便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机

摘要

便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机有一个底座，底座上安装有固定旋钮、电源导线和开关；底座的中心垂直向上配套安装有升降丝柱、丝柱升降器和中心柱；丝柱升降器上安装有丝杠把手；升降丝柱上部安装有转盘、横向平移台与纵向平移盘；纵向平移盘上安装有载样平台、三爪夹钳、四爪夹钳、对夹钳；升降丝柱上部垂直安装有中心柱，中心柱上部顺序安装有压平盘和物镜压头转换器；物镜压头转换器顶部安装有目镜和测量器；该便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机结构紧凑、样式新颖、操作简便，携带方便，具有宽泛的放大倍数、试验力范围以及多种试样专用夹具，可满足不同材料和复杂外形试样的检测需求，且观察图像和测量数据易于处理及存储。

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料检测仪器技术领域，尤其是一种便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机。

背景技术

金属材料的组织与性能分析是材料科学工程领域研究的两大重点。金相显微镜分析是研究金属材料内部微观结构的一种基本手段，可以提供有关材料成分、热加工工艺、组织结构和力学性能之间关系等诸多重要信息。通常在材料的典型部位截取样块，然后经一系列金相制备工序，得到符合技术要求的金相显微试样，即可在金相显微镜下进行观察和研究显微组织结构。维氏硬度是衡量金属材料软硬程度的一种综合力学性能指标，属于压入式硬度，反映了被测物体对抗另一硬物压入的能力，能够敏感地反映出金属材料的化学成分和组织结构差异。因其测量范围宽广，几乎适用于工业上用到的全部金属材料，因而被广泛地用于工艺检验、金相及金属物理学研究等领域。维氏硬度测试时，使用规定的试验力将顶角为136°的金刚石正四棱锥体压头压入试样表面，保持规定的时间后撤除试验力，测量试样表面压痕对角线长度，再利用公式计算得出硬度的大小。为了达到组织观察和硬度测试的目的，应要求金相观察试样和维氏硬度试样待测表面光滑平整，不能有氧化皮、杂物和油污。对于小截面或者外形不规则的试样，如球形、锥形等，还需要对试样进行镶嵌或者使用专用的夹持装置。

目前，在对常规金属材料进行组织观察和维氏硬度测试时，两项检测工作一般不能同时操作,需要在金相显微镜和维氏硬度计两台仪器上分别完成。此外，为了找平待测试样端面，减小测量误差，维氏硬度计一般还需与压平器配合使用。这种设备独立、分体式的结构使得整个检测步骤繁琐，检测效率低下，且存在设备占用空间大，使用不便等诸多问题。

发明内容

为了克服现阶段材料金相组织观察和维氏硬度测试设备分体、检测步骤繁琐、检测效率低下、使用不便等不足，本发明提供一种便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机；本发明结构紧凑、样式新颖、操作简便，携带方便，具有宽泛的放大倍数、试验力范围以及多种试样专用夹具，可满足不同材料和复杂外形试样的检测需求，且观察图像和测量数据易于处理及存储。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机，包括：固定旋钮，升降丝柱，纵向平移盘，三爪夹钳，四爪夹钳，压平盘，中心柱，防尘外罩，物镜压头转换器，目镜，测量器，对夹钳，载样平台，横向平移台，平移调节器，转盘，丝柱升降器，电源导线，开关，底座；该测试装置有一个圆盘形底座，底座上安装有固定旋钮、电源导线和开关；底座的中心垂直向上配套安装有升降丝柱、丝柱升降器和中心柱，丝柱升降器上安装有丝杠把手，通过丝杠把手的回转运动转化为升降丝柱2的直线升降运动，升降丝柱上部安装有转盘，转盘能够360°水平转动；转盘通过内部横向的燕尾凹槽、凸台与横向平移台连接，横向平移台能够进行横向左右移动；横向平移台与纵向平移盘通过内部纵向的燕尾凹槽和凸台连接，纵向平移盘能够进行横向前后移动；纵向平移盘上安装有载样平台、三爪夹钳、四爪夹钳、对夹钳，载样平台能够放置端面平行的测试样品，对夹钳能够双向夹持不规则测试样品，四爪夹钳能够四向夹持不规则测试样品，三爪夹钳能够三向夹持不规则测试样品；升降丝柱上部垂直安装有中心柱，中心柱上部顺序安装有压平盘和物镜压头转换器；压平盘、物镜压头转换器与中心柱7通过内部滚珠连接定位并通过手拧螺丝固定，压平盘、物镜压头转换器能够上下调节；物镜压头转换器能够通过内部转盘转动切换不同放大倍数的物镜与不同加载力的压头；物镜压头转换器顶部安装有目镜和测量器，在物镜压头转换器切换至物镜状态下，目镜用于观察样品压痕和金相显微组织，测量器用于测量压痕对角线长度，目镜与测量器之间设置有USB数据传输接口，能够配合带有图像处理软件的计算机系统对被测量的图像进行观察与保存，也可对测量数据进行处理与存储。

