專利名稱：自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及布氏硬度計(jì)，更詳細(xì)地講是自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè) 量單元。
二背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的布氏硬度計(jì)是將硬度計(jì)專用壓頭直接安裝在硬度計(jì)的主軸上，傳力 壓軸通過過渡彈簧將試驗(yàn)力傳遞到主軸上；主軸本身雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是需要 在硬度計(jì)的工作臺(tái)手輪上增設(shè)限力裝置，而實(shí)際操作更加麻煩。
對(duì)試件進(jìn)行一點(diǎn)的試驗(yàn)過程是(1)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)手輪，讓試件通過壓頭將 主軸頂起，消除主軸軸向間隙。(2)當(dāng)手輪與絲母發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)后，按動(dòng)試驗(yàn) 按鈕開始施加試驗(yàn)力。(3)當(dāng)保荷時(shí)間到達(dá)后，卸除試驗(yàn)力，在試件表面形成 了一個(gè)壓痕。(4)反向旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)手輪取走試件，通過光學(xué)測(cè)量裝置測(cè)得壓痕 直徑，査表獲得布氏硬度值， 一點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)束。
上述傳統(tǒng)的布氏硬度計(jì)存在的問題是(1)主軸機(jī)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，不能安裝 用于測(cè)量壓痕直徑的光學(xué)測(cè)量機(jī)構(gòu)，造成硬度計(jì)與光學(xué)測(cè)量機(jī)構(gòu)分置。(2)主 軸機(jī)構(gòu)必須通過過渡彈簧與傳力壓軸相連，主軸軸向留有間隙，要求硬度計(jì)的 工作臺(tái)手輪上必須設(shè)置限力機(jī)構(gòu)，由此可見主軸雖然簡(jiǎn)單了，但要求配套卻復(fù) 雜了。 (3)試驗(yàn)操作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)硬度計(jì)與精密光電測(cè)量系統(tǒng)一體化，能夠?qū)崿F(xiàn)壓頭與光學(xué)鏡頭之間的精確位置轉(zhuǎn)換，以及能夠完成電子加力和 壓痕的精確測(cè)量并直接計(jì)算出布氏硬度值的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè) 量單元，本發(fā)明能夠承受較大的試驗(yàn)力，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)力的閉環(huán)控制，操作簡(jiǎn)單， 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度 計(jì)主軸測(cè)量單元，包括稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)、自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)、主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、精密光 電測(cè)量系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；所述稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)包括上導(dǎo)向軸、稱重傳感器、上導(dǎo) 向軸固定帽和傳力支座以及設(shè)置在稱重傳感器上的消除稱重傳感器過零裝置； 該上導(dǎo)向軸的下端與稱重傳感器的上端螺孔形成螺紋連接并由上導(dǎo)向軸固定帽 緊固，該稱重傳感器的下端與傳力支座的上部形成固定連接；所述自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī) 構(gòu)包括下導(dǎo)向軸、轉(zhuǎn)塔、壓頭桿、壓頭、光電開關(guān)、轉(zhuǎn)塔定位器、轉(zhuǎn)塔定位塊 和轉(zhuǎn)塔齒輪以及轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；該下導(dǎo)向軸的上端與傳力支座的下部形成固定 連接，該下導(dǎo)向軸的內(nèi)腔中設(shè)有既能轉(zhuǎn)動(dòng)又能隨同主軸上下移動(dòng)的轉(zhuǎn)塔；所述 下導(dǎo)向軸的內(nèi)腔與下導(dǎo)向軸的導(dǎo)向外圓的中心是偏心的，其偏心距等于壓頭與 兩個(gè)光學(xué)鏡頭組成的同一個(gè)圓周直徑的一半；所述轉(zhuǎn)塔上設(shè)有一個(gè)裝有壓頭桿 的軸向內(nèi)孔以及兩個(gè)裝有兩個(gè)光學(xué)鏡頭的軸向內(nèi)孔，上述壓頭桿與壓頭形成固 