一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，属于硬度计量领域。

背景技术

微型橡胶国际硬度主要用于各种型号的O型圈、以及具有小、薄等特点的橡胶零件的微型橡胶国际硬度测试。

根据使用工况及硬度领域的公知常识，橡胶O型圈的硬度测试需在其横截面的最高点进行，目前国内依靠人工目测确定橡胶O型圈横截面的最高点，人员带来的误差非常大，且工作效率低。

目前国内Shore A标尺硬度测试设备多为多为手持式设备在日常测试和计量中难以满足指标要求。而IRHD M和IRHD N硬度测试设备更是无国产设备，皆依赖于进口。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，采用模块化方法，通过主控制模块控制加载模块，完成主杆组件的反向测试力的抵消，实现(8.3±0.5)mN的初测试力和(153.3±1.0)mN的总测试力的加载，通过位移传感器实现橡胶O型圈横截面的最高点的精准确定和全自动硬度测试，并通过一台主机搭配不同测试模块，实现Shore A标尺、IRHD N标尺、IRHD H标尺、IRHD L标尺或IRHD M标尺的硬度测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计，包括：主机、加载模块、测试模块、辅助工装模块及其主控制模块；

所述主机包括：机箱、立柱及升降工作台系统，用于搭载所述加载模块、所述主控制模块、所述辅助工装模块以及试验样品；

所述加载模块安装在所述立柱上，用于带动所述测试模块上下运动；

所述测试模块安装在所述加载模块上，为Shore A标尺测试模块、或IRHD N标尺测试模块、或IRHD H标尺测试模块、或IRHD L标尺测试模块或IRHD M标尺测试模块，分别提供五种橡胶硬度测试方法；

所述辅助工装模块安装在所述升降工作台系统上，用于橡胶O型圈的自动测量，能够准确定位至橡胶O型圈横截面的最高点并完成硬度测试，若试验样品不是橡胶O型圈，则将所述辅助工装模块拆下，将试验样品直接放在所述升降工作台系统进行测试；

所述主控制模块安装在所述机箱内，通过在所述主机上显示，实现人机交互，并通过控制所述加载模块、所述测试模块和所述辅助工装模块，执行相关动作并且完成数据采集，实现橡胶硬度测量；

进一步地，测试模块中的IRHD M标尺测试模块包括：测试模块外壳、位置固定块、主轴锁紧螺杆、拔插件、电机腔体、主体下端、主体、位移传感器、主杆组件、测试控制模块、电机组件以及杠杆组件；

所述外壳用于保护内部结构，所述位置固定块用于固定微型橡胶国际硬度测试模块，所述主轴锁紧螺杆用于运输过程中的保护主杆组件，工作过程中需将主轴锁紧螺杆拆下，所述拔插件用于安装定位微型橡胶国际硬度测试模块，所述电机腔体用于安装和保护电机组件，所述主体下端用于安装及保护杠杆组件，所述主体用于安装和保护主杆组件，所述位移传感器用于读取主杆组件的运动位移，所述主杆组件用于产生测试力，并将测试力传递至试验样品，所述控制模块用于控制微型橡胶国际硬度测试模块动作及采集数据，所述电机组件用于控制杠杆组件，抵消部分主杆组件所产生的测试力，完成8.3±0.5mN的初试测试力的加载，后控制杠杆组件脱离主杆组件，使主杆组件产生的153.3±1.0mN的测试力完全施加至试验样品，完成二次加载；

