專利名稱：里氏硬度測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種硬度測量裝置，特別是一種測量試件里氏硬度的裝置，屬于精密測量技術領域。
背景技術：
里氏硬度測量方法，是二十世紀七十年代末由瑞士D.LEEB博士發明，是以能量測量原理為基礎的動態硬度試驗方法，其試驗原理的基礎是使一個保持恒定能量(D型11N·mm，G型90N·mm)的沖擊體沖擊到靜止的材料試件上，再回彈起來，測量回彈時尚存在于試樣中的能量(殘余能量)，該殘余能量即表示里氏硬度的大小。里氏硬度值的定義為 式中HL-里氏硬度值v反-反彈速度v沖-沖擊速度用該試驗原理研制并大量生產的便攜式里氏硬度計小巧、精致，迅速在國內、外得到廣泛的推廣和應用。
便攜式里氏硬度計由沖擊儀和電子顯示器組成，結構見
圖1，沖擊儀由帶碳化鎢球頭的沖擊體、控制沖擊體徑向位置的導向筒、沖擊體能量施加裝置、釋放夾持機構、控制裝置、測速裝置等組成。沖擊體能量施加裝置由一承載筒和安裝在承載筒內的沖擊彈簧構成，釋放夾持機構和控制裝置由一夾鉗和控制夾鉗動作的開關組成，測速裝置采用電磁探測器，它由安裝在沖擊體中的永久磁鐵和固定在導向筒前部的線圈構成。其工作過程是先將導向筒推入承載筒，然后慢慢松開，這時沖擊體被夾鉗夾住，并將沖擊彈簧壓縮，按動釋放開關，夾鉗就放開沖擊體，沖擊體由于彈簧作用彈射到試件表面，電磁探測器測量距試樣表面一毫米位置處的沖擊速度和反彈速度，并按公式計算出里氏硬度值。由于沖擊彈簧、永久磁鐵及電磁線圈均在準確性和長期穩定性方面存在缺陷，不能保持穩定的測量精度。
發明內容
為了克服現在的硬度計的長期穩定性差、測量精度低的不足，本實用新型的目的是提供了一種里氏硬度測量裝置，其測量精度高，長期穩定性好。
本實用新型的里氏硬度測量裝置，包括底座、放置在底座上的工作臺、帶碳化鎢球頭的沖擊體、控制沖擊體徑向位置的導向筒、沖擊體升降釋放夾持機構、控制裝置、測速裝置和數據采集處理裝置，其特點是沖擊體能量的獲得放棄沖擊彈簧，而完全采用地球引力即重力的方式，這樣，只要沖擊體釋放前的位置不變，其能量也是不變的。為了提高速度測量的準確性和穩定行，測速裝置采用激光多普勒測速系統。
為了測量硬度的方便、準確，控制裝置采用電控系統，它主要由可編程控制器、驅動器和光電管等組成，通過該電控系統完成沖擊體的夾持、釋放、上升、下降、位置判斷，沖頭選擇等功能，且具有手動及自動兩種實現方式；數據采集處理裝置采用由數字存儲示波器構成的數字采集系統和主要由微機構成的數據處理系統，數字采集系統和數據處理系統之間通過488接口連接。這樣計算機通過488接口實現對示波器采集的原始多普勒信號快速、準確、有效的傳輸，并根據得到的原始多普勒信號，通過低通濾波、相位計算、速度計算等最終得到里氏硬度值。
激光多普勒測速系統主要由激光器、分光鏡、接收器等組成，并使用布拉格盒實現速度方向判別，用于跟蹤測量沖擊體在下落及回彈過程中的速度。更加提高了速度測量的準確，也就是硬度測量的準確度得到進一步提高。
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。
圖1是便攜式里氏硬度計結構圖圖2是本實用新型的結構框圖圖3是本實用新型的結構示意圖圖3中，1.底座，2.工作臺，3.試樣，4.導向筒，5.沖擊體，6.釋放夾持機構，7.升降導軌，8.激光測速裝置，9.絲桿，10.升降手輪，11.電控系統，12.計算機，13.數采系統，14.激光測速裝置。
具體實施方式
本實用新型是集光、機、電系統于一體的自動化程度很高的裝置，由主機、沖擊體、電控系統、激光多普勒測速系統、數采系統、數據處理系統等組成。結構框圖見圖2。
主機由底座(1)、工作臺(2)、導向筒(4)、沖擊體(5)、沖擊體釋放夾持機構(6)、升降導軌(7)、絲桿(9)和升降手輪(10)等組成。其底座重達400公斤，牢固、穩定，滿足里氏硬度動態測試的要求。升降機構和夾持機構用于釋放D型沖擊體和G型沖擊體，進行里氏硬度HLD和HLG標尺的檢定。沖擊體(5)的質量D型為5.5g±0.05g，G型為20g±0.05g，頂部設計有臺階，便于夾持機構(6)夾持托起，使沖擊體(5)釋放前充分保持自由狀態。沖擊體的球頭按試驗方法使用直徑3mm和5mm的碳化鎢球頭。
電控系統(11)主要由可編程控制器、驅動器和光電管等組成。完成沖擊體的夾持、釋放、上升、下降；位置判斷，沖頭選擇等功能，具有手動及自動兩種實現方式。
