一种采用2个高精度力传感器的标准硬度的制造方法
【专利摘要】一种采用2个高精度测力传感器的标准硬度机，包括底台、立柱、上横梁、中横梁、压头座、压头和工作台，在所述上横梁上安装有加力装置，其特征在于，在所述中横梁下面安装有由弹簧座、弹簧、支撑杆导向套、支撑杆和下横梁组成的限力机构，在支撑杆导向套与下横梁之间有第一间隙，在所述弹簧座与下横梁之间安装低量程力传感器，有益效果是，可以保证在一台标准硬度机上实现全量程范围内的高精度测量，提高了硬度机工作的长期可靠性和使用寿命，并降低了制造成本，便于推广应用。
【专利说明】一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于硬度检测【技术领域】，特别涉及一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机。
【背景技术】
[0002]现有的电加荷高精度硬度计只采用一个力传感器。硬度检测标准要求的加力范围比较宽，例如，维氏硬度要求从IKg到lOOKg，洛氏硬度要求从3Kg到150Kg，布氏硬度要求从187.5Kg到3000Kg。对于高精度的标准硬度机要在这样一个宽范围内保证试验力测量的高精度，用一个力传感器是很难做到的，原因是力传感器的测量精度是按照满量程的百分t匕(FS%)给出的。应用于硬度值量值传递的标准硬度机是一种对测力精度要求更高的硬度计，标准硬度机要求在全量程范围内具有统一的高精度，例如布氏硬度标准机要求在全量程范围内都具有0.1%的加力精度(GB/T231.3)，采用单独一个力传感器在量程的低端就很难达到规定的加力精度。为了达到这样一个在较宽量程范围内高精度测量的要求，需要特别定制极昂贵的特殊传感器来实现，由于价格昂贵，很难推广应用。在现有技术中，面对这样的问题，通常是通过缩小测量范围，用两台不同量程的高精度硬度计来代替一台宽量程硬度标准机。
[0003]申请号为2013202810381的实用新型公开了一种龙门式布氏硬度测试装置，该装置采用一个力传感器，并在压头总成的上端设置一个缓冲机构，所述压头总成包括硬度计主轴、压头，与硬度计主轴相连接的力传感器以及安装在力传感器上端的缓冲体，该装置希望通过缓冲机构有效地控制压力，实际上，缓冲机构的作用只是对施加试验力的速度进行控制，避免产生冲击，并不能控制试验力的大小。
[0004]申请号为90226136的实用新型公开了一种双量程力传感器，该双量程力传感器用于火箭发动机推力地面静止实验以及电子秤。该双量程力传感器将大小两个量程的弹性体串连形成整体结构，小量程弹性体与底座之间有间隙，能满足大推力与小推力分别测量的要求，从而能够满足在较宽的量程范围内实现较高的测量精度。但是，实际上，在这样一个力传感器的高低两个量程上同时实现高精度测量是很难的，这样的力传感器需要特别定制，并且价格昂贵，很难实现工业化生产。尤其是将大小两个量程的弹性体串连构成一个整体，相对于单量程的力传感器在制造、补偿和校正方面都增加了难度，也难以实现高精度，所以，该专利所涉及的双量程力传感器的测量精度只能达到0.1%。满足不了 0.1%加力精度的设计要求，因为要满足0.1%的加力精度，加力系统中力传感器的测量精度就要高出一个级别，至少要达到0.03%。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的问题是，克服现有技术的不足之处，提供一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，即通过在一台标准硬度机的测量主轴轴线上连接2个高精度力传感器，在高低两个量程上同时实现高精度测量，并降低制造成本，便于标准硬度机的工业化生产和推广应用。
[0006]本实用新型采用的技术方案包括底台、立柱、上横梁、中横梁、压头座、压头和工作台，在所述上横梁上安装有加力装置，在所述中横梁下面安装有由弹簧座、弹簧、支撑杆导向套、支撑杆和下横梁组成的限力机构，在支撑杆导向套与下横梁之间有第一间隙，在所述弹簧座与下横梁之间安装低量程力传感器，在所述底台与工作台之间安装一个高量程力传感器。
