專利名稱：硬度計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試材料硬度的儀器，簡稱為硬度計，使用者利用該儀器可在被測材料特定表面進行精確的硬度測試。
背景技術：
常規(guī)的便攜式硬度計一般由帶支承平臺的支承構架和裝有壓頭桿的驅動裝置組成，壓頭桿能滑動并對準支承平臺使被測材料處于支承平臺和壓頭桿之間的恰當位置。依據向壓頭桿施加一個定量力(例如60KG，100KG，150KG)并使壓頭壓入材料表面來測定被測物質的硬度。力可分為預負荷和主預荷，先施加預負荷，然后施加主預荷，然后釋放主負荷，并保持預負荷，此時根據在被測試表面的壓痕深度來確定硬度。然而這種常規(guī)的硬度計有一些缺點。為了測試位于支承平臺和壓頭之間的材料的硬度，被測試的材料必須有一個被測試的平面和支承平面，測試平面是用于壓頭測試，而支承平面是放在支承平臺上，這兩個平面必須是平整的而且是互相平行，所以這種硬度計不能測試不規(guī)則形狀的測試材料，否則由于不平的測試表面和不平的支承表面會造成測試結果不準。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種能提高測試結果準確性的硬度計，使用者在被測材料上選取有限的測試面，就可以精確的測得材料的硬度。
為了實現上述目的，本實用新型采取以下設計方案一種硬度計，包括一支承構架，支承構架內有一個空腔，空腔內有一個作軸向滑動并與空腔同軸的導向孔。
有一驅動絲杠，位于支承構架的空腔內。
帶壓頭的壓頭桿，在導向孔內作軸向滑動，并與驅動絲杠處于同一軸線。
一線性位移裝置，包括一個空腔，一個傳動軸和一個位移傳感器，傳動軸用兩個彈性膜片懸掛在空腔內，使傳動軸在空腔內作軸向移動，兩端分別與驅動絲杠和壓頭桿點接觸，位移傳感器安裝在空腔和傳動軸中間。
所述的支承構架有一個手持外殼，空腔就在其內，在外殼的上部安裝可對驅動絲杠加載的驅動輪。在空腔內的線性位移裝置可向外滑動，線性位移裝置前端裝有一個管狀導向筒，管狀導向筒內為導向孔，管狀導向筒前端有可卡住被測材料測試面的外露邊緣。
所述的管狀導向筒端部外露邊緣是一個平面，能夠校準被測材料的測試表面，并引導壓頭桿的壓頭正確壓入被測材料。
所述的能夠傳遞來自驅動絲杠負載的傳動軸有兩個驅動端，一個驅動端與驅動絲杠點接觸，另一個驅動端與壓頭桿點接觸，傳動軸就把來自驅動絲杠的力傳遞給壓頭桿.這種點接觸機構，使傳動軸僅能傳遞軸向力，不能傳遞橫向分力，保證了測試精度。
它還包括有一個設置在空腔內的力傳感器.力傳感器與驅動絲杠同軸。力傳感器的上端靠在螺母的臂上，力傳感器的下端與鋼球點接觸，以消除力傳遞過程中的干擾，鋼球固定在短軸上，短軸通過止推軸承同大齒輪相結合。以使力傳感器能精確地測量施加在壓頭桿的壓頭的力。
它還包括有一個位于支承構架下方的保持架，保持架底部有一個支承平臺，它能隨著被測材料調整，使被測材料卡在導向孔端部的外露邊緣與支承平臺之間，并使被測材料的測試面與壓頭桿垂直。
所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，從支承構架延伸下來，支承部件有一個支承平臺和一個球形底部，且浮動地安裝在保持臂的下端。使支承平臺自由的調整去適應被測材料。為了使導向孔端部外露邊緣與支承平臺之間保持一個距離，以適應被測材料的厚度，保持架與支承構架是可拆卸的，使用者可根據被測材料的厚度選擇相應尺寸的保持架。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、本發(fā)明所提供的硬度計，其驅動絲杠與一個同軸的壓頭桿在一條直線上，傳動軸與驅動絲杠和壓頭桿點接觸，并把驅動絲杠的力傳給壓頭桿，可有效減少由于驅動絲杠的側向移動造成的測試誤差。
