JP2004037424A

JP2004037424A - 硬さ試験機及び硬さ試験方法

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Publication number: JP2004037424A
Application number: JP2002198809A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Hayashi; 林　浩孝; Yoshitsugu Nakamura; 中村　亮嗣; Koji Matsuura; 松浦　幸治
Original assignee: Akashi Corp
Current assignee: Akashi Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】硬さ試験機において形成したくぼみの所定位置間の距離を容易に、且つ計測誤差を少なく求めることを可能にする。
【解決手段】圧子３１により試料の表面に形成されたくぼみＸを、モニタ７の表示画面に表示し、その表示画面に表示されたくぼみＸの所定の特徴点を押下することにより、モニタ７の表示画面に備えられたタッチパネル７１を介して、その特徴点の位置の入力を行い、特徴点間の距離を算出する構成にした。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬さ試験機及びその硬さ試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硬さ試験機として、例えばビッカース硬さ試験機の場合、試料台上に測定する試料を固定し、試料の上方から試料に正四角錐圧子を所定の力で押し付け、試料に矩形のくぼみを形成し、そのくぼみの対角線の長さを計測する。そして、得られた対角線の長さからそのくぼみの大きさを求め、そのくぼみの大きさとくぼみを形成した力とから試料の硬さを算出する。
従来、このくぼみの対角線の長さを求める方法としては、計測顕微鏡によりくぼみを観察する観察画面に表示されるスケールを機械的に移動させて計測する機械的計測方法や、光学顕微鏡に取り付けたＣＣＤカメラによりくぼみの画像を取り込み、その取り込んだ画像に画像処理を施して自動計測する画像処理計測方法などが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械的計測方法の場合、くぼみを観察する観察画面に表示されるスケールを機械的に移動させ、くぼみの対角線の始点と終点に位置合わせする作業が煩雑であるという問題があった。また、画像処理計測方法の場合、くぼみの周囲に傷などの凹凸があると、正確にくぼみを認識することが困難となり、計測誤差が生じるという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、硬さ試験機において形成したくぼみの所定位置間の距離を容易に、且つ計測誤差を少なく求めることができる硬さ試験機及びその硬さ試験方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
圧子（例えば、圧子３１）により試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみ（例えば、くぼみＸ）を形成させ、該くぼみの所定の特徴点間の距離を計測することで試料の硬さを測定する硬さ試験機（例えば、硬さ試験機１００）であって、
前記圧子と、前記試料を載置する試料台（例えば、試料台４）を備えた本体部（例えば、試験機本体１）と、
前記くぼみを撮像する撮像部（例えば、撮像部２）と、
前記撮像部により撮像された前記くぼみを表示する表示部（例えば、モニタ７）と、
前記表示部の表示画面に備えられ、該表示部に表示された前記くぼみの所定の特徴点を押下することにより、その特徴点の位置の入力が行われる位置入力部（例えば、タッチパネル７１）と、
前記位置入力部により入力された前記特徴点間の距離を算出する距離算出手段（例えば、制御装置６）と、
前記距離算出手段により算出された前記特徴点間の距離に基づき、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段（例えば、制御装置６）と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、圧子により試料の表面に形成されたくぼみは表示部に表示され、その表示部に表示されたくぼみの所定の特徴点を押下することにより、表示部の表示画面に備えられた位置入力部を介して、その特徴点の位置の入力を行うことができるので、その位置入力を容易に行うことができる。また、ユーザが表示部に表示されたくぼみを視認しつつ、そのくぼみの形状やくぼみが形成された面の状態に応じた好適な位置入力を行うことができる。よって、より正確に位置入力された特徴点に基づき、その特徴点間の距離を算出することができるので、計測誤差のより少ない硬さを算出することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記位置入力部により入力された点の位置を前記表示部に表示する表示制御手段（例えば、制御装置６；ステップＳ７）を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、表示制御手段によって、位置入力部により入力された点の位置が表示部に表示されるので、ユーザは、表示部に表示されたくぼみのどの位置を特徴点として入力したか視認することができることとなって、より正確な位置入力を行うことができ、より計測誤差が少なくなる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の硬さ試験機において、
