一种超声波硬度及布氏硬度的复合硬度检测方法及装置与流程

本发明属于硬度检测设备，具体涉及一种超声波硬度及布氏硬度的复合硬度检测方法及装置。

背景技术：

1、硬度是表征金属材料抵抗局部塑性变形能力的重要力学性能指标，广泛应用于铸造、锻造、热处理、机械加工及产品质量检测等领域。目前工业上常用的硬度检测方法主要分为传统静态压痕法与便携式无损检测法两大类。

2、布氏硬度检测方法作为经典的静态压痕检测方法，试验力稳定、压痕面积大，能够反映材料的平均硬度，对铸铁、铸钢等粗晶材料及粗糙表面工件具有良好的测量稳定性，检测结果可溯源、权威性高，适用于仲裁检测与精确评定。但其缺点也较为明显：检测过程会在工件表面留下明显压痕，属于有损检测，不适用于精密成品件；且传统布氏硬度计多为台式结构，体积大、操作繁琐，难以满足大型工件现场快速检测需求。

3、超声波硬度检测方法基于超声接触阻抗原理，具有压痕微小、检测速度快、便携性好、基本不损伤工件表面等优点，适合成品件、薄壁件及大型工件的现场无损快速筛查。但超声波硬度检测易受材料晶粒度、表面粗糙度、弹性模量等因素影响，在粗晶材料上测量稳定性较差，检测精度低于标准布氏硬度方法，一般仅用于快速初检，难以作为最终判定依据。

4、在实际生产检测中，往往需要同时兼顾现场快速无损筛查与高精度权威评定两种需求。现有技术中，检测人员通常需要分别配备超声波硬度计与布氏硬度计两套设备，不仅携带不便、操作繁琐、检测效率低，而且两套设备数据相互独立，无法实现统一控制与比对校准，难以满足高效、一体化、多场景兼容的硬度检测需求。

5、目前与本发明较为接近的现有技术主要包括以下两类：

6、一类是多功能便携式硬度计，多采用超声波硬度与里氏硬度复合的结构形式。此类设备可实现快速无损检测，便携性较好，但里氏硬度属于动态回弹检测方法，并非标准静态压痕法，其测量精度和结果权威性均低于布氏硬度，无法满足对粗晶材料进行高精度、可仲裁检测的要求。

7、另一类是台式多功能硬度计，可集成布氏、洛氏、维氏等多种静态压痕检测功能，检测精度高、适用范围广。但其整体为台式结构，不具备便携性，无法实现大型工件现场检测；且均采用宏观压痕方式，不具备超声波无损检测能力，不能用于对表面质量要求较高的成品工件检测。

8、综上所述，现有硬度检测技术中，超声波硬度检测与布氏硬度检测各有其不可替代的优势，但也各自存在明显的技术瓶颈：超声波硬度检测速度快、无损便携，但对表面质量敏感且依赖弹性模量校准；布氏硬度检测结果稳定可靠、适用性广，但属于有损检测、效率低且设备笨重。在实际工业检测中，用户往往需要同时兼顾无损性、检测效率与测量准确性，单一检测方法难以满足复杂多变的检测需求。综上，现有技术中缺少一种能够同时集成超声波硬度检测与布氏硬度检测的一体化复合检测装置，难以在同一设备上同时实现快速无损筛查与高精度权威检测，存在功能单一、场景适应性差、使用不便等问题。

9、为此，我们提出一种超声波硬度及布氏硬度的复合硬度检测方法及装置。

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，提供一种超声波硬度及布氏硬度的复合硬度检测方法及装置。

2、本发明的一方面提供超声波硬度及布氏硬度的复合硬度检测方法，包括如下步骤：

3、s1、选择检测模式执行测量操作，所述检测模式包括超声波硬度检测模式、布氏硬度检测模式和复合检测模式；

4、在所述超声波硬度检测模式或所述布氏硬度检测模式下，对目标区域进行测量，得到单一硬度值；在所述复合检测模式下，依次使用超声波硬度检测模式对目标区域进行测量、使用布氏硬度检测模式对目标区域的邻近位置进行测量，分别得到第一硬度值和第二硬度值；

5、s2、将测量结果上传至数据处理单元，通过显示单元输出显示，其中，在所述超声波硬度检测模式或所述布氏硬度检测模式下，所述数据处理单元将所述测量结果直接通过显示单元输出显示；在所述复合检测模式下，所述数据处理单元将所述第一硬度值和所述第二硬度值之间的差值关系与预设阈值范围进行比对，生成表征材料组织均匀性的评估报告，并通过所述显示单元将所述评估报告与所述测量结果一同输出显示。

