专利名称：全洛氏硬度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理测量装置，特别是一种在同一台硬度计上完成金属洛氏硬度测量和金属表面洛氏硬度测量，同时也能完成塑料洛氏硬度测量的全洛氏硬度计。
但是，按国际标准ISO6508，美国标准ASTM E18，以及欧洲标准BSEN10109中规定，金属洛氏硬度和金属表面洛氏硬度测量是合并在统一的标准里的，即国内目前还没有与上述三个标准符合的硬度计，我国硬度计水平与国际尚有较大差距。
发明内容
本发明的目的，就是提供一种硬度计，能够在同一台硬度计上完成金属洛氏硬度测量和金属表面洛氏硬度测量，同时也能完成塑料洛氏硬度测量的全洛氏硬度计。
为达到上述目的，本发明硬度计应用以下技术方案一种全洛氏硬度计，主要包括用来存储系统程序和数据并控制测量装置测量工件硬度的控制机构；由压头、压头座、压头杠杆和位移传感器组成的测量装置，压头安装在压头座上，通过压头杠杆和位移传感器相连接；与压头相对应的由丝杠、手轮、丝杠护套、样品台组成，通过丝杠升降，带动顶端样品台上的工件上、下移动，使测量装置可在其表面进行硬度测试的升降机构；显示试验参数和所测工件的硬度值的显示装置；与压头相配合，提供规定的试验力的加载机构，该试验力加载机构由加力杠杆、滚轮、凸轮、驱动电机、砝码组、托板和附加砝码组成；加力杠杆前端和压头杠杆相连，后端放在滚轮上，滚轮通过凸轮连接驱动电机，附加砝码挂在加力杠杆上；其特征在于所述的砝码组分为两段，上部悬挂在加力杠杆上，被滚轮支撑着，下部由托板支撑。
所述的控制机构是一个单片机控制系统，由位移传感器、信号调节器、贝塞尔三阶低通滤波器、运算放大器和AD转换器以及输入工作参数的键盘组成；传感器产生的位移信号，经信号调节器输出直流电压信号，经稳定的电压跟随器输入一个贝塞尔三阶低通滤波器，经运算放大器两级运算放大，放大级输出经稳定的电压跟随器输入到AD转换器，单片机接收AD转换器转换的信号，再通过显示装置将测量结果显示出来。
该滤波器为线性相位型。
还包括有一标准RS232串行通讯接口与单片机连接。
所述的托板可以根据测试要求由控制程序控制托起或放开。
由此，本实用新型具有显著的有益效果合金属洛氏硬度计和金属表面洛氏硬度计于一体，合金属金属洛氏硬度计和塑料洛氏硬度计于一体，能进行上述共30种硬度标尺的测量，因此可以测试的试样材料或零件种类覆盖范围很广，单片机控制，自动切换洛氏/表面洛氏模式，测试过程自动控制，自动控制加卸载，准确控制试验力保持时间并倒计时显示，可设置并自动记忆试验参数；测量结果数字显示，分辨率0.1个洛氏单位。采用高分辨率、点阵、背光液晶显示屏，读数准确清晰。
图号说明1-上盖2-压头座3-压头4-样品台5-丝杠护套6-手轮7-丝杠8-底脚螺钉9-机壳10-侧门11-开关、电源板 12-显示屏13-键盘 14-试验力转换机构15-压头杠杆 16-位移传感器17-显示装置 18-电路板19-加力杠杆 20-滚轮21-凸轮 22-驱动电机
23-砝码组24-托板25-附加砝码砝码组23分为两段，上部悬挂在加力杠杆19上，下部由托板24支撑。托板24可以由控制程序控制托起或放开。托起时，上半部分砝码作用，提供15kgf、30kgf、45kgf试验力，用以为表面洛氏测量提供试验力；放下时，上、下部分砝码同时作用，提供60kgf、100kgf、150kgf试验力，用以为洛氏测量提供试验力。
加载初试验力时，砝码组23被滚轮20支撑着，初试验力包括压头杠杆15的重量和附加砝码25的重量，初试验力通过升高样品台4与压头3接触提供给压头。加载主试验力时，由驱动电机22带动凸轮21转动，砝码组23所提供的试验力通过加力杠杆19和压头杠杆15传递给压头，完成加载。卸载时，电机反转将凸轮21转向其初始位置。整个过程中，压头安装在压头杠杆15上，在很小范围内上下移动进行测量。
