适用于便携式压入仪的参比针式压入深度测量装置

摘要

一种适用于便携式压入仪的参比针式压入深度测量装置，包括载荷传感器、连接块、第一压线套件、第二压线套件、压杆、压头夹具、压头、防松螺母、参比针导杆、参比针、精密导轨组件、上限位块、下限位块、锁紧螺栓、光栅尺、读数头、读数头夹具和预紧弹簧调节模块；预紧弹簧调节模块包括预紧弹簧、固定板、调节螺钉以及锁紧螺母，固定板安装在连接块上，中间开有通孔用于使参比针头通过，通孔两侧开有螺纹孔，与调节螺钉进行配合；预紧弹簧上端与导杆连接块配合，下端与调节螺钉配合，通过旋转螺钉调节预紧弹簧的张紧程度。本发明测试稳定性好、分辨率高、结构紧凑。实现对压入深度的准确测量。

说明书

技术领域

本发明属于位移测量领域，具体涉及一种适用于便携式压入仪的参比针式压入深度测量装置。

背景技术

仪器化压入技术是在传统布氏硬度和维氏硬度试验的基础上发展起来的一种重要的微/纳米力学实验技术，主要用于测定材料的硬度和力学参数。该技术主要包括载荷位移参量测量和力学性能方法分析两部分。其中，测量部分主要是对压入试验过程中的压入载荷与压入深度进行准确记录，分析方法用于识别被测材料的力学属性。

仪器化压入仪是仪器化压入技术系统化、集成化和商业化的产物。该类仪器通过实时采集、显示和处理测试过程中的压入载荷和压入深度数据，计算出被测材料的相关力学参数。压入深度的定义为压头垂直压入被测材料表面的位移。压入载荷定义为压头作用于被测材料的载荷。压入载荷和深度测量的数据的准确性，直接关系到最终测定的力学参量的准确性。因此，准确测量压入载荷与压入深度是使用压入法识别被测材料力学性能的基础，也是仪器化压入仪的核心技术要求。而准确测量压入深度则是仪器化压入仪的技术难点。

发明内容

为了克服现有压入深度测量方式的不足，本发明提供一种测试稳定性好、分辨率高、结构紧凑的参比针式压入深度测量装置。本发明通过集成高分辨率的光栅尺位移传感器以及单自由度的参比针，实现对压入深度的准确测量。本发明测试行程大、测量精度高，对便携式压入设备测量压入深度领域具有极大的应用价值。

本发明所采用的技术方案是：

一种适用于便携式压入仪的参比针式深度测量装置，所述装置包括载荷传感器、连接块、第一压线套件、第二压线套件、压杆、压头夹具、压头、防松螺母、参比针导杆、参比针、精密导轨组件、上限位块、下限位块、锁紧螺栓、光栅尺、读数头、读数头夹具和预紧弹簧调节模块；

所述连接块为压头组件的载体，连接块左侧安装压杆，连接块右侧安装精密导轨组件以及光栅尺位移传感器，连接块上端通过压杆的轴肩定位，连接块下端通过防松螺母定位并锁紧；所述压杆上端与载荷传感器连接，压杆下端通过所述压头夹具与压头连接，用于传递输出载荷；所述第一压线套件和第二压线套件安装在连接块上，用于压紧载荷传感器的线缆和光栅尺读数头的线缆；所述精密导轨组件包括导轨、滑块和导杆连接块，所述导轨固定在连接块上，所述滑块与导轨配合用于搭载导杆连接块，所述导杆连接块安装在滑块上，用于安装参比针导杆和光栅尺，并在预紧弹簧的拉力下与下限位块贴合；所述参比针导杆上端与所述导杆连接块固定，参比针导杆下端与所述参比针连接；所述读数头夹具安装在连接块上，所述光栅尺读数头固定在夹具上；

所述预紧弹簧调节模块包括预紧弹簧、固定板、调节螺钉以及锁紧螺母，所述固定板安装在连接块上，中间开有通孔用于使参比针头通过，通孔两侧开有螺纹孔，与调节螺钉进行配合；所述预紧弹簧上端与导杆连接块配合，下端与调节螺钉配合，通过旋转螺钉调节预紧弹簧的张紧程度。

