一种硬度测试辅助找平装置及自动控制方法

技术领域

本发明属于试样性能测试领域，尤其是一种硬度测试辅助装置，具体地说是一种硬度测试辅助找平装置及自动控制方法。

背景技术

硬度是金属材料重要的力学性能之一，在产品性能测试、科学研究等领域经常需要进行硬度测试。在进行试样的硬度测试时，为了保证测试点分布的准确性，需要使试样按照正确的位置进行摆放，对于使用最广泛的方形试样则要求试样应摆放水平，使其与测试点移动的方向一致。目前在对硬度进行测试时，常采用手动调整的方式对试样进行找平，这种调整方式的效率较低，找平误差较大，对于小型试样往往需要耗费大量的时间进行调整。为了提高硬度测试的准确性和试样找平的效率，有必要设计一种硬度测试辅助找平装置，并提出一种有效的控制方法。

发明内容

本发明的目的是针对手动调整硬度测试试样位置时耗时长、准确性差的问题，提供了一种硬度测试辅助找平装置及自动控制方法。

本发明的技术方案之一是：

一种硬度测试辅助找平装置，其特征是它主要包括旋转平台、连接件、轴、轴承、支撑平板、套筒、大齿轮、电池、电机、小齿轮、底座、防护罩和控制系统等。

所述旋转平台为圆柱形结构，其底部加工有凹槽和螺纹孔，所述轴顶部加工有紧固螺纹孔，底部加工有键槽，所述键槽用于安装键并与大齿轮相配合。

所述连接件的顶部加工有沉头孔、安装孔和凸缘，底部加工有内孔，所述沉头孔用于安装螺栓与轴相连接，所述凸缘与旋转平台的凹槽配合，所述安装孔用于安装螺栓与旋转平台中的螺纹孔相连接，所述内孔用于与轴配合；

所述轴承用于支撑轴旋转，所述支撑平板与套筒配合使用用于支撑轴承，所述大齿轮通过键与轴相连，所述小齿轮由电机驱动，并与大齿轮配合传动，所述电机受控于控制系统，所述底座用于支撑电机和其他传动件。

所述支撑平板中有轴承座、支撑块和固定螺纹孔，所述轴承座用于支撑轴承，支撑块用于与底座相配合，固定螺纹孔用于安装螺栓将支撑平板固定在底座上。

所述底座上安装有支撑立板和电机支撑立板，所述支撑立板上加工有安装内孔和支撑槽，所述电机支撑立板上加工有锁紧螺纹孔。所述支撑槽用于安装支撑平板中的支撑块，所述 安装内孔用于安装螺栓将支撑平板锁紧在支撑立板上，所述锁紧螺纹孔用于安装螺栓将电机锁紧在电机支撑立板上。所述底座的外部安装有防护罩。

所述电机用于驱动小齿轮，可进行正转或反转，其转动方向和转动角度受控于控制系统，所述控制系统与电机、电池和硬度测试系统相连接，控制系统在接收硬度测试系统中所测量的标定点后自动计算旋转平台的转动方法和转动角度，同时驱动电机转动，通过小齿轮和大齿轮的传动，实现旋转平台上试样的自动找平，所述电池为电机和控制系统提供动力。

本发明的技术方案之二是：

一种基于上述硬度测试辅助装置的测试试样找平自动控制方法，其特征在于：首先将硬度测试辅助找平装置放置在硬度测试仪的工作台上，随后将待测试试样放置在旋转平台上，然后调节硬度测试仪工作台的位置将试样移至显微镜视野范围内，在硬度测试系统中获取需要找平位置的边界或特征线上的两点坐标(标定点)，将获得的两点坐标输入到控制系统中，控制系统根据获取的两点坐标进行计算，确定将试样找平时旋转平台所需的转动方向和转动角度，随后将数据传输给电机，通过小齿轮和大尺寸的传动驱动旋转平台转动到指定的位置，实现试样的自动找平。

