专利名称：硬度计测量单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硬度计测量单元，其包括安装于硬度计的主轴与压头座之间的负
荷传感器和用于压头作用于试件所形成压痕深度的测量机构，以与硬度计的主轴、主轴驱 动机构和控制系统配合对试件硬度进行精确测量。
背景技术：
公知的硬度计，普遍通过主轴施加主试验力并使装置在主轴端部的压头作用于试 样表面形成压痕，然后通过安装在机架上的测量单元进行压痕深度的测量。其中压痕测量 单元安装在刚性机架上，测量单元触点与主轴相接触，对主轴在上述试验过程中的位移进 行测量。从而使测量单元测出的压痕深度实际是压头相对于机架的位移，但该位移并不是 实际的压痕深度，它还包括了机架、主轴和升降台的变形，测量精度无法保证。如果考虑硬 度计本身变形所产生误差的补偿，因试件硬度不一样，很难从理论计算上解决误差补偿的 问题。此外，为了减少因硬度计自身结构所产生的上述测量误差，本领域的技术人员通常采 用增加机架刚性的方式来解决测量精度问题。不仅增加了制造成本，而且也不能从根本上 解决因此所造成的测量精度偏低的问题。 本领域的技术人员在解决测量单元的测量精度低的问题上进行了很多有益的探 索，其中一种方式是把测量单元中的负荷传感器设置在主轴的最下端，且测量单元对位移， 也就是所说深度的测量的测量对象转移到压头的压头座上，以克服目前硬度计本身变形所 带来的负面影响。但显见的是，这种测量位置的变动并没有从根本上解决上述问题，原因 在于，测量的对象为压头座，其位移原则上应当是所说压痕的深度，但因机架的变形，该位 移是小于所述压痕深度的。此外，目前对压头座位移的测量，通常是通过杠杆机构把对压头 座的位移的测量转换到该杠杆机构另一端位移的测量，且通常是两个杠杆机构相串联的方 式，结构复杂，还会出现因杠杆机构的基本运动是转动，为了把转动转换成直线运动，还需 要再增加转动和直线运动相互转换的环节，传动的中间环节太多，造成其自身累积的误差 偏大，本身是为了消除误差，却又增加了测量误差，得不偿失。
发明内容
因此，本发明为了克服现有硬度计测量单元无法消除硬度计自身结构变形所带来 的测量误差的问题，提出了一种可以最大限度地消除硬度计自身结构变形所带来的测量误 差的硬度计测量单元，且其结构紧凑，制造成本低。
本发明采用以下技术方案
该发明硬度计测量单元，包括 负荷传感器，安装于硬度计的主轴与压头座之间；
测量机构，用于压头作用于试件所形成压痕深度的测量； 保护套，与压头同轴地设置以对压头在非工作状态下形成保护，并通过与该保护 套轴孔滑动配合的空心的保护套螺母安装在机架下端，使保护套螺母的上端面对该保护套上端设置的凸环形成支撑，对保护套形成径向和向下运动的限位； 其中所述测量机构包括竖直设置的光栅尺和使该光栅尺与所述压头座跟随运动 的光栅尺架，所述光栅尺下部设置的触头与光栅尺架轴孔配合而形成对光栅尺径向和向下 运动的限位，且所述触头与所述保护套配合跟随保护套运动。 根据本发明技术方案的硬度计测量单元包括了保护套，自然，现有的硬度计很多 也包含了保护套，但他们仅用于压头的保护，在本方案中，保护套还作为硬度计测量单元的 组成部分。据此，通过将负荷传感器设置在硬度计的主轴与压头座之间，而光栅尺则跟随压 头座运动，光栅尺所测量的是压头的位移，主轴和负荷传感器的变形以及光栅尺架连接部 位以上的压头座变形可以被消除；当然，仅此还不能消除硬度计本身所产生的变形，这也是