定連接；上述壓頭與兩個(gè)光學(xué)鏡頭的旋轉(zhuǎn)中心位于同一個(gè)圓周上，上述圓周的 中心與轉(zhuǎn)塔的旋轉(zhuǎn)中心是同心的；上述壓頭與一個(gè)光學(xué)鏡頭之間的夾角等于壓 頭與另一個(gè)光學(xué)鏡頭之間的夾角；該轉(zhuǎn)塔的上端固裝有與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)中的驅(qū) 動(dòng)齒輪相嚙合的轉(zhuǎn)塔齒輪，該轉(zhuǎn)塔的下端固裝有光電開關(guān)以及與設(shè)置在下導(dǎo)向 軸下端的轉(zhuǎn)塔定位器相配合的轉(zhuǎn)塔定位塊；所述精密光電測(cè)量系統(tǒng)包括上述兩 個(gè)光學(xué)鏡頭以及設(shè)置在硬度計(jì)機(jī)架上的光電測(cè)微計(jì)。所述消除稱重傳感器過零裝置包括稱重傳感器、上導(dǎo)向軸、過零彈簧傳力 支座、螺釘、設(shè)置在稱重傳感器下端面上的傳力板、過零彈簧和過零彈簧座； 該稱重傳感器上設(shè)有中心軸向通孔，在上述中心軸向通孔中設(shè)置帶有環(huán)形外沿 的過零彈簧傳力支座，在過零彈簧傳力支座內(nèi)設(shè)置有套裝在螺釘上的過零彈簧 座和過零彈簧；上述螺釘?shù)哪┒伺c上導(dǎo)向軸的下端形成螺紋連接。
所述主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿的內(nèi)端與傳力支座形成螺紋連接， 該主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿的外端裝有軸承；當(dāng)主軸上下移動(dòng)時(shí)，上述軸承能夠在硬度 計(jì)機(jī)架上設(shè)有的豎直導(dǎo)向槽中上下移動(dòng)；上述設(shè)在硬度計(jì)機(jī)架上的豎直導(dǎo)向槽 的長(zhǎng)度要大于壓頭的最大位移量。
所述電控系統(tǒng)為設(shè)置在硬度計(jì)機(jī)架上的操控顯示面板，該操控顯示面板通 過導(dǎo)線與光電開關(guān)相連接。
所述光電開關(guān)有兩個(gè)，設(shè)置在光電開關(guān)板的周邊，該光電開關(guān)板固裝在轉(zhuǎn) 塔下端，上述兩個(gè)光電開關(guān)與轉(zhuǎn)塔的旋轉(zhuǎn)中心之間的夾角等于壓頭與任一個(gè)光 學(xué)鏡頭之間的夾角。
所述轉(zhuǎn)塔定位器包括設(shè)置在轉(zhuǎn)塔定位器座上的螺孔中的定位力調(diào)整螺釘、 定位力調(diào)整彈簧和球端定位碰頭；該定位力調(diào)整彈簧的一端套裝在定位力調(diào)整 螺釘上，其另一端與球端定位碰頭的內(nèi)端面相接觸；該球端定位碰頭的外端呈 球面形狀且能夠從轉(zhuǎn)塔定位器座上的螺孔中伸出；所述轉(zhuǎn)塔定位塊有三個(gè)且?guī)?有V型缺口，上述三個(gè)轉(zhuǎn)塔定位塊位于同一圓周上，且相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)塔定位塊 之間的夾角等于壓頭與任一個(gè)光學(xué)鏡頭之間的夾角；在彈簧力的作用下，球端 定位碰頭的外端能夠插入或者脫離轉(zhuǎn)塔定位塊上設(shè)有的V型缺口 。
所述轉(zhuǎn)塔齒輪的下端面與下導(dǎo)向軸的上端面之間設(shè)有套裝在轉(zhuǎn)塔外圓上的波型墊圈。
所述轉(zhuǎn)塔齒輪與驅(qū)動(dòng)齒輪的嚙合長(zhǎng)度大于主軸最大位移量的3倍。
所述上導(dǎo)向軸的頂端設(shè)置有呈倒扣盒形的試驗(yàn)力傳力墊塊；所述上導(dǎo)向軸 的外圓依次套裝有上導(dǎo)向架和上導(dǎo)向套，該上導(dǎo)向架上沿圓周均布有多個(gè)通孔， 在上述多個(gè)通孔中設(shè)置有多個(gè)小鋼球；所述下導(dǎo)向軸的外圓上依次套裝有下導(dǎo) 向架和固裝在硬度計(jì)機(jī)架上的下導(dǎo)向套；該下導(dǎo)向架上沿圓周均布有多個(gè)通孔， 并在上述多個(gè)通孔中設(shè)置有多個(gè)小鋼球。
所述上導(dǎo)向套的外圓上套裝有主軸上安裝座；所述上導(dǎo)向軸固定帽的外圓 套裝有主軸托起板，該主軸托起板通過位于主軸托起板三角頂點(diǎn)上的三個(gè)螺栓 和套裝在上述三個(gè)螺栓上的三個(gè)主軸復(fù)位彈簧而吊裝在主軸上安裝座上，該主 軸上安裝座固裝在硬度計(jì)機(jī)架上。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)實(shí)現(xiàn)硬度計(jì)與精 密光電測(cè)量系統(tǒng)的一體化，實(shí)現(xiàn)壓頭與兩個(gè)光學(xué)鏡頭之間的精確位置轉(zhuǎn)換，能 夠完成電子加力和壓痕的精確測(cè)量。在試件上打完壓痕后不必移走試件，就能 利用上述精密光電測(cè)量系統(tǒng)迅速完成壓痕的精確測(cè)量，并直接計(jì)算出布氏硬度 值。(2)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力的閉環(huán)控制，增加了試驗(yàn)級(jí)數(shù)；具有較高的剛性，能夠承 受較大的試驗(yàn)力。(3)操作簡(jiǎn)單，裝卸方便、省時(shí)，性能穩(wěn)定可靠，便于實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，定位準(zhǔn)確，測(cè)試精度高。
