一种可在线自动检测的砂型硬度计的制作方法

本发明属于砂型硬度计技术领域，特别涉及一种可在线自动检测的砂型硬度计。

背景技术：

砂型硬度计用于检测铸造砂型的表面硬度，从而为控制铸造产品质量和优化砂型制造工艺提供技术参数。现有的砂型硬度计是手持式的，使用时需要操作者手持砂型硬度计，将硬度计前部的压足平面与被测的砂型表面接触，使硬度计的轴线垂直于砂型表面并加力，当压足平面与被测的砂型表面紧密接触，并且指针停止摆动时，按下锁紧销锁定指针位置，操作者目视读取测得的硬度值，然后松开锁紧销使指针恢复零位。这种硬度计操作不方便，读数也不方便，人为影响因素较多，精度不高，不能实现砂型硬度的在线自动检测，不能适应金属铸造产品自动化生产的需要。

申请号为cn201520124367.4的实用新型公开了一种能够放大刻度盘刻度的砂型表面硬度计，该实用新型包括壳体、指针、平面镜和刻度盘，平面镜的外部设有能够放大刻度盘的刻度和指针读数的凸透镜；凸透镜设为2倍、4倍、6倍、8倍四种放大倍数中的一个。该实用新型所解决的是现有的砂型表面硬度计的刻度盘刻度小和读数字体小，读数不方便，特别是检测较深、较为复杂的砂型型腔表面硬度时很难看清楚检测结果的读数，给检测工作带来不便的问题，使砂型型腔表面硬度检测结果读数清晰。但是，根据该实用新型说明书的记载，该实用新型实质上还是手持式且为指针指示的砂型硬度计，不能实现砂型硬度的在线自动检测，不能适应金属铸造产品自动化生产的需要。

申请号为cn201520121403.1的实用新型公开了一种数显砂型表面硬度计，该实用新型在壳体的水平中心轴线上设有第一圆孔和第二圆孔，第二圆孔内压头体的左端压头穿过第一圆孔，并且伸出在壳体的左端端面，压头体的右端圆柱外径上设有回位弹簧，回位弹簧的右端固定在压力传感器左端的感应盘上，压力传感器的右端与智能电路模块左端的线路板连接在一起；智能电路模块的右端设有供传输线插头插入的插孔；传输线右端的插头插入显示屏的插孔内，并将智能电路模块转换的数字信号传输给显示屏。该实用新型所解决的也是现有的砂型表面硬度计刻度盘刻度小和读数字体小不易读取，且只适合于近距离、浅凹坑的砂型型腔表面的硬度检测，而对于距离较远、凹坑较深的砂型型腔表面的硬度检测，由于型腔内光线暗淡，根本无法看清楚检测结果的读数，给检验工作带来了极大的不便，严重影响了产品质量控制的问题，此外，通过仔细阅读该实用新型说明书可知，该实用新型本质上也还是手持指针式砂型硬度计，只是通过1～3米传输线将智能电路模块转换的数字信号传输给显示屏，通过显示屏清晰看清楚检测结果，也不能实现砂型硬度的在线自动检测，不能适应金属铸造产品自动化生产的需要。

申请号为cn201721685760.6的实用新型公开了一种无线传输型数显硬度计，包括外壳、位于所述外壳顶部一侧的电子表盘、位于所述外壳底部的硬度检测杆，所述外壳内部安装有电子转换装置，所述电子转换装置顶部安装有控制器，所述外壳底部一侧安装有折叠支架，所述外壳内部安装有连接所述硬度检测杆与所述电子转换装置的转换杆，该实用新型通过电子转换装置将物体表面的硬度值转化为电子数据进行显示，并且能够通过蓝牙技术对数据进行无线传输，提高了硬度数据记录的准确度，提高了硬度数据的记录效率；通过折叠设置的所述折叠支架，可在与所述外壳一体成型的前提下通过将所述支脚折叠，快速的对设备进行收纳，提高了收纳效率和收纳操作的便捷性。但是，该实用新型只是一个通过电子转换装置将砂型表面的硬度值转化为电子数据进行显示，并且能够通过蓝牙技术对数据进行无线传输的装置，对硬度计本身的结构并没有说明，根据其说明书的记载可知，该实用新型所述硬度计也是一个手持式硬度计，不能实现砂型硬度值的在线自动检测，不能适应金属铸造产品自动化生产的需要。

