專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)顯布氏硬度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬度的測(cè)量裝置，特別涉及一種數(shù)顯布氏硬度計(jì)。
背景技術(shù)：
布氏硬度試驗(yàn)法是在1900年由瑞典伐蓋斯特亞(Fagastra)鋼鐵廠(chǎng)總工程師布 利奈爾(J-A-Brinell)首先提出的，并在同年展出了他的產(chǎn)品，于1901年得到了肯定， 因此習(xí)慣上稱(chēng)為布氏硬度試驗(yàn)法。布氏硬度試驗(yàn)法的應(yīng)用比較廣泛，它能對(duì)金屬原材料、 正火、調(diào)質(zhì)和淬火件進(jìn)行硬度測(cè)試。由于布氏硬度計(jì)的試驗(yàn)力和鋼球壓頭都較大，壓痕也 就大，故特別適合鑄件、軸承合金和具有粗大晶粒金屬材料的硬度測(cè)定，布氏硬度試驗(yàn)法能 測(cè)出較大范圍內(nèi)金屬各組成部分的綜合性能，而不受個(gè)別組織的影響，是硬度試驗(yàn)中較精 確的一種試驗(yàn)法。布氏硬度試驗(yàn)法的試驗(yàn)力一般有^400N、9800N、7350N、4900N、2450N、
1837. 5N......9. 8N，布氏硬度試驗(yàn)法是硬度試驗(yàn)中試驗(yàn)力級(jí)數(shù)最多的和試驗(yàn)力最大的一
種試驗(yàn)法。在實(shí)際使用的布氏硬度計(jì)中，所擁有的試驗(yàn)力級(jí)數(shù)并不相同，國(guó)際上也沒(méi)有一 個(gè)明確的劃分界限為布氏硬度計(jì)或小負(fù)荷布氏硬度計(jì)。但是，目前使用29400N、9800N、 7350N......612. 5N這些試驗(yàn)力是最常用的。布氏硬度計(jì)自問(wèn)世以來(lái)，其結(jié)構(gòu)和原理沒(méi)有多大變化，都是靠人工搬動(dòng)約60公斤 的砝碼來(lái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力的變化，這樣的布氏硬度計(jì)操作繁瑣，測(cè)試復(fù)雜；直到上個(gè)世紀(jì)九十年 代初，布氏硬度試驗(yàn)才有所發(fā)展一種是液壓驅(qū)動(dòng)、數(shù)字顯示硬度值，試驗(yàn)力為14. 71KN和 29. 40KN,由于液壓容易泄漏和密封件老化問(wèn)題以及在試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法對(duì)損失的力進(jìn)行補(bǔ) 償而影響力值的精度，數(shù)字顯示的硬度值是以壓痕的深度測(cè)量加上經(jīng)驗(yàn)修正來(lái)表示的，布 氏硬度值與壓痕深度并非線(xiàn)性關(guān)系，所以它只適用于單一產(chǎn)品于生產(chǎn)流水線(xiàn)上測(cè)量，不能 滿(mǎn)足國(guó)際或是國(guó)內(nèi)硬度計(jì)量法的標(biāo)準(zhǔn)；還有一種就是上海材料試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)的電子布氏硬度 計(jì)，加卸載控制系統(tǒng)以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)同步齒輪傳動(dòng)進(jìn)行加卸載試驗(yàn)力，經(jīng)過(guò)拉 簧結(jié)構(gòu)使施力機(jī)構(gòu)施出的力由變力變?yōu)槌ＡΑ毫鞲衅鞣答佋囼?yàn)力的信息，這種布氏硬 度計(jì)還是用數(shù)碼管作為顯示界面，試驗(yàn)力共有5檔(3000公斤，1000公斤，750公斤，500公 斤，187. 5公斤)，測(cè)量硬度值時(shí)需要把試樣拿下來(lái)，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量。布氏硬度計(jì)包括放 大電路、AD轉(zhuǎn)換電路和顯示電路，放大電路采用三片0P07芯片，AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路采 用了 12位的AD574轉(zhuǎn)換器，需要三組工作電壓，對(duì)電源的要求有極高的穩(wěn)定性和抗干擾能 力，需要390mw的功耗，對(duì)于布氏硬度計(jì)的小力的精度不能保證，這種布氏硬度計(jì)工作時(shí)噪 聲較大。在本世紀(jì)初，上海材料試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)開(kāi)發(fā)了數(shù)顯布氏硬度計(jì)，數(shù)顯布氏硬度計(jì)包括AD 芯片、顯示電路和處理器，AD芯片還是用12位的AD574轉(zhuǎn)換器，顯示電路采用了 32(^240分 辨率的液晶屏，由于處理器既要處理輸入的信號(hào)，又要控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，還要同步顯示 試驗(yàn)的狀態(tài)，處理器同時(shí)處理這么多信號(hào)，造成了顯示屏顯示時(shí)不停的抖動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū) 動(dòng)沒(méi)有達(dá)到無(wú)極變速而產(chǎn)生了噪聲，加載試驗(yàn)力不是平穩(wěn)的和漸進(jìn)的。