2、本發(fā)明所提供的硬度計不需要被測材料有支承面，這就減少了由于被測材料因形狀不規(guī)則造成的測試誤差。
3、本發(fā)明提供的硬度計有一個位移傳感器，能夠通過電路測得壓頭桿的線性位移，這樣，就能夠更精確的測試被測材料的硬度。
4、本發(fā)明提供的硬度計，其位移傳感器能借助于傳動軸支承測得壓頭桿的線性位移，并能提高測試結果的準確性。
5、本發(fā)明提供的硬度計有一個相對于壓頭桿獨立的力傳感器，這個力傳感器能精密地測量施加在壓頭的力。
6、本發(fā)明提供的硬度計有一個與支承平臺融為一體的支架臂，它能調整被測材料的支承面的偏差，改善測試質量。本發(fā)明的設計可使支承平臺能夠任意調整以便適應不同被測材料的支承面，盡管被測物體表面不平整，這種硬度計照樣能夠測試。
7、本發(fā)明提供的硬度計是便攜式的，易于使用。


圖1-(a)為本發(fā)明結構示意圖(剖面)圖1-(b)為本發(fā)明外觀圖(側視)圖2為線性位移裝置結構示意圖(剖面)圖3為電容傳感器電路原理圖圖4為應變式力傳感器的剖面圖圖5為應變式力傳感器電路原理圖具體實施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明硬度計最佳實施如圖所示，它適用于測試有一個測試面的被測物體1。
本硬度計包括一支承架10，支承構架內有一個空腔11，在空腔11內有一個作軸向滑動并與空腔11同軸的突出的導向孔12，驅動絲杠20位于支承構架10的空腔11中，帶壓頭31的壓頭桿30在導向孔12內做軸向滑動并與驅動絲杠20處同一軸線，保證壓頭31能正確地壓入測試材料1的測試表面。
本發(fā)明硬度計還包括一線性位移裝置40，包括空腔43，傳動軸41和位移傳感器42，傳動軸41用兩個彈性膜片431，432懸掛在空腔43內，使傳動軸41在空腔內作軸向移動，傳動軸41兩端分別與驅動絲杠20和壓頭桿30點接觸，位移傳感器42安裝在空腔43和傳動軸41中間。
根據本發(fā)明的首選最佳裝置，支承構架10由金屬類的鋼性材料制作，支承構架有一個手持外殼13，空腔11就在其內，在外殼13上部安裝可對驅動絲杠20加載的驅動手輪14，經小齒輪141，大齒輪16及大齒輪16的內螺紋，驅動絲杠20的外螺紋，將手輪14的旋轉運動變成直線運動，使在空腔11內的線性位移裝置40做直線運動，線性位移裝置40前端裝有一個管狀導向筒15，管狀導向筒15內為導向孔12，管狀導向筒15前端有可卡住被測材料1測試面的外露邊緣151。
所述的管狀導向筒15端部外露邊緣151是一個平面，能夠校準被測材料1的測試面，并引導壓頭桿30的壓頭31正確地壓入被測材料1，因此，僅要求被測材料1有一個很小測試平面，就足夠管狀導向筒15的端部外露邊緣151對測試表面作必要的校準，以使壓頭桿30在管狀導向筒15內的導向孔12內作軸向移動，這樣壓頭31就能精確壓入被測材料1的測試面并測定其硬度。
支承構架10內還有一個彈性原件17，它在導向孔12內，它的作用是使壓頭桿30處于正常的測試位置，當測試材料1時，它保證管狀導向筒15的端部外露邊緣151能緊密壓在被測材料1的測試表面，并保證被測試材料1的測驗試面與壓頭桿30垂直，根據本發(fā)明的首選最佳裝置，彈性元件17為壓縮彈簧，沿軸向安裝于壓頭桿30上，它的兩端分別是靠在壓頭桿30上及導向孔12的臺階上，促使壓頭桿30在導向孔12內作定向移動。
因此，當壓頭桿30的壓頭31被力推出導向孔12的外露邊緣151并壓入被測材料1的測試表面后，卸除壓力，壓縮彈簧17回彈，帶動壓頭桿30回到導向孔12內。
