JP2003166923A - 硬さ試験機及び硬さ試験方法 - Google Patents
硬さ試験機及び硬さ試験方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 厚さの異なる試料や不特定な形状の試料の硬
さを、効率よく測定でき、且つ測定結果の信頼性を向上
させる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供する。 【解決手段】 硬さ試験機１において、第１の撮像手段
（３１）により試料表面を撮像して、試料表面の画像を
取得し、この画像に基づいて、輪郭抽出手段（９２）が
試料の輪郭を抽出し、測定点設定手段（９２）が硬さ測
定点を設定する。そして、焦点位置決め手段（３２、９
２）が試料の測定点に対して焦点の合う位置の座標を決
定する。得られた座標に基づいて、硬さ測定部昇降手段
（５）により硬さ測定部（４）を試料の測定点に対して
焦点の合う位置へ鉛直方向に動かす。そして、試料の測
定点が硬さ測定部の圧子と対向する位置まで、水平移動
手段（７）により試料を水平に動かす。
さを、効率よく測定でき、且つ測定結果の信頼性を向上
させる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供する。 【解決手段】 硬さ試験機１において、第１の撮像手段
（３１）により試料表面を撮像して、試料表面の画像を
取得し、この画像に基づいて、輪郭抽出手段（９２）が
試料の輪郭を抽出し、測定点設定手段（９２）が硬さ測
定点を設定する。そして、焦点位置決め手段（３２、９
２）が試料の測定点に対して焦点の合う位置の座標を決
定する。得られた座標に基づいて、硬さ測定部昇降手段
（５）により硬さ測定部（４）を試料の測定点に対して
焦点の合う位置へ鉛直方向に動かす。そして、試料の測
定点が硬さ測定部の圧子と対向する位置まで、水平移動
手段（７）により試料を水平に動かす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧子により試料表
面に試験力を負荷して圧痕を形成させることに基づい
て、試料の硬さを評価する硬さ試験機及び硬さ試験方法
に関する。
面に試験力を負荷して圧痕を形成させることに基づい
て、試料の硬さを評価する硬さ試験機及び硬さ試験方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧子により試料表面に試験力を負
荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の硬さ等
の材料特性を評価する試験機として硬さ試験機が知られ
ている。この従来の硬さ試験機としては、例えば、図１
１に示したものが知られている。図１１に示す硬さ試験
機１００は、いわゆるビッカース硬さ試験機といわれる
もので、圧子１０１と、対物レンズ１０２と、圧子１０
１と対物レンズ１０２との交換が可能なターレット１０
３と、表面検知センサ１０４等を備えた硬さ測定部１０
５と、試料台１０６と、側微顕微鏡１０７等を備えてい
る。
荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の硬さ等
の材料特性を評価する試験機として硬さ試験機が知られ
ている。この従来の硬さ試験機としては、例えば、図１
１に示したものが知られている。図１１に示す硬さ試験
機１００は、いわゆるビッカース硬さ試験機といわれる
もので、圧子１０１と、対物レンズ１０２と、圧子１０
１と対物レンズ１０２との交換が可能なターレット１０
３と、表面検知センサ１０４等を備えた硬さ測定部１０
５と、試料台１０６と、側微顕微鏡１０７等を備えてい
る。
【０００３】このビッカース硬さ試験機１００を用いて
試料の硬さを測定する時は、試料の厚さが未知の場合、
硬さ測定部１０５と試料とが接触して試料が破損するの
を避けるため、まず、硬さ測定部１０５を一旦上方へ位
置させる。次に、試料表面の測定点を決め、測定者の目
視及び手動で試料台１０６上の試料表面の測定点が圧子
１０１の真下になるよう試料を位置決めする。そして、
試料に対し、表面検知センサ１０４がＯＮになるまで硬
さ測定部１０５を下げる。
試料の硬さを測定する時は、試料の厚さが未知の場合、
硬さ測定部１０５と試料とが接触して試料が破損するの
を避けるため、まず、硬さ測定部１０５を一旦上方へ位
置させる。次に、試料表面の測定点を決め、測定者の目
視及び手動で試料台１０６上の試料表面の測定点が圧子
１０１の真下になるよう試料を位置決めする。そして、
試料に対し、表面検知センサ１０４がＯＮになるまで硬
さ測定部１０５を下げる。
【０００４】その後、側微顕微鏡１０７によって対物レ
ンズ１０２を通して試料を観察しながら徐々に硬さ測定
部１０５を下げ、焦点の合う位置（合焦位置）を探す。
合焦位置を決定した後、ターレット１０３を回転させて
圧子１０１を試料に対向配置させ、圧子１０１により試
料表面に所定の試験力を負荷して圧痕を形成する。そし
て、形成された圧痕に基づいて、所定の方法により試料
の硬さを算出する。
ンズ１０２を通して試料を観察しながら徐々に硬さ測定
部１０５を下げ、焦点の合う位置（合焦位置）を探す。
合焦位置を決定した後、ターレット１０３を回転させて
圧子１０１を試料に対向配置させ、圧子１０１により試
料表面に所定の試験力を負荷して圧痕を形成する。そし
て、形成された圧痕に基づいて、所定の方法により試料
の硬さを算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の硬さ試
験機では、試料の硬さ測定点の位置決めは測定者の目視
及び手動により行われるため、測定者によって個人差が
あり、測定誤差発生の原因となっていた。また、同様の
理由により硬さ測定点の再現性に問題があった。特に、
硬さ測定点は試料の輪郭形状や大きさにより、厳密に設
定されるべきものであるが、複雑な形状の試料の場合
は、その要求を満たすことは困難であった。さらに、位
置決め作業自体に時間がかかるという問題もあった。ま
た、硬さ測定部を一旦上方に位置させてから徐々に下げ
るため、合焦位置を探す作業に時間がかかるという問題
があった。また、試料の厚さや大きさにより、表面検知
センサを選択する必要があるとともに、試料の大きさに
制限を受けるという問題があった。さらに、表面検知セ
ンサの信頼性自体に問題もあった。
験機では、試料の硬さ測定点の位置決めは測定者の目視
及び手動により行われるため、測定者によって個人差が
あり、測定誤差発生の原因となっていた。また、同様の
理由により硬さ測定点の再現性に問題があった。特に、
硬さ測定点は試料の輪郭形状や大きさにより、厳密に設
定されるべきものであるが、複雑な形状の試料の場合
は、その要求を満たすことは困難であった。さらに、位
置決め作業自体に時間がかかるという問題もあった。ま
た、硬さ測定部を一旦上方に位置させてから徐々に下げ
るため、合焦位置を探す作業に時間がかかるという問題
があった。また、試料の厚さや大きさにより、表面検知
センサを選択する必要があるとともに、試料の大きさに
