组合式硬度测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料硬度检测装置，尤其涉及一种组合式硬度测量仪。
【背景技术】
[0002]众所周知，为了保证产品的质量，工厂和试验室都要对金属产品的硬度进行测试和分析，以控制产品的硬度使其适合产品的质量要求。为此NIST (Nat1nal Institute ofStandards and Technology)和 ASTM(American Society for Testing and Materials)都规定了金属材料的硬度标准、硬度的载体的传递标准以及硬度测试的试验仪器标准。
[0003]以传统的洛氏硬度测量仪为例，它包括一个框架，在框架上装有压头和千分表，框架内装有砝码，通过杠杆将砝码的力传递给压头，该压头对被测工件进行压迫，然后千分表测量压痕的深度，求出被测工件的硬度。这种硬度测量仪仅能进行垂直测量，并且，在机械传递的过程，由于存在摩擦力不能准确地把力传递到压头，所以硬度计的精度较差。例如，洛氏测量仪要求150千克力，对实验室仪器来说，150千克力的称重太重了，因此设计者使用15千克力通过杠杆来为测量仪提供150千克力的称重。随着时间的推移，这些机械部件会发生摩擦和磨损，最终产生的力值将是不准确的。
[0004]压痕硬度测量仪是通过测量压头压入测量样品的深度或位移来确定被测样品的硬度。在现有的压痕硬度测量仪中都有可在实际位移和实测位移之间做相对移动的位移传递机械部件。如此，这些机械的相对移动导致在位移测量点和测量样品之间发生了摩擦和位移误差，由此导致硬度测量的重复性和准确性被破坏。
[0005]随着时间的推移，这些称重式硬度测量仪，由于它们的机械型不精密性导致现代的反馈控制闭环系统的使用，该系统包括一个作为测量手段的一部分的称重传感器以用于测量被施加于被测工件上的力的大小。
[0006]美国专利4435976描述了一种用称重传感器测量和调整施力大小的布氏硬度仪，该专利采用了一种反馈回路用于自动补偿诸如温度等因素对测量精度的影响。
[0007]另外一种例子是美国专利6142010，该专利介绍了一个用称重传感器测量施力的控制闭环系统在洛氏测量仪中的使用。
[0008]另外一个例子是美国专利6247356，该专利介绍了一个用称重传感器测量施力的控制闭环系统在显微硬度测量仪中的使用。
[0009]另外一个例子是美国专利8132447,该专利介绍了一种通用测量仪,采用一个框架上可以选择不同的测量装置进行硬度和力的测量。
[0010]以上的的硬度测量仪都是采用垂直测量结构，仅能用于试验室，不适合生产环境，对于形状复杂的工件无能为力。
[0011]另外一个例子是美国专利7066013，该专利介绍了一种便携式硬度测量仪。在实施这个专利时，由于传感器的分布位置不正确和手动驱动的方式，产生非线性的测量结果，并测量精度较差。
【发明内容】
[0012]有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种允许使用者利用多种类型的硬度试验来检测和得到高度精确的材料硬度的组合式硬度测量仪。这种硬度测量仪是一种适用于工厂车间使用的硬度测量仪。该测量仪可以放置在任何环境，任何位置，该测量仪可以在任何方向对各种形状的工件进行硬度测量，并且具有高的工作效率，降低测试成本。
[0013]本发明的另一目的是提供一种操作简便、高度精确的并能够自动进行测量操作的硬度测量仪。
[0014]本发明的另一目的是提供一种结构简单、造价低廉、维护方便的硬度测量仪。
[0015]为达到上述目的，本发明提出了一种组合式硬度测量仪，包括一测量主体和一组不同的框架，该测量主体具有一个空腔和一个定位槽，其中，定位槽用于安装用户根据被测工件所选择的相对应的框架；在所述空腔内收装有测头，该测头包括位移测量套、置于该位移测量套上方的测力传感器、位于该测力传感器上方的传动板，在测力传感器的端面上设有供传动销穿过的通孔，该传动销的一端与位移测量套接触，其另一端穿过通孔与传动板接触；在空腔内还收装有电机、与该电机连接的减速器、由该减速器减速并驱动安装在轴承座上的螺杆，该螺杆与测头连接并驱动其移动。
