用于硬度的顯微鏡探測設備的制作方法
【專利摘要】一種可調節的臺階座包括外殼，其包括限定孔的基座以及包括球形接頭延伸物的可調節的臺階，該球形接頭延伸物可旋轉地接合孔，并且可旋轉地圍繞x、y以及z軸固定。可調節的硬度計壓頭座包括限定孔的外殼，以及包括球形接頭延伸物的可調節的硬度計壓頭，該球形接頭延伸物可旋轉地接合孔，并且可旋轉地圍繞x、y以及z軸固定。碰撞保護開關包括具有以開路電源，以定距離間隔開的三對導電銷的第一板，以及具有三個導電球的第二板。彈簧一起拉動第一與第二板，使得三個球完成電路。相對于第二板的足夠的力使得球分開，并且開啟電路。兩個物鏡的顯微鏡包括兩個平行物鏡、上下光源、三個半透明反射鏡以及照相機。配置照相機與半透明反射鏡，以使得依靠光源開啟，照相機通過任一物鏡觀測。
【專利說明】用于硬度的顯微鏡探測設備
[0001]該申請根據35U.S.C.§ 119(e)要求了 2011年9月6日申請的序列號為61/531,333的美國臨時專利申請的優先權，其內容通過引用全部合并在此，并且作為本申請的一部分。
【背景技術】【技術領域】
[0002]本申請涉及一種用于硬度的顯微鏡探測設備及其相關設備的改進。
[0003]現有技術
[0004]在現有技術中，硬度，材料對永久變形的抵抗力典型地在布氏硬度、洛氏硬度或維氏硬度試驗機上測量。在維氏試驗中，以可控制的力將四方錐體金剛石硬度計壓頭壓入試驗樣品的表面中。移動硬度計壓頭或顯微鏡，以使得可以觀察凹痕，并且測量試驗樣品的表面中的壓痕的兩個對角線的長度。計算試驗樣品的維氏硬度，典型地通過軟件，使用試驗力與壓痕面積。在維氏試驗中，硬度計壓頭典型地為對稱的四方錐體，其產生正方形壓痕。在努普試驗中，使用相似的試驗方程，但使用高非對稱硬度計壓頭，其中，高度拉長產生的凹痕(典型地以7:1的長寬比)，并且基于長對角線的測量結果完成硬度計算。
[0005]維氏試驗機可以裝配有多個硬度計壓頭(其可以同時包括維氏與努普硬度計壓頭)以及多個顯微鏡物鏡，這些都安裝在多個可旋轉的轉臺位置上。用戶旋轉轉臺，以便在試驗樣品之上定位選擇的硬度計壓頭，制造壓痕，并且用戶旋轉轉臺，以便定位顯微鏡物鏡，以使得用戶可以觀察并測量凹痕。
[0006]為了在試驗樣品上制造對稱的凹痕，金剛石硬度計壓頭必須以準確的角度定位接觸表面。典型地，硬度計壓頭軸與試驗樣品的表面必須同時垂直于三個弧分中的兩個軸。需要兩個可調節的水平軸，因為典型地不可通過固定的零部件實現這種緊密的角度公差，即使最精確的機器。
[0007]威爾遜圖康2100與圖康2500試驗機使用薄墊片布置(0.001〃與0.003〃厚的薄片金屬墊圈)，以調節XY臺階的角度。兩個努普凹痕(一個水平，一個垂直)均由不使用薄墊片的試驗機制造，測量凹痕不對稱，并且使用測量結果計算需要修正的不對稱的墊片的厚度。將墊片圍繞四個螺栓放置，螺栓將XY臺階夾緊至負載框架。最后，制造兩個以上努普凹痕，以驗證加墊片的結果。威爾遜圖康試驗機使用粗糙的、不受控制的臺階旋轉調節器。
[0008]而且，還必須控制凹痕圍繞觀察軸的第三凹痕定位、旋轉。相反的凹痕角需要在大約半度范圍內從左到右，從前到后定位。通常利用該第三凹痕定位，因為通過兩對軟件絲(一對恰好垂直，一對恰好水平)自動測量凹痕長度，并且很多用戶假定可以通過軟件絲不準確地測量具有視覺上可察覺的頂錐角，即使通過絲實際準確測量(在0.1%之內)具有明顯
2.5度角度的凹槽。
[0009]可以調節它們硬度計壓頭對稱性的制造商包括Emco公司、Qness公司、Futuretec、Newage以及Mitutoyo,可能還包含其他公司。[0010]還必須牢固控制臺階圍繞觀察軸的第四定位、旋轉。當臺階從左到右或從前到后穿過時，任意樣本點必須沿監視屏分別恰好水平或垂直運動。
[0011]偶爾，必須拆卸和/或重新裝配XY臺階至試驗機框架(例如，當通過客戶接收試驗機時，并且當維修試驗機時)。在現有技術臺階連接的情況下，必須直向上提升重臺階離開大的粗連接螺紋。這種臺階不一般，當向上提起，從試驗機拆卸，以俘獲支架柱雙頭螺栓時，使得用戶提升臺階，猛擊進入以上的硬度計壓頭中。
[0012]此外，具有兩個平移與兩個旋轉的四軸對齊裝置存在用于調節拉伸的試驗樣品的對齊。為因特拉肯公司制造該裝置，并且該裝置可以涉及1995年I月3日公布的維爾納的題為“對齊的對齊裝置與方法("Alignment Device and Method of Aligning")”的序列號為5，377，549的美國專利。
[0013]現有技術中維氏試驗機典型地使用機動化的轉臺定位顯微鏡物鏡與硬度計壓頭。然而，現有技術顯微鏡通常包含移動零部件，例如，軸承與位置止動機構。有時，現有技術止動機構彎曲傾向于破裂，并且止動球磨損黃銅軌道中的深槽，使得止動感消失。
[0014]威爾遜圖康2100與圖康2500試驗機使用五位旋轉轉臺,其可以固定任意顯微鏡物鏡與測壓元件/硬度計壓頭組件的組合。固定一個位置(“原點”位置)，并且可以使得其他四個位置通過一系列調節螺栓偏心于原點位置。