本申请人为了实现砂型硬度值的在线自动检测，适应金属铸造产品自动化生产的需要，设计了可在线自动检测的砂型硬度计，在这个过程中发现，现有技术中的手持式砂型硬度计的压足是不可伸缩的，这种结构在应用于机器人自动检测的情况下，由于机器人机械臂的运动有一定的定位误差，如果压足是不可伸缩的，当压足位置发生正偏差时，压足会压入砂型表面，损坏砂型，当压足位置发生负偏差时，则压足与砂型表面不能实现紧密接触，因此会发生不能测量或测量不准确的问题，如何保证既实现压足与砂型表面的紧密接触，又不能使压足压入砂型表面，损坏砂型，成为在线自动检测砂型硬度计需要解决的一个关键技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决问题是，克服现有技术的不足之处与缺陷，解决压痕深度的精确测量以及压足可以伸缩的技术问题，提供一种可安装在机械手上的在线自动检测的砂型硬度计，从而实现砂型硬度在线自动检测，以适应金属铸造产品自动化生产需要。

本发明采用的技术方案包括上壳体、下壳体、压足、压头、加荷弹簧和电路板，所述上壳体与下壳体固定连接，在所述下壳体中安装压足，在压头的左端套装加荷弹簧，在上壳体内安装电路板，在所述下壳体中安装有位移传感器，所述压足为可伸缩压足，在可伸缩的压足中安装压头，压头的左端与位移传感器的移动铁芯固定连接，在可伸缩的压足的左端安装有压足回程弹簧，在所述下壳体的上面分别安装有第一光电开关和第二光电开关。

在所述下壳体内安装有位移传感器固定座，所述位移传感器安装在位移传感器固定座的内腔中，所述压足回程弹簧套装在位移传感器固定座的外圆周上，在所述压足上连接有第一检测导向块，在所述位移传感器固定座上连接有第二检测导向块。

所述第一检测导向块为t形，该t形的第一检测导向块用2个第五螺钉连接在所述压足上，所述第二检测导向块为l形，该l形的第二检测导向块用2个第四螺钉连接在所述位移传感器固定座上，在所述位移传感器固定座的左端还安装有缓冲弹簧。

所述下壳体的内腔为阶梯形状，由右向左依次为下壳体第一阶梯内腔、下壳体第二阶梯内腔和下壳体第三阶梯内腔，所述下壳体第二阶梯内腔的内壁形成第一检测导向块的滑动轨道，所述下壳体第三阶梯内腔的内壁形成第二检测导向块的滑动轨道，在下壳体第二阶梯内腔安装有压足回程弹簧固定环，所述下壳体第一阶梯内腔的台肩对所述压足向右滑动进行限位，所述下壳体第二阶梯内腔的台肩对压足回程弹簧固定环的安装进行限位，所述下壳体第三阶梯内腔的台肩对位移传感器固定座向右滑动进行限位，所述可伸缩的压足的内腔为三级阶梯形状，由右向左依次为压足第一阶梯内腔、压足第二阶梯内腔和压足第三阶梯内腔，在所述压足第一阶梯内腔中安装压头，所述压足第一阶梯内腔的内壁形成压头的滑动轨道，所述压足第三阶梯内腔的内壁形成位移传感器固定座右端的滑动轨道，所述压足在第一检测导向块的导向下沿所述下壳体第二阶梯内腔的内壁伸缩滑动，所述位移传感器固定座在第二检测导向块的导向下左端沿所述下壳体第三阶梯内腔的内壁、右端沿所述压足第三阶梯内腔的内壁伸缩滑动。