四

圖1為本發(fā)明的主視剖面圖 圖2為圖1中A處的局部放大圖 圖3為圖1的K向視4為圖1中B處的局部放大圖 五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地說明。 圖1—圖4中1、傳力支座；2、波型墊圈；3、下導(dǎo)向軸；4、轉(zhuǎn)塔定位器; 5、轉(zhuǎn)塔定位塊；6、轉(zhuǎn)塔；7、壓頭桿；8、壓頭；9、光學(xué)鏡頭；10、轉(zhuǎn)塔齒輪; 11、光電開關(guān)板；12、下導(dǎo)向架；13、下導(dǎo)向套；14、硬度計(jì)機(jī)架；15、驅(qū)動(dòng) 齒輪；16、轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；17、傳力板；18、過零彈簧座；19、稱重傳感器； 20、主軸上安裝座；21、過零彈簧；22、過零彈簧傳力支座；23、主軸托起板； 24、上導(dǎo)向軸固定帽；25、上導(dǎo)向套；26、上導(dǎo)向軸；27、上導(dǎo)向架；28、試 驗(yàn)力傳力墊塊；29、主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿；30、主軸復(fù)位彈簧；31、軸承；32、操 控顯示面板；33、光電測(cè)微計(jì)；34、定位力調(diào)整螺釘；35、定位力調(diào)整彈簧； 36、球端定位碰頭；37、螺釘；38、光電開關(guān)；39、光學(xué)鏡頭；40、螺釘。
由圖1—圖4可知，本發(fā)明自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元由五部 分組成，分別是稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)、自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)、主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、精密光電測(cè)
量系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。上述自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)與稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式
電子布氏硬度計(jì)的整個(gè)主軸部分結(jié)構(gòu)；在主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用下，整個(gè)主軸部
分結(jié)構(gòu)只能上下移動(dòng)，但不能隨同轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)。
整個(gè)主軸部分結(jié)構(gòu)在硬度計(jì)機(jī)架上的安裝結(jié)構(gòu)是呈三角形的主軸托起板 23套裝在上導(dǎo)向軸固定帽24的外圓上；通過主軸托起板位于三個(gè)角上的螺孔和 與上述三個(gè)螺孔相配合的三個(gè)螺栓以及套裝在上述螺栓上的主軸復(fù)位彈簧30， 將主軸托起板吊裝在主軸上安裝座20的下面；嵌有上導(dǎo)向套25的主軸安裝座 20由螺釘固裝在支撐架上，該支撐架固裝在硬度計(jì)機(jī)架14上；下導(dǎo)向套13用螺釘緊固在硬度計(jì)機(jī)架上，實(shí)現(xiàn)下導(dǎo)向軸3的徑向定位。也就是整個(gè)主軸部分 結(jié)構(gòu)是通過3個(gè)螺栓和3個(gè)主軸復(fù)位彈簧30安裝到硬度計(jì)機(jī)架14上，因此要 求主軸復(fù)位彈簧30必須有良好的柔性，即在微量變形時(shí)力的大小只產(chǎn)生微量的 變化，用于托起整個(gè)主軸的重量。主軸垂直度的調(diào)整可以通過調(diào)整主軸上安裝 座20的位置來完成，不必對(duì)相關(guān)零件提出過高的精度要求。 本發(fā)明的五個(gè)組成部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)說明如下 (一)自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)參照?qǐng)Dl、圖2和圖3。
自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)包括傳力支座l、下導(dǎo)向軸3、下導(dǎo)向架12、轉(zhuǎn)塔6、壓頭 桿7、壓頭8、光電開關(guān)38、轉(zhuǎn)塔定位器4、轉(zhuǎn)塔定位塊5、轉(zhuǎn)塔齒輪10和轉(zhuǎn)塔 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16。
