一种精密测量仪及利用该精密测量仪测量布氏硬度压痕的方法

1.本发明涉及仪器仪表的技术领域，特别是指一种可用以测量布氏硬度压痕的精密测量仪及使用该精密测量仪测量布氏压痕的方法。


背景技术：

2.硬度为判断材料质量的重要参数之一，即材料本身抵抗硬物压入表面的能力范围，其强度、刚度等特性对工业生产具有重要意义。而硬度测量可以在一定程度上呈现出材料在工艺、组织结构、分子构成上的差异。根据测量方式和应用场合范围的不同，硬度单位可分为布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度等许多种。传统布氏硬度测试方法采用的是读数显微镜进行人眼观测，将压痕与显微镜上的刻度进行匹配，在一个方向和垂直方向分别读取两次直径取平均值作为测量直径，再根据标准布氏硬度对照表查表得出最终测试结果。
3.在日常检定中，我们通常用读数显微镜来测量压痕直径，其镜筒呈圆柱形，底部为金属圆环形，测量时将压痕置于底部的金属圆环中，通过上部的目镜进行观察。左侧开窗部分为透光区，便于采光。用读数显微镜进行观察测量时，压痕直径读数需精确到0.01mm。传统的读数显微镜在压痕直径测量时存在以下几个问题：1、要准确测量压痕直径，读数显微镜和压痕的相对位置必须固定不变。普通的读数显微镜在读数时直接放在标准硬度块表面，由于显微镜底部与标准硬度块表面均为光滑的金属制品，用人手进行辅助固定时，人手变化的细小影响都会使读数显微镜和压痕的相对位置发生变化，从而极大影响压痕直径的测量准确性。
4.2、进行测量时，环境光线充足与否也会对读数造成很大影响，普通的读数显微镜没有照明，使用时必须有良好的自然采光或者借助手电、台灯等外部光源，否则会导致压痕观察不清楚，严重影响压痕直径测量的准确性。
5.3、显微镜为直筒式，人在观测时必须是站立姿式，很不舒服。
6.4、直筒式显微镜镜筒上下移动用摩擦轮机构，调整不方便。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可提高测量准确度的精密测量仪及使用该精密测量仪测量布氏硬度压痕的方法。
8.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种可用于测量布氏硬度压痕的精密测量仪，其包括底座、移动平台、载物板、物镜、目镜、呈镜板、镜臂、及导杆，移动平台设置在底座的底面一侧，导杆设置在底座的另一侧，载物板设置在移动平台上，镜臂的一端可滑动的设置在导杆上，镜臂的另一端连接呈镜板，物镜设置在呈镜板的底面，目镜设置在呈镜板的顶面，物镜与目镜连通形成成像通道，所述载物板上设置有一压片夹，所述移动平台包括x轴调节机构、y轴调节机构、z轴调节机构、平台支座及平台底板，平台支座设置在底座上，z轴调节机构设置在平台支座上，z轴调
节机构的顶端连接平台支座，所述载物板设置在平台支座上，x轴调节机构及y轴调节机构设置在载物板与平台支座之间，所述物镜的外周设置有可拆卸的聚光镜筒。
9.进一步，所述底座的底部镂空，底座的镂空处设有多根加强筋，底座的四个角设置有螺孔，螺孔用以安装垫片，垫片与底座螺纹连接。
10.进一步，所述z轴调节机构包括z轴旋钮、固定套筒、方形导套及导向块，导向块与平台支座锁固在一起，方形导套可上下滑动的设置在导向块的外周，方向导套的顶面与平台底板锁固在一起，所述固定套筒设置方形导套的外周，固定套筒的底端与平台支座锁固在一起，z轴旋钮设置在固定套筒的外周。
11.进一步，所述固定套筒的外周设置有外螺纹， z轴旋钮设有与固定套筒的外螺纹配合的内螺纹。
