專利名稱：由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案一種由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)，它是由顯微硬度計、樣品自動臺、計算機(jī)圖象采集卡、I/O控制卡和計算機(jī)構(gòu)成，在顯微硬度計的照相、攝像接口上接裝CCD攝像頭，攝像頭的視頻輸出通過視頻信號線接到計算機(jī)視頻采集卡的輸入端口，該視頻采集卡插接在計算機(jī)的PCI插槽上，計算機(jī)控制輸出通過PCI插槽上的I/O卡到用以驅(qū)動樣品自動臺工作的控制箱。
本實用新型的優(yōu)點是由于圖像經(jīng)過傳送放大，測試人員更容易看清樣品壓痕的邊界，因而圖像測量精度和穩(wěn)定性顯著提高，且由計算機(jī)實施測控，效率極高。
所述的顯微硬度計可采用現(xiàn)有的顯微硬度測試裝置，如HT-100型號的顯微硬度計，其功能和目的是向?qū)嶒灅悠肥┘虞d荷，通過鏡頭觀察樣品上的壓痕，因此顯微硬度計主體結(jié)構(gòu)主要有放置樣品平臺(即自動樣品臺)、施加載荷的壓頭和砝碼、觀察壓痕的光學(xué)鏡頭。
顯微硬度計的常規(guī)測量通常都有用于觀察和測量的目鏡。硬度計內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)將樣品形貌和壓痕傳送給觀察和測試的目鏡，并且通過一組棱鏡可將此圖像傳送到照相或攝像口。
在顯微硬度計的照相和攝像接口上接裝CCD攝像頭，根據(jù)需要可以接裝多種型號的攝像頭。分辨率越高，則計算機(jī)采到的圖像越清晰。選取300線以上攝像頭就可以取得較好效果。
所述的自動樣品臺采用了特制的X-Y自動樣品臺，其結(jié)構(gòu)參照圖2、圖3所示，X-Y自動樣品臺1由上、中層移動金屬臺101′、102′及下層定位金屬臺103′構(gòu)成，各金屬臺面由相互接觸滑動一端面形成有供上、下兩臺面相互移動的V形導(dǎo)軌2′，該V形導(dǎo)軌可使上、下兩臺面相互滑動接觸面最小，保證滑動所受摩擦力較小，利于平穩(wěn)滑動；上與中層臺面間的導(dǎo)軌和中與下層臺面間的導(dǎo)軌設(shè)置方向相互垂直。由示意圖可見，金屬臺101′與金屬臺102′可沿著導(dǎo)軌在Y方向相對移動，金屬臺102′與金屬臺103′在X方向相對移動。各上下臺面之間設(shè)置供回位的二彈簧4′、5′，以保證樣品臺在移動范圍內(nèi)受一定拉力，減小進(jìn)回程誤差，保持運行平穩(wěn)，其設(shè)置位置可根據(jù)需要設(shè)在上下兩臺面間的適當(dāng)位置處(圖3中所示位置只是示意，不受此限定)。樣品臺的推動是由步進(jìn)電機(jī)和絲桿完成的，各臺面?zhèn)让娴倪m當(dāng)位置處設(shè)限位開關(guān)6′，當(dāng)移動位移超出樣品臺的行程時，限位開關(guān)切斷步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊主電源，可有效保護(hù)步進(jìn)電機(jī)不過載。
如圖4所示，X-Y自動樣品臺各金屬臺面間V型導(dǎo)軌間置有滾珠滑板3′，它是在一適于安置V型導(dǎo)軌內(nèi)的滑板上開設(shè)一排孔301′，孔中安置滾珠302′，這樣，滾珠依靠滑板定位，可克服現(xiàn)有技術(shù)(單一的一排滾珠，滾動時相互間易發(fā)生卡塞)中的缺陷，上、下兩臺面依靠滾珠滑動，降低各滑動面的摩擦力，保證了樣品臺移動平穩(wěn)。
X-Y兩方向電機(jī)受控于控制箱3，計算機(jī)發(fā)送指令通過PCI插槽上的1/O卡到樣品自動臺控制箱，控制箱內(nèi)安裝兩個功率放大模塊(放大模塊是市場銷售標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品)，將OV，SV的計算機(jī)信號放大到可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的OV，SV脈沖信號。兩步進(jìn)電機(jī)各通過絲桿機(jī)構(gòu)推動對應(yīng)的移動金屬臺移動。