在硬度测试系统的显微镜视野中建立坐标系，测量标定点的坐标为P

(1)当y

(2)当y

(3)当y

θ＝arctan(k)。

此时电机驱动旋转平台沿θ角减小的方向转动θ即可完成调整；

(4)当y

θ＝arctan(|k|)。

此时电机驱动旋转平台沿θ角减小的方向转动θ即可完成调整；

(5)当y

θ＝arctan(k)。

此时电机驱动旋转平台沿θ角减小的方向转动θ即可完成调整；

(6)当y

θ＝arctan(k|)。

此时电机驱动旋转平台沿θ角减小的方向转动θ即可完成调整。

根据P

若电机的转速为n

旋转平台的转动角度θ为：

电机的转动时间为：

则电机以转速n

本发明的有益效果是：

1.本发明可实现试样的精准、高效率找平，可大大节约硬度测试时的调整时间，有利于提高硬度测试点分布的准确性，尤其是进行硬度云图测试时更具有便捷、高效的使用优势。

2.本发明可直接配置在硬度测试仪的工作台上使用，也可以与硬度测试仪融合成一体化测试平台进行使用，使用的灵活性较强。

3.本发明的结构紧凑，自动控制过程简单，易于实现，便于生产，具有较大的市场需求和应用前景。

附图说明

图1是本发明辅助找平装置的整体爆炸图。

图2是本发明的旋转平台的底面示意图。

图3是本发明的连接件的顶面示意图。

图4是本发明的连接件的底面示意图。

图5是本发明的轴的示意图。

图6是本发明的支撑平板的示意图。

图7是本发明的底座的示意图。

图8是本发明辅助找平装置的内部装配效果图。

图9是本发明典型试样放置示意图1。

图10是本发明典型试样放置示意图2。

图11是本发明典型试样放置示意图3。

图12是本发明典型试样放置示意图4。

图13是本发明典型试样放置示意图5。

图14是本发明典型试样放置示意图6。

图15是本发明试样找平自动控制流程图。

图中：1旋转平台、11凹槽、12螺纹孔、2连接件、21沉头孔、22安装孔、23凸缘、24内孔、3轴、31紧固螺纹孔、32键槽、4轴承、5支撑平板、51轴承座、52支撑块、53固定螺纹孔、6套筒、7大齿轮、8电池、9电机、10小齿轮、11底座、111支撑立板、112安装内孔、113支撑槽、114电机支撑立板、115锁紧螺纹孔、12防护罩、13控制系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案更加直观明了，下面结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“左”、“右”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。

如图1-15所示。

一种测试试样找平自动控制方法，整个流程如图15所示。

首先，设计一种如图1所示的硬度测试辅助装置，该硬度测试辅助装置包括旋转平台1、连接件2、轴3、轴承4、支撑平板5、套筒6、大齿轮7、电池8、电机9、小齿轮10、底座11、防护罩12和控制系统13，如图1所示。所述连接件2通过螺栓先后与轴3和旋转平台1相连接，所述轴承4用于支撑轴3旋转，所述支撑平板5与套筒6配合使用用于支撑轴承4，所述大齿轮7通过键与轴3相连，所述小齿轮10由电机9驱动，并与大齿轮7配合传动，所述电机9受控于控制系统13，所述底座11用于支撑电机9和其他传动件。防护罩内部的装配效果图如图8所示。

所述旋转平台1为圆柱形结构，其底部加工有凹槽11和螺纹孔12，如图2所示。

所述连接件2的顶部加工有沉头孔21、安装孔22和凸缘23，底部加工有内孔24，所述沉头孔21用于安装螺栓与轴3相连接，所述凸缘23与旋转平1的凹槽11配合，所述安装孔22用于安装螺栓与旋转平台1中的螺纹孔12相连接，所述内孔24用于与轴3配合，如图3、4所示。

所述轴3顶部加工有紧固螺纹孔31，底部加工有键槽32，所述键槽32用于安装键并与大齿轮7相配合，如图5所示。

所述支撑平板5中有轴承座51、支撑块52和固定螺纹孔53，所述轴承座51用于支撑轴承4，支撑块52用于与底座11相配合，固定螺纹孔53用于安装螺栓将支撑平板5固定在底座11上，如图6所示。

所述底座11上安装有支撑立板111和电机支撑立板114，所述支撑立板111上加工有安装内孔112和支撑槽113，所述电机支撑立板114上加工有锁紧螺纹孔115。所述支撑槽113用于安装支撑平板5中的支撑块52，所述安装内孔112用于安装螺栓将支撑平板5锁紧在支撑立板111上，所述锁紧螺纹孔115用于安装螺栓将电机9锁紧在电机支撑立板114上，所述底座11的外部安装有防护罩12，底座11的示意图如图7所示。