所述主杆组件用于产生153.3±1.0mN的总测试力，并将测试力垂直施加至试验样品；

所述电机组件提供上下1mm范围内的垂直运动，用于控制杠杆组件的位置，从而实现初测试力及总测试力的准确加载；

所述杠杆组件在电机组件的控制下完成与主杆组件的接触与分离，从而完成8.3±0.5mN的初测试力的加载，以及153.3±1.0mN的总测试力的加载；

所述杠杆组件与所述主杆组件之间采用滚动轴承连接，用以减小接触产生的摩擦力，实现现8.3±0.5mN初测试力的准确产生与加载。

进一步地，所述辅助工装模块包括：外壳、激光头安装组件、激光头、工作台、直线模组、控制模块、电机、安装组件以及工作台移动组件；

所述外壳用于安装和保护内部结构，所述激光头安装组件用于将激光头安装在所述外壳上，所述激光头安装在所述激光头安装组件上，用于读取橡胶O型圈的位置信息，进行橡胶O型圈横截面最高点的确定，所述工作台安装在所述工作台移动组件上，用于放置橡胶O型圈，所述直线模组在所述电机的驱动下，带动所述工作台移动组件进行左右移动，从而带动所述工作台上的橡胶O型圈进行左右移动，从而完成测试位置的确定，以及硬度测试，所述控制模块用于控制所述电机的旋转以及所述激光头的数据采集以及处理，所述安装组件用于安装橡胶O型圈硬度测试工装；

进一步地，主控制模块安装在机箱内，通过加载模块实现Shore A标尺测试模块、或IRHD N标尺测试模块、或IRHD H标尺测试模块、或IRHD L标尺测试模块或IRHD M标尺测试模块的自动识别，在升降工作台系统上完成Shore A标尺、IRHD N标尺、IRHD H标尺、IRHDL标尺和IRHD M标尺的硬度测量，通过辅助工装模块实现试验样品横截面的最高点的精准确定和硬度试验的全自动测量。

进一步地，本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计，控制方法具体包括以下步骤：

步骤一：在所述加载模块上安装Shore A标尺测试模块、或IRHD N标尺测试模块、或IRHD H标尺测试模块、或IRHD L标尺测试模块或IRHD M标尺测试模块；

步骤二：在所述升降工作台系统上放置试验样品；

步骤三：所述主控制模块识别所述测试模块的类型，通过所述主机，开始测量；

步骤四：所述主控制模块通过所述电机驱动所述加载模块下压所述测试模块，实现所述测试模块移动并接触在所述升降工作台系统上的试验样品，按照不同所述测试模块，实现不同控制；