前記位置入力部は、アナログ抵抗膜方式タッチパネルであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、分解能が高いアナログ抵抗膜方式タッチパネルにより位置入力が行われるので、より細かな位置を特定する位置入力を行うことができ、より計測誤差が少なくなる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、
圧子（例えば、圧子３１）により試料の表面に所定の試験力を負荷して形成されたくぼみ（例えば、くぼみＸ）を表示する表示部（例えば、モニタ７）と、前記表示部の表示画面に備えられた位置入力部（例えば、タッチパネル７１）とを有し、前記くぼみの所定の特徴点間の距離を計測することで試料の硬さを測定する硬さ試験機（例えば、硬さ試験機１００）における硬さ試験方法であって、
圧子により試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみを形成するくぼみ形成ステップ（例えば、ステップＳ３）と、
前記くぼみ形成ステップによって形成された前記くぼみを撮像する撮像ステップ（例えば、ステップＳ４）と、
前記撮像ステップによって撮像された前記くぼみを前記表示部に表示する表示ステップ（例えば、ステップＳ５）と、
前記表示ステップによって前記表示部に表示された前記くぼみの所定の特徴点を押下することで、前記位置入力部を介し前記特徴点の位置を入力する位置入力ステップ（例えば、ステップＳ６）と、
前記位置入力ステップによって入力された前記特徴点間の距離を算出する距離算出ステップ（例えば、ステップＳ８）と、
前記距離算出ステップにより算出された前記特徴点間の距離に基づき、前記試料の硬さを算出する硬さ算出ステップ（例えば、ステップＳ９）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、圧子により試料の表面に形成されたくぼみは表示部に表示され、その表示部に表示されたくぼみの所定の特徴点を押下することにより、表示部の表示画面に備えられた位置入力部を介して、その特徴点の位置の入力を行うことができるので、その位置入力は容易に行うことができるとともに、ユーザが表示部を視認しつつ、そのくぼみの形状や、くぼみが形成された面の状態に応じた好適な位置入力を行うことができる。よって、より正確に位置入力された特徴点に基づき、その特徴点間の距離を算出することができるので、計測誤差のより少ない硬さを算出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した硬さ試験機を示す斜視図である。図２は、同硬さ試験機の要部構成を示すブロック図である。なお、硬さ試験機として、ビッカース硬さ試験機を例に説明する。
硬さ試験機１００は、試験機本体１と、この試験機本体１の上側に取り付けられ、試料に形成されたくぼみＸを観察し、撮像する撮像部２と、この撮像部２の下部に設けられ、回転することにより圧子３１と対物レンズ３２との切換が可能なターレット３と、前記試験機本体１の下部に上下移動可能に取り付けられ、前記ターレット３と対向配置された試料台４と、この試料台４の下側に設けられ、当該硬さ試験機の動作指示を行う操作パネル５などにより構成されている。
撮像部２は、顕微鏡部２１と、顕微鏡部２１に取り付けられたＣＣＤカメラ２２と、試料の観察位置を照らす照明装置２３と、対物レンズ３２などにより構成されている。
【００１４】
また、硬さ試験機１００は、試験機本体１の外部に制御装置６と、撮像部２により撮像されたくぼみＸ等を表示する表示部としてのモニタ７と、ユーザが各種条件等の設定や操作を行うキーボード８、マウス９などを備えている。
モニタ７は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成されている。このモニタ７の表示画面上には、位置入力部としての光透過性を有するタッチパネル７１が備えられている。
タッチパネル７１は、物理的な圧力に反応して、圧力が印可された部分の抵抗値が変化するデバイスであり、例えば、抵抗膜方式のタッチパネルである。この抵抗膜方式のタッチパネル７１は、抵抗膜の導通位置において圧力が印可されたことにより変化した電圧値により圧力が印可された位置を検出するセンサである。すなわち、タッチパネル７１の両端に電圧をかけ、指やタッチペン７２でタッチパネル７１上の任意の位置を押した場合に、押した位置によりそれぞれ別の電圧値が得られるので、その変化した電圧値から押された位置を特定する。なお、タッチパネル７１としては、分解能が高く、より微小な位置やポイントを特定することができる、アナログ抵抗膜方式タッチパネルであることが望ましい。
【００１５】
また、図２に示されるように、硬さ試験機１において、硬さ試験機１を統括制御し、各種処理および判断等を行う制御装置６は、操作パネル５、くぼみ形成部１０、撮像部２、モニタ７、タッチパネル７１等とバスなどを介して接続されている。なお、くぼみ形成部１０は、圧子３１を上下動させて所定の荷重を試料に負荷することによって試料にくぼみを形成するように構成されている。
【００１６】
制御装置６は、図示しないが、各種演算処理を行うＣＰＵと、制御、判断等各種処理用の各種プログラムや、各種硬さ試験に関するのデータ等が記憶、格納されたＲＯＭと、各種処理におけるワークメモリとして使用されるＲＡＭとで概略構成されている。
この制御装置６は、所定の硬さ試験を行うため、定められた所定の動作条件に基づき、くぼみ形成部１０におけるくぼみ形成動作の制御をはじめ、硬さ試験機１００の各部の制御を行う。
