专利名称：里氏硬度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种硬度测量装置，特别是一种测量试件里氏硬度的装置，属于精密测量技术领域。
背景技术：
里氏硬度测量方法，是二十世纪七十年代末由瑞士D.LEEB博士发明，是以能量测量原理为基础的动态硬度试验方法，其试验原理的基础是使一个保持恒定能量(D型11N·mm，G型90N·mm)的冲击体冲击到静止的材料试件上，再回弹起来，测量回弹时尚存在于试样中的能量(残余能量)，该残余能量即表示里氏硬度的大小。里氏硬度值的定义为 式中HL-里氏硬度值v反-反弹速度v冲-冲击速度用该试验原理研制并大量生产的便携式里氏硬度计小巧、精致，迅速在国内、外得到广泛的推广和应用。
便携式里氏硬度计由冲击仪和电子显示器组成，结构见
图1，冲击仪由带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体能量施加装置、释放夹持机构、控制装置、测速装置等组成。冲击体能量施加装置由一承载筒和安装在承载筒内的冲击弹簧构成，释放夹持机构和控制装置由一夹钳和控制夹钳动作的开关组成，测速装置采用电磁探测器，它由安装在冲击体中的永久磁铁和固定在导向筒前部的线圈构成。其工作过程是先将导向筒推入承载筒，然后慢慢松开，这时冲击体被夹钳夹住，并将冲击弹簧压缩，按动释放开关，夹钳就放开冲击体，冲击体由于弹簧作用弹射到试件表面，电磁探测器测量距试样表面一毫米位置处的冲击速度和反弹速度，并按公式计算出里氏硬度值。由于冲击弹簧、永久磁铁及电磁线圈均在准确性和长期稳定性方面存在缺陷，不能保持稳定的测量精度。
发明内容
为了克服现在的硬度计的长期稳定性差、测量精度低的不足，本实用新型的目的是提供了一种里氏硬度测量装置，其测量精度高，长期稳定性好。
本实用新型的里氏硬度测量装置，包括底座、放置在底座上的工作台、带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体升降释放夹持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，其特点是冲击体能量的获得放弃冲击弹簧，而完全采用地球引力即重力的方式，这样，只要冲击体释放前的位置不变，其能量也是不变的。为了提高速度测量的准确性和稳定行，测速装置采用激光多普勒测速系统。
为了测量硬度的方便、准确，控制装置采用电控系统，它主要由可编程控制器、驱动器和光电管等组成，通过该电控系统完成冲击体的夹持、释放、上升、下降、位置判断，冲头选择等功能，且具有手动及自动两种实现方式；数据采集处理装置采用由数字存储示波器构成的数字采集系统和主要由微机构成的数据处理系统，数字采集系统和数据处理系统之间通过488接口连接。这样计算机通过488接口实现对示波器采集的原始多普勒信号快速、准确、有效的传输，并根据得到的原始多普勒信号，通过低通滤波、相位计算、速度计算等最终得到里氏硬度值。
激光多普勒测速系统主要由激光器、分光镜、接收器等组成，并使用布拉格盒实现速度方向判别，用于跟踪测量冲击体在下落及回弹过程中的速度。更加提高了速度测量的准确，也就是硬度测量的准确度得到进一步提高。
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。
图1是便携式里氏硬度计结构图图2是本实用新型的结构框图图3是本实用新型的结构示意图图3中，1.底座，2.工作台，3.试样，4.导向筒，5.冲击体，6.释放夹持机构，7.升降导轨，8.激光测速装置，9.丝杆，10.升降手轮，11.电控系统，12.计算机，13.数采系统，14.激光测速装置。
具体实施方式
本实用新型是集光、机、电系统于一体的自动化程度很高的装置，由主机、冲击体、电控系统、激光多普勒测速系统、数采系统、数据处理系统等组成。结构框图见图2。
主机由底座(1)、工作台(2)、导向筒(4)、冲击体(5)、冲击体释放夹持机构(6)、升降导轨(7)、丝杆(9)和升降手轮(10)等组成。其底座重达400公斤，牢固、稳定，满足里氏硬度动态测试的要求。升降机构和夹持机构用于释放D型冲击体和G型冲击体，进行里氏硬度HLD和HLG标尺的检定。冲击体(5)的质量D型为5.5g±0.05g，G型为20g±0.05g，顶部设计有台阶，便于夹持机构(6)夹持托起，使冲击体(5)释放前充分保持自由状态。冲击体的球头按试验方法使用直径3mm和5mm的碳化钨球头。
电控系统(11)主要由可编程控制器、驱动器和光电管等组成。完成冲击体的夹持、释放、上升、下降；位置判断，冲头选择等功能，具有手动及自动两种实现方式。