制限を受けるという問題があった。さらに、表面検知セ
ンサの信頼性自体に問題もあった。
【０００６】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであって、厚さや大きさの異なる試料や不特定な
形状の試料の硬さを、効率よく測定でき、且つ測定結果
の信頼性を向上させる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提
供することを目的とする。
たものであって、厚さや大きさの異なる試料や不特定な
形状の試料の硬さを、効率よく測定でき、且つ測定結果
の信頼性を向上させる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、圧子を備えた硬さ測定部を
有し、圧子により試料表面に所定の試験力を負荷して圧
痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を測定
する硬さ試験機であって、ＸＹ平面内を水平移動可能な
水平移動手段と、前記水平移動手段上に配置された試料
の表面を撮像して、画像情報を取得する第１の撮像手段
と、前記第１の撮像手段によって得られた画像情報に基
づいて、前記試料表面の測定点に対して焦点の合う位置
の座標を算出する合焦座標算出手段と、前記合焦座標算
出手段によって得られた座標に基づいて、前記硬さ測定
部が試料表面の測定点に対する合焦位置に配置されるよ
うに、ＸＹ平面と直交するＺ方向に前記硬さ測定部を昇
降させる硬さ計測部昇降手段とを備えたことを特徴とし
ている。
め、請求項１記載の発明は、圧子を備えた硬さ測定部を
有し、圧子により試料表面に所定の試験力を負荷して圧
痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を測定
する硬さ試験機であって、ＸＹ平面内を水平移動可能な
水平移動手段と、前記水平移動手段上に配置された試料
の表面を撮像して、画像情報を取得する第１の撮像手段
と、前記第１の撮像手段によって得られた画像情報に基
づいて、前記試料表面の測定点に対して焦点の合う位置
の座標を算出する合焦座標算出手段と、前記合焦座標算
出手段によって得られた座標に基づいて、前記硬さ測定
部が試料表面の測定点に対する合焦位置に配置されるよ
うに、ＸＹ平面と直交するＺ方向に前記硬さ測定部を昇
降させる硬さ計測部昇降手段とを備えたことを特徴とし
ている。
【０００８】請求項１記載の発明によれば、第１の撮像
手段と合焦座標算出手段により求められた、試料表面の
測定点に対する合焦位置座標に基づいて、硬さ測定部昇
降手段により硬さ測定部をあらかじめ試料の測定点に焦
点の合う位置まで移動させる。つまり、試料の厚さに合
わせてあらかじめ硬さ測定部を移動させ、その後、水平
移動手段により試料を圧子と対向する位置に移動して位
置決めした後、硬さを測定できる。従って、試料の厚さ
が未知であっても、硬さ測定部を一旦上方に位置させて
から徐々に下げる必要がなく、合焦位置を探す時間を短
縮できる。また、硬さ測定部と試料とが接触することに
よる試料の破損がなくなり、硬さ試験機の信頼性が向上
する。さらに、硬さ測定部を昇降させる構成としている
ので、例えば、硬さ試験機をラインに組み入れた時、試
料搬送装置（試料台）を試料の厚さに応じて変更する必
要がなくなり、試料搬送装置が安価にできる。
手段と合焦座標算出手段により求められた、試料表面の
測定点に対する合焦位置座標に基づいて、硬さ測定部昇
降手段により硬さ測定部をあらかじめ試料の測定点に焦
点の合う位置まで移動させる。つまり、試料の厚さに合
わせてあらかじめ硬さ測定部を移動させ、その後、水平
移動手段により試料を圧子と対向する位置に移動して位
置決めした後、硬さを測定できる。従って、試料の厚さ
が未知であっても、硬さ測定部を一旦上方に位置させて
から徐々に下げる必要がなく、合焦位置を探す時間を短
縮できる。また、硬さ測定部と試料とが接触することに
よる試料の破損がなくなり、硬さ試験機の信頼性が向上
する。さらに、硬さ測定部を昇降させる構成としている
ので、例えば、硬さ試験機をラインに組み入れた時、試
料搬送装置（試料台）を試料の厚さに応じて変更する必
要がなくなり、試料搬送装置が安価にできる。
【０００９】ここで、硬さ試験機としては、ビッカース
硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機
等、試料表面に形成された窪み（圧痕）の大きさを測定
して試料の硬さを求める試験機である。第１の画像読取
手段は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カ
メラが代表的であるが、これに限らず、試料表面を撮像
した画像を読み取り画像情報を取得するものであれば他
でもよい。また、水平移動手段は、自動、手動のどちら
でも良い。
硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機
等、試料表面に形成された窪み（圧痕）の大きさを測定
して試料の硬さを求める試験機である。第１の画像読取
手段は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カ
メラが代表的であるが、これに限らず、試料表面を撮像
した画像を読み取り画像情報を取得するものであれば他
でもよい。また、水平移動手段は、自動、手動のどちら
でも良い。
【００１０】請求項２記載の発明は、圧子を備えた硬さ
測定部を有し、圧子により試料表面に所定の試験力を負
荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特
性を測定する硬さ試験機であって、ＸＹ平面内を水平移
動可能な水平移動手段と、前記水平移動手段上に配置さ
れた試料の表面を撮像して、画像情報を取得する第１の
撮像手段と、この第1の撮像手段により得られた画像情
報を用いてエッジ検出処理を連続して行い、試料の輪郭
データを抽出する輪郭抽出手段と、前記輪郭抽出手段に
より得られて輪郭データと、あらかじめ設定された所定
条件とに基づいて、試料表面の測定点を設定する測定点
設定手段と、前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する
位置に配置されるように水平移動手段の位置決め動作を
制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
測定部を有し、圧子により試料表面に所定の試験力を負
荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特
性を測定する硬さ試験機であって、ＸＹ平面内を水平移
動可能な水平移動手段と、前記水平移動手段上に配置さ
れた試料の表面を撮像して、画像情報を取得する第１の
撮像手段と、この第1の撮像手段により得られた画像情
報を用いてエッジ検出処理を連続して行い、試料の輪郭
データを抽出する輪郭抽出手段と、前記輪郭抽出手段に
より得られて輪郭データと、あらかじめ設定された所定
条件とに基づいて、試料表面の測定点を設定する測定点