[0015]相信Emco公司、Qness公司，尤其是Futuretec、Newage以及Mitutoyo使用旋轉轉臺固定并定位物鏡與硬度計壓頭。
【發明內容】
[0016]因此，本發明的一個目標在于提供一種可調節的臺階座，其允許臺階的優良的旋轉調節。本發明的進一步目標在于提供一種可調節的硬度計壓頭座，其允許硬度計壓頭圍繞X軸、y軸以及Z軸的優良調節。本發明的又一目標在于提供一種用于顯微鏡的碰撞保護開關，當物鏡與樣本碰撞時，其向用戶提供足夠的通知，保護顯微鏡不受因碰撞產生的損害，并且將物鏡返回至恰好相同的精確位置。本發明的另外一個目標在于提供一種雙物鏡的顯微鏡，其需要最小的移動零部件。
[0017]在一個方面，公開了可調節的臺階座，其包括具有限定出孔的基座與從基座延伸的環形突出物的外殼，可調節的臺階，其包括安裝表面與從安裝表面延伸的球形接頭延伸物。通過壁限定球形接頭延伸物，壁包括至少一個穿過其延伸的徑向鉆孔，以及半球形端部。環形突出物包括多個穿過其延伸的xy軸鉆孔以及包括銷孔與兩個z軸鉆孔的z軸鎖止組件。銷配置成接合至少一個徑向鉆孔，并且多個xy軸螺栓配置成接合多個xy軸鉆孔，且接觸球形接頭延伸物壁。多個z軸螺栓配置成接合兩個z軸鉆孔，且接觸銷。球形接頭延伸物的半球形端部配置成可旋轉地接合孔。
[0018]在另一方面中，公開了可調節的硬度計壓頭座，其包括具有限定出孔的肩部與環形突出物的外殼，可調節的硬度計壓頭固定器包括硬度計壓頭尖端座與從硬度計壓頭尖端座延伸的球形接頭延伸物。通過壁限定球形接頭延伸物，壁包括至少一個穿過其延伸的徑向鉆孔，以及半球形端部。環形突出物包括多個穿過其延伸的xy軸鉆孔與z軸鎖止組件，鎖止組件包括銷孔與兩個z軸鉆孔。銷配置成接合至少一個徑向鉆孔，多個xy軸螺栓配置成接合多個xy軸鉆孔，且接觸球形接頭延伸物壁。多個z軸螺栓配置成接合兩個z軸鉆孔，且接觸銷。球形接頭延伸物的半球形端部配置成可旋轉地接合孔。
[0019]在另一方面中，公開了碰撞保護開關，其包括第一板、電壓電源、以及第二板。第一板由電絕緣材料制成，并且包括第一、第二、以及第三對導電銷。第一對、第二對、以及第三對導電銷，其每個均包括彼此平行且間隔開的第一銷與第二銷。第二板由電絕緣材料制成，并且包括三個從壁延伸的導電球形球。電壓電源與第一對、第二對、以及第三對導電銷以串聯電路連線，以使得每一對銷的每個銷之間的間隙產生電路斷路。三個導電球形球配置成接觸第一對、第二對、以及第三對導電銷，以閉合電路。
[0020]在另一方面中，公開雙物鏡顯微鏡，其包括平行于第二物鏡的第一物鏡，上部光源配置成為第一物鏡提供光，下部光源配置成為第二物鏡提供光，第一半透明反射鏡、第二半透明反射鏡、以及照相機配置成觀察第一物鏡與第二物鏡。當打開上部光源時，照相機配置成觀察第一物鏡，當打開下部光源時，照相機配置成觀察第二物鏡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]從以下的說明與附圖中，本公開的進一步目標與優勢將變得明顯，其中:
[0022]圖1為本發明的可調節的臺階座的分解透視圖；
[0023]圖2為圖1組裝的可調節的臺階座的透視圖；
[0024]圖3為圖2的組裝的可調節的臺階座的頂視圖；
[0025]圖4為圖2的組裝的可調節的臺階座的右視圖；
[0026]圖5為沿圖3的線5-5的圖2的組裝的可調節的臺階座的橫截面；
[0027]圖6為沿圖3的線6-6的圖2的組裝的可調節的臺階座的橫截面；
[0028]圖7為本發明的可調節的臺階座的另一實施例的透視圖；
[0029]圖8a為圖7的可調節的臺階座的前視圖；
[0030]圖8b為圖7組裝的可調節的臺階座的透視圖；
[0031]圖9為本發明的可調節的硬度計壓頭座的分解透視圖；
[0032]圖10為圖9組裝的可調節的硬度計壓頭座的透視圖；
[0033]圖11為圖9的可調節的硬度計壓頭座的前視圖；
[0034]圖12為圖9的可調節的硬度計壓頭座的底視圖；
[0035]圖13為沿圖11的線13-13的圖9的組裝的可調節的硬度計壓頭座的橫截面；
[0036]圖14為沿圖12的線13-13的圖9的組裝的可調節的硬度計壓頭座的橫截面；
[0037]圖15為本發明的碰撞保護開關的透視圖；
[0038]圖16a為圖15的碰撞保護開關的第二板的頂部透視圖；
[0039]圖16b為圖15的碰撞保護開關的第一板的底部透視圖；
[0040]圖17為處于關閉位置的圖15的碰撞保護開關的側視圖；
[0041]圖18為處于開啟“碰撞”位置的圖15的碰撞保護開關的側視圖；
[0042]圖19為與顯微鏡物鏡連接在一起，并且處于關閉位置的圖15的碰撞保護開關的側視圖；
[0043]圖20為與顯微鏡物鏡連接在一起，并且處于開啟“碰撞”位置的圖15的碰撞保護開關的側視圖；
[0044]圖21a為處于關閉位置的圖15的碰撞保護開關的電氣圖；[0045]圖21b為處于開啟“碰撞”位置的圖15的碰撞保護開關的電氣圖；
[0046]圖22為本發明的雙物鏡的顯微鏡的透視圖；
