[发明专利]便携式数显硬度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料硬度检测仪器，具体地说是一种便携式数显硬度测量装置。

背景技术

目前大多数常规硬度计都是采用静态加力然后测量压痕的原理。其中洛氏硬度计是测量压痕深度，直接显示硬度值；布氏硬度计是测量压痕直径，查表或计算出硬度值；维氏硬度计是测量压痕对角线长度，查表或计算出硬度值。这些硬度计一般都是台式机，只能在实验室里使用，只能测试中小型零件，对于生产现场大量存在的大型零件，需要制作样品或取样后拿到实验室检测硬度；因此，这些硬度计工作效率较低，并且不能在生产现场实时监控零件硬度。对于那些不允许取样，必须测试工件本体硬度的情况，特别是在要求测试锅炉、压力容器、压力管道等关键构件焊缝硬度的场合，目前普遍采用的是快速、方便，但是精度不高、可靠性较差的里氏硬度计，里氏硬度计检测后要经过换算得到洛氏、布氏或维氏硬度值；由于其采用的是动态加力的弹跳式试验方法，与布氏、洛氏、维氏硬度的试验原理完全不同，因此，换算后的硬度值误差较大。

工厂现场迫切需要一种可以直接采用洛氏、布氏、维氏试验原理进行硬度测试的便携式数显仪器，这种仪器应该具有轻便、操作简单、读数方便、效率高、精度高的特点，最好是智能化、可自动校正零点、自动校正测量值的。

于1951年3月6日公开的、公开号为US2,544,205的美国专利中描述了一种便携式洛氏硬度计，这种硬度计由手轮、测微螺母、测微螺杆、鼓轮、U型弹性体、力值指示表、压头和手柄组成。它依靠手轮施加试验力，利用测微螺母和测微螺杆配合鼓轮实现压痕深度测量，利用一个U型弹性体配合力值指示表实现试验力的测量，在鼓轮上读出硬度值。

于1949年4月5日公开的、公开号为US2,466,567的美国专利、于1968年6月25日公开的、公开号为US3,389,597的美国专利以及于1948年9月7日公开的、公开号为US2,448,645的美国专利中分别描述了相似原理的便携式洛氏硬度计。

上述专利主要用于测量中小型零件，尽管US3,389,597的附图4描述的链式硬度计可以测试钢管、轴类等大型圆柱状零件，但是操作十分不便，通常需要两个人配合操作，一人扶持仪器，一人负责挂链条。在读数方面，都是通过一个带有读数线的透明放大镜读取鼓轮上的硬度刻度，每一个洛氏硬度单位对应的刻度线代表了2μm的压痕深度增量值。由于放大镜与鼓轮间有一定距离，造成操作者因视角不同可能会读到不同硬度数值。上述仪器都存在操作不便、效率低、读数时易产生误差、不能或不便测试大型工件的问题。

于2009年10月7日公告的、公告号为CN201322709Y、申请号为200820231921.9的中国发明专利描述了一种便携式硬度计。该发明专利利用两个磁力吸盘将硬度计固定在试样表面，硬度计有一个由测微螺母、测微螺杆和读数鼓轮组成的压痕深度测量装置，利用U型弹性架和指示表指示试验力的大小，硬度值在读数鼓轮上读出。该发明专利在硬度指示系统上采用了固定的刻线指示筒和旋转读数刻线鼓轮配合的结构，这种类似千分尺的鼓轮读数结构与前述美国专利相比，提高了压痕深度测量精度和硬度值的读数精度，减小了人为的读数误差，但是该发明专利仍有如下缺点：

a.操作较繁琐，效率低。其全部测试步骤包括：吸住工件-力值表刻度对零-加初试验力-读数鼓轮对零-加总试验力-保持试验力-试验力卸载至初试验力-读取鼓轮上的硬度值-卸除全部试验力。

b.读数仍然不便，读数精度低，存在人为的读数误差。需要小心操作鼓轮并在鼓轮上仔细读出鼓轮刻度所代表的硬度值。

c.位移测量和力值测量分辨率低，精度低，存在人为的读数误差。

d.力值不能校正。仪器使用中，一旦U型弹性体发生微小塑性变形或力值指示表受到冲击，力值读数就会发生偏差，由此会造成测量误差，这种情况下，只能返厂校正力值表，不能由用户对仪器进行校正。

e.测试布氏硬度效率低，有人为读数误差。仪器只能在试样上压出一个压痕，然后用读数显微镜读出压痕直径，再查表得到布氏硬度值，完成一次测试需要几分钟时间。

于2004年12月22日公开的、公开号为CN1556387A、申请号为200410012621.8的中国发明专利描述了一种便携式数显磁力硬度计，该发明专利采用了箱体结构，主要部件都在一个箱体内；它采用蜗轮蜗杆结构施加试验力；在加力主轴上安装了位移传感器用于测量压痕深度；采用了三个力传感器，以三个力传感器的输出之和代表试验力；电子电路和计算机系统接收传感器信号后，计算出硬度值并显示出来。该发明专利也存在如下缺点：