設定手段と、前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する
位置に配置されるように水平移動手段の位置決め動作を
制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】請求項２記載の発明によれば、硬さを測定
する前の試料表面の画像を用いて、エッジ検出処理を連
続して行って試料の輪郭を求める。そして、この求めた
輪郭と所定条件とに基づいて、硬さを測定すべき試料表
面の測定点の配置を設定する。つまり、試料の輪郭から
硬さ測定点を設定することができるため、試料の形状に
合わせた最適な測定点の設定が可能となり、試料が複雑
な形状であっても、測定点を設定することができる。
する前の試料表面の画像を用いて、エッジ検出処理を連
続して行って試料の輪郭を求める。そして、この求めた
輪郭と所定条件とに基づいて、硬さを測定すべき試料表
面の測定点の配置を設定する。つまり、試料の輪郭から
硬さ測定点を設定することができるため、試料の形状に
合わせた最適な測定点の設定が可能となり、試料が複雑
な形状であっても、測定点を設定することができる。
【００１２】また、水平移動手段上の試料の位置決め
は、制御手段により制御されることとなり、設定された
測定点は圧子と対向する位置に自動で位置決めされる。
従って、位置決めに要する時間を短縮できると共に、測
定者による誤差を防止でき、さらに測定位置の再現性を
向上できる。また、一つの試料に対して硬さの多点測定
を行って材料特性を求める場合であっても、容易に硬さ
測定点の設定及び位置決めができるため、従来の手動に
よる位置決めに比べて時間を短縮することができる。
は、制御手段により制御されることとなり、設定された
測定点は圧子と対向する位置に自動で位置決めされる。
従って、位置決めに要する時間を短縮できると共に、測
定者による誤差を防止でき、さらに測定位置の再現性を
向上できる。また、一つの試料に対して硬さの多点測定
を行って材料特性を求める場合であっても、容易に硬さ
測定点の設定及び位置決めができるため、従来の手動に
よる位置決めに比べて時間を短縮することができる。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載の硬
さ試験機において、上述した輪郭抽出手段と、測定点設
定手段と、制御手段とをさらに備えていることを特徴と
している。この発明によれば、請求項１記載の硬さ試験
機により得られる効果に加えて、試料の輪郭に応じた測
定点の設定と位置決めを自動で行うことができるので、
測定点の設定から硬さ測定までを全て自動とすることが
可能となり、硬さ測定の時間が非常に短縮できる。
さ試験機において、上述した輪郭抽出手段と、測定点設
定手段と、制御手段とをさらに備えていることを特徴と
している。この発明によれば、請求項１記載の硬さ試験
機により得られる効果に加えて、試料の輪郭に応じた測
定点の設定と位置決めを自動で行うことができるので、
測定点の設定から硬さ測定までを全て自動とすることが
可能となり、硬さ測定の時間が非常に短縮できる。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の硬さ試験機において、前記硬さ測定部
に設置され、前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する
位置に配置された試料の表面を撮像して、画像情報を取
得する第２の撮像手段と、前記第２の撮像手段によって
得られた画像情報に基づいて、前記試料表面の測定点が
硬さ測定部に対する合焦位置に配置されるように、ＸＹ
平面と直交するＺ方向に試料を昇降させる試料昇降手段
とを備えたことを特徴としている。
いずれかに記載の硬さ試験機において、前記硬さ測定部
に設置され、前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する
位置に配置された試料の表面を撮像して、画像情報を取
得する第２の撮像手段と、前記第２の撮像手段によって
得られた画像情報に基づいて、前記試料表面の測定点が
硬さ測定部に対する合焦位置に配置されるように、ＸＹ
平面と直交するＺ方向に試料を昇降させる試料昇降手段
とを備えたことを特徴としている。
【００１５】請求項４記載の発明によれば、既に試料の
測定点に対して合焦位置に位置する硬さ測定部に対し、
第２の撮像手段と試料昇降手段によってさらに試料の位
置を微調整して焦点を合わせるため、焦点合わせがより
精密となり、硬さ測定がより正確にできる。ここで試料
昇降手段は、自動、手動のどちらでも良い。
測定点に対して合焦位置に位置する硬さ測定部に対し、
第２の撮像手段と試料昇降手段によってさらに試料の位
置を微調整して焦点を合わせるため、焦点合わせがより
精密となり、硬さ測定がより正確にできる。ここで試料
昇降手段は、自動、手動のどちらでも良い。
【００１６】請求項５記載の発明は、硬さ試験方法であ
って、ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手段上に配
置された試料の表面を撮像して、画像情報を取得する撮
像ステップと、前記撮像ステップで得られた画像情報に
基づいて、試料表面の測定点に対して焦点の合う位置の
座標を算出する合焦座標算出ステップと、前記合焦座標
算出ステップによって得られた座標に基づいて、硬さ測
定部が試料表面の測定点に対する合焦位置に配置される
ように、ＸＹ平面と直交するＺ方向に前記硬さ測定部を
昇降させる硬さ測定部昇降ステップと、前記測定点が硬
さ測定部の圧子と対向する位置まで、水平移動手段によ
り試料を水平移動させて試料の位置決めを行う位置決め
ステップと、圧子により、所定の試験力を試料表面に負
荷して圧痕を形成し、形成された圧痕の大きさに基づい
て試料の硬さを測定する硬さ測定ステップとを備えたこ
とを特徴としている。
って、ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手段上に配
置された試料の表面を撮像して、画像情報を取得する撮
像ステップと、前記撮像ステップで得られた画像情報に
基づいて、試料表面の測定点に対して焦点の合う位置の
座標を算出する合焦座標算出ステップと、前記合焦座標
算出ステップによって得られた座標に基づいて、硬さ測
定部が試料表面の測定点に対する合焦位置に配置される
ように、ＸＹ平面と直交するＺ方向に前記硬さ測定部を
昇降させる硬さ測定部昇降ステップと、前記測定点が硬
さ測定部の圧子と対向する位置まで、水平移動手段によ
り試料を水平移動させて試料の位置決めを行う位置決め
ステップと、圧子により、所定の試験力を試料表面に負
荷して圧痕を形成し、形成された圧痕の大きさに基づい
て試料の硬さを測定する硬さ測定ステップとを備えたこ
とを特徴としている。
【００１７】請求項５記載の発明によれば、試料の厚さ
に応じてあらかじめ硬さ測定部を試料に対する合焦位置
に移動させた後に、試料を硬さ測定部側に移動させて硬
さを測定することができる。従って、硬さ測定部を一旦
上方に位置させてから徐々に下げる必要がなくなり、試
