CN102998193B - 硬度计和硬度测试方法 - Google Patents
硬度计和硬度测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102998193B CN102998193B CN201210203232.8A CN201210203232A CN102998193B CN 102998193 B CN102998193 B CN 102998193B CN 201210203232 A CN201210203232 A CN 201210203232A CN 102998193 B CN102998193 B CN 102998193B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impression
- summit
- sample
- view data
- hardness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010998 test method Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 69
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 57
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 46
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 37
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 27
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 8
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 208000010727 head pressing Diseases 0.000 description 3
- 241000662429 Fenerbahce Species 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
- G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0076—Hardness, compressibility or resistance to crushing
- G01N2203/0078—Hardness, compressibility or resistance to crushing using indentation
- G01N2203/0082—Indentation characteristics measured during load
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/0202—Control of the test
- G01N2203/0206—Means for supplying or positioning specimens or exchangeable parts of the machine such as indenters...
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
- G01N2203/0647—Image analysis
Landscapes
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Tires In General (AREA)
Abstract
本发明提供一种硬度计和硬度测试方法。硬度计包括：摄像控制部，用于控制摄像部并且通过使摄像部拍摄试样的表面来获得试样表面的图像数据；压痕区域提取部，用于对图像数据进行二值化，对二值化图像数据应用缩减/扩展处理，对缩减/扩展处理后的图像数据应用距离转换处理，并且使用距离转换后的图像数据来提取与压头的外形相对应的封闭区域；压痕顶点提取部，用于基于封闭区域的轮廓来估计压痕测量用顶点，并且基于所估计出的顶点在二值化图像数据中提取满足预定条件的点作为压痕测量用顶点；硬度计算部，用于基于压痕测量用顶点来计算试样的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬度计和硬度测试方法。
背景技术
众所周知，在压痕硬度测试方法中，将在平面上的投影形状为多边形的压头压入要测试的材料的表面，并且根据材料上形成的多边形压痕的对角线长度来计算材料的硬度。该测试方法常用于评价金属材料的机械特性。
众所周知，Vickers硬度测试方法使用金刚石制成的正四棱锥形状的压头。利用正四棱锥在试样表面上形成的压痕的两条对角线长度的平均长度与用于将压头压入试样的载荷之间的关系来计算材料试样的硬度。Knoop硬度测试方法使用金刚石制成的矩形四棱锥形状的压头。利用四棱锥在试样表面上形成的压痕的较长的对角线长度与用于将压头压入试样的载荷之间的关系来计算材料试样的硬度。
公开了使用电脑的图像处理技术的用于该测试方法的硬度计(例如，日本特开平7-218410A)。日本特开平7-218410A中的方法利用连接到计算机的诸如CCD照相机等的摄像部件来拍摄通过将压头压入试样的表面而在该表面上形成的压痕的图像，通过对所拍摄的图像数据应用二值化处理等来提取表示压痕的各边的边界(点系列数据)或者压痕的角部，并且根据所提取的边界或者角部的坐标值来计算硬度。