综上所述，底座上部四周边缘设置有凹槽，用于放置防尘外罩，并通过固定旋钮固定；防尘外罩的顶部设置有手提把，方便外出携带。

使用时，松开固定旋钮，通过手提把，取下仪器防尘外罩；将电源导线插入电源插座，打开开关；根据测试样品的具体情况选择装夹装置，载样平台上能够直接放置端面水平测试样品，对夹钳能够双向夹持不规则测试样品，四爪夹钳能够四向夹持不规则测试样品，三爪夹钳能够三向夹持不规则测试样品；通过对夹钳或三爪夹钳或四爪夹钳夹持样品，都需微调对夹钳或三爪夹钳或四爪夹钳，确保测试样品端面水平，并旋转转盘至合适位置，确保样品端面处于压平盘的观察孔下，同时通过压平盘上的手拧螺丝锁紧压平盘，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器上升对夹钳或三爪夹钳或四爪夹钳，使被夹持测试样品端面水平压紧压平盘下表面，锁紧对夹钳或三爪夹钳或四爪夹钳，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器下降对夹钳或三爪夹钳或四爪夹钳，此时测试样品端面水平；旋转转盘至合适位置，确保样品端面处于压平盘观察孔内，通过调节平移调节器的旋钮能够横向左右水平移动横向平移台和纵向前后水平移动纵向平移盘，选择需要硬度测试或金相组织观察的位置；根据样品高度，上下调节压平盘和物镜压头转换器至合适高度；当进行金相组织观察时，根据样品情况通过内部转盘转动物镜压头转换器9选择合适放大倍数的物镜，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器上下调节样品高度进行对焦，通过目镜观察金相组织；当进行硬度测试时，根据样品情况通过内部转盘转动物镜压头转换器选择合适加载力的压头，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器上升样品，当样品端面接触压头时，开始加载压力，加载至对应压头加载力时，停止旋转丝杠把手并进行保压，达到仪器识别保压时间即可反向旋转丝杠把手，通过丝杠升降器下降卸载压力；通过内部转盘转动物镜压头转换器选择合适放大倍数的目镜，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器上下调节样品高度进行对焦，通过目镜观察样品压痕，通过测量器测量压痕对角线长度，仪器即能够获得所测样品加载点的维氏硬度值；需要观察不同部位的金相组织或测试不同部位的维氏硬度时，配合使用转盘、平移调节器、横向平移台与纵向平移盘，即能够移动样品至合适位置；需要观察或者测试多个样品时，在装夹时可以同时使用载样平台、对夹钳、三爪夹钳、四爪夹钳，配合使用转盘、平移调节器、横向平移台与纵向平移盘，即能够在多个测试样品之间进行切换。

本发明的优点和有益效果是：便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机将待测试样端面找平、金相组织观察和维氏硬度测试等功能集合到一台仪器，结构紧凑，样式新颖，操作简便；其带有6位物镜-压头手动转换器，具有宽泛的放大倍数和试验力范围，可根据不同材料的检测需求，选用不同的测量压头以及放大倍数的物镜；此外，该便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机的工作台上配有多种不同类型的试样专用夹具，能够满足具有不规则复杂外形试样的检测要求；同时，该便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机不仅能够通过USB接口将图像信号直接输入到计算机系统中，处理和存储被测量的图像和测量数据；而且当采用便携式计算机时，整个测试装置方便外出携带。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图中：1.固定旋钮，2.升降丝柱，3.纵向平移盘，4.三爪夹钳，5.四爪夹钳，6.压平盘，7.中心柱，8.防尘外罩，9.物镜压头转换器，10.目镜，11.测量器，12.对夹钳，13.载样平台，14.横向平移台，15.平移调节器，16.转盘，17.丝柱升降器，18.电源导线，19.开关，20.底座。

