一种硬度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种硬度检测方法，检测时先使用不同硬度的试块通过ＶＢ软件程序进行硬度计工作曲线（即压痕深度－硬度值曲线）的标定及绘制，然后再对待测工件进行检测，通过将检测得到的压痕深度值代入硬度计工作曲线，从而获得待测工件的硬度值。本发明专利技术由于采用了以上技术方案，大幅度地提高了检测精度、稳定性，并能扩大检测范围，在动态状态下得以有效监视设备的整个工作过程，以使硬度计能满足自动化大生产的实际需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬度检测的相关
，尤其用于精度高和检测范围大的硬度计 上，该检测方法是力作用在硬度计传感器上，传感器在标准试块上产生相应的压痕，检测压 痕深度的电信号经模数转换成数字量信号，再对该数字量信号进行非线性转换处理得到压 痕深度值，并通过计算以得到标准试块的硬度值。
技术介绍
在钢铁生产线上所使用的硬度计，是钻杆生产线上在线测量产品硬度值的仪器， 由于硬度值是反映经过热处理等一系列前道工序后管子的一个重要物理参数，直接影响到 抗硫化氢腐蚀管、抗氧化管、高抗毁管等高钢级产品质量，因此硬度检测是一个十分重要的 工序。由于硬度检测技术中压深度和硬度值之间存在的非线性关系，为了要在输出结果中 实观表示硬度值，方便使用，因此以往在硬度设备在数据处理过程中非要采用非线性的电 子元件(象电子管，晶体管三极管，晶体二极管等)进行非线性/线性化不可，除外是无其 它可行办法。但由于硬度计中用于校正曲线形状的非线性/线性补偿校正电路是采用了极 易受温度影响的分列半导器件构成的，因此使得硬度计很难做到高稳定性和比较宽的硬度 检测(工作)范围，不适应自动化大生产，实际使用问题中出现的问题简述于下。1)硬度计上出现的问题由于硬度检测设备中技术指标的常规规定硬度检验是以“点校正”为标准的。因 此在流水生产上硬度计是无法满足实际生产需要的。我们以实际生产中二台典型的硬度计 为例给于解释。钢管厂钻杆生产线上的硬度计主要用于检验钻杆接头和焊缝区域的硬度 值。有HB241-HB340(1HB =公斤力/平方毫米)和HB315-HB345 二种主要硬度检测区间。 对于生产线上的自动硬度计而言这二个检测区间不同于常规硬度计的检测区间，前者的检 测范围过大(101个HB)，硬度设备无法同时顾及二端，而后者由于检测范围过小(仅30个 HB)，对设备的精度要求更高。例如果以硬度计的传统“点精度”士3%计，即仪器在某个“校 正点”上本身理论允许的绝对误差就有士 IOHB个硬度值，如产品的要求控制范围为30HB， 因此就会出现如下结果1. 1)线性工作范围过小如果即使设备的相对误差能控制在士3%之内，那么它的 绝对误差就是士 10HB，而此套设备的硬度检测的工作区间是30个HB。如果把上下限二个 测量区间各自向中间靠拢后，剩下的这套设备的测量值也仅在HB325-HB335之间的一小段 硬度值较为可信，这段区间仅为10个HB。而HB315-HB324和HB336-HB345这上下二段之内 的数据是处于可信度相对较低区域。由于可信区间偏小，对产品的质量控制影响较大。另 外受硬度试块和硬度补偿曲线的影响，设备也无法同时对上下硬度值差距过大的点进行校 正，因为传统硬度计和校正方法是允许采用“点”校正的方法，即是允许硬度计仅对校正点 或者校正点附近的较小区间负责的，由于在设备中没有存储功能和可存储的介质，也就无 法保存上下限校正点上的校正数据值，仅能对一个校正试块点附近的士30HB测试值负责！ 比如要对HB241，HB340 二点的硬度值同时进行检测，若用试块校正了 HB340高点，则低点HB241就“管”不住了，假如在工件中出现了在HB241附近的硬度值，则是要再用HB241硬 度试块进行校正后的测量值才能是有效的，反之亦然。由于在生产流水线上工件中的被检 参数值动态的、随机的，这种检测方式和校正方法的可操作性极差，极不适应工厂中大生产 的要求.如果一旦出现有“疑似超差”的工件时，就要反复用硬度试块进行校正和重新检测 的，实际上这种做法在实际生产中是行不通的，无法在连续生产线上因为发生工件上的硬 度有疑似超差，就要求整条生产线停止作业，而让硬度计来进行校正补偿曲线；1. 2)热稳定性差由于上海地区的大气温度变化很大，设备的工况条件不佳，硬度 计的热稳定性相当差，如在高温天气时，硬度设备则会受到大气温度的影响过大而严重影 响到检验质量，这个情况是经常经常发生的！