本实用新型的全洛氏硬度计的控制机构是一个以P89C51RD2为核心的单片机控制系统，如图3所示。P89C51RD2和HY62256以及辅助芯片用来存储系统程序和数据，两片74HC573作为键盘和发光指示灯的接口，74LS138、两片74LS14和一片74LS132组成逻辑译码电路，控制AD转换器、键灯接口、键盘接口的片选信号。
MAX691通过控制备用电池、系统电源的切换来给RAM供电，以保持RAM中的有用数据。RS232串口通过MAX3222及外围电路连接P89C51RD2的TXD、RXD，可以和打印机、计算机通讯。液晶显示器、键盘、蜂鸣器组成人机对话，用来显控菜单设置、测量过程指示及测试结果显示。
传感器采用线性度高(非线性为整个行程的0.3％)、零点残余电压小(＜0.3％fsd)、温度特性好(0.001％/1mm/℃)、环境适应性强的位移传感器。
请参见图4模拟电路的电路图，其工作原理是1.传感器产生位移信号；2.经信号调节器输出直流电压信号；3.经稳定的电压跟随器输入一个贝塞尔三阶低通滤波器。该滤波器为线性相位型，它能使信号传输不失真。滤波器输出的信号噪声小、平滑性好。
4.经两级运放放大，最后一级增益可调，用来校准位移量；5.放大级输出经稳定的电压跟随器输入到AD转换器。
本机测试点采样应用软件滤波和延时，加之保持时间和恢复时间的设定，较真实地反映了某时刻的位移量。辅助功能采用了求最大、最小、极差、标准差计算，还用了牛顿插值法、数据拟合等方法。
数字信号经过单片机处理，最后由液晶显示。采用高分辨率点阵、背光液晶显示屏，读数准确清晰。
本实用新型的全洛氏硬度计在工作时，将被测试样放置在样品台4上，通过键盘13操作输入必要的工作参数，然后开始工作，由主控程序控制加载，将压头3压入被测试样表面上进行测试。压头3压入被测试样的试验力由上述设置的工作参数确定，通过主控程序控制以下动作来实现当主控程序执行表面洛氏测量模式时，托板24抬起，砝码组23的上半部分起作用，提供15kgf，30kgf，45kgf三种试验力，可以完成表面洛氏硬度测量。当主控程序执行洛氏测量模式时，托板24放至最低点，砝码组23上下部分同时起作用，提供60kgf，100kgf，150kgf三种试验力，可以完成洛氏硬度测量。这样就可以在一台机器上既可以进行洛氏硬度测量又可以进行表面洛氏硬度测量。
压头3与压头座2通过可拆装的螺钉连接，共有五种形式的压头可供选装。五种压头分别是120°金刚石圆锥压头、φ1.5875mm钢球压头、φ3.175mm钢球压头、φ6.35mm钢球压头、φ12.7mm钢球压头。当用于金属洛氏硬度计工作时，首先通过键盘1 3操作输入必要的工作参数，然后根据显示屏12提示选装压头，金属洛氏硬度一般选120°金刚石圆锥压头、φ1.5875mm钢球压头或φ3.175mm钢球压头；旋转试验力转换手柄14到屏幕提示的试验力，即能完成金属洛氏硬度测试。当用于塑料洛氏硬度计工作时，首先通过键盘13操作输入必要的工作参数，然后根据显示屏12提示选装压头，塑料洛氏硬度一般选φ6.35mm钢球压头、φ12.7mm钢球压头；旋转试验力转换手柄14到屏幕提示的试验力，即能完成塑料洛氏硬度测试。
本实用新型能够在同一台硬度计上完成金属洛氏硬度测量和金属表面洛氏硬度测量，可进行HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HR15N，HR30N，HR45N，HR15T，HR30T，HR45T硬度标尺的测量，是目前国内唯一能与ISO标准、美国标准、欧洲标准吻合的硬度计。