还公开了这样的技术：在形成压痕之前通过CCD照相机拍摄试样的表面的初始图像数据，在形成压痕之后通过CCD照相机拍摄该表面的压痕图像数据，计算初始图像数据与压痕图像数据之间的差分图像数据，通过确定压痕的角部的坐标值来计算对角线长度，并且基于对角线长度以及压力载荷来计算试样硬度(例如，日本特开平9-210893A)。
日本专利3071956公开了以下步骤以确定Vickers硬度。通过TV照相机对在试样表面上形成的压痕进行摄像，并且以多值灰度的形式对压痕图像进行数字化。通过对多值数字图像检测最佳阈值来形成二值(两值)图像，并且对二值图像进行二维降噪。之后确定图像中的压痕的四条边的粗略位置，并且根据粗略位置来检测压痕的边界点。确定边界点的四条多维回归曲线，并且估计这四条回归曲线的交点作为压痕的顶点。通过基于坐标位置而确定四个顶点的交叉的两条对角线的长度来计算压痕面积。可以根据压痕面积以及压头的按压载荷来计算Vickers硬度。
然而，存在如下的问题：由于在近似的四条多维曲线中估计压痕的四条边并且将这些曲线的交点估计作为压痕的顶点，因而以上传统技术可能产生可靠性低的结果。因此，确定顶点的位置的精度主要依赖于降噪的质量。此外，传统技术不是估计压痕区域本身而是基于边缘(边界)部或者顶点部来计算，因此在结果中可能包括误差，并且其可能引起可靠性更低的结果。
根据上述的传统技术，预测图像中压痕的位置和形状。因此，在存在与压痕区域的轮廓平行的划痕的情况下，可能引起误识别，造成不精确的测试结果。此外，在传统技术的处理中假定在所拍摄的图像中只存在一个压痕。因此，该技术不能够应用于包含多个测试试样的图像。
发明内容
本发明的目的在于提供可以提高测试结果的可靠性并且可以应用于包括多个试样的测试的硬度计以及硬度测试方法。
根据本发明的第一方面，提供一种硬度计，用于通过测量以预定的测试载荷按压压头而在放置于试样台上的试样的表面上所形成的压痕的大小来确定所述试样的硬度，所述硬度计包括：摄像控制部，用于通过控制摄像部并且使所述摄像部拍摄所述试样的表面的图像，来获得所述试样的表面的图像数据；压痕区域提取部，用于基于所述摄像控制部所获得的图像数据，来提取在所述试样的表面上所形成的压痕区域；压痕顶点提取部，用于基于所述压痕区域提取部所提取出的压痕区域，来提取压痕测量用顶点以测量所述压痕的大小；以及硬度计算部，用于基于所述压痕顶点提取部所提取出的压痕测量用顶点来计算所述试样的硬度，其中，所述压痕区域提取部对所述试样的表面的图像数据进行二值化，对二值化后的图像数据应用缩减处理和扩展处理，对缩减/扩展处理后的图像数据应用距离转换处理，并且使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的外形相对应的封闭区域，以及所述压痕顶点提取部基于所述压痕区域提取部所提取出的封闭区域的轮廓来估计所述压痕测量用顶点，并且基于所估计出的顶点在所述二值化后的图像数据中提取满足预定条件的点作为所述压痕测量用顶点。
优选所述压头具有平面形状为矩形的外形，以及所述压痕顶点提取部件修正所述压痕区域提取部所提取出的封闭区域的轮廓从而使得该轮廓为直线的组合，在修正后的轮廓中提取方向改变的点，基于所提取出的点来确定四个顶点的初始位置，将连接所确定的初始位置的四条轮廓线近似作为四条分配直线，并且估计所近似出的四条分配直线的交点作为所述压痕测量用顶点。
优选所述压痕顶点提取部利用在由所述压痕区域提取部所二值化后的图像数据的封闭区域的轮廓上的点线中满足所述预定条件的点，来替换所估计出的所述压痕测量用顶点。
优选硬度测试器还包括显示控制部，其能够控制显示，以显示所述硬度计算部所计算出的所述试样的硬度。
根据本发明的第二方面，提供一种使用硬度计进行的硬度测试方法，所述硬度计用于通过测量以预定的测试载荷按压压头而在放置于试样台上的试样的表面上所形成的压痕的大小来确定所述试样的硬度，所述硬度测试方法包括：摄像控制步骤，用于控制摄像部，以拍摄所述试样的表面的图像从而获得所述试样的表面的图像数据；压痕区域提取步骤，用于基于经由所述摄像控制步骤所获得的图像数据，来提取在所述试样的表面上形成的压痕区域；压痕顶点提取步骤，用于基于经由所述压痕区域提取步骤所提取出的压痕区域，来提取压痕测量用顶点以测量所述压痕的大小；以及硬度计算步骤，用于基于经由所述压痕顶点提取步骤所提取出的压痕测量用顶点来计算所述试样的硬度，其中，所述压痕区域提取步骤对所述试样的表面的图像数据进行二值化，对二值化后的图像数据应用缩减处理和扩展处理，对缩减/扩展处理后的图像数据应用距离转换处理，并且使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的外形相对应的封闭区域，以及所述压痕顶点提取步骤基于经由所述压痕区域提取步骤所提取出的封闭区域的轮廓来估计所述压痕测量用顶点，并且基于所估计出的顶点在所述二值化后的图像数据中提取满足预定条件的点作为所述压痕测量用顶点。
根据本发明，当提取压痕测量用顶点时，特别使用在进行用于降噪的缩减和扩展处理之前的二值化图像数据。由于可以在不依赖于降噪的精度的情况下提取顶点，因此可以获得更加可靠的结果。由于可以估计整个压痕区域而不是选择压痕区域的诸如边缘部、顶点部等的局部，可以减小测试结果中包含的误差，因此可以增加可靠性。由于可以根据压头形状提取封闭区域，并且可以在不依赖于图像中的压痕区域的形状的情况下提取区域，因此即使当试样的表面上存在与压痕区域的边线平行的划痕时，也可以防止误识别并且可以进行精确的测试。此外，由于可以从一个图像数据中提取多个封闭区域，该方法可以应用于包括多个试样的测试。
附图说明
根据以下给出的详细说明和附图，将更加全面地理解本发明，其中说明和附图仅以示意的方式给出，因此不用来限定本发明，其中，
图1是示出根据本发明的典型实施例的硬度计的整体结构的透视图，
图2示出根据典型实施例的硬度计的主体，