6、进一步地，在所述超声波硬度检测模式下，测量施加的载荷的范围为1n～100n；在所述布氏硬度检测模式下，测量施加的载荷的范围为500n～30000n。

7、进一步地，所述邻近位置与所述目标区域内测量点的中心间距为0.5mm～2mm。

8、具体地，所述评估报告包括：

9、若所述第一硬度值和所述第二硬度值的差值在预设阈值范围内，生成材料组织均匀的评估结果；

10、若所述第一硬度值高于所述第二硬度值，且所述第一硬度值与所述第二硬度值的差值不在预设阈值范围内，生成材料组织存在局部硬相的评估结果；

11、若所述第一硬度值低于所述第二硬度值，且所述第一硬度值与所述第二硬度值的差值不在预设阈值范围内，生成材料组织存在局部软相的评估结果。

12、具体地，所述复合硬度检测方法还包括如下步骤：

13、在多个点位重复执行所述复合检测模式的测量操作，并通过所述数据处理单元生成相应的所述评估报告，基于各点位的所述评估报告，所述数据处理单元生成硬度分布云图，并通过所述显示单元输出显示。

14、本发明的另一方面提供超声波硬度及布氏硬度的复合硬度检测装置，包括机架本体、工作台、布氏压痕测量单元、数据处理单元和显示单元；所述工作台设置在所述机架本体上；所述布氏压痕测量单元内置在所述机架本体内或与所述机架本体电连接；所述显示单元和所述数据处理单元电连接；

15、超声波硬度检测单元，包括第一加载机构和与所述第一加载机构输出端连接的超声波检测单元主体；

16、布氏硬度检测单元，包括第二加载机构和与所述第二加载机构输出端连接的布氏硬度检测单元主体；

17、切换机构，所述切换机构的固定端与所述机架本体连接，所述切换机构的自由端与所述第一加载机构和所述第二加载机构的固定端连接，用于驱动超声波硬度检测单元、布氏硬度检测单元切换测量工位，并使复合检测模式下两处测量点的中心间距为0.5mm～2mm；

18、测控系统，所述测控系统安装在所述机架本体上，且分别与所述第一加载机构、所述超声波检测单元主体、所述第二加载机构、所述布氏硬度检测单元主体、所述切换机构、所述布氏压痕测量单元和所述数据处理单元电连接。

19、优选地，所述超声波硬度检测单元包括多个可更换式探头或参数可调式探头。

20、优选地，所述布氏硬度检测单元的测量压头包括球体直径为2.5mm、5mm和10mm的硬质合金压头。

21、进一步地，所述切换机构包括直线导轨或旋转台，所述直线导轨或旋转台由驱动组件驱动，实现测量工位的切换。

22、更进一步地，所述测控系统包括微控制器、力传感器、位移传感器和信号采集处理电路，所述微控制器、所述力传感器、所述位移传感器和所述信号采集处理电路均分别与所述第一加载机构、所述超声波检测单元主体、所述第二加载机构、所述布氏硬度检测单元主体、所述切换机构和所述数据处理单元电连接。

23、本发明的有益效果如下：

24、1、本发明通过同时集成超声波硬度检测单元与布氏硬度检测单元，可覆盖10hv～2000hv以及8hbw～650hbw的宽范围硬度检测区间，适配绝大多数金属材料的硬度测试需求，且同时兼顾了超声波检测无损、快速的优势与布氏检测精度高、结果稳定的特点，可满足不同测试场景、不同行业标准的硬度检测要求；

25、2、本发明通过第一加载机构和第二加载机构两个独立的加载机构，分别为超声波检测单元主体与布氏硬度检测单元主体提供符合各自检测标准要求的试验载荷：第一加载机构可输出1n～100n的稳定低载荷，满足超声波硬度检测小压痕、低损伤的检测要求；第二加载机构可输出500n～30000n的大载荷，符合布氏硬度检测的标准试验力要求；且两个独立加载机构互不干扰，无需更换加载模块即可快速切换两种检测模式，在保证两种检测模式各自检测精度的同时，有效提升了检测效率，相较于同一加载机构在极低力和极高力之间切换带来的精度损失和结构复杂性，结构更简单、成本更低、控制更稳定；

26、3、本发明通过切换机构实现两种检测单元的快速工位切换，配合一体化的测控系统与数据处理单元，可在同一套设备上完成两种检测模式的控制、数据采集与分析比对，既可以单独使用超声波模式完成现场快速无损筛查，也可以单独使用布氏模式完成高精度权威仲裁检测，还可以使用复合检测模式完成多点位材料均匀性分析与硬度分布云图生成，一体化程度高、场景适配性强，能够满足不同工业场景下的多样化硬度检测需求，使用符合检测模式时，将两处测量点的中心间距控制在0.5mm～2mm，既避免了前一次测量的压痕对后一次测量结果产生干扰，又保证了两个测量点处于同一材料组织区域，大幅提升了两种检测结果比对分析的准确性，为材料组织均匀性评估提供了可靠的数据支撑；

27、4、本发明通过切换机构、测控系统、数据处理单元和显示单元之间的相互配合，自动完成两个检测单元的测量工位切换，无需人工拆装更换检测部件，大幅提升了检测效率，自动化程度高，有效降低了人工操作带来的误差；

28、5、本发明通过内置或外接布氏压痕测量单元，兼顾台式或立式机型和便携式机型，可根据实际使用需求灵活选择配置方案，无论是实验室环境下的精密仲裁检测，还是户外现场对大型工件的快速检测，均可适配，有效提升了装置的场景适配能力与使用灵活性，克服了传统单一功能硬度计场景适配性差的缺陷，能够更好地满足不同行业、不同场景下的多样化硬度检测需求。