[0007]本实用新型采用的技术方案包括底台、立柱、上横梁、中横梁、压头座、压头和工作台，在所述上横梁上安装有加力装置，在所述中横梁下面安装有由弹簧座、弹簧、支撑杆导向套、支撑杆和下横梁组成的限力机构，在支撑杆导向套与下横梁之间有第一间隙，在所述弹簧座与下横梁之间安装一个低量程力传感器，在所述压头与下横梁之间之间安装一个高量程力传感器。
[0008]所述中横梁为一个结构件，包括一个箱体，在箱体的顶板上有一个丝母座，在箱体的底板或顶板上加工有支撑杆安装孔，在箱体的底板中心处加工弹簧座安装盲孔。
[0009]在所述弹簧座安装盲孔中固定安装有弹簧座导向套。
[0010]在所述丝母座方设有一个储油池。
[0011]在所述储油池上高于液面的位置上设有排气孔和溢油孔。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0013](I)硬度计的测量精度在很大程度上取决于试验力的加力精度，试验力的加力精度又主要取决于力传感器的测量精度，而每个力传感器都有一个适用的测量范围，测量范围越宽，在测量范围的低端测量精度就会越低，因为力传感器的测量精度是按照满量程的百分比(FS%)给出的。本实用新型采用2个高低不同量程的力传感器，其中一个力传感器用于测量量程的较低部分，另一个力传感器用于测量量程的较高部分，对于每一个力传感器而言，缩小了测量范围，保证了高精度，从而可以保证在一台标准硬度机上实现全量程范围内的高精度测量，与使用一个双量程力传感器相比，可以实现更高的测量精度，测量精度可以达到0.03%，从而满足硬度试验标准(GB/T231.3)中关于标准硬度机的加力精度要达到0.1%的设计要求。另外，由于采用2个单量程的力传感器，不需要特别定制，降低了机器的制造成本，便于实现工业化生产和推广应用。
[0014](2)在硬度计上，力传感器是需要安装到测量主轴的轴线系统之中的，这样，试验力会精确地通过力传感器传递到测量压头上，而在一个测量主轴系统中，如果连接2个不同量程的力传感器，当施加较大试验力时，低量程的力传感器就会因过载而损坏。本实用新型由于采用由弹簧、弹簧座、支撑杆导向套、支撑杆和下横梁组成的限力机构，使低量程力传感器只承受其量程范围内的试验力，高于其量程范围的试验力是通过支撑杆导向套、下横梁及压头座传递到压头上的；而高量程力传感器只负责测量低量程力传感器量程以上的试验力，这样就实现了较小的试验力用低量程力传感器测量，较大的试验力用高量程力传感器测量，从而实现了全量程范围内的高精度测量。
[0015](3)本实用新型在中横梁上设有储油池，在每次测量过程中，都会通过丝杠将储油池内的润滑油带到丝母中，起到自润滑作用，保证了硬度机工作的长期可靠性和使用寿命O
[0016](4)本实用新型在弹簧座安装盲孔中固定安装有弹簧座导向套，可以对弹簧座起导向作用；同时在支撑杆安装孔下面对应安装支撑杆导向套，在支撑杆导向套中安装支撑杆，可以对支撑杆起导向作用，由于同时采用弹簧座导向套和支撑杆导向套两个导向系统，从而保证了限力机构只能沿着测量主轴的轴线方向移动，确保了测量精度与整机工作的稳定性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型【具体实施方式】I的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型【具体实施方式】2的结构示意图；
[0019]图3是本实用新型限力机构局部放大图；
[0020]图4上本实用新型的中横梁主视剖面图；
[0021]图5是图4的俯视图。
[0022]图中:
[0023]1.底台，2.高量程力传感器，3.下横梁，
[0024]4.立柱，5.导轨，6.滑块，
[0025]7.中横梁，
[0026]7-1.箱体，7-2.方孔，7-3.定位台阶，