图3示出根据典型实施例的硬度计的硬度测量部，
图4是根据典型实施例的硬度计的控制框图，
图5是根据典型实施例的硬度计在压入之后的操作的流程图，
图6是根据典型实施例的硬度计的压痕区域提取步骤的流程图，
图7是根据典型实施例的硬度计的压痕顶点提取步骤的流程图，以及
图8示出如何校正顶点的初始位置的例子。
具体实施方式
以下将参考附图说明本发明的典型实施例。在以下说明中，假定图1中的X轴为左右方向，假定Y轴为前后方向，并且假定Z轴为上下方向。并且假定XY平面为水平面。
硬度计100例如为Vickers硬度计，该硬度计的压头14a的平面形状形成为矩形。如图1和2中所示，设置有硬度计的主体10、控制部6、操作部7、监视器8等。
硬度计的主体10设置有用于测量试样S的硬度的硬度测量部1、放置试样S的试样台2、用于移动试样台2的XY台3、用于聚焦于试样S的表面的AF台4、用于升降试样台2(以及XY台3和AF台4)的升降机构5等。
如图3中所示，硬度测量部1包括例如用于对试样S的表面进行照明的照明装置11、用于拍摄试样S的表面的图像的CCD照相机12以及设置有压头轴14和物镜15的转台16，其中转台16可以通过自身转动来更换压头轴14与物镜15，压头轴14用于保持压头14a。
照明装置11通过发光来对试样S的表面进行照明，并且从照明装置11发出的光通过透镜1a、半透半反镜1d、镜1e以及物镜15以到达试样S的表面。
CCD照相机12接收从试样S的表面发出并且通过物镜15、镜1e、半透半反镜1d、镜1g以及透镜1h的反射光。CCD照相机12由此拍摄试样S的表面以及由压头14a在试样S的表面上压出的压痕，获得图像数据并且通过可以存储多个帧图像数据的帧捕获器17将图像数据输出到控制部6。
通过上述过程，CCD照相机12用作摄像部件。
通过根据从控制部6输出的控制信号而驱动的加载机构(未示出)使压头轴14向着放置于试样台2上的试样S前进，并且以预定的测试载荷将设置在轴顶端的压头14a压抵试样S的表面。
物镜15为各自具有不同倍率的会聚透镜并且保持在转台16的下侧。通过转动转台16并且将物镜布置在试样S正上方，从照明装置11发出的光均匀地照射在试样S的表面上。
在转台16的下侧上设置有压头轴14和多个物镜15，并且转台16被构造为可以通过绕转台16的Z轴转动转台16而使压头轴14和多个物镜15中的任一个位于试样S的上方。作为结果，当压头轴14位于试样S上方时，可以按压试样S的表面，并且当物镜之一位于试样S上方时，可以观察表面上所压出的压痕。
通过试样保持部2a来保持试样台2上的试样S。
通过由从控制部6输出的控制信号启动的驱动机构(未示出)来驱动XY台3，从而将试样台2向着与压头14a的前进方向(Z轴方向)垂直的方向(X轴和Y轴方向)移动。
AF台4由从控制部6输出的信号来驱动，基于由CCD照相机12拍摄的图像数据来细微地升降试样台2并且聚焦于试样S的表面。
升降机构5由从控制部6输出的信号来驱动，并且通过向上或者向下移动试样台2(以及XY台3和AF台4)来改变试样台2与物镜15之间的相对距离。
操作部7包括键盘71、鼠标72等，并且用户可以进行用于硬度测试的输入操作。当在操作部7进行预定的输入操作时，将预定的操作信号输出到控制部6。
具体地，用户可以通过操作部7的键盘71或者鼠标72等来选择用以确定关于压痕的聚焦位置的条件。
用户可以通过操作部7来确定试样台2(以及升降机构5和AF台4)的移动范围(试样台2与物镜15之间的相对距离的范围)。
用户还可以通过操作部7输入使用硬度计100进行硬度测试的测试条件。将测试条件的输入值发送到控制部6。测试条件值例如为试样S的材料、由压头14a在试样S上加载的测试载荷(N)、物镜的倍率。
用户还可以通过操作部7选择手动模式以手动确定压痕的聚焦位置，或者选择自动模式以自动进行。
监视器8例如包括诸如LCD等的显示装置。监视器显示从操作部7输入的硬度测试的条件、硬度测试的结果、由CCD照相机12拍摄的试样S的表面或者表面上所形成的压痕的图像等。监视器8以这种方式用作显示部件。
如图4中所示，控制部6包括CPU(中央处理单元)61、RAM(随机存取存储器)62、存储器部63等。控制部具有通过执行存储在存储器63中的预定程序来控制预定的硬度测试的进行的功能。
CPU 61通过读取存储器63中存储的处理程序并且在RAM62中展开该程序以执行该程序，来控制整个硬度计100。
RAM 62在RAM 62的程序存储区域中展开由CPU 61执行的程序，并且将输入数据和通过执行该程序所获得的结果存储在数据存储区域中。
存储器63包括用于存储程序和/或数据的记录介质(未示出)，并且记录介质包括半导体存储器等。存储器63存储用于使CPU 61控制整个硬度计100的各种数据、各种处理程序以及在程序执行后的处理后数据等。具体地，存储器63存储XY台控制程序、自动调焦程序、压痕形成程序、摄像控制程序、压痕区域提取程序、压痕顶点提取程序、硬度计算程序、显示控制程序等。
接着将说明根据典型实施例的硬度计100的操作。
CPU 61通过执行存储在存储器63中的XY台控制程序来移动XY台3，从而使得试样S表面上的指定区域位于CCD照相机12的正下方。
接着，CPU 61通过执行存储在存储器63中的自动调焦程序，基于由硬度测量部1中的CCD照相机12所获得的图像数据升降AF台4，从而进行针对试样S的表面的自动调焦。
并且，CPU 61通过执行存储在存储器63中的压痕形成程序，以预定的测试载荷将压头14a按压在试样S的表面上，从而形成压痕。
接着，将参考图5到7的流程图说明根据典型实施例的硬度计100在压痕形成之后的操作。由CPU 61通过执行存储在存储器63中的各种程序进行操作。
首先，CPU 61通过执行存储在存储器63中的摄像控制程序，控制CCD照相机12，以拍摄试样S的表面并且获得试样S的表面的图像数据(步骤S1：摄像控制步骤)。
