[发明专利]全自动显微硬度测量系统

说明书

技术领域

本发明属于工业自动控制中的自动分析测量技术领域，具体涉及一种全自动显微硬度测量系统。

背景技术

显微硬度测量系统的主要功能就是测量工件的显微硬度参数，在机械制造、冶金、建材、化工等领域都有着普遍应用。

维氏显微硬度测量仪是目前应用极为广泛的一种硬度测量仪，该测量仪通过试验采用微小载荷并通过显微镜观察压痕计算出试验材料的显微硬度，尤其适用于细小、纤薄的材料样品，以及氮化、渗碳、喷涂表面处理的试件和各种镀层的表面显微硬度测试。维氏显微硬度不受试验力大小的影响，对均质材料、不同载荷测量出的显微硬度值基本相同。因此，显微维氏试验在材料科学研究领域及机械电子工业中零件产品质量测试控制方面有广泛的用途。但是，显微维氏显微硬度测量仪需人工手动操作，目测显微镜内的对角线压痕长度，试验工作效率低，目测误差大，眼睛容易疲劳，且观察测量结果需人工读数和计算，精度低，稳定性差。

维氏显微硬度值是试验力除以压痕表面积所得的商，压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的理想形状。

维氏显微硬度值HV＝0.1891^*F/d^2。

F：试验力，单位N。

d：两压痕对角线长度d1和d2的算术平均值，单位mm。

现有显微硬度测量系统大多采用人工操作方式，操作过程繁琐、复杂，测量效率低。而且，凭肉眼和主观经验来定位压痕的边缘和对角线，测量的精度、测量结果的稳定性和可重复性不高。

发明内容

本发明目的在于解决现有方案中存在的不足，提供一种高效、精确、全自动的显微硬度测量系统。

为了实现以上目的，本发明采取以下设计方案：一种基于计算机的全自动显微硬度测量系统，如图1所示，系统主要组成部分包括：显微硬度测量仪2、CCD摄像头1、USB图像采集卡4、计算机5、打印机6、X-Y电动台3以及运行在计算机上的专用软件。其中，计算机5通过RS-232通讯接口与显微硬度测量仪2和X-Y电动台3连接，控制显微硬硬度测量计2的光学变焦、设定加载时间和自动加载，控制X-Y电动台3的移动定位；显微硬度测量仪2受X-Y电动台3控制，并与CCD摄像头1连接，CCD摄像头1与图像采集卡4连接，图像采集卡4通过USB接口与计算机5连接，打印机6与计算机5连接。计算机1通过USB接口接收显微硬度测量仪中的图像，采用图像处理技术，自动完成图像的缩放和拖动，压痕边缘的定位，对角线距离的测量，显微硬度值的计算以及报表的生成和打印。

整个显微硬度测量过程真正实现了全自动无人操作，提高了测量的效率，而且测量精度及稳定性大大提高。

所述的显微硬度测量仪2主要由单片机15分别与液晶显示屏14、蜂鸣器10、键盘8、背景灯9、光栅编码器11、载荷编码器12、实时时钟13、存储器16、打压马达17、塔台马达18、目镜马达19、X-Y轴步进马达20、21，串口控制器22连接组成，其构成如图2所示。单片机15通过专用控制芯片驱动液晶显示屏14；蜂鸣器10由三极管驱动；键盘8采用中断方式输入；背景灯9由单片机PWM信号控制，经场效应管驱动；光栅编码器11将实际位移转换成脉冲信号，经过单片机的计数器口进行计数；载荷编码器12直接由单片机端口译码得到载荷大小；实时时钟13与单片机IO口相连，带有备用电池供电，可以在系统掉电时继续运行；存储器16采用电擦除的只读存储器，具有掉电保存功能，可以保证系统参数及测量结果不丢失；打压马达17、目镜马达19和X-Y轴步进电机20、21由步进电机驱动芯片控制；串口控制器22与单片机UART接口相连，完成与计算机系统的信号交互。显微硬度测量仪采用全英文菜单式图形化用户界面，操作简单方便；光学变焦有100倍和400倍两种选择；载荷范围为10g，25g，50g，100g，200g，300g，500g，1000g；保载时间为1-99秒可任意选择；测量显微硬度制式包括HV，HB，HRC，HK；数据存储容量为99个显微硬度值；并且具有测量误差值修正，光路放大倍数修正等功能。此外，本系统的显微硬度测量仪提供了RS-232通讯接口，可以接收并执行计算机发出的控制指令，还为计算机图像采集提供了CCD摄像通道。

所述的CCD摄像头采集显微硬度测量仪CCD光学摄像通道中的图像，以模拟信号的方式传送给USB图像采集卡。

所述的USB图像采集卡将CCD摄像头采集的图像数字化为计算机能够识别的数字信号，经过USB接口传送给计算机。