一种维氏显微硬度计无限远成像系统及双目显微硬度计

技术领域

本发明涉及硬度计领域，具体公开了一种维氏显微硬度计无限远成像系统及双目显微硬度计。

背景技术

维氏硬度计是光机电一体化的高新技术产品，该机器造型新颖，具有良好的可靠性、可操作性和直观性，是采用精密机械技术和光电技术的新型维氏和努普硬度测试仪器。

传统台式显微硬度计的成像系统是有限远光学系统，由于显微系统设计参数标准，成像物镜到目镜的尺寸是固定不可改变的，否则成像质量变差或者无法成像。因此也无法使用光程较长的双目观察模块。

有限远系统对物镜和目镜件的尺寸要求苛刻。在维氏硬度计装配中，由于需要兼顾压头的安装校正，所以对物镜的安装尺寸修正，十分繁琐，往往会影响系统成像质量，效果也不理想。在目镜的安装镜筒尺寸上，也需要调配选装，会造成一定的库存增量。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决传统台式显微硬度计的有限远成像系统中成像物镜到目镜的尺寸是固定不可改变的，导致装配时对物镜和目镜件的尺寸要求苛刻，影响系统成像质量和成像效果的问题，提供一种维氏显微硬度计无限远成像系统及双目显微硬度计。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种维氏显微硬度计无限远成像系统，从下到上沿着光路依次包括放大成像装置、独立式硬度压头、转换器装置、反射装置、无限远辅助光学系统成像装置、观察筒装置和成像目镜；其中放大成像装置用于放大待测试样成像，转换器装置用于放大成像装置以及独立式硬度压头间转换，反射装置用于改变经放大成像装置放大的光路方向，无限远辅助光学系统成像装置用于将平行传递光路逆转为成像光路，观察筒装置用于将光路一分为二分别成像在成像目镜中。

进一步，放大成像装置为无限远显微物镜，反射装置为光学反光镜及其调节机构，无限远辅助光学系统成像装置为一到两组胶合光学辅助透镜，观察筒装置为内置光学棱镜的转轴分光精密光学机构，成像目镜为内置测量机构的刻度目镜。

进一步，无限远显微物镜安装端面到反射装置中反光镜的距离+反射装置中反光镜到辅助透镜的距离之和能够无限拉长调整。

一种维氏显微硬度计，包括显微硬度计主体、升降台、物镜和成像目镜，成像目镜连接在显微硬度计主体的正面，显微硬度计顶端内壁可拆卸连接有作为转换器的转盘，转换器转盘外圈套装有钢球轴承结构安装座，钢球轴承结构安装座与硬度计主体连接，转盘周向均匀开设有若干连接孔，其中一个连接孔上螺纹连接独立式硬度压头，其余连接孔上螺纹连接不同倍率的物镜，升降台固定安装在显微硬度计底座上，升降台顶端连接有载物台；物镜和成像目镜之间设置有用于改变光路方向的反光镜，反光镜和成像目镜之间设置有用于逆转反光镜反射后传递平行光路成像的辅助透镜，成像目镜为相互铰接的双目目镜，辅助透镜安装在靠近成像目镜的显微硬度计主体内。

进一步，连接孔内表面设置有4/5英寸的内螺纹，便于硬度压头、物镜与转盘的装配，连接孔的个数优选为3个或者4个。

进一步，硬度压头包括相互套接的压头杆和基座，压头杆上部固定安装有受力钢球，压头杆下部装有压头，压头杆上部套有支撑套管和预位弹性件，支撑套管和压头杆相对自由滑动，支撑套管在基座内自由滑动，压头杆在基座中滑动，基座下部装有若干层导向器，每层导向器包括若干组相对应的导向调节螺钉和卡在基座内侧的限位钢球。

进一步，压头杆上端呈半球状，上端的半球实现对硬度计压力的平稳转承，压头杆下部的压头为菱形压头，压头杆下端的菱形压头实现对待检测物的压力破口。

进一步，每层导向器中均匀设置有三组相对应的导向调节螺钉和卡在基座内侧的限位钢球，相邻限位钢球之间的夹角为60°、90°或120°。

进一步，相邻两层导向器中的限位钢球相错排列，即限位钢球的排布呈蛇形状。

进一步，预位弹性件为波形弹簧，当支撑套管被压下时，波形弹簧均匀收缩，释放压头进入工作位。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的维氏显微硬度计无限远成像系统，在反光镜和目镜之间增设辅助平面镜，辅助平面镜将经反光镜反射后的光线平行传递，增长了物镜和目镜之间的安装距离，使得物镜和目镜之间的距离可以进行调节，从有限远成像系统变为无限远成像系统，简化了装配步骤，提升产品成像质量；也降低了物镜、目镜调配选装成本，提高了成品合格率，也降低了企业生产成本，解决传统台式显微硬度计因有限远成像系统机械筒长尺寸固定不可改变，而导致装配时对物镜和目镜的安装尺寸校正难度极大，并且影响系统成像质量和效果的问题。

2、本发明所公开的维氏显微硬度计，通过在转盘上开设不同的连接孔，将不同倍率的物镜、定位压头集成在转盘上，一体化设计为转换器模块，采用显微小倾角转换器设计，缩小了转动半径，有效减小了部件尺寸。并且这种高精度特种加工保证了物镜转换精度，同时定位压头锤针设计为物镜式可更换部件，去除了此部分整机校正环节，加快了装配速度。相对于传统机械转盘的调节方式，这种一体化的转盘结构更加容易调节。