接着，CPU 61通过执行存储在存储器63中的压痕区域提取程序，基于在步骤S1中所获得的试样S的表面的图像数据来进行提取处理，以提取试样S的表面上所形成的压痕区域(步骤S2：压痕区域提取步骤)。
具体地，如图6中所示，首先CPU 61对在步骤S1中所获得的试样S的表面的图像数据进行二值化(步骤S21)。更具体地，将原始灰度图像数据(试样S的表面图像)转换为两级灰度。即，对于各个像素，CPU 61在像素的亮度超过预定的阈值的情况下将该像素变成白色，并且在像素的亮度未达到该阈值的情况下将该像素变成黑色。在此步骤后，试样S的表面图像数据中变成黑色的部分变得比原始图像更暗，并且变成白色的部分变得比原始图像更白。例如，形成在试样S的表面上的压痕部分比背景像素的亮度低并因此转换为黑色像素。在步骤S21中获得的二值化图像数据存储在存储器63中。
接着，CPU 61复制在步骤S21所获得的二值化图像数据，并且对复制的二值化图像数据进行缩减处理以及扩展处理(步骤S22)。“缩减处理”是指在二值化图像数据的黑色像素区域与白色像素区域的边界处将黑色像素区域缩减(减少)一个黑色像素的处理。通过该处理可以去除孤立的黑色像素以及凸出的黑色像素，并且由此可以去除由试样S的表面上的损伤所引起的噪声等。“扩展处理”是指在二值化图像数据的黑色像素区域与白色像素区域的边界处将黑色像素区域扩展一个黑色像素的处理。通过该处理可以去除由白色像素构成的小沟槽以及小孔，并且可以平滑所提取的区域的轮廓。
接着，CPU 61对在步骤S22所获得的缩减和扩展处理后的图像数据进行距离转换处理(步骤S23)。“距离转换”处理是向二值化图像数据中的每个像素分配距离值以使得从该像素到白色像素(背景像素)的最短距离是该像素的距离值的处理。
接着，CPU 61通过利用在步骤S23进行了距离转换的图像数据，进行提取与压头14a的形状相对应的封闭区域的提取处理(步骤S24)。具体地，通过对距离转换后的图像数据进行扫描而对封闭区域进行链式编码，并且基于对区域的面积的计算结果和预定的判断标准值等将可以假定为压痕区域的链式码序列存储在存储器63中。“链式编码”是以八个方向的代码(链式码)表示线段的方向的编码技术。预定的判断标准值为通过组合由(周长×周长)/面积所计算出的区域密度和由(链式码变化的数量)/(链式码的数量)所计算出的链式码变化率等而获得的判断标准，用于判断封闭区域是否具有将要提取的对象的形状。因此，在判断为所提取的封闭区域过小或者具有不同于将要提取的对象的形状(压头14a的形状)的情况下，忽略该封闭区域并且不将其存储在存储器63中。由于如步骤S24中所述可以根据压头14a的形状来提取封闭区域，因此该方法也可以应用于Knoop硬度计和Brinell硬度计以及典型实施例的Vickers硬度计。
接着，CPU 61判断在步骤S24是否提取到了封闭区域(步骤S25)。具体地，CPU判断存储器63中是否存储有一个或者多个封闭区域。在判断为存储器63中存储有一个或者多个封闭区域的情况下，即提取到了封闭区域(步骤S25：是)，终止压痕区域提取步骤并且如图5所示流程进入步骤S3。在判断为存储器63中没有存储一个或者多个封闭区域的情况下，即没有提取到封闭区域(步骤S25：否)，流程进入步骤S26。
CPU 61在步骤S26通过改变阈值等来改变二值化的级别。CPU 61在改变二值化级别后重新在步骤S21进行压痕区域提取步骤。
接着，如图5中所示，CPU 61通过执行存储在存储器63中的压痕顶点提取程序，基于在步骤S2的压痕区域提取处理中所提取的封闭区域的轮廓来进行用于提取顶点以测量压痕的大小的顶点提取处理(步骤S3：压痕顶点提取步骤)。
具体地，如图7中所示，首先CPU 61基于在图6的步骤S24存储在存储器63中的链式码序列来确定包围封闭区域的矩形(步骤S31)。更具体地，通过提取封闭区域边界上坐标值最大或者最小的四个点来确定封闭区域的包络矩形。坐标由图像的轴以及与其垂直的轴构成，或者由惯性主轴以及与其垂直的轴构成。
接着，CPU 61修正在步骤S31中使用的链式码序列并且提取该序列的方向改变的点(步骤S32)。具体地，CPU修正链式码序列以使得在步骤S31中所使用的链式码序列变成直线的组合，并且提取所修正的码序列的方向改变的点。该点是压痕测量用顶点的选项。
接着，CPU 61确定压痕测量用顶点的初始位置(步骤S33)。具体地，从在步骤S32中所提取的方向改变点中，选择离步骤S31中所确定的包络矩形的四个角点最近的点。所选择的点被确定为顶点的初始位置。
假定顶点的初始位置例如图8中所示被确定为点#0、#1、#2和#3。在这种情况下，存在点#1不适合作为初始位置的疑问，这是因为：在点#0与点#1之间的链式码的数量太少(点之间的距离短)，并且连接点#1与点#3的对角线偏离封闭区域X的中心O。在这种情况下，可以将初始位置“点#1”改变成“点#1A”，其中“点#1A”为点#0到点#2之间所存在的点中离对角点#3最远的点。如上所述，在初始位置之间的链式码的数量差异极大的情况下，可能包括不合适的初始位置。可以将这种不合适的初始位置改变成距离对角点最远的点从而获得合适的初始位置。
接着，CPU 61获得与连接在步骤S33中所确定的初始位置的四条边相对应的四条回归直线，并且计算其交点(步骤S34)。具体地，使用稳健估计对连接顶点的初始位置的四条边适用四条直线，CPU 61计算这些直线的形成在初始位置附近的四个交点并且估计所计算出的四个交点作为压痕测量用顶点。
接着，CPU 61基于在图6的步骤S21中二值化的图像数据来提取压痕测量用顶点(步骤S35)。具体地，CPU 61基于在步骤S33中所确定的顶点的初始位置在图6的步骤S21中二值化后的图像数据中提取满足预定条件的点作为压痕测量用顶点，其中，该图像数据是在进行图6的步骤S22中缩减处理以及扩展处理之前的图像数据。该二值化后的图像数据中满足预定条件的点是指满足以下条件的点，即：该点存在于在步骤S34中所计算出的交点附近，并且是在封闭区域的轮廓上的点序列之中的点。确定在封闭区域的轮廓上的点序列之中的点的方法是例如选择离交点最近的点，或者选择点序列的方向改变处的点。
