CN103575606A - 硬度试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够准确地确认日常检查的结果的硬度试验机。本发明的硬度试验机的控制部（80）具有：自动测量部（84），其在将具有成为基准的硬度的基准片载置于载置台（12）的状态下，自动地实施利用摄像机（17）对将压头（19）或者压头（21）按压到该基准片上而得到的压痕进行拍摄，且利用硬度运算部(83)基于用摄像机(17)所拍摄的压痕运算基准片的硬度的硬度测量动作；测量值显示部(85)，其使基准片的硬度的测量值与基准片的硬度的上限值以及下限值一起按时间顺序显示；警告显示部(86)，其在基准片的硬度的测量值比基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，进行警告显示；动作停止部(87)，其在基准片的硬度的测量值比基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，使装置的动作停止。

Description

硬度试验机

技术领域

本发明涉及测量试验片硬度的硬度试验机。 

背景技术

这样的硬度试验机具有：载置试验片的载置台；用于在被载置于该载置台上的试验片的表面形成压痕的压头；和通过将该压头按压到试验片而向压头赋予试验力的负载机构（参照专利文献1）。而且，通过摄影机构对在试验片的表面所形成的压痕进行摄影，且基于由摄影机构所拍摄的压痕运算试验片的硬度。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1日本特开2002－188983号公报 

发明内容

发明要解决的课题 

在JIS（日本工业规格）Z2244：2008的附录C中，要求硬度试验机的日常检查。在该日常检查中，对具有成为基准的硬度的基准片执行硬度试验，基于此时的硬度的测量值断定硬度试验机是否正常。 

但是，操作者通过手工动作执行该日常检查的情况下，有产生硬度的记录错误等失误的可能性。又，也有进行测定结果的篡改等的可能性。进一步，产生难以识别硬度的测量值（测量误差）随时间的变化这样的问题。 

本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够准确地确认日常检查的结果的硬度试验机。 

解决课题的手段 

本发明技术方案记载的硬度试验机，其具有：载置试验片的载置台；用于在被载置到所述载置台上的试验片的表面形成压痕的压头；通过将所述压头按压到所述试验片而将试验力赋予给所述压头的负载机构；用于对形成在所述试验片的表面上的压痕进行摄影的摄影机构；和基于用所述摄影机构所拍摄的压痕运算所述试验片的硬度的硬度运算部， 所述硬度试验机的特征在于，具有：自动测量单元，在将具有成为基准的硬度的基准片载置到所述载置台的状态下，自动地实施硬度测量动作，所述硬度测量动作为，利用所述摄影机构对将所述压头按压到所述基准片而得到的压痕进行拍摄，且利用所述硬度运算部基于由所述摄影机构所拍摄的压痕来运算所述基准片的硬度，存储单元，其按时间顺序对通过根据所述自动测量单元的指令的硬度测量动作所测量的所述基准片的硬度进行存储；以及测量值显示单元，其使按时间顺序被存储到所述存储单元中的所述基准片的硬度的测量值在显示部显示。 

关于本发明技术方案2记载的硬度试验机，其在技术方案1的基础上具有特征：所述测量值显示单元使被预先设定的所述基准片的硬度的上限值以及下限值与所述基准片的硬度的测量值一起按时间顺序显示。 

关于本发明技术方案3记载的硬度试验机，其在技术方案2的基础上具有特征：具有警告显示单元，其在所述基准片的硬度的测量值比被预先设定的所述基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，进行警告显示。 

关于本发明技术方案4记载的硬度试验机，其在技术方案2或3的基础上具有特征：具有动作停止单元，其在所述基准片的硬度的测量值比被预先设定的所述基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，使装置的动作停止。 

发明效果 

根据技术方案1记载的发明，能够由自动测量单元自动地执行日常检查，且能够利用存储单元以及测量值显示单元的作用准确地确认日常检查的结果。 

根据技术方案2记载的发明，利用警告显示单元的作用，能够容易地确认基准片的硬度的测量值与基准片的硬度的上限值或者下限值的关系，由此能够容易地判断装置的试验精度的降低。 

根据技术方案3记载的发明，利用警告显示单元的作用，能够进一步可靠地确认基准片的硬度的测量值与基准片的硬度的上限值或者下限值的关系，由此能够更可靠地判断装置的试验精度的降低。 