[0016]采用上述结构，由于组合式硬度测量仪包括一个硬度测量主体和多种框架部分，使用户可根据被测工件来选择对应的框架，并同硬度测量主体组装成特定的硬度测量仪，可以对形状复杂的被测工件进行硬度测量，提高了组合式硬度测量仪的适用范围，极大地满足了用户测试的要求。
[0017]优选的，测量主体的空腔与定位槽相互垂直，定位槽用于安装不同的框架，在空腔内固定有电机、与该电机连接的减速器、由该减速器减速并驱动的螺杆，由安装在测头后部的螺母将螺杆的旋转运动转换成直线运动。
[0018]优选的，减速器是行星式减速器，电机与该减速器连接，由减速器减速并驱动螺杆。
[0019]优选的，测量主体的测头包括测头壳体、测力传感器、位移传感器、螺母、位移测量套、导套和压头。
[0020]优选的，在测量主体内设有采用电池供电的电子系统，由于该电子系统采用电池供电，方便用户携带和使用。
[0021]优选的，测量仪的测量主体还包括装有电子系统的控制电路箱，该电子系统包括移动控制和驱动系统、数据处理系统、数据显示系统和数字通信系统，其中，移动控制和驱动系统是一种闭环的数字自动控制系统，它根据测力传感器的测量使测头上的压头对被测工件施压以及使主轴前进和后退；数据处理系统根据位移传感器对压头所产生的压痕进行测量并计算和分析以求出测试的硬度；显示系统显示所测的结果；通信系统通过有线或者无线把数据送往计算机。
[0022]优选的，所述测力传感器是圆盘式电阻型传感器。
[0023]优选的，所述测力传感器的端面以120度的夹角分布有三个通孔，在每个通孔内设有可相对其作轴向移动的传动销，该传动销的一端与位移测量套接触，其另一端与传动板接触。
[0024]优选的，位移传感器是电容型传感器、光栅型传感器或线性差动可变变压器式位移传感器，位移传感器可直接测量压头在被测工件表面所形成的压痕深度。
[0025]采用这种结构，由于位移传感器可直接测量压头与被测工件表面的位移，这就减少了位移传递过程中所导致的位移误差，有利于保证测试精度。
[0026]优选的，在导套内沿其轴向设有一内孔，位移测量套装在该内孔中，在导套内装有一个垂直于其轴向设置并顶丝头部可伸入内孔内的顶丝；在位移测量套外圆周表面上沿其周向形成一个环形槽，在位移测量套的后端部有一个与该环形槽贯通的缺口，顶丝头部仅能经过该缺口进入环形槽，旋转一定的角度，位移测量套可锁在导套内；环形槽的宽度大于顶丝头部的宽度，使位移测量套可进行小距离的轴向移动。
[0027]优选的，位移测量套具有一空腔，压头收装在该空腔内，在该压头的前端形成第一台阶；在位移测量套的空腔内形成第二台阶，压头在位移测量套内作轴向移动时，第一台阶抵接在第二台阶上避免压头从位移测量套脱出；在压头的后端形成一台阶来安装第一弹簧，该第一弹簧使压头的前端在常态下从位移测量套中突出。
[0028]优选的，位移传感器包括传动板、置于该传动板上并与其接触的传感器轴和一对圆形钢片，这一对圆形钢片的外缘通过螺母被固定在位移传感器的空腔内壁，它们的芯部通过自身带有的孔被固定在传感器轴上，通过被固定于传感器空腔内缘的一对圆形钢片和其上的孔洞结构限定传感器轴仅作轴向移动，传感器轴的一端与传动板接触，其另一端与弹簧座接触。
[0029]优选的,位移传感器还包括两个被固定在其空腔内的固定电极和一个固定在传感器轴上的活动电极，当传感器轴作轴向移动时，该活动电极可在两个固定电极之间移动，由上述固定电极和活动电极形成两个电容，这两个电容的值随传感器轴的位置移动而变化，并这两个电容之间的差值与传感器轴在轴向上的位移成一定比例，又与压头在被测工件的压痕的深度成正比。
[0030]优选的，位移传感器还包括一位于其空腔内、可将电容信号转化为放大的模拟信号的电容调制电路板。
[0031]优选的，在测头的测头壳体的后端装有螺母，在该螺母内设有一空腔，在该空腔内收装有一第二弹簧和一弹簧座，该弹簧座的后端与第二弹簧接触，其前端与传感器轴接触，第