如圖2所示，傳動軸有兩個驅動端，一個驅動端411與驅動絲杠20點接觸，另一個驅動端412與壓頭桿30點接觸，這樣，傳動軸41就把來自驅動絲杠20的力傳遞給壓頭桿30，因此當實施壓力給驅動絲杠20并使其向下移動時，通過傳動軸41的作用，壓頭桿30也被驅動向下滑動，使壓頭31突出導向孔12外露邊緣151，值得提及的是，當驅動輪14給驅動絲杠20施壓時，驅動絲杠20可能產生不必要的橫向分力，作為結果，這種橫向分力對位移傳感器42產生不必要的干擾，影響測試精度，這種點接觸機構，使傳動軸41僅能傳遞軸向力，不能傳遞橫向分力，保證了測試精度。
如圖2所示，所述的位移傳感器42一個特定實施例是電容位移傳感器.電容位移傳感器由電容傳感器電路421，兩個固定電極422、423及一個活動電極424組成，三個電極分別與電容傳感器電路電連接，電容傳感器電路421被固定在空腔43的上方，固定電極422，423固定于空腔43的內壁，而活動電極424固定于傳動軸41上，當傳動軸41在空腔43內作軸向移動時，活動電極424在兩個固定電極422，423之移動，并使電極間的電容發(fā)生變化，這種變化與傳動軸41的位移成線性關系，電容傳感器電路421，就是將這種電容變化調制成可采樣的電信號。上述的位移傳感器42也可是電感式位移傳感器或者是其它型式位移傳感器，這些傳感器由現有技術可實現，此處不再一一詳述。
值得提及的是，因為力是通過傳動軸41傳給壓頭桿30的，所以傳動軸41的線性位移與壓頭桿30的位移是一致的，因此，只要探測到傳動軸41的線性位移，也就是準確地測得壓頭31在被測材料1的測試表面的壓痕深度。
如圖1及圖4所示，本發(fā)明硬度計還有一個設置在空腔11內的力傳感器50，它與驅動絲杠20同軸.力傳感器50的上端502靠在螺母18的臂上，而螺母18與支承構架10鎖死，力傳感器50的下端54與鋼球162點接觸，以消除力傳遞過程中的干擾，鋼球162固定在短軸163上，短軸163通過止推軸承161同大齒輪16相結合，當對驅動絲杠20施壓時，驅動絲杠20反作用力推動大齒輪16向上，經止推軸承161，短軸163及鋼球162，將反作用力無干擾地傳遞給力傳感器50，以使力傳感器50能精確地測量施加在壓頭桿30的壓頭31的力。
如圖4所示，所述的力傳感器50一個特定實施例是應變式力傳感器.應變式力傳感器50由一個彈性殼體501，兩支半導體電阻應變片52、53及應變式力傳感器電路51組成，當鋼球162對傳感器50的下端54施壓時，彈性殼體的膜片部分503將產生彈性變形，這種變形是同施力的大小呈線性關系，而半導體電阻應變片52，53就感應這種變化，而引起阻值的變化，應變式力傳感器電路51，將這種阻值變化轉變成能采樣的電信號。上述的力傳感器50也可是電容式力傳感器或者是其它型式力傳感器，這些傳感器由現有技術可實現，此處亦不再一一詳述。
本發(fā)明硬度計有一個位于支承構架10下方的保持架60，保持架60底部有一個支承平臺601，它能隨著被測材料1調整，使被測材料1卡在導向孔12端部的外露邊緣151，并使被測材料1的測試面與壓頭桿30垂直，這樣，壓頭桿30端部的壓頭31就能對準被測材料1的測試面。
如圖1所示，保持架60有一保持臂和支承部件62，保持臂61呈L型。從支承構架10延伸下來，支承部件62有一個支承平臺601，支承部件62浮動地安裝在保持臂61的下端，因此，導向孔12端部的外露邊緣151和支承平臺601能很好地固定并校準被測材料1，使被測材料1的測試表面與導向孔12端部的外露邊緣151緊密接觸，并使被測材料1的測試表面與壓頭桿30垂直，這樣壓頭桿30的端部壓頭31就能準確地壓入被測材料1的測試表面。
因此，支承部件62有一個球形底部，且浮動地安裝在保持臂61的下端，并使支承平臺601自由的調整去適應被測材料。值得提及的是，為了使導向孔12端部外露邊緣151與支承平臺601之間保持一個距離，以適應被測材料1的厚度，保持臂61與支承構架是可拆卸的，使用者可根據被測材料1的厚度選擇相應尺寸的保持臂61。