所述的CCD攝像頭一路輸出可接錄像機(jī)，CCD攝像頭傳送出VIDEO視頻信號，可被錄像機(jī)錄制。
光學(xué)像通過CCD攝像頭和普通計算機(jī)視頻采集卡(圖像卡)傳送到計算機(jī)。
計算機(jī)可以在顯示屏顯示測量樣品的壓痕形貌，此形貌與計算機(jī)顯示器分辨率可對應(yīng)，形成對應(yīng)關(guān)系，并且通過鼠標(biāo)可以確定屏幕上各點的坐標(biāo)。
計算機(jī)通過軟件可以顯示圖像，根據(jù)試驗要求發(fā)送指令，對試驗結(jié)果進(jìn)行計算、判斷，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析，實驗結(jié)果可以存儲和打印。
本系統(tǒng)視頻采集卡采用普通視頻圖像采集卡，圖像實時顯示的在設(shè)定大小的窗口中，通過軟件可以完成圖像抓取和回放，色彩、亮度、對比度、色飽和度可以由軟件調(diào)節(jié)。
計算機(jī)實施控制如下計算機(jī)控制通過計算機(jī)I/O板輸入、輸出通道完成。選用標(biāo)準(zhǔn)型號24路輸入和24路輸出I/O板，每路通道光隔離。
顯微硬度計在工作時，通過接口發(fā)出一組TTL高電平，通過I/O板的開入信號操作，來判定顯微硬度計工作與否。當(dāng)顯微硬度計在工作時，計算機(jī)通過程序來鎖定步進(jìn)電機(jī)，使樣品臺不能移動，這樣可以有效保護(hù)顯微硬度計的壓頭在壓下時，不會因誤操作而移動樣品臺，致使壓頭損傷。
開入信號是以CPU巡檢方式工作的，其工作線路參見圖5外部信號經(jīng)過R*，R分壓后輸入光耦器，電流通過發(fā)光二極管使三極管導(dǎo)通，通過八D鎖存器讀入計算機(jī)數(shù)據(jù)線。一組開入信號對應(yīng)著一個八D鎖存器，每路開入信號對應(yīng)著一位數(shù)據(jù)線，即CPU從I/O口讀到一個數(shù)據(jù)。CPU通過直接讀取I/O的數(shù)據(jù)，判斷輸入信號的狀態(tài)。
顯微硬度計的操作可以通過計算機(jī)發(fā)出啟動信號，使顯微硬度計開始工作，計算機(jī)通過I/O板的輸出口向外部發(fā)送開出信號，第二路開出信號控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊上的電源控制繼電器。在樣品自動臺停止時，隨時通過固體繼電器斷開驅(qū)動模塊上的主電源。第三路和第四路開出信號分別作為脈沖信號發(fā)送給X-Y兩步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動模塊。本方案中選用42BYG系列步進(jìn)電機(jī)一般采用脈沖頻率500-2000HZ。而MS-4202開關(guān)量I/O接口板各通道數(shù)據(jù)輸入，輸出響應(yīng)在微秒數(shù)量級，即可以通過程序使端口的信號發(fā)送頻率達(dá)到105HZ，經(jīng)過適當(dāng)時間延遲，軟件可以實現(xiàn)500-2000HZ的端口信號發(fā)送頻率。第五路和第六路開出信號分別作為開關(guān)量發(fā)送給X-Y兩步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊正反向控制信號。
MS-4202開關(guān)量I/O接口板，其開出信號為24路，端口電路如圖6計算機(jī)送“0”達(dá)林頓管導(dǎo)通，計算機(jī)送“1”達(dá)林頓管截止。開出信號均帶鎖存。開出信號狀態(tài)均由主機(jī)讀取。主機(jī)對一個地址執(zhí)行一次操作，就送出了一組8路信號。開出信號的狀態(tài)鎖存到下一次的寫操作的執(zhí)行，主機(jī)可以隨時執(zhí)行讀操作，以得到開關(guān)量此時的輸出信號的狀態(tài)。其功能框圖參見圖7。