料の硬さ試験に要する時間を短縮することができる。
に応じてあらかじめ硬さ測定部を試料に対する合焦位置
に移動させた後に、試料を硬さ測定部側に移動させて硬
さを測定することができる。従って、硬さ測定部を一旦
上方に位置させてから徐々に下げる必要がなくなり、試
料の硬さ試験に要する時間を短縮することができる。
【００１８】請求項６記載の発明は、硬さ試験方法であ
って、ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手段上に配
置された試料の表面を撮像して、画像情報を取得する撮
像ステップと、この撮像ステップで得られた画像情報を
用いてエッジ検出処理を連続して行い、試料の輪郭デー
タを抽出する輪郭抽出ステップと、前記輪郭抽出ステッ
プで得られた輪郭データと、あらかじめ設定された所定
条件とに基づいて、試料表面の測定点を設定する測定点
設定ステップと、前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向
する位置に配置されるように水平移動手段の動作を制御
して試料の位置決めを行う位置決めステップと、圧子に
より、所定の試験力を試料表面に負荷して圧痕を形成
し、形成された圧痕の大きさに基づいて試料の硬さを測
定する硬さ測定ステップとを備えたことを特徴としてい
る。
って、ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手段上に配
置された試料の表面を撮像して、画像情報を取得する撮
像ステップと、この撮像ステップで得られた画像情報を
用いてエッジ検出処理を連続して行い、試料の輪郭デー
タを抽出する輪郭抽出ステップと、前記輪郭抽出ステッ
プで得られた輪郭データと、あらかじめ設定された所定
条件とに基づいて、試料表面の測定点を設定する測定点
設定ステップと、前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向
する位置に配置されるように水平移動手段の動作を制御
して試料の位置決めを行う位置決めステップと、圧子に
より、所定の試験力を試料表面に負荷して圧痕を形成
し、形成された圧痕の大きさに基づいて試料の硬さを測
定する硬さ測定ステップとを備えたことを特徴としてい
る。
【００１９】請求項６記載の発明によれば、試料の表面
を撮像して得られた画像情報を利用して試料の輪郭に応
じた測定点を容易に設定でき、また、この設定された測
定点で硬さが測定されるように試料を自動で位置決めで
きる。従って、従来の手動による位置決めに比べて、測
定者による誤差の防止、測定位置の再現性を向上できる
ことに加え、硬さ測定にかかる時間を短縮することがで
きる。
を撮像して得られた画像情報を利用して試料の輪郭に応
じた測定点を容易に設定でき、また、この設定された測
定点で硬さが測定されるように試料を自動で位置決めで
きる。従って、従来の手動による位置決めに比べて、測
定者による誤差の防止、測定位置の再現性を向上できる
ことに加え、硬さ測定にかかる時間を短縮することがで
きる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明に係る
硬さ試験機の実施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明に係る硬さ試験機
１の全体構成を示す斜視図であり、図２は、硬さ試験機
１の本体を模式的に示す図であり、図３は硬さ試験機１
の主要動作に必要な構成を示すブロック図である。硬さ
試験機１は、本体２を構成する、形状認識部３と、硬さ
測定部４と、硬さ測定部昇降機構５と、試料固定装置６
と、水平移動手段としてのＸＹステージ７と、試料昇降
手段としての自動焦点合わせ（ＡＦ）ステージ８等を備
えている。また硬さ試験機１は本体２外部に、ホスト制
御装置９と、モニタ１０と、ユーザが各種条件を設定す
るためのキーボード１１及びマウス１２と、操作スティ
ック１３と、プリンタ１４等を備えている。
硬さ試験機の実施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明に係る硬さ試験機
１の全体構成を示す斜視図であり、図２は、硬さ試験機
１の本体を模式的に示す図であり、図３は硬さ試験機１
の主要動作に必要な構成を示すブロック図である。硬さ
試験機１は、本体２を構成する、形状認識部３と、硬さ
測定部４と、硬さ測定部昇降機構５と、試料固定装置６
と、水平移動手段としてのＸＹステージ７と、試料昇降
手段としての自動焦点合わせ（ＡＦ）ステージ８等を備
えている。また硬さ試験機１は本体２外部に、ホスト制
御装置９と、モニタ１０と、ユーザが各種条件を設定す
るためのキーボード１１及びマウス１２と、操作スティ
ック１３と、プリンタ１４等を備えている。
【００２１】形状認識部３は、図２に示すように、上下
（図２のＺ方向）に移動可能な、第１の撮像手段として
のＣＣＤカメラ３１、ＡＦ制御機構３２、試料Ｓを照明
する照明ランプ３３等により構成されている。ＡＦ制御
機構３２はＣＣＤカメラ３１の昇降を制御し、ＣＣＤカ
メラ３１は試料固定装置６に固定された試料Ｓの表面を
撮像して、画像情報を取得する。そして、この画像情報
をホスト制御装置９へ出力する。
（図２のＺ方向）に移動可能な、第１の撮像手段として
のＣＣＤカメラ３１、ＡＦ制御機構３２、試料Ｓを照明
する照明ランプ３３等により構成されている。ＡＦ制御
機構３２はＣＣＤカメラ３１の昇降を制御し、ＣＣＤカ
メラ３１は試料固定装置６に固定された試料Ｓの表面を
撮像して、画像情報を取得する。そして、この画像情報
をホスト制御装置９へ出力する。
【００２２】硬さ測定部４は、第２の撮像手段としての
ＣＣＤカメラ４１、試料表面を照明する照明装置４２、
圧子４３、対物レンズ４４、回転することにより圧子４
３と対物レンズ４４との切替が可能なターレット４５等
により構成されている。ＣＣＤカメラ４１は、対物レン
ズ４４を通して、試料Ｓ表面の硬さの測定点を決定する
ため試料Ｓ表面を撮像して、画像情報を取得し、ホスト
制御装置９へ出力する。また、ＣＣＤカメラ４１は、圧
子４３によって試料Ｓの表面に形成された窪みを撮像し
て、この画像情報を取得し、ホスト制御装置９へ出力す
る。
ＣＣＤカメラ４１、試料表面を照明する照明装置４２、
圧子４３、対物レンズ４４、回転することにより圧子４
３と対物レンズ４４との切替が可能なターレット４５等
により構成されている。ＣＣＤカメラ４１は、対物レン
ズ４４を通して、試料Ｓ表面の硬さの測定点を決定する
ため試料Ｓ表面を撮像して、画像情報を取得し、ホスト
制御装置９へ出力する。また、ＣＣＤカメラ４１は、圧
子４３によって試料Ｓの表面に形成された窪みを撮像し
て、この画像情報を取得し、ホスト制御装置９へ出力す
る。
【００２３】硬さ測定部昇降機構５は、硬さ測定部４に
連結され、硬さ測定部４を昇降させて、試料Ｓ表面の測
定点に対して合焦位置へ移動させる。試料固定装置６
は、ＡＦステージ８上に配置され、図４に示すように試
料Ｓが締付け部材６１により試料固定装置６に着脱可能
に固定される。ＸＹステージ７は、Ｚ方向に対して垂直