根据技术方案4记载的发明，利用动作停止单元的作用，能够将在试验精度降低了的状态下执行硬度试验的情况防止于未然。 

附图说明

图1是本发明所涉及的硬度试验机的概略图。 

图2是对载置台12进行升降的升降机构的概要图。 

图3是示出在物镜转换台20被支撑的物镜等的配置的说明图。 

图4是用于对压头19和压头21赋予试验力的负载机构和用于观察形成在试验片100上的压痕的光学系统的概要图。 

图5是示意性地示出通过压头21在试验片100形成压痕的情况的说明图。 

图6是示出形成在试验片100上的压痕的俯视图。 

图7是示出该发明所涉及的硬度试验机的主要的控制系统的框图。 

图8是表示在显示部55或者液晶显示部59所显示的硬度的测定结果的图表的示意图。 

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施形态进行说明。图1是本发明所涉及的硬度试验机的概略图。又，图2是用于对载置台12进行升降的升降机构造的概要图。 

该硬度试验机具有台11和被配置在台11上的、载置试验片100的载置台12。载置台12是用于使试验片100在X方向（图1中的左右方向）和Y方向（图1中的垂直于纸面的方向）移动的部件。在该载置台12上，附设有用于使试验片100在X方向移动的电动机13和用于使试验片100在Y方向移动的电动机14。又，载置台12构成为通过图2中示出的升降机构的作用而在上下方向（Z方向）升降的结构。即，支撑载置台12的支撑部51通过在其侧面形成有齿轨53的升降部件52被支撑。该升降部件52上的齿轨53与通过电动机15的驱动而旋转的小齿轮54啮合。因此，载置台12通过电动机15的驱动进行升降。 

又，该硬度试验机具有用于通过目视观察试验片100的目镜16；用于对试验片100进行摄影的摄像机17；支撑压头21和物镜23、24等且进行旋转的物镜转换器20。该物镜转换器20通过操作旋钮26或者通过后面叙述的电动机30的驱动，以朝向铅垂方向的轴为中心进行旋转。又，该硬度试验机具有也能作为输入部和显示部发挥作用的触屏式的液晶显示部59。 

图3是示出在物镜转换器20上被支撑的物镜等的配置的说明图。 

在物镜转换器20上配置有：被按压至被载置在载置台12上的试验片100的一对压头19、21；和5倍的物镜22、10倍的物镜23、40倍的物镜24以及100倍的物镜25。这些压头19、21以及物镜22、23、24、25被配置在以物镜转换器20的旋转中心为中心的圆上。又，物镜22、23、24、25的倍率以及配置个数不限制于此。 

再次参照图1，该材料试验机与计算机50相连接，该计算机50由用于显示试验片100的表面的像的CRT等的显示部55；作为用于输入各种数据的输入单元而发挥作用的键盘57及 鼠标58；以及主体56构成。 

图4是用于对压头19和压头21赋予试验力的负载机构和用于观察在试验片100上所形成的压痕的光学系统的概要图。又，图4示出在图3中用点划线表示的位置的截面。 

该硬度试验机具有：对压头19、21赋予试验力的负载机构；和用于对被载置在载置台12上的试验片100进行照明且观察压痕的光学系统，所述试验力用于相对于试验片100对压头19、21的顶端进行按压。 

如图4所示，物镜转换器20的轴筒27通过轴承29与旋转轴28相连，通过操作旋钮26或者通过后面叙述的电动机30的驱动，以朝向铅垂方向的旋转轴28为中心进行旋转。在图4中示出的是，利用物镜转换器20的旋转通过负载传递轴36对压头21赋予试验力的情况，即，压头21是被配置在和在图1中示出的试验片100相对的位置的情况。对压头19赋予试验力的情况下，压头19被配置在图4中示出的压头21的位置。 

负载机构具有能够以朝向水平方向的轴31为中心摇动的杆32。在杆32的一端配置有中空的按压部35。该按压部35的构成为，伴随杆32的摇动，对被附设在与压头21连接的负载传递轴36的端部的抵接部37进行按压。又，在杆32的另一端附设有永磁铁33。在该永磁铁33的外部配置有电磁线圈34。通过该永磁铁33和电磁线圈34，构成音圈电动机。该音圈电动机成为电磁式的负载机构，其能够通过控制在电磁线圈34流动的电流，对利用被配置在负载传递轴36的顶端的压头21向试验片100施加的试验力进行控制。 