步骤五：所述测试模块动作结束，所述主控制模块采集所述位移传感器数据，得出试验样品的硬度，显示在所述主机上；

步骤六：所述主控制模块通过所述电机驱动所述加载模块将所述测试模块回到初始位置；

步骤七：安装所述辅助工装模块，需要将对应所述测试模块更换为IRHD M标尺测试模块，且放置试验样品；

步骤八：观察所述辅助工装模块上的所述工作台是否处于初始位置，如不是，需要通过所述主机使所述工作台回到初始位置；

步骤九：开始测量，所述主控制模块控制所述辅助工装模块上的所述工作台，使所述激光头测量试验样品的最高点，且将试验样品的最高点移动到IRHD M标尺测试模块；

步骤十：所述主控制模块通过所述电机控制所述加载模块下压IRHD M标尺测试模块，测量出试验样品的硬度值；

步骤十一：通过所述主机，让所述主控制模块将所述辅助工装模块上的所述工作台回到初始位置。

进一步地，所述辅助工装模块的控制方法为：

当所述激光头未检测到橡胶O型圈时，所述激光头检测到的高度h

其中，H为所述激光头到所述工作台的高度，a为常数，与测量精度有关，|a|<0.008mm；

当所述激光头检测到橡胶O型圈时，所述激光头检测到的高度h

其中，d'为所述激光头检测到的橡胶O型圈横截面直径；

在检测橡胶O型圈过程中，所述控制模块得到一组所述激光头的高度数据{h

第一种情况：橡胶O型圈横截面最高点是一个确定值，通过比较相邻的数据，如果第一个h

第二种情况：橡胶O型圈最高点是一个平面，通过比较相邻的数据，得到一组最大高度{h

第三种情况，所述工作台上无任何测试样品，所述激光头得到一组高度数据{h

进一步地，所述辅助工装模块的控制步骤为：

步骤一：检查所述工作台是否在初始位置，如果不在初始位置，通过所述控制模块进行人机交互，将工作台恢复到初始位置；

步骤二：将橡胶O型圈放置到所述工作台中刻线上；

步骤三：通过所述控制模块进行人机交互，选择开始橡胶O型圈硬度测量；

步骤四：所述工作台通过所述直线模组移动，所述直线模组经历加速到达一定速度后保持匀速运行；

步骤五：当橡胶O型圈移动到所述激光头下时，所述控制模块通过读取激光头上的距离信息和直线模组的位置信息，记录下橡胶O型圈横截面的点信息和直线模组的位置信息，直到橡胶O型圈横截面所有点信息记录完毕，得出一个橡胶O型圈横截面点信息和直线模组位置对应表，进而得出橡胶O型圈横截面最高点；

步骤六：当橡胶O型圈横截面测量完毕，所述控制模块确定最终行程；

步骤七：所述控制模块控制所述直线模组将所述工作台送到指定位置，开始硬度值测量；

步骤八：当橡胶O型圈硬度值测量测量完毕后，通过所述控制模块(6)进行人机交互，将所述工作台恢复到初始位置。

有益效果：

1.本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，通过采用模块化方法，使得测试模块能够拆卸更换，每个加载模块下方安装不同的测试模块，实现一台主机搭配Shore A标尺、IRHD N标尺、IRHD H标尺、IRHD L标尺和IRHD M标尺的硬度测量功能。

2.本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，通过主控制模块统一调度各个测试模块的测量过程，显示各模块的测试结果，实现各模块的综合控制，实现全自动硬度测试功能。

3.本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，提供Shore A标尺测试模块、IRHD N标尺测试模块、IRHD H标尺测试模块、IRHD L标尺测试模块、IRHD M标尺测试模块以及试验方法。

4.本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，IRHD M标尺测试模块通过电机组件带动杠杆组件完成主杆组件的反向测试力的抵消，杠杆组件与主杆组件之间设有滚动轴承，实现点接触，以减小摩擦，保证测试力的准确度，保证8.3mN初测试力施加的准确度，实现了(8.3±0.5)mN的初测试力和(153.3±1.0)mN的总测试力的加载，通过位移传感器数据的读取以及处理，及主控制模块的整体控制，实现全自动IRHD M标尺硬度测试，并保证测试结果的准确性。

5.本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法，实现包括橡胶O型圈的试验样品的横截面的最高点的精准确定位和硬度试验的全自动测量，定位精度为±0.1mm以内，突破人工目测的传统方式，提高测试的准确度，提升测试的效率。

附图说明

图1是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计整体外观示意图；

图2是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计整体内部结构示意图；

图3是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计主机部分结构示意图；

图4是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计IRHD M标尺测试模块外观示意图；

图5是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计IRHD M标尺测试模块内部结构示意图；

图6是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计辅助工装模块整体结构示意图；

图7是本发明的的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计辅助工装模块方法流程图。

图8是本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计控制方法流程图；

图中，1-主机；2-加载模块；3-测试模块；4-辅助工装模块；5-机箱；6-立柱；7-升降工作台系统；8-主控制模块；3-1-测试模块外壳；3-2-位置固定块；3-3-主轴锁紧螺杆；3-4-拔插件；3-5-电机腔体；3-6-主体下端；3-7-主体；3-8-位移传感器；3-9-主杆组件；3-10-测试控制模块；3-11-电机组件；3-12-杠杆组件；4-1-辅助工装外壳；4-2-激光头安装组件；4-3-激光头；4-4-工作台；4-5-直线模组；4-6-辅助工装控制模块；4-7-辅助工装电机；4-8-安装组件；4-9-工作台移动组件。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计，包括：主机1、加载模块2、测试模块3、辅助工装模块4及其主控制模块8；

如图3所示，主机1包括：机箱5、立柱6及升降工作台系统7，用于搭载加载模块2、主控制模块8、辅助工装模块4以及试验样品；

加载模块2安装在立柱6上，用于带动测试模块3上下运动；

测试模块3安装在加载模块2上，为Shore A标尺测试模块、或IRHD N标尺测试模块、或IRHD H标尺测试模块、或IRHD L标尺测试模块或IRHD M标尺测试模块，分别提供五种橡胶硬度测试方法；