所述下導(dǎo)向軸3通過螺釘固裝在傳力支座1的下端，在下導(dǎo)向軸3的外圓 依次套裝有下導(dǎo)向架12和下導(dǎo)向套13，該下導(dǎo)向架由固定在下導(dǎo)向軸上的軸用 鋼絲擋圈定位。該主軸下導(dǎo)向套由螺釘緊固在硬度計(jì)機(jī)架14上，實(shí)現(xiàn)下導(dǎo)向軸 的徑向定位。在下導(dǎo)向架12上沿圓周均布有多個(gè)用于放置小鋼球的通孔，本實(shí) 施例中小鋼球?yàn)?2個(gè)；該下導(dǎo)向架的作用是減小主軸上下移動(dòng)時(shí)的摩擦力，使 其移動(dòng)順暢、靈活，從而保證加力的準(zhǔn)確性。
由圖1可知，所述轉(zhuǎn)塔6安裝在下導(dǎo)向軸3的內(nèi)腔中，上述內(nèi)腔與下導(dǎo)向軸的 導(dǎo)向外圓的中心是偏心的；其偏心距嚴(yán)格等于壓頭8與光學(xué)鏡頭9和光學(xué)鏡頭39 組成的同一個(gè)圓周直徑的一半，保證轉(zhuǎn)塔6旋轉(zhuǎn)時(shí)能將壓頭8或光學(xué)鏡頭9或光學(xué) 鏡頭39旋轉(zhuǎn)到下導(dǎo)向軸3的導(dǎo)向外圓的中心上，從而保證壓頭8或光學(xué)鏡頭9或光 學(xué)鏡頭39處于主軸的軸線上。該轉(zhuǎn)塔6既能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，又能夠隨同下導(dǎo)向軸3上下 移動(dòng)。該轉(zhuǎn)塔6與位于其上面的轉(zhuǎn)塔齒輪10由螺釘固定連接在一起，該轉(zhuǎn)塔齒輪與
轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)齒輪15相嚙合；該轉(zhuǎn)塔齒輪與驅(qū)動(dòng)齒輪的嚙合長(zhǎng)度應(yīng)大
于主軸機(jī)構(gòu)最大位移量的3倍。
在轉(zhuǎn)塔齒輪10的下端面與下導(dǎo)向軸3的上端面之間設(shè)有套裝在轉(zhuǎn)塔外圓上 的波型墊圈2，該波型墊圈的橫斷面呈波紋形。波型墊圈的作用是消除轉(zhuǎn)塔6 與下導(dǎo)向軸3之間的軸向間隙，保證轉(zhuǎn)塔6與下導(dǎo)向軸3之間實(shí)現(xiàn)無間隙連接，增 強(qiáng)整個(gè)主軸部分結(jié)構(gòu)的剛性。
由圖3可知，在轉(zhuǎn)塔6上不僅設(shè)有一個(gè)用于安裝壓頭桿7的軸向內(nèi)孔，而且還 另外設(shè)有兩個(gè)用于安裝光學(xué)鏡頭9和光學(xué)鏡頭39的軸向內(nèi)孔，上述用于安裝壓頭 桿7的軸向內(nèi)孔與用于安裝光學(xué)鏡頭9的軸向內(nèi)孔之間的夾角應(yīng)等于用于安裝壓 頭桿7的軸向內(nèi)孔與用于安裝光學(xué)鏡頭39的軸向內(nèi)孔之間的夾角，本實(shí)施例中的 上述夾角的度數(shù)為IOO。。該壓頭桿7由螺釘和墊圈固裝在轉(zhuǎn)塔6上的一個(gè)軸向內(nèi) 孔中，該壓頭桿7上固定連接有壓頭8;而光學(xué)鏡頭9和光學(xué)鏡頭39則安裝在轉(zhuǎn)塔 上的另外兩個(gè)軸向內(nèi)孔中。也就是說，上述壓頭8與光學(xué)鏡頭9之間的夾角應(yīng)等 于壓頭8與光學(xué)鏡頭39之間的夾角，本實(shí)施例中的上述夾角的度數(shù)也是IOO。。 另外，上述壓頭8與光學(xué)鏡頭9和光學(xué)鏡頭39的旋轉(zhuǎn)中心還應(yīng)位于同一個(gè)圓周上， 上述圓周的中心與轉(zhuǎn)塔6的旋轉(zhuǎn)中心應(yīng)嚴(yán)格同心。
在轉(zhuǎn)塔6的下端面上固裝有呈圓環(huán)形的光電開關(guān)板11，在光電開關(guān)板的周邊 裝有兩個(gè)光電開關(guān)38，上述兩個(gè)光電開關(guān)與轉(zhuǎn)塔6的旋轉(zhuǎn)中心之間的夾角應(yīng)等于 壓頭8與光學(xué)鏡頭9或光學(xué)鏡頭39之間的夾角。轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)的開始與停止是由電控 系統(tǒng)通過操控光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)塔6到達(dá)準(zhǔn)確位置時(shí)則通過轉(zhuǎn)塔定位器4 與轉(zhuǎn)塔定位塊5相配合來對(duì)轉(zhuǎn)塔進(jìn)行定位。由圖2可知，所述轉(zhuǎn)塔定位器4包括設(shè)置在轉(zhuǎn)塔定位器座上的螺孔中的定 位力調(diào)整螺釘34、定位力調(diào)整彈簧35和球端定位碰頭36;該定位力調(diào)整彈簧 35的一端套裝在定位力調(diào)整螺釘上，其另一端與球端定位碰頭的內(nèi)端面相接觸， 該球端定位碰頭的外端呈球面形狀且能夠從轉(zhuǎn)塔定位器座上的螺孔中伸出。
該轉(zhuǎn)塔定位塊5有三個(gè)且均帶有V型缺口 ，該轉(zhuǎn)塔定位塊5通過螺釘37固 裝在轉(zhuǎn)塔6下部且靠近周邊的位置，該轉(zhuǎn)塔定位器4由螺釘固裝在轉(zhuǎn)塔6的下 端面且靠近轉(zhuǎn)塔定位塊5的旁邊；在彈簧力的作用下，可以左右伸縮移動(dòng)的球 端定位碰頭36的外端能夠插入或脫離轉(zhuǎn)塔定位塊5上的V型缺口 。上述三個(gè)轉(zhuǎn) 塔定位塊5位于同一圓周上，且相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)塔定位塊5之間的夾角應(yīng)等于壓 頭8與光學(xué)鏡頭9或者光學(xué)鏡頭39之間的夾角。