なＸＹ平面上を移動可能に設置されている。ＸＹステー
ジ７は、上部に配置されたＡＦステージ８、試料固定装
置６、試料固定装置６に着脱自在に固定された試料Ｓを
ＸＹ両方向へ自在に水平移動させ、形状認識部３及び硬
さ測定部４の下方へ試料Ｓを動かす。ＡＦステージ８は
昇降可能であり、ＡＦステージ８上の試料固定装置６に
配置された試料ＳのＺ方向の位置を調節する。
連結され、硬さ測定部４を昇降させて、試料Ｓ表面の測
定点に対して合焦位置へ移動させる。試料固定装置６
は、ＡＦステージ８上に配置され、図４に示すように試
料Ｓが締付け部材６１により試料固定装置６に着脱可能
に固定される。ＸＹステージ７は、Ｚ方向に対して垂直
なＸＹ平面上を移動可能に設置されている。ＸＹステー
ジ７は、上部に配置されたＡＦステージ８、試料固定装
置６、試料固定装置６に着脱自在に固定された試料Ｓを
ＸＹ両方向へ自在に水平移動させ、形状認識部３及び硬
さ測定部４の下方へ試料Ｓを動かす。ＡＦステージ８は
昇降可能であり、ＡＦステージ８上の試料固定装置６に
配置された試料ＳのＺ方向の位置を調節する。
【００２４】ホスト制御装置９は、ホスト制御部９１
と、形状認識制御部９２と、硬さ測定制御部９３とを有
し、図３に示すように各部と連結されている。また、ホ
スト制御装置９は、各部の動作を制御する図示しないＣ
ＰＵ（Central Processing Unit）、各種データ等を格
納する記憶媒体等を有している。ホスト制御部９１は硬
さ試験機１全体を制御するプログラムを有し、ＣＣＤカ
メラ４１から得られる試料Ｓの画像、形状認識制御部９
２で得られる測定点の算出結果等を基に、試料Ｓの硬さ
に関するデータ処理を行い、試料Ｓの材料特性を求め
る。さらに、ＣＣＤカメラ３１、４１によって得られた
画像情報に基づいた試料Ｓ表面の画像や、形状認識制御
部９２で得られる測定点の算出結果、試料Ｓの材料特性
算出結果等をモニタ１０に表示させる。
と、形状認識制御部９２と、硬さ測定制御部９３とを有
し、図３に示すように各部と連結されている。また、ホ
スト制御装置９は、各部の動作を制御する図示しないＣ
ＰＵ（Central Processing Unit）、各種データ等を格
納する記憶媒体等を有している。ホスト制御部９１は硬
さ試験機１全体を制御するプログラムを有し、ＣＣＤカ
メラ４１から得られる試料Ｓの画像、形状認識制御部９
２で得られる測定点の算出結果等を基に、試料Ｓの硬さ
に関するデータ処理を行い、試料Ｓの材料特性を求め
る。さらに、ＣＣＤカメラ３１、４１によって得られた
画像情報に基づいた試料Ｓ表面の画像や、形状認識制御
部９２で得られる測定点の算出結果、試料Ｓの材料特性
算出結果等をモニタ１０に表示させる。
【００２５】形状認識制御部９２は、試料Ｓのエッジの
連続的な検出による輪郭データの抽出、硬さ測定点算
出、及び合焦位置座標算出等のためのプログラムを有す
る。すなわち、形状認識制御部９２は、ＣＣＤカメラ３
１で得られた画像情報を用いて、以下のように画像自律
倣い測定によりエッジ検出処理を連続して行い、試料Ｓ
の輪郭データを抽出する。まず、図５（ａ）に示すよう
に、ユーザがモニタ１０に表示された試料Ｓ表面の画像
１００の輪郭に沿って、始点（ｘ０、ｙ０）を指定し、
始点（ｘ０、ｙ０）を中心とするエッジ検出用の直径が
ｈである円形ツール１０１を位置決めする。円形ツール
１０１内に長さｈの探索ツール１０２を生成させ、それ
ぞれの探索ツール１０２に沿って、図５（ｂ）に示すよ
うに画像１００のエッジｐ1、ｐ2、・・・ｐnを検出する。
そして、このエッジ点列ｐ1、ｐ2、・・・ｐnから最小二乗
法等を用いてエッジを示す近似曲線ｆ（ｘ、ｙ）を推定
する。曲線ｆと直交しかつ（ｘ０、ｙ０）を通るツール
１０３を、図５（ｃ）に示すように新たに作成し、最終
的なエッジ点P1を求める。この近似曲線に沿って一部の
領域が現在の円形ツール１０１と重なるように円形ツー
ル１０１を移動させて次々と位置決めすることにより、
円形ツール１０１はエッジに沿って自律的に移動して必
要なエッジ点P1、P2・・・Pnを次々と検出する。このエッ
ジ点の検出は、ユーザにより指定された終点まで行う。
そして、補間曲線を選択してエッジ点列データP1、P2・・
・Pnに例えば最小二乗法を当てはめ、図６に示すような
試料の輪郭データ１０４を検出する。そして、形状認識
制御部９２は、得られた輪郭データ１０４とあらかじめ
設定された測定パターンと測定パラメータとに基づい
て、試料Ｓの幅Ｗ及び所定の高さＨを基に試料Ｓ表面の
硬さ測定点Ｍを算出して図７に示すように設定する。図
中の数字は測定パラメータである。そして、設定した測
定点Ｍの配置情報を、硬さ測定制御部９３及びホスト制
御部９１へ出力する。
連続的な検出による輪郭データの抽出、硬さ測定点算
出、及び合焦位置座標算出等のためのプログラムを有す
る。すなわち、形状認識制御部９２は、ＣＣＤカメラ３
１で得られた画像情報を用いて、以下のように画像自律
倣い測定によりエッジ検出処理を連続して行い、試料Ｓ
の輪郭データを抽出する。まず、図５（ａ）に示すよう
に、ユーザがモニタ１０に表示された試料Ｓ表面の画像
１００の輪郭に沿って、始点（ｘ０、ｙ０）を指定し、
始点（ｘ０、ｙ０）を中心とするエッジ検出用の直径が
ｈである円形ツール１０１を位置決めする。円形ツール
１０１内に長さｈの探索ツール１０２を生成させ、それ
ぞれの探索ツール１０２に沿って、図５（ｂ）に示すよ
うに画像１００のエッジｐ1、ｐ2、・・・ｐnを検出する。
そして、このエッジ点列ｐ1、ｐ2、・・・ｐnから最小二乗
法等を用いてエッジを示す近似曲線ｆ（ｘ、ｙ）を推定
する。曲線ｆと直交しかつ（ｘ０、ｙ０）を通るツール
１０３を、図５（ｃ）に示すように新たに作成し、最終
的なエッジ点P1を求める。この近似曲線に沿って一部の
領域が現在の円形ツール１０１と重なるように円形ツー
ル１０１を移動させて次々と位置決めすることにより、
円形ツール１０１はエッジに沿って自律的に移動して必
要なエッジ点P1、P2・・・Pnを次々と検出する。このエッ
ジ点の検出は、ユーザにより指定された終点まで行う。
そして、補間曲線を選択してエッジ点列データP1、P2・・
・Pnに例えば最小二乗法を当てはめ、図６に示すような
試料の輪郭データ１０４を検出する。そして、形状認識
制御部９２は、得られた輪郭データ１０４とあらかじめ
設定された測定パターンと測定パラメータとに基づい
て、試料Ｓの幅Ｗ及び所定の高さＨを基に試料Ｓ表面の
硬さ測定点Ｍを算出して図７に示すように設定する。図
中の数字は測定パラメータである。そして、設定した測
定点Ｍの配置情報を、硬さ測定制御部９３及びホスト制
御部９１へ出力する。
【００２６】また、形状認識制御部９２は、ＣＣＤカメ
ラ３１から受信した画像情報に応じて照明ランプ３３の
光量を調節しながら、この画像情報に基づいてＡＦ制御
機構３２を制御してＣＣＤカメラ３１を昇降させ、設定
した各測定点Ｍに焦点を合わせる。そして、形状認識制
御部９２は、試料Ｓ表面の各測定点Ｍに対して焦点の合
う位置の各座標（合焦位置座標）を求め、硬さ計測制御
部９３へ出力する。合焦位置は、例えば、以下のように
