关于WHBS-3000ZY视觉自动布氏硬度计的技术解析

关于WHBS-3000ZY视觉自动布氏硬度计的技术解析

副标题： 全自动、高精度、非接触测量的材料硬度测试革新者

发布日期： 2024年1月22日
作者： 森德仪器 应用技术部
仪器类别： 检测仪器 / 力学性能测试设备
阅读时间： 约7分钟
关键词： 布氏硬度计、自动硬度计、视觉测量、非接触测量、图像分析、硬度测试、森德仪器

摘要

本文全面解析WHBS-3000ZY视觉自动布氏硬度计的技术原理、创新优势与广泛适用性。该设备不同于传统布氏硬度测量依赖人工目视判读的方式，集成了高精度力值加载系统、高分辨率数字成像系统与智能图像分析算法，实现了压痕自动测量与硬度值的全自动计算。文章将详细阐述其闭环伺服加载控制、边缘智能识别、复杂表面适应性以及大数据管理功能，并展示其在冶金、铸造、汽车、航空航天及质量控制实验室等场景中，如何显著提升硬度测试的准确性、效率与标准化水平。

一、产品概述与核心定位

WHBS-3000ZY视觉自动布氏硬度计代表了布氏硬度测试技术向自动化、智能化发展的前沿成果。其核心定位是为解决传统布氏硬度测试中人为误差大、效率低、重复性差等痛点，提供一套高可靠、高效率、数据可追溯的标准化硬度测试解决方案。

核心设计理念：

• 自动化取代人工： 从加卸荷、物镜切换，到压痕寻找、对角线测量、硬度值计算与报告生成，全过程无人为干预。

• 视觉测量取代目测： 采用高分辨率工业相机和专用光源，结合图像处理算法，精确捕捉压痕边缘，消除人眼疲劳与主观判断带来的误差。

• 智能化提升体验： 集成大尺寸触摸屏与直观软件，预设多种测试规范，支持数据联网与统计过程控制。

二、核心技术特点与性能解析

2.1 高精度、高稳定性的力值加载系统

• 闭环伺服电机控制系统： 采用高精度传感器和伺服电机，实现试验力的闭环精确控制，加载平稳，保载时间准确，力值精度远高于国家标准要求（可达±0.5%）。

• 宽范围力值选择： 覆盖多种布氏硬度试验力标尺（如HBW 10/3000, 5/750, 2.5/187.5等），满足从软金属（如铝、铜合金）到硬质钢材的广泛测试需求。

• 多重安全保护： 具备过载保护、紧急停止、硬件限位等安全机制，保护设备与操作者安全。

2.2 高分辨率视觉测量与智能分析系统

• 高分辨率数字成像系统： 配备高像素工业相机和长工作距、高景深专用物镜，确保压痕图像清晰、边缘锐利，即使对于边缘模糊或表面粗糙的压痕也能精确捕捉。

• 自适应环形光源系统： 提供多角度、可调亮度的LED环形照明，有效抑制反光、阴影，凸显压痕与试样表面的对比度，适应不同颜色、粗糙度的试样表面。

• 智能图像处理算法： 核心算法能自动识别压痕轮廓，精准定位四个边缘点，并自动计算两条垂直对角线的长度，测量重复性佳（通常优于0.5%）。

• 复杂表面适应能力： 算法可有效处理因材料不均匀、表面粗糙或轻微倾斜造成的非理想圆形压痕，确保测量准确性。

2.3 全自动操作与智能软件

• 全自动测试流程： 用户放置好样品并选择程序后，设备自动完成：升降台定位、加载、保载、卸荷、物镜切换、图像采集、分析计算、结果显示与存储。

• 直观的人机交互界面： 大尺寸触摸屏，图形化操作界面，支持中英文切换，引导用户轻松完成测试设置。

• 强大的数据管理功能： 内置海量存储，可按批次、日期、材料等条件查询历史数据；可自动生成包含测试参数、结果、统计信息和压痕图像的标准化报告（PDF/Excel格式）；支持数据导出和联网，便于质量数据集中管理（符合ISO 17025等实验室管理要求）。