具体实施方式

如图1所示，便携式显微组织观察与维氏硬度测试一体机，包括：固定旋钮1，升降丝柱2，纵向平移盘3，三爪夹钳4，四爪夹钳5，压平盘6，中心柱7，防尘外罩8，物镜压头转换器9，目镜10，测量器11，对夹钳12，载样平台13，横向平移台14，平移调节器15，转盘16，丝柱升降器17，电源导线18，开关19，底座20；该测试装置有一个圆盘形底座20，底座20上安装有固定旋钮1、电源导线18和开关19；底座20的中心垂直向上配套安装有升降丝柱2、丝柱升降器17和中心柱7，丝柱升降器17上安装有丝杠把手，通过丝杠把手的回转运动转化为升降丝柱2的直线升降运动，升降丝柱2上部安装有转盘16，转盘16能够360°水平转动；转盘16通过内部横向的燕尾凹槽、凸台与横向平移台14连接，横向平移台14能够进行横向左右移动；横向平移台14与纵向平移盘3通过内部纵向的燕尾凹槽和凸台连接，纵向平移盘3能够进行横向前后移动；纵向平移盘3上安装有载样平台13、三爪夹钳4、四爪夹钳5、对夹钳12，载样平台13能够放置端面平行的测试样品，对夹钳12能够双向夹持不规则测试样品，四爪夹钳5能够四向夹持不规则测试样品，三爪夹钳4能够三向夹持不规则测试样品；升降丝柱2上部垂直安装有中心柱7，中心柱7上部顺序安装有压平盘6和物镜压头转换器9；压平盘6、物镜压头转换器9与中心柱7通过内部滚珠连接定位并通过手拧螺丝固定，压平盘6、物镜压头转换器9能够上下调节；物镜压头转换器9能够通过内部转盘转动切换不同放大倍数的物镜与不同加载力的压头；物镜压头转换器9顶部安装有目镜10和测量器11，在物镜压头转换器9切换至物镜状态下，目镜10用于观察样品压痕和金相显微组织，测量器11用于测量压痕对角线长度，目镜10与测量器11之间设置有USB数据传输接口，能够配合带有图像处理软件的计算机系统对被测量的图像进行观察与保存，也可对测量数据进行处理与存储。

综上所述，底座20上部四周边缘设置有凹槽，用于放置防尘外罩8，并通过固定旋钮1固定；防尘外罩8的顶部设置有手提把，方便外出携带。

使用时，松开固定旋钮1，通过手提把，取下仪器防尘外罩8；将电源导线18插入电源插座，打开开关19；根据测试样品的具体情况选择装夹装置，载样平台13上能够直接放置端面水平测试样品，对夹钳12能够双向夹持不规则测试样品，四爪夹钳5能够四向夹持不规则测试样品，三爪夹钳4能够三向夹持不规则测试样品；通过对夹钳12或三爪夹钳4或四爪夹钳5夹持样品，都需微调对夹钳12或三爪夹钳4或四爪夹钳5，确保测试样品端面水平，并旋转转盘16至合适位置，确保样品端面处于压平盘6的观察孔下，同时通过压平盘6上的手拧螺丝锁紧压平盘6，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器17上升对夹钳12或三爪夹钳4或四爪夹钳5，使被夹持测试样品端面水平压紧压平盘6下表面，锁紧对夹钳12或三爪夹钳4或四爪夹钳5，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器17下降对夹钳12或三爪夹钳4或四爪夹钳5，此时测试样品端面水平；旋转转盘16至合适位置，确保样品端面处于压平盘6观察孔内，通过调节平移调节器15的旋钮能够横向左右水平移动横向平移台14和纵向前后水平移动纵向平移盘3，选择需要硬度测试或金相组织观察的位置；根据样品高度，上下调节压平盘6和物镜压头转换器9至合适高度；当进行金相组织观察时，根据样品情况通过内部转盘转动物镜压头转换器9选择合适放大倍数的物镜，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器17上下调节样品高度进行对焦，通过目镜10观察金相组织；当进行硬度测试时，根据样品情况通过内部转盘转动物镜压头转换器9选择合适加载力的压头，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器17上升样品，当样品端面接触压头时，开始加载压力，加载至对应压头加载力时，停止旋转丝杠把手并进行保压，达到仪器识别保压时间即可反向旋转丝杠把手，通过丝杠升降器9下降卸载压力；通过内部转盘转动物镜压头转换器9选择合适放大倍数的目镜，旋转丝杠把手，通过丝杠升降器9上下调节样品高度进行对焦，通过目镜10观察样品压痕，通过测量器21测量压痕对角线长度，仪器即能够获得所测样品加载点的维氏硬度值；需要观察不同部位的金相组织或测试不同部位的维氏硬度时，配合使用转盘16、平移调节器15、横向平移台14与纵向平移盘3，即能够移动样品至合适位置；需要观察或者测试多个样品时，在装夹时可以同时使用载样平台3、对夹钳12、三爪夹钳4、四爪夹钳5，配合使用转盘16、平移调节器15、横向平移台14与纵向平移盘3，即能够在多个测试样品之间进行切换。