12.进一步，所述x轴调节机构包括x轴传动齿条、x轴传动手柄、x轴导向板；所述y轴调节机构包括y轴传动齿条、y轴传动手柄、y轴导向板； x轴导向板设置在平台底板的x轴方向，与平台底板设置在同一水平面上，y轴导向板设置在平台底板的y轴方向，且位于x轴导向板的上方， y轴导向板设置在载物板与平台底板之间；所述x轴传动手柄设置在y轴传动手柄之上，且x轴传动手柄与y轴传动手柄呈同轴设置，x轴传动手柄连接传动齿轮，传动齿轮为上下设置的二级渐开斜齿轮，所述x轴传动齿条设置在x轴导向板上，且与传动齿轮的下齿轮啮合，y轴传动齿条设置在y轴导向板上，且与传动齿轮的上齿轮啮合。
13.进一步，所述x轴导向板上设置有沿x轴方向设置的槽型的x轴滑轨，所述y轴导向板上设置有沿y轴方向设置的槽型y轴滑轨。
14.进一步，所述x轴滑轨及y轴滑轨上装夹多个滑动滚珠。
15.进一步，所述压片夹包括一支撑杆、一固定在支撑杆底部的底板、及一可上下调节的设置在支撑杆上的调整板。
16.进一步，所述目镜与呈镜板形成一夹角，所述物镜与目镜之间的成像通道内设置了一个反光块，反光块可拆装的设置在物镜与目镜的成像通道夹角处。
17.本发明还揭示了一种基于上述利用上述精密测量仪测量布氏硬度压痕的方法，其包括以下步骤：步骤a：先将精密测量仪调零；步骤b：将打上压痕的被测元件水平置放于载物台的压片夹上并压紧；步骤c：打开辅助光源，将光亮对准被测元件；步骤d：眼部贴合目镜进行观测，通过调节x轴传动手柄、y轴传动手柄及z轴旋钮调节x、y、z三轴使得被测元件竖直对准物镜方向，视野明亮清晰；步骤e：转动目镜的调焦圈，使被测物元件清晰地成像在分划尺上；步骤f：调整读数显微镜位置，使被测元件的压痕边缘对准十字线，使得刻度线上的标线分别于压痕两侧相切；步骤g：将目镜分化尺上读取到的整数值与测微旋钮上读取到的尾数值相加，得到的数据即为读取标线在刻度线上走过的路径距离，也就是为压痕直径；步骤h：把被测元件旋转90
°
，再测量一次，取两次结果的平均值，即得到孔的最终直径；步骤i：记下读数后，把显微镜归零；
步骤j：结合球头直径d/mm和试验力f/n，根据布氏硬度表进行查阅。
18.采用上述方案后，本发明精密测量仪在保留现有读数显微零件安装与配合的前提下，增设了可进行x/y/z三轴移动的移动平台，可保证被测元件移动的方便性及准确性，提高测量准确度；本发明在载物台上设置压片夹，用以压紧被测元件，在调整目镜、物镜或者载物台时，被测元件保持不动，可避免读数显微镜和压痕的相对位置发生变化时，影响压痕直径的测量准确性；本发明增设可拆卸的聚光镜筒作为辅助光源帮助测量仪获取良好视野和光线，从而提高测量的准确度。
附图说明
19.图1为本发明的立体示意图。
20.图2为本发明的主视图。
21.图3为本发明的侧视图。
22.图4为本发明底座的仰视图。
23.图5为本发明移动平台与载物板的组合立体图。
24.图6为本发明移动平台与载物台的组合剖视图。
25.图7为本发明目镜与物镜的组合状态剖视图。
具体实施方式
26.为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1至图3所示，本发明揭示了一种可用于测量布氏硬度压痕的精密测量仪，其包括底座1、移动平台2、载物板3、物镜4、目镜5、呈镜板6、镜臂7、及导杆8，移动平台2设置在底座1的底面一侧，导杆8设置在底座1的另一侧，载物板3设置在移动平台2上，镜臂7的一端可调节的设置在导杆8上，并通过旋钮进行锁固，镜臂7的另一端连接呈镜板6，物镜4设置在呈镜板6的底面，目镜5设置在呈镜板6的顶面，物镜4与目镜5连通形成成像通道51，所述载物板3上设置有一压片夹31，所述移动平台2包括x轴调节机构21、y轴调节机构22、z轴调节机构23、平台支座24及平台底板25，平台支座24设置在底座1上，z轴调节机构23设置在平台支座24上，z轴调节机构23的顶端连接平台支座24，所述载物板3设置在平台支座24上，x轴