所述轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16由螺釘緊固在硬度計(jì)機(jī)架14上，上述轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 是自動(dòng)式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)，其中的驅(qū)動(dòng)齒輪15通過與固裝在轉(zhuǎn)塔上的轉(zhuǎn)塔齒輪10 相嚙合，來帶動(dòng)轉(zhuǎn)塔齒輪10和轉(zhuǎn)塔6的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而又帶動(dòng)設(shè)置在轉(zhuǎn)塔上的壓頭 與光學(xué)鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓頭與兩個(gè)光學(xué)鏡頭之間的精確位置轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，轉(zhuǎn)塔 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以是手動(dòng)式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)，即在轉(zhuǎn)塔下端面固裝有手柄座，該手 柄座上通過螺釘固裝有與手柄相連接的墊塊，該手柄與轉(zhuǎn)塔的下端面相平行。 至此，自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元的下端即自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)完成。 (二)稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)參照?qǐng)D1和圖4。
稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)包括上導(dǎo)向軸26、稱重傳感器19、上導(dǎo)向軸固定帽24、上 導(dǎo)向架27和傳力支座1以及設(shè)置在稱重傳感器上的消除稱重傳感器過零裝置。
對(duì)于電子加力來說，為了消除稱重傳感器的過零現(xiàn)象，特在稱重傳感器上 設(shè)有消除稱重傳感器過零裝置。電子加力時(shí)的過零現(xiàn)象是對(duì)于只受單方向力的拉伸或壓縮的稱重傳感器來說，如果在另一方向產(chǎn)生力，比如壓縮傳感器給 它施加拉伸力，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)值，當(dāng)受壓縮時(shí)又會(huì)產(chǎn)生正值，正負(fù)之間必然要經(jīng) 過零點(diǎn)，這會(huì)給稱重傳感器精度帶來不利影響，因此必須避免過零現(xiàn)象。本實(shí) 施例中所使用的也是壓縮傳感器，由于轉(zhuǎn)塔等部件本身有自重，會(huì)使稱重傳感 器受到拉伸而出現(xiàn)過零現(xiàn)象。所述消除稱重傳感器過零裝置的作用是在電子 加力時(shí)，使稱重傳感器在克服轉(zhuǎn)塔等部件自重后仍然能受到壓縮力，就避免了 過零現(xiàn)象。
由圖4可知，該消除稱重傳感器過零裝置包括稱重傳感器19、上導(dǎo)向軸26、 過零彈簧傳力支座22、螺釘40、設(shè)在稱重傳感器19下端面上的傳力板17、過 零彈簧21和過零彈簧座18。
該稱重傳感器19上設(shè)有中心軸向通孔，該中心軸向通孔的上部為螺孔且與 上導(dǎo)向軸26的下端形成螺紋連接，并由上導(dǎo)向軸固定帽24緊固；該稱重傳感 器19下部的軸向通孔中設(shè)置有帶有環(huán)形外沿的過零彈簧傳力支座22。在過零彈 簧傳力支座22內(nèi)設(shè)置套裝有過零彈簧座18和過零彈簧21的螺釘40，上述螺釘 40的上端與上導(dǎo)向軸26下端設(shè)有中心螺孔形成螺紋連接。
該稱重傳感器19的下端由專用螺釘40帶動(dòng)過零彈簧座18，通過擠壓過零 彈簧21，拖動(dòng)過零彈簧傳力支座22和設(shè)在稱重傳感器下面的傳力板17，緊固 在上導(dǎo)向軸26的下端。該過零彈簧21必須具有良好的柔性，即在微量變形時(shí) 力的大小只產(chǎn)生微量的變化，用于消除稱重傳感器下端所有零件的重量對(duì)稱重 傳感器的拉力。
在上導(dǎo)向軸26的上端設(shè)有呈倒扣盒形的試驗(yàn)力傳力墊塊28，上述試驗(yàn)力傳 力墊塊28的作用是用來傳遞施力機(jī)構(gòu)傳來的力，擴(kuò)大上導(dǎo)向軸頂端的受力面積。在上導(dǎo)向軸的下端設(shè)有外螺紋，與稱重傳感器的上部螺孔形成螺紋連接。
在上導(dǎo)向軸26的中間部分依次套裝有上導(dǎo)向架27和上導(dǎo)向套25;該上導(dǎo) 向架上沿圓周均布有多個(gè)用于設(shè)置小鋼球的通孔，本實(shí)施例中小鋼球?yàn)?個(gè)。 上導(dǎo)向架在測(cè)量與加力時(shí)，能起到導(dǎo)向作用以及減小上導(dǎo)向軸26與上導(dǎo)向套25 之間摩擦力的作用，保證主軸能夠垂直移動(dòng)。
