CN103123313A - 硬度计和硬度测试方法 - Google Patents

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、压痕区域提取部、压痕顶点提取部以及硬度计算部。摄像控制部获得试样表面的拍摄图像数据。压痕区域提取部对图像数据进行二值化，基于二值化图像数据判断是否提取到了候选压痕区域，并且在判断为没有提取到候选压痕区域的情况下，获得曲率图像数据、对曲率图像数据进行二值化、缩减和扩展二值化曲率图像数据、对缩减和扩展后的曲率图像数据进行距离转换、并且使用距离转换后的曲率图像数据来提取与压头的形状相对应的封闭区域。压痕顶点提取部基于封闭区域来提取压痕测量用顶点。硬度计算部基于顶点来计算试样的硬度。

Description

硬度计和硬度测试方法

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

传统上，存在按压式硬度测试方法，该方法通过将形状为多棱锥的压头压入试样的表面并且测量在试样表面上形成的多边形压痕的对角线长度来测量试样的硬度。Vickers硬度测试方法和Knoop硬度测试方法等作为这种硬度测试方法而众所周知。该方法经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(或者斜方锥)形状的压头，并且从在试样表面上形成的形状为正四棱锥的压痕的两条对角线的长度的平均值与由压头压入试样的力(载荷)之间的关系的角度表现试样的硬度。Knoop硬度测试方法使用金刚石制成的斜方锥(长方锥)形状的压头，并且从在试样表面上形成的形状为斜方锥的压痕的两条对角线中较长的对角线的长度与由压头压入试样的力(载荷)之间的关系的角度表现试样的硬度。

顺便提及，金属材料的硬度测试和组织观察经常一起执行。通常，在众所周知的硬度计中，当执行金属材料的硬度测试时，基于对亮度值是否小于预定值的判断，对由摄像部所拍摄的试样表面的拍摄图像进行二值化处理，从而提取在试样表面上形成的压痕区域，例如，如日本专利4029832所公开的。然而，在对用于组织观察的试样表面进行蚀刻处理之后执行硬度测试的情况下，试样表面的拍摄图像的亮度分布是复杂的，因而很难识别在试样表面上形成的压痕。结果，不能正确地提取压痕区域。

因而为了解决上述问题，例如日本专利3557765公开了一种技术。根据该技术，在试样表面上形成压痕前后拍摄试样表面的图像，并且基于在压痕形成之前所拍摄到的拍摄图像与压痕形成之后所拍摄到的拍摄图像之间的差异来提取压痕区域。

发明内容

然而，日本专利3557765公开的技术需要试样表面的两个拍摄图像，因此处理复杂。此外，在试样表面上形成压痕前后的摄像位置即使由于摄像部的位置偏移等而只有一点不同，也不能获得适当的差异。结果，不能正确地提取压痕区域。

本发明的目的在于提供即使从进行过蚀刻处理的试样上也能够正确和容易地提取压痕区域的硬度计和硬度测试方法。

为实现上述的至少一个目的，根据本发明的第一方面，提供一种硬度计，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度计包括：摄像控制部，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；压痕区域提取部，用于对所述拍摄图像数据进行二值化、对二值化后的图像数据进行缩减和扩展、并且对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换，以使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的形状相对应的封闭区域；压痕顶点提取部，用于基于所提取的封闭区域来提取压痕测量用顶点，所述压痕测量用顶点用于测量所述压痕的尺寸；以及硬度计算部，用于基于所提取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基于二值化后的图像数据来判断是否提取到了候选压痕区域，并且在判断为没有提取到所述候选压痕区域的情况下，基于所述拍摄图像数据的亮度值来获得曲率图像数据、对所获得的曲率图像数据进行二值化、并且对二值化后的曲率图像数据进行缩减和扩展、对缩减和扩展后的曲率图像数据进行距离转换、并且使用距离转换后的曲率图像数据来提取所述封闭区域。

为实现上述的至少一个目的，根据本发明的第二方面，提供一种硬度计，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度计包括：摄像控制部，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；压痕区域提取部，用于基于所述拍摄图像数据的亮度值来获得曲率图像数据，并且参考所获得的曲率图像数据来提取曲率小于预定值的平坦部作为压痕区域；以及硬度计算部，用于基于所述压痕区域来计算所述试样的硬度。