例えば、制御装置６は、距離算出手段として、タッチパネル７１に入力された２点の位置を検出し、その２点間距離を算出する。
また、制御装置６は、硬さ算出手段として、算出した２点間の距離に基づき、試料の硬さを算出する。
また、制御装置６は、表示制御手段として、モニタ７の表示画面においてタッチパネル７１が押下され、位置入力が行われた点にマーカーＭを表示する制御を行う。
【００１７】
次に、本発明を適用したビッカース硬さ試験機を例に、本発明の硬さ試験方法について、図３に示されるフローチャートに沿って説明する。
まず、硬さ試験機１００における撮像倍率毎の寸法基準の校正を行う。硬さ試験機１００のターレット３を回転させ、対物レンズ３２が機能する状態に切り換え、寸法校正モードにおいて、試料台４に載置された寸法校正用スケールの目盛を撮像部２により撮像し、モニタ７の表示画面に表示する。そして、モニタ７の表示画面に表示された目盛の２点をタッチペン７２で押下する。このモニタ７の表示画面にはタッチパネル７１が備えられているので、押下された２点の位置を示す信号はタッチパネル７１を介し、制御装置６に入力される。そして、その目盛に基づき、入力された２点間の距離をキーボード８等により入力することにより、タッチパネル７１を介し入力された２点と、その２点間の距離が対応付けられ、寸法基準が設定、校正される（ステップＳ１）。この操作を各撮像倍率毎に行う。この設定された寸法基準は、制御装置６のＲＡＭに格納される。
【００１８】
寸法基準の校正後、硬さ試験機１００のターレット３を回転させ、圧子３１が動作する状態に切り換え、試料台４に試料が載置された状態において、操作部５から硬さ試験のため、くぼみ形成を行う指示信号が制御装置６に入力されると（ステップＳ２）、制御装置６はくぼみ形成部１０にくぼみ形成を行わせる（ステップＳ３）。
【００１９】
次いで、ターレット３を回転させ、対物レンズ３２が機能する状態に切り換え、距離測定モードにおいて、撮像部２は試料に形成されたくぼみＸを撮像する（ステップＳ４）。そして、撮像部２に撮像されたくぼみＸは、図４に示されるように、モニタ７の表示画面に表示される（ステップＳ５）。
【００２０】
次いで、モニタ７の表示画面に表示された矩形のくぼみＸの所定の特徴点をタッチペン７２で押下する。なお、本実施の形態における硬さ試験機１００は、ビッカース硬さ試験機であるので、矩形のくぼみＸの特徴点は矩形の頂点である。そして、押下された特徴点（矩形の頂点）の位置を示す信号はタッチパネル７１を介し、制御装置６に入力される（ステップＳ６）。この際、制御装置６は、図５に示されるように、モニタ７の表示画面に、押下した位置を示すマーカーＭを表示する（ステップＳ７）。従って、押下した位置が意図した位置であるか視認により確認することができる。また、より正確に特徴点の位置入力を行う場合には、撮像倍率を高くすることにより、相対的に細かな位置入力を行うことができる。
【００２１】
次いで、制御装置６は、入力された４つの特徴点である矩形のくぼみＸの頂点から、２組の対角線の距離を、制御装置６のＲＡＭに格納された寸法基準に基づき算出し、さらに、その２つの対角線の距離の平均ｄ（ｍｍ）を算出する（ステップＳ８）。そして、制御装置６は、くぼみＸを形成した際の試験力Ｆ（ｋｇｆ）と、ステップＳ８で算出された対角線平均距離ｄ（ｍｍ）から算出される圧子３１と試料との接触面積Ｓ（ｍｍ^２）とに基づき、ビッカース硬さＨＶを、ＨＶ＝Ｆ／Ｓ（ＨＶ＝２Ｆｓｉｎ（θ／２）／ｄ^２＝１．８５４Ｆ／ｄ^２；θは正四角錐の圧子３１の対面角、θ＝１３６度）と算出し、その算出結果をモニタ７等に出力し（ステップＳ９）、硬さ試験を終了する。
【００２２】
このように、本発明の硬さ試験機１００において、圧子３１により試料の表面に形成されたくぼみＸは、タッチパネル７１が備えられたモニタ７に表示され、そのモニタ７に表示されたくぼみＸに対し、くぼみＸの所定の特徴点を指示、押下することで、その特徴点の位置入力を行うことができ、さらに、入力された複数の特徴点間の距離に基づき、試料の硬さが算出される。
このように、本発明の硬さ試験機１００における硬さ試験において、モニタ７に表示されたくぼみＸを視認しつつ、特徴点の入力をタッチペン７２や指などによるワンタッチで容易に入力することができるとともに、入力を行った位置にはマーカーＭが表示されることにより、入力位置の誤差や、入力位置の誤差に伴う特徴点間の計測誤差を抑えることができる。
よって、この硬さ試験機１００における硬さ試験は、容易に且つ計測誤差が少ない硬さ試験方法で行うことができる。
【００２３】
なお、以上の実施の形態においては、ＣＰＵ等を備えた制御装置６は、硬さ試験機１００の試験機本体１の外部に備える構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＰＵやＣＰＵを備えた制御装置部分は試験機本体１に備える構成であってもよい。
また、タッチパネル７１は、アナログ抵抗膜方式タッチパネルであることが望ましいとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、静電容量式、赤外線走査方式、光学式、デジタル式等、所望の位置入力動作が行えるものであれば、どのような方式のタッチパネルでもよい。
また、本実施の形態においては、ビッカース硬さ試験機を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブリネル硬さ試験機やヌープ硬さ試験機のように、圧子が試料に形成したくぼみにおける所定の特徴点間の距離から試料に硬さを算出する構成の硬さ試験機であればよい。