激光測速裝置(8)(14)主要由激光器、分光鏡、接收器等組成，并使用布拉格盒實現速度方向判別，激光測速裝置(8)和(14)之間用電線連接，用于跟蹤測量沖擊體在下落及回彈過程中的速度。采用激光多普勒測速裝置測量沖擊體接觸試樣及離開試樣1mm位置處的沖擊速度及反彈速度，它具有以下特點非接觸測量；空間分辨率高；動態響應快，以光速傳播慣性極小；測量精度高；測量量程大；測量速度方向的靈敏性好；本裝置使用了布拉格盒，可進行速度方向的判別。
數采系統(13)采用數字存儲示波器，采樣率可達1G/s/4CH。計算機(12)通過488接口實現對示波器采集的原始多普勒信號快速、準確、有效的傳輸，并根據得到的原始多普勒信號，通過低通濾波、相位計算、速度計算等最終得到里氏硬度值。
下面介紹一下本實用新型的測量過程預熱工作前，分別打開計算機(12)、數采系統(13)和激光測速系統(8)的電源開關，并預熱30分鐘。
手動模式1)運行計算機軟件，并輸入相關信息；2)在電控系統(11)的控制面板上選擇手動模式；3)在電控系統(11)的控制面板上選擇相應的標尺按鈕(D型或G型)；4)打開電控系統開關按鈕；5)將選好的沖擊體(5)放入導向筒(4)內下端，按控制系統(11)面板上的夾緊按鈕，此時夾緊釋放機構(6)將自動將沖擊體(5)夾住托起；6)按上升按鈕，夾緊釋放機構(6)將帶動沖擊體(5)在導向筒(4)內自動上升，直到工作位置；7)點擊計算機軟件界面上的“零線檢測”按鈕，檢測測速系統零線；8)點擊計算機軟件界面上的“采樣”按鈕，開始采樣；9)按釋放按鈕，夾緊釋放機構(6)將松開沖擊體(5)，沖擊體(5)會自由下落，沖擊到試樣(3)的試面上并反彈；10)點擊軟件界面上的“開始計算”按鈕，自動計算沖擊體速度及被測試樣硬度值；11)重復上述操作，進行多次測量，得到最終被測試樣的平均值及不均勻性。
自動模式1)運行計算機軟件，并輸入相關信息；2)在電控系統(11)的控制面板上選擇自動模式；3)在電控系統(11)的控制面板上選擇相應的標尺按鈕(D型或G型)；
4)將選好的沖擊體(5)放入導向筒(4)內下端，按控制系統(11)面板上的開關按鈕，此時夾緊釋放機構(6)將自動將沖擊體(5)夾住托起并帶動沖擊體(5)在導向筒(4)內自動上升，直到工作位置；5)點擊計算機軟件界面上的“零線檢測”按鈕，檢測測速系統零線；6)點擊計算機軟件界面上的“采樣”按鈕，開始采樣；7)在電控系統(11)的控制面板上按“測試”按鈕，夾緊釋放機構(6)將松開沖擊體(5)，沖擊體5會自由下落，沖擊到試樣(3)的試面上并反彈，此時夾緊釋放機構會自動下降，再一次夾持沖擊體(5)到工作位置準備下一次釋放。；8)點擊軟件界面上的“開始計算”按鈕，自動計算沖擊體速度及被測試樣硬度值；9)重復上述操作，進行多次測量，得到最終被測試樣的平均值及不均勻性。
本裝置具有如下優點1.該裝置沖擊體采用自由落體釋放方式，能量控制準確，重復性好。
2.該裝置采用激光多普勒測速原理實現沖擊、反彈速度跟蹤測量，實時性高，數據準確；3.利用上述兩方法首次應用于硬度測量領域，前所未有。
4.該裝置精度高，可作為基準裝置，解決了里氏硬度的直接量傳問題。
5.該方法溯源到波長及時間等基本量綱。
6.該裝置全部操作過程由計算機控制，自動實現沖擊體夾持等動作及信號采集和數據處理，能自動打印檢定結果及證書，操作方便；7.該裝置單檢定點操作試驗過程僅為20秒，工作效率極高。
8.該裝置軟件采用可視化設計，工作界面簡潔、單一、友好。
本實用新型可應用于里氏硬度D型和G型里氏硬度塊的測試，測量范圍為(200～900)HLD/HLG。
權利要求1.里氏硬度測量裝置，包括底座、放置在底座上的工作臺、帶碳化鎢球頭的沖擊體、控制沖擊體徑向位置的導向筒、沖擊體升降釋放夾持機構、控制裝置、測速裝置和數據采集處理裝置，其特征在于沖擊體能量獲得完全采用地球引力即重力，測速裝置采用激光多普勒測速系統。
2.根據權利要求1所述的里氏硬度測速裝置，其特征是所述的激光多普勒測速系統中采用了布拉格盒，從而實現沖擊體速度方向的判別。
專利摘要本實用新型涉及一種里氏硬度測量裝置，它包括底座、放置在底座上的工作臺、帶碳化鎢球頭的沖擊體、控制沖擊體徑向位置的導向筒、沖擊體升降釋放夾持機構、控制裝置、測速裝置和數據采集處理裝置，沖擊體能量施加裝置完全采用地球引力即重力，測速裝置采用激光多普勒測速系統。本實用新型可應用于里氏硬度D型和G型里氏硬度塊的測試。它具有長期穩定性好、測量精度高、快速、簡便特點。
文檔編號G01N3/48GK2750312SQ20032012964
公開日2006年1月4日 申請日期2003年12月25日 優先權日2003年12月25日
發明者石偉, 王中華, 徐 明, 張宏運, 李新良, 宗惠才 申請人:中國航空工業第一集團公司第三○四研究所