又，在该实施形态中，其结构为，能够使此刻的试验力以例如2kgf、1kgf、0.5kgf、0.3kgf、0.2kgf、0.1kgf、0.05kgf、0.025kgf、0.01kgf阶段性地变化。 

负载传递轴36由将上下的板簧61通过支撑部件62固定在物镜转换器20的轴筒27上的罗伯威尔结构（ロバーバ構造）所支撑，且能够根据通过负载机构被赋予的试验力来升降。在负载传递轴36上连接有检测该负载传递轴36的移动量的差动变压器式的位移检测器60。该位移检测器60通过支撑部件63与物镜转换器20的轴筒27连接，通过物镜转换器20的旋转和负载传递轴36同步地移动。又，该位移检测器60用于对试验片100的表面进行检测。即，始终对用极其微小的力使压头21下降时的移动量进行检测，判断在压头21的移动停止时压头21是否和试验片100的表面抵接。 

光学系统具有：LED光源41；将来自LED光源41的光导向水平方向的光筒42；为了从上方对试验片100照明将通过光筒42所引导的光引导至按压部35的中空部、且使来自试验片100的表面的反射光透过至摄像机17侧的半透半反镜43；将透过了半透半反镜43的、来自试验片100的表面的反射光分开至目镜16以及摄像机17的半透半反镜44。物镜22被配 置在图4中的负载传递轴36的位置、即形成在试验片100上的压痕的观察位置的情况下，来自试验片100的表面的反射光通过按压部35的中空部、物镜22、半透半反镜43、44入射到目镜16以及摄像机17。由此，能够通过目镜16观察试验片100的放大像，且能够将通过摄像机17所拍摄的放大像显示在计算机50的显示部55上。其他的物镜23、24、25被配置在压痕的观察位置的情况也和物镜22的情况同样。 

图5是示意性地示出通过压头21在试验片100上形成压痕的情况的说明图，图6是示出在试验片100上所形成的压痕的俯视图。 

一对压头19、21中的压头21是用于进行作为硬度试验的维氏硬度试验的压头，其顶端是四棱锥形状。如图5所示，该压头21通过图4中示出的负载机构的作用在试验片100的表面被压入深度h。接着，解除该试验力，使图1中示出的物镜转换器20旋转以使所希望的倍率的物镜移动至与试验片100相对的位置。然后，从通过物镜以及摄像机17得到的、在试验片100的表面所形成的压痕（凹处）的图像，对压痕的对角线长度d［d＝（dx＋dy）／2］进行测量（参照图6）。维氏硬度与试验力除以凹处的表面积所得到的值成比例，所述凹处假设是底面为正方形、且其顶点的角度和压头21相同的棱锥。然后，根据从压痕的对角线长度d（mm：毫米）求出的凹处的表面积和试验力，算出维氏硬度。 

这里，将试验力设为F（N：牛顿）的情况下，维氏硬度HV用下述的算式表示。 

HV＝0．1891（F／d²） 

又，作为一对压头19、21中的另一个压头19，例如使用在努普硬度试验中采用的菱形的金字塔型的压头。 

图7是示出该发明所涉及的硬度试验机的主要的控制系统的框图。 

该硬度试验机具有控制装置整体的控制部80。该控制部80具有：用于对由摄像机17所拍摄的图像进行图像处理的图像处理部82；和用于基于被该图像处理部82图像处理了的图像中的压痕的大小和此时的试验力，运算试验片100的硬度的硬度运算部83。又，该控制部80具有：自动测量部84，其在将具有成为基准的硬度的基准片载置于载置台12的状态下，自动地执行硬度测量动作，该硬度测量动作为，利用摄像机17对将压头19或者压头21按压到该基准片上而得到的压痕进行摄影，且利用硬度运算部83基于由摄像机17所拍摄的压痕运算基准片的硬度；测量值显示部85，其使基准片的硬度的测量值与基准片的硬度的上限值以及下限值一起按按时间顺序显示；警告显示部86，其在基准片的硬度的测量值比基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，进行警告显示；动作停止部87，其在基准片的硬度的测量值比基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，使装置的动作停止。 

