具有枢转体并且能够向其上的附件提供电力的硬度测试仪

相关申请

本专利要求于2018年4月23日提交的名称为“Hardness Testers Having aPivoting Body and Capable of Providing Power to Accessories on the PivotingBody[具有枢转体并且能够向枢转体上的附件提供电力的硬度测试仪]”的美国临时专利申请序列号62/661,615的优先权。美国临时专利申请序列号62/661,615的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及硬度测试仪，更具体地涉及具有枢转体并且能够向枢转体上的附件提供电力的硬度测试仪。

背景技术

常规的硬度测试仪包括可选择的物镜或压头，这些物镜或压头可以移动到适当位置以执行给定任务。某些附件和/或其他部件可能需要电力。向此类附件供电的常规方法涉及将物镜或附件硬接线至电源，这限制了可以实现的物镜或压头的移动，并且硬接线在大量移动之后会磨损或断开连接。一些常规的硬度测试仪使用滑环保持与容易移动的附件的电接触。但是，滑环价格昂贵并且容易磨损，从而降低了电力和/或数据传输的可靠性。

发明内容

公开了一种具有枢转体并且能够向枢转体上的附件提供电力的硬度测试仪，基本上如通过至少一个附图展示并且结合至少一个附图描述的、如在权利要求中更完整地阐述的那样。

附图说明

图1是根据本公开内容的各方面的硬度测试仪的示例性托架、示例性托架安装件以及示例性电接触块的正视图。

图2是图1的托架、托架安装件和电接触块的立体图。

图3是根据本公开内容的各方面的图1的电接触块的示例性实施方式的正视图。

图4是图3的电接触块的立体图。

图5是图3的电接触块的横截面侧视图。

图6是根据本公开内容的各方面的包括激光器的示例性物镜的立体图，该物镜被定位成与图3的电接触块电接触。

图7是图6的示例性物镜和电接触块的平面视图。

图8是图6的示例性物镜的立体图，该物镜包括被配置成与电接触块进行接触的接触端子。

图9是图6的物镜的横截面视图。

图10是根据本公开内容的各方面的示例性附件的立体图，该附件包括被配置成与图3的电接触块进行接触的接触端子。

图11是图6的物镜的横截面平面视图。

图12A至图12D展示了电端子的示例性布置，这些电端子可以用于附件以经由对应的电端子块接收电力和/或交换数据。

附图不一定按比例绘制。在适当情况下，相似或相同的附图标记用于指代相似或相同的部件。

具体实施方式

所公开的示例性硬度测试仪包括摆动托架(swiveling carriage)，该摆动托架被配置成：固持多个压头、物镜和/或附件；并且摆动以选择性地将多个压头、物镜和/或附件中的一个放置在位以操作多个压头和物镜中的一个。示例性硬度测试仪进一步包括托架安装件，该托架安装件被配置成支撑摆动托架，其中，摆动托架被配置成相对于托架安装件摆动。硬度测试仪还包括附接至托架安装件的电接触块。电接触块包括多个电触点，这些电触点被配置成当至少一个物镜或至少一个附件被定位在操作位置时，与联接至物镜的至少一个附件的对应电接触块进行电接触。

所公开的示例通过提供灵活且可靠的电接触而改善了可维修性、减小了尺寸和/或降低了硬度测试仪的复杂性。所公开的示例性硬度测试仪使承载有压头、物镜、附件和/或其他装置的组合的托架能够连续旋转，同时能够向操作附件、载荷单元和/或其他装置提供电力和/或数据通信。所公开的示例性硬度测试仪提供电力和/或数据连接而无需对电力和/或数据连接进行硬接线(即在源与电力或数据的接收器之间没有连续的硬接线连接)。

如本文所使用的，术语“附件”是指被配置成单独或与另一装置结合、在硬度测试装置上使用的任何电操作的部件。附件可以是受控制的(例如，闭环或开环控制)或不受控制的。可以使用电接触块来接收电力和/或交换数据的示例性附件可以包括基于LED的照明器、对准激光器、激光照明器、普通照明器、载荷单元、压电驱动器、马达(例如DC马达)和/或增量测量系统。

