CN107045176A - 显微硬度计自动升降对焦装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显微硬度计自动升降对焦装置，用于实现显微硬度计的自动对焦，且由于具有离合器和旋转手轮，可以在自动模式和手动模式的情况下进行切换。所述的自动模式下，由一自动升降对焦控制机制对步进电机进行控制从而实现自动高精度的对焦，所述的手动模式则是根据实际需要，通过对离合器的操作，使用户能够通过控制所述的旋转手轮控制所述的丝杆螺母副的螺母进行升降，从而调控载物台进行升降，进行对焦，本发明相较于现有技术具有可自行选择手动模式和自动模式的特点，且由于本发明中的自动升降对焦控制机制存在闭环控制机制，由需进行对焦的清晰度控制整个装置的升降对焦，十分方便精确。

Description

显微硬度计自动升降对焦装置
技术领域
本发明涉及材料硬度检测领域，尤其涉及一种显微硬度计在金属或非金属材料硬度检测过程中的升降对焦装置，具体是指一种显微硬度计自动升降对焦装置。
背景技术
目前市场上使用的显微硬度计通常是采用旋转调整手轮，通过升降丝杆结构将载物台调整到适当位置，由于在测试过程中使用的物镜放大倍数通常较高，因此需要将载物台上的试件升高到离压头约0.5mm左右的高度，需要精准的调节调焦手轮来对光学***进行调整，直至达到所需要的调焦效果，而且在调焦过程中容易误操作发生试件与压头的碰撞，并造成这些部件的损坏，产生不必要的损失，另外调焦过程全部由人工操作，不仅费时费力，且对不同使用者难以达到相同的测试效果，存在着不可重复性，经常造成对焦过程图像清晰度不够等问题，严重影响硬度测试的精度。
专利CN201420491713.8中现有技术中提出了一个解决上述问题的方案，其特征在于：在机身内腔，底座上固定有立柱总成，立柱总成上固定两条直线滑轨，直线滑轨上设有与之匹配的滑块，滑块固定在机头总成上，立柱总成上固定有升降丝杆座，升降丝杆座上端安装手轮轴，手轮轴左端连接手轮，手轮轴右端连接小齿轮，升降丝杠座下端安装升降丝杆，升降丝杆上套接大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合，升降丝杆上端旋接丝母，丝母固定在丝杆连接座上，丝杆连接座固定在机头总成后端。上述专利方案提出了靠手动调节丝杠转动，由丝杠螺母带动直线滑轨来实现对焦过程升降精度，可以在一定程度上提高对焦的精度。
上述技术还存在以下几个缺点：
1、采用升降自动转塔机头来实现试样的对焦，由于显微硬度计大多采用砝码加压的方式，因此转塔机头的构造相对复杂，若要实现复杂机构的精密升降，势必会加大安装调试过程的难度；
2、上述专利所述升降结构是一种悬臂方式，因此在硬度检测的加压过程中，不可避免的会发生受力的变形，对精度要求极高的显微硬度计显然是不能满足；
3、仍然采用手动调节丝杆的方式实现对焦，因此不能够避免人工操作造成的图像不清晰的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种装配更加简单、调焦方式可选择的显微硬度计自动升降对焦装置。
为了实现上述目的，本发明的显微硬度计自动升降对焦装置具体如下：
该显微硬度计自动升降对焦装置，其主要特点是，所述的装置包括内置的自动升降对焦控制机制和一升降对焦机构，其中所述的自动升降对焦控制机制用以在自动模式下控制驱动机构对所述的升降对焦机构进行自动调节，从而实现该装置的自动升降对焦，所述的装置还设置有手动模式，所述的手动模式下用户通过一手动控制装置控制所述的升降对焦机构，从而实现该装置的手动升降对焦，且所述的手动模式和自动模式可通过一离合器进行切换。
较佳地，所述的升降对焦机构包括同步带轮组、涡轮蜗杆副、丝杆螺母副和载物台，其中所述的载物台安装在所述的丝杆螺母副上，由所述的丝杆螺母副中螺母的升降带动所述的载物台的升降，且所述的装置处于自动模式时通过所述的驱动机构控制所述的丝杆螺母副中的螺母的升降，所述的装置处于手动模式时通过所述的手动控制装置实现对所述的升降对焦机构的手动控制，从而控制所述的丝杆螺母副中的螺母的升降，且所述的手动控制装置为一旋转手轮。