稱重傳感器19連同設(shè)在其下端面上的傳力板17，由螺釘緊固在傳力支座1 的上端。至此，自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元的上端即稱重測(cè)力機(jī) 構(gòu)完成。
(三) 主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿29和軸承31。在主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿29的外
端裝有軸承31并由開口擋圈鎖定位置，其內(nèi)端設(shè)有外螺紋并與傳力支座l形成螺 紋連接。上述主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿29上的軸承端通過在硬度計(jì)機(jī)架14上設(shè)有的豎直 導(dǎo)向槽中上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了主軸的防轉(zhuǎn)和導(dǎo)向。設(shè)在硬度計(jì)機(jī)架14上的豎直導(dǎo) 向槽的長(zhǎng)度要大于壓頭8的最大位移量。
(四) 精密光電測(cè)量系統(tǒng) 在硬度計(jì)機(jī)架的前部裝有光電測(cè)微計(jì)33，該光電測(cè)微計(jì)與安裝在轉(zhuǎn)塔上的
光學(xué)鏡頭9和光學(xué)鏡頭39共同構(gòu)成了精密光電測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓痕的精密測(cè)量。
(五) 電控系統(tǒng)
在光電測(cè)微計(jì)33上方的硬度計(jì)機(jī)架14上設(shè)有操控顯示面板32，該操控顯 示面板32通過導(dǎo)線與兩個(gè)光電開關(guān)38相連接。整個(gè)布氏硬度計(jì)的所有操作和 控制都設(shè)置在操控顯示面板32上。
通過鍵盤可設(shè)置試驗(yàn)條件，每點(diǎn)測(cè)量結(jié)束可同時(shí)顯示硬度，試驗(yàn)力保持時(shí)間為1—99秒可調(diào)，可設(shè)置硬度上下限，并自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試、分檢、并具有聲光 提示。通過RS232連接打印或電腦傳輸數(shù)據(jù)。可對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)理統(tǒng)計(jì)、 輸出要求的數(shù)據(jù)和圖表。
(六)本發(fā)明的自動(dòng)測(cè)試過程如下
如圖1一圖4所示，本發(fā)明自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元(以下 簡(jiǎn)稱主軸測(cè)量單元)在三個(gè)主軸復(fù)位彈簧30的作用下，處于復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)硬 度計(jì)壓頭8處于主軸測(cè)量單元的軸線上。如果壓頭不在主軸測(cè)量單元的軸線上， 當(dāng)按動(dòng)試驗(yàn)鍵時(shí)，壓頭8能夠自動(dòng)到達(dá)主軸測(cè)量單元的軸線上。
當(dāng)開始試驗(yàn)時(shí)，在沿著加力點(diǎn)方向力的作用下，主軸測(cè)量單元開始下降， 對(duì)試件開始加力，試驗(yàn)力通過試驗(yàn)力傳力墊塊28、上導(dǎo)向軸26施加到稱重傳感 器19上，稱重傳感器通過傳力支座l、下導(dǎo)向軸3、轉(zhuǎn)塔6、壓頭桿7和壓頭8傳遞 到試件上，同時(shí)稱重傳感器19實(shí)時(shí)測(cè)量力的大?。划?dāng)試驗(yàn)力施加完畢時(shí)，電控 系統(tǒng)依據(jù)布氏硬度試驗(yàn)法的要求開始保持試驗(yàn)力一定時(shí)間。時(shí)間到達(dá)時(shí)，沿加 力點(diǎn)相反方向開始卸除試驗(yàn)力直至完成，此時(shí)在被測(cè)試件上形成了一個(gè)壓痕。
在轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)16的帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)塔6開始旋轉(zhuǎn)，主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)主軸實(shí)施防 轉(zhuǎn)功能；轉(zhuǎn)塔到達(dá)一定角度時(shí)停止，在轉(zhuǎn)塔定位器4的作用下，轉(zhuǎn)塔被準(zhǔn)確定位。 此時(shí)光學(xué)鏡頭處于主軸測(cè)量單元的軸線上，也就是光學(xué)鏡頭來到了壓頭8的位 置，即光學(xué)鏡頭轉(zhuǎn)到壓痕的正上方，通過光學(xué)成像，將壓痕呈現(xiàn)在操作者的視 野之中。
依據(jù)布氏硬度試驗(yàn)法的要求，通過光電測(cè)微計(jì)33測(cè)量壓痕的直徑并獲得布 氏硬度值，試驗(yàn)結(jié)束。
權(quán)利要求
