CN1635357A - 里氏硬度基准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种里氏硬度基准装置，它包括底座、放置在底座上的工作台、带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体上升释放夹持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，冲击体能量的获得完全采用地球引力即重力，测速装置采用激光多普勒测速***。本发明可应用于里氏硬度D型和G型里氏硬度块的测试。它具有长期稳定性好、测量精度高、快速、简便特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬度测量装置，特别是一种测量试件里氏硬度的基准装置，属于精密测量技术领域。
背景技术
里氏硬度测量方法，是二十世纪七十年代末由瑞士D.LEEB博士发明，是以能量测量原理为基础的动态硬度试验方法，其试验原理的基础是使一个保持恒定能量(D型11N·mm，G型90N·mm)的冲击体冲击到静止的材料试件上，再回弹起来，测量回弹时尚存在于试样中的能量(残余能量)，该残余能量即表示里氏硬度的大小。里氏硬度值的定义为：
式中：HL-里氏硬度值
V反-反弹速度
V冲-冲击速度
用该试验原理研制并大量生产的便携式里氏硬度计小巧、精致，迅速在国内、外得到广泛的推广和应用。
便携式里氏硬度计由冲击仪和电子显示器组成，结构见图1，冲击仪由带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体能量施加装置、释放夹持机构、控制装置、测速装置等组成。冲击体能量施加装置由一承载筒和安装在承载筒内的冲击弹簧构成，释放夹持机构和控制装置由一夹钳和控制夹钳动作的开关组成，测速装置采用电磁探测器，它由安装在冲击体中的永久磁铁和固定在导向筒前部的线圈构成。其工作过程是先将导向筒推入承载筒，然后慢慢松开，这时冲击体被夹钳夹住，并将冲击弹簧压缩，按动释放开关，夹钳就放开冲击体，冲击体由于弹簧作用弹射到试件表面，电磁探测器测量距试样表面一毫米位置处的冲击速度和反弹速度，并按公式计算出里氏硬度值。由于冲击弹簧、永久磁铁及电磁线圈均在准确性和长期稳定性方面存在缺陷，不能保持稳定的测量精度。
目前国内外均无里氏硬度标准装置，其校准里氏硬度计的里氏硬度块的示值溯源于静态的维氏、布氏硬度值，属于间接量传，带有换算误差。
发明内容
为了克服现在的里氏硬度计的长期稳定性差、测量精度低的不足，本发明的目的是提供了一种里氏硬度基准装置，其测量精度高，长期稳定性好。
本发明的里氏硬度测量装置，包括底座、放置在底座上的工作台、带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体上升释放夹持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，其特点是冲击体能量的获得放弃了冲击弹簧，而完全采用地球引力即重力的方式，这样，只要冲击体释放前的位置不变，其能量也是不变的。为了提高速度测量的准确性和稳定性，测速装置采用激光多普勒测速***。
为了测量硬度的方便、准确，控制装置采用电控***，它主要由可编程控制器、驱动器和光电管等组成，通过该电控***完成冲击体的夹持、释放、上升、下降、位置判断，冲头选择等功能，且具有手动及自动两种实现方式；数据采集处理装置采用由数字存储示波器构成的数字采集***和主要由微机构成的数据处理***，数字采集***和数据处理***之间通过488接口连接。这样计算机通过488接口实现对示波器采集的原始多普勒信号快速、准确、有效的传输，并根据得到的原始多普勒信号，通过低通滤波、相位计算、速度计算等最终得到里氏硬度值。
激光多普勒测速***主要由激光器、分光镜、接收器等组成，并使用布拉格盒实现速度方向判别，用于跟踪测量冲击体在下落及回弹过程中的速度。更加提高了速度测量的准确，也就使硬度测量的准确度得到进一步提高。
本发明是直接依据里氏硬度试验原理，通过测量冲击体的残余能量来测得里氏硬度值，实现了里氏硬度的直接量值传递，避免了换算误差。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是便携式里氏硬度计结构图
图2是本发明的结构框图
图3是本发明的结构示意图
图3中，1.底座，2.工作台，3.试样，4.导向筒，5.冲击体，6.释放夹持机构，7.升降导轨，8.激光测速装置，9.丝杆，10.升降手轮，11.电控***，12.计算机，13.数采***，14.激光测速装置。
具体实施方式
本发明是集光、机、电***于一体的自动化程度很高的装置，由主机、冲击体、电控***、激光多普勒测速***、数采***、数据处理***等组成。结构框图见图2。
主机由底座(1)、工作台(2)、导向筒(4)、冲击体(5)、冲击体释放夹持机构(6)、升降导轨(7)、丝杆(9)和升降手轮(10)等组成。其底座重达400公斤，牢固、稳定，满足里氏硬度动态测试的要求。升降机构和夹持机构用于释放D型冲击体和G型冲击体，进行里氏硬度HLD和HLG标尺的检定。冲击体(5)的质量D型为5.5g±0.05g，G型为20g±0.05g，顶部设计有台阶，便于夹持机构(6)夹持托起，使冲击体(5)释放前充分保持自由状态。冲击体的球头按试验方法使用直径3mm和5mm的碳化钨球头。
电控***(11)主要由可编程控制器、驱动器和光电管等组成。完成冲击体的夹持、释放、上升、下降；位置判断，冲头选择等功能，具有手动及自动两种实现方式。