[0047]圖23為圖22的雙物鏡的顯微鏡的頂視圖；
[0048]圖24為沿圖23的線24_24的圖22的雙物鏡的顯微鏡的局部截面透視圖；以及
[0049]圖25為沿圖23的線25_25的雙物鏡的顯微鏡的局部截面透視圖。
【具體實施方式】
[0050]現詳細參照附圖，其中，貫穿幾幅視圖，相同的數字表示相同的元件。
[0051]圖1-6示出了本發明的可調節的臺階座10的第一方面。圖1為本發明的可調節的臺階座10的分解透視圖。可調節的臺階座10包括可調節的臺階12與外殼14。外殼14包括基座16與從基座16的頂面向上延伸的環形突出物18，以使得將基座16分為外部凸緣20與內部凸緣22。基座16通常為盤狀元件，其具有帶有倒圓的棱邊26的圓形孔24，穿過作為“插口”的中心。然而，一個本領域技術人員應該理解的是，基座16可以是任意幾何形狀，并且包括并不限于圓形的周界，但可以是正方形、矩形、三角形等。外部凸緣20包括多個形成于其中的安裝槽28。多個安裝槽28允許基座16安裝至機器安裝板30。機器安裝板30包括多個螺紋孔32，具有用于將基座16固定在合適位置的匹配螺栓34。每一個螺栓34的軸均安裝于基座16的多個安裝槽28之一中，并且可以緊緊將基座16固定至機器安裝板30。
[0052]如圖1-3中所示，環形突出物18包括四個穿過其延伸的螺紋xy軸固定鉆孔36以及z軸鎖止設備38。xy軸固定鉆孔36為徑向的，通常配置在向下的斜坡上，并且包括四個匹配xy軸固定螺栓40，其將在以下更加詳細地論述。z軸鎖止設備38包括穿過環形突出物18的寬度延伸的徑向銷孔42，兩個z軸固定鉆孔44、以及兩個z軸固定螺栓46。z軸固定鉆孔44定位于徑向銷孔42的相反側上，以使得它們彼此交叉，并且相對于徑向銷孔42為徑向。提供z軸固定螺栓46，以匹配z軸固定鉆孔44，其將在以下更詳細地論述。
[0053]可調節的臺階12包括安裝板48與從安裝板48的底面延伸的半球形球形接頭延伸物50。安裝板48包括多個穿過其延伸的孔52，其允許樣品材料安裝表面(例如X-Y臺階)與之固定。多個孔52可以是螺紋的，以使得螺栓54可以與之螺紋接合，或它們可以簡單的是無螺紋鉆孔。如圖5與6中所示，球形接頭延伸物50具有可以描述為圓形圓錐基座的幾何形狀。也就是說，球形接頭延伸物50包括從安裝板48的底面向外延伸，并且在半球形基座58處終止的圓錐壁56。球形接頭延伸物50還包括至少一個穿過圓錐壁56的螺紋孔60，其基本上垂至于球形接頭延伸物50的中心軸。螺紋孔60允許z軸鎖止銷62擰入，用于永久連接。可調節的臺階組件12可以通過傾斜可調節的臺階12、引導銷62進入孔42而組裝入外殼14。可替換地，徑向銷孔42可以由凹口形成，該凹口從環形突出物18的頂部延伸，以使得在安裝時，在無需傾斜可調節的臺階的情況下將外殼14與可調節的臺階12帶到一起之前，z軸鎖止銷62可以與螺紋孔60相接合。而且，徑向銷孔42具有大于z軸鎖止銷62的直徑的直徑。其使得可調節的臺階12可以相對于x，y以及z軸具有一定的自由度。尤其，因為在徑向銷孔42與z軸鎖止銷62之間存在一定量的間隙或“游隙”，所以可調節的臺階12可以在z軸鎖止銷62接觸徑向銷孔42的壁之前，圍繞X軸、y軸以及z軸旋轉固定量的角度。[0054]接下來，用戶可以開始螺紋地將多個xy軸固定螺栓40與xy軸固定鉆孔36相接合，并且將z軸固定螺栓46與z軸固定鉆孔44相接合。一旦xy軸固定螺栓40與z軸固定螺栓46處于合適位置，則可調節的臺階12可以圍繞x、y以及z軸旋轉，直至其處于所需的位置。當可調節的臺階12處于所需的位置時，緊固xy軸固定螺栓40，直至它們的平整的支承表面接觸圓錐壁56。緊固多個xy軸固定螺栓40的每一個，直至將可調節的臺階座10固定并設置在所需的位置上。設置可調節的臺階座10與xy軸固定螺栓40直接導致設置或限制可調節的臺階座10圍繞X軸與y軸旋轉。如果用戶需要可調節的臺階座10圍繞它們的X軸或I軸旋轉，他/她需要做的是略微松開一個約束旋轉軸的xy軸固定螺栓40，并且進一步緊固與松開的xy軸固定螺栓40相反的xy軸固定螺栓40。這將導致松開可調節的臺階座10，其圍繞所需的軸旋轉對應于圍繞xy軸固定螺栓40的旋轉度數的度數。沿另一方向相似地完成這一動作，直至可調節的臺階座10處于所述的xy位置。應該理解的是，每個單獨的xy軸固定螺栓40均可以通過不同于其他xy軸固定螺栓40的量而緊固或松開，例如，每個單獨的固定螺栓40可以獨立于其他xy軸固定螺栓40而操作。這個特征的重要性在于不需要拆卸可調節臺階座10以調節，并且通過以小數度數測量的非常小的旋轉量便可以調節可調節的臺階座10。