为实现上述的至少一个目的，根据本发明的第三方面，提供一种硬度测试方法，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度测试方法包括：摄像控制步骤，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；压痕区域提取步骤，用于对所述拍摄图像数据进行二值化、对二值化后的图像数据进行缩减和扩展、并且对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换，以使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的形状相对应的封闭区域；压痕顶点提取步骤，用于基于所提取的封闭区域来提取压痕测量用顶点，所述压痕测量用顶点用于测量所述压痕的尺寸；以及硬度计算步骤，用于基于所提取的压痕测量用顶点来计算所述试样的硬度，其中，在所述压痕区域提取步骤中，基于二值化后的图像数据来判断是否提取到了候选压痕区域，并且在判断为没有提取到所述候选压痕区域的情况下，基于所述拍摄图像数据的亮度值来获得曲率图像数据、对所获得的曲率图像数据进行二值化、并且对二值化后的曲率图像数据进行缩减和扩展、对缩减和扩展后的曲率图像数据进行距离转换、并且使用距离转换后的曲率图像数据来提取所述封闭区域。

为实现上述的至少一个目的，根据本发明的第四方面，提供一种硬度测试方法，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度测试方法包括：摄像控制步骤，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；压痕区域提取步骤，用于基于所述拍摄图像数据的亮度值获得曲率图像数据，并且参考所获得的曲率图像数据来提取曲率小于预定值的平坦部作为压痕区域；以及硬度计算步骤，用于基于所述压痕区域来计算所述试样的硬度。

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，其中附图仅以示意的方式给出，因此不应该用来限定本发明。其中，

图1是示出根据本发明的实施例的硬度计的整体结构的立体图，

图2是示出硬度计的硬度计主体的示意图，

图3是示出硬度计的硬度测量部的示意图，

图4是示出硬度计的控制结构的框图，

图5是示出硬度计在形成压痕之后的操作的流程图，

图6示出进行了蚀刻处理的试样S的表面的拍摄图像的例子，

图7是由硬度计进行的压痕区域提取处理的流程图，

图8是由硬度计使用具有曲率的图像(即，以下的曲率图像(curvature image)或者弯曲图像(curved image))进行的二值化处理的流程图，

图9示出通过图8中示出的二值化处理而获得的曲率图像的例子，

图10示出通过对图9中示出的曲率图像进行二值化而获得的图像的例子，

图11示出通过校正图10中示出的二值化后的图像而获得的图像的例子。

具体实施方式

以下将参考附图说明本发明的实施例。在以下说明中，图1中示出的X方向、Y方向和Z方向分别表示左右方向、前后方向和上下方向。此外，XY平面表示水平面。

硬度计100为包括形状为斜方锥的压头14a的Vickers硬度计。如图1和2中所示，硬度计100包括硬度计主体10、控制部6、操作部7以及监视器8。

硬度计主体10包括用于测量试样S的硬度的硬度测量部1、用于放置试样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、以及用于升降试样台2(XY台3和AF台4)的升降机构5。

如图3中所示，硬度测量部1包括用于对试样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以及转台16。转台16设置有物镜15和压头轴14，并且以使物镜15中的任一个或者压头轴14(即，压头14a)位于试样S的上方的方式转动，其中压头轴14设置有压头14a。

照明装置11通过发光来对试样S的表面进行照明。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之一到达试样S的表面。

CCD照相机12基于来自试样S的表面并且经由物镜15之一、镜1e、半透半反镜1d、镜1g以及透镜1h的反射光，拍摄试样S的表面以及在试样S的表面上形成的压痕的图像从而获得其图像数据，并且通过帧捕获器17将所获得的图像数据输出到控制部6。帧捕获器17可以同时存储和累积多个帧的图像数据。

因此，CCD照相机12用作摄像部。

压头轴14通过根据从控制部6输出的控制信号而驱动的负载机构部(未示出)被移动到放置于试样台2上的试样S上方，并且以预定的测试力将设置在压头轴14的一端(顶端)的压头14a压抵试样S的表面。