[0027]7-4.排气孔，7-5.溢油孔，7_6.放油孔，
[0028]7-7.弹簧座安装盲孔，7-8.支撑杆安装孔，
[0029]7-9.储油池，7-10.滑块安装孔，7-11丝母座，
[0030]8.上横梁，9.伺服电机，10.减速机，
[0031]11.联轴器，12.丝杠，13.丝母，
[0032]14.弹簧，15.弹簧座导向套，16.弹簧座，
[0033]17.低量程力传感器，18.支撑杆导向套，
[0034]19.支撑杆，20，下紧固螺母，21.压头座，
[0035]22.压头，23.硬度块，24.工作台，
[0036]25.高量程力传感器安装座，26.第二间隙，
[0037]27.第一间隙，28.传感器接头，29.上紧固螺母。
【具体实施方式】
[0038]【具体实施方式】I
[0039]如图1、图3、图4和图5所示，本实用新型有一个由底台1、左右2个立柱4和上横梁8组成的门架，在所述上横梁8上安装有由伺服电机9、减速机10、联轴器11、丝杠12和丝母13组成的加力装置，其中，减速机10安装在上横梁8上，减速机10的上方安装伺服电机9，减速机10的下方通过联轴器11连接丝杠12，丝杠12与丝母13连接，在门架左右2个立柱4的内侧分别安装有导轨5，导轨5上安装有滑块6，滑块6与中横梁7相连接；所述中横梁7为一个焊接结构件或铸造结构件，中横梁7有一个6面箱体7-1，在箱体7-1的顶板上有一个丝母座7-11，在丝母座7-11下方设有一个储油池7-9，在储油池7-9上高于液面的位置上设有排气孔7-4和溢油孔7-5，具体可在箱体7-1的顶板上或丝母座7-11的侧壁上设有排气孔7-4和溢油孔7-5，在储油池7-9的底部设有放油孔7-6，所述箱体7_1的顶板左右两侧加工有方孔7-2，便于安装支撑杆19上端的上紧固螺母29，在箱体7-1的左侧板和右侧板上分别加工有滑块安装孔7-10和定位台阶7-3，在箱体7-1的底板左右两侧加工有支撑杆安装孔7-8，在箱体7-1的底板下表面中心处设有一个弹簧座安装盲孔7-7，箱体7-1通过左右两侧的滑块安装孔7-10与滑块6连接，并通过定位台阶7-3定位，在丝母座7-11的上表面安装丝母13，丝母13内安装丝杠12，在弹簧座安装盲孔7-7中安装弹簧座16，在弹簧座安装盲孔7-7中还固定安装有弹簧座导向套15，以对弹簧座16起导向作用，在弹簧座16中安装弹簧14，在弹簧座16与中横梁7之间有第二间隙26，在左右2个支撑杆安装孔7-8下面对应安装支撑杆导向套18，在支撑杆导向套18中安装支撑杆19，在2个支撑杆19的下端安装下横梁3并通过支撑杆下端的下紧固螺母20固定，在支撑杆导向套18与下横梁3之间有第一间隙27，弹簧座16的下端有一个中心螺杆，该中心螺杆与低量程力传感器17连接，在下横梁3的中心孔安装有压头座21，压头座21下端安装压头22，压头座21上端与低量程力传感器17相连接，即在弹簧座16与下横梁3之间安装低量程力传感器17，在底台I的上表面与压头22同轴的位置上通过高量程力传感器安装座25安装高量程力传感器2，在高量程力传感器2的上端安装有工作台24，即在所述底台I与工作台24之间安装一个高量程力传感器2。
[0040]工作时，先在工作台24上放置待测标准硬度块23，伺服电机9在微机控制下开始工作，通过减速机10和联轴器11带动丝杠12旋转，丝母13在丝杠12的作用下推动中横梁7通过滑块6沿导轨5向下移动，当压头22接触到待测标准硬度块23后，施加到压头22上的试验力逐渐增加，这个试验力通过压头座21、低量程力传感器17、及弹簧座16使弹簧14受到压缩，此时，下横梁3和支撑杆19被压头座21推动同步向上移动，下横梁3与支撑杆导向套18之间的第一间隙27逐渐缩小，弹簧座16与中横梁7之间的第二间隙26也随之缩小，在这个过程中，压头22所受到的试验力全部通过低量程力传感器17，低量程力传感器17向测量系统传送试验力信号。当试验力值超过低量程力传感器17的满量程值时，下横梁3与支撑杆导向套18接触，其间的第一间隙27消失，弹簧座16与中横梁7之间的第二间隙26仍然存在，继续加力时，通过低量程力传感器17的试验力不再增加，对低量程力传感器17起到了限力作用，从而保护低量程力传感器17不被损坏；此时，高于低量程力传感器17量程范围的试验力通过支撑杆导向套18传递到下横梁3及压头座21和压头22上，这样，就解决了低量程力传感器17的力值限制问题。在测量加力的过程中，全部试验力都会通过工作台24传递到高量程力传感器2上，当试验力大于低量程力传感器17的满量程值时，试验力由高量程力传感器2检测，测量信号传送给测量系统。