[0055]一旦緊固所有的xy軸固定螺栓40，則用戶可以緊固z軸固定螺栓46，直至它們的平整支承表面接觸z軸鎖止銷62。緊固兩個z軸固定螺栓46，直至固定可調節的臺階座10，并且將其設置在所需的位置。設置可調節的臺階座10與z軸固定螺栓46直接導致將可調節的臺階座10設置成圍繞z軸旋轉或限制其圍繞z軸旋轉。如果用戶需要可調節的臺階座10圍繞z軸旋轉，則他/她需要略微松開一個z軸固定螺栓46，并且進一步緊固相反的z軸固定螺栓46。這將導致可調節的臺階座10圍繞z軸旋轉對應于松開z軸固定螺栓46的角度的角度量。這個特征的重要性在于不需要拆卸可調節臺階座10以調節，并且通過以小數度數測量的非常小的旋轉量便可以調節可調節的臺階座10。
[0056]能夠以很多不同的機器，并且尤其是硬度試驗機器，例如，布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、和/或努普機器/硬度計壓頭使用可調節的臺階座10。通過允許x、y與Z軸微小的旋轉變化，可調節的臺階座10使得在試驗樣品上制造對稱的凹痕更加容易，以使得硬度計壓頭以精確的角度定位接觸表面。
[0057]圖7_8b示出了本發明的可調節的臺階座10的又一實施例。尤其，圖7_8b示出了將本發明的可調節的臺階座10安裝至硬度試驗機器的可替換方法。如所示的，可調節的臺階座10不包括多個形成于圖1-6的實施例的外部凸緣20中的安裝槽28，機器安裝板30也不包括多個螺紋孔32。反而，機器安裝板30包括兩個三通槽64，同時，基座16包括兩個從其底壁延伸的三通突出物66。兩個三通槽64與兩個三通突出物66配置成對稱地匹配，以使得兩個三通突出物66可以滑入兩個三通槽64中。同樣，為了將基座16安裝至機器安裝板30之上，應該簡單地將兩個三通突出物66與兩個三通槽64對齊，并且向前滑動基座16，將基座16鎖止在合適位置上。
[0058]圖9-14示出了本發明的可調節的硬度計壓頭座70。圖9為本發明的可調節的硬度計壓頭座70的分解透視圖。如所示的，可調節的硬度計壓頭座70包括可調節的硬度計壓頭固定器72與外殼74。外殼74包括基座76與從基座76的下表面向上延伸的環形突出物80。基座76可以包括突出物，允許其連接至硬度試驗機器。基座76包括圓形肩82，其具有倒圓的棱邊，并且從作為“插口”的基座76的底面向下延伸。
[0059]如圖9-14中所示，環形突出物80包括三個等距離間隔開，并且穿過其延伸的螺紋xy軸固定鉆孔84，以及z軸鎖止設備86。xy軸固定鉆孔84為徑向的，通常配置在向上的斜坡上，并且包括三個相匹配的xy軸固定螺栓88，其在以下將更加詳細地論述。z軸鎖止設備86包括徑向銷孔90、兩個z軸固定鉆孔92、以及兩個z軸固定螺栓94，徑向銷孔90穿過環形突出物80的寬度延伸。z軸固定鉆孔92定位于徑向銷孔90的相反側上，以使得它們彼此橫跨，并且相對于徑向銷孔90為徑向的。z軸固定螺栓94設置為匹配z軸固定鉆孔92，其在以下將更詳細地論述。
[0060]可調節的硬度計壓頭72包括球形接頭延伸物96與從球形接頭延伸物96的底面延伸的安裝凸臺98。安裝凸臺98包括外螺紋100與中心內孔102，其可以穿過球形接頭延伸物96延伸。如圖13與14所示的，球形接頭延伸物96具有可以描述為圓錐形基座的幾何形狀。也就是說，球形接頭延伸物96包括從安裝凸臺98向外延伸，并且在半球形基座106處終止的圓錐壁104。球形接頭延伸物96還包括至少一個穿過圓錐壁104的鉆孔108，其基本上垂直于球形接頭延伸物96的中心軸。鉆孔108允許在此提供z軸定位與鎖止銷110。
[0061]可調節的硬度計壓頭座70進一步包括硬度計壓頭尖端112以及鎖止卡圈114。硬度計壓頭尖端112包括樣本接合部分116、卡圈118、以及定位部分120。定位部分120配置成插入安裝凸臺98的中心內孔102中。鎖止卡圈114通常為具有在一端處向內延伸的肩部122與在相反端處的內螺紋124的中空圓柱體。內螺紋124配置成可螺紋地接合安裝凸臺98的外螺紋100。當將定位部分120插入中心內孔102時，卡圈118鄰接安裝凸臺98的表面，并且可以將鎖止卡圈114設置于硬度計壓頭尖端112之上，可螺紋地接合安裝凸臺98，并且緊固，直至肩部122接合卡圈118，并且卡圈118緊緊固定，使得卡圈118的上表面緊靠安裝凸臺98的下表面。
[0062]在操作過程中，用戶將可調節的硬度計壓頭72放置在外殼74中，以便將球形接頭延伸物96的一部分定位在環形突出物80中，并且半球形基座106接合圓形肩部82的倒圓的棱邊。半球形基座106與圓形肩部82的倒圓的棱邊的接合產生球窩接頭，以使得提供三個旋轉自由度，例如，圍繞X軸、y軸、以及z軸，但不允許平移自由度。z軸鎖止銷110沒有螺紋，并且將其壓入鉆孔108中。可以通過傾斜可調節的硬度計壓頭固定器72，并且朝向鉆孔108瞄準銷110而將該組件裝載入環形突出物80中的鉆孔90中。而且，徑向銷孔90具有比z軸鎖止銷110的直徑更大的直徑。該間隙方便組裝，并且允許可調節的硬度計壓頭72相對于X、y與z軸具有一定的自由度。尤其，因為存在徑向銷孔90與z軸鎖止銷110之間的一定量的空間或“間隙”，所以可調節的硬度計壓頭72可以在z軸鎖止銷110接觸徑向銷孔90的壁之前，圍繞X軸、y軸以及z軸旋轉固定量的角度。
