[发明专利]激光洛氏硬度标准装置及测量方法

权利要求书

1.激光洛氏硬度标准装置，其特征在于：包括主轴系统、动力系统、力加载系统、机架支撑系统以及深度测量系统；

所述机架支撑系统包括机架、水平调整、主轴横梁、动力支架、激光器安装板，所述主轴系统安装在主轴横梁上，所述深度测量系统安装在激光器安装板上；动力系统安装在动力支架上；

所述主轴系统包括主轴、滚珠花键导向系统和主轴套，所述主轴位于滚珠花键导向系统的中心，所述滚珠花键导向系统外部套有主轴套，所述主轴套安装在主轴横梁上，所述主轴横梁由主轴横梁支柱支撑；

所述动力系统包括伺服电机、减速器、同步带论、滚珠丝杠、丝杠座、丝母、导轮架、传感器、承载轴和触点套，所述伺服电机的轴与减速器连接，所述减速器与同步带论连接，所述同步带轮与滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠通过轴承组固定在丝杠座上，所述滚珠丝母外面套有导向套，所述丝母顶部装有导轮架，所述导轮架内部嵌有传感器，所述传感器上装有承载轴，所述承载轴上套有触点套；

所述力加载系统包括一级和二级两级吊挂；所述一级吊挂包括上吊杆、上梁和下梁，所述上吊杆上端与上梁连接，下端与下梁连接；所述二级吊挂包括上吊盘、下吊杆和下吊盘以及作用在下吊盘上的砝码，所述上吊盘内嵌有定心轴，所述定心轴上依次套缓冲弹簧、平面推力轴承、导套、触点套以及触头，定心轴实现二级吊挂向一级吊挂的加载；所述砝码通过自动变荷装置实现自动加载；

所述的自动变荷装置包括旋转电磁铁、主动齿轮、被动齿轮和变荷块；旋转电磁铁带动主动齿轮转动，主动齿轮带动被动齿轮转动，被动齿轮带动变荷块转动实现自动加载；

所述深度测量系统包括外差干涉仪和位置可调棱镜，所述外差干涉仪安装在激光器安装板上，所述位置可调棱镜安装在主轴上端。

2.根据权利要求1所述的激光洛氏硬度标准装置，其特征在于：所述主轴通过套在其外面的滚珠花键导向系统进行导向。

3.根据权利要求1所述的激光洛氏硬度标准装置，其特征在于：所述动力系统通过伺服电机实现电动加载。

4.根据权利要求1所述的激光洛氏硬度标准装置，其特征在于：所述导轮架上嵌有传感器实现力值的高精度实时控制。

5.根据权利要求1所述的激光洛氏硬度标准装置，其特征在于：所述砝码组通过自动变荷装置实现自动变荷。

6.根据权利要求1所述的激光洛氏硬度标准装置，其特征在于：所述深度测量系统通过外差干涉仪实现压痕深度的非接触测量。

7.激光洛氏硬度标准加载方法，其特征在于步骤为：

1）初试验力加载：接到初试验力加载命令后，伺服电机转动，通过减速器带动同步带转动，同步带带动滚珠丝杠的丝母向下移动，使包括上梁、上吊杆、下梁及主轴系统在内的总重量与安装在导轮架的传感器上的下触点套脱开，将初试验力通过连接在由滚珠花键轴导向的主轴上的压头作用在工作台上的硬度块上，通过对伺服电机的速度控制以及传感器的数据反馈，实现满足国际新定义对加载速度和加载时间的要求，外差干涉仪通过安装在主轴上的可调的棱镜进行深度测量；

2）总试验力的加载：接到总试验力加载命令后，自动变荷装置的旋转电磁铁带动主动齿轮转动，主动齿轮带动与之啮合的被动齿轮转动，从而带动与被动齿轮连接在一起的变荷块旋转，将需要的砝码重量自动加载到下吊盘上；然后伺服电机转动，通过减速器带动同步带转动，同步带带动滚珠丝杠的丝母向下移动，丝母带着包括上吊盘、下吊杆、下吊盘、以及作用在上吊盘上的定心轴、缓冲弹簧、上触点套和触头向下移动，直到上触点套与下梁接通，这些重量都作用在下梁上，即作用在主轴上，将总试验力通过连接在由滚珠花键轴导向的主轴上的压头作用在工作台上的硬度块上，通过对伺服电机的速度控制以及传感器的数据反馈，实现满足国际新定义对加载速度和加载时间的要求，外差干涉仪通过安装在主轴上的可调棱镜进行深度测量；

3）总试验力卸载：接到总试验力卸载命令后，伺服电机转动，通过减速器带动同步带转动，同步带带动滚珠丝杠的丝母向上移动，丝母带着包括上吊盘、下吊杆、下吊盘、以及作用在上吊盘上的定心轴、缓冲弹簧、上触点套和触头向上移动，直到上触点套与下梁断开，这些重量都与下梁脱开，即只有初试验力作用在主轴上，然后自动变荷装置的旋转电磁铁带动主动齿轮转动，带动与之啮合的被动齿轮转动，从而带动与被动齿轮连接在一起的变荷块旋转，将砝码托起使其从下吊盘上卸载；通过对伺服电机的速度控制以及传感器的数据反馈，实现对卸载速度和卸载时间的要求；

4）初试验力卸载：接到初试验力卸载命令后，伺服电机转动，通过减速器带动同步带转动，同步带带动滚珠丝杠的丝母向上移动，使包括上梁、上吊杆、下梁及主轴系统在内的总重量与安装在导轮架的传感器上的下触点套连通，通过对伺服电机的速度控制以及传感器的数据反馈，实现对卸载速度和卸载时间的要求；

在整个步骤1）-步骤4）工作过程中，偏心轴及其上面的深沟球轴承对导轮架进行导向；

在总试验力的加载和卸载过程中，下导向杆及固定在支板上的偏心轴及其上面的深沟球轴承对下吊盘进行导向；

滚珠丝杠的丝母在上下移动过程中通过光电开关对其位置进行限位。