进一步，所述连接块的左侧开设有通孔，用于安装压杆；连接块右侧开设L型凹槽，用于安装精密导轨组件以及光栅尺位移传感器。

所述压杆上端与载荷传感器通过螺纹连接。

所述第一压线套件和第二压线套件通过螺栓安装在连接块上。

所述精密导轨组件中，所述导轨通过六角螺栓固定在连接块上。

所述参比针导杆上端设计成四棱柱，下端为圆柱型，参比针导杆上端通过六角螺栓与所述导杆连接块固定，下端与所述参比针连接。

所述读数头夹具安装在连接块的L型凹槽的平台上，所述光栅尺读数头通过螺栓固定在夹具上。

进一步，所述压头为金刚石压头、球形压头、维氏压头或玻氏压头。

本发明中，压入深度测量过程可分为三个阶段。第一阶段，未接触试样前，压头与参比针头相对静止并跟随连接块向下运动靠近试样。第二阶段，参比针头提前接触试样表面并在弹簧拉力的作用下，在压头与试样接触的过程中，始终保持与试样表面贴合，并由读数头记录光栅尺与读数头间的相对运动。第三阶段，测试完成后，压头与参比针头相对静止并跟随连接块向上运动返回初始测试位置。

本发明的有益效果主要表现在：本发明集成高分辨率的光栅尺位移传感器和预紧度可调的参比结构，实现对压入深度的准确测量。本发明装置结构紧凑、测试稳定。

附图说明

图1为适用于便携式压入仪的参比针式深度测量装置的主视图；

图2为适用于便携式压入仪的参比针式深度测量装置的右视图；

图3为适用于便携式压入仪的参比针式深度测量装置的轴侧图；

图4为适用于便携式压入仪的参比针式深度测量装置的爆炸图；

图5为预紧弹簧调节模块的局部图；

图6为压头与参比针头相对位置的局部图。

其中，载荷传感器-1，第一压线套件-2，连接块-3，锁紧螺母一-4，压头夹具-5，光栅尺读数头-6，读数头夹具-7，预紧弹簧调节模块-8，压杆-9，导杆连接块-10，上限位块-11，精密导轨-12，第二压线套件-13，光栅尺-14，参比针导杆-15，参比针头-16，金刚石压头-17，下限位块-18，预紧弹簧-19，固定板-20，调节螺钉-21，锁紧螺母二-22。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种适用于便携式压入仪的参比针式深度测量装置，包括载荷传感器1、连接块3、第一压线套件2、第二压线套件13、压杆9、压头夹具5、金刚石压头17、锁紧螺母一4、参比针导杆15、参比针16、精密导轨12、导杆连接块10、上限位块11、下限位块18、光栅尺14、光栅尺读数头6、读数头夹具7和预紧弹簧调节模块8。

所述连接块3为压头组件的载体，连接块左侧开设有通孔，用于安装压杆9。连接块右侧开设L型凹槽，用于安装精密导轨组件以及光栅尺位移读数头6。连接块上端通过压杆的轴肩定位，下端通过锁紧螺母一4定位并锁紧。

所述压杆9上端与载荷传感器1通过螺纹连接，下端通过所述压头夹具5与金刚石压头17连接，用于传递输出载荷。

所述第一压线套件2和第二压线套件13通过螺栓安装在连接块3上，用于压紧载荷传感器1以及光栅尺读数头6的线缆，避免在压入试验过程中线缆的晃动对读数头6和载荷传感器1造成影响。

所述精密导轨组件包括精密导轨12、导杆连接块10和若干六角螺栓组成。所述导轨通过六角螺栓固定在连接块3上，所述导杆连接块10与精密导轨配套滑块进行固定，与之形成整体在导轨上滑动。所述导杆连接块10用于安装参比针导杆15以及光栅尺14，并在预紧弹簧19的拉力下与下限位块18贴合。

所述参比针导杆15上端设计成四棱柱，下端为圆柱型。参比针导杆上端通过六角螺栓与所述导杆连接块10固定，下端与所述参比针16连接。

所述读数头夹具7安装在连接块的L型凹槽的平台上，所述光栅尺读数头6通过螺栓固定在夹具上，保证能够稳定的对压入深度进行记录。

所述预紧弹簧调节模块8包括预紧弹簧19、固定板20、调节螺钉21以及锁紧螺母二22组成。所述固定板20安装在连接块10上，中间开有通孔用于使参比针头16通过，通孔两侧开有螺纹孔，与调节螺钉21配合。所述调节弹簧19上端与导杆连接块10配合，下端与调节螺钉21配合，通过旋转螺钉可用来调节预紧弹簧19的张紧程度。

本发明装置采用高分辨率的光栅尺位移传感器来测量压入试验过程中，压头与参比针之间的相对位移，并由此得到压入深度。本发明装置结构紧凑、测试稳定、调节方便。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。