使用在进行缩减和扩展处理之前的图像数据而不是进行该处理之后的图像数据的原因是，该处理会对封闭区域的轮廓中将要成为顶点的角部进行舍入(rounded)，从而可能变得难于精确地提取顶点。在本实施例中，由于使用在进行该处理之前的图像数据，因此可以精确地提取压痕的顶点。
接着，CPU 61判断是否对在图6的步骤S24中所提取的所有封闭区域都提取了压痕测量用顶点(步骤S36)。当判断为对所有的封闭区域都提取了顶点时(步骤S36：是)，终止压痕顶点提取步骤并且流程进入图5的步骤S4。另一方面，当判断为没有对所有的封闭区域提取顶点时(步骤S36：否)，进入步骤S31，CPU 61确定没有提取顶点的封闭区域的包络矩形并且再次进行压痕顶点提取步骤。
接着，如图5中所示，CPU 61基于经由步骤S3所提取的压痕测量用顶点，通过执行存储器63中所存储的硬度计算程序来计算试样S的硬度(步骤S4：硬度计算步骤)。具体地，CPU 61通过参考经由步骤S3提取的压痕测量用顶点的坐标位置来计算对角线的长度，并且基于对角线的长度来计算试样S的硬度。
接着，CPU 61通过执行存储在存储器63中的显示控制程序来控制监视器8，并且使得监视器显示通过步骤S4计算出的试样S的硬度(步骤S5：显示控制步骤)。
如上所述，典型实施例的硬度计100包括：摄像控制部件(CPU 61)，用于控制CCD照相机12从而拍摄试样S的表面并且获得试样S的表面的图像数据；压痕区域提取部件(CPU 61)，用于基于由摄像控制部件获得的试样S的表面的图像数据来提取在试样S的表面上形成的压痕区域；压痕顶点提取部件(CPU 61)，用于基于由压痕区域提取部件提取的压痕区域来提取压痕测量用顶点以测量压痕的大小；以及硬度计算部件(CPU 61)，基于由压痕顶点提取部件提取的压痕测量用顶点来计算试样S的硬度。压痕区域提取部件对试样S的表面的图像数据进行二值化、对二值化图像数据应用缩减处理以及扩展处理、对缩减/扩展处理后的图像数据应用距离转换处理，并且通过使用距离转换后的图像数据来提取与压头14a的轮廓相对应的封闭区域。压痕顶点提取部件基于由压痕区域提取部件所提取的封闭区域的轮廓来估计压痕测量用顶点，并且基于所估计的顶点在二值化图像数据中提取满足预定条件的点作为压痕测量用顶点。
通过这些步骤，由于当提取压痕测量用顶点时，使用在进行用于去除噪声的缩减和扩展处理之前的二值化图像数据，从而可以在可靠性不受噪声去除影响的情况下提取顶点，因而可以获得更加可靠的结果。由于可以估计整个压痕区域而不是压痕区域的诸如边缘部或者顶点部等的局部，因而可以减小测试结果中所包含的错误。这还有助于可靠的估计。因为可以通过提取与压头14a的形状相对应的封闭区域、在不依赖于区域的方向的情况下提取图像数据中的压痕区域，因而即使在试样S的表面上存在与压痕区域平行的划痕的情况下也可以防止误识别，并且可以进行正确的测试。此外，由于可以从图像数据中提取多个封闭区域，该方法可以应用于多试样测试。
特别地，根据典型实施例的硬度计100，压痕顶点提取部件将由压痕区域提取部件所提取的区域的轮廓修正为直线，提取所修正后的轮廓上的方向改变点，基于所提取的点来确定四个顶点的初始位置，将连接所确定的初始位置的四条轮廓线指定作为四条回归直线，并且估计这四条回归直线的交点作为压痕测量用顶点。因此，可以获得可靠的并且高精度的测试结果。
以上根据典型实施例详细说明了本发明。然而，本发明不限于典型实施例，而是可以在发明的要旨内进行修改。
例如，在上述的典型实施例中，在图6中步骤S25的判断为否(压痕区域提取步骤)的情况下，即在判断为在提取步骤S24中未提取到封闭区域的情况下，设计为进入步骤S26以改变二值化级别。然而，本发明不限于此。例如还可以在步骤S26改变缩减处理以及扩展处理的数量，然后进入步骤S22以再次继续之后的步骤。还可以对缩减和/或扩展处理的数量设置限制。在限定的尝试次数内未提取到封闭区域的情况下，在步骤S26改变二值化级别并且流程进入步骤S21。
在上述的典型实施例中，通过监视器8显示在图5的步骤S4(硬度计算步骤)所计算出的试样S的硬度。然而，本发明不限于此。可以提供例如用于音频输出的扬声器并且可以通过声音输出所计算出的试样S的硬度。
在上述的典型实施例中，在图6的步骤S21中二值化的图像数据存储在存储器63中；然而，本发明不限于此。例如可以将数据存储在RAM 62中。
在上述的典型实施例中，假定具有平面形状为矩形的压头14a的Vickers硬度计为硬度计100；然而，本发明不限于此。本发明可以应用于具有平面形状为矩形的压头的Knoop硬度计，或者应用于具有形状为球体的压头的Brinell硬度计。当应用于Brinell硬度计时，在试样S的表面上所形成的压痕的形状为圆形。因此，在压痕区域提取步骤提取圆形的封闭区域，并且在压痕顶点提取步骤估计封闭区域的轮廓上的任意四个点作为用于测量压痕的顶点。并且基于所估计的点在二值化图像数据中提取满足预定条件的点作为压痕的顶点。按照这种方式可以获得与Vickers硬度计相同的效果。
应当注意，以上说明的典型实施例的硬度计100的详细结构、各个部件或者各个操作都可以在本发明的要旨内进行修改。
本申请基于巴黎公约要求2011年9月15日提交的日本专利申请2011-201305的优先权，该日本专利申请应当作为校正错误翻译的基础。
Claims (5)
1.一种硬度计，用于通过测量压痕的大小来确定所述试样的硬度，该压痕以预定的测试载荷按压压头而在放置于试样台上的试样的表面上形成，所述硬度计包括：
