Устройство для измерения твердости

 

Использование: для измерения твердости. Устройство содержит челнок с индентором, взаимодействующим с измеряемым образцом материала. На челноке закреплен флажок, оптически связанный с электронным индикатором скорости перемещения челнока. По этой скорости определяют твердость измеряемого материала. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-анализа твердости изделий в месте их производства, т.е. на потоке, независимо от конфигурации изделия и места его нахождения.

Известны устройства для измерения твердости стационарного типа. Твердость определяется по величине отпечатка при известной силе и длительности нагружения [1] Устройство представляет собой прибор, содержащий корпус, нагружающее устройство, связанный с ним шток с индентором, устройство для автоматического измерения размера отпечатка, выполненное в виде каретки. Каретка установлена на нагружающем штоке с возможностью перемещения с постоянной скоростью в плоскости, перпендикулярной оси штока, установленных в ней индентора, щупа и датчика его вертикального перемещения. Прибор также содержит генератор постоянной частоты, в цепь которого включены датчик и счетчик импульсов.

Недостатки такой конструкции невысокая производительность и невозможность использовать прибор непосредственно в технологической линии производства изделий.

Известно устройство для измерения твердости [2] которое содержит корпус с пружиной и расположенный в нем челнок с индентором, датчик скорости челнока, выполненный в виде находящегося в челноке постоянного магнита и катушки. В устройство входят также два запоминающих устройства, блок деления и индикаторы. Входы блока деления подключены к выходам запоминающих устройств, а выход блока деления к индикатору.

Недостаток этого устройства невысокая точность по следующим причинам: постоянный магнит в процессе каждого измерения подвергается удару, после которого его магнитные свойства меняются; при движении челнока с магнитом в частях твердомера и контролируемом объекте возникают вихревые токи, влияющие как на скорость челнока, так и на вырабатываемую катушкой ЭДС.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является установка для измерения твердости материалов [3] которая содержит рабочую камеру с двойными стенками, которые охлаждаются водой. Внутри камеры находится устройство для поворота образца. Сверху камера имеет фланец также охдаждаемый водой, на котором располагается узел сброса индентора, узел улавливания индентора и регистрирующее устройство с фотоэлементом. Осветитель и фотоэлемент установлены один напротив другого так, что момент пролета индентора регистрируется при пересечении прямого светового пучка.

Недостаток указанной установки недостаточная точность измерения момента пролета индентора при прохождении пучка света от осветителя к фотоэлементу за счет рассеивания светового пучка при значительном расстоянии между осветителем и фотоэлементом.

Цель изобретения повышение точности измерений твердости путем определения скорости челнока на фиксированном расстоянии от поверхности контролируемого изделия при использовании для определения скорости оптоэлектронного метода, на точность которого не влияют удары челнока и при использовании которого не возникают вихревые токи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения твердости, содержащем корпус с пружиной и расположенный в нем челнок с индентором, оптико-электронный датчик скорости челнока и соединенный с ним блок обработки и индикации сигналов, оптико-электронный датчик скорости выполнен в виде прикрепленного к челноку флажка, оптически связанного с установленным на корпусе, в котором выполнен продольный паз, оптрона с открытым каналом, а блок обработки и индикации сигналов в виде усилителя формирователя, ключа, переключателя, делителя на два, блока задержки, триггера и двух измерителей длительности импульсов. Выход оптрона, усилитель-формирователь, ключ и переключатель соединены последовательно. Выход ключа и управляющий вход переключателя соединен с входом делителя, выходы которого соединены с входом блока задержки и первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходным блоком задержки. Выход триггера соединен с управляющим входом ключа, выходы переключателя с входами измерителей, связанных с запоминающими устройствами.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 график длительности сигнала при измерении твердости.

Устройство для измерения твердости содержит корпус 1 с продольным пазом 2. В корпусе 1 установлен челнок 3 с индентором 4. На челноке 3 установлен флажок 5, входящий в паз 2 корпуса 1 и открытого канала оптрона 6, датчик скорости, включающий оптрон 6 с открытым каналом, флажок 5, усилитель-формирователь 7, ключ 8, переключатель 9, делитель 10 на два, триггер 11, блок 12 задержки, измерители 13 и 14 длительности импульсов, запоминающие устройства 15 и 16, блок 17 деления, индикатор 18.