1、自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特征在于a、包括稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)、自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)、主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、精密光電測(cè)量系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；b、所述稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)包括上導(dǎo)向軸(26)、稱重傳感器(19)、上導(dǎo)向軸固定帽(24)和傳力支座以及設(shè)置在稱重傳感器上的消除稱重傳感器過零裝置；該上導(dǎo)向軸(26)的下端與稱重傳感器(19)的上端螺孔形成螺紋連接并由上導(dǎo)向軸固定帽(24)緊固，該稱重傳感器的下端與傳力支座(1)的上部形成固定連接；c、所述自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)包括下導(dǎo)向軸(3)、轉(zhuǎn)塔(6)、壓頭桿(7)、壓頭(8)、光電開關(guān)(38)、轉(zhuǎn)塔定位器(4)、轉(zhuǎn)塔定位塊(5)和轉(zhuǎn)塔齒輪(10)以及轉(zhuǎn)塔驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(16)；該下導(dǎo)向軸的上端與傳力支座(1)的下部形成固定連接，在下導(dǎo)向軸的內(nèi)腔中設(shè)有既能轉(zhuǎn)動(dòng)又能隨同主軸上下移動(dòng)的轉(zhuǎn)塔(6)；所述下導(dǎo)向軸上的內(nèi)腔與下導(dǎo)向軸的導(dǎo)向外圓的中心是偏心的，其偏心距等于壓頭(8)與光學(xué)鏡頭(9)和光學(xué)鏡頭(39)組成的同一個(gè)圓周直徑的一半；所述轉(zhuǎn)塔(6)上設(shè)有一個(gè)裝有壓頭桿(7)的軸向內(nèi)孔以及兩個(gè)裝有光學(xué)鏡頭(9)和光學(xué)鏡頭(39)的軸向內(nèi)孔，上述壓頭桿(7)與壓頭(8)形成固定連接；上述壓頭(8)與光學(xué)鏡頭(9)和光學(xué)鏡頭(39)的旋轉(zhuǎn)中心位于同一個(gè)圓周上，上述圓周的中心與轉(zhuǎn)塔(6)的旋轉(zhuǎn)中心是同心的；上述壓頭(8)與光學(xué)鏡頭(9)之間的夾角等于壓頭(8)與光學(xué)鏡頭(39)之間的夾角；該轉(zhuǎn)塔(6)的上端固裝有與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)(16)中的驅(qū)動(dòng)齒輪(15)相嚙合的轉(zhuǎn)塔齒輪(10)，該轉(zhuǎn)塔(6)的下端固裝有光電開關(guān)(38)以及與設(shè)置在下導(dǎo)向軸(3)下端的轉(zhuǎn)塔定位器(4)相配合的轉(zhuǎn)塔定位塊(5)；d、所述精密光電測(cè)量系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭(9)和光學(xué)鏡頭(39)以及設(shè)置在硬度計(jì)機(jī)架(14)上的光電測(cè)微計(jì)(33)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述消除稱重傳感器過零裝置包括稱重傳感器(19)、上導(dǎo)向軸(26)、 過零彈簧傳力支座(22)、螺釘(40)、設(shè)置在稱重傳感器下端面上的傳力板(17)、過零彈簧(21)和過零彈簧座(18);該稱重傳感器上設(shè)有中心軸向 通孔，在上述中心軸向通孔中設(shè)置有帶有環(huán)形外沿的過零彈簧傳力支座，在過 零彈簧傳力支座內(nèi)設(shè)置有套裝在螺釘(40)上的過零彈簧座和過零彈簧；上述 螺釘(40)的末端與上導(dǎo)向軸的下端形成螺紋連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元， 其特征在于所述主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿(29)的內(nèi)端與傳力支座(1)形成螺紋連接，該主軸防轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿的外端裝有軸承(31);當(dāng)主軸上下移 動(dòng)時(shí)，上述軸承(31)能夠在硬度計(jì)機(jī)架(14)上設(shè)有的豎直導(dǎo)向槽中上下移 動(dòng)；上述設(shè)置在硬度計(jì)機(jī)架(14)上的豎直導(dǎo)向槽的長(zhǎng)度要大于壓頭(8)的最 大位移量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述電控系統(tǒng)為設(shè)置在硬度計(jì)機(jī)架(14)上的操控顯示面板(32)，該 操控顯示面板(32)通過導(dǎo)線與光電開關(guān)(38)相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述光電開關(guān)(38)有兩個(gè)，設(shè)置在光電開關(guān)板(11)的周邊，該光電開關(guān)板固裝在轉(zhuǎn)塔(6)的下端，上述兩個(gè)光電開關(guān)與轉(zhuǎn)塔的旋轉(zhuǎn)中心之間的 夾角等于壓頭(8)與光學(xué)鏡頭(9)或光學(xué)鏡頭(39)之間的夾角。