值得提及的是，常規(guī)的硬度計要求被測材料的測試面和支承面是平坦的且互為平行，但是，本發(fā)明提供的硬度計克服這些缺點，支承平臺601可適應不同的測試材料1的支承面，例如，不規(guī)則形狀的材料也能測試其硬度。
如圖3所示的是本發(fā)明硬度計的電容傳感器電路原理圖，其中包括有振蕩器(型號7555)、反向器(型號74HC04)運算放大器U1a、U1b、U2a(型號AD823)，該電路的構成及工作原理由現有技術可實現，此處不再贅述。
圖5所示的是本發(fā)明硬度計的應變式力傳感器電路原理圖，其中包括一個電阻電橋和一個傳感器變換電路(型號為MAX1455)組成，該電路的構成及工作原理由現有技術可實現，此處不再贅述。
如圖1-b所示，支承構架13上裝有主電路10，將根據來自于本發(fā)明電容傳感器電路的信號和來自應變式傳感器的信號計算出所施壓的力并顯示在顯示屏上，計算出所測得的硬度。該主電路的構成及工作原理由現有技術可實現，此處亦不再描述。
權利要求1.一種硬度計，其特征在于它包括一支承構架，支承構架內有一個空腔，空腔內有一個作軸向滑動并與空腔同軸的導向孔；一驅動絲杠位于支承構架的空腔內；一力傳感器于支承構架的空腔內.力傳感器與驅動絲杠同軸；一帶壓頭的壓頭桿，在導向孔內作軸向滑動，并與驅動絲杠處于同一軸線；一線性位移裝置包括一個空腔，一個傳動軸和一個位移傳感器，傳動軸用兩個彈性膜片懸掛在空腔內，使傳動軸在空腔內作軸向移動，兩端分別與驅動絲杠和壓頭桿點接觸，位移傳感器安裝在空腔和傳動軸中間。
2.根據權利要求1所述的硬度計，其特征在于所述的支承構架有一個手持外殼，空腔就在其內，在外殼的上部安裝可對驅動絲杠加載的驅動輪，在空腔內的線性位移裝置可向外滑動，線性位移裝置前端裝有一個管狀導向筒，管狀導向筒內為導向孔，管狀導向筒前端有可卡住被測材料測試面的外露邊緣。
3.根據權利要求2所述的硬度計，其特征在于所述的管狀導向筒端部外露邊緣是一個平面。
4.根據權利要求1所述的硬度計，其特征在于所述的位移傳感器，由電容傳感器電路，兩個固定電極及一個活動電極組成，三個電極分別與電容傳感器電路電連接，當傳動軸在空腔內作軸向移動時，活動電極在兩個固定電極之間移動，并使電極間的電容發(fā)生變化，這種變化與傳動軸的位移成線性關系，電容傳感器電路就將這種電容變化調制成可采樣的電信號。
5.根據權利要求3所述的硬度計，其特征在于所述的位移傳感器，由電容傳感器電路，兩個固定電極及一個活動電極組成，三個電極分別與電容傳感器電路電連接，當傳動軸在空腔內作軸向移動時，活動電極在兩個固定電極之間移動，并使電極間的電容發(fā)生變化，這種變化與傳動軸的位移成線性關系，電容傳感器電路將這種電容變化調制成可采樣的電信號。
6.根據權利要求1所述的硬度計，其特征在于所述的能夠傳遞來自驅動絲杠負載的傳動軸有兩個驅動端，一個驅動端與驅動絲杠點接觸，另一個驅動端與壓頭桿點接觸。
7.根據權利要求3所述的硬度計，其特征在于所述的能夠傳遞來自驅動絲杠負載的傳動軸有兩個驅動端，一個驅動端與驅動絲杠點接觸，另一個驅動端與壓頭桿點接觸。
8.根據權利要求5所述的硬度計，其特征在于所述的能夠傳遞來自驅動絲杠負載的傳動軸有兩個驅動端，一個驅動端與驅動絲杠點接觸，另一個驅動端與壓頭桿點接觸。
9.根據權利要求1所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個設置在空腔內的力傳感器.力傳感器與驅動絲杠同軸，力傳感器的上端靠在螺母的臂上.力傳感器的下端與鋼球點接觸，鋼球固定在短軸上，短軸通過止推軸承同大齒輪相結合。