更佳地，所述的载物台为一可搭载X-Y二维试验台的载物台，所述的丝杆螺母副为丝杆与螺母之间无间隙的丝杆螺母副。
更佳地，所述的同步带轮组包括第一同步带轮和第二同步带轮，且所述的第一同步带轮和第二同步带轮之间通过一张紧机构进行张紧，且所述的驱动机构且所述的驱动机构与丝杆螺母副之间的传动通过手轮轴套和涡轮蜗杆副的配合连接以实现，且所述的手轮轴套固定安装在所述的第一同步带轮上，所述的旋转手轮与丝杆螺母副之间的传动通过手轮轴套和涡轮蜗杆副的配合连接以实现。
尤佳地，所述的驱动机构为步进电机，所述的步进电机通过电机轴套、深沟球轴承和圆螺母固定在所述的张紧机构上，且所述的电机轴套固定安装在所述的第二同步带轮上。
尤佳地，所述的离合器为一牙嵌式电磁离合器，且所述的牙嵌式电磁离合器通过深沟球轴承和孔用弹性挡圈安装在所述的第一同步带轮上，且该牙嵌式电磁离合器的吸合状态决定当前的操作模式。
较佳地，所述的自动升降对焦控制机制中包括一闭环控制机制，且该闭环控制机制以需进行对焦的图像的清晰度作为反馈参量，并根据所述的反馈参量获取相应控制信息，由所述的控制信息控制所述的驱动装置，从而控制所述的升降对焦机构，实现该装置的自动对焦。
采用本发明中的显微硬度计自动升降对焦装置，由于其中具有自动升降对焦控制机制，且具有驱动机构以及旋转手轮，因此本发明具有两种操作模式，一种是根据自动升降对焦控制机制进行自动升降对焦控制的自动模式，另一种是根据用户需要自行调整进行升降对焦的手动模式，且自动模式和手动模式之间通过一牙嵌式电磁离合器实现切换，十分简单方便。所述的显微硬度计自动升降对焦装置中的自动升降对焦控制机制中包括一闭环控制机制，且该闭环控制机制以需进行对焦的图像的清晰度作为反馈参量，对该装置进行升降控制，整个控制过程十分简易精确，且整个装置的控制精度可根据其中的丝杆螺母副的精度以及步进电机的精度进行控制调整，用户可以根据实际情况进行对控制精度的进一步选择。
本发明中的装置具有如下优点：
1、采用全自动对焦的方式，配合相应的自动升降对焦控制机制，采用检测物镜清晰度的方式实现对精密步进电机的闭环控制技术，精度高，稳定性强，可适应不同厚度及不同类型的材料硬度检测；
2、仍然保留手动调焦的旋转手轮装置，由离合器装置实现自动/手动模式的切换，以满足不同情况下的使用要求；
3、载物台的升降是采用高精密的蜗轮蜗杆副带动丝杆螺母副的转动，通过丝杆螺母副实现载物台的升降，而且载物台上可连接X-Y二维试验台。
附图说明
图1为本发明的显微硬度计自动升降对焦装置的结构示意图。
图2为本发明的显微硬度计自动升降对焦装置的三维示意图。
附图标记
1 步进电机
2 同步带轮组
3 牙嵌式电磁离合器
4 旋转手轮
5 涡轮蜗杆副
6 丝杆螺母副
7 X-Y二维试验台
8 张紧机构
9 电机轴套
10 圆螺母
11 孔用弹性挡圈
12 深沟球轴承
13 手轮轴套
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该显微硬度计自动升降对焦装置，包括内置的自动升降对焦控制机制和一升降对焦机构，其中所述的自动升降对焦控制机制用以在自动模式下控制驱动机构对所述的升降对焦机构进行自动调节，从而实现该装置的自动升降对焦，所述的装置还设置有手动模式，所述的手动模式下用户通过一手动控制装置控制所述的升降对焦机构，从而实现该装置的手动升降对焦，且所述的手动模式和自动模式可通过一离合器进行切换。
所述的升降对焦机构包括同步带轮组、涡轮蜗杆副、丝杆螺母副和载物台，其中所述的载物台安装在所述的丝杆螺母副上，由所述的丝杆螺母副中螺母的升降带动所述的载物台的升降，且所述的装置处于自动模式时通过所述的驱动机构控制所述的丝杆螺母副中的螺母的升降，所述的装置处于手动模式时通过所述的手动控制装置实现对所述的升降对焦机构的手动控制，从而控制所述的丝杆螺母副中的螺母的升降，且所述的手动控制装置为一旋转手轮。