物镜15为具有不同倍率的会聚透镜。物镜15保持在转台16的下侧(下表面)。通过转动转台16使物镜15中的任一个位于试样S的上方，以使得从照明装置11发出的光均匀地照射在试样S的表面上。

在转台16的下侧安装有压头轴14和物镜15。转台16以Z方向为转动中心而转动，从而使物镜15之一或者压头轴14位于试样S的上方。即，使压头轴14位于试样S上方以使得可以在试样S的表面上形成压痕，或者使物镜15之一位于试样S上方以使得可以观察所形成的压痕。

试样台2通过试样固定部2a来固定放置于试样台的上侧的试样S。

XY台3通过根据从控制部6输出的控制信号而驱动的驱动机构部(未示出)来驱动，并且将试样台2在与压头14a的移动方向(Z方向)垂直的方向(X方向或者Y方向)上移动。AF台4根据从控制部6输出的控制信号来驱动，并且基于由CCD照相机12拍摄的图像的图像数据来细微地升降试样台2从而聚焦于试样S的表面。

升降机构5根据从控制部6输出的控制信号来驱动，并且在上下方向上移动试样台2(XY台3和AF台4)，从而改变试样台2与物镜15之间的相对距离。

操作部7包括键盘71和鼠标72等，并且允许用户进行输入操作以执行硬度测试。当利用操作部7进行预定的输入操作时，将与输入操作相对应的预定操作信号输出到控制部6。

更具体地，操作部7允许用户通过键盘71、鼠标72等来选择用以确定关于压痕的聚焦位置的条件。

此外，操作部7允许用户指定试样台2(升降机构5和AF台4)能够移动的范围，即，指定试样台2与物镜15之间的相对距离的范围。

此外，操作部7允许用户输入用于由硬度计100执行的硬度测试的测试条件值。输入的测试条件值被发送到控制部6。测试条件值例如为试样S的材料属性、由压头14a在试样S上施加的测试力(N)、物镜15的倍率等的值。

此外，操作部7允许用户选择用于手动确定压痕的聚焦位置的手动模式或者用于自动确定压痕的聚焦位置的自动模式。

监视器8包括诸如LCD(液晶显示器)等的显示装置，并且显示通过操作部7输入的关于硬度测试的设置条件、硬度测试的结果、由CCD照相机12拍摄的试样S的表面和试样S的表面上所形成的压痕的图像等。

因此，监视器8用作显示部。

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和存储部63等。控制部6具有通过执行存储在存储部63中的预定程序来进行操作控制以执行预定的硬度测试等的功能。

CPU 61读取存储部63中存储的处理程序等，并且在RAM 62中载入所读取的处理程序，以进行处理，从而控制整个硬度计100。

RAM 62在RAM 62的程序存储区域中展开由CPU 61执行的处理程序等。此外，RAM 62将输入数据和通过执行该处理程序等所获得的处理结果等存储在RAM 62的数据存储区域中。

存储部63包括存储程序、数据等的记录介质(未示出)。记录介质包括半导体存储器等。存储部63存储用于实现使CPU 61控制整个硬度计100的功能的各种数据和各种处理程序、由执行的程序所处理的数据等。更具体地，存储部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。

接着说明在实施例中的硬度计100的操作。

首先，CPU 61执行存储在存储部63中的XY台控制程序，从而以使试样S表面上的预定区域位于CCD照相机12的正下方的方式来移动XY台3。

接着，CPU 61执行存储在存储部63中的自动调焦程序，以基于由硬度测量部1的CCD照相机12所获得的图像数据(拍摄图像数据)来升降AF台4，从而自动聚焦于试样S的表面。

然后，CPU 61执行存储在存储部63中的压痕形成程序，从而通过以预定的测试力将压头14a按压在试样S的表面上以形成压痕。

接着，将参考图5、7和8的流程图说明在本实施例中的硬度计100在压痕形成之后的操作。图5、7和8中示出的处理由CPU 61通过执行存储在存储部63中的程序来进行。在实施例中，对试样S的表面进行了蚀刻处理。

首先，CPU 61执行存储在存储部63中的摄像控制程序，从而控制CCD照相机12以拍摄试样S的表面的图像，从而获得试样S的表面的图像数据(拍摄图像数据)(步骤S1：摄像控制步骤)。在实施例中，由于对试样S的表面进行了蚀刻处理，如图6中所示，因此在获得的图像数据中难以判别压痕区域与背景。