Выход оптрона 6, усилитель-формирователь 7, ключ 8, и переключатель 9 соединены последовательно. Выход ключа 8 и управляющий вход переключателя 9 соединены с входом делителя на два 10, выходы которого соединены с входом блока задержки 12 и первым входом триггера 11. Второй вход триггера 11 соединен с входом блока задержки 12, а выход триггера 11 соединен с управляющим входом ключа 8, выходы переключателя 9 с входом измерителей 13 и 14, соединенных с запоминающими устройствами 15 и 16. Выходы устройств 15 и 16 соединены с блоком деления 17, имеющим выход на индикатор 18. Оптрон 6 прикреплен к корпусу 1, снабженному пружиной 19, устанавливаемой на контролируемом изделии 20.

Устройство для измерения твердости работает следующим образом.

В походном положении установленная в корпусе 1 пружина 19 сжата, флажок на челноке находится в верхнем положении и удерживается стопорным устройством (не показано). Корпус 1 устанавливают на контролируемое изделие 20. Челнок 3 освобождают от стопорного устройства и он вначале под действием пружины 19, а затем по инерции движется вниз, к изделию 20, ударяется об него индентором 4 и отскакивает. В процессе движения флажок 5, прикрепленный к челноку 3, перемещаясь по пазу 2, пересекает ось оптрона 6. При пересечении оси оптрона 6 образуется видеосигнал, который поступает на вход усилителя-формирователя 7. Длительность видеосигнала при появлении челнока равна τ₁= h/v₁, где τ₁ длительность видеосигнала при падении челнока; h высота флажка; v₁ ско-рость падения челнока с флажком.

При отскоке от поверхности контролируемого изделия длительность видеосигнала будет равна τ₂= h/v₂, где v₂ скорость отскока челнока с флажком.

Отношение длительности видеосигнала и равно искомому отношению скоростей v₁ и v₂, т.е. τ₁/τ ₂ h*v₂/h*v₁ v₂/v₁ и характеризует твердость изделия.

В исходном положении челнока 3 выход триггера 11 равен 1, ключ 8 открыт, а переключатель 9 находится в показанном на чертеже положении. При падении челнока 3 и пересечении флажком 5 оси оптрона 6 первый видеоимпульс с выхода оптрона 6 через усилитель-формирователь 7, ключ 8 и переключатель 9 поступает на вход измерителя 13 длительности импульсов, где фиксируется его длительность τ₁, например, путем подсчета количества импульсов вспомогательного генератора за время видеоимпульса. Величина τ₁, запоминается в запоминающем устройстве 16. Одновременно первый видеоимпульс поступает на вход делителя на два 10, однако изменения состояния триггера 1 не происходит.

Задним фронтом первого видеоимпульса производится переключение переключателя 9 и соединение выхода ключа 8 с входом измерителя 14 длительности импульсов. При отскоке челнока 3 на выходе оптрона 6 возникает второй видеоимпульс, который поступает в измеритель 14 длительности импульсов. Измеренная длительность второго видеоимпульса τ₂ запоминается в запоминающем устройстве 15.

Задним фронтом второго видеоимпульса производится возврат переключателя 9 в исходное состояние. Одновременно сигналом с выхода делителя 10 на два производится переключение триггера 11 в состояние 0 и закрытие ключа 8 для запрета прохождения видеоимпульсов с выхода оптрона 6 при повторных подскоках челнока 3 до его успокоения.

После этого сигналом с выхода блока 12 задержки производится переключение триггера 11 в состояние 1 и открытие ключа 8 для следующего измерения. При переходе триггера 11 в состояние 0 производится включение блока деления 17, осуществляется деление τ на τ и на индикаторе 18 появляется число, равное отношению v/v, являющееся мерой твердости. Значение твердости изделия 20 определяется при помощи переводимой таблицы или высвечивается на индикаторе 18, если в его состав входит функциональный преобразователь.

Предлагаемое устройство обеспечивает независимость показаний от выше перечисленных факторов, что повышает точность измерений. Испытания макета подтвердили получение точности порядка 1%

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ, содержащее корпус с пружиной и расположенный в нем челнок с индентором, оптико-электронный датчик скорости челнока и соединенный с ним блок обработки и индикации сигналов, отличающееся тем, что оптико-электронный датчик скорости выполнен в виде прикрепленного к челноку флажка, оптически связанного с установленным на корпусе, в котором выполнен продольный паз, оптроном с открытым каналом, а блок обработки и индикации сигналов - в виде усилителя-формирователя, ключа, переключателя, делителя на два, блока задержки, триггера и двух измерителей длительности импульсов, причем выход оптрона, усилитель-формирователь, ключ и переключатель соединены последовательно, выход ключа и управляющий вход переключателя соединены с входом делителя, выходы которого соединены с входом блока задержки и первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом блока задержки, а выход триггера - с управляющим входом ключа, выходы переключателя соединены с входами измерителей, связанных с запоминающими устройствами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3