所公开的示例性硬度测试装置包括：旋转托架，该旋转托架被配置成：固持压头或物镜中的至少一个、和至少一个附件；并且旋转以选择性地将至少一个压头或物镜或至少一个附件放置在操作位置，以操作至少一个压头或物镜或至少一个附件；托架安装件，该托架安装件被配置成支撑旋转托架，该旋转托架被配置成相对于托架安装件旋转；以及电接触块，该电接触块相对于托架安装件固定安装，该电接触块包括多个电触点，该多个电触点被配置成当至少一个附件定位在操作位置时，与联接至旋转托架的至少一个附件的对应电接触块进行电接触。

在一些示例性硬度测试装置中，多个电触点包括多个导电的球和弹簧柱塞(balland spring plunger)。在一些示例中，多个电触点经由相应的螺母联接至该电接触块。在一些示例中，多个电触点包括联接至球和弹簧柱塞的端子连接器。

在一些示例性硬度测试装置中，多个电触点中的至少两个电触点在电接触块的表面上偏移。在一些示例中，多个电触点中的至少两个电触点中的第一电触点联接至具有第一电压的第一电压源，并且多个电触点中的第二电触点联接至具有第二电压的第二电压源。在一些示例中，至少一个附件包括：第一附件，该第一附件联接至旋转托架上的第一位置，该第一附件包括至少两个电触点，该至少两个电触点被定位成与电接触块上的多个电触点中的对应电触点进行接触，电接触块包括偏移电触点中的至少第一电触点；以及第二附件，该第二附件联接至旋转托架上的第二位置，该第二附件包括至少两个电触点，该至少两个电触点被定位成与电接触块上的多个电触点中的对应电触点进行接触，电接触块包括偏移电触点中的至少第二电触点。

在一些示例中，至少一个附件包括以下各项中的至少一项：LED照明器、激光器、普通照明、载荷单元、压电驱动器、马达、或增量测量系统。在一些示例中，旋转托架被配置成当压头处于操作位置时使用联接至旋转托架的至少一个压头来执行硬度测试。在一些示例中，操作位置定位在机器台与旋转托架的旋转轴线之间。

一些示例性硬度测试装置进一步包括：反馈电路，该反馈电路被配置成输出表示旋转托架的位置的信号；以及控制电路，该控制电路被配置成基于信号确定压头、物镜或至少一个附件的位置。在一些示例中，至少一个压头或物镜中的至少一个或至少一个附件能够从旋转托架上移除。

在一些示例中，旋转托架被配置成绕旋转轴线旋转，该旋转轴线通过托架安装件与旋转托架的位移方向垂直。一些示例性硬度测试装置进一步包括控制电路，其中，电接触块的多个电触点中的至少两个电触点被配置成将数据或脉冲宽度调制(PWM)信号中的至少一个从至少一个附件传输至控制电路。在一些示例中，电接触块相对于托架安装件是固定的，并且旋转托架的旋转使多个压头和物镜相对于电接触块移动，使得旋转托架的旋转使至少一个附件移动到与电接触块的电触点接触和脱离接触。

图1是硬度测试仪100的示例性托架102、示例性托架安装件104以及示例性电接触块106的正视图。图2是图1的托架102、托架安装件104和电接触块106的立体图。托架102、托架安装件104和电接触块106可以用于固持可互换的压头、透镜、照明器和/或其他类型的物镜和/或附件。

托架102被配置成绕托架旋转轴线108旋转(或摆动或枢转)，该托架旋转轴线横向于托架102的位移方向110。示例性托架102能够容纳具有压头、透镜和/或其他物镜和/或附件的大量固持器，并且能够在多个旋转位置得到精确、再现性的测试结果。

硬度测试仪100被构造为竖直测试机器，其中，托架102被固持在一个或多个竖直托架安装件104上。托架102可以直接定位在被配置成接收要测试的样本的机器台上方。示例性硬度测试仪100能够根据布氏、维氏、洛氏、超级洛氏、努氏、维氏深度测量、球压硬度和/或马氏硬度测试方法来进行硬度测试。托架102由托架安装件104竖直地引导，并且可以在测试方向上(例如，竖直地)将相应的测试力作用在其上。

托架102用作一个或多个物镜112、压头114和/或附件的载体。在一些示例中，托架102在托架102周围的不同圆周位置处包括固持器。物镜112、压头114和/或附件可以可互换地附接至固持器。附加地或可替代地，物镜112、压头114和/或附件可以经由固持器可拆卸地或永久地附接至托架102。