接着，CPU 61执行存储在存储部63中的压痕区域提取程序，从而基于在步骤S 1中所获得的试样S的表面的图像数据来提取试样S的表面上所形成的压痕的区域(压痕区域)(步骤S2：压痕区域提取步骤)。

更具体地，如图7中所示，首先，CPU 61参考图5中在步骤S1所获得的试样S的表面的图像数据，并且判断是否需要对图像数据进行明暗校正(步骤S21)。明暗校正(shading correction)是对由光学系统和/或者摄像系统的特性所引起的图像的亮度不均匀进行校正、从而获得具有均匀亮度的图像的处理。步骤S21的判断是通过基于在图像数据的四个角的小区域的亮度值的差来判断这些小区域的亮度值的分散性是否等于或者大于预定值而进行的。在判断为需要进行明暗校正的情况下(步骤S21中为“是”)，CPU 61对试样S的表面的图像数据进行明暗校正(步骤S22)，然后进入步骤S23。另一方面，在判断为不需要进行明暗校正的情况下(步骤S21中为“否”)，CPU 61在不进行明暗校正的情况下进入步骤S23。

接着，CPU 61使用灰度值对在图5中步骤S1获得的试样S的表面的图像数据或者在步骤S22中进行明暗校正后的试样S的表面的图像数据进行二值化处理(步骤S23)。更具体地，CPU 61将作为黑白灰度图像的原始图像(试样S的表面的图像)的图像数据转换为具有两级灰度、即黑色和白色的图像数据。也就是说，例如，如果原始图像的像素的亮度值(明度)超过预定阈值，则CPU 61用黑色替换该像素的灰度，并且当像素的亮度值未达到该预定阈值时，CPU 61用白色替换该像素的灰度。因此，以由二值化处理替换为黑色的部分比原始图像中相对应的部分颜色更深、并且由二值化处理替换为白色的部分比原始图像中相对应的部分颜色更浅的方式，显示所获得的试样S的表面的图像数据。例如，形成在试样S的表面上的压痕的压痕区域的像素的亮度值比背景像素的亮度值低，并因此压痕区域以白色像素显示。将在步骤S23中二值化后的图像数据(二值化图像数据)存储在存储部63中。

接着，CPU 61生成在步骤S23二值化后的图像数据的复制数据，并且使用二值化图像数据的复制数据对二值化图像数据进行缩减以及扩展。此外，CPU 61对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换。对于缩减、扩展以及距离转换，可以使用众所周知的技术或者由本发明人在日本专利申请2011-201305中提出的技术。因此，省略对其的详细说明。

接着，CPU 61使用在步骤S23进行了距离转换的二值化图像数据(距离转换图像数据)或者在下述的图8中的步骤S264进行了距离转换的二值化图像数据(距离转换图像数据)，提取与压头14a的形状相对应的封闭区域(封闭区域提取处理)(步骤S24)。对于封闭区域的提取，可以使用众所周知的技术或者由本发明人在日本专利申请2011-201305中提出的技术。因此，省略对其的详细说明。

接着，CPU 61判断在步骤S24进行的封闭区域提取处理中是否提取到了封闭区域(步骤S25)。即，CPU 61基于二值化图像数据判断是否提取到了封闭区域作为候选压痕区域。候选压痕区域是用作在试样S的表面上形成的压痕区域的候选的区域。更具体地，在步骤S25的判断是通过判断存储部63中是否存储有一个或者多个封闭区域而进行的。在判断为存储部63中存储有一个或者多个封闭区域的情况下，即，在判断为提取到了封闭区域的情况下(步骤S25中为“是”)，CPU 61结束压痕区域提取处理，并且进入图5中的步骤S3。另一方面，在判断为存储部63中没有存储一个或者多个封闭区域的情况下，即，在判断为未提取到封闭区域的情况下(步骤S25中为“否”)，CPU 61使用曲率图像进行二值化处理(步骤S26)。其中，通过进行高斯滤波并且进行两次微分而获得曲率图像数据。