所述的载物台为一可搭载X-Y二维试验台的载物台，所述的丝杆螺母副为丝杆与螺母之间无间隙的丝杆螺母副。
所述的同步带轮组包括第一同步带轮和第二同步带轮，且所述的第一同步带轮和第二同步带轮之间通过一张紧机构进行张紧，且所述的驱动机构且所述的驱动机构与丝杆螺母副之间的传动通过手轮轴套和涡轮蜗杆副的配合连接以实现，且所述的手轮轴套固定安装在所述的第一同步带轮上，所述的旋转手轮与丝杆螺母副之间的传动通过手轮轴套和涡轮蜗杆副的配合连接以实现。
所述的驱动机构为步进电机，所述的步进电机通过电机轴套、深沟球轴承和圆螺母固定在所述的张紧机构上，且所述的电机轴套固定安装在所述的第二同步带轮上。
所述的离合器为一牙嵌式电磁离合器，且所述的牙嵌式电磁离合器通过深沟球轴承和孔用弹性挡圈安装在所述的第一同步带轮上，且该牙嵌式电磁离合器的吸合状态决定当前的操作模式。
所述的自动升降对焦控制机制中包括一闭环控制机制，且该闭环控制机制以需进行对焦的图像的清晰度作为反馈参量，并根据所述的反馈参量获取相应控制信息，由所述的控制信息控制所述的驱动装置，从而控制所述的升降对焦机构，实现该装置的自动对焦。
在一种具体实施例中，该装置包括高精度的步进电机1、同步带轮组2、牙嵌式电磁离合器3、高精度的蜗轮蜗杆、无间隙的丝杠螺母副、旋转手轮4和可安装X-Y二维试验台7的载物台。高精度的步进电机1由控制软件进行精确控制，即所述的自动升降对焦控制机制，且该自动升降对焦控制机制根据物镜的清晰度的测量信号进行反馈调节，实现高精度的闭环控制；步进电机1与蜗杆轴靠同步带轮组2进行传动，由特殊的同步带张紧机构8消除传动间隙；保留旋转手轮4轴，在旋转手轮4的旋转轴上设置有牙嵌式电磁离合器3，并靠该牙嵌式电磁离合器3的吸合、断开实现手动模式与自动模式的切换；载物台的升降采用独特的无间隙丝杆螺母副6传动实现，以满足显微硬度计硬度检测所需的精度要求，并将以上结构有效的组合，实现全自动的升降对焦方案。
请参阅图1，步进电机1通过电机轴套9及深沟球轴承12和圆螺母10固定在可方便实现同步带轮组2张紧的机构上。第一同步带轮和第二同步带分别安装在手轮轴套13与电机轴套9上，牙嵌式电磁离合器3通过深沟球轴承12和孔用弹性挡圈11安装在第一同步带轮上，牙嵌式电磁离合器3吸和与分离可以实现自动模式与手动模式的切换。手轮轴套13与蜗轮蜗杆副配合连接，将步进电机1或旋转手轮4的旋转运动传递到无间隙的丝杠螺母副上，靠螺母的升降带动安装有试件的X-Y二维试验台7上升或下降，从而实现试样的升降对焦。
工作时，可通过一操作界面选择手动模式与自动模式，该操作界面也基于所述的自动升降对焦控制机制，是一种用户与装置之间的交互界面。所述的手动模式与自动模式两者的切换靠牙嵌式电磁离合器3的吸合、断开来实现：当该牙嵌式电磁离合器3分离时，该装置处于自动模式，步进电机1通过第一同步带轮和第二同步带轮将旋转运动传递到蜗轮蜗杆副5，从而实现自动对焦，并根据图像的清晰度作为反馈信号实现闭环控制，可补偿运动过程中的误差，实现精确控制；当该牙嵌式电磁离合器3吸合时，所述的装置处于手动模式，步进电机及第一同步带轮与第二同步带轮与手轮轴套脱离传动，由所述的手轮轴套直接连接所述的涡轮蜗杆副5进行传动，整个装置的调焦手动进行。
在具体实施例中，所述的自动升降对焦控制机制，且该闭环控制机制以需进行对焦的图像的清晰度作为反馈参量，该自动升降对焦控制机制获取像素清晰度的测量信号，并将其获取的像素清晰度的测量信号与该自动升降对焦控制机制内设定的理论上的高像素图像信号作比较，并将比较结果数据反馈到步进电机的驱动器，由所述的驱动器发出脉冲信号，调整步进电机1的旋转量，步进电机1的旋转量直接影响涡轮蜗杆副5的运动，从而影响丝杆螺母副6的运动，因此能够实现自动调焦，直至调整到图像清晰度达到所要求的效果。