小的試驗(yàn)力如100 公斤尤其是62. 5公斤的試驗(yàn)力，超出了試驗(yàn)法的規(guī)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種數(shù)顯布氏硬度計(jì)，其能解決現(xiàn)有布氏硬度計(jì)小力不精確、加卸載 試驗(yàn)力時(shí)噪聲大、顯示屏顯示時(shí)抖動(dòng)的問(wèn)題。為解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種數(shù)顯布氏硬度計(jì)，其特征在于，其包括采樣電路其將一個(gè)壓力傳感器的模擬信號(hào)采集并傳送給放大電路；放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并將放大電路放大后的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理 成數(shù)字信號(hào)；處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處 理；顯示器其與處理器連接并顯示數(shù)顯布氏硬度計(jì)的測(cè)量值、加卸載過(guò)程、試驗(yàn)力和 試驗(yàn)壓頭硬度值；驅(qū)動(dòng)電路其與處理器連接，并帶動(dòng)一個(gè)加卸載機(jī)構(gòu)進(jìn)行加卸試驗(yàn)力；打印機(jī)和RS232接口電路打印機(jī)、RS232接口電路與處理器連接，測(cè)量值、試驗(yàn) 力、試驗(yàn)壓頭硬度值、試驗(yàn)日期通過(guò)打印機(jī)打印輸出并通過(guò)RS232接口電路輸入電腦。優(yōu)選地，所述顯示器采用液晶顯示器。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明數(shù)顯布氏硬度計(jì)使得試驗(yàn)力精確，所有試驗(yàn) 力都是線(xiàn)性變化，試驗(yàn)過(guò)程無(wú)噪聲，操作界面簡(jiǎn)潔，操作方法簡(jiǎn)單，使得整個(gè)操作過(guò)程更富 人性化。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來(lái)更清楚完整地說(shuō)明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明數(shù)顯布氏硬度計(jì)包括采樣電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、處 理器、驅(qū)動(dòng)電路、顯示器，打印機(jī)和RS232接口電路等模塊，各模塊的功能如下采樣電路其將靈敏度為2mV和精度為0. 05 %的壓力傳感器的模擬信號(hào)采集，并 傳送給放大電路。放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并采用AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其將放大電路放 大后的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，方便處理器進(jìn)行處理。處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接并是數(shù)顯布氏硬度計(jì)的控制中樞，采用雙核的中 央處理器。處理器對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后，發(fā)出相應(yīng)的指令給顯 示器、驅(qū)動(dòng)電路、打印機(jī)等設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)接到處理器的指令，步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過(guò)同 步齒輪傳動(dòng)進(jìn)行加卸載試驗(yàn)力。