本实用新型能够在同一台硬度计上完成金属洛氏硬度测量和塑料洛氏硬度测量，可进行HRP，HRM，HRL，HRR，HRS，HRV，HR15W，HR30W，HR45W，HR15X，HR30X，HR45X，HR15Y，HR30Y，HR45Y硬度标尺的测量。
本实用新型可以测试的试样材料或零件种类覆盖范围很广，包括硬质合金、淬火钢、铸铁、有色金属、工程塑料、复合材料、硬纸板等；对细、小、薄、软的零件可进行测量，如氮化钢、薄钢板、渗碳钢、薄的铜、铝、锌等有色金属板、极软金属和塑料等。
本实用新型可自动切换洛氏/表面洛氏模式，自动控制加卸载，控制试验力保持时间并倒计时显示，可设置并自动记忆试验参数。
本实用新型具有强大的辅助功能，包括上、下限设置，超差判别，声音和屏幕显示报警；数据统计，求平均值，标准差，极差，最大、最小值；标尺转换，可将测试结果转换为布氏、维氏、里氏、努氏硬度，以及拉伸强度σb；曲面修正，对柱面、球面测量结果自动修正。用户使用更加方便，节省了硬度测量后续大量的数据处理工作，烦琐的查表工作；同时非常有利于工业现场的质量判别、控制。
本实用新型的测量结果数字显示，分辨率0.1个洛氏单位。采用高分辨率、点阵、背光液晶显示屏，读数准确清晰。
权利要求1.一种全洛氏硬度计，主要包括用来存储系统程序和数据并控制测量装置测量工件硬度的控制机构；由压头、压头座、压头杠杆和位移传感器组成的测量装置，压头安装在压头座上，通过压头杠杆和位移传感器相连接；与压头相对应的由丝杠、手轮、丝杠护套、样品台组成，通过丝杠升降，带动顶端样品台上的工件上、下移动，使测量装置可在其表面进行硬度测试的升降机构；显示试验参数和所测工件的硬度值的显示装置；与压头相配合，提供规定的试验力的加载机构，该试验力加载机构由加力杠杆、滚轮、凸轮、驱动电机、砝码组、托板和附加砝码组成；加力杠杆前端和压头杠杆相连，后端放在滚轮上，滚轮通过凸轮连接驱动电机，附加砝码挂在加力杠杆上；其特征在于所述的砝码组分为两段，上部悬挂在加力杠杆上，被滚轮支撑着，下部由托板支撑。
2.根据权利要求1所述的全洛氏硬度计，其特征在于所述的控制机构是一个单片机控制系统，由位移传感器、信号调节器、贝塞尔三阶低通滤波器、运算放大器和AD转换器以及输入工作参数的键盘组成；传感器产生的位移信号，经信号调节器输出直流电压信号，经稳定的电压跟随器输入一个贝塞尔三阶低通滤波器，经运算放大器两级运算放大，放大级输出经稳定的电压跟随器输入到AD转换器，单片机接收AD转换器转换的信号，再通过显示装置将测量结果显示出来。
3.根据权利要求2所述的全洛氏硬度计，其特征在于该滤波器为线性相位型。
4.根据权利要求1或2所述的全洛氏硬度计，其特征在于还包括有一标准RS232串行通讯接口与单片机连接。
5.根据权利要求1所述的全洛氏硬度计，其特征在于所述的托板可以根据测试要求由控制程序控制托起或放开。
专利摘要一种全洛氏硬度计，主要包括用来存储系统程序和数据并控制测量装置测量工件硬度的控制机构；安装在压头座上的压头、通过压头杠杆和位移传感器相连接的测量装置；与压头相对应的升降机构；显示试验参数和所测工件的硬度值的显示装置；与压头相配合的试验力加载机构，由加力杠杆、滚轮、凸轮、驱动电机、砝码组、托板和附加砝码组成；该砝码组分为两段，上部悬挂在加力杠杆上，被滚轮支撑着，下部由托板支撑。合金属洛氏硬度计和金属表面洛氏硬度计于一体，合金属金属洛氏硬度计和塑料洛氏硬度计于一体，测试的试样材料或零件种类覆盖范围很广，单片机控制，自动切换、自动控制、自动控制加卸载，测量结果数字显示，读数准确清晰。
文档编号G01N3/40GK2575657SQ0228272
公开日2003年9月24日 申请日期2002年10月31日 优先权日2002年10月31日
发明者马炜, 白清, 刘翠英 申请人:时代集团公司