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述轉(zhuǎn)塔定位器(4)包括設(shè)置在轉(zhuǎn)塔定位器座上的螺孔中的定位力調(diào) 整螺釘(34)、定位力調(diào)整彈簧(35)和球端定位碰頭(36);該定位力調(diào)整彈 簧(35)的一端套裝在定位力調(diào)整螺釘上，其另一端與球端定位碰頭的內(nèi)端面 相接觸；該球端定位碰頭的外端呈球面形狀且能夠從轉(zhuǎn)塔定位器座的螺孔中伸 出；所述轉(zhuǎn)塔定位塊(5)有三個(gè)且?guī)в蠽型缺口，上述三個(gè)轉(zhuǎn)塔定位塊位于同 一圓周上，且相鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)塔定位塊之間的夾角等于壓頭(8)與光學(xué)鏡頭(9) 或者光學(xué)鏡頭(39)之間的夾角；在彈簧力的作用下，球端定位碰頭(36)的 外端能夠插入或者脫離轉(zhuǎn)塔定位塊(5)上設(shè)有的V型缺口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述轉(zhuǎn)塔齒輪(10)的下端面與下導(dǎo)向軸(3)的上端面之間設(shè)有套裝 在轉(zhuǎn)塔外圓上的波型墊圈(2)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述轉(zhuǎn)塔齒輪(10)與驅(qū)動(dòng)齒輪(15)的嚙合長(zhǎng)度大于主軸最大位移 量的3倍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特 征在于所述上導(dǎo)向軸(26)的頂端設(shè)置有呈倒扣盒形的試驗(yàn)力傳力墊塊(28); 所述上導(dǎo)向軸的外圓依次套裝有上導(dǎo)向架(27)和上導(dǎo)向套(25)，該上導(dǎo)向架 上沿圓周均布有多個(gè)通孔，在上述多個(gè)通孔中設(shè)置有多個(gè)小鋼球；所述下導(dǎo)向 軸(3)的外圓上依次套裝有下導(dǎo)向架(12)和固裝在硬度計(jì)機(jī)架(14)上的下導(dǎo)向套(13)，該下導(dǎo)向架上沿圓周均布有多個(gè)通孔，并在上述多個(gè)通孔中設(shè)置 有多個(gè)小鋼球。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，其特征在于所述上導(dǎo)向套(25)的外圓上套裝有主軸上安裝座(20);所述上導(dǎo)向軸固定帽(24)的外圓套裝有主軸托起板(23)，該主軸托起板通過位于主軸 托起板三角頂點(diǎn)上的三個(gè)螺栓和套裝在上述三個(gè)螺栓上的三個(gè)主軸復(fù)位彈簧 (30)而吊裝在主軸上安裝座(20)上，該主軸上安裝座(20)固裝在硬度計(jì) 機(jī)架(14)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)轉(zhuǎn)塔式電子布氏硬度計(jì)主軸測(cè)量單元，包括自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)、稱重測(cè)力機(jī)構(gòu)、主軸防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、精密光電測(cè)量系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；上導(dǎo)向軸下端通過稱重傳感器與傳力支座上部相連接；固裝在傳力支座下部的下導(dǎo)向軸的內(nèi)腔中設(shè)有轉(zhuǎn)塔，裝有壓頭和兩個(gè)光學(xué)鏡頭的轉(zhuǎn)塔上端固裝有與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)相連接的轉(zhuǎn)塔齒輪，轉(zhuǎn)塔下端裝有光電開關(guān)和與設(shè)在下導(dǎo)向軸下端的轉(zhuǎn)塔定位器相配合的轉(zhuǎn)塔定位塊；光電測(cè)微計(jì)與兩個(gè)光學(xué)鏡頭組成精密光電測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明使硬度計(jì)與精密光電測(cè)量系統(tǒng)一體化，實(shí)現(xiàn)了壓頭與光學(xué)鏡頭的精確位置轉(zhuǎn)換、電子加力和壓痕精確測(cè)量，能夠承受較大的試驗(yàn)力，操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。
文檔編號(hào)G01N3/42GK101526452SQ20091002050
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者王敬濤, 王英君, 賈云朝 申請(qǐng)人:萊州華銀試驗(yàn)儀器有限公司