顯示器其與處理器連接并采用液晶顯示器，該液晶顯示器在主框頁(yè)面上顯示出 當(dāng)前的測(cè)量值、試驗(yàn)力、加卸載過(guò)程、Dl (第一直徑的試驗(yàn)壓頭硬度值)、D2(第二直徑的試 驗(yàn)壓頭硬度值)和HB(布氏硬度值)等。輔助框上顯示出試驗(yàn)用的力值和壓頭的直徑、保 荷時(shí)間、轉(zhuǎn)換的硬度值等，使用一鍵操作，可以方便的查看歷史記錄，還有動(dòng)態(tài)顯示加卸載 界面，使操作更富人性化。驅(qū)動(dòng)電路其與處理器連接，并帶動(dòng)一個(gè)加卸載機(jī)構(gòu)進(jìn)行加卸試驗(yàn)力。打印機(jī)和RS232接口電路打印機(jī)、RS232接口電路與處理器連接，試驗(yàn)的硬度值、 測(cè)量值、Dl (第一直徑的壓頭硬度值)、D2 (第二直徑的壓頭硬度值)、平均值、試驗(yàn)日期、試 驗(yàn)力等通過(guò)打印機(jī)打印輸出并通過(guò)RS232接口電路輸入電腦。數(shù)顯布氏硬度計(jì)在采用AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和雙核中央處理器之后，改變了顯 示屏工作時(shí)的抖動(dòng)問(wèn)題、小力的不穩(wěn)定性、加卸載時(shí)的噪聲問(wèn)題。現(xiàn)在采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體 公司生產(chǎn)的ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，是一種八位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨 可達(dá)256級(jí)，由于它體積小，兼容性強(qiáng)，工作頻率為250KHZ，一般功耗僅為15mw，可以適應(yīng) 一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求，其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0 5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32uS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差， 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方 便，通過(guò)數(shù)據(jù)輸入端可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇，保證了布氏硬度計(jì)小力的精度。為了 保證AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的抗干擾能力我們使用了 REF02串聯(lián)電壓基準(zhǔn)芯片，REF02串聯(lián) 電壓基準(zhǔn)芯片提供一個(gè)精確的5V的電壓參考，漂移是激光裁剪到10ppm/°C，最高在擴(kuò)展工 業(yè)和軍事溫度范圍。該REF02芯片提供一個(gè)穩(wěn)定的5V輸出，保證了 AD0832芯片對(duì)電源的 要求，同時(shí)對(duì)加卸載的機(jī)構(gòu)做了相應(yīng)的改進(jìn)，加卸載時(shí)對(duì)杠桿尾部移動(dòng)的距離作了更合理 的調(diào)整，杠桿的啟始位置以水平位置為準(zhǔn)上翹了 15°，傳感器施力到1500kgf時(shí)杠桿正好 處于水平位置，施力到3000kgf時(shí)杠桿以水平位置為準(zhǔn)下移了 15°，整個(gè)施力過(guò)程杠桿移 動(dòng)了 30°，施力過(guò)程很平穩(wěn)，從而保證了儀器的完好使用性能。為了解決顯示屏的抖動(dòng)問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙核控制，由一個(gè)處理器芯片專(zhuān)門(mén)控 制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使得步進(jìn)電機(jī)完全無(wú)極變化，試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)任何噪聲，整個(gè)加載過(guò)程 平穩(wěn)和無(wú)沖擊，保證了力值的穩(wěn)定和精準(zhǔn)，另一處理器芯片負(fù)責(zé)顯示屏的顯示，使得顯 示屏在儀器即使在動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)抖動(dòng)現(xiàn)象。處理器是基于增強(qiáng)的AVR RISC (Reduced Instruction SetComputing，精簡(jiǎn)執(zhí)令運(yùn)算集)結(jié)構(gòu)的低功耗八位CMOS微 控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，處理器的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，保證了輸入和輸出指令的精 確進(jìn)行。