[0041]【具体实施方式】2
[0042]如图2、图3、图4和图5所示，与【具体实施方式】I相同，区别在于，工作台24直接安装在底台I上，将在所述底台I与工作台24之间安装高量程力传感器2变更为在所述压头22与下横梁3之间安装高量程力传感器2，为了实现这一具体技术方案，在下横梁3的中心孔安装一个传感器接头28，通过传感器接头28连接高量程力传感器2，在高量程力传感器2下端连接压头座21，压头座21下端安装压头22，即在压头22与下横梁3之间安装高量程力传感器2，可以实现与【具体实施方式】I同样的技术效果。
【权利要求】
1.一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，包括底台(I)、立柱(4)、上横梁(8)、中横梁(7)、压头座(21)、压头(22)和工作台(24)，在所述上横梁(8)上安装有加力装置，其特征在于，在所述中横梁(7)下面安装有由弹簧座(16)、弹簧(14)、支撑杆导向套(18)、支撑杆(19)和下横梁(3)组成的限力机构，在支撑杆导向套(18)与下横梁(3)之间有第一间隙(27)，在所述弹簧座(16)与下横梁(3)之间安装低量程力传感器(17)，在所述底台(I)与工作台(24)之间安装高量程力传感器(2)。
2.一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，包括底台(I)、立柱(4)、上横梁(8)、中横梁(7)、压头座(21)、压头(22)和工作台(24)，在所述上横梁(8)上安装有加力装置，其特征在于，在所述中横梁(7)下面安装有由弹簧座(16)、弹簧(14)、支撑杆导向套(18)、支撑杆(19)和下横梁(3)组成的限力机构，在支撑杆导向套(18)与下横梁(3)之间有第一间隙(27)，在所述弹簧座(16)与下横梁(3)之间安装低量程力传感器(17)，在所述压头(22)与下横梁(3)之间之间安装高量程力传感器(2)。
3.根据权利要求1或2所述一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，其特征在于，所述中横梁(7)为一个结构件，包括一个箱体(7-1)，在箱体(7-1)的顶板上有一个丝母座(7-11)，在箱体(7-1)的底板或顶板上加工有支撑杆安装孔(7-8)，在箱体(7-1)的底板中心处加工弹簧座安装盲孔(7-7 )。
4.根据权利要求3所述一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，其特征在于，在所述弹簧座安装盲孔(7-7)中固定安装有弹簧座导向套(15)。
5.根据权利要求3所述一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，其特征在于，在所述丝母座(7-11)下方设有一个储油池(7-9)。
6.根据权利要求5所述一种采用2个高精度力传感器的标准硬度机，其特征在于，在所述储油池(7-9)上高于液面的位置上设有排气孔(7-4)和溢油孔(7-5)。
【文档编号】G01N3/42GK203929546SQ201420324083
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】张凤林, 赵凤营, 刘丽萍, 王作元 申请人:沈阳天星试验仪器有限公司