更具体地，如图8中所示，首先，CPU 61对在图5中步骤S 1获得的试样S的表面的图像数据的亮度值进行高斯滤波，然后计算高斯滤波后的图像数据的微分值(步骤S261)。高斯滤波是以降低图像的噪声为目的的以下处理：通过以像素距离关注像素越近则其权重越大的方式，即以像素距离关注像素越远则其权重越小的方式使用高斯分布函数来计算率，即加权平均值，从而平滑图像的亮度值。权重用于计算亮度值的平均值。如果用G表示高斯滤波器，并且用I表示试样S的表面的图像数据，则微分值A用以下第一公式表示。

[第一公式]

$A=\frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂x\∂x},\frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂x\∂y},\frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂y\∂y}$

接着，CPU 61使用在步骤S261计算出的微分值A针对图像数据的各个像素(以像素为单位)计算海森矩阵H，并且获得以海森矩阵H的绝对值作为像素值的曲率图像数据(步骤S262)。海森矩阵H由以下第二公式表示。

[第二公式]

$H=\det \left(\begin{array}{cc}\frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂x\∂x}& \frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂x\∂y}\\ \frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂x\∂y}& \frac{{\∂}^2(G*I)}{\∂y\∂y}\end{array}\right)$

作为步骤S262的结果，例如能够获得图9中示出的曲率图像数据。

接着，CPU 61对在步骤S262获得的曲率图像数据进行二值化(步骤S263)。更具体地，CPU 61将作为黑白灰度图像的曲率图像数据转换为具有两级灰度、即黑色和白色的图像数据。也就是说，如果曲率图像数据的像素的像素值(曲率的绝对值的大小)超过预定阈值，则CPU 61用黑色替换该像素，并且如果像素的像素值未达到该预定阈值，则CPU 61用白色替换该像素的灰度。例如，在试样S的表面上形成的压痕区域具有未达到背景的曲率。因此，如图10中所示，压痕区域以白色像素显示。

接着，CPU 61对在步骤S263二值化后的图像数据进行校正(步骤S264)。校正是以使二值化图像数据中的具有小曲率的像素、与压痕区域相对应的像素形成封闭区域的方式校正二值化图像数据的处理。进行校正是因为当在步骤S263对曲率图像数据进行二值化时，如图10中所示，具有小曲率的像素、与压痕区域相对应的像素有时会分散。更具体地，首先，CPU 61通过利用在压痕区域中的点、与压头14a的顶点和脊线相对应的点由于照明而具有高亮度的事实来提取在图像的中心附近形成的高亮区域E1(与压头14a的顶点相对应)，并且获得包括高亮区域E1和与高亮区域E1邻接的白色像素的封闭矩形E2。接着，CPU 61将封闭矩形E2分割为四个象限，并且对各个象限中白色像素的数量进行计数。接着，CPU 61排除在四个象限中具有最大的白色像素数和在四个象限中具有最小的白色像素数的两个象限，并且计算剩余两个象限的白色像素数的平均值。接着，CPU 61基于白色像素数的平均值和根据压头14a的形状所估计出的压痕区域的面积，以形成封闭区域的方式校正图像数据。作为步骤S264的结果，例如能够获得如图11中所示的校正图像。将在步骤S264校正后的二值化图像数据存储在存储部63中。

接着，与图7中的步骤S23相似，CPU 61生成二值化图像数据的复制数据，使用二值化图像数据的复制数据来对二值化图像数据进行缩减和扩展，然后对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换。在对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换后，CPU

61使用曲率图像结束二值化处理，并且进入图7中的步骤S24。

接着，如图5中所示，CPU 61执行存储部63中存储的压头顶点提取程序，从而基于由在步骤S2进行的压痕区域提取处理所提取的封闭区域的轮廓来提取用于测量压痕的大小(尺寸)的压痕测量用顶点(压痕顶点提取处理)(步骤S3：压痕顶点提取步骤)。对于压痕顶点提取处理，可以使用众所周知的技术或者由本发明人在日本专利申请2011-201305中提出的技术。因此，省略对其的详细说明。

