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在大型工件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的狹小空間、生產(chǎn)線的快速抽檢中，便攜式維氏硬度計(jì)以手掌大小的身形，承擔(dān)著原本需要龐大臺(tái)式機(jī)才能完成的硬度測(cè)量任務(wù)。這種將精密光學(xué)測(cè)量與微型化機(jī)械結(jié)構(gòu)融為一體的設(shè)備，是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的智慧結(jié)晶。
維氏硬度測(cè)量的核心，在于準(zhǔn)確測(cè)量金剛石壓頭在試驗(yàn)力作用下產(chǎn)生的菱形壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度。傳統(tǒng)臺(tái)式機(jī)通過(guò)高倍光學(xué)顯微鏡完成這一任務(wù)，而便攜式設(shè)備須在保持測(cè)量精度的前提下，將光路系統(tǒng)壓縮成小體積。設(shè)計(jì)智慧體現(xiàn)在壓痕測(cè)量一體化的創(chuàng)新。測(cè)頭前端集成微型攝像頭與LED光源，壓痕圖像被實(shí)時(shí)采集并傳輸至手持終端。研制的便攜式維氏硬度計(jì)，采用CCD圖像處理技術(shù)，直接顯示壓痕形狀并自動(dòng)測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度。這種設(shè)計(jì)使操作者無(wú)需目鏡對(duì)焦，只需將測(cè)頭壓緊工件表面，所有測(cè)量數(shù)據(jù)即可在屏幕上實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。更精巧的設(shè)計(jì)在于光路的折返。通過(guò)棱鏡與反射鏡的巧妙組合，光學(xué)路徑在有限空間內(nèi)多次折疊，既保證了足夠的放大倍率，又使測(cè)頭直徑控制在20mm以內(nèi)，能夠伸入普通設(shè)備無(wú)法觸及的凹槽與內(nèi)孔。試驗(yàn)力的施加與控制，是便攜式維氏硬度計(jì)的另一設(shè)計(jì)難點(diǎn)。臺(tái)式機(jī)依靠砝碼重力加載，穩(wěn)定可靠但體積龐大。便攜設(shè)備須尋找替代方案。
一種典型設(shè)計(jì)采用杠桿放大與彈簧儲(chǔ)能相結(jié)合的方式。內(nèi)置精密彈簧提供初始力，通過(guò)杠桿系統(tǒng)放大至所需試驗(yàn)力值——維氏硬度常用1kgf、5kgf、10kgf等級(jí)別。彈簧的剛度、線性度與疲勞壽命經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，杠桿支點(diǎn)采用寶石軸承降低摩擦，確保力的精度在±1%以內(nèi)。電動(dòng)加載機(jī)型更進(jìn)一步，采用微型電機(jī)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。力值傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際加載力，與設(shè)定值比較后動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸出，試驗(yàn)力精度可提升至0.5%。這種機(jī)械骨架+電子神經(jīng)的設(shè)計(jì)，使便攜設(shè)備在精度上已接近臺(tái)式機(jī)水平。
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