Устройство для измерения микротвердости образцов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ и может быть использовано в минералогии для измерения микротвердости образцов.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 дана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема блока вычислений; на фиг. 3 - блок-схема блока перемещения предметного столика и ин- дентора; на фиг, 4 - временные диаграммы работы устройства.

Известно, что при определении методом статического вдавливания микротвердость образца Н кг/мм2 определяется как отношение испытательной нагрузки Р кг, действующей на индентор, к площади поверхности отпечатка, полученного в результате пластической деформации образца. Авторами установлено, что при использовании в качестве индентора стандартной алмазной квадратичной пирамиды Виккерса с углом при вершине между двумя противоположными гранями в 136° и объектива с ап- пертурой менее 0,72 .лучи света, отраженные от поверхности отпечатка образца, не возвращаются в объектив и, следовательно, световой поток, попадающий в фотоэлектронный умножитель, уменьшается по сравнению с потоком от участка объекта без отпечатка. При этом микротвердость образца определяется по формуле:

ё

00 О CJ 00

о

00

1-1 1,18

L2P

D(1 - b/a)

где а и Ь- амплитуды сигналов. В, на выходе усилителя при фотометрировании участка образца без отпечатка и с отпечатком соответственно;

L - увеличение объектива;

D - диаметр диафрагмы, мм.

Устройство для измерения микротвердости образцов содержит лампу осветителя 1, расположенные на одной оптической оси

предметный столик 2 для размещения на нем исследуемого образца 3, объектив 4, полупрозрачную пластину 5, установленную под углом к оптической оси и обеспечивающую направление света от лампы осветителя 1 по оптической оси к образцу 3, вторую полупрозрачную пластину 6, расположенную под тем же углом к оптической оси, что и полупрозрачная пластина 5, окулярный микрометр 7 и регистратор 8, индентор 9, блок управления 10 и блок перемещения 11 предметного столика и индентора, вход которого соединен с выходом блока управления 10, а механические ;вых.оды - с индентором 9 и предметным столиком 2; расположенные на оси луча, отраженного от второй полупрозрачной пластины 6, диафрагму 12 и фотоэлектронный умножитель 13, и соединенные последовательно усилитель 14,вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя 13, блок вычислений 15, первый управляющий вход которого соединен с выходом блока управления 10, а второй - с электрическим выходом блока перемещения 11 предметного столика и индентора, и индикатор 16. Блок вычислений 15 содержит управляемые ключи 17 и 18,

входы которых объединены и являются входом блока вычислений 15, а управляющие входы которых являются управляющими входами блока вычислений 15, блок буферной памяти 19, блоки деления 20 и 21, умно- жители 22, 23/24, блоки возведения в квадрат 25 и 26, блоки памяти 27 и 28, пере- программируемые блоки памяти 29, 30, 31, инвертор 32 и сумматор 33. Вход блока буферной памяти 19 подключен к выходу уп- равляемого ключа 17, а выход - к входу делителя блока деления 20, вход делимого которого соединен с выходом управляемого ключа 18, а выход через инвертор 32 связан с первым входом сумматора 33. Второй вход сумматора 33 соединен с блоком памяти 27. Перепрограммируемый блок памяти 29 через блок возведения в квадрат 26 соединен с первым входом умножителя 22, другим входом который соединен с. выходом сумматора 33. Выход умножителя 22 связан с входом делителя блока деления 21. Перепрограммируемый блок памяти 30 через блок возведения в квадрат 25 соединен с первым входом умножителя 24, другим входом который соединен с перепрограммируемым блоком памяти 31. Входы умножителя 23 подключены к выходу . умножителя 24 и блоку памяти 28, а выход - соединен с входом делимого блока деления 21, выход которого является выходом блока

вычислений 15. Блок перемещения 11 предметного столика 2 и индектора 9 содержит тактовый генератор 34, последовательно соединенные формирователи импульсов 35,

36, 37 и 38, элементы И 39, 40 и 41, инвертор 42, сумматор 43, шаговый двигатель 44 индентора 9 и шаговый двигатель 45 предметного столика 2, валы которых являются соответственно первым и вторым механическими выходами блока перемещения 11 и связаны с индентором 9 и предметным столиком 2. Первые входы элементов И 39,40 и 41 объединены и подключены к тактовому генератору 34, а вторые их входы соединены

с выходами формирователей импульсов 35, 36 и 37 соответственно. Выход элемента И 41 через инвертор 42 подключен к первому входу сумматора 43, второй вход которого соединен с выходом элемента И 39, а выход

- подключен к шаговому двигателю 45 предметного столика 2. Выход элемента И 40 соединен с шаговым двигателем 44 индентора 9, вход формирователя импульсов 35 является входом блока перемещения 11

предметного столика 2 и индентора 9, выхо- дом которого является выход формирователя импульсов 38.

