多硬度复合检测方法及便携式硬度计与流程

本发明属于材料硬度检测设备及检测方法，具体涉及多硬度复合检测方法及便携式硬度计。

背景技术：

1、现有技术一的技术方案

2、cn118655028a专利现有集成式硬度检测相关设备，多采用常规硬度笔搭配气缸驱动，人工操作电控阀控制检测，仅能实现单一标尺检测，无数据融合、误差修正及智能识别功能，结构冗余且检测精度依赖成品硬度计，未形成真正的智能检测逻辑，易出现操作误差，实用性和创新性有限。

3、现有技术一的缺点

4、核心创新不足，多为常规机械结构与成品硬度计的拼接，无独创检测逻辑；检测精度依赖成品硬度计本身，无系统的误差修正机制，易出现操作误差；检测功能单一，仅支持单一标尺检测，无法实现多标尺同步检测及数据交叉校验，检测结果可靠性和实用性有限，且智能化程度低，需人工全程干预操作。

5、现有技术二的技术方案

6、专利cn112067427a采用台式多硬度检测设备实现了多标尺同步检测，但采用复杂的机械结构和固定的检测逻辑，通过多组压头和加载机构同时工作，完成不同硬度标尺的检测。

7、现有技术二的缺点

8、设备内置基础的温度补偿逻辑，仅对单一标尺检测结果进行简单线性修正，无动态校准和位置误差修正功能，且设备体积大、重量重，无法实现现场便携式检测。

9、为此，我们提出多硬度复合检测方法及便携式硬度计。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供多硬度复合检测方法及便携式硬度计。

2、本发明的一方面提供多硬度复合检测方法，包括如下步骤：步骤s1：采集待测材料的原始数据，并对所述原始数据进行预处理，获得预处理后的数据；步骤s2：将所述预处理后的数据与材料特性数据库进行比对，以识别待测材料类型及预估硬度范围，并基于所述待测材料类型和所述预估硬度范围，从所述材料特性数据库中匹配最优检测参数组合，并生成复合检测逻辑指令；步骤s3：基于所述复合检测逻辑指令，对所述待测材料进行复合检测，并采集获得位移数据和图像数据；步骤s4：对所述位移数据和所述图像数据进行计算，获得多个不同标尺初始硬度值；并对各所述不同标尺初始硬度值进行异常数据识别剔除处理和多源数据融合处理，获得初步硬度值；步骤s5：对所述初步硬度值和各所述不同标尺初始硬度值进行多级误差自适应修正，以获得综合硬度值和各不同标尺修正硬度值。

3、进一步地，在所述步骤s2中，所述材料特性数据库基于国家标准gb/t 1172-1999、gb/t 230.1-2018及金属材料手册建立，包括多种常用金属材料的硬度范围、弹塑性参数、表面特性和适配检测标尺；还可以利用机器自动学习模式或手动输入标准值的方式向所述材料特性数据库中添加自定义新材料信息。

4、进一步地，在所述步骤s3中，基于所述复合检测逻辑指令，对所述待测材料进行复合检测，并采集获得位移数据和图像数据，步骤具体包括：根据所述复合检测逻辑指令，利用压头切换机构控制复合检测探头切换至相应的压头组合；利用力加载机构向所述待测材料表面施加预设分级试验力，并保压至预设保压时间，同时采用时分复用策略同步采集位移数据和图像数据。

5、更进一步地，所述时分复用策略中，采集时序配置如下：在保压阶段的前10%时间段内，采集位移峰值，在保压阶段的中期80%时间段内，进行图像采集与处理，在保压阶段的后10%时间段内，进行二次位移校验。

6、进一步地，在所述步骤s4中，所述异常数据识别剔除处理的具体步骤包括：采用马氏距离算法计算各所述不同标尺初始硬度值与多标尺历史均值向量的马氏距离，若所述马氏距离大于马氏距离判定阈值，则判定所述不同标尺初始硬度值为异常数据，并将所述异常数据剔除，并触发重新检测。

7、进一步地，在所述步骤s4中，所述多源数据融合处理的具体步骤包括：利用随机森林回归算法将剔除所述异常数据之后的各所述不同标尺初始硬度值进行数据融合，以获得所述初步硬度值。