激光测速装置(8)(14)主要由激光器、分光镜、接收器等组成，并使用布拉格盒实现速度方向判别，激光测速装置(8)和(14)之间用电线连接，用于跟踪测量冲击体在下落及回弹过程中的速度。采用激光多普勒测速装置测量冲击体接触试样及离开试样1mm位置处的冲击速度及反弹速度，它具有以下特点非接触测量；空间分辨率高；动态响应快，以光速传播惯性极小；测量精度高；测量量程大；测量速度方向的灵敏性好；本装置使用了布拉格盒，可进行速度方向的判别。
数采系统(13)采用数字存储示波器，采样率可达1G/s/4CH。计算机(12)通过488接口实现对示波器采集的原始多普勒信号快速、准确、有效的传输，并根据得到的原始多普勒信号，通过低通滤波、相位计算、速度计算等最终得到里氏硬度值。
下面介绍一下本实用新型的测量过程预热工作前，分别打开计算机(12)、数采系统(13)和激光测速系统(8)的电源开关，并预热30分钟。
手动模式1)运行计算机软件，并输入相关信息；2)在电控系统(11)的控制面板上选择手动模式；3)在电控系统(11)的控制面板上选择相应的标尺按钮(D型或G型)；4)打开电控系统开关按钮；5)将选好的冲击体(5)放入导向筒(4)内下端，按控制系统(11)面板上的夹紧按钮，此时夹紧释放机构(6)将自动将冲击体(5)夹住托起；6)按上升按钮，夹紧释放机构(6)将带动冲击体(5)在导向筒(4)内自动上升，直到工作位置；7)点击计算机软件界面上的“零线检测”按钮，检测测速系统零线；8)点击计算机软件界面上的“采样”按钮，开始采样；9)按释放按钮，夹紧释放机构(6)将松开冲击体(5)，冲击体(5)会自由下落，冲击到试样(3)的试面上并反弹；10)点击软件界面上的“开始计算”按钮，自动计算冲击体速度及被测试样硬度值；11)重复上述操作，进行多次测量，得到最终被测试样的平均值及不均匀性。
自动模式1)运行计算机软件，并输入相关信息；2)在电控系统(11)的控制面板上选择自动模式；3)在电控系统(11)的控制面板上选择相应的标尺按钮(D型或G型)；
4)将选好的冲击体(5)放入导向筒(4)内下端，按控制系统(11)面板上的开关按钮，此时夹紧释放机构(6)将自动将冲击体(5)夹住托起并带动冲击体(5)在导向筒(4)内自动上升，直到工作位置；5)点击计算机软件界面上的“零线检测”按钮，检测测速系统零线；6)点击计算机软件界面上的“采样”按钮，开始采样；7)在电控系统(11)的控制面板上按“测试”按钮，夹紧释放机构(6)将松开冲击体(5)，冲击体5会自由下落，冲击到试样(3)的试面上并反弹，此时夹紧释放机构会自动下降，再一次夹持冲击体(5)到工作位置准备下一次释放。；8)点击软件界面上的“开始计算”按钮，自动计算冲击体速度及被测试样硬度值；9)重复上述操作，进行多次测量，得到最终被测试样的平均值及不均匀性。
本装置具有如下优点1.该装置冲击体采用自由落体释放方式，能量控制准确，重复性好。
2.该装置采用激光多普勒测速原理实现冲击、反弹速度跟踪测量，实时性高，数据准确；3.利用上述两方法首次应用于硬度测量领域，前所未有。
4.该装置精度高，可作为基准装置，解决了里氏硬度的直接量传问题。
5.该方法溯源到波长及时间等基本量纲。
6.该装置全部操作过程由计算机控制，自动实现冲击体夹持等动作及信号采集和数据处理，能自动打印检定结果及证书，操作方便；7.该装置单检定点操作试验过程仅为20秒，工作效率极高。
8.该装置软件采用可视化设计，工作界面简洁、单一、友好。
本实用新型可应用于里氏硬度D型和G型里氏硬度块的测试，测量范围为(200～900)HLD/HLG。
权利要求1.里氏硬度测量装置，包括底座、放置在底座上的工作台、带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体升降释放夹持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，其特征在于冲击体能量获得完全采用地球引力即重力，测速装置采用激光多普勒测速系统。
2.根据权利要求1所述的里氏硬度测速装置，其特征是所述的激光多普勒测速系统中采用了布拉格盒，从而实现冲击体速度方向的判别。
专利摘要本实用新型涉及一种里氏硬度测量装置，它包括底座、放置在底座上的工作台、带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体升降释放夹持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，冲击体能量施加装置完全采用地球引力即重力，测速装置采用激光多普勒测速系统。本实用新型可应用于里氏硬度D型和G型里氏硬度块的测试。它具有长期稳定性好、测量精度高、快速、简便特点。
文档编号G01N3/48GK2750312SQ20032012964
公开日2006年1月4日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者石伟, 王中华, 徐 明, 张宏运, 李新良, 宗惠才 申请人:中国航空工业第一集团公司第三○四研究所