求める。隣接する画素の輝度の差分の２乗値により表さ
れる符号付のもの、すなわち差分をａとして、ａ・｜ａ
｜をコントラスト値とし、コントラスト値のｚ方向分布
のピーク位置を合焦位置とする。
ラ３１から受信した画像情報に応じて照明ランプ３３の
光量を調節しながら、この画像情報に基づいてＡＦ制御
機構３２を制御してＣＣＤカメラ３１を昇降させ、設定
した各測定点Ｍに焦点を合わせる。そして、形状認識制
御部９２は、試料Ｓ表面の各測定点Ｍに対して焦点の合
う位置の各座標（合焦位置座標）を求め、硬さ計測制御
部９３へ出力する。合焦位置は、例えば、以下のように
求める。隣接する画素の輝度の差分の２乗値により表さ
れる符号付のもの、すなわち差分をａとして、ａ・｜ａ
｜をコントラスト値とし、コントラスト値のｚ方向分布
のピーク位置を合焦位置とする。
【００２７】硬さ測定制御部９３は、硬さ測定部４、硬
さ測定部昇降機構５、ＸＹステージ７、及びＡＦステー
ジ８を制御するプログラムを有する。すなわち、硬さ測
定制御部９３は、形状認識制御部９２により得られる試
料Ｓ表面の測定点Ｍの配置情報及び各測定点Ｍに対する
合焦位置座標に基づいて、硬さ測定部昇降機構５を制御
して硬さ測定部４をあらかじめ試料Ｓ表面の測定点Ｍに
対する合焦位置へ移動させる。そして、ＸＹステージ７
を制御して、試料Ｓの測定点Ｍが圧子４３と対向する位
置、つまり、試料と接触する圧子４３の部分の真下に試
料Ｓ表面の測定点Ｍが位置するように位置決めする。
さ測定部昇降機構５、ＸＹステージ７、及びＡＦステー
ジ８を制御するプログラムを有する。すなわち、硬さ測
定制御部９３は、形状認識制御部９２により得られる試
料Ｓ表面の測定点Ｍの配置情報及び各測定点Ｍに対する
合焦位置座標に基づいて、硬さ測定部昇降機構５を制御
して硬さ測定部４をあらかじめ試料Ｓ表面の測定点Ｍに
対する合焦位置へ移動させる。そして、ＸＹステージ７
を制御して、試料Ｓの測定点Ｍが圧子４３と対向する位
置、つまり、試料と接触する圧子４３の部分の真下に試
料Ｓ表面の測定点Ｍが位置するように位置決めする。
【００２８】さらに、硬さ測定制御部９３は、硬さ測定
部４のＣＣＤカメラ４１によって得られる画像情報を受
信し、ＡＦステージ８を制御して、試料ＳのＺ方向の位
置を微調節して試料Ｓ表面の測定点Ｍと硬さ測定部４の
所定の位置との焦点を合わせる。なお、ＣＣＤカメラ４
１による画像信号は、対物レンズ４４を通して得られる
ので、Ｚ方向でのより精密な位置決めができる。プリン
タ１４はＣＣＤカメラ３１、４１により得られた画像
や、試料の硬さ測定結果を出力する。
部４のＣＣＤカメラ４１によって得られる画像情報を受
信し、ＡＦステージ８を制御して、試料ＳのＺ方向の位
置を微調節して試料Ｓ表面の測定点Ｍと硬さ測定部４の
所定の位置との焦点を合わせる。なお、ＣＣＤカメラ４
１による画像信号は、対物レンズ４４を通して得られる
ので、Ｚ方向でのより精密な位置決めができる。プリン
タ１４はＣＣＤカメラ３１、４１により得られた画像
や、試料の硬さ測定結果を出力する。
【００２９】上記構成を有する硬さ試験機１の測定動作
について、図８に示すフローチャートを参照して説明す
る。まず、硬さを測定する試料Ｓが試料固定装置６に着
脱自在にユーザによって固定される（Ｓ１）。次に、Ｘ
Ｙステージ７により、試料Ｓを形状認識部３の下方へ配
置する（図２の点線で示した状態）。照明ランプ３３で
試料表面を照明し、光量を調節しながら、ＣＣＤカメラ
３１で試料Ｓの表面を撮像して、試料Ｓの画像を取得す
る（Ｓ２）。そして、モニタ１０に試料Ｓの画像を表示
する。その後、ユーザにより試料Ｓのエッジの始点及び
終点が指定される（Ｓ３）。
について、図８に示すフローチャートを参照して説明す
る。まず、硬さを測定する試料Ｓが試料固定装置６に着
脱自在にユーザによって固定される（Ｓ１）。次に、Ｘ
Ｙステージ７により、試料Ｓを形状認識部３の下方へ配
置する（図２の点線で示した状態）。照明ランプ３３で
試料表面を照明し、光量を調節しながら、ＣＣＤカメラ
３１で試料Ｓの表面を撮像して、試料Ｓの画像を取得す
る（Ｓ２）。そして、モニタ１０に試料Ｓの画像を表示
する。その後、ユーザにより試料Ｓのエッジの始点及び
終点が指定される（Ｓ３）。
【００３０】試料Ｓの画像及び入力されたエッジの始点
及び終点に基づいて、エッジを連続的に検出して試料Ｓ
の輪郭を算出する（Ｓ４）。算出された輪郭と、所定の
測定パターン及び測定パラメータに基づいて硬さ測定点
を計算して設定し（Ｓ５）、結果をモニタ１０に表示す
る。また、ＣＣＤカメラ３１を昇降させ、各測定点に対
して焦点を合わせる。そして、各試料表面の測定点まで
の距離を算出し、各測定点に対する合焦位置座標を求め
る（Ｓ６）。
及び終点に基づいて、エッジを連続的に検出して試料Ｓ
の輪郭を算出する（Ｓ４）。算出された輪郭と、所定の
測定パターン及び測定パラメータに基づいて硬さ測定点
を計算して設定し（Ｓ５）、結果をモニタ１０に表示す
る。また、ＣＣＤカメラ３１を昇降させ、各測定点に対
して焦点を合わせる。そして、各試料表面の測定点まで
の距離を算出し、各測定点に対する合焦位置座標を求め
る（Ｓ６）。
【００３１】モニタ１０に表示された設定された測定点
のなかから、実際に測定する測定点をユーザが指定する
（Ｓ７）。そして、求められた合焦位置座標に基づい
て、硬さ測定部４をあらかじめ試料Ｓの一測定点に対す
る合焦位置へ動かす（Ｓ８）。
のなかから、実際に測定する測定点をユーザが指定する
（Ｓ７）。そして、求められた合焦位置座標に基づい
て、硬さ測定部４をあらかじめ試料Ｓの一測定点に対す
る合焦位置へ動かす（Ｓ８）。
【００３２】その後、試料Ｓの一測定点が硬さ測定部４
の圧子４３と対向する位置までＸＹステージ７を水平に
動かし、試料Ｓを位置決めする（図２の実線で示した状
態）。照明装置４２で試料Ｓの表面を照らしながら、対
物レンズ４４を通して、ＣＣＤカメラ４１により試料Ｓ
の表面を撮像して、試料Ｓの表面の画像を取得する。得
られた画像をもとに、ＡＦステージ８を昇降させて試料
ＳのＺ方向の位置を微調整し、試料Ｓの高さ方向の位置
決めをする（Ｓ９）。
の圧子４３と対向する位置までＸＹステージ７を水平に
動かし、試料Ｓを位置決めする（図２の実線で示した状
態）。照明装置４２で試料Ｓの表面を照らしながら、対
物レンズ４４を通して、ＣＣＤカメラ４１により試料Ｓ
の表面を撮像して、試料Ｓの表面の画像を取得する。得
られた画像をもとに、ＡＦステージ８を昇降させて試料
ＳのＺ方向の位置を微調整し、試料Ｓの高さ方向の位置
決めをする（Ｓ９）。
【００３３】そして、ターレット４５を回転させて圧子
４３を試料Ｓの上方に位置させ、圧子４３を試料Ｓの一
測定点に押し付けて、所定の試験力を一定の時間加え、
試料Ｓの表面に圧痕を形成させる（Ｓ１０）。形成され
た試料Ｓの表面の圧痕をＣＣＤカメラ４１により撮像し
て、画像情報を取得する。硬さ測定部４の昇降動作から
圧痕の画像情報取得までを試料Ｓの各測定点に対して行
う。そして、得られた画像に基づいて、所定の方法を用
いて試料Ｓの硬さを算出して、結果をモニタ１０に表示
する（Ｓ１１）。
４３を試料Ｓの上方に位置させ、圧子４３を試料Ｓの一
測定点に押し付けて、所定の試験力を一定の時間加え、
試料Ｓの表面に圧痕を形成させる（Ｓ１０）。形成され
た試料Ｓの表面の圧痕をＣＣＤカメラ４１により撮像し
て、画像情報を取得する。硬さ測定部４の昇降動作から
圧痕の画像情報取得までを試料Ｓの各測定点に対して行
う。そして、得られた画像に基づいて、所定の方法を用
いて試料Ｓの硬さを算出して、結果をモニタ１０に表示
する（Ｓ１１）。
【００３４】（第２の実施の形態）第２の実施の形態に
おいては、図９に示すように、治具６２を使用し、６つ
の試料Ｓ１〜Ｓ６を試料固定装置６３に直接着脱可能に
固定する。この実施の形態では、図１０に示すような測
定パターン、最小限測定位置(スキャン開始点ａ、スキ
ャン終了点ｂ)及び測定位置発生方向ｃが各試料毎にユ
ーザにより指定される。形状認識制御部９２は、ＣＣＤ
カメラ３１から出力された試料の画像１０５を基に、こ
の画像１０５に対して第１の実施の形態と同様の円形ツ
ールを用いたエッジ検出処理を行い、エッジＰを検出す
る。そして、得られたエッジ点Ｐ及び所定の条件に基づ
いて、試料の硬さ測定点Ｍを算出する。所定の条件は、
あらかじめ記憶媒体に記憶されている。そして、６つの
試料Ｓ１〜Ｓ６の硬さ測定を連続して行う。
おいては、図９に示すように、治具６２を使用し、６つ
の試料Ｓ１〜Ｓ６を試料固定装置６３に直接着脱可能に
固定する。この実施の形態では、図１０に示すような測
定パターン、最小限測定位置(スキャン開始点ａ、スキ
ャン終了点ｂ)及び測定位置発生方向ｃが各試料毎にユ
ーザにより指定される。形状認識制御部９２は、ＣＣＤ
カメラ３１から出力された試料の画像１０５を基に、こ
の画像１０５に対して第１の実施の形態と同様の円形ツ
ールを用いたエッジ検出処理を行い、エッジＰを検出す
る。そして、得られたエッジ点Ｐ及び所定の条件に基づ
いて、試料の硬さ測定点Ｍを算出する。所定の条件は、
あらかじめ記憶媒体に記憶されている。そして、６つの
試料Ｓ１〜Ｓ６の硬さ測定を連続して行う。
【００３５】その他の構成、動作については、第１の実
施の形態とほぼ同じであるので詳述しない。
施の形態とほぼ同じであるので詳述しない。
【００３６】本発明は、上述の実施形態に限定されるも
のではない。明らかに本発明の趣旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変形が可能であることはもちろんである。
例えば、上記説明した実施の形態では、硬さ測定部４を
あらかじめ測定したい場所に焦点の合う位置まで移動さ
せた後、ＡＦステージ８によって焦点合わせを再び行
い、２回焦点合わせを行うこととしたが、これに限ら
ず、ＡＦステージ８による焦点合わせを行わないで、焦
点合わせを１回のみ行うこととしても良い。また、近似
曲線に沿った円形ツールを移動させての位置決めは、手
動でも良く、さらにエッジ検出ツールの形状や測定パタ
ーン、装置の具体的な細部構造等についても適宜に変更
可能であることは勿論である。
のではない。明らかに本発明の趣旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変形が可能であることはもちろんである。
例えば、上記説明した実施の形態では、硬さ測定部４を
あらかじめ測定したい場所に焦点の合う位置まで移動さ
せた後、ＡＦステージ８によって焦点合わせを再び行
い、２回焦点合わせを行うこととしたが、これに限ら
ず、ＡＦステージ８による焦点合わせを行わないで、焦
点合わせを１回のみ行うこととしても良い。また、近似
曲線に沿った円形ツールを移動させての位置決めは、手
動でも良く、さらにエッジ検出ツールの形状や測定パタ
ーン、装置の具体的な細部構造等についても適宜に変更
可能であることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、試料の厚さに合わせて
あらかじめ硬さ測定部を移動させ、その後、水平移動手
段により試料を圧子と対向する位置に移動して位置決め
した後、硬さを測定できる。従って、試料の厚さが未知
であっても、硬さ測定部を一旦上方に位置させてから徐
々に下げる必要がなく、合焦位置を探す時間を短縮でき
る。また、硬さ測定部と試料とが接触することによる試
料の破損がなくなり、硬さ試験機の信頼性が向上する。
さらに、硬さ測定部を昇降させる構成としているので、
例えば、硬さ試験機をラインに組み入れた時、試料搬送
装置（試料台）を試料の厚さに応じて変更する必要がな
くなり、試料搬送装置が安価にできる。
あらかじめ硬さ測定部を移動させ、その後、水平移動手
段により試料を圧子と対向する位置に移動して位置決め
した後、硬さを測定できる。従って、試料の厚さが未知
であっても、硬さ測定部を一旦上方に位置させてから徐
々に下げる必要がなく、合焦位置を探す時間を短縮でき
る。また、硬さ測定部と試料とが接触することによる試
料の破損がなくなり、硬さ試験機の信頼性が向上する。
さらに、硬さ測定部を昇降させる構成としているので、
例えば、硬さ試験機をラインに組み入れた時、試料搬送
装置（試料台）を試料の厚さに応じて変更する必要がな
くなり、試料搬送装置が安価にできる。
【００３８】また、硬さを測定する前の試料表面の画像
を用いて、エッジ検出処理を連続して行って試料の輪郭
を求め、試料の輪郭から硬さ測定点を精密に設定するこ
とができる。従って、試料の形状に合わせた最適な測定
点の設定が可能となり、試料が複雑な形状であっても、
精密な測定点を設定することができる。また、設定され
た測定点は圧子と対向する位置に自動で位置決めされる
ため、位置決めに要する時間を短縮できると共に、測定
者による誤差を防止でき、さらに測定位置の再現性を向
上できる。また、一つの試料に対して硬さの多点測定を
行って材料特性を求める場合であっても、容易に硬さ測
定点の設定及び位置決めができるため、従来の手動によ
る位置決めに比べて時間を短縮することができる。
を用いて、エッジ検出処理を連続して行って試料の輪郭
を求め、試料の輪郭から硬さ測定点を精密に設定するこ
とができる。従って、試料の形状に合わせた最適な測定
点の設定が可能となり、試料が複雑な形状であっても、
精密な測定点を設定することができる。また、設定され
た測定点は圧子と対向する位置に自動で位置決めされる
ため、位置決めに要する時間を短縮できると共に、測定
者による誤差を防止でき、さらに測定位置の再現性を向
上できる。また、一つの試料に対して硬さの多点測定を
行って材料特性を求める場合であっても、容易に硬さ測
定点の設定及び位置決めができるため、従来の手動によ
る位置決めに比べて時間を短縮することができる。
【図１】本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示した斜
視図である。
視図である。
【図２】図１の硬さ試験機の本体を正面から模式的に示
した説明図である。
した説明図である。
【図３】図１の硬さ試験機の主要な構成を示すブロック
図である。
図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による試料固定装置