辅助工装模块4安装在升降工作台系统7上，用于橡胶O型圈的自动测量，能够准确定位至橡胶O型圈横截面的最高点并完成硬度测试，若试验样品不是橡胶O型圈，则将辅助工装模块4拆下，将试验样品直接放在升降工作台系统7进行测试；

主控制模块8安装在机箱5内，通过在主机1上显示，实现人机交互，并通过控制加载模块2、测试模块3和辅助工装模块4，执行相关动作并且完成数据采集，实现橡胶硬度测量；

如图4、图5所示，测试模块3中的IRHD M标尺测试模块包括：测试模块外壳3-1、位置固定块3-2、主轴锁紧螺杆3-3、拔插件3-4、电机腔体3-5、主体下端3-6、主体3-7、位移传感器3-8、主杆组件3-9、测试控制模块3-10、电机组件3-11以及杠杆组件3-12；

测试模块外壳3-1用于保护测试模块3的内部结构，位置固定块3-2用于固定测试模块3，主轴锁紧螺杆3-3用于运输过程中的保护主杆组件3-9，工作过程中需将主轴锁紧螺杆3-3拆下，拔插件3-4用于安装定位测试模块3，电机腔体3-5用于安装和保护电机组件3-11，主体下端3-6用于安装和保护杠杆组件3-12、主体3-7用于安装和保护主杆组件3-9，位移传感器3-8用于读取主杆3-9-7的运动位移，主杆组件3-9用于产生测试力，并将测试力传递至试验样品，测试控制模块3-10用于控制测试模块3动作及数据采集，以完成硬度测试；

主杆组件3-9用于产生153.3±1.0mN的总测试力，并将测试力垂直施加至试验样品；

电机组件3-11提供上下1mm范围内的垂直运动，用于控制杠杆组件3-12的位置，从而实现初测试力及总测试力的准确加载；

杠杆组件3-12在电机组件3-11的控制下完成与主杆组件3-9的接触与分离，从而完成8.3±0.5mN的初测试力的加载，以及153.3±1.0mN的总测试力的加载；

杠杆组件3-12与主杆组件3-9之间采用滚动轴承连接，用以减小接触产生的摩擦力，实现现8.3±0.5mN初测试力的准确产生与加载。

如图6所示，辅助工装模块4包括：辅助工装外壳4-1、激光头安装组件4-2、激光头4-3、工作台4-4、直线模组4-5、辅助工装控制模块4-6、辅助工装电机4-7、安装组件4-8以及工作台移动组件4-9；

辅助工装外壳4-1用于安装和保护辅助工装模块4的内部结构，激光头安装组件4-2用于将激光头4-3安装在辅助工装外壳4-1上，激光头4-3安装在激光头安装组件4-2上，用于读取试验样品的位置信息，进行试验样品横截面最高点的确定，工作台4-4安装在工作台移动组件4-9上，用于放置试验样品，直线模组4-5在辅助工装电机4-7的驱动下，带动工作台移动组件4-9进行左右移动，从而带动工作台4-4上的试验样品进行左右移动，从而完成测试位置的确定，以及硬度测试，辅助工装控制模块4-6用于控制辅助工装电机4-7的旋转以及激光头4-3的数据采集以及处理，安装组件4-8用于安装辅助工装模块4；

主控制模块8安装在机箱5内，通过加载模块2实现Shore A标尺测试模块、或IRHDN标尺测试模块、或IRHD H标尺测试模块、或IRHD L标尺测试模块或IRHD M标尺测试模块的自动识别，在升降工作台系统7上完成Shore A标尺、IRHD N标尺、IRHD H标尺、IRHD L标尺和IRHD M标尺的硬度测量，通过辅助工装模块4实现试验样品横截面的最高点的精准确定和硬度试验的全自动测量。

