带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置

技术领域

本发明涉及合金硬度检测领域，更具体地说，涉及带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置。

背景技术

合金是由两种或两种以上的金属或非金属经过混合熔化、冷却凝固后所合成的具有金属特性的物质，合金硬度不合格会导致合金零件使用寿命缩短，出现易损坏的情况，造成经济损失，因此合金加工时需要对其进行硬度检测，可以用于质量控制、材料选择和工程设计等应用。

传统的硬度检测装置在对合金进行检测的过程中基本都是通过从合金上方施加压力，如洛氏硬度测试法，使用一种圆锥形或球形钢珠来施加压力在材料表面上，硬度值通过测量钢珠在测试期间的沉没深度来确定，在测试过程中，钢珠垂直落下对合金造成压力，合金若没有被稳定夹持则容易出现移位，且钢珠在与合金端面冲击接触后被弹开，一方面影响测试精确度，另一方面被弹开的钢珠对测试人员造成安全隐患；此外，常规测试方法一般采用人工手动选点、打点，耗时长且重复性差，且通过人工测量沉没深度的方法，这样不同的测量人员测得的结果会有不同程度差别，无疑影响测试精确度。

为此，我们提出带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置，有效解决现有技术中所存在的实际问题。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，相比现有技术提供带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置，是通过在检测台上增设用于对合金取样块上端面以及侧端面进行双重限位的夹持工装，不易造成合金取样块在测试过程中出现移位现象，且用于测试的落体管柱底部与合金取样块测试点相抵，当球形钢珠从落体管柱内自由落下至测试点后，球形钢珠落在测试点处形成沉没深度，球形钢珠在落体管柱的限位作用下不会被弹开，既提高测试精确度，又减少安全隐患，此外，通过电动导轨一、电动导轨二以及电动导轨三的配合，实现多个测试点以及落点高度的自由选择，无需人工手动选点、打点，且对所形成的沉没深度利用激光位移传感器进行测量，提高测试结果的精确度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置，包括检测台，所述检测台上端安装有用于对合金取样块进行夹持的夹持工装，所述夹持工装包括固定连接于检测台上端两侧的一对定位侧板，每对定位侧板之间活动套设有顶部限位板，所述检测台上端固定安装有伸缩端与顶部限位板上端固定连接的电动推杆；

一对所述顶部限位板前后方向均固定连接有电动导轨一，一对所述电动导轨一之间安装有电动导轨二，所述电动导轨二上固定安装有垂直设置的落体管柱，所述落体管柱上端部端壁上嵌设安装有电动导轨三，所述电动导轨三上安装有用于对球形钢珠进行承托限位的限珠组件，所述落体管柱下端部端壁上固定安装有衔接板，所述衔接板上端固定安装有驱动电机二，所述驱动电机二驱动端贯穿衔接板底端并通过偏心转轴安装有激光位移传感器，所述落体管柱外端壁上开设有与激光位移传感器位置对应的槽口，且落体管柱位于槽口下方的外端壁上还开设有取件槽，所述取件槽处转动安装有扇板。

进一步的，所述夹持工装还包括转动连接于两对定位侧板底端内壁之间的螺杆，两对定位侧板的底端均贯穿检测台并延伸向下，所述螺杆的前后两端均螺纹连接有边部限位板，一对所述边部限位板上端贯穿至检测台上端，且检测台上端开设有用于边部限位板左右活动的滑动槽，螺杆前后两端螺纹方向反向设置，其中一个定位侧板外端壁固定安装有对其中一个螺杆进行旋转驱动的驱动电机一，且两个螺杆端部之间通过传动带传动连接。

进一步的，所述落体管柱底端壁与顶部限位板底端壁相齐平设置，且落体管柱底端壁包覆有与合金取样块上端面相紧密接触的柔性套，在通过一对电动推杆将一对顶部限位板下压至合金取样块上端面后，此时，落体管柱底端壁同样与合金取样块上端面相抵，合金取样块位于落体管柱底端部处的端面为测试点，当球形钢珠从落体管柱内自由落下至合金取样块的测试点后，球形钢珠在落体管柱的限位作用下不会被弹开，球形钢珠落在测试点处形成沉没深度。

进一步的，所述限珠组件包括固定连接于电动导轨三电动滑块上的环形电磁套，所述环形电磁套内端壁的上端环形分布有多个磁性限珠瓣，磁性限珠瓣为上宽下窄的瓣状结构。

进一步的，所述环形电磁套内部嵌设安装有环形电磁片，所述磁性限珠瓣采用弹性材料制成，所述磁性限珠瓣底端壁嵌设安装有磁性材料，且磁性限珠瓣底端与环形电磁套内壁之间通过压缩弹簧相连接，在初始状态下，依靠磁性限珠瓣本身弹性，多个磁性限珠瓣底端远离环形电磁套呈展开状态，对球形钢珠起到承托作用，其承托力大于球形钢珠重力。