Введение второй полупрозрачной пластины 6 позволяет разделить луч света на

два луча, один из которых попадает в новый регистрационный канал, содержащий диафрагму 12, фотоэлектронный умножитель 13, усилитель 14, блок вычисления 15 и индикатор 16 и позволяющий фотометрическим

способом измерять размер отпечатка на поверхности исследуемого образца от действия индентора.

0

5

0

5

Устройство работает следующим образом.

После установки исследуемого образца 3 на предметный столик 2 включают блоки 1, 10, 11, 13-45 и в перепрограммируемые блоки памяти 29,30 и 31 заносят следующие величины; в блок 29- диаметр D диафрагмы 12, в блок 30 - увеличение L объектива 4 и в блок 31 - испытательную нагрузку Р на ин- денторе 9. После включения указанных блоков луч света от лампы осветителя 1, отразившись от полупрозрачной пластины 5, через объектив 4 попадает на образец 3, отразившись от которого, проходит объектив 4, полупрозрачную пластину 5 и разлагается полупрозрачной пластиной 6 на два луча таким образом, что первый луч попадает в окулярный микрометр 7 и регистратор 8 для визуального наблюдения образца 3, а второй - проходит диафрагму 12 и попадает в фотоэлектронный умножитель 13. Диаф- рагма, 12 ограничивает диаметр фотометрируемого участка образца 3. С выхода фотоэлектронного умножителя 13 электрический сигнал, пропорциональный отраженному от образца 3 потоку света, после усиления в усилителе 14 поступает на вход блока вычислений 15. Тактовый генератор 34 вырабатывает последовательность импульсов (фиг. 4а). В момент поступления из блока управления 10 стартового импульса (фиг. 46) управляемый электронный ключ 17 замыкается и сигнал с амплитудой а, пропорциональной световому потоку, отраженному от Образца 3 без отпечатка, поступает в блок буферной памяти 19 и далее на вход делителя блока деления 20. По заднему фронту стартового импульса формирователь импульсов 35 вырабатывает импульс (фиг. 4в), поступающий на первый вход элемента И 39, на второй вход которого поступают импульсы с тактового генератора 34. С выхода Элемента И 39 импульсы (фиг. 4г) подаются на первый вход сумматора 43 и далее на Шаговый двигатель 45 предметного столика 2l (фиг. 4к), вал которого механически связан с предметным столиком 2 и осуществляет Движение его таким образом, что фотомет- р ируемый участок образца 3 перемещается Под индектор 9. По заднему фронту выходного импульса формирователя импульсов 35 формирователь импульсов 36 вырабатывает импульс (фиг.4д), поступающий на первый вход элемента И 40, на второй вход которого поступают импульсы с тактового генератора 34. С выхода элемента И 40 импульсы (фиг, 4е) поступают на шаговый двигатель 44 индентора 9, вал которого механически связан с индентором 9 таким образом, что при вращении шагового двигателя 44 индентор 9 опускается на образец 3, а затем поднимается, оставляя на образце 3 отпечаток. По заднему фронту выходного импульса формирователя импульсов 36 формирователь импульсов 37 вырабатывает импульс (фиг. 4ж), поступающий на первый вход элемента И 41, на второй вход которого поступают импульсы с тактового генератора 34. С выхода элемента И 41 импульсы (фиг. 4з) через инвертор 42 (фиг. 4и) попадают на второй вход сумматора 43 и далее на шаговый двигатель 45 предметного столика 2 (фиг. 4к), и происходит обратное движение предметного столика 2 таким образом, что участок образца 3 с отпечатком оказывается под объективом 4 в фотометрируемой области. Пб заднему фронту выходного импульса формирователя импульсов 37 формирователь импульсов 38 вырабатывает импульс (фиг. 4л), поступающий на второй управляющий вход блока вычислений 15. При этом управляемый электронный ключ

18 замыкается и сигнал с амплитудой Ь. пропорциональной световому потоку, отраженному от образца 3 с отпечатком поступает на вход делимого блока деления 20. С выхо5 да блока деления 20 сигнал с амплитудой b/а через инвертор 32 поступает на первый вход сумматора 33, на второй вход которого поступает сигнал с амплитудой, равной 1, из блока памяти 27. С выхода сумматора 33