目前所采用的技术手段，所以进一步地，本方案中所述保护套采用了浮动设置的技术手段， 并随机架下端运动，而浮动的保护套又驱动了光栅尺的运动，从而使得机架的变形被补偿， 光栅尺所记录的位移只包含了压头的位移和部分压头座和压头自身的变形，该变形已经非 常小，在硬度测量中，压头自身硬度很大，压头座轴向尺寸很小，该变形基本上是可以忽略 的。综上，本方案可以最大限度地消除硬度计自身变形对测量结果的影响，测量的准确度 高。 此外，本方案中各活动构件的运动形式都是直线运动，结构简单，且传动精度易于 保证。且中间环节少，累积误差也少。 上述硬度计测量单元一种优选的结构，所述保护套与所述触头配合的部位为一端 顶持在所述触头顶部的调节螺钉，用于在非测量状态下对所述光栅尺的调零。
上述的硬度计测量单元，还包括设置在机架上的对所述触头导向的光栅尺挡板。 上述硬度计测量单元，还包括用于设定所述保护套向上运行极限的限位开关。 上述硬度计测量单元，所述限位开关的触头与在所述保护套轴向设置的锁紧螺钉
相应。
上述硬度计效
:单元，所述保护套包括下端的锥台部，该部位开有过其轴线并延 至其底部的贯穿侧面的缝，用于提供压头的锁紧螺钉装配的活动空间。
上述硬度计测量单元，所述保护套螺母通过与其螺纹配合的保护套座固装于机架 上。 上述硬度计测量单元，所述保护套座与机架配合的面设有凸台，所述机架则相应
设有沉孔，且配合端面间设有调整垫片。
下面结合说明书附图本发明的技术方案作进一步的阐述，使本领域的技术人员更 好的理解本发明，其中 图1为本发明硬度计测量单元优选实施例使用状态的主视结构示意图。
图2为相应于图1的俯视结构示意图。
图3为相应于图1的右视结构示意图。
图4为相应于图1的左视结构示意图。
图5. 1-5. 3为测量过程状态图。 图中1保护套 2压头座 3锁紧螺钉 4保护套螺母
5限位开关触头
9限位开关座
6螺钉 10主轴 14螺钉 18薄钢板
7导向螺母 ll负荷传感器 15光栅尺架 19保护套座 23压头
8薄螺母 12螺母 13光栅尺
17机架
21螺钉
22锁紧螺钉
16光栅尺挡板 20调节螺钉 24限位开关 25螺钉 26螺钉 27试件 28升降台
具体实施例方式
参照说明书附图l，其示出了基于本发明技术方案的一种硬度计测量单元的使用 状态，该硬度计测量单元包括 负荷传感器ll，安装于硬度计的主轴与压头座2之间； 测量机构，用于压头23作用于试件27所形成压痕深度的测量； 保护套1，与压头同轴地设置以对压头在非工作状态下形成保护，并通过与该保护
套轴孔滑动配合的空心的保护套螺母安装在机架17下端，使保护套螺母的上端面对该保
护套上端设置的凸环形成支撑，对保护套形成径向和向下运动的限位； 其中所述测量机构包括竖直设置的光栅尺13和使该光栅尺与所述压头座跟随运 动的光栅尺架15，所述光栅尺下部设置的触头与光栅尺架轴孔配合而形成对光栅尺径向和 向下运动的限位，且所述触头与所述保护套配合跟随保护套运动。 所说的光栅尺架的结构因直线跟随运动对结构的要求不高，只要其具有一定的刚 性，采用固定连接就可以。当然，考虑到光栅尺要与主轴平行设置，那么光栅尺架需要以折 线尺架的方式引出，即便如此，由于加载过程硬度计的运动很平缓，光栅尺架的在加载过程 中不会产生形变。 基于所述保护套螺母的作用，本领域的技术人员还可以采用其他的替代方式，比
如设置一个具有作用的轴套，轴套固定在机架上。这些都是基于本方案容易想到的，因此，
类似于这种等同替代方式和明显变形方式也应当落入本发明的保护范围之内。 为了更好的调整光栅尺架的初始状态，所述保护套与所述触头配合的部位为一端
