紧吊筒与夹紧导向筒构成的环形内腔中，其上端与固装在支承构架上的上端盖相接触，下端与夹紧导向筒的上端台阶面相接触；悬挂在上导向座下端的夹紧吊筒与固装有保护套的夹紧导向筒以及下导向座固装在一起；该压痕深度测量机构包括位移传感器、杠杆机构；该位移传感器通过装有轴承并可在支承构架上的轴向导向槽中上下移动的传感器安装座设置在夹紧导向筒上；该杠杆机构中小杠杆的回转支点活动连接在夹紧导向筒上，小杠杆的中间触点与设置在主轴上的测量杠杆调整螺钉的触头形成点接触，穿过夹紧吊筒和夹紧导向筒上的通孔以及支承构架上的轴向导向槽并伸出到支承构架外面的小杠杆的尾端与位移传感器的测头形成点接触。

所述的主轴上设有横向通孔、与横向通孔相通的轴向通孔；该轴向通孔中旋入测量杠杆调整螺钉的下部，该测量杠杆调整螺钉的触头伸入上述横向通孔中并与位于上述横向通孔中的小杠杆的中间触点相接触。

所述的主轴上的轴向通孔中还旋入与测量杠杆调整螺钉的下端面相接触的顶丝。

所述的主轴上部装有设置在上导向座上的上直线轴承，该主轴下部穿过夹紧吊筒的内腔并装有设置在下导向座上的下直线轴承。

所述的上、下直线轴承均是由上滚珠架、下滚珠架和位于二者之间的钢球构成。

所述的主轴上装有固定盘，设置在固定盘上的螺钉上装有轴承，该轴承可与设在夹紧导向筒上的长孔相配合。

本单元还包括施力机构，可以是常规的施力机构，该施力机构通过主轴7与压痕深度测量机构相联接，又通过上导向座4、下导向座12与夹紧机构相联接。

本实用新型与已有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：

(1)摒弃传统的将压痕深度测量机构固装在机架上的方式，而采用一种全新的自动跟踪测量方式，即压痕深度测量机构的固装位置即为试件表面，并且在整个试验过程中始终保持不变，也就是说当试件表面位置变动时，压痕深度测量机构也同时会自动跟随其等量变动。能够自动跟踪测量出压痕的实际深度，消除机架变形和试件变形对压痕深度测量的影响，提高测量精度。

(2)本单元带有夹紧机构，能够使保护套与试件之间保持良好接触并能夹紧试件，配合压痕深度测量机构完成自动跟踪测量压痕深度的任务。压头在接触试件之前会首先夹紧试件，消除机架变形，使首次测量即为有效测量，该功能尤其对异型零件、易变形零件的测试提供极大方便，同时提高测量精度。

(3)扩大了压头的移动范围，压头在50mm范围内可自动上下移动并完成压头高度的调整，以适应试件的不同高度。

四、附图说明：

图1为本实用新型的主视剖视图

五、具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细地说明。

本实用新型的设计构思是：

(1)采用高精度的位移传感器配合杠杆机构进行压痕深度测量，由施力机构带动夹紧机构和主轴同时向下移动，使夹紧机构中的保护套与试件之间保持良好地接触，并可进行试件夹紧。施力机构带动主轴上的压头上下移动，以适应试件的不同高度。

(2)为避免机架及试件刚性不足引起测量误差，本实用新型将压痕深度测量机构安装在能够自动跟踪试件表面的夹紧导向筒上，实现试件表面在整个试验过程中始终为深度测量基准。