摄像控制部，用于通过控制摄像部并且使所述摄像部拍摄所述试样的表面的图像，来获得所述试样的表面的图像数据；
压痕区域提取部，用于基于所述摄像控制部所获得的图像数据，来提取在所述试样的表面上所形成的压痕区域；
压痕顶点提取部，用于基于所述压痕区域提取部所提取出的压痕区域，来提取压痕测量用顶点以测量所述压痕的大小；以及
硬度计算部，用于基于所述压痕顶点提取部所提取出的压痕测量用顶点来计算所述试样的硬度，
其中，所述压痕区域提取部对所述试样的表面的图像数据进行二值化，对二值化后的图像数据应用缩减处理和扩展处理，对缩减和扩展处理后的图像数据应用距离转换处理，并且使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的外形相对应的封闭区域，以及
所述压痕顶点提取部基于所述压痕区域提取部所提取出的封闭区域的轮廓来估计所述压痕测量用顶点，并且基于所估计出的顶点在所述二值化后的图像数据中提取满足预定条件的点作为所述压痕测量用顶点。
2.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于，
所述压头具有平面形状为矩形的外形，以及
所述压痕顶点提取部修正所述压痕区域提取部所提取出的封闭区域的轮廓从而使得该轮廓为直线的组合，在修正后的轮廓中提取方向改变的点，基于所提取出的点来确定四个顶点的初始位置，将连接所确定的初始位置的四条轮廓线近似作为四条分配直线，并且估计所近似出的四条分配直线的交点作为所述压痕测量用顶点。
3.根据权利要求2所述的硬度计，其特征在于，所述压痕顶点提取部利用在由所述压痕区域提取部所二值化后的图像数据的封闭区域的轮廓上的点线中满足所述预定条件的点，来替换所估计出的所述压痕测量用顶点。
4.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于，还包括：
显示控制部，其能够控制显示，以显示所述硬度计算部所计算出的所述试样的硬度。
5.一种使用硬度计进行的硬度测试方法，所述硬度计用于通过测量压痕的大小来确定所述试样的硬度，该压痕以预定的测试载荷按压压头而在放置于试样台上的试样的表面上形成，所述硬度测试方法包括：
摄像控制步骤，用于控制摄像部，以拍摄所述试样的表面的图像从而获得所述试样的表面的图像数据；
压痕区域提取步骤，用于基于经由所述摄像控制步骤所获得的图像数据，来提取在所述试样的表面上形成的压痕区域；
压痕顶点提取步骤，用于基于经由所述压痕区域提取步骤所提取出的压痕区域，来提取压痕测量用顶点以测量所述压痕的大小；以及
硬度计算步骤，用于基于经由所述压痕顶点提取步骤所提取出的压痕测量用顶点来计算所述试样的硬度，
其中，所述压痕区域提取步骤对所述试样的表面的图像数据进行二值化，对二值化后的图像数据应用缩减处理和扩展处理，对缩减和扩展处理后的图像数据应用距离转换处理，并且使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的外形相对应的封闭区域，以及
所述压痕顶点提取步骤基于经由所述压痕区域提取步骤所提取出的封闭区域的轮廓来估计所述压痕测量用顶点，并且基于所估计出的顶点在所述二值化后的图像数据中提取满足预定条件的点作为所述压痕测量用顶点。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011201305A JP5840431B2 (ja) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | 硬さ試験機、及び硬さ試験方法 |
| JP2011-201305 | 2011-09-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102998193A CN102998193A (zh) | 2013-03-27 |
| CN102998193B true CN102998193B (zh) | 2015-05-06 |
Family
ID=46201489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210203232.8A Active CN102998193B (zh) | 2011-09-15 | 2012-06-15 | 硬度计和硬度测试方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9146185B2 (zh) |
| EP (1) | EP2570793B1 (zh) |
| JP (1) | JP5840431B2 (zh) |
| CN (1) | CN102998193B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201435324A (zh) * | 2013-03-15 | 2014-09-16 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 鏡頭模組測量裝置和測量方法 |
| CN103345225A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-09 | 广东惠利普路桥信息工程有限公司 | 摊铺过程中的远程布氏密实度图像分析与测量系统 |
| CN104964890B (zh) * | 2015-05-14 | 2018-06-05 | 东莞市中旺精密仪器有限公司 | 基于一体式终端应用的硬度检测方法 |
| JP6530287B2 (ja) * | 2015-09-10 | 2019-06-12 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機及び硬さ試験方法 |