在所述位移传感器固定座的右端加工有第一螺纹孔，并在该第一螺纹孔中螺纹连接有t型螺母，所述压头的左端穿过t型螺母的中心孔与位移传感器的移动铁芯固定连接，通过调整t型螺母的位置实现加荷弹簧的预压缩量的调整，在所述位移传感器固定座内还安装有压头限位块，在所述位移传感器固定座的右端外圆周加工有第二螺纹孔，并在该第二螺纹孔中安装有第一锁紧螺钉，第一锁紧螺钉顶紧在t型螺母的外圆周上，防止位移传感器固定座与t型螺母之间相对转动；在所述位移传感器固定座的左端外圆周上加工有第三螺纹孔，在该第三螺纹孔中安装有第二锁紧螺钉，第二锁紧螺钉顶紧在位移传感器的壳体外圆周上，防止位移传感器固定座与位移传感器的壳体之间相对运动。

在所述上壳体的上端面安装有通讯物理接口，在上壳体的前表面粘接有薄膜按键面板，在薄膜按键面板上安装有操作按键，并设有显示屏，在所述上壳体的左端面设有用于与机器人的机械臂连接的螺纹孔。

所述电路板包括微处理器，所述第一光电开关、第二光电开关、操作按键、显示屏、位移传感器和通讯物理接口分别与微处理器连接。

在所述的下壳体的上面分别安装有第一调整板和第二调整板，所述第一光电开关安装在第一调整板上，所述第二光电开关安装在第二调整板上。

与现有技术相比，本发明解决了压痕深度的精确测量以及压足可以伸缩的技术问题，提供了可安装在机械手上的在线自动检测的砂型硬度计，从而实现了砂型硬度在线自动检测，适应了金属铸造产品自动化生产需要，并具有以下有益效果：

（1）本发明使用时通过上壳体左端面设有的用于与机器人的机械臂连接螺纹孔与机器人机械臂连接，在机器人机械臂的带动下实现自动化检测，通过自动化系统的上位机控制硬度计的移动进行硬度测量，利用位移传感器精确测量代表压痕深度的压头位移量，通过微处理器接收位移传感器信号，计算出精确的砂型硬度值，利用第一光电开关和第二光电开关获得开始测量和结束测量的信号，自动完成铸造砂型硬度的检测，并且将测量数据实时上传到上位机，供自动化系统储存分析并自动显示测量的硬度值；

（2）本发明采用可伸缩的压足，压足在第一检测导向块的导向下沿下壳体第二阶梯内腔的内壁伸缩滑动，并可在压足回程弹簧的作用下缓冲，从而消除了机器人机械臂带动压足在砂型表面进行定位时的定位误差，实现了压足自适应砂型表面，既实现了压足与与砂型表面的紧密接触，又避免了压足压入砂型表面损坏砂型；

（3）本发明压头在可伸缩的压足内伸缩滑动，当可伸缩的压足与砂型表面接触后并自适应砂型表面进行加力的精确定位后，继续加力，压头逐渐伸出并压入砂型表面，完成砂型硬度在线自动测量，本发明在位移传感器固定座的右端加工有第一螺纹孔，并在该第一螺纹孔中螺纹连接t型螺母，通过调整t型螺母的旋紧位置调整加荷弹簧预压缩量，本发明在位移传感器固定座的右端外圆周加工有第二螺纹孔，并在该第二螺纹孔中安装有第一锁紧螺钉，通过第二螺纹孔中安装的第一锁紧螺钉将t型螺母的调整位置固定，实现了对试验力的精确调整，保证了测量精度；

（4）本发明在位移传感器固定座左端面安装的缓冲弹簧可以对压头的加力过程起到缓冲作用，实现了柔性加力，可以避免因加力过大破环砂型表面，保证了在线自动检测砂型硬度的稳定性和可靠性。