に試料を固定した状態を示す上面図である。
に試料を固定した状態を示す上面図である。
【図５】本発明に係るエッジ検出動作を説明するための
図である。
図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による試料のエッジ
及び輪郭を検出した結果の一例を示す図である。
及び輪郭を検出した結果の一例を示す図である。
【図７】図６の試料の硬さ測定点算出結果の例を説明す
る説明図である。
る説明図である。
【図８】図１の硬さ試験機による硬さ測定動作を示すフ
ロー図である。
ロー図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による試料固定装置
に６つの試料を固定した状態を示す斜視図である。
に６つの試料を固定した状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による硬さ測定点
算出結果の例を説明する説明図である。
算出結果の例を説明する説明図である。
【図１１】従来の硬さ試験機の要部構成を示す側面図で
ある。
ある。
１ 硬さ試験機
２ 本体
３ 形状認識部
４ 硬さ測定部
５ 硬さ測定部昇降機構
６、６３ 試料固定装置
７ ＸＹステージ
８ ＡＦステージ
９ ホスト制御装置
３１、４１ ＣＣＤカメラ
３２ ＡＦ制御機構
４３ 圧子
４４ 対物レンズ
４５ ターレット
９１ ホスト制御部
９２ 形状認識制御部
９３ 硬さ測定制御部
Ｓ 試料
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐藤 康則
神奈川県座間市広野台二丁目７番１号 株
式会社アカシ相模工場内
(72)発明者 辻井 正治
神奈川県座間市広野台二丁目７番１号 株
式会社アカシ相模工場内
(72)発明者 小松 浩一
神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号
株式会社ミツトヨ内
(72)発明者 吉木 良一
神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号
株式会社ミツトヨ内
Claims (6)
- 【請求項１】 圧子を備えた硬さ測定部を有し、圧子に
より試料表面に所定の試験力を負荷して圧痕を形成させ
ることに基づいて、試料の材料特性を測定する硬さ試験
機であって、 ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手段と、 前記水平移動手段上に配置された試料の表面を撮像し
て、画像情報を取得する第１の撮像手段と、 前記第１の撮像手段によって得られた画像情報に基づい
て、前記試料表面の測定点に対して焦点の合う位置の座
標を算出する合焦座標算出手段と、 前記合焦座標算出手段によって得られた座標に基づい
て、前記硬さ測定部が試料表面の測定点に対する合焦位
置に配置されるように、ＸＹ平面と直交するＺ方向に前
記硬さ測定部を昇降させる硬さ測定部昇降手段と、 を備えたことを特徴とする硬さ試験機。 - 【請求項２】 圧子を備えた硬さ測定部を有し、圧子に
より試料表面に所定の試験力を負荷して圧痕を形成させ
ることに基づいて、試料の材料特性を測定する硬さ試験
機であって、 ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手段と、 前記水平移動手段上に配置された試料の表面を撮像し
て、画像情報を取得する第１の撮像手段と、 この第1の撮像手段により得られた画像情報を用いてエ
ッジ検出処理を連続して行い、試料の輪郭データを抽出
する輪郭抽出手段と、 前記輪郭抽出手段により得られた輪郭データとあらかじ
め設定された所定条件とに基づいて、試料表面の測定点
を設定する測定点設定手段と、 前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する位置に配置さ
れるように水平移動手段の位置決め動作を制御する制御
手段と、 を備えたことを特徴とする硬さ試験機。 - 【請求項３】 前記第1の撮像手段により得られた画像
情報を用いてエッジ検出処理を連続して行い、試料の輪
郭データを抽出する輪郭抽出手段と、 前記輪郭抽出手段により得られた輪郭データとあらかじ
め設定された所定条件とに基づいて、試料表面の測定点
を設定する測定点設定手段と、 前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する位置に配置さ
れるように水平移動手段の位置決め動作を制御する制御
手段と、 をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の硬さ試
験機。 - 【請求項４】 前記硬さ測定部に設置され、前記測定点
が硬さ測定部の圧子と対向する位置に配置された試料の
表面を撮像して、画像情報を取得する第２の撮像手段
と、 前記第２の撮像手段によって得られた画像情報に基づい
て、前記試料表面の測定点が硬さ測定部に対する合焦位
置に配置されるように、ＸＹ平面と直交するＺ方向に試
料を昇降させる試料昇降手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに
記載の硬さ試験機。 - 【請求項５】 ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手
段上に配置された試料の表面を撮像して、画像情報を取
得する撮像ステップと、 前記撮像ステップで得られた画像情報に基づいて、試料
表面の測定点に対して焦点の合う位置の座標を算出する
合焦座標算出ステップと、 前記合焦座標算出ステップによって得られた座標に基づ
いて、硬さ測定部が試料表面の測定点に対する合焦位置
に配置されるように、ＸＹ平面と直交するＺ方向に前記
硬さ測定部を昇降させる硬さ測定部昇降ステップと、 前記試料表面の測定点が硬さ測定部の圧子と対向する位
置まで、水平移動手段により試料を水平移動させて試料
の位置決めを行う位置決めステップと、 圧子により、所定の試験力を試料表面に負荷して圧痕を
形成し、形成された圧痕の大きさに基づいて試料の硬さ
を測定する硬さ測定ステップと、 を備えたことを特徴とする硬さ試験方法。 - 【請求項６】 ＸＹ平面内を水平移動可能な水平移動手
段上に配置された試料の表面を撮像して、画像情報を取
得する撮像ステップと、 前記撮像ステップで得られた画像情報を用いてエッジ検
出処理を連続して行い、試料の輪郭データを抽出する輪
郭抽出ステップと、 前記輪郭抽出ステップで得られた輪郭データとあらかじ
め設定された所定条件とに基づいて、試料表面の測定点
を設定する測定点設定ステップと、 前記測定点が硬さ測定部の圧子と対向する位置に配置さ
れるように水平移動手段の動作を制御して試料の位置決
めを行う位置決めステップと、 圧子により、所定の試験力を試料表面に負荷して圧痕を
形成し、形成された圧痕の大きさに基づいて試料の硬さ
を測定する硬さ測定ステップと、 を備えたことを特徴とする硬さ試験方法。
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