| JP6560937B2 (ja) * | 2015-09-10 | 2019-08-14 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機及び硬さ試験方法 |
| JP6721306B2 (ja) * | 2015-09-10 | 2020-07-15 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機 |
| CN106546502B (zh) * | 2017-01-10 | 2023-05-16 | 上海奥龙星迪检测设备有限公司 | 一种用于齿轮硬度计的光学测量系统 |
| CN106932271B (zh) * | 2017-03-10 | 2019-05-28 | 厦门大学 | 一种基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法 |
| CN107247004B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-06-28 | 浙江农林大学 | 木材硬度测量仪 |
| JP6990090B2 (ja) * | 2017-10-30 | 2022-01-12 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機及びプログラム |
| JP7141296B2 (ja) | 2018-10-03 | 2022-09-22 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機 |
| JP7144267B2 (ja) | 2018-10-03 | 2022-09-29 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機 |
| US11988642B2 (en) * | 2021-05-22 | 2024-05-21 | Vishal Khosla | Method for determining hardness of a material with implementation of three-dimensional imaging |
| CN113436214B (zh) * | 2021-06-28 | 2022-08-23 | 山东大学 | 布氏硬度压痕圆测量方法、系统及计算机可读存储介质 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0371956A (ja) | 1989-08-08 | 1991-03-27 | Tokin Corp | 合金細線の製造方法 |
| JP2731864B2 (ja) * | 1989-09-05 | 1998-03-25 | 新日本製鐵株式会社 | 押込型硬度計 |
| JP3071956B2 (ja) * | 1992-07-22 | 2000-07-31 | 株式会社アカシ | ビッカース硬さ自動読み取り装置 |
| JP2776234B2 (ja) | 1994-01-31 | 1998-07-16 | 株式会社島津製作所 | 押し込み型硬度測定装置 |
| JPH08285755A (ja) * | 1995-04-11 | 1996-11-01 | Nippon Steel Corp | 押込み型硬度計 |
| WO1996039619A1 (en) * | 1995-06-06 | 1996-12-12 | Kla Instruments Corporation | Optical inspection of a specimen using multi-channel responses from the specimen |
| JP3367297B2 (ja) | 1995-08-25 | 2003-01-14 | 株式会社島津製作所 | 押込型硬度計 |
| JP3557765B2 (ja) | 1996-01-31 | 2004-08-25 | 株式会社島津製作所 | 硬度測定装置 |
| JP3029089B2 (ja) | 1996-03-07 | 2000-04-04 | 川崎製鉄株式会社 | 自動硬度計の自動焦点合わせ方法及び装置 |
| JP2001155026A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Olympus Optical Co Ltd | ３次元画像データベース装置及び３次元画像データベース構築方法 |
| JP2003166923A (ja) | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Akashi Corp | 硬さ試験機及び硬さ試験方法 |
| JP3850282B2 (ja) * | 2001-12-12 | 2006-11-29 | 松下電器産業株式会社 | パターン面自動抽出方法及びそれを用いた形状計測装置 |
| JP2004037424A (ja) | 2002-07-08 | 2004-02-05 | Akashi Corp | 硬さ試験機及び硬さ試験方法 |
| JP2004062784A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Sony Corp | 被検体の識別方法及び被検体の位置検出方法 |
| US6996264B2 (en) * | 2002-10-18 | 2006-02-07 | Leco Corporation | Indentation hardness test system |