托架102可以通过马达(比如步进马达)绕旋转轴线108旋转。马达可以包括旋转编码器，并且可以经由微控制器或其他控制电路进行控制。托架102设置在两侧的托架安装件104之间，并且围绕旋转轴线108经由轴承安装在托架安装件104中。在一些其他示例中，托架102经由一个或多个轴承安装至单个托架安装件104。马达可以安装在托架安装件104中的一个上，以使托架102枢转(比如通过偏转盘和传动带)。

托架102和/或托架安装件104可以在竖直方向上作用以在位移方向110上(例如，竖直地)驱动压头114，从而对样本执行压痕。例如，托架安装件104(以及因此托架102)由可旋转驱动的主轴在主轴的轴向方向上驱动，主轴的轴向方向与位移方向110相同。示例性主轴可以包括滚珠丝杠。通过控制和监测托架安装件104和托架102的位移，可以控制测试力(例如，通过控制电路)。通过托架102的旋转操作(例如，经由马达)并且经由监测马达步数的旋转编码器、和/或任何其他增量监测系统、传感器(例如霍尔效应传感器)、和/或反馈电路监测压头114的位置，控制电路可以监测托架102和/或已经定位在测试位置的压头114的精确对准。

为了检测和/或控制托架102和/或压头114与期望测试位置的差异，托架安装件104可以包括载荷单元。载荷单元可以具有用于检测的应变仪。监测装置(例如，控制电路)接收来自载荷单元的输出信号，使得响应于这些输出信号来控制托架102的马达，以将托架102和/或压头114保持在正确的位置和/或取向进行测试。载荷单元减少或消除了硬度测试误差，并且改善(例如确保)符合硬度测试标准，包括深度测量和光学测量方法二者。

托架102可以包括其他物镜和/或附件，比如与附接至托架102的光学器件相关联的光源116。例如，光源116可以包括LED照明和相关联的偏转镜。在一些示例中，光源116是环形灯，其中光源116的镜像光束和/或物体光束撞击在半透明镜上，该半透明镜位于与物镜的轴线相对应的公共轴线上。该轴线与托架102的旋转轴线108大致成直角。光学器件和光源116相对于彼此固定地且刚性地布置在托架102的内部。相机(例如，数字图像传感器)经由半透明镜和相机镜头(例如，光学器件)捕获检查的图像。

光源116需要电源来提供照明。电接触块106使得光源116能够与电源连接和断开连接。特别地，当光源116和物镜被定位(例如，通过使托架102绕旋转轴线108旋转)在操作位置(例如，与位移方向对准)时，示例性光源116可以连接至电接触块106，在操作位置中物镜和光源116将被用于捕获图像。当托架102将光源116旋转到操作位置之外时，光源116与电接触块106之间的接触被破坏。

电接触块106附接到托架安装件104中的一个，使得电接触块106是固定的，并且附接至托架102的附件和/或其他部件可以旋转到与电接触块106接触和脱离接触。电接触块106可以用于向附件传输电力和/或数据。与电接触块106接触以进行电力和/或数据传输的附件具有对应的电接触块。在一些示例中，端子1210和电接触块106使得能够与多个不同的载荷单元通信，这些载荷单元与附接至托架102的对应压头相关联。

虽然图1的示例性硬度测试仪100被描述为具有横向于位移方向110的旋转轴线108(例如，该轴线是水平的)，但是在其他示例中，托架102可以被配置成绕平行于位移方向110的轴线(例如，竖直轴线)旋转和/或相对于位移方向110成一定角度(例如45度、60度等)。在这种示例中，将物镜、压头、附件和/或其他装置以适当的角度附接至托架上以进行硬度测试，并且电接触块106被定位在固定的表面上，以便在操作位置与附件进行电接触。

图3是图1的电接触块106的示例性实施方式的正视图。图4是图3的电接触块106的立体图。图5是图3的电接触块的横截面侧视图。如图3所示，电接触块106包括安装至安装块308的多个电触点302、304、306。安装块308将电接触块106附接或安装至托架安装件104。尽管在图3中示出了三个示例性触点302至306，但是电接触块106可以包括更多或更少的电触点以提供电力和/或数据。

每个示例性电触点302至306包括球和弹簧柱塞310、螺母312和环形端子314。螺母312将环形端子314以及球和弹簧柱塞310联接至安装块308。球和弹簧柱塞310被偏置朝向与附件的电接触块进行接触。环形端子314或其他端子连接器电联接至球和弹簧柱塞310，并且可以联接至期望的电力和/或数据连接。如图5所示，每个球和弹簧柱塞310中的弹簧502将球504朝向接触位置偏置，以确保足够的电接触。球和弹簧柱塞310可以调节以增加或减少偏置力。

在一些示例中，电触点302至306与可以被提供以向一个或多个附件供电的多个电压相对应。不同的附件可以包括电触点，这些电触点将联接至电接触块106上的一些或全部可用电触点或不与其连接。例如，第一电压源可以被联接以在电触点302、304上提供第一电压，并且第二电压源可以被联接以在电触点302、306上提供第二电压。第一附件(例如，光源116)可以包括两个端子以与电触点302和304进行接触，而第二附件(例如，激光器)可以包括两个端子以与不同组的电触点302和306进行接触。

为了避免将过高的电压施加到附件，两个或更多个电触点302至306可以偏移。例如，电触点306在横向于附件的行进方向318的方向316上从两个电触点302至306偏移。

经由电触点302至306供应的电压可以被控制(例如，通过控制电路和/或电源)。例如，可以增加和/或减少一个或多个电压以控制LED的照明输出。可以经由脉冲宽度调制(PWM)信号和/或通过直接控制输出电压(例如，DC电压水平、AC电压幅度等)来控制电压。

图6是包括激光器602的示例性附件600的立体图，该附件被定位成与图3的电接触块106电接触。图7是图6的示例性附件600和电接触块的平面视图。图8是图6的示例性附件600的立体图，该附件包括被配置成与电接触块106接触的接触端子604、606。图9是图6的附件600的横截面视图。当附件600被定位在托架102的指定位置时，电接触块106可以向附件600、包括激光器602提供电力。

为了与电接触块106进行接触，示例性附件600包括端子604、606，这些端子被对准以与电接触块106的电触点304、306进行接触。随着附件600通过托架102的旋转而移动到位，端子604、606移动到与电触点304、306对准。电触点304、306的球和弹簧柱塞310朝向附件600偏置。当托架102旋转使得附件600处于操作位置时，球和弹簧柱塞310被偏置成与端子604、606接触。

附加地或可替代地，硬度测试仪100可以包括电路，该电路基于例如将要联接至电触点的附件的类型来配置提供给电触点的电力和/或数据。附件进而可以具有端子604、606的基本上相同的布置，以连接至相同的电触点302至306。电路可以例如将电触点302、304连接至第一电压源以向第一附件提供第一电压(或控制电压源以提供第一电压)。电路进而可以将电触点302、304连接至第二电压源(或控制电压源)以向第二附件提供第二电压。

图10是图1的示例性光源附件116的立体图，该光源附件包括被配置成与图3的电接触块106接触的接触端子1002、1004。图11是图10的光源附件116的横截面平面视图。以与端子604、606相似的方式，在光源附件116处于操作位置时(例如通过托架102的旋转)，将端子1002、1004对准以与电触点302、304进行接触。示例性光源附件116可以经由电触点302、304接收电力，这些电触点可以提供与电触点304、306的组合不同的电压，光源附件116被配置成与所述电触点进行电接触。

图12A至图12D展示了示例性电端子块1202至1208，这些电端子块具有可以用于附件的电端子1210的不同布置。示例性电端子1210可以接触与电触点302至306相似或相同的对应电触点，以经由对应的电端子块(例如，图1的电接触块106)接收电力和/或交换数据。

在一些示例中，端子1210的组合使用串行连接、并行连接、基于总线的连接(例如，控制区域网络(CAN)总线、PROFIBUS等)、差分信号、脉冲宽度调制和/或任何其他模拟或数字信号来交换数据。如上所述，两个或更多个端子1210的多种组合可以提供不同的供电电压，可以通过具有电端子1210的附件来访问这些供电电压，这些电端子被布置成与电接触块106上的对应电触点接触。

尽管参考附件描述了以上示例，但是所公开的示例也可以应用于物镜、压头和/或可以附接至托架102的将来可能会受益于电力和/或数据传输的其他装置。

尽管已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等效物。另外，在不脱离本公开内容范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开内容的教导。例如，所公开的示例的框和/或部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式被修改。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。替代地，本方法和/或系统将包括无论是从字面上还是依据等同原则都落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。