[0063]接下來，用戶可以開始可螺紋地將多個xy軸固定螺栓88與xy軸固定鉆孔84相接合，以及將z軸固定螺栓94與z軸固定鉆孔92相接合。一旦xy軸固定螺栓88與z軸固定螺栓94處于合適位置，則可調節的硬度計壓頭72可以圍繞x、y以及z軸旋轉，直至其處于所需的位置。當可調節的硬度計壓頭72處于所需位置時，緊固xy軸固定螺栓88，直至它們的平整支承表面接觸圓錐壁104。緊固多個xy軸固定螺栓88的每一個，直至將可調節的硬度計壓頭72固定并設置在合適的位置。設置可調節的硬度計壓頭72與xy軸固定螺栓88，直接導致固定可調節的硬度計壓頭72，或限制其圍繞X軸與y軸旋轉。如果用戶需要可調節的硬度計壓頭72圍繞它們的X軸或I軸旋轉，則他/她需要做的是略微松開限制旋轉軸的一個xy軸固定螺栓88，并且進一步緊固其他xy軸固定螺栓88。這將導致可調節的硬度計壓頭72圍繞所需的軸旋轉對應于松開xy軸固定螺栓88的量的角度量。這可以沿其他旋轉方向相似地進行，直至可調節的硬度計壓頭72處于所需的xy軸位置。例如，一個可以略微松開兩個xy軸固定螺栓88，并且緊固第三個xy軸固定螺栓88，以沿徑向旋轉可調節的硬度計壓頭72。應該理解的是，可以通過不同于其他xy軸固定螺栓88的量緊固或松開每個獨立的xy軸固定螺栓88，例如，每個單獨的固定螺栓88可以獨立于其他xy軸固定螺栓88而操作。該特征的重要性在于不必要拆卸，以調節可調節的硬度計壓頭72，并且能夠通過度的分數測量結果的小旋轉量而調節。半球形基座106的中心還可以定位于硬度計壓頭11的尖端，以使得當調節凹痕對稱時，硬度計壓頭尖端的X與y位置不改變。這使得其易于觀察與比較對稱調節作出的結果。
[0064]一旦緊固所有xy軸固定螺栓88，則用戶可以緊固z軸固定螺栓94，直至它們的平整支承表面接觸z軸鎖止銷110。緊固兩個z軸固定螺栓94，直至固定可調節的硬度計壓頭72，并且將其設置在所需的位置。設置可調節的硬度計壓頭72與z軸固定螺栓94直接導致固定可調節的硬度計壓頭72或限制其圍繞z軸旋轉。如果用戶需要可調節的硬度計壓頭72圍繞z軸旋轉，則他/她需要略微松開一個z軸固定螺栓94，并且進一步緊固相反的z軸固定螺栓94。這將導致可調節的硬度計壓頭72圍繞z軸旋轉對應于松開z軸固定螺栓94的量的角度量。
[0065]可調節的硬度計壓頭72可以使用維氏、和/或努普機器/硬度計壓頭。通過允許x、y與z軸微小的旋轉變化，可調節的硬度計壓頭72使得在試驗樣品上制造對稱的凹痕更加容易與快速，以使得硬度計壓頭以精確角度定位接觸表面。而且，因為在硬度計壓頭處進行調節，所以在調節過程中，臺階保持在合適位置，并且調節并不影響焦平面。
[0066]圖15_21b示例了本發明的碰撞保護開關200。如圖15中所示的，碰撞保護開關200包括第一板202與第二板204。如圖16a所示，第一板202包括由絕緣材料，例如塑料或硬陽極氧化鋁的外殼206，三個銷室208、210、212，一個或多個電路通道214，兩個物鏡孔216以及彈簧孔228。三個銷口 208、210、212形成于外殼206中，圓形鉆孔220、222、224從外殼206的頂面延伸至銷口 208、210、212的每一個中。每個圓形鉆孔220、222、224均提供各個銷口 208、210、212內部的通道。每個銷口 208、210、212均包括一對固定于其中的平行銷226、228、230，并且由導電材料形成。重要的是，每一對平行銷226、228、230中的每一個第一銷226a、228a、230a與相反的或第二銷226b、228b、230b分隔開，以使得它們不彼此接觸，該方面的重要性將在下面論述。
[0067]一個或多個電路通道214配置成允許銷226a、228a、230a、226b、228b、230b以“斷路”串聯電路線連接在一起。也就是說，第一對平行銷226的第一銷226a與第二對平行銷228的第二銷228b沿電路通道214線連接，以便將它們設置為電連通。相似地，第二對平行銷228的第一銷228a與第三對平行銷230的第二銷230b沿電路通道214線連接，以便將它們設置為電連通。而且，電源232與第一對平行銷26的第二銷226b以及第三對平行銷230的第一銷230a沿電路通道214線連接。因此，第一對平行銷226的第二銷226b以及第三對平行銷230的第一銷230a與電源232相連通，但其他剩余的銷226a、228a、228b、230b不導電。這樣產生了“斷路”串聯電路，其包括每一對平行銷226、228、230。該方面的重要性將在以下更詳細的論述。如之前論述的，外殼206由導電材料形成，以使得其他剩余銷 226a、228a、228b、230b 不導電。