调节机构21及y轴调节机构22设置在载物板3与平台支座24之间。
30.如图4所示，为节省材料降低成本，所述底座1的底部镂空，底座1的镂空处设有2mm左右的多根加强筋11，强化底座1的承载力，保证连接强度，解决了因底座1悬出面过大，承载力不足，浪费材料等问题。底座1的四个角设置有螺孔12，螺孔12用以安装垫片，垫片与底座1螺纹连接。如果本发明精密测量仪的平面存在倾斜角，不能水平放置，造成装置歪斜，则可以通过调节四角垫片的高度使底座1与放置平面保持水平。
31.如图5及图6所示，移动平台2的结构可以有多种，本实施例中，所述z轴调节机构23包括z轴旋钮231、固定套筒232、方形导套233及导向块234，导向块234与平台支座24锁固在一起，方形导套233可上下滑动的设置在导向块234的外周，方向导套233的顶面与平台底板25锁固在一起，所述固定套筒232设置方形导套233的外周，固定套筒232的底端与平台支座24锁固在一起，固定套筒232的外周设置有外螺纹，所述z轴旋钮231设置在固定套筒232的外周，z轴旋钮231设有与固定套筒232的外螺纹配合的内螺纹，z轴旋钮231的顶面与平台底板25的底面相平齐。通过设置方向导套233与平台底板25连接，使z轴旋钮231旋转时，平台底板25可在z轴方向能够保持不动，不会随着z轴旋钮231转动，通过旋转z轴旋钮231将平台底板25顶出、放落的方式，使载物板3在z轴方向上进行升降，可保证z轴竖直方向上的精确定位和导向，且为保证传动时平台底座的z轴方向不转动。
32.仍如图5及图6所示，所述x轴调节机构21包括x轴传动齿条211、x轴传动手柄212、x轴导向板213；所述y轴调节机构22包括y轴传动齿条221、y轴传动手柄222、y轴导向板223； x轴导向板213设置在平台底板25的x轴方向，与平台底板25设置在同一水平面上，y轴导向板223设置在平台底板25的y轴方向，且位于x轴导向板213的上方， y轴导向板223设置在载物板3与平台底板25之间。所述x轴传动手柄212设置在y轴传动手柄222之上，且x轴传动手柄212与y轴传动手柄222呈同轴设置，x轴传动手柄212连接传动齿轮26，传动齿轮26为上下设置的二级渐开斜齿轮，所述x轴传动齿条211设置在x轴导向板213上，且与传动齿轮26的下齿轮261啮合，y轴传动齿条221设置在y轴导向板223上，且与传动齿轮262的上齿轮啮合。采用渐开线斜齿圆柱齿轮的传动齿轮26与x轴传动齿条211及y轴传动齿条212啮合的传动方式控制x、y两轴，其啮合特性好，齿轮重合度较大，不易产生根切，且机械运动过程平稳，传动齿轮26转动时，x、y轴行程保持恒定的传动比。为了节省空间且使保持本发明外形的美观，x轴传动手柄212及y轴传动手柄设置为x、y同轴旋转机构。
33.由于平台对尺寸有所要求，本发明x、y两轴的移动版之间的相对滑动方式，采用了轻型钢珠滑动轨道，即所述x轴导向板213上设置有沿x轴方向设置的槽型的x轴滑轨，所述y轴导向板223上设置有沿y轴方向设置的槽型y轴滑轨224，槽型结构的滑轨优点是轨道结构较为简单，安装处较为节省空间，使用寿命长，运动顺滑且没有噪音，承载力远远满足需求。为了减小滑动摩擦，提高滑动的顺滑度，所述x轴滑轨及y轴滑轨224上可装夹多个滑动滚珠。x轴调节机构21及y轴调节结构22滑动时，滚珠转动产生相对滑动来减小摩擦力，使转动手柄的手感更加顺滑。