进一步的，所述环形电磁套与落体管柱内壁滑动衔接，所述环形电磁套远离电动导轨三一侧的端壁上固定连接有滑块，所述落体管柱内部上开设有与滑块相匹配且与电动导轨三同等高度的竖直滑槽，电动导轨三带动限珠组件运动至不同高度，由不同高度释放球形钢珠，获取不同高度值下球形钢珠对合金取样块的压力检测。

进一步的，所述激光位移传感器外接有工控系统，所述工控系统包括数据采集模块、数据分析评估模块以及驱动调控模块，所述数据采集模块用于采集合金取样块的硬度值信息，所述硬度值信息由球形钢珠置于合金取样块端面上的沉没深度以及球形钢珠由不同高度落下的重力势能组成，并将其发送至数据分析评估模块，所述数据分析评估模块用于对硬度值信息进行分析评估，具体为：

S1、获取球形钢珠下落高度、球形钢珠重量以及球形钢珠置于合金取样块端面上的沉没深度，分别标记为h、m以及L，球形钢珠置于合金取样块端面上的沉没深度L由激光位移传感器实时测量到至球形钢珠上端面高度值与预设高度值之差，预设高度值为激光位移传感器测量到合金取样块上端面高度值与球形钢珠直径之差，即L＝l实-(l高-R)，l实为由激光位移传感器实时测量到至球形钢珠上端面高度值，l高为激光位移传感器测量到至合金取样块上端面高度值，R为球形钢珠直径大小；

S2、构建硬度值信息公式：Y＝mgh/L，g表示重力加速度，得到合金测试点硬度评估值；

S3、数据分析评估模块将合金测试点硬度评估值发送至驱动调控模块。

所述驱动调控模块用于调节测试点位置以及调整球形钢珠的下落高度，所述驱动调控模块根据数据分析评估模块所传递的数据信息，执行如下动作：

T1、选择第一个测试点，当获取到的L＝0，通过电动导轨三逐步向上抬升限珠组件，以增加球形钢珠的下落高度，直至L>0，获取该测试点在L>0时球形钢珠的下落高度h，并计算得到Y1；

T2、通过电动导轨一与电动导轨二的配合，选择第二个测试点，利用电动导轨三将限珠组件下降至初始状态，当获取到的L＝0，通过电动导轨三逐步向上抬升限珠组件，以增加球形钢珠的下落高度，直至L>0，获取该测试点在L>0时球形钢珠的下落高度h，并计算得到Y2；

T3、如此重复，选择多个测试点，并获得Y3...Yn，计算硬度评估值平均值，即Y平均值＝(Y1+Y2+...+Yn)/n。

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案是通过在检测台上增设用于对合金取样块上端面以及侧端面进行双重限位的夹持工装，不易造成合金取样块在测试过程中出现移位现象，且用于测试的落体管柱底部与合金取样块测试点相抵，当球形钢珠从落体管柱内自由落下至测试点后，球形钢珠落在测试点处形成沉没深度，球形钢珠在落体管柱的限位作用下不会被弹开，既提高测试精确度，又减少安全隐患，此外，通过电动导轨一、电动导轨二以及电动导轨三的配合，实现多个测试点以及落点高度的自由选择，无需人工手动选点、打点，且对所形成的沉没深度利用激光位移传感器进行测量，提高测试结果的精确度。

(2)本方案还增设与激光位移传感器信号连接的工控系统，通过对沉没深度的实时测量，逐步调控球形钢珠的落点高度，直至沉没深度大于零获取该测试情况下的球形钢珠的落点高度，得到该测试点的硬度值信息，并结合多点测试取平均值，进一步提高了测试结果的准确性，减少误差。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的夹持工装与落体管柱结合处的结构示意图；

图3为本发明的底部结构示意图；

图4为本发明的落体管柱处的外部结构示意图；

图5为本发明的落体管柱处的剖视图；

图6为本发明的限珠组件处的结构示意图；

图7为本发明在测试前的截面示意图；

图8为本发明在测试过程中的截面示意图；

图9为本发明在测试后利用激光位移传感器测量沉没深度时的结构示意图。

图中标号说明：

1、检测台；2、合金取样块；3、夹持工装；31、定位侧板；32、顶部限位板；33、电动推杆；34、螺杆；35、边部限位板；36、驱动电机一；37、传动带；4、电动导轨一；5、电动导轨二；6、落体管柱；601、槽口；602、扇板；7、电动导轨三；8、限珠组件；81、环形电磁套；82、磁性限珠瓣；9、球形钢珠；10、衔接板；11、驱动电机二；12、激光位移传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明公开了带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置，请参阅图1-图3，包括检测台1，检测台1上端安装有用于对合金取样块2进行夹持的夹持工装3，夹持工装3包括固定连接于检测台1上端两侧的一对定位侧板31，每对定位侧板31之间活动套设有顶部限位板32，检测台1上端固定安装有伸缩端与顶部限位板32上端固定连接的电动推杆33，一对顶部限位板32下端面均与合金取样块2上端面相抵设置；