又，该控制部80与上述的摄像机17、液晶显示部59、LED光源41、位移检测器60、电磁线圈34、计算机50、使物镜转换器20的旋转的电动机30以及用于使载置台12在X、Y、Z方向移动的电动机13、14、15连接。进一步，该控制部80也与按时序存储由自动测量部84所测量的基准片的硬度的存储部81连接。 

接着，对通过具有以上那样的构成的硬度试验机进行日常检查的情况下的动作进行说明。 

在进行日常检查的情况下，将具有成为基准的硬度的基准片载置于载置台12上。 

该基准片具有和试验片100同样的形状，且作为具有成为基准的硬度的基准片而被准备。另外，作为该基准片，使用具有与由硬度试验机执行硬度试验时的试验片100的硬度相对应的硬度的基准片。例如，进行维氏硬度试验的情况下，选择使用HV700、HV500、HV200、HVl00、HV50等的互相维氏硬度不同的多个基准片作为该基准片。 

又，在进行日常检查前，设定试验条件。作为该试验条件，例如有对基准片的试验次数、试验力、试验时间（按压压头的时间）等。又，也设定基准片的硬度的上限值以及下限值。用硬度试验机测量被使用的基准片的硬度的情况下，该基准片的硬度的上限值以及下限值表示将被测量的硬度的范围。被测量的硬度为比该上限值大的情况、或者比下限值小的情况，如后面叙述那样，判断为硬度试验机所进行的硬度的测量未被准确地执行，并显示警告，或使装置的动作停止。 

试验条件被设定，基准片被载置于载置台上的话，硬度测量动作被自动地执行。开始该硬度测量动作时，操作者操作计算机50或者液晶显示部59的开始按钮。另外，也可以每天在规定的时间使硬度测量自动地开始。 

该硬度测量动作根据指令由控制部80中的自动测量部84来执行。这时，利用电动机30的驱动使物镜转换器20旋转，使压头19或者压头21移动到和试验片100相对的试验位置。这里，在进行维氏硬度试验时，将压头21配置在试验位置，在进行努普硬度试验时，将压头19配置在试验位置。而且，利用负载机构的作用以被预先设定的试验力以及试验时间，将压头19或者压头21的顶端按压到基准片，以在基准片的表面形成压痕。在试验片100上形成需要的压痕的话，通过电动机30的驱动使物镜转换器20旋转，以使物镜22、23、24、25中的一个移动到和试验片100上的压痕相对的位置。这时，物镜22、23、24、25中的、与压痕的尺寸对应的物镜被配置在和压痕相对的位置。 

控制部80是利用图像处理部82对通过摄像机17得到的、形成在试验片100的表面上的压痕的图像进行图像处理，测量压痕的对角线长度d。维氏硬度与试验力除以凹处的表面 积所得到的值成比例，所述凹处假设是底面为正方形、且其顶点的角度和压头21相同的棱锥。控制部80中的硬度运算部83从由压痕的对角线长度d求出的凹处的表面积与试验力来计算出维氏硬度。而且，由该硬度测量动作所测量的基准片的硬度的测量值通过控制部80中的测量值显示部85被显示于计算机50的显示部55或者液晶显示部59。 

图8是表示在计算机50的显示部55或者液晶显示部59所显示的硬度的测定结果的图表的示意图。 

这里，图8的（a）是表示通过一日的日常检查所测量的硬度的测量值的图表。又，图8的（b）示出按时间顺序表示从6月1日到6月5日的期间的每天的硬度试验的测量值的平均值的情况。在这些图中，以符号H表示的虚线表示上述的基准片的硬度的上限值，以符号L表示的虚线表示基准片的硬度的下限值。 

如图8的（a）所示，通过一日的日常检查所测量的硬度测量值通过控制部80中的测量值显示部85的作用，与基准片的硬度的上限值以及下限值一起显示于计算机的显示部55或者液晶显示部59。在该实施方式中示出在一日中测量了5次硬度的情况。这5次的测量值被表示为随时间变化的图表。 