(3)通过在保护套上加装初始状态即被压缩的夹紧弹簧，来实现对试件的夹紧定位，而且这种状态在整个测试过程中能够保持一致，提高测试精度。

由图1可知，本实用新型包括夹紧机构、压痕深度测量机构、主轴导向机构、防止主轴转动机构和施力机构；其中：

(一)夹紧机构：实现对试件的自动夹紧定位，保证保护套与试件之间的良好接触。

该夹紧机构包括夹紧弹簧5、夹紧导向筒9、夹紧吊筒8、保护套14。该夹紧吊筒悬挂在上导向座4的上端面上。夹紧吊筒与夹紧导向筒及下导向座12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夹紧弹簧，该夹紧弹簧的上端与套在上导向座上且固装在支承构架11上的上端盖6相接触，其下端与夹紧导向筒的上端台阶面相接触。该夹紧弹簧5的初始状态为被压缩的弹簧。压头16通过压头轴15安装在主轴7的下端，该保护套下端面与压头端部之间有一定距离。

(二)压痕深度测量机构：实现自动跟踪测量，精确地测量到试件的实际压痕深度。

该压痕深度测量机构包括位移传感器1、传感器安装座2、杠杆机构。该位移传感器1的伸出轴由顶丝紧固在传感器安装座2的内孔中；该传感器安装座2通过螺纹旋合在夹紧导向筒9上，轴承3安装在传感器安装座上并由防转轴承隔圈进行锁定。在夹紧导向筒9上下移动时，设置在传感器安装座上的轴承3可在支承构架11上设有的轴向导向槽中上下移动。

在主轴7上设有横向通孔、与横向通孔相通的轴向通孔；在主轴上的轴向通孔中旋入测量杠杆调整螺钉17的下部，该测量杠杆调整螺钉的顶端为触头18并伸入上述横向通孔中；该轴向通孔中还旋入与测量杠杆调整螺钉的下端面相接触的顶丝，目的是消除螺纹间隙。另外，在主轴上设有测量杠杆调整螺钉，其作用是适应传感器的量程，调整小杠杆的初始位置。

该杠杆机构中的小杠杆的回转支点活动连接在夹紧导向筒9上的固定座上，小杠杆的中间触点位于主轴7上的横向通孔中，并与测量杠杆调整螺钉的触头形成点接触，小杠杆的尾端在穿过夹紧吊筒和夹紧导向筒上的通孔以及支承构架上的轴向导向槽之后并与位于支承构架外面的位移传感器的测头形成点接触。杠杆机构的作用是将压头位移放大一定倍数后由位移传感器测量。

将位移传感器和杠杆机构的回转支点都固定在夹紧导向筒上，是为了达到自动跟踪测量的目的。

(三)主轴导向机构：能够保证主轴的安装、导向，并将施力机构产生的试验力传递到压头上，同时侧向力及摩擦力也会变得很小。

主轴7上部装有安装在上导向座4上的上直线轴承，而主轴下部穿过夹紧吊筒8的内腔并装有安装在下导向座12上的下直线轴承；该下导向座又与夹紧机构中的夹紧吊筒和夹紧导向筒9的下部固装在一起。该上、下直线轴承均是由上滚珠架、下滚珠架及钢球构成。

(四)防止主轴转动机构：能够有效地防止主轴的转动。

在主轴7的下部设有位于下直线轴承、下导向座与压头轴之间的固定盘13，装有轴承19的螺钉可与夹紧导向筒9上设有的长孔相配合，即轴承在沿上述长孔上下移动的同时还可转动。该轴承向上或向下的移动的距离要大于压头16最大位移量。

(五)施力机构：带动主轴做上下直线运动。

该施力机构通过主轴7与压痕深度测量机构相联接，又通过上导向座4、下导向座12与夹紧机构相联接。它可以采用下列施力机构：一是：步进驱动电机输出轴上固装小齿轮，该小齿轮与固装在丝母上的大齿轮相啮合，该丝母与滚珠丝杠相配合。二是：在步进电机输出轴上装有带轮，通过皮带与设置在丝母上的带轮相连接，该丝母与滚珠丝杠相配合。三是：在步进电机输出轴上装有蜗杆，蜗杆与设置在丝母上的蜗轮相啮合，该丝母与滚珠丝杠相配合。当然，也可以是其它驱动机构。