0 сигнал с амплитудой 1 - b/а подается на первый вход умножителя 22. С выхода перепрограммируемого блока памяти 29 сигнал с амплитудой D через блок возведения в квадрат 26 подается на второй вход умножи5 теля 22, с выхода которого поступает на вход делителя блока деления 21. С выхода перепрограммируемого блока памяти 30 сигнал с амплитудой L через блок возведения в квадрат 25 подается на вход умножи0 теля 24, на другой вход которого с выхода перепрограммируемого блока памяти 31 поступает сигнал с амплитудой Р. С выхода умножителя 24 сигнал с амплитудой L2P подается на вход умножителя 23, на другой

5 вход которого с выхода блока памяти 28 поступает сигнал с амплитудой 1, 18. С выхода умножителя 23 сигнал с амплитудой 1.18L Р подается на вход делимого блока деления 21, с выхода которого сигнал с ам0 плитудой 1,18 L2P/(D2(1 - b/a)), численно равной микротвердости образца 3, поступает на индикатор 16 и отображается на нем в удобном для оператора виде.

Изобретение позволяет повысить точ5 ность измерения микротвердости образца, автоматизировать процесс измерений и увеличить производительность.

40

Формула изобретения

1. Устройство для измерения микротвердости образцов, содерж ащее лампу осветителя, расположенные на одной . оптической оси предметный столик для

5 размещения на нем исследуемого образца, объектив, полупрозрачную пластину, установленную под углом к оптической оси и обеспечивающую направление света от лампы осветителя по оптической оси к об0 разцу, окулярный микрометр и регистратор, индентор, блок управления и блок перемещения предметного столика и индентора, вход которого соединен с выходом блока управления, а механические выходы - с ин5 дентором и предметным столиком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено второй полупрозрачной пластиной, расположенной на опти-. ческой оси под тем же углом к ней, что и первая, расположенными на оси луча, отраженного от второй полупрозрачной пластины, диафрагмой и фотоэлектронным умножителем и соединенными последовательно усилителем, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, блоком вычислений, первый управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а второй - с электрическим выходом блока перемещения предметного столика и индентора, и индикатором.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок вычислений выполнен в .виде первого и второго управляемых ключей, входы которых объединены и являются входом блока вычислений, а управляющие входы которых являются соответственно первым и вторым управляющими входами блока вычислений, блока буферной памяти, первого и второго блоков деления, первого, второго и третьего умножителей, первого и второго блоков возведения в квадрат, первого и второго блоков памяти, первого, второго и третьего перепрограммируемых блоков памяти, инвертора и сумматора, причем вход блока буферной памяти подключен к выходу первого управляемого ключа, а выход - к входу делителя первого блока деления, вход делимого которого соединен с. выходом второго управляемого ключа, а выход через инвертор связан с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с первым блоком памяти, первый пере- программируемый блок памяти через первый блок возведения в квадрат соединен с первым входом первого умножителя, другим входом который соединен с выходом сумматора, выход первого умножителя связан с входом делителя второго блока деления, второй перепрограммируемый блок

памяти через второй блок возведения в квадрат соединен с первым входом третьего умножителя, другим входом который соединен с третьим перепрограммируемым блоком памяти, входы второго умножителя подключены к выходу третьего умножителя и к второму блоку памяти, а выход соединен с входом делимого второго блока деления, выход которого является выходом блока вы-числений.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а го щ е е- с я тем, что блок перемещения предметного столика и индентора выполнен в виде тактового генератора, первого, второго, третьего

и четвертого последовательно соединенных, формирователей импульсов, первого, второго и третьего элементов И, инвертора, сумматора, шаговых двигателей индентора и предметного столика, валы которых являются первым и вторым механическими выходами блока перемещения предметного столика и индентора, причем первые входы первого, второго и третьего элементов 1/1 объединены и подключены к тактовому генератору, а вторые их входы соединены с выходами первого, второго и третьего формирователей импульсов соответственно, выход третьего элемента И через инвертор подключен к первому входу сумматора, вторым входом который соединен с выходом первого элемента И, а выходом подключен к шаговому двигателю предметного столика, выход второго элемента И соединен с шаговым двигателем индентора, вход первого .формирователя импульсов является входом блока перемещения предметного столика и индентора, а электрическим выходом является выход четвертого формирователя импульсов.

13

г

it

Изобретение относится к испытанию материалов и может использоваться при определении твердости. Устройство позволяет использовать фотометрический способ измерения размера отпечатка. В устройстве луч света от лампы через объектив попадает на образец , отражается от него, проходит через объектив и полупрозрачную пластину и разлагается на два луча. Один луч попадает в окулярный микроскоп и регистратор для визуального наблюдения, а второй проходит в фотоэлектронный умножитель. Пройдя через ряд электронных блоков, сигнал поступает на индикатор и отражается на нем в удобном виде. 2 з.п. ф-лы, 4 ил,

фивЛ

Фиг.2.