（5）本发明所述可伸缩的压足的内腔为三级阶梯形状，由右向左依次为压足第一阶梯内腔、压足第二阶梯内腔和压足第三阶梯内腔，本发明所述下壳体的内腔也为阶梯形状，由右向左依次为下壳体第一阶梯内腔、下壳体第二阶梯内腔和下壳体第三阶梯内腔，所述压足第一阶梯内腔的内壁形成压头的滑动轨道，所述压足第三阶梯内腔的内壁形成位移传感器固定座右端的滑动轨道，所述下壳体第二阶梯内腔的内壁形成第一检测导向块的滑动轨道，所述下壳体第三阶梯内腔的内壁形成第二检测导向块的滑动轨道，所述压足在第一检测导向块的导向下沿所述下壳体第二阶梯内腔的内壁伸缩滑动，所述位移传感器固定座在第二检测导向块的导向下左端沿所述下壳体第三阶梯内腔的内壁、右端沿所述压足第三阶梯内腔的内壁伸缩滑动，通过这样的结构设计，使得本发明的结构既简单又紧凑，实现了砂型硬度计的小型化和轻量化。

附图说明

图1是本发明的主视图，

图2是图1的左视图，

图3是图1的俯视图，

图4是图3的a-a剖视放大图，

图5是图1的b-b剖视放大图，

图6是本发明电控原理示意图。

图中：

1-1.上壳体，1-1-1.螺纹孔，

1-2.下壳体，

2.压足，3.位移传感器固定座，

4.压头，5.t型螺母，6.压足回程弹簧，7.位移传感器，

8-1.第一光电开关，8-2.第二光电开关，

9.缓冲弹簧，10.加荷弹簧，

11-1.第一检测导向块，11-2.第二检测导向块，

12.通讯物理接口，

13-1.第一调整板，13-2.第二调整板，

14.压头限位块，15.第一锁紧螺钉，16.第二锁紧螺钉，

17.薄膜按键面板，17-1.操作按键，17-2.显示屏，

18.电路板,18-1.微处理器，19.第四螺钉，

20.第二螺钉，21.第五螺钉，

22.压足回程弹簧固定环，23.第一螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1～图5所示，本发明采用的技术方案包括上壳体1-1和下壳体1-2，所述上壳体1-1和下壳体1-2通过第一螺钉23和第二螺钉20固定连接，在所述下壳体1-2中安装有压足2和位移传感器7，所述压足2为可伸缩压足，在可伸缩的压足2中安装有压头4，压头4的左端与位移传感器7的移动铁芯固定连接，通过压头4的移动带动位移传感器7的移动铁芯移动，并在压头4的左端套装有加荷弹簧10，在可伸缩的压足2的左端安装有压足回程弹簧6，在所述下壳体1-2的上面分别安装有第一光电开关8-1和第二光电开关8-2，在所述上壳体1-1内还安装有电路板18；

进一步说，在所述下壳体1-2内安装有位移传感器固定座3，所述位移传感器7安装在位移传感器固定座3的内腔中，所述压足回程弹簧6套装在位移传感器固定座3的外圆周上，在所述压足2上用2个第五螺钉21连接有t形的第一检测导向块11-1，在所述位移传感器固定座3上用2个第四螺钉19连接有l形的第二检测导向块11-2，在位移传感器固定座3的左端安装有缓冲弹簧9；