| JP2004286541A (ja) | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Akashi Corp | 硬さ試験機 |
| JP4676978B2 (ja) * | 2007-12-20 | 2011-04-27 | 旭化成株式会社 | 顔検出装置、顔検出方法、及び、顔検出プログラム |
| CN101839832B (zh) | 2009-03-19 | 2012-03-28 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 维氏硬度检测系统及方法 |
| KR101303443B1 (ko) * | 2009-07-07 | 2013-09-05 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시장치 |
-
2011
- 2011-09-15 JP JP2011201305A patent/JP5840431B2/ja active Active
-
2012
- 2012-05-15 US US13/471,745 patent/US9146185B2/en active Active
- 2012-06-06 EP EP12171089.1A patent/EP2570793B1/en active Active
- 2012-06-15 CN CN201210203232.8A patent/CN102998193B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130068001A1 (en) | 2013-03-21 |
| JP5840431B2 (ja) | 2016-01-06 |
| EP2570793A3 (en) | 2018-03-07 |
| JP2013061302A (ja) | 2013-04-04 |
| US9146185B2 (en) | 2015-09-29 |
| CN102998193A (zh) | 2013-03-27 |
| EP2570793A2 (en) | 2013-03-20 |
| EP2570793B1 (en) | 2019-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102998193B (zh) | 硬度计和硬度测试方法 | |
| CN103123313B (zh) | 硬度计和硬度测试方法 | |
| US7545512B2 (en) | Method for automated measurement of three-dimensional shape of circuit boards | |
| US9060117B2 (en) | Points from focus operations using multiple light settings in a machine vision system | |
| EP1814083A1 (en) | Photometric measurements using at least three light sources | |
| US20140177937A1 (en) | Hardness tester and method for hardness test | |
| US8566735B2 (en) | Hardness tester with a user interface for setting test locations | |
| CN112505056A (zh) | 缺陷检测方法和装置 | |
| CN109724890B (zh) | 硬度测试器和程序 | |
| CN101122457A (zh) | 影像边界扫描系统及方法 | |
| CN104075954A (zh) | 硬度测试仪和硬度测试方法 | |
| JP6765791B2 (ja) | パターンマッチング用の基準画像セットの作成方法、パターンマッチング用の基準画像セットの作成装置、ワークの認識方法、プログラム、及び記録媒体 | |
| JP5255968B2 (ja) | 高さ測定装置とその測定方法 | |
| US20060204132A1 (en) | Method and apparatus for acquiring image of internal structure, and computer product | |
| JP6199692B2 (ja) | 硬さ試験機、及び硬さ試験方法 | |
| CN107579028B (zh) | 一种残缺晶圆的边沿确定方法、装置及划片装置 | |
| JP2018165638A (ja) | 硬さ試験機及びプログラム | |
| JP2005172663A (ja) | 窪みサイズ測定装置、硬度測定装置、窪みサイズ算出プログラム | |
| JP3369114B2 (ja) | 画像計測による自動合焦方法及び装置 | |
| CN115876803A (zh) | 一种基于变倍显微的铣刀涂层后缺陷检测方法与系统 | |
| TWI516115B (zh) | 影像主體偵測方法及其攝像裝置 | |
| CN112926438A (zh) | 检测方法及装置、检测设备和存储介质 | |
| JPH065209B2 (ja) | 押込型硬度計 | |
| JPS638618A (ja) | 合焦点検出方法 | |
| JPH0968488A (ja) | 押込型硬度計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |