Твердомер Советский патент 1992 года по МПК G01N3/42 

Изобрётение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для ис- мерения твердости, микротвердости и других физико-механических свойств материалов методом внедрения индентора и может быть использовано при определении анизотропии свойств как материала в целом, так и его отдельных структурных составляющих.

Известно устройство для определения микротвердости материалов, содержащее корпус, предметный стол для крепления образца, расположенные напротив него ин- денгор и микроскоп, узел нагружения индентора и механизм перемещения предметного стола.

Устройство обеспечивает возможность внедрения индентора в выбранную точку на

поверхности образца, но не позволяет осуществлять при этом контролируемое изменение ориентации индентора.

Известен твердомер, содержащий корпус, размещенный в нем индентор, установ- ленный напротив него предметный координатный стол, микроскоп, механизм нагружения индентора, механизм поворота индентора вокруг его оси и узел измерения угла поворота инденторз.

Твердомер позволяет производить прицельное внедрение индентора в выбранную точку на поверхности образца и осуществлять контролируемое изменение ориентации индентора относительно осей образца.

Недостатками известного юордомера являются узкие технологические возможности, высокая трудоемкость и не мсокая точ00

vimAjft

ность определения анизотропии свойств ис- следуемого материала, обусловленные трудностью, а порою невозможностью точного ориентирования индентора относительно различных структурных элементов, произвольно расположенных на поверхности образца, например, вдоль границы .зерна,субзерна,какого-то кристаллографического направления и т.д. Твердомер обеспечивает лишь приблизительное первоначальное ориентирование индентора относительно положения заданного структурного элемента. Затем ориентацию индентора необходимо уточнять путем нанесения предварительных отпечатков и коррекции в случае необходимости углового положения индентора, что не всегда возможно, например, при ограниченных размерах исследуемой области.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет точного ориентирования индентора относительно любого структурного элемента на поверхности образца, повышение точности и снижение трудоемкости испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в твердомере, содержащем корпус, размещенный в нем индентор, установленный напротив него предметный координатный стол, микроскоп, механизм нагружения индентора, механизм поворота индентора вокруг его оси и узел измерения угла поворота, связанный с индентором, согласно изобретению окуляр микроскопа установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, а узел измерения угла поворота связан с окуляром микроскопа.

Для дальнейшего повышения точности и снижения трудоемкости определения свойств материалов твердомер снабжен оправкой для размещения в ней окуляра и преобразователем угла поворота оправки в равный ему угол поворота индентора, при этом оправка и окуляр установлены с возможностью совместного или независимого вращения,

На фиг.1 представлена схема твердомера; на фиг.2 - один из вариантов выполнения преобразователя угла поворота оправки в равный ему угол поворота индентора.

Твердомер содержит корпус 1, размещенный в нем индентор 2, например, подвешенный на упругих элементах, механизм 3 поворота индентора вокруг его оси. предметный координатный стол 4 для крепления образца 5, механизм 6 нагружения индентора 2 и окуляра 8 микроскопа 7.

Узел 9 измерения угла поворота индентора 2 и окуляра 8 микроскопа 7 может быть

выполнен, например, в виде двух шкал (на рисунке не показаны), одна из которых установлена на корпусе твердомера с возможностью регистрации угла поворота индентора, а другая - на тубусе микроскопа с возможностью регистрации угла поворота окуляра. Другим из возможных вариантов выполнения узла 9 измерения угла поворота индентора и окуляра микроскопа, обеспечи- 0 вающим большую точность и удобство проведения испытаний, является его выполнение в виде двух электрических датчиков углов поворота (реостатных, емкостных и т.д.) индентора 2 и окуляра 8, 5 электрически связанных с устройством индикации (на рисунке не показаны).

Твердомер может быть снабжен (фиг.2) оправкой 10 для размещения в ней окуляра 8 и преобразователем угла поворота оправ- 0 ки 10 в равный ему угол поворота индентора 2, при этом оправка 10 и окуляр 8 установлены с возможностью совместного или независимого вращения,

Преобразователь угла поворота оправ- 5 ки 10 в равный угол поворота индентора 2 может быть выполнен кинематическим или, например, в виде следящей системы, содержащей датчик 11 угла поворота оправки 8, выход которого через устройство сравнения 0 связан с усилителем 12, последовательно соединенным с блоком 13 управления механизмом 3 поворота индентора 2, а также датчик 14 угла поворота индентора 2, выход которого связан со входом устройства срав- 5 нения.

Твердомер работает следующим образом.

На предметный координатный стол 4 устанавливают образец 5. При помощи ме- 0 ханизма нагружения 6 производят внедрение индентора 2 в образец 5. затем поворачивают предметный координатный стол 4 и перемещают образец 5 под микроскоп 7. По отпечатку индентора настраива- 5 ют микроскоп 7 на точку внедрения индентора 2 и путем поворота вокруг своей оси окуляра 8 микроскопа 7 совмещают перекрестье окуляра 8 с диагоналями отпечатка индентора 2. При помощи узла 9 0 измерения угла поворота определяют первоначальное угловое положение индентора 2 и соответствующее ему угловое положение окуляра 8 микроскопа 7. При проведении испытаний на поверхности образца 5 55 выбирают микрообъект (зону), соответствующий программе испытаний. Выбор микро- объекта для исследований производят путем перемещения образца 5 в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи предметного координатного стола

4 в поле зрения микроскопа 7. Путем поворота вокруг своей оси окуляра 8 микроскопа 7 совмещают один из штрихов перекрестья окуляра 8 с отсчетным направлением микрообъекта (границы зерна, субэерна и т.д.) на поверхности образца 5. относительно которого согласно программе испытаний необходимо произвести ориентацию индентора. При помощи узла 9 измерения угла поворота определяют угловое положение окуляра 8, соответствующее отсчетному направлению исследуемого микрообъекта. Определяют разницу между первоначальным угловым положением индентора 2 и отсчетным направлением исследуемого микрообъекта на поверхности образца 5, с учетом которой производят необходимое ориентирование индентора 2. Изменение углового положения индентора 2 при этом осуществляют при помощи механизма 3 поворота индентора 2 и контролируют посредством узла 9 измерения угла поворота, затем на поверхности образца 5 выбирают точку внедрения индентора, подводят образец под индентор 2 и производят внедрение индентора при его ориентации, требуемой по программе испытаний.

Твердомер, снабженный оправкой для размещения в ней окуляра, и преобразователем угла поворота оправки в равный ему угол поворота инденторз, показанный на фиг.2. работает следующим образом.

В образец 5, закрепленный на предметном координатном столе 4, внедряют индентор 2. Подводят образец 5 под микроскоп 7 и настраивают микроскоп 7 на точку внедрения индентора 2, Путем независимого от оправки 10 поворота вокруг своей оси окуляра 8 совмещают перекре-. стье окуляра с диагоналями отпечатка индентора 2. Выбирают на поверхности образца 5 микрообъект для проведения испытаний. Путем совместного с окуляром 8 поворота оправки 10 ориентируют один из штрихов перекрестья окуляра вдоль отсчет- ного направления исследуемого микрообь- екта (например, границы зерна, субзерна и т.п.), соответствующего программе испытаний. При этом преобразователем угла поворота оправки в равный ему угол поворота индентора производится автоматическая ориентация индентора 2 вдоль отсчетного направления исследуемого микрообъекта, затем в соответствии с требованиями конкретной программы испытаний на поверхности образца 5 выбирают точку внедрения

индентора, подводят образец 5 под индентор 2 и производят внедрение индентора. В случае необходимости изменения ориентации индентора относительно отсчетного на- 5 правления исследуемого микрообъекта такое изменение легко осуществляют путем дополнительного поворота оправки 10 на требуемый угол, величину которого контролируют при помощи узла 9 измерения угла

10 поворота.

Преобразователь угла поворота оправки в равный ему угол поворота индентора, показанный на фиг.2, работает следующим образом.

15 Угол поворота оправки 10 измеряется датчиком 11, сигнал которого сравнивается с сигналом датчика 14 угла поворота индентора 2. Разность сигналов датчиков 11 и 14

0 усиливается усилителем 12 и поступает на вход блока 13 управления механизмом 3 поворота индентора 2. По сигналу блока управления 13 механизм3 осуществляет поворот индентора 2. который прекращается

5 при нулевом рассогласовании углового положения индентора и оправки.

Таким образом предлагаемый твердомер позволяет просто и с высокой точностью производить внедрение индентора в

0 любую точку на исследуемой поверхности образца при любой требуемой ориентации индентора относительно любого микрообъекта на этой поверхности, что значительно расширяет технологические возможности

5 проведения исследований.

Формула изобретения

1.Твердомер, содержащий корпус, размещенный в нем индентор. установленный напротив него предметный координатный

0 стол, микроскоп, механизм нагружения индентора, механизм поворота индентора вокруг его оси и узел измерения угла поворота, связанный с индентором, отличающийся тем, что. с целью расширения

5 точности и снижения трудоемкости, окуляр микроскопа установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, а узел измерения угла поворота связан с окуляром микроскопа.

0

2.Твердомер поп.1,отличающий- с я тем, что он снабжен оправкой для размещения в ней окуляра и преобразователем угла поворота оправки в равный ему угол

5 поворота индентора, а оправка и окуляр установлены с возможностью совместного или независимого вращения.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано, например, при определении анизотропных свойств материалов путем внедрения ин- дентора. Целью изобретения является расширение технологических возможностей, повышение точности и снижение трудоемкости путем удобного и точного ориентирования индентора относительно углового по- ложения любого элемента на поверхности исследуемого образца. Поставленная цель достигается за счет того, что в твердомере с индентором, установленным с возможностью вращения вокруг его оси и снабженным механизмом поворота индентора и. устройством измерения угла поворота, согласно изобретению окуляр микроскопа выполнен с возможностью поворота вокруг его оси и связан с устройством измерения угла поворота. Для повышения точности ориентирования индентора и дальнейшего снижения трудоемкости окуляр устанавливают в оправку с возможностью совместного и независимого вращения, а оправку связывают с механизмом поворота индентора с возможностью преобразования угла поворота оправки в равный угол поворота индентора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Lra

1