更进一步说，所述下壳体1-2的内腔为阶梯形状，由右向左依次为下壳体第一阶梯内腔、下壳体第二阶梯内腔和下壳体第三阶梯内腔，所述下壳体第二阶梯内腔的内壁形成第一检测导向块11-1的滑动轨道，所述下壳体第三阶梯内腔的内壁形成第二检测导向块11-2的滑动轨道，在下壳体第二阶梯内腔安装有压足回程弹簧固定环22，所述压足回程弹簧固定环22通过螺钉固定在下壳体1-2上；所述下壳体第一阶梯内腔的台肩对所述可伸缩的压足2向右滑动进行限位，所述下壳体第二阶梯内腔的台肩对压足回程弹簧固定环22的安装进行限位，所述下壳体第三阶梯内腔的台肩对位移传感器固定座3向右滑动进行限位；所述可伸缩的压足2的内腔为三级阶梯形状，由右向左依次为压足第一阶梯内腔、压足第二阶梯内腔和压足第三阶梯内腔，在所述压足第一阶梯内腔中安装压头4，所述压足第一阶梯内腔的内壁形成压头4的滑动轨道，所述压足第三阶梯内腔的内壁形成位移传感器固定座3右端的滑动轨道，所述可伸缩的压足2在第一检测导向块11-1的导向下沿所述下壳体第二阶梯内腔的内壁伸缩滑动，所述位移传感器固定座3在第二检测导向块11-2的导向下，左端沿所述下壳体第三阶梯内腔的内壁、右端沿所述压足第三阶梯内腔的内壁伸缩滑动；

在所述位移传感器固定座3的右端加工有第一螺纹孔，并在该第一螺纹孔中螺纹连接有t型螺母5，所述压头4的左端穿过t型螺母5的中心孔与位移传感器7的移动铁芯固定连接，通过调整t型螺母5的位置实现加荷弹簧10的预压缩量的调整，在所述位移传感器固定座3内还安装有压头限位块14，在所述位移传感器固定座3的右端外圆周加工有第二螺纹孔，并在该第二螺纹孔中安装有第一锁紧螺钉15，第一锁紧螺钉15顶紧在t型螺母5的外圆周上，防止位移传感器固定座3与t型螺母5之间相对转动；在所述位移传感器固定座3的左端外圆周上加工有第三螺纹孔，在该第三螺纹孔中安装有第二锁紧螺钉16，第二锁紧螺钉16顶紧在位移传感器7的壳体外圆周上，防止位移传感器固定座3与位移传感器7的壳体之间相对运动；

在所述上壳体1-1的上端面安装有通讯物理接口12，在上壳体1-1的前表面粘接有薄膜按键面板17，在薄膜按键面板17上设有操作按键17-1和显示屏17-2，在所述上壳体1-1的左端面设有用于与机器人机械臂连接的螺纹孔1-1-1；

所述电路板18包括微处理器18-1，所述第一光电开关8-1、第二光电开关8-2、操作按键17-1、显示屏17-2、位移传感器7和通讯物理接口12分别与微处理器18-1连接；

在所述的下壳体1-2的上面分别安装有第一调整板13-1和第二调整板13-2，所述第一光电开关8-1安装在第一调整板板13-1上，所述第二光电开关8-2安装在第二调整板13-2上。

使用时，本发明通过上壳体1-1的螺纹孔1-1-1与机器人机械臂连接，将通讯物理接口12与外部通讯连接，在机器人机械臂的带动下实现自动化操作，自动检测时，机器人机械臂带动本发明运动至生产线上待测砂型位置，首先使可伸缩的压足2与待测砂型表面接触，可伸缩的压足2向左侧回缩，第一光电开关8-1发送开始测量信号，压足回程弹簧6被压缩，当可伸缩的压足2与砂型表面紧密接触后，压头4逐渐伸出并压入砂型表面，根据砂型硬度的不同，压头4在压入砂型表面的同时，克服加荷弹簧10的试验力，回退部分距离，此时，第二光电开关8-2给出压痕深度测量完成信号，压头4的回退移动带动位移传感器7的移动铁芯移动，回退的距离由位移传感器7测出，位移传感器7测得的压头回退位移量通过微处理器18-1的计算得到砂型的硬度值，砂型硬度值在显示屏17-2上自动显示，同时测得的砂型硬度值通过通讯物理接口12传送到外部控制系统。