激光测速装置(8)(14)主要由激光器、分光镜、接收器等组成，并使用布拉格盒实现速度方向判别，激光测速装置(8)和(14)之间用电线连接，用于跟踪测量冲击体在下落及回弹过程中的速度。采用激光多普勒测速装置测量冲击体在距试样表面1mm位置处的冲击速度及反弹速度，它具有以下特点：
非接触测量；空间分辨率高；动态响应快，以光速传播惯性极小；测量精度高；测量量程大；测量速度方向的灵敏性好；本装置使用了布拉格盒，可进行速度方向的判别。
数采***(13)采用数字存储示波器，采样率可达1G/s/4CH。计算机(12)通过488接口实现对示波器采集的原始多普勒信号快速、准确、有效的传输，并根据得到的原始多普勒信号，通过低通滤波、相位计算、速度计算等最终得到里氏硬度值。
下面介绍一下本发明的测量过程：
预热：工作前，分别打开计算机(12)、数采***(13)和激光测速***(8)的电源开关，并预热30分钟。
手动模式
1)运行计算机软件，并输入相关信息；
2)在电控***(11)的控制面板上选择手动模式；
3)在电控***(11)的控制面板上选择相应的标尺按钮(D型或G型)；
4)打开电控***开关按钮；
5)将选好的冲击体(5)放入导向筒(4)内下端，按控制***(11)面板上的夹紧按钮，此时夹紧释放机构(6)将自动将冲击体(5)夹住托起；
6)按上升按钮，夹紧释放机构(6)将带动冲击体(5)在导向筒(4)内自动上升，直到工作位置；
7)点击计算机软件界面上的“零线检测”按钮，检测测速***零线；
8)点击计算机软件界面上的“采样”按钮，开始采样；
9)按释放按钮，夹紧释放机构(6)将松开冲击体(5)，冲击体(5)会自由下落，冲击到试样(3)的试面上并反弹；
10)点击软件界面上的“开始计算”按钮，自动计算冲击体速度及被测试样硬度值；
11)重复上述操作，进行多次测量，得到最终被测试样的平均值及不均匀性。
自动模式
1)运行计算机软件，并输入相关信息；
2)在电控***(11)的控制面板上选择自动模式；
3)在电控***(11)的控制面板上选择相应的标尺按钮(D型或G型)；
4)将选好的冲击体(5)放入导向筒(4)内下端，按控制***(11)面板上的开关按钮，此时夹紧释放机构(6)将自动将冲击体(5)夹住托起并带动冲击体(5)在导向筒(4)内自动上升，直到工作位置；
5)点击计算机软件界面上的“零线检测”按钮，检测测速***零线；
6)点击计算机软件界面上的“采样”按钮，开始采样；
7)在电控***(11)的控制面板上按“测试”按钮，夹紧释放机构(6)将松开冲击体(5)，冲击体5会自由下落，冲击到试样(3)的试面上并反弹，此时夹紧释放机构会自动下降，再一次夹持冲击体(5)到工作位置准备下一次释放。；
8)点击软件界面上的“开始计算”按钮，自动计算冲击体速度及被测试样硬度值；
9)重复上述操作，进行多次测量，得到最终被测试样的平均值及不均匀性。
本装置具有如下优点：
1.该装置冲击体采用自由落体释放方式，能量控制准确，重复性好。
2.该装置采用激光多普勒测速原理实现冲击、反弹速度跟踪测量，实时性高，数据准确；
3.利用上述两方法首次应用于硬度测量领域，前所未有。
4.该装置精度高，可作为基准装置，解决了里氏硬度的直接量传问题。
5.该方法溯源到波长及时间等基本量纲。
6.该装置全部操作过程由计算机控制，自动实现冲击体夹持等动作及信号采集和数据处理，能自动打印检定结果及证书，操作方便；
7.该装置单检定点操作试验过程仅为20秒，工作效率极高。
8.该装置软件采用可视化设计，工作界面简洁、单一、友好。
本发明可应用于里氏硬度D型和G型里氏硬度块的测试。测量范围为(200～900)HLD/HLG。
Claims (3)
1.里氏硬度基准装置，包括底座、放置在底座上的工作台、带碳化钨球头的冲击体、控制冲击体径向位置的导向筒、冲击体上升释放夹持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，其特征在于：冲击体能量获得完全采用地球引力即重力，测速装置采用激光多普勒测速***。
2.根据权利要求1所述的里氏硬度基准装置，其特征是所述的控制装置采用电控***，通过该电控***完成冲击体的夹持、释放、上升、下降、位置判断，冲头选择等功能，且具有手动及自动两种实现方式；数据采集处理装置采用由数字存储示波器构成的数字采集***和主要由微机构成的数据处理***，数字采集***和数据处理***之间通过488接口连接。
3.根据权利要求1所述的里氏硬度基准装置，其特征是所述的激光多普勒测速***中采用了布拉格盒，从而实现冲击体速度方向的判别。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 200310122474 CN1635357A (zh) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 里氏硬度基准装置 |
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| CN 200310122474 CN1635357A (zh) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 里氏硬度基准装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN1635357A true CN1635357A (zh) | 2005-07-06 |
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Family Applications (1)
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2003
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