8、进一步地，在所述步骤s5中，所述多级误差自适应修正包括：振动和抖动误差修正、检测位置误差修正和动态标定修正；其中，所述检测位置误差修正包括：曲面曲率修正和接触角度修正。

9、进一步地，该多硬度复合检测方法还包括：输出最终检测结果，所述最终检测结果包括：各所述不同标尺修正硬度值和所述综合硬度值，并显示多标尺对比曲线、材料硬度均匀性分析结果，并在检测结束后，设备自动复位，等待下一次检测，实现闭环检测。

10、进一步地，在检测过程中，若出现异常工况，则自动触发自适应调整逻辑，所述异常工况包括：加载力波动、压头接触不良和数据采集异常；若所述加载力波动，则暂停检测，控制所述力加载机构执行重新校准操作，并重新向所述待测材料表面施加预设分级试验力；若所述压头接触不良，则控制所述复合检测探头进行位置微调并重新接触所述待测材料表面，并持续调整至达到稳定的良好接触状态；若数据采集异常，则触发数据补全机制以补全缺失数据，若连续两次补全失败，则输出故障提示信息，并记录对应的异常信息。

11、本发明的另一方面提供便携式硬度计，用于实现根据上述任一项所述的多硬度复合检测方法，该便携式硬度计包括：主机壳体、复合检测探头、力加载机构、检测模块、主控单元、显示模块、电源模块、操作模块和存储与传输模块；所述主机壳体为便携式手持结构，集成所述显示模块、所述操作模块和电源接口，所述主机壳体外表面设置防滑橡胶纹路，内部设置防震防抖机构；所述复合检测探头与所述主机壳体螺纹连接，集成多种压头；所述力加载机构用于输出分级试验力，以适配不同硬度标尺的加载需求；所述检测模块集成位移检测单元、图像检测单元和位置传感单元，用于实现多源数据的同步采集；所述主控单元内部集成材料特性数据库、硬度换算数据库、复合检测逻辑算法、误差修正算法和数据融合算法，所述主控单元分别与所述力加载机构、所述检测模块、所述显示模块以及所述存储与传输模块电连接；所述显示模块用于实时显示检测模式信息、参数信息、多标尺硬度检测结果和误差修正过程信息；所述电源模块内置可充电锂电池，且配备所述电源接口用于外接电源对所述便携式硬度计供电；所述操作模块集成按键组件和触摸屏组件，且配置语音播报单元，用于实现人机交互；所述存储与传输模块集成蓝牙或wifi无线传输模块，用于实现检测数据的存储、追溯及传输。

12、本发明的有益效果如下：

13、检测效率大幅提升：采用一次加载多标尺同步检测逻辑，无需多次加载和人工换算，检测耗时大大缩短，兼顾效率与精度；材料-检测逻辑自动匹配，无需人工设置参数，降低对操作人员专业要求，相比传统手动切换模式的便携式硬度计，现场综合检测效率大幅提升；

14、检测精度和可靠性高：设计多级误差自适应修正逻辑，综合考虑温度、振动、曲率、接触角度等多因素影响，搭配多源数据融合和异常剔除算法，远优于现有便携式硬度计；动态标定修正确保设备长期检测精度，无漂移误差；

15、适配性强，应用范围广：支持20种常用金属材料的自动识别和适配，且支持用户扩展数据库，可检测平面、曲面、异形构件，适用于机械制造、冶金、航空航天、管道检测、野外工程等多种场景，一机即可满足现场多样化检测需求；

16、便携性与实用性兼具：轻量化手持结构，内置可充电锂电池，单次充电可连续检测≥600次，具备防水防尘、防震防抖功能，适配无电源、空间狭小、环境恶劣的现场检测；支持数据无线传输、存储和语音播报，操作便捷，无需人工记录；

17、工件损伤小，设备故障率低：一次加载完成多标尺检测，避免多次加载对工件表面的重复损伤；采用闭环反馈控制的力加载机构和步进电机驱动的压头切换机构，运行稳定，故障率低；异常工况自适应调整逻辑，确保检测流程连续，减少人工干预；

18、制造成本可控，易规模化推广：硬件结构采用成熟的微型传感和控制元件，无复杂机械结构，制造成本低；检测逻辑通过主控单元内置算法实现，无需额外增加硬件成本，便于规模化生产和市场推广。