采用本发明中的显微硬度计自动升降对焦装置，由于其中具有自动升降对焦控制机制，且具有驱动机构以及旋转手轮4，因此本发明具有两种操作模式，一种根据自动升降对焦控制机制进行自动升降对焦控制的自动模式，以及一种根据用户需要自行调整进行升降对焦的手动模式，且自动模式和手动模式之间通过一牙嵌式电磁离合器3实现切换，十分简单方便。所述的显微硬度计自动升降对焦装置中的自动升降对焦控制机制中包括一闭环控制机制，且该闭环控制机制以需进行对焦的图像的清晰度作为反馈参量，对该装置进行升降控制，整个控制过程十分简易精确，且整个装置的控制精度可根据其中的丝杆螺母副6的精度以及步进电机1的精度进行控制，用户可以根据实际情况进行对控制精度的进一步选择。
本发明中的装置具有如下优点：
1、采用全自动对焦的方式，配合我公司研发的控制软件，采用检测物镜清晰度的方式实现对精密步进电机1的闭环控制技术，精度高，稳定性强，可适应不同厚度及不同类型的材料硬度检测；
2、仍然保留手动调焦的旋转手轮4装置，离合器装置实现自动/手动的切换，以满足不同情况下的使用要求；
3、载物台的升降是采用高精密的蜗轮蜗杆副带动丝杆螺母副6的转动，通过丝杆螺母副6实现载物台的升降，而且载物台上可连接X-Y二维试验台7。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的装置包括内置的自动升降对焦控制机制和一升降对焦机构，其中所述的自动升降对焦控制机制用以在自动模式下控制驱动机构对所述的升降对焦机构进行自动调节，从而实现该装置的自动升降对焦，所述的装置还设置有手动模式，所述的手动模式下用户通过一手动控制装置控制所述的升降对焦机构，从而实现该装置的手动升降对焦，且所述的手动模式和自动模式可通过一离合器进行切换。
2.根据权利要求1所述的显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的升降对焦机构包括同步带轮组、涡轮蜗杆副、丝杆螺母副和载物台，其中所述的载物台安装在所述的丝杆螺母副上，由所述的丝杆螺母副中螺母的升降带动所述的载物台的升降，且所述的装置处于自动模式时通过所述的驱动机构控制所述的丝杆螺母副中的螺母的升降，所述的装置处于手动模式时通过所述的手动控制装置实现对所述的升降对焦机构的手动控制，从而控制所述的丝杆螺母副中的螺母的升降，且所述的手动控制装置为一旋转手轮。
3.根据权利要求2所述的显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的载物台为一可搭载X-Y二维试验台的载物台，所述的丝杆螺母副为丝杆与螺母之间无间隙的丝杆螺母副。
4.根据权利要求2所述的显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的同步带轮组包括第一同步带轮和第二同步带轮，且所述的第一同步带轮和第二同步带轮之间通过一张紧机构进行张紧，且所述的驱动机构且所述的驱动机构与丝杆螺母副之间的传动通过手轮轴套和涡轮蜗杆副的配合连接以实现，且所述的手轮轴套固定安装在所述的第一同步带轮上，所述的旋转手轮与丝杆螺母副之间的传动通过手轮轴套和涡轮蜗杆副的配合连接以实现。
5.根据权利要求4所述的显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的驱动机构为步进电机，所述的步进电机通过电机轴套、深沟球轴承和圆螺母固定在所述的张紧机构上，且所述的电机轴套固定安装在所述的第二同步带轮上。
6.根据权利要求4所述的显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的离合器为一牙嵌式电磁离合器，且所述的牙嵌式电磁离合器通过深沟球轴承和孔用弹性挡圈安装在所述的第一同步带轮上，且该牙嵌式电磁离合器的吸合状态决定当前的操作模式。
7.根据权利要求1所述的显微硬度计自动升降对焦装置，其特征在于，所述的自动升降对焦控制机制中包括一闭环控制机制，且该闭环控制机制以需进行对焦的图像的清晰度作为反馈参量，并根据所述的反馈参量获取相应控制信息，由所述的控制信息控制所述的驱动装置，从而控制所述的升降对焦机构，实现该装置的自动对焦。
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