所述电机9用于驱动小齿轮10，可进行正转或反转，其转动方向和转动角度受控于控制系统13，所述控制系统13与电机9、电池8和硬度测试系统相连接，所述电池8为电机9和控制系统13提供动力。

其次，将硬度测试辅助找平装置放置在硬度测试仪的工作台上，随后将待测试试样放置在旋转平台1上，然后调节硬度测试仪工作台的位置将试样移至显微镜视野范围内，在硬度测试系统中获取需要找平位置的边界或特征线上的两点坐标，将获得的两点坐标输入到控制系统13中，控制系统13根据获取的两点坐标进行计算，确定将试样找平时旋转平台1所需的转动方向和转动角度，随后将数据传输给电机9，通过小齿轮10和大尺寸7的传动驱动旋转平台1转动到指定的位置，实现试样的自动找平。

详述如下：

根据本发明提供的一个实施例，所述旋转平台1为圆柱形结构，其底部加工有凹槽11和螺纹孔12。

根据本发明提供的一个实施例，所述连接件2的顶部加工有沉头孔21、安装孔22和凸缘23，底部加工有内孔24，所述沉头孔21用于安装螺栓与轴3相连接，所述凸缘23与旋转平1的凹槽11配合，所述安装孔22用于安装螺栓与旋转平台1中的螺纹孔12相连接，所述内孔24用于与轴3配合。

根据本发明提供的一个实施例，所述轴3顶部加工有紧固螺纹孔31，底部加工有键槽32，所述键槽32用于安装键并与大齿轮7相配合。

根据本发明提供的一个实施例，所述支撑平板5中有轴承座51、支撑块52和固定螺纹孔53，所述轴承座51用于支撑轴承4，支撑块52用于与底座11相配合，固定螺纹孔53用于安装螺栓将支撑平板5固定在底座11上。

根据本发明提供的一个实施例，所述底座11上安装有支撑立板111和电机支撑立板114，所述支撑立板111上加工有安装内孔112和支撑槽113，所述电机支撑立板114上加工有锁紧螺纹孔115。所述支撑槽113用于安装支撑平板5中的支撑块52，所述安装内孔112用于安装螺栓将支撑平板5锁紧在支撑立板111上，所述锁紧螺纹孔115用于安装螺栓将电机9锁紧在电机支撑立板114上，所述底座11的外部安装有防护罩12。

根据本发明提供的一个实施例，所述电机9用于驱动小齿轮10，可进行正转或反转，其转动方向和转动角度受控于控制系统13，所述控制系统13与电机9、电池8和硬度测试系统相连接，所述电池8为电机9和控制系统13提供动力。

根据本发明提供的一个实施例，使用时首先将硬度测试辅助找平装置放置在硬度测试仪的工作台上，随后将待测试试样放置在旋转平台1上，然后调节硬度测试仪工作台的位置将试样移至显微镜视野范围内，在硬度测试系统中获取需要找平位置的边界或特征线上的两点坐标，将获得的两点坐标输入到控制系统13中，控制系统13根据获取的两点坐标进行计算，确定将试样找平时旋转平台1所需的转动方向和转动角度，随后将数据传输给电机9，通过小齿轮10和大尺寸7的传动驱动旋转平台1转动到指定的位置，实现试样的自动找平。

具体实施时，在硬度测试系统的显微镜视野中建立坐标系，测量标定点的坐标为P

(1)当y

(2)当y

(3)当y

θ＝arctan(k)。

此时电机驱动旋转平台顺时针转动θ即可完成调整；

(4)当y

θ＝arctan(k|)。

此时电机驱动旋转平台逆时针转动θ即可完成调整；

(5)当y

θ＝arctan(k)。

此时电机驱动旋转平台顺时针转动θ即可完成调整；

(6)当y

θ＝arctan(k|)。

此时电机驱动旋转平台沿逆时针转动θ即可完成调整。

旋转平台的转动方向和转动角度控制流程图如图15所示。

根据P

若电机的转速为n

旋转平台的转动角度θ为：

电机的转动时间为：

则电机以转速n

当电机转速设为0.5r/s，小齿轮齿数为20，大尺寸齿数为120，P

此时电机驱动旋转平台顺时针转动

因此，电机以给定的速度顺时针转动1.5s后就可以将试样找平。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。