また、その他、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。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、圧子により試料の表面に形成されたくぼみは表示部に表示され、その表示部に表示されたくぼみの所定の特徴点を押下することにより、表示部の表示画面に備えられた位置入力部を介して、その特徴点の位置の入力を行うことができるので、その位置入力を容易に行うことができる。また、ユーザが表示部に表示されたくぼみを視認しつつ、そのくぼみの形状やくぼみが形成された面の状態に応じた好適な位置入力を行うことができる。よって、より正確に位置入力された特徴点に基づき、その特徴点間の距離を算出することができるので、計測誤差のより少ない硬さを算出することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、表示制御手段によって、位置入力部により入力された点の位置が表示部に表示されるので、ユーザは、表示部に表示されたくぼみのどの位置を特徴点として入力したか視認することができることとなって、より正確な位置入力を行うことができ、より計測誤差が少なくなる。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、分解能が高いアナログ抵抗膜方式タッチパネルにより位置入力が行われるので、より細かな位置を特定する位置入力を行うことができ、より計測誤差が少なくなる。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、圧子により試料の表面に形成されたくぼみは表示部に表示され、その表示部に表示されたくぼみの所定の特徴点を押下することにより、表示部の表示画面に備えられた位置入力部を介して、その特徴点の位置の入力を行うことができるので、その位置入力は容易に行うことができるとともに、ユーザが表示部を視認しつつ、そのくぼみの形状や、くぼみが形成された面の状態に応じた好適な位置入力を行うことができる。よって、より正確に位置入力された特徴点に基づき、その特徴点間の距離を算出することができるので、計測誤差のより少ない硬さを算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる硬さ試験機の斜視図である。
【図２】本発明の硬さ試験機の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明にかかる硬さ試験方法における動作を示すフローチャートである。
【図４】モニタに表示されたくぼみの特徴点を押下する状態の説明図である。
【図５】モニタに表示されたくぼみの特徴点にマーカーが表示された状態の説明図である。
【符号の説明】
１　　　試験機本体
２　　　撮像部
２１　　顕微鏡部
２２　　ＣＣＤカメラ
２３　　照明装置
３　　　ターレット
３１　　圧子
３２　　対物レンズ
４　　　試料台
５　　　操作パネル
６　　　制御装置
７　　　モニタ
７１　　タッチパネル
８　　　キーボード
９　　　マウス
１０　　くぼみ形成部
１００　硬さ試験機
Ｍ　　　マーカー
Ｘ　　　くぼみ

Claims

圧子により試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、該くぼみの所定の特徴点間の距離を計測することで試料の硬さを測定する硬さ試験機であって、
前記圧子と、前記試料を載置する試料台を備えた本体部と、
前記くぼみを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記くぼみを表示する表示部と、
前記表示部の表示画面に備えられ、該表示部に表示された前記くぼみの所定の特徴点を押下することにより、その特徴点の位置の入力が行われる位置入力部と、
前記位置入力部により入力された前記特徴点間の距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された前記特徴点間の距離に基づき、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする硬さ試験機。
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記位置入力部により入力された点の位置を前記表示部に表示する表示制御手段を備えることを特徴とする硬さ試験機。
請求項１又は２に記載の硬さ試験機において、
前記位置入力部は、アナログ抵抗膜方式タッチパネルであることを特徴とする硬さ試験機。
圧子により試料の表面に所定の試験力を負荷して形成されたくぼみを表示する表示部と、前記表示部の表示画面に備えられた位置入力部とを有し、前記くぼみの所定の特徴点間の距離を計測することで試料の硬さを測定する硬さ試験機における硬さ試験方法であって、
圧子により試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみを形成するくぼみ形成ステップと、
前記くぼみ形成ステップによって形成された前記くぼみを撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップによって撮像された前記くぼみを前記表示部に表示する表示ステップと、
前記表示ステップによって前記表示部に表示された前記くぼみの所定の特徴点を押下することで、前記位置入力部を介し前記特徴点の位置を入力する位置入力ステップと、
前記位置入力ステップによって入力された前記特徴点間の距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップにより算出された前記特徴点間の距離に基づき、前記試料の硬さを算出する硬さ算出ステップと、
を備えたことを特徴とする硬さ試験方法。