这里，5次测量值的任意一个比被预先设定的基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，使表示硬度的测量值的点的显示颜色变化，且通过控制部80中的警告显示部86，对计算机50的显示部55或者液晶显示部59进行警告显示。由此，能够容易地确认基准片的硬度的测量值与基准片的硬度的上限值或者下限值的关系，能够容易地判断装置的试验精度降低的情况。 

又，5次测量值的任意一个比被预先设定的基准片的硬度上限值大时，或者比值小时，通过控制部80中的动作停止部87的指令，硬度试验机装置的试验的动作停止。由此，能够将在试验精度降低了的状态下执行硬度试验的情况防止于未然。 

又，一日的日常试验时的硬度试验的测量值及其平均值在每次进行每天的日常检查时，按时间顺序地被存储到存储部81中。而且，通过将显示从图8的（a）所示的状态切换到图8的（b）所示的状态，一日的硬度试验的测量值的平均值按时间顺序被显示于计算机50的显示部55或者液晶显示部59。这时，对表示其平均值的点进行点击等的话，显示该日的硬度的试验值的最大值和最小值的范围R。由此，能够容易地确认硬度的测量值（测量误差）随时间的变化。 

如上所述，在本发明涉及的硬度试验机中，能够通过自动测量部84的作用自动地执行日常检查。而且，基准片的硬度的测量值被存储到存储部81中，由于通过测量值显示部85 的作用按时间顺序显示硬度的测量值，因此能够准确地确认日常检查的结果。又，基准片的硬度的测量值为比被预先设定的基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，警告显示部86显示警告，动作停止部87停止硬度试验机的动作，因此能够容易地确认硬度试验机的精度降低的情况，且能够防止在该状态下执行硬度试验。 

符号说明 

11台            36负载传递轴      87动作停止部 

12载物台        41LED光源         100试验片。 

13电动机        42光筒 

14电动机        43半透半反镜 

15电动机        44半透半反镜 

16目镜          50计算机 

17摄像机        53齿轨 

19压头          54小齿轮 

20物镜转换器    55显示部 

21压头          56主体 

22物镜          57键盘 

23物镜          58鼠标 

24物镜          59液晶显示部 

25物镜          60位移检测器 

26旋钮          61板簧 

27轴筒          62支撑构件 

28旋转轴        63支撑构件 

29轴承          80控制部 

30电动机        81存储部 

31轴            82图像处理部 

32杆            83硬度运算部 

33永磁铁        84自动测量部 

34电磁线圈      85测量值显示部 

35按压部        86警告显示部。 

Claims (4)

1.一种硬度试验机，其具有：载置试验片的载置台；用于在被载置到所述载置台上的试验片的表面形成压痕的压头；通过将所述压头按压到所述试验片而将试验力赋予给所述压头的负载机构；用于对形成在所述试验片的表面上的压痕进行摄影的摄影机构；和基于用所述摄影机构所拍摄的压痕运算所述试验片的硬度的硬度运算部，

所述硬度试验机的特征在于，具有：

自动测量单元，在将具有成为基准的硬度的基准片载置到所述载置台的状态下，自动地实施硬度测量动作，所述硬度测量动作为，利用所述摄影机构对将所述压头按压到所述基准片而得到的压痕进行拍摄，且利用所述硬度运算部基于由所述摄影机构所拍摄的压痕来运算所述基准片的硬度，

存储单元，其按时间顺序对通过根据所述自动测量单元的指令的硬度测量动作所测量的所述基准片的硬度进行存储；以及

测量值显示单元，其使按时间顺序被存储到所述存储单元中的所述基准片的硬度的测量值在显示部显示。

2.如权利要求1所述的硬度试验机，其特征在于，所述测量值显示单元使被预先设定的所述基准片的硬度的上限值以及下限值与所述基准片的硬度的测量值一起按时间顺序显示。

3.如权利要求2所述的硬度试验机，其特征在于，具有警告显示单元，其在所述基准片的硬度的测量值比被预先设定的所述基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，进行警告显示。

4.如权利要求2或3所述的硬度试验机，其特征在于，具有动作停止单元，其在所述基准片的硬度的测量值比被预先设定的所述基准片的硬度的上限值大时，或者比下限值小时，使装置的动作停止。

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