辅助工装模块4的控制方法为：

当激光头4-3未检测到橡胶O型圈时，激光头4-3检测到的高度h

其中，H为激光头4-3到工作台4-4的高度，a为常数，与测量精度有关，|a|<0.008mm；

当激光头4-3检测到橡胶O型圈时，激光头4-3检测到的高度h

其中，d'为激光头4-3检测到的橡胶O型圈横截面直径；

在检测橡胶O型圈过程中，控制模块4-6得到一组激光头4-3的高度数据{h

第一种情况：橡胶O型圈横截面最高点是一个确定值，通过比较相邻的数据，如果第一个h

第二种情况：橡胶O型圈最高点是一个平面，通过比较相邻的数据，得到一组最大高度{h

第三种情况，工作台4-4上无任何测试样品，激光头4-3得到一组高度数据{h

如图7所示，辅助工装模块4的控制步骤为：

步骤一：检查所述工作台4-4是否在初始位置，如果不在初始位置，通过所述控制模块4-6进行人机交互，将工作台4-4恢复到初始位置；

步骤二：将橡胶O型圈放置到工作台4-4中刻线上；

步骤三：通过控制模块4-6进行人机交互，选择开始橡胶O型圈硬度测量；

步骤四：所述工作台4-4通过所述直线模组4-5移动，直线模组4-5经历加速到达一定速度后保持匀速运行；

步骤五：当橡胶O型圈移动到所述激光头下时，控制模块4-6通过读取激光头上的距离信息和直线模组的位置信息，记录下橡胶O型圈横截面的点信息和直线模组的位置信息，直到橡胶O型圈横截面所有点信息记录完毕，得出一个橡胶O型圈横截面点信息和直线模组4-5位置对应表，进而得出橡胶O型圈横截面最高点；

步骤六：当橡胶O型圈横截面测量完毕，控制模块4-6确定最终行程；

步骤七：控制模块4-6控制直线模组4-5将工作台4-4送到指定位置，开始硬度值测量；

步骤八：当橡胶O型圈硬度值测量测量完毕后，通过所述控制模块4-6进行人机交互，将所述工作台4-4恢复到初始位置。

本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计，如图8所示，控制方法包括以下步骤：

步骤一：在加载模块2上安装Shore A标尺测试模块、或IRHD N标尺测试模块、或IRHD H标尺测试模块、或IRHD L标尺测试模块或IRHD M标尺测试模块；

步骤二：在升降工作台系统7上放置试验样品；

步骤三：主控制模块8识别测试模块3的类型，通过主机1，开始测量；

步骤四：主控制模块8通过电机驱动加载模块2下压测试模块3，实现测试模块3移动并接触在升降工作台系统7上的试验样品，按照不同测试模块3，实现不同控制；

步骤五：测试模块3动作结束，主控制模块8采集位移传感器3-8数据，得出试验样品的硬度，显示在主机1上；

步骤六：主控制模块8通过电机驱动加载模块2将测试模块3回到初始位置；

步骤七：安装辅助工装模块4，需要将对应测试模块3更换为IRHD M标尺测试模块，且放置试验样品；

步骤八：观察辅助工装模块4上的工作台4-4是否处于初始位置，如不是，需要通过主机1使工作台4-4回到初始位置；

步骤九：开始测量，主控制模块8控制辅助工装模块4上的工作台4-4，使激光头4-3测量试验样品的最高点，且将试验样品的最高点移动到IRHD M标尺测试模块；

步骤十：主控制模块8通过电机3-11-8控制加载模块2下压IRHD M标尺测试模块，测量出试验样品的硬度值；

步骤十一：通过主机1，让主控制模块8将辅助工装模块4上的工作台4-4回到初始位置。

对本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法进行测试力、压入深度以及硬度示值校准，校准结果如表1～表3所示：

表1测试力校准结果

表2压入深度校准结果

表3硬度示值校准结果

如表1～表3所示，本发明的一种兼容多标尺的模块化橡胶硬度计及其控制方法完全满足国家规程及国际规范的要求。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。