34.如图5所示，所述载物板3设置在物镜4的下方，载物板3上设置的压片夹31用以压紧被测物。本实施例的压片夹31包括一支撑杆311、一固定在支撑杆311底部的底板312、及一可上下调节的设置在支撑杆311上的调整板313，使用时，先将调整板313松开，将待测物放在底板312与调整板313之间，再将调整板313旋紧，使待测物固定在底板312与调整板313
之间，可防止移动仪器时，载物板3与待测物产生相对滑动而影响测量过程。
35.如图7所示，为了使本发明测量仪符合人体工学，成为一款人性化的实验仪器，方便人眼观察，所述目镜5与呈镜板6形成一夹角，形成斜筒式的读数显微镜，较佳的，目镜5与呈镜板的水平夹角为30
°
，在物镜4与目镜5之间的成像通道51内设置了一个反光块52，反光块52可拆装的设置在物镜4与目镜5的成像通道51夹角处，在改变光线矢量而不改变标量的前提下，将光线以30
°
的入射角和反射角在平面镜上反射光路。
36.为了提高测量效果，本发明于物镜4的外周还设置有可拆卸的聚光镜筒41，聚光筒41的底面设置有光源，并通过电池供电，聚光镜筒上设有用以控制光源开关的开关，聚光镜筒41可在仪器使用时帮助获取良好视野和光线。
37.本发明精密测量仪为改进式的读数显微镜，其光学系统由物镜4和目镜5两部分的凸透镜组成，其物镜4与目镜5的工作原理分别为上述两种光线折射规律。因传统读数显微镜的被测物放置操作步骤导致的操作复杂和精度不高的问题，本发明精密测量仪对该问题做出了有效解决，首先，为了能够进行x、y、z三轴的平移调整，本发明采用滚齿加工的渐开线斜齿圆柱齿轮齿条外啮合的传动方式控制x轴及y轴，其啮合性好，齿轮重合度较大，不易产生根切，且机械运动过程平稳，手柄转动与x、y轴行程保持恒定的传动比。为了节省空间且使得仪器外形美观，设计为x、y同轴旋转机构。为保证夹持z轴竖直方向上的精确定位和导向，z轴运动方向上采用了z轴旋钮231、固定套筒232、方形导套233及导向块234配合的形式升降移动，保证传动时移动平台2的z轴方向不转动。
38.本发明还揭示了一种基于上述利用上述精密测量仪测量布氏硬度压痕的方法，其包括以下步骤：步骤a：先将精密测量仪调零；（调节时注意要轻轻旋转旋钮，因为读数显微镜是高精度仪器且成本高，用力过大会导致精度降低）；步骤b：将打上压痕的被测元件水平置放于载物台3的压片夹31上并压紧；步骤c：打开辅助光源，将光亮对准被测元件；步骤d：眼部贴合目镜5进行观测，通过调节x轴传动手柄212、y轴传动手柄222及z轴旋钮223调节x、y、z三轴使得被测元件竖直对准物镜4方向，视野明亮清晰；步骤e：转动目镜5的调焦圈，使被测物元件清晰地成像在分划尺上；步骤f：调整读数显微镜位置，使被测元件的压痕边缘对准十字线，通过调节滚轮使得刻度线上的标线分别于压痕两侧相切；步骤g：将目镜5分化尺上读取到的整数值与测微旋钮上读取到的尾数值相加，得到的数据即为读取标线在刻度线上走过的路径距离，也就是为压痕直径；步骤h：把被测元件旋转90
°
，再测量一次（由于压痕通常为不规则形状，故要把被测元件旋转90
°
，再测量一次取平均值），取两次结果的平均值，即得到孔的最终直径；步骤i：记下读数后，把显微镜归零；步骤j：结合球头直径d/mm和试验力f/n，根据布氏硬度表进行查阅。
39.上述实施例和图示并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。