[0068]如圖16b所示，第二板204包括外殼205與三個固定至外殼205的底面，并且從外殼205的底面延伸的導電球226c、228c、230c。第二板外殼205基本上在幾何形狀上相似于第一板外殼206，以使得三個導電球226c、228c、230c的位置與銷口 208、210、212的三個圓形鉆孔220、222、224相對齊。進一步，布置三個球226c、228c、230c，以使得每個球226c、228c,230c的中心等距于與球226c、228c、230c相匹配的對銷226、228、230的各個銷226a、226b、228a、228b、230a、230b。第二板外殼206進一步包括穿過其延伸的兩個物鏡孔236，其與第一板外殼206的兩個螺紋物鏡孔216相對齊。此外,第二板外殼206包括彈簧孔238。
[0069]圖17示出了通過拉伸彈簧231接合及連接第一板202與第二板204的側視圖，拉伸彈簧231在第一板202的彈簧孔218與第二板204的彈簧孔238之間延伸并固定。彈簧231用于將兩塊板拉到一起，在各對銷226、228、230之間嵌套每一個球226c、228c、230c，提供六個常閉開關的布置。在該“常接合”模式中，關閉形成于電源232與第一板202的銷226a、226b、228a、228b、230a、230b之間的串聯電路，以使得電力流至第一對銷226的第一銷226a、第二對銷228的第一與第二銷228a、228b、以及第三對銷230的第二銷230b (如在圖21a的電路圖示中所示的)。然而，如圖18所示的，其示出了第一板202與第二板204脫離的側視圖，當一個物鏡上的力源F足以克服彈簧231連接力，并且使得一個球遠離其兩個銷接觸之一運動時，開啟電路，并且觸發碰撞“報警”(如圖21b的電路圖示中所示的)。
[0070]碰撞保護開關200提供很多選擇權，用于警告用戶第一板202與第二板受力分開的情況，例如碰撞事件。例如，在第二對銷228的第一銷228a與第三對銷230的第二銷230b之間線連接燈或警報器。這樣，當三個導電球226c、228c、230c的任意一個脫離任意一個銷226、228、230，開啟電路，并且燈將照明或警報器將發聲。可替換地，電路可以直接連接至控制器，以使得當三個導電球226c、228c、230c之一脫離銷時，控制器可以立即停止相關聯的電機，或可以反轉電機，因此防止其可以連接的系統損壞。
[0071]如圖19與20所示，第一板202與第二板204可以安裝至顯微鏡，例如，例如顯微硬度試驗機的材料試驗機器的顯微鏡，以使得顯微鏡物鏡在第二板204的兩個物鏡孔236與第一板202的兩個物鏡孔216之間延伸。在這種應用中，用戶可以將顯微鏡物鏡帶至靠近用于檢查的樣品，并且意料之外地將樣品與顯微鏡物鏡接觸。當這種情況發生時，不僅損害物鏡與試驗機，而且還損害可能是有價值的片狀試驗樣品。然而，在安裝碰撞保護開關200的情況下，當用戶將樣品與物鏡接觸時，施加力F在物鏡上，并且因此第二板202使得電路開啟，警告用戶碰撞。可替換地，一旦電路開啟，則可以停止或反轉朝向樣品驅動物鏡的電機。在該報警之后，由于三對銷226、228、230與三個球226c、228c、230c的準確約束結構，第一板202與第二板204后續重新接合，顯微鏡物鏡重新以幾微米定位。該結構，準確約束了六個接觸點。兩塊板202、204僅具有一個固定位置。當板202、204受那個位置(例如，當碰撞發生時)阻礙時，板202、204將總是準確返回相同的位置，并且在碰撞結束之后，顯微鏡將觀測相同位置。
[0072]本領域技術人員應該理解的是，第一、第二以及第三對平行銷226、228、230均布置于任意合適的位置中，其將具有六個接觸點，并且準確地約束。例如，第一、第二以及第三對平行銷226、228、230可以布置成每個縱軸大約在第二板204的中心相互交叉。[0073]圖22-25示例了本發明的雙物鏡的顯微鏡。圖22為雙物鏡的顯微鏡300的透視圖，其示出了外殼302、下發光二極管(LED) 304、上LED306、照相機308、以及兩個共線的物鏡310、312。圖23為雙物鏡的顯微鏡300的頂視圖。圖24與25為雙物鏡的顯微鏡300的局部截面視圖，其示出了外殼302的組件。外殼302包括第一半透明反射鏡314、第二半透明反射鏡316以及第三半透明反射鏡318。
[0074]布置雙物鏡的顯微鏡300的組件，以使得照相機308、第二半透明反射鏡316、第三半透明反射鏡318，以及第二物鏡312共線，同時，上LED306、第一半透明反射鏡314以及第一物鏡310共線。如圖24中所示的，在典型實施例中，彼此平行地定位第一半透明反射鏡314與第二半透明反射鏡316，并且將第一半透明反射鏡314與第二半透明反射鏡316定位在相同的水平軸上，但旋轉，以使得穿過第一物鏡310返回的光將從第一半透明反射鏡314反射至第二半透明反射鏡316，并且向上穿過鏡筒透鏡，進入照相機308。鏡子從觀測角度順時針旋轉45°。如圖25中所示，將第三半透明反射鏡318定位成將來自下LED304的光向下反射入物鏡312中。從樣品反射的光垂直向上運動，穿過第二透鏡312，穿過每一個半透明反射鏡316、318，并且向上穿過鏡筒透鏡，進入照相機308。
