Наименование ОКР – «Разработка цифрового микротвердомера с автоматическим узлом нагружения».

Шифр – ПМТ-7

Основание для проведения ОКР – Предложение ДП и П, решение совещания по рассмотрению результатов выполнения плана НИОКР 2007 г. и предложений по включению в план НИОКР 2008 г. работ, финансируемых из собственных средств от 01.02.2008, утвержденное генеральным директором 12.02.2008 г.

«Назначение и область применения разрабатываемого изделия»

Микротвердомер предназначен для измерения микротвердости металлов, сплавов, минералов и других материалов методом вдавливания алмазных наконечников с нагрузкой в диапазоне от 1 до 1000 гс. Микротвердомер применяется в лабораториях заводов, научно-исследовательских институтах, учебных заведениях, в металлургической, машиностроительной, строительной, горнодобывающей промышленности, а также в других областях науки и техники. Создание отечественного прибора для измерения микротвердости материала по ГОСТ 9450 вдавливанием алмазных наконечников по методу восстановленного отпечатка с автоматическим узлом нагружения, компьютерной обработкой результатов измерений и управлением работой микротвердомера.

В настоящее время зарубежные аналоги, среди которых следует выделить микротвердомеры фирмы Leica VMHT, VMHT AUTO, японской фирмы Shimadzu HMV-2 и др., выпускаются в виде приборов с ручным, полуавтоматическим (диалоговый режим) и полностью автоматизированным процессом измерений и компьютерной обработкой результатов. В России такие микротвердомеры с дистанционным управлением ПМТ-6 выпускали во второй половине прошлого века для исследования свойств радиоактивных материалов. Разработанные и изготовленные до этого, опытные образцы микротвердомеров ПМТ-5, с автоматизированным узлом нагружения в виду сложности и трудоемкости не получили рекомендации к постановке на серийное производство. Потребность, как простых в эксплуатации и относительно недорогих цифровых микротвердомеров, так и более сложных приборов с расширенными функциональными возможностями остается актуальной.

В большинстве рассмотренных зарубежных аналогах микротвердомеров в отличие от отечественного ПМТ-3М нагружение осуществляется снизу (поднимающийся предметный столик, индентор установлен в револьвере ). Ряд нагрузок нормирован, скорость сближения регулируется в диапазоне 0,025-0,06 мм/с, время выдержки под нагрузкой регулируется от 5 до 99 с.

Очевидным преимуществом данного вида нагружения является использование фокусировочного механизма для подачи исследуемого образца к индентору, за счет чего нет необходимости вводить дополнительный механизм (например, воздушный демпфер подобно используемому в ПМТ-3М), кроме этого в зарубежных аналогах реализована возможность регулировки скорости подачи, контроль нагрузки с помощью тензодатчика и как следствие отказ от использования гирь. С введением указанной ранее схемы микротвердомер становится проще в обращении и как следствие этого открывается возможность практически полной автоматизации прибора (см. микротвердомеры LECO).

Модели начального уровня имеют ручное нагружение, более дорогие автоматическое, кроме этого более дорогие модели оснащены сканирующим столиком, системой автофокуса, ЭВМ и программным обеспечением для автоматизированной обработки результатов измерений. В базовых комплектациях набор инденторов включает в себя: инд. Викерса и Кнупа (для измерения микротвердости по Бриннелю, индентор приобретается отдельно).

Большинство аналогов имеют визуальный канал и видеоканал для регистрации изображения (представляют из себя автоматизированное рабочее место - АРМ), что позволяет производить измерения как с помощью фотоэлетрического окуляра-микрометра, так и с помощью ПК по изображению, получаемому из видеоканала.

Отметим, что зарубежные аналоги в большинстве имеют массу более 35 кг.

Подводя итог, использование способа нижнего нагружения не будет являться чем-то новым на мировом уровне, но послужит хорошим фундаментом для развития данного типа отечественных приборов.

«Описание и обоснование выбранной конструкции»

Конфигурация цифрового микротвердомера.

На рис.1 приведен внешний вид микротвердомера, построенного по принципу АРМ, включающий в себя сам микроскоп с устройством нагружения при перемещении предметного стола, автофокус, телеканал и внешний компьютер, обеспечивающий управление всеми механизмами и блоками микротвердомера. Устройство отображения выполнено в виде монитора. Такое построение системы позволяет реализовать автоматический режим работы микротвердомера.

Рис.1

В состав приборов, представленных на рис.1,2, помимо системы сбора информации (в нашем случае это микроскоп) входит информационно вычислительный комплекс (ИВК), основной функцией которого является как обработка и отображение информации, так и управление работой прибора, его узлов и блоков. В состав ИВК (рис.4) должны входить:

• Телекамера

• ФОМ

• Встроенный компьютер (упрощенный вариант)

• Внешний компьютер

• монитор

• принтер

• программное обеспечение (ПО)

• блок управления (БУ1) с функциями – задание режима работы микротвердомера, подготовка и выдача на экран монитора протокола измерений.

В состав блока управления исполнительными механизмами (БУ2) должны входить:

• электронные блоки управления работой приводов механизма нагружения, фокусировочного механизма, (автофокуса)

В состав механизма нагружения должны входить:

• фокусировочный механизм (тонкая и грубая фокусировка)

• тензометрический датчик нагрузки (например, от весов ВЛЭТ 2100 )

• теймер

• датчик перемещения (возможно достаточно счета импульсов)

• необходимые дополнительные электронные блоки

БУ должен управлять работой привода – механизма нагружения (МН), фокусировочным механизмом (ФМ), измерениями с ФОМ, управление приводом автофокуса, работой осветительного устройства, а также работой тензометрического датчика и датчика перемещения с помощью встроенного компьютера с символьно-цифровым жк-дисплеем либо с помощью внешнего компьютера (далее ПК). Символьно-цифровой дисплей должен отображать информацию о микротвердости исследуемого образца, значения длин диагоналей (мкм), метод по которому проводятся исследования, должен уметь регулировать и отображать скорость сближения (мкм/с), нагрузку (в гр. и Н), время выдержки под нагрузкой (с), метод расчета микровердости (Виккерс, Кнупп, Бринелль).

Рис.4а

Назначение

Определение микротвёрдости с помощью микротвердомера типа ПМТ-3, который обычно используется в заводских и научно-исследовательских лабораториях, имеет ряд неудобств: большое количество операций, необходимых для измерения диагоналей отпечатка, неудобство оптической части прибора для визуального наблюдения. Данное решение значительно упрощает процедуру определения микротвёрдости. Отпечаток получают с помощью нагружающего устройства микротвёрдомера, а все измерения проводятся в среде анализатора изображений