10.根據權利要求3所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個設置在空腔內的力傳感器.力傳感器與驅動絲杠同軸，力傳感器的上端靠在螺母的臂上.力傳感器的下端與鋼球點接觸，鋼球固定在短軸上，短軸通過止推軸承同大齒輪相結合。
11.根據權利要求5所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個設置在空腔內的力傳感器，力傳感器與驅動絲杠同軸，力傳感器的上端靠在螺母的臂上，力傳感器的下端與鋼球點接觸，鋼球固定在短軸上，短軸通過止推軸承同大齒輪相結合。
12.根據權利要求8所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個設置在空腔內的力傳感器，力傳感器與驅動絲杠同軸，力傳感器的上端靠在螺母的臂上，力傳感器的下端與鋼球點接觸，鋼球固定在短軸上，短軸通過止推軸承同大齒輪相結合。
13.根據權利要求3所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個位于支承構架下方的保持架，保持架底部有一個支承平臺。
14.根據權利要求5所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個位于支承構架下方的保持架，保持架底部有一個支承平臺。
15.根據權利要求8所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個位于支承構架下方的保持架，保持架底部有一個支承平臺。
16.根據權利要求12所述的硬度計，其特征在于它還包括有一個位于支承構架下方的保持架，保持架底部有一個支承平臺。
17.根據權利要求13所述的硬度計，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，從支承構架延伸下來，支承部件有一個支承平臺和一個球形底部，且浮動地安裝在保持臂的下端，保持架與支承構架是可拆卸的。
18.根據權利要求14所述的硬度計，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，從支承構架延伸下來，支承部件有一個支承平臺和一個球形底部，且浮動地安裝在保持臂的下端，保持架與支承構架是可拆卸的。
19.根據權利要求15所述的硬度計，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型。從支承構架延伸下來，支承部件有一個支承平臺和一個球形底部，且浮動地安裝在保持臂的下端，保持架與支承構架是可拆卸的。
20.根據權利要求16所述的硬度計，其特征在于所述的保持架有一保持臂和支承部件，保持臂呈L型，從支承構架延伸下來，支承部件有一個支承平臺和一個球形底部，且浮動地安裝在保持臂的下端，保持架與支承構架是可拆卸的。
專利摘要一種硬度計，它包括支承構架；支承構架內有空腔和同軸的導向孔。有驅動絲杠，線性位移裝置和力傳感器位于支承構架的空腔內且同軸；線性位移裝置的前端是管狀導向筒，內有導向孔，帶壓頭的壓頭桿在導向孔內作軸向滑動；管狀導向筒端部有可卡住被測材料的測試面的外露邊緣；線性位移裝置內有空腔，傳動軸和位移傳感器，傳動軸用兩個彈性膜片懸掛空腔，兩端分別與驅動絲杠和壓頭桿點接觸，位移傳感器安裝在空腔和傳動軸中間；保持架在支承構架下部。保持架有一個支承部件，且浮動地安裝在保持臂的下端。支承部件有一個支承平臺和一個球形底部，保持架與支承構架是可拆卸的，以適應不同被測材料的厚度。
文檔編號G01N3/40GK2729690SQ200420096539
公開日2005年9月28日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權日2003年12月1日
發(fā)明者吳紹明 申請人:吳紹明