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新型维氏显微硬度测量系统设计

时间:2019-01-06 13:07:05 来源: 杏彩 作者:匿名


介绍

显微硬度测量系统的主要功能是测量工件的显微硬度参数。它广泛应用于科研和生产的各个方面,并已广泛应用于机械制造,冶金,建材,化工等行业[1]。维氏显微硬度测量系统是一种广泛使用的硬度测量系统。通过使用小负载并通过显微镜观察压痕来计算测试材料的维氏显微硬度,特别是对于小而细的压痕。材料样品,以及氮化,渗碳,喷涂样品和各种涂层的表面维氏硬度测试[2]。维氏显微硬度不受试验力的影响。对于均质材料,在不同载荷下测量的维氏显微硬度值基本相同。因此,微维氏硬度测试在材料科学研究领域和机械和电子工业中零件产品的质量控制方面具有广泛的应用。

维氏硬度试验方法使用面角为136°的金刚石金字塔作为压头。在一定的静载荷下,按压金属样品的表面,经过一段时间后,除去负荷,测量回收的负荷。相应地计算压痕对角线的长度和压痕凹印区域,并获得每单位面积的负荷的大小,即维氏硬度值。维氏硬度值HV=0.1891×F/D2。

F:试验力,单位N.

D:压痕对角线长度D1和D2的算术平均值,单位为mm。

目前,大多数维氏显微硬度测量系统采用手动手动操作,操作过程繁琐复杂,测量效率低,需要在视觉上观察显微镜中压痕的对角线长度。测试工作效率低,误差大,测量结果稳定,重复性不高。因此,系统的设计采用现有的数字图像采集和处理技术,简化了维氏显微硬度测量系统的运行过程,提高了工作效率,测量精度和稳定性。

1系统结构设计

该系统主要由微控制器系统,CCD摄像头,USB图像采集卡,计算机和测量软件组成。系统框图如图1所示。

1.1微控制器系统

微控制器系统主要由微控制器[3],液晶显示器,键盘,冷光源,光栅编码器,负载编码器,压力电机,塔式电机,电机,掉电记忆,实时时钟,串口通讯控制组成。该设备的结构如图2所示。本系统采用华邦W78E365单片机作为核心控制部分,数据总线缓冲芯片采用三态锁存器74HC573;液晶显示器采用128×64 LCD的分辨率,型号为

HG1286402C-YF62L,全英文菜单式图形界面,键盘采用中断模式输入,操作过程简单方便;冷光源由PWM信号控制,由FET驱动,亮度可调;光栅编码器将实际位移转换为脉冲信号输出正交信号由D触发器CD4013分离,用于正向和反向脉冲信号,并由微控制器的计数器端口计数;负载编码器由微控制器端口直接解码,以获得负载大小;压力马达是交流马达。晶闸管驱动用于通过压头实现工件的装载和卸载,并根据设定的时间保持负载;塔式电机采用步进电机[4],驱动芯片为ULN2004,实现了物镜与压头之间的切换;电机使用两个步进电机分别控制X轴和Y轴的位移,改变工件相对于物镜和压头的位置;存储芯片采用I2C接口的AT24C16,具有省电功能,确保系统参数和测量结果不会丢失;实时时钟芯片采用DS1302,带备用电池供电,可在系统掉电时继续运行;串行通讯控制器采用RS-232接口芯片MAX232,实现计算机的实时通讯。

1.2单片机和计算机接口

维氏显微硬度测量系统的计算机软件通过RS-232接口向微控制器系统发送控制命令,并接收微控制器系统发送的状态数据。串行通信的具体参数为:波特率115200bps,1个起始位,8个数据位,奇校验,1个停止位,串行数据帧的结构如图3所示。

1.3图像采集

CCD摄像机捕获摄像机通道中的显微图像[5],并以模拟信号的形式将其传输到USB图像采集卡。 USB图像采集卡将CCD摄像机捕获的图像数字化为计算机可识别的数字信号,通过USB接口将其传输到计算机,并在测量软件中显示视频和图像。USB图像采集卡采用PHILIPS芯片,支持PAL/NTSC/SECAM视频解码器,具有自动调整,自适应24线梳状滤波器,可将各种标准模拟信号解码为符合CCIR601/CCIR656标准的YUV 4: 2:数字电视信号2格式。图像采集卡支持单通道AV和一个S终端视频输入,USB 2.0高速接口输出,支持热插拔,捕获高质量动态和静态图像,分辨率高达768×576。

2单片机编程

2.1主程序

微控制器程序使用Keil C51语言开发。主程序流程图如图4所示。系统首先初始化硬件系统,包括冷光源,步进电机,实时时钟等,打开键盘和串口中断,然后进入主循环。 ,不断刷新LCD显示,查询和发送系统状态。

2.2串口中断处理程序

串口中断处理程序的流程图如图5所示。进入串口中断后,微控制器首先保护站点并将字段数据压入堆栈。如果是接收中断,则微控制器以字节为单位接收数据直到接收完成,然后执行相应的指令处理,最后恢复场景并从中断返回;如果是传输中断,则数据包以字节为单位发送,直到传输完成,最后同样是弹出的字段数据,返回主程序。

3计算机软件设计

计算机软件是用Visual Basic语言编写的[6]。界面主要由图像采集测量区,微控制器系统监控区,数据显示区和报表生成区组成,如图6所示。

3.1图像采集测量模块

图像采集测量模块从USB图像采集卡收集捕获的图像并处理数字显微图像。处理步骤包括:图像缩放,图像拖动,边缘定位,对角线测距,硬度值计算,报告生成等[7]。在缩放图像并拖动标尺之后,可以测量压痕的对角线之间的距离。根据维氏显微硬度值的计算公式,从压痕对角线的距离自动计算工件的维氏显微硬度值。并根据需要转换为各种硬度系统。最后,生成全部或部分测量的维氏显微硬度值以生成所需的报告。3.2微控制器系统监控模块

微控制器系统监控模块通过RS-232接口与微控制器系统通信[8],并向微控制器系统发送指令。命令内容主要包括物镜切换,光学亮度调整,负载保持时间设置和电站移动定位。 ,负载控制,零点设置,压痕定位等,同时监控微控制器系统的状态,包括当前亮度,负载时间,负载大小,电动站超限状态。

4实验应用和实验结果分析

系统在HXS-1000系列显微硬度测量平台上进行测试和运行,稳定性好。 HXS-1000系列显微硬度计可用于测量金属,合金表层和金属内部结构的显微硬度;测量其他方法无法使用的小零件,薄零件,脆性硬件和相夹杂物,电镀等。硬度;多点测量,用于在精细距离或深度测试中精确定位并分析表面处理后的硬化层(渗氮层,渗碳层等)。实践证明,该系统简化了硬度测量的操作,大大缩短了测量时间。表1显示了通过测量系统的750±50HV1块获得的实验结果。负载为1 kg,负载保持时间为5μs。

可以看出,整个维氏显微硬度测量系统测量效率高,误差小,精度高。

5结论

本文设计了一种基于单片机系统,CCD图像采集和计算机软件处理技术的新型维氏显微硬度测量系统。实践证明,该测量系统简化了维氏显微硬度测量的操作过程,大大提高了维氏显微硬度测量的效率,提高了测量结果的准确性,稳定性和可重复性。

摘录自:中国传感器交易网络

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