接着，CPU 61执行存储部63中存储的硬度计算程序，从而基于在步骤S 3所提取的压痕测量用顶点来计算试样S的硬度(步骤S4：硬度计算步骤)。更具体地，CPU 61参考在步骤S3提取的压痕测量用顶点的坐标来测量压痕的对角线的长度，并且基于测量出的对角线的长度来计算试样S的硬度值。

接着，CPU 61执行存储部63中存储的显示控制程序，从而控制监视器8以显示在步骤S4计算出的试样S的硬度值(步骤S5：显示控制步骤)。

如上所述，本实施例中的硬度计100包括：摄像控制部(CPU61)，控制CCD照相机12拍摄试样S的表面的图像，以获得试样S的表面的拍摄图像数据；压痕区域提取部(CPU 61)，(i)对拍摄图像数据进行二值化，(ii)对二值化后的图像数据进行缩减和扩展，并且(iii)对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换，以使用距离转换后的图像数据来提取与压头14a的形状相对应的封闭区域；压痕顶点提取部(CPU 61)，基于提取出的封闭区域来提取压痕测量用顶点，其中该顶点用于测量压痕的尺寸；以及硬度计算部(CPU 61)，基于提取出的顶点来计算试样S的硬度，其中压痕区域提取部基于二值化后的图像数据来判断是否提取到了候选压痕区域，并且在判断为没有提取到候选压痕区域的情况下，(i)基于拍摄图像数据的亮度值而获得曲率图像数据，(ii)对获得的曲率图像数据进行二值化，并且(iii)对二值化后的曲率图像数据进行缩减和扩展。

因此，即使在例如试样S进行了蚀刻处理而不能从二值化后的图像数据提取出候选压痕区域的情况下，也能够通过基于拍摄图像数据的亮度值而获得曲率图像数据并且对获得的曲率图像数据进行二值化来提取出与压头14a的形状相对应的封闭区域。因此，即使从进行了蚀刻处理的试样的图像数据也能够提取出压痕区域。此外，由于不需要获得试样S的表面的两个图像数据，因此能够防止由拍摄位置移动而引起的问题的发生。因此，能够正确地提取出压痕区域。此外，由于不需要获得试样S的表面的两个图像数据，因此能够通过简单的处理而提取出压痕区域。

特别地，在本实施例中的硬度计100中，压痕区域提取部对试样S的表面的拍摄图像数据的亮度值进行高斯滤波，计算高斯滤波后的图像数据的微分值，使用计算出的微分值以像素为单位计算海森矩阵，并且获得以计算出的海森矩阵的绝对值作为像素值的曲率图像数据。因此，能够获得精度高和可靠性高的测试结果。

此外，在本实施例的硬度计100中，压痕区域提取部参考试样S的表面的拍摄图像数据来判断是否需要明暗校正，并且在判断为需要明暗校正的情况下，对拍摄图像数据进行明暗校正。因此，即使获得的试样S的表面的图像数据具有由光学系统和/或者摄像系统的特性所引起的不均匀的亮度，自动进行明暗校正，并因此能够消除亮度不均匀对测试结果的影响。

以上详细说明了本发明的实施例。然而，本发明不限于该实施例，而是可以在本发明的要旨内进行适当的修改。

例如，以上，通过基于试样S的表面的图像数据的亮度值而获得曲率图像数据并且对曲率图像数据进行二值化，来提取出曲率未达到预定值(阈值)的平坦部作为压痕区域。接着，在实施例中，通过在步骤S264的校正以及/或者缩减和扩展，以曲率未达到预定值的区域(平坦部)变为与压头14a的形状相对应的封闭区域的方式校正压痕区域。然而，本发明不限于此。可以使用其它众所周知的校正处理来校正压痕区域。

在实施例中，控制监视器8以显示在图5的步骤S4(硬度计算步骤)计算出的试样S的硬度值。然而，本发明不限于此。例如，可以提供能够输出音频的扬声器等，并且可以通过音频输出所计算出的试样S的硬度值。

在实施例中，将在图7的步骤S23中二值化后的图像数据和在图8的步骤S264中校正后的二值化图像数据存储在存储部63中。然而，本发明不限于此。例如可以将这些图像数据存储在RAM 62中。

在实施例中，硬度计100是包括形状为斜方锥的压头14a的Vickers硬度计。然而，本发明不限于此。本发明可以应用于例如具有与Vickers硬度计相同的、形状为斜方锥的压头的Knoop硬度计，或者应用于具有球体形状的压头的Brinell硬度计。

此外，硬度计100的组件的详细结构和操作都可以在本发明的要旨内进行适当修改。

Claims (8)

1.一种硬度计，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度计包括：

摄像控制部，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；

压痕区域提取部，用于对所述拍摄图像数据进行二值化、对二值化后的图像数据进行缩减和扩展、并且对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换，以使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的形状相对应的封闭区域；

压痕顶点提取部，用于基于所提取的封闭区域来提取压痕测量用顶点，所述压痕测量用顶点用于测量所述压痕的尺寸；以及

硬度计算部，用于基于所提取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基于二值化后的图像数据来判断是否提取到了候选压痕区域，并且在判断为没有提取到所述候选压痕区域的情况下，基于所述拍摄图像数据的亮度值来获得曲率图像数据、对所获得的曲率图像数据进行二值化、并且对二值化后的曲率图像数据进行缩减和扩展、对缩减和扩展后的曲率图像数据进行距离转换、并且使用距离转换后的曲率图像数据来提取所述封闭区域。

2.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于，所述压痕区域提取部对所述拍摄图像数据的亮度值进行高斯滤波，计算高斯滤波后的图像数据的微分值，使用所计算出的微分值以像素为单位计算海森矩阵，并且获得以所计算出的海森矩阵的绝对值作为像素值的所述曲率图像数据。

3.根据权利要求1所述的硬度计，其特征在于，所述压痕区域提取部参考所述拍摄图像数据判断是否需要明暗校正，并且在判断为需要所述明暗校正时，对所述拍摄图像数据进行所述明暗校正。

4.根据权利要求2所述的硬度计，其特征在于，所述压痕区域提取部参考所述拍摄图像数据判断是否需要明暗校正，并且在判断为需要所述明暗校正时，对所述拍摄图像数据进行所述明暗校正。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的硬度计，其特征在于，还包括显示控制部，所述显示控制部用于控制显示部显示所计算出的所述试样的硬度。

6.一种硬度计，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度计包括：

摄像控制部，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；

压痕区域提取部，用于基于所述拍摄图像数据的亮度值来获得曲率图像数据，并且参考所获得的曲率图像数据来提取曲率小于预定值的平坦部作为压痕区域；以及

硬度计算部，用于基于所述压痕区域来计算所述试样的硬度。

7.一种硬度测试方法，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度测试方法包括：

摄像控制步骤，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；

压痕区域提取步骤，用于对所述拍摄图像数据进行二值化、对二值化后的图像数据进行缩减和扩展、并且对缩减和扩展后的图像数据进行距离转换，以使用距离转换后的图像数据来提取与所述压头的形状相对应的封闭区域；

压痕顶点提取步骤，用于基于所提取的封闭区域来提取压痕测量用顶点，所述压痕测量用顶点用于测量所述压痕的尺寸；

以及

硬度计算步骤，用于基于所提取的压痕测量用顶点来计算所述试样的硬度，

其中，在所述压痕区域提取步骤中，基于二值化后的图像数据来判断是否提取到了候选压痕区域，并且在判断为没有提取到所述候选压痕区域的情况下，基于所述拍摄图像数据的亮度值来获得曲率图像数据、对所获得的曲率图像数据进行二值化、并且对二值化后的曲率图像数据进行缩减和扩展、对缩减和扩展后的曲率图像数据进行距离转换、并且使用距离转换后的曲率图像数据来提取所述封闭区域。

8.一种硬度测试方法，其利用压头对放置于试样台上的试样的表面施加预定的测试力以形成压痕，并且测量所述压痕的尺寸以测量所述试样的硬度，所述硬度测试方法包括：

摄像控制步骤，用于控制摄像部拍摄所述试样的表面的图像，以获得所述试样的表面的拍摄图像数据；

压痕区域提取步骤，用于基于所述拍摄图像数据的亮度值获得曲率图像数据，并且参考所获得的曲率图像数据来提取曲率小于预定值的平坦部作为压痕区域；以及

硬度计算步骤，用于基于所述压痕区域来计算所述试样的硬度。

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