[0075]半透明反射鏡314、316與318反射1/2在鏡子上發光的光，并且允許剩余的1/2在鏡子上發光的光穿過。這樣，因為上述布置，當用戶希望通過第一物鏡310觀測樣本時，他/她將點亮上LED306。當點亮上LED306時，光將照在第一半透明反射鏡314上，其將反射1/2將損失的光，并且允許1/2光穿過至第一物鏡310。1/2的光將隨后穿過第一物鏡310，從樣品反射，并穿過第一物鏡310返回，再次接合第一半透明反射鏡314。在該接合過程中，1/2的光，例如，1/4原始光將朝向上LED306穿過第一半透明反射鏡314，并且將損失，同時，接下來1/2的光，例如1/4的原始光將以90°角度朝向第二半透明反射鏡316從第一半透明反射鏡314反射。1/4的光將接合第二半透明反射鏡316，并且1/2，例如1/8原始光將穿過并損失，同時，接下來1/2，例如1/8的原始光將反射至照相機308。因此，照相機308最終以1/8原始LED光強接收樣本的圖像。可替換地，當用戶希望通過第二物鏡312觀測樣本時，他/她將點亮下LED304，其垂直于第二物鏡312定位，并且與第三半透明反射鏡318共線。當點亮下LED304時，光將在第三半透明反射鏡318上發光，其將允許1/2的光穿過，其將損失，并且朝向第二物鏡312反射其他1/2的光。1/2的光隨后將穿過第二物鏡312，從樣品反射，并且穿過第二物鏡312返回，并且再次接合第三半透明反射鏡318。在該接合過程中，1/2的光，例如1/4的原始光將從第三半透明反射鏡314朝向下LED304反射，并且損失，同時，接下來1/2的光，例如1/4原始光，將穿過第三半透明反射鏡314，朝向第二半透明反射鏡316。該1/4的光將接合第二半透明反射鏡316以及1/2，例如1/8的原始光，將反射并損失，同時，接下來1/2，例如1/8的原始光，將穿過至照相機308。因此，照相機308最終將以1/8的原始LED光強接收樣本圖像。
[0076]這樣，當用戶希望改變從第一物鏡310至第二物鏡312的照相機觀測時，所有必須做的是切換光源304、306。雙物鏡的顯微鏡300可以連接至計算機，以使得樣本圖像數字地傳遞至計算機，并且在計算機屏幕上顯示。
[0077]因此，最有效地獲得幾個前述目標與優勢。盡管已經在此處詳細公開并且說明了本發明的優選實施例，但應該理解的是，本發明因此并不旨在限制，其范圍由所附權利要求的范圍所限定。
【權利要求】
1.可調節的臺階座，包括: 外殼，其包括限定孔的基座以及從所述基座延伸的環形突出物； 可調節的臺階，其包括安裝表面與從所述安裝表面延伸，并且通過壁與半球形端部限定的球形接頭延伸物，所述壁包括至少一個穿過其延伸的徑向鉆孔； 所述環形突出物包括多個穿過其延伸的Xy軸鉆孔以及Z軸鎖止組件，所述Z軸鎖止組件包括銷孔與兩個z軸鉆孔； 銷，其配置成接合所述至少一個徑向鉆孔； 多個xy軸螺栓，其配置成接合所述多個xy軸鉆孔，并且接觸所述球形接頭延伸物壁；以及 多個z軸螺栓，其配置成接合所述兩個z軸鉆孔，并且接觸所述銷， 其中，所述半球形端部配置成可旋轉地接合所述孔。
2.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述可調節的臺階包括安裝板。
3.根據權利要求2所述的可調節的臺階座，其中，所述安裝板包括多個配置成安裝元件的鉆孔。
4.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述外殼包括多個配置成可拆卸地安裝所述外殼的安裝槽。
5.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述外殼包括一個或多個從所述基座的底部延伸的T型突出物。
6.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述孔由倒圓的棱邊限定。
7.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述銷孔為從所述環形突出物的頂部延伸的槽
8.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述球形接頭延伸物壁包括多個徑向鉆孔。
9.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述球形接頭延伸物壁配置成圓錐壁。
10.根據權利要求1所述的可調節的臺階座，其中，所述Xy軸鉆孔以一定角度穿過所述環形突出物延伸。
11.可調節的硬度計壓頭座，包括: 外殼，其包括限定了孔與環形突出物的肩部； 可調節的硬度計壓頭，其包括硬度計壓頭尖端座與從所述硬度計壓頭尖端座延伸，并且由壁與半球形端部限定的球形接頭延伸物，所述壁包括至少一個穿過其延伸的徑向鉆孔； 所述環形突出物，其包括多個穿過其延伸的Xy軸鉆孔與Z軸鎖止組件，所示Z軸鎖止組件包括銷孔與兩個z軸鉆孔； 銷，其配置成接合所述至少一個徑向鉆孔； 多個xy軸螺栓，其配置成接合所述多個xy軸鉆孔，并且接觸所述球形接頭延伸物壁；以及 多個z軸螺栓，其配置成接合所述兩個z軸鉆孔，并且接觸所述銷， 其中，所述半球形端部配置成可旋轉地接合所述孔。