夹持工装3还包括转动连接于两对定位侧板31底端内壁之间的螺杆34，两对定位侧板31的底端均贯穿检测台1并延伸向下，螺杆34的前后两端均螺纹连接有边部限位板35，一对边部限位板35上端贯穿至检测台1上端，且检测台1上端开设有用于边部限位板35左右活动的滑动槽，边部限位板35沿滑动槽相对内壁左右活动，螺杆34前后两端螺纹方向反向设置，其中一个定位侧板31外端壁固定安装有对其中一个螺杆34进行旋转驱动的驱动电机一36，且两个螺杆34端部之间通过传动带37传动连接，两组定位侧板31固定安装于检测台1左右两端，将待测试的合金取样块2放置于检测台1上后，驱动一对电动推杆33，一对电动推杆33分别带动一对顶部限位板32沿定位侧板31端壁向下运动，一对顶部限位板32相抵于合金取样块2上端面，将合金取样块2上端面限位后，启动驱动电机一36，利用驱动电机一36与传动带37的传动关系，实现一对螺杆34同步转动，实现两组边部限位板35相互靠近运动对合金取样块2边部进行夹紧，完成对合金取样块2上端部以及边部的双重定位，提高合金取样块2被夹持的稳固性。

请参阅图1和图4-图8，一对顶部限位板32前后方向均固定连接有电动导轨一4，一对电动导轨一4之间安装有电动导轨二5，电动导轨二5上固定安装有朝合金取样块2上端面垂直设置的落体管柱6，落体管柱6上端部端壁上嵌设安装有电动导轨三7，电动导轨三7上安装有用于对球形钢珠9进行承托限位的限珠组件8，落体管柱6底端壁与顶部限位板32底端壁相齐平设置，且落体管柱6底端壁包覆有与合金取样块2上端面相紧密接触的柔性套，在通过一对电动推杆33将一对顶部限位板32下压至合金取样块2上端面后，此时，落体管柱6底端壁同样与合金取样块2上端面相抵，合金取样块2位于落体管柱6底端部处的端面为测试点，当球形钢珠9从落体管柱6内自由落下至合金取样块2的测试点后，球形钢珠9在落体管柱6的限位作用下不会被弹开。

其中，请参阅图5、图6，限珠组件8包括固定连接于电动导轨三7电动滑块上的环形电磁套81，环形电磁套81内端壁的上端环形分布有多个磁性限珠瓣82，磁性限珠瓣82为上宽下窄的瓣状结构，环形电磁套81内部嵌设安装有环形电磁片，磁性限珠瓣82采用弹性材料制成，磁性限珠瓣82底端壁嵌设安装有磁性材料，且磁性限珠瓣82底端与环形电磁套81内壁之间通过压缩弹簧相连接，在初始状态下，请参阅图7，依靠磁性限珠瓣82本身弹性，多个磁性限珠瓣82底端远离环形电磁套81呈展开状态，对球形钢珠9起到承托作用，其承托力大于球形钢珠9重力，当需要进行测试时，请参阅图8，启动环形电磁套81内的环形电磁片，依靠环形电磁片对磁性限珠瓣82底端部处的磁吸作用，使得多个磁性限珠瓣82下端向环形电磁套81一侧收拢靠近，从而使得球形钢珠9从多个磁性限珠瓣82底端落下对合金取样块2造成挤压压力，球形钢珠9落在测试点处形成沉没深度。

环形电磁套81与落体管柱6内壁滑动衔接，环形电磁套81远离电动导轨三7一侧的端壁上固定连接有滑块，落体管柱6内部上开设有与滑块相匹配且与电动导轨三7同等高度的竖直滑槽，电动导轨三7带动限珠组件8运动至不同高度，由不同高度释放球形钢珠9，获取不同高度值下球形钢珠9对合金取样块2的压力检测，无需人工手持球形钢珠9进行不同高度的释放，选择自动选点、打点，既简化测试操作，又提高测试精确度。