(六)本实用新型的自动跟踪测量过程如下：

(1)在施力机构的带动下，主轴、夹紧机构、压痕深度测量机构同时向下移动，直到夹紧机构中的保护套接触试件。

(2)保护套接触试件之后，由于受到试件的阻挡，且由于压头端部与保护套下端面之间有一定距离，因而保护套14将首先停止向下移动；又由于夹紧导向筒、夹紧吊筒与保护套固装在一起，因而夹紧导向筒9、夹紧吊筒8也会停止运动。此时，上导向座4的上端面与夹紧吊筒下端面脱离接触，则夹紧弹簧5的作用力将会通过夹紧导向筒、夹紧吊筒和保护套传递到试件上，完成夹紧动作，保证保护套与试件之间始终保持良好的接触。

(3)压头开始接触测试表面，由施力机构在测试表面上依次加上初试验力、主试验力，产生压痕。位移传感器1度量压痕深度，计算机系统计算硬度值，并显示硬度值。在整个施力和压痕深度测量过程中，由于夹紧力的作用，保护套14始终与试件被测表面保持良好接触，而保护套与位移传感器为刚性连接，这就使得位移传感器的安装位置与试件表面位置相对固定，即使试件表面会出现相对机架的位置变化，位移传感器的安装位置也会自动跟随试件表面做等量变化，这样一来，即使试件表面在主试验力的作用下出现下沉，位移传感器的安装位置也会自动跟随试件表面下沉，不会影响到压痕深度的测量。

Claims (7)

1、硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于：

a、包括夹紧机构、压痕深度测量机构；

b、该夹紧机构中被压缩的夹紧弹簧(5)设置在由夹紧吊筒(8)与夹紧导向筒(9)构成的环形内腔中，其上端与固装在支承构架(11)上的上端盖(6)相接触，下端与夹紧导向筒的上端台阶面相接触；悬挂在上导向座(4)下端的夹紧吊筒与固装有保护套(14)的夹紧导向筒以及下导向座(12)固装在一起；

c、该压痕深度测量机构包括位移传感器(1)、杠杆机构；该位移传感器通过装有轴承(3)并可在支承构架上的轴向导向槽中上下移动的传感器安装座(2)设置在夹紧导向筒上；该杠杆机构中小杠杆(10)的回转支点活动连接在夹紧导向筒上，小杠杆的中间触点与设置在主轴(7)上的测量杠杆调整螺钉(17)的触头形成点接触，穿过夹紧吊筒和夹紧导向筒上的通孔以及支承构架上的轴向导向槽并伸出到支承构架(11)外面的小杠杆的尾端与位移传感器的测头形成点接触。

2、根据权利要求1所述的硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于所述的主轴(7)上设有横向通孔、与横向通孔相通的轴向通孔；该轴向通孔中旋入测量杠杆调整螺钉(17)的下部，该测量杠杆调整螺钉的触头伸入上述横向通孔中并与位于上述横向通孔中的小杠杆的中间触点相接触。

3、根据权利要求2所述的硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于所述的主轴(7)上的轴向通孔中还旋入与测量杠杆调整螺钉的下端面相接触的顶丝。

4、根据权利要求1、2或3所述的硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于所述的主轴上部装有设置在上导向座(4)上的上直线轴承，该主轴下部穿过夹紧吊筒(8)的内腔并装有设置在下导向座(12)上的下直线轴承。

5、根据权利要求4所述的硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于所述的上、下直线轴承均是由上滚珠架、下滚珠架和位于二者之间的钢球构成。

6、根据权利要求5所述的硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于所述的主轴(7)上装有固定盘(13)，设置在固定盘上的螺钉上装有轴承(19)，该轴承可与设在夹紧导向筒上的长孔相配合。

7、根据权利要求1所述的硬度计自动跟踪测量单元，其特征在于本单元还包括施力机构，可以是常规的施力机构，该施力机构通过主轴(7)与压痕深度测量机构相联接，又通过上导向座(4)、下导向座(12)与夹紧机构相联接。

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