全自动洛氏硬度计加载方式和测量方法的研究

　　1　引　言

　　多数的洛氏硬度计是通过杠杆砝码来完成试验力的加载的。这种加载方式结构复杂,在不同的试验力间转换时需要一套繁琐的变荷机构,已经不能满足硬度测量试验高效、高自动化的要求。洛氏硬度计在加载方式上正逐步趋向于通过步进电机或伺服电机来实现。前者因为控制精度不高和自身性能等方面的因素,仍不能满足高精度的硬度测量要求。本文介绍了一种利用伺服电机加载的全自动洛氏硬度计,它采用的是闭环控制,能够实现对加载试验力高精度的控制。另外,为了实现高精度的硬度测量,专门介绍了一种与之相结合的测量机构,该机构能将测量过程中传动部分和机架产生的变形消除,进而减小测量误差,提高准确度。

　　2　影响洛氏硬度计测量的因素

　　在材料硬度测量过程中,影响测量准确性的因素很多。根据硬度计的测量原理,压头压入深度的测量方式、试验力控制的准确度都会导致测量误差。因此,通过对洛氏硬度计施加初始试验力和主试验力以及深度测量机构等进行分析,可以分析出产生误差的因素,主要包括:机架变形、主轴变形、升降台变形、加载试验力的准确性、测量装置的可靠性以及试样本身的变形等[1]。此外,硬度计的主轴轴线与升降台升降丝杠的同轴度、硬度计的主轴轴线与升降台台面的垂直度、周围环境、压头等都会对硬度测量的准确性产生影响。只有尽可能地降低这些因素对测量的影响,才能保证全自动洛氏硬度计的测量精度[4]。

　　3　全自动洛氏硬度计的加载机构

　　为了更好地提高试验力加载的准确性,采用伺服电机作为系统的动力源。传动过程如图1所示,伺服电机通过减速机、带轮两级减速后,与主轴联接,通过控制系统对伺服电机的控制,即可实现压头的上下移动和试验力加载的精确控制。该系统采用闭环控制,在试验过程中,通过对初始试验力和主试验力加载的实时监控,实现力的精确加载、保持和卸载。

　　4　全自动洛氏硬度计压痕深度测量的一种方法

　　目前,洛氏硬度计主要采用压痕深度间接测量法[2]。该测量方法是将测量装置安装在刚性机架上,测量装置触点与加力主轴相接触,通过测量出加力主轴上下移动的距离,再经进一步的杠杆比例换算,最终得到压痕深度。该测量装置测出的压痕深度实际是压头相对于机架的位移,该位移并不是实际的压痕深度,它包括了机架、主轴和升降台的变形。该测量方法对机架刚性要求较高,且因为诸多误差的影响,测量精度较低,不能够实现高精度的压痕深度测量。

　　本文介绍的测量方法采用高精度微位移传感器,将其安装在专门的测量机械结构上,通过该测量机构,不仅能够实现压痕深度的直接测量,而且还可避免各种测量误差。这种测量单元的测量结果不包含上面提到的各种变形。