请参阅图4、图5、图8，落体管柱6下端部端壁上固定安装有衔接板10，衔接板10上端固定安装有驱动电机二11，驱动电机二11驱动端贯穿衔接板10底端并通过偏心转轴安装有激光位移传感器12，落体管柱6外端壁上开设有与激光位移传感器12位置对应的槽口601，且落体管柱6位于槽口601下方的外端壁上还开设有取件槽，取件槽处转动安装有扇板602，在初始状态下，激光位移传感器12置于槽口601外侧，限珠组件8下方处于敞口状态，以便于球形钢珠9在多个磁性限珠瓣82收拢情况下顺利落下，当球形钢珠9落在合金取样块2的测试点后，请参阅图9，利用驱动电机二11向落体管柱6内侧旋转驱动激光位移传感器12，激光位移传感器12置于落体管柱6内侧后其测试端处于落体管柱6中心处，利用激光位移传感器12对球形钢珠9上端面的测量，判断球形钢珠9是否相对于合金取样块2上端面向下沉没，并计算出沉没深度，而设置扇板602，当一个测试过程结束后，打开扇板602，从测试点取出球形钢珠9。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，对硬度值测试的整体过程进行进一步优化处理，具体如下：

激光位移传感器12外接有工控系统，工控系统包括数据采集模块、数据分析评估模块以及驱动调控模块，数据采集模块用于采集合金取样块2的硬度值信息，硬度值信息由球形钢珠9置于合金取样块2端面上的沉没深度以及球形钢珠9由不同高度落下的重力势能组成，并将其发送至数据分析评估模块，数据分析评估模块用于对硬度值信息进行分析评估，具体为：

S1、获取球形钢珠9下落高度、球形钢珠9重量以及球形钢珠9置于合金取样块2端面上的沉没深度，分别标记为h、m以及L，球形钢珠9置于合金取样块2端面上的沉没深度L由激光位移传感器12实时测量到至球形钢珠9上端面高度值与预设高度值之差，预设高度值为激光位移传感器12测量到合金取样块2上端面高度值与球形钢珠(9)直径之差，即L＝l实-(l高-R)，l实为由激光位移传感器12实时测量到至球形钢珠9上端面高度值，l高为激光位移传感器12测量到至合金取样块2上端面高度值，R为球形钢珠9直径大小，l高代表激光位移传感器12测试端置于落体管柱6底端部高度值，其为定值；

S2、构建硬度值信息公式：Y＝mgh/L，g表示重力加速度，得到合金测试点硬度评估值；

S3、数据分析评估模块将合金测试点硬度评估值发送至驱动调控模块。

所述驱动调控模块用于调节测试点位置以及调整球形钢珠9的下落高度，驱动调控模块根据数据分析评估模块所传递的数据信息，执行如下动作：

T1、选择第一个测试点，当获取到的L＝0，通过电动导轨三7逐步向上抬升限珠组件8，以增加球形钢珠9的下落高度，直至L>0，获取该测试点在L>0时球形钢珠9的下落高度h，并计算得到Y1；

T2、通过电动导轨一4与电动导轨二5的配合，选择第二个测试点，利用电动导轨三7将限珠组件8下降至初始状态，当获取到的L＝0，通过电动导轨三7逐步向上抬升限珠组件8，以增加球形钢珠9的下落高度，直至L>0，获取该测试点在L>0时球形钢珠9的下落高度h，并计算得到Y2；

T3、如此重复，选择多个测试点，并获得Y3...Yn，计算硬度评估值平均值，即Y平均值＝(Y1+Y2+...+Yn)/n。

本发明通过在检测台1上增设用于对合金取样块2上端面以及侧端面进行双重限位的夹持工装3，实现对合金取样块2进行稳固夹持，不易造成合金取样块2在测试过程中出现移位现象，且用于测试的落体管柱6底部在合金取样块2被夹持工装3限位后与合金取样块2上端面相抵设置，合金取样块2位于落体管柱6底端部处的端面为测试点，当球形钢珠9从落体管柱6内自由落下至合金取样块2的测试点后，球形钢珠9在落体管柱6的限位作用下不会被弹开，球形钢珠9落在测试点处形成沉没深度，一方面提高测试精确度，另一方面在测试过程中减少安全隐患；

此外，通过电动导轨一4、电动导轨二5以及电动导轨三7的配合，使得落体管柱6于合金取样块2上端面的位置调节，即实现多个测试点以及落点高度的自由选择，无需人工手动选点、打点，且对所形成的沉没深度利用激光位移传感器12进行测量，无需人工测量沉没深度，通过对沉没深度的实时测量，逐步调控球形钢珠9的落点高度，直至沉没深度大于零获取该测试情况下的球形钢珠9的落点高度，得到该测试点的硬度值信息，并结合多点测试取平均值，进一步提高了测试结果的准确性，减少误差，提高测试结果的精确度。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。