严重制约了硬度设备的正常工作；1. 3)无数据记录和存储功能没有数据收集和处理系统，不能生成检测报表，不能 保存生产数据，无法对生产数据进行溯源，不能满足客户要求的要求生产厂提供产品硬度 数据的基本要求。2)硬度的测量原理及方法2. 1)布氏硬度计的测量原理是见图1，即在规定的负荷P的作用下，将一定直径 D的钢球压入试样表面，保持一段时间后，然后去除负荷，测量钢球在试样表面上所产生深 度为t、直径d的压痕，根据t或d的值可以计算出凹痕的面积F，把单位面积上所承受的平 均压力P/F的大小表示为布氏硬度值，用HB来表示。其单位为公斤力/平方毫米，硬度与 深度之间的关系曲线如图2所示。布氏硬度定义HB = P/F = P/3iDt (1)压痕深度与直径之间关 硬度值与压痕之间关系 2. 2)硬度值测量方法图3是硬度计硬度测量系统方框图。它大致的工作过程是这样的当由电气控制 的恒力发生装置产生的F = 3000公斤力通过直径10m/m的钢球传递到工件时，会在工件上 压出深度为t的凹痕，由图3中的硬度传感器把深度为t的凹痕信号转换成电信号，经过前 置放大器的放大后，将O…Imm的深度信号变成O…IOV的直流电压，然后送到由晶体二极管 组成的“非线性/线性补偿电路”(见图4)进行补偿、校正后，使其输出的电压值与深度成 一线性关系，最后送到数字表显示出硬度值。3)影响硬度计精度和稳定性的几个主要因素3. 1)补偿曲线的吻合度差公式HB = f(t)是一条倒数曲线。为了能使仪器能补偿工作曲线，使之与理论曲 线相吻合，要采用适当的补偿电路完成此项功能，本例中，由于需要补偿的经过放大处理的 硬度计电信号在0-10伏之间，因此已经无法用单个简单的一二个二极管电路进行补偿了， 于是采用了图4中的“非线性/线性校正”晶体二极管阵列电路来扩大补偿范围，摸拟布氏 理论硬度曲线(见图2)进行补偿。但是即是这样，根据理论和使用结果都证明，这种补偿 方式的线性补偿区间也还是相当窄小，实际有效的补偿范围最多在60HB左右，无法满足生 产中要求有100个HB以上的工作区间，整套仪器的线性工作范围偏小；3. 2)温度漂移严重对于电子仪器，最为让人讨厌的莫过于各类干扰和温度漂移，由于在仪器上大量 采用了半导体原器件作为放大，噪声零位补偿器，和曲线补偿电路，因而带来了极大的温度 漂移，在上图3中“噪声零位补偿器”，晶体管“非线性/线性转换器”由于都是采用的分列 式的晶体管无器件作为补偿电路，受温度的影响都是相当大的。曾用一块HB335的硬度试 块在某一天时间里记录硬度计实际漂移值，测到当硬度计柜内的温度变化8. 9C，在其它条 件不变的时，硬度计的测量值变化了 10. 6HB，已经接近到仪器超差的边缘(整套仪器的允 许误差为士 3 %，在是量程335HB时，有近10个HB的误差)，温度的波动对这种测量方式仪 器的严重影响可见一斑。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该方法解决生产的实际需要，能扩大硬 度检测范围。本专利技术的构思该硬度测量方法，将力作用在硬度计传感器上，传感器在标准试块 上产生相应的压痕，检测压痕深度的电信号经模数转换成数字量信号，再对该数字量信号 进行非线性转换处理得到压痕深度值，并通过计算以得到标准试块的硬度值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬度检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，进行硬度计工作曲线的标定及绘制：加力系统施力于硬度计探头上，硬度计探头在标准试块上产生相应的压痕，硬度计探头检测到压痕深度的电信号经过前置放大器放大后，由工控机采样及模数转换成数字量信号，再对该数字量信号进行非线性转换处理得到压痕深度值；分别对若干个不同硬度的标准试块重复上述步骤，并绘出硬度计工作曲线，即压痕深度－硬度值曲线；步骤二，对待测工件进行检测：加力系统施力于硬度计探头上，硬度计探头在待测工件上产生相应的压痕，硬度计探头检测到压痕深度的电信号经过前置放大器放大后，由工控机采样及模数转换成数字量信号，再对该数字量信号进行非线性转换处理得到压痕深度值，并将该压痕深度值代入硬度计工作曲线，获得待测工件的硬度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴吉华，林培奋，韩莉，王品华，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]