由計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)1、輸入樣品名稱、樣品編號、試驗載荷和保壓時間原始數(shù)據(jù)。
2、將樣品形貌實時顯示在計算機(jī)屏幕上，并可保存。
3、設(shè)定圖象色彩、亮度、對比度、色飽和度等參數(shù)。
4、設(shè)置樣品臺的移動量并控制樣品臺自動完成移動和定位。
5、在樣品一定范圍內(nèi)均勻試驗若干點，可輸入各試驗點的坐標(biāo)，完成各點的編程自動試驗。
6、通過計算機(jī)屏幕選定樣品試驗區(qū)域，直接控制硬度計開始試驗。
測量時，圖像實時顯示在屏幕上的窗口界面中，圖像的每個像素點都有對應(yīng)的坐標(biāo)位置，壓痕頂點的坐標(biāo)位置可以由光標(biāo)確定，壓痕的對角線長度可以由以下公式算出d＝k·√(x1-x2)2+(y1-y2)2其中d對角線長度k圖像放大系數(shù)(x1，y1)，(x2，y2)對角線頂點坐標(biāo)在輸入初始數(shù)據(jù)后(加載負(fù)荷)，通過測量壓痕對角線長度，程序即可以迅速計算出顯微維氏硬度值。
HV＝1.854F/d2一塊樣品在進(jìn)行顯微維氏硬度測量過程中，通常測試于多點。測量完的數(shù)據(jù)點由計算機(jī)程序自動進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，井在最后數(shù)據(jù)文件中存儲和打印。
權(quán)利要求1.一種由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)，它是由顯微硬度計、樣品自動臺、計算機(jī)視頻采集卡、I/O控制卡和計算機(jī)構(gòu)成，其特征在于顯微硬度計的照相攝像接口上接裝CCD攝像頭，攝像頭的視頻輸出通過視頻信號線接到計算機(jī)視頻采集卡的輸入端口，該視頻采集卡插接在計算機(jī)的PCI插槽上，計算機(jī)控制輸出通過PCI插槽上的I/O卡到用以驅(qū)動樣品自動臺工作的控制箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)，其特征在于所述的CCD攝像頭另一路輸出給錄像機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)，其特征在于所述的樣品自動臺由X-Y兩方向電機(jī)驅(qū)動的上、中層移動金屬臺及下層定位金屬臺構(gòu)成，各金屬臺面間有供兩臺面相互移動的導(dǎo)軌，上與中層臺面間的導(dǎo)軌和中與下層臺面間的導(dǎo)軌設(shè)置方向相互垂直，各臺面之間設(shè)置供回位的彈簧，各臺面?zhèn)让娴倪m當(dāng)位置處設(shè)限位開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)，其特征在于所述的各金屬臺面間的導(dǎo)軌為V型導(dǎo)軌。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計算機(jī)控制精密X-Y移動臺，其特征在于在V型導(dǎo)軌中置有滾珠滑板。
專利摘要本實用新型公開了一種由微機(jī)實時控制的顯微硬度測試系統(tǒng)，它是由顯微硬度計、樣品自動臺、計算機(jī)圖象采集卡、I/O控制卡和計算機(jī)構(gòu)成，在顯微硬度計的照相或攝像接口上接裝CCD攝像頭，攝像頭的視頻輸出通過視頻信號線接到計算機(jī)視頻采集卡的輸入端口，該視頻采集卡插接在計算機(jī)的PCI插槽上，計算機(jī)控制輸出通過PCI插槽上的I/O卡到用以驅(qū)動樣品自動臺工作的控制箱。本系統(tǒng)由于將測試對象的圖像經(jīng)過傳送放大，測試人員更容易看清樣品壓痕的邊界，因而壓痕尺寸測量精度和穩(wěn)定性顯著提高，且由計算機(jī)實施測控，效率提高。
文檔編號G01N3/40GK2591612SQ0229159
公開日2003年12月10日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者孫澤明, 張金波, 王福生 申請人:北京有色金屬研究總院