• 丰富的预置标准与模式： 预置国际（ISO）、美国（ASTM）、中国（GB）等主流布氏硬度测试标准，并可自定义测试方法。

三、应用场景与解决方案

WHBS-3000ZY适用于所有需要进行布氏硬度测试的行业，特别适合于测试量大、要求高重复性、或材料本身压痕边缘不易目视判读的场景。

3.1 主要应用领域

• 金属材料与冶金行业

• 应用场景： 钢材、铸件、锻件、铝合金、铜合金等原材料及成品件的硬度检验与分级。

• 解决方案： 自动化流程可应对大批量、多样品的快速检验，视觉测量消除对操作者经验的依赖，确保不同班次、不同人员的测试结果一致可比。

• 汽车与零部件制造

• 应用场景： 发动机缸体、曲轴、齿轮、轴承、连接件等关键零部件的硬度质量控制。

• 解决方案： 高精度力控和视觉测量为安全关键部件提供可靠数据；数据可追溯性满足IATF 16949等汽车行业质量管理体系要求。

• 航空航天与装备制造

• 应用场景： 钛合金、高温合金等高性能材料的硬度测试，以及大型结构件（如起落架）的局部硬度检测。

• 解决方案： 设备稳定性高，长期测试数据可靠；可配合大型测试台或移动装置，适应不同尺寸工件。

• 第三方检测与质检机构

• 应用场景： 接受各类委托检测，出具硬度检测报告。

• 解决方案： 全自动过程大限度减少了人为因素对检测结果的影响，保证了检测的公正性；标准化的报告格式和完整的审计追踪功能，满足CNAS/CMA认可要求。

• 高校与科研院所

• 应用场景： 材料热处理工艺研究、新材料开发中的力学性能评价。

• 解决方案： 提供精确、可重复的定量数据，为科研论文和工艺优化提供坚实依据。

3.2 典型案例分析

• 案例：大型铸锻件制造企业的来料与出厂硬度全检

• 挑战： 产品种类多、批量大，传统硬度计测试效率低，依赖熟练技师，不同人员测试结果存在偏差，数据记录繁琐易错。

• 解决方案： 引入WHBS-3000ZY视觉自动布氏硬度计。操作员仅需将试样放置在载物台上，选择对应材料的标准程序，一键启动。设备自动完成所有测试，并将结果（硬度值、压痕直径、测试时间、操作者等）自动保存并生成批次报告。

• 成效： 测试效率提升300%以上；消除了人员间差异，测试重复性显著提高；实现了硬度数据的电子化、无纸化管理，方便质量追溯与统计分析；降低了企业对特定熟练工的依赖。

四、操作、维护与注意事项

4.1 标准操作流程简述

1. 准备： 开启电源，设备自检。制备符合表面平整度、粗糙度要求的试样。

2. 放置样品： 将试样平稳放置于载物台。

3. 选择程序： 在触摸屏上选择或调用预设的测试程序（包括试验力、保载时间、压头类型、材料组等）。

4. 开始测试： 按下启动键，设备自动运行全过程。

5. 查看结果： 测试完成后，屏幕即时显示硬度值、压痕图像及测量数据。数据自动存储。

6. 生成报告： 在软件中勾选所需数据，一键生成并导出测试报告。

4.2 日常维护要点

• 每日： 清洁压头、载物台及镜头外表面；检查设备运行有无异响。

• 每周/每月： 根据使用频率，使用标准硬度块对设备进行期间核查，验证其示值误差和重复性。

• 定期： 按照制造商建议，对力值传感器、光学系统进行专业校准与维护。

• 环境： 保持设备在温度、湿度稳定，无振动、无腐蚀性气体的环境中运行。

4.3 关键注意事项

• 试样制备是关键： 测试表面必须平整、光滑、清洁，无氧化皮、油污等，以确保压痕清晰、测量准确。

• 正确选择试验力： 必须根据试样预期硬度、厚度和测试标准，选择合适的试验力与压头直径组合（F/D²比值），确保压痕满足标准规定的比例要求。

• 定期校准： 为保证测试结果的计量溯源性，必须定期使用有证标准硬度块对设备进行校准。

• 安全操作： 测试过程中，严禁将手或身体任何部位置于压头下方运动区域。

五、附录与参考资料

相关标准

该仪器的设计与测试方法符合以下新国内外标准：

• GB/T 231.1-2022《金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法》：中国新的布氏硬度试验方法国家标准，等同采用ISO 6506-1:2014。

• GB/T 231.2-2022《金属材料 布氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验与校准》：对硬度计自身校准要求的新国标。

• GB/T 231.3-2022《金属材料 布氏硬度试验 第3部分：标准硬度块的标定》：对标准块要求的新国标。

• ISO 6506-1:2023《Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method》：国际标准化组织发布的新布氏硬度试验方法标准。

• ASTM E10-23《Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials》：美国材料与试验协会关于金属材料布氏硬度试验的新标准方法。

六、文章信息

关于广东森德仪器有限公司

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