3、本发明所公开的维氏显微硬度计，将传统单目目镜转换为双目目镜，以提高性的技术方案改进传统模式，更加符合人机工程学设计，使产品的使用性更加人性化，为用户提供了更好的产品体验。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

图1为本发明维氏显微硬度计无限远成像系统的工作原理图；

图2为本传统台式显微硬度计有限远成像系统的工作原理图；

图3为本发明维氏显微硬度计的结构示意图；

图4为本发明维氏显微硬度计中定位压头的结构示意图。

附图中标记如下：显微硬度计主体1、物镜2、硬度压头3、基座31、支撑套管32、压头杆33、受力钢球34、预位弹性件35、压头36、导向调节螺钉37、限位钢球38、升降台4、成像目镜5、辅助透镜6、反光镜7、转盘8、试样9。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

图2为传统台式显微硬度计的成像系统，即有限远成像系统，有限远成像系统采用有限远成像物镜2，物镜2输出为汇聚光，汇聚像面必须符合标准参数。即图中有限远物镜2到反光镜7的距离a和反光镜7到目镜5的距离b两部分机械尺寸，必须满足a+b＝160mm才能取得正常的成像效果。

图1为新型维氏显微硬度计无限远成像系统，从下到上沿着光路依次包括放大成像装置、独立式硬度压头、转换器装置、反射装置、无限远辅助光学系统成像装置、观察筒装置和成像目镜；其中放大成像装置用于放大待测试样成像，转换器装置用于放大成像装置(低倍物镜、高倍物镜)以及独立式硬度压头间转换，反射装置用于改变经放大成像装置放大的光路方向，无限远辅助光学系统成像装置用于将平行传递光路逆转为成像光路，观察筒装置用于将光路一分为二分别成像在成像目镜中，便于人的两只眼睛观察。

放大成像装置为无限远显微物镜，反射装置为光学反光镜及其调节机构，无限远辅助光学系统成像装置为一到两组胶合光学透镜，观察筒装置为内置光学棱镜的转轴分光精密光学机构，成像目镜为内置测量机构的刻度目镜。

无限远成像系统采用无限远成像物镜2，物镜2输出平行光到辅助透镜6再汇聚成像。无限远成像物镜2到反射装置的距离A+反射装置7到辅助透镜6的距离B几乎可以无限拉长调整(极限长度L尽头是理论无法满足实际的部分)，不影响成像效果。即无限远显微物镜2安装端面到反射装置中反光镜7的距离+反射装置中反光镜7到辅助透镜6的距离之和能够无限拉长调整。无辅助透镜6后端部分作为单独模块是极容易保证的。

如图3～4所示一种维氏显微硬度计，包括显微硬度计主体1、升降台4、物镜2和目镜5，目镜5连接在显微硬度计主体1的正面，目镜5为相互铰接的双目目镜5。显微硬度计顶端内壁可拆卸连接有作为转换器的转盘8，转换器转盘8外圈套装有钢球轴承结构安装座，钢球轴承结构安装座与硬度计主体连接，转盘8周向均匀开设有若干连接孔，其中一个连接孔上螺纹连接独立式硬度压头3，其余连接孔上螺纹连接不同倍率的物镜2，升降台4固定安装在显微硬度计底座上，升降台4顶端连接有用于放置试样9的载物台；物镜2和目镜5之间设置有用于改变光路方向的反光镜7，反光镜7和成像目镜5之间设置有用于逆转反光镜反射后传递平行光路成像的辅助透镜6。辅助透镜6安装在靠近成像目镜5的显微硬度计主体1内。

硬度压头3包括相互套接的压头杆33和基座31，压头杆33上部固定安装有受力钢球34，压头杆33下部装有压头36，压头杆33上端呈半球状，上端的半球实现对硬度计压力的平稳转承，压头杆33下部的压头36为菱形压头，压头杆33下端的菱形压头实现对待检测物的压力破口。

压头杆33上部套有支撑套管32和预位弹性件35，支撑套管32和压头杆33可相对自由滑动，支撑套管32可在基座31内自由滑动，压头杆33可在基座31中滑动，预位弹性件35为波形弹簧(对顶垫圈)，其作用为预制压头待工作位，当支撑套管32被压下时，波形弹簧均匀收缩，释放压头36进入工作位。基座31下部装有若干层导向器，每层导向器包括若干组相对应的导向调节螺钉37和卡在基座内侧的限位钢球38，每层导向器中均匀设置有三组相对应的导向调节螺钉37和卡在基座内侧的限位钢球38，相邻限位钢球38之间的夹角为120°三列，为了提高精度，也可以选择60°六列或90°四列。相邻两层导向器中的限位钢球38也可以相错排列，即限位钢球38的排布呈蛇形状(螺旋状)，增强对压头杆33的限位导向。

该维氏显微硬度计使用时，通过硬度计主体带动支撑套管32和压头杆33向下移动，将待检测物进行施压破口，便于通过转盘1上不同物镜2采集待检测物的压痕并通过双目成像目镜进行观察。

仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。