12.根據權利要求11所述的可調節的硬度計壓頭座，進一步包括: 硬度計壓頭尖端；以及 卡圈，其適合于可拆卸地連接至所述硬度計壓頭尖端座， 其中，所述卡圈配置成將所述硬度計壓頭尖端固定至所述硬度計壓頭尖端座。
13.根據權利要求12所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述卡圈適合于通過扣合連接可拆卸地連接至所述硬度計壓頭尖端座。
14.根據權利要求12所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述硬度計壓頭尖端座包括外部螺紋，并且所述卡圈包括內螺紋，用于匹配所述硬度計壓頭尖端座的所述外螺紋。
15.根據權利要求11所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述外殼配置成連接至硬度計壓頭機器。
16.根據權利要求11所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述肩部包括限定所述孔的倒圓的棱邊。
17.根據權利要求11所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述球形接頭延伸物壁包括多個徑向鉆孔。
18.根據權利要求11所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述球形接頭延伸物壁配置為圓錐壁。
19.根據權利要求11所述的可調節的硬度計壓頭座，其中，所述xy鉆孔以一定角度穿過所述環形突出物延伸。
20.碰撞保護開關,包括: 第一板，其由電絕緣材料組成，所述第一板包括第一、第二以及第三對導電銷； 所述第一對、第二對以及第三對導電銷，每個均包括彼此分隔開的第一銷與第二銷，所述第一對導電銷的所述第一銷與所述第二對導電銷的所述第二銷互相電連通，并且所述第二對導電銷的所述第一銷與所述第三對導電銷的所述第二銷互相電連通； 電源與所述第三對導電銷的所述第一銷以及所述第一對導電銷的所述第二銷互相電連通； 第二板，其由電絕緣材料組成，所述第二板包括從其壁延伸的第一導電球、第二導電球以及第三導電球；以及 保持彈簧，其迫使所述第一板與所述第二板一起處于第一位置，其中，所述第一導電球接合所述第一對導電銷，所述第二導電球接合所述第二對導電銷，所述第三導電球接合所述第三對導電銷，形成閉合電路， 其中，所述第一導電球，所述第二導電球、以及所述第三導電球配置成以使得如果任意一個脫離各個第一對、第二對、或第三對導電銷，開啟所述電路。
21.根據權利要求20所述的碰撞保護開關，其中，所述第一板進一步包括: 第一內口袋罩住所述第一對導電銷，并且通過所述第一板中的第一孔可進入； 第二內口袋罩住所述第二對導電銷，并且通過所述第一板中的第二孔可進入；并且 第三內口袋罩住所述第三對導電銷，并且通過所述第一板中的第三孔可進入。
22.根據權利要求20所述的碰撞保護開關，進一步包括，與所述電路互相電連通的光， 其中，當開始所述電路時，所述光配置成不照明。
23.根據權利要求20所述的碰撞保護開關，進一步包括警報器，其與所述電路相電連接， 其中，所述警報器配置成當開啟所述電路時發聲。
24.根據權利要求20所述的碰撞保護開關，進一步包括控制器，其與所述電路相電連接， 其中，所述控制器配置成當開啟所述電路時，關掉與所述控制器相關聯的電機。
25.根據權利要求20所述的碰撞保護開關，進一步包括至少一個顯微鏡物鏡，其與所述第一板以及所述第二板的至少一個相機械連通，以使得相對于所述至少一個顯微鏡物鏡的力迫使所述第一板與所述第二板彼此遠離，以開啟所述電路。
26.雙物鏡的顯微鏡，包括: 第一物鏡，其與第二物鏡相平行； 上燈源，其配置成將光提供至所述第一物鏡； 下燈源，其配置成將光提供至所述第二物鏡； 第一半透明反射鏡； 第二半透明反射鏡； 第三半透明反射鏡；以及 照相機，其配置成穿過所述第一物鏡與所述第二物鏡觀察， 其中，當開啟所述上光源時，所述照相機通過第一物鏡觀察，并且當開啟所述下光源時，所述照相機通過所述第二物鏡觀察。
27.根據權利要求26所述的雙物鏡顯微鏡，其中，所述第一光源以及所述第二光源均為發光二極管。
28.根據權利要求26所述的雙物鏡顯微鏡，其中，所述第一物鏡以及所述第二物鏡均與顯微硬度試驗機相關聯。
【文檔編號】G02B21/18GK103765187SQ201280040466
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年9月5日 優先權日:2011年9月6日
【發明者】斯蒂芬·M.·麥克馬洪, 魯道夫·M.·邁耶爾, 約翰·希區柯克, 弗里茨·穆勒, 德溫·S.·迪克斯 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司