顶持在所述触头顶部的调节螺钉20，用于在非测量状态下对所述光栅尺的调零。 为了控制光栅尺的运动范围，该硬度计测量单元还包括设置在机架上的对所述触
头导向的光栅尺挡板16，也防止触头弹出来。 为了对机架提供保护，还包括用于设定所述保护套向上运行极限的限位开关24，
由于保护套的运动反映了机架的变形，因此，该手段可以对机架进行有效保护。 为了便于所述限位开关的控制，其触头与在所述保护套轴向设置的锁紧螺钉3相应。 为了便于检修，所述保护套包括下端的锥台部，该部位开有过其轴线并延至其底 部的贯穿侧面的缝，用于提供压头的锁紧螺钉22装配的活动空间。自然，据此还可以对所 述调节螺钉进行调整。 为了便于检修，所述保护套螺母通过与其螺纹配合的保护套座19固装于机架上。 本方案中各构件间的连接多是可拆连接，可以方便的进行检修和调试。 为了提高连接的可靠性，所述保护套座与机架配合的面设有凸台，所述机架则相应设有沉孔，且配合端面间设有调整垫片18。
权利要求
一种硬度计测量单元，包括负荷传感器(11)，安装于硬度计的主轴与压头座(2)之间；测量机构，用于压头(23)作用于试件(27)所形成压痕深度的测量；其特征在于其还包括保护套(1)，与压头同轴地设置以对压头在非工作状态下形成保护，并通过与该保护套轴孔滑动配合的空心的保护套螺母安装在机架(17)下端，使保护套螺母的上端面对该保护套上端设置的凸环形成支撑，对保护套形成径向和向下运动的限位；其中所述测量机构包括竖直设置的光栅尺(13)和使该光栅尺与所述压头座跟随运动的光栅尺架(15)，所述光栅尺下部设置的触头与光栅尺架轴孔配合而形成对光栅尺径向和向下运动的限位，且所述触头与所述保护套配合跟随保护套运动。
2. 根据权利要求1所述的硬度计测量单元，其特征在于所述保护套与所述触头配合的部位为一端顶持在所述触头顶部的调节螺钉(20)，用于在非测量状态下对所述光栅尺的调零。
3. 根据权利要求2所述的硬度计测量单元，其特征在于还包括设置在机架上的对所述触头导向的光栅尺挡板(16)。
4. 根据权利要求3所述的硬度计测量单元，其特征在于还包括用于设定所述保护套向上运行极限的限位开关(24)。
5. 根据权利要求4所述的硬度计测量单元，其特征在于所述限位开关的触头与在所述保护套轴向设置的锁紧螺钉(3)相应。
6. 根据权利要求1至5任一所述的硬度计测量单元，其特征在于所述保护套包括下端的锥台部，该部位开有过其轴线并延至其底部的贯穿侧面的缝，用于提供压头的锁紧螺钉(22)装配的活动空间。
7. 根据权利要求6所述的硬度计测量单元，其特征在于所述保护套螺母通过与其螺纹配合的保护套座(19)固装于机架上。
8. 根据权利要求7所述的硬度计测量单元，其特征在于所述保护套座与机架配合的面设有凸台，所述机架则相应设有沉孔，且配合端面间设有调整垫片(18)。
全文摘要
本发明公开了一种硬度计测量单元，其包括负荷传感器；测量机构；保护套；其中所述测量机构包括竖直设置的光栅尺和使该光栅尺与所述压头座跟随运动的光栅尺架，所述光栅尺下部设置的触头与光栅尺架轴孔配合而形成对光栅尺径向和向下运动的限位，且所述触头与所述保护套配合跟随保护套运动。基于本发明技术方案的硬度计测量单元可以最大限度地消除硬度计自身结构变形所带来的测量误差的硬度计测量单元，且其结构紧凑，制造成本低。
文档编号G01N3/42GK101710050SQ200910223150
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月14日 优先权日2009年11月14日
发明者孙善烨, 徐会正, 王健, 王金阳 申请人:济南试金集团有限公司