處理器的AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和三十二個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器 都直接與算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit, ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè) 時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通 的CISC (Complexlnstruction Set Computing，復(fù)雜指令集計(jì)算)微控制器最高至10倍的 數(shù)據(jù)吞吐率。雙核處理器電路確?？刂频膮?shù)穩(wěn)定，反饋準(zhǔn)確，力控制精度高，反應(yīng)時(shí)間短， 能夠有效的加載大范圍的力等。為了保證測(cè)量的精確，在光源系統(tǒng)也做了相應(yīng)的改進(jìn)，在光學(xué)系統(tǒng)上采用逆向思 維，光學(xué)的成像一般都是物鏡、轉(zhuǎn)像機(jī)構(gòu)和目鏡，該儀器是轉(zhuǎn)像機(jī)構(gòu)、物鏡和目鏡。同時(shí)布氏硬度計(jì)傳統(tǒng)上一直采用外光源，用三個(gè)燈泡來(lái)實(shí)現(xiàn)照明，但有不少缺點(diǎn)，一是燈泡容易壞、 二是壓痕邊緣不清晰、三是形體大、四是有重影等。我們開(kāi)發(fā)了圓形LED照明(類(lèi)似無(wú)影燈 照明)，解決了上述一切缺點(diǎn)，成為較完美的外光源。通過(guò)上述的介紹，本發(fā)明數(shù)顯布氏硬度計(jì)使得試驗(yàn)力精確，所有試驗(yàn)力都是線(xiàn)性 變化，試驗(yàn)過(guò)程無(wú)噪聲，操作界面簡(jiǎn)潔，操作方法簡(jiǎn)單，使得整個(gè)操作過(guò)程更富人性化。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些 僅是舉例說(shuō)明，在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變 更或修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)顯布氏硬度計(jì)，其特征在于，其包括采樣電路其將一個(gè)壓力傳感器的模擬信號(hào)采集并傳送給放大電路； 放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路； 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并將放大電路放大后的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理成數(shù)字信號(hào)；處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理； 顯示器其與處理器連接并顯示數(shù)顯布氏硬度計(jì)的測(cè)量值、加卸載過(guò)程、試驗(yàn)力和試驗(yàn) 壓頭硬度值；驅(qū)動(dòng)電路其與處理器連接，并帶動(dòng)一個(gè)加卸載機(jī)構(gòu)進(jìn)行加卸試驗(yàn)力； 打印機(jī)和RS232接口電路打印機(jī)、RS232接口電路與處理器連接，測(cè)量值、試驗(yàn)力、試 驗(yàn)壓頭硬度值、試驗(yàn)日期通過(guò)打印機(jī)打印輸出并通過(guò)RS232接口電路輸入電腦。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)顯布氏硬度計(jì)，其特征在于，所述顯示器采用液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)顯布氏硬度計(jì)，其包括采樣電路其將一個(gè)壓力傳感器的模擬信號(hào)采集并傳送給放大電路；放大電路其與采樣電路連接并將采集后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路其與放大電路連接并將放大電路放大后的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理成數(shù)字信號(hào)；處理器其與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理；顯示器其與處理器連接并顯示數(shù)顯布氏硬度計(jì)的測(cè)量值；驅(qū)動(dòng)電路其與處理器連接；打印機(jī)和RS232接口電路打印機(jī)、RS232接口電路與處理器連接，測(cè)量值通過(guò)打印機(jī)打印輸出，通過(guò)RS232接口電路將測(cè)量值輸入電腦。本發(fā)明數(shù)顯布氏硬度計(jì)使得試驗(yàn)力精確，試驗(yàn)過(guò)程無(wú)噪聲。
文檔編號(hào)G01N3/42GK102135482SQ20101011851
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者刁曉明 申請(qǐng)人:上海蔚恒測(cè)試儀器有限公司