JP2004198293A - ビッカース硬さ試験機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧痕が形成された試料を載置する試料台2と、試料に向けて配置される倍率が異なる複数の対物レンズ5,15と、各対物レンズを保持すると共にこれらを選択的に試料台2上の試料Sに対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段4と、選択された対物レンズを介して試料の観察を行うための観察手段9と、試料の圧痕の像の大きさを検出すると共に検出データを出力する測定手段30と、測定手段30の検出データに基づいて圧痕のビッカース硬さを算出する演算手段50を備え、演算手段50は、各対物レンズ5,15に応じた個別の係数を乗じて求めた圧痕の大きさからビッカース硬さを算出する。
【選択図】 図5
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビッカース硬さ試験機に係り、特に、複数の対物レンズを切り替えて使用するビッカース硬さ試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のビッカース硬さ試験機は、硬さ試験の対象物である試料を載置する試料台と、この試料台を昇降させる昇降機構と、試料台上の試料に対して圧痕の形成を行う圧痕形成手段と、試料に向けて配置される第一と第二の対物レンズと、各対物レンズを保持すると共にこれらを選択的に試料台上の試料に対する観察位置に位置決めするターレットと、圧痕の測定を行う測定手段と、圧痕の撮像を行うCCDカメラと、上記各部を支持する装置フレームとを備えている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記ターレット140は、図7に示すように、試料台102の上方において垂直方向を回転軸として回転自在に本体フレーム103に支持されている。このターレット104は、その回転軸を中心とする同一円周上で第一と第二の対物レンズ105,106及び圧痕形成手段のダイヤモンド圧子124を支持している。
そして、この円周上の所定の一点の垂直下方が、試料台102上における試料Sの設置位置と一致するように設定されている。つまり、ターレット140の回転操作により上述の円周上の所定の一点(この点を観察位置とする)に第一と第二の対物レンズ105,106又はダイヤモンド圧子142を位置決めすることで、試料の圧痕観察を行ったり、圧痕形成を行ったりする。
【0004】
圧痕形成手段123はダイヤモンド圧子124を上下方向に往復移動可能に支持している。かかる圧痕形成手段123をターレット140により観察位置に位置決めすると、その上方にある図示しない圧子押し付け機構によりダイヤモンド圧子124を所定の押し付け力で下方に押し付ける。これによりダイヤモンド圧子124の先端部が試料Sに押し付けられて圧痕Mが形成される。
【0005】
各対物レンズ105,106はそれぞれレンズ鏡筒107,108を介してターレット140に支持されている。そして、これらのレンズ鏡筒107,108はいずれもその内側上部にミラーを備えており、観察位置に位置決めされると、選択された対物レンズ105,106の光軸を通過する光を光路管109を介して測定手段130及び図示しないCCDカメラ側に反射する。
反射光は、測定手段130を通過してCCDカメラに入射する。その際、圧痕及び測定手段が形成する測定線の像を撮像し、装置外部の図示しない演算処理装置に撮像信号を出力し、情報処理装置は撮像信号に基づいてモニタ出力を行う。
【0006】
測定手段130は、図8に示すように、CCDカメラの視界内で測定線L1,L2の像を形成し、圧痕Mと共に撮像させる。また、これら測定線L1,L2の像はいずれも調節ツマミを操作して圧痕Mの像の両側で左右に移動させることができ、測定の際には、圧痕Mの像の左右の端部にそれぞれ測定線L1,L2の位置決めを行う。また、測定手段130は90[°]回転させることが可能であり、圧痕Mの像の上下の端部にそれぞれ測定線L1,L2の位置決めを行うこともできる。そして、各調節ツマミにはその操作量を検出するエンコーダが装備されており、検出した操作量を情報処理装置に出力する。
【0007】
情報処理装置は、各エンコーダからの出力により各測定線L1,L2の位置を認識し、それらの間隔距離を算出する。これにより、圧痕Mの左右幅と上下幅を取得することができ、これらにより圧痕Mの面積を求め、圧痕形成の際のダイヤモンド圧子124の加圧量からビッカース硬さを算出する。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−310869号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各対物レンズ105,106は、各レンズ鏡筒107,108を介してターレット140に同焦点となるように支持されている。つまり、いずれか一方の対物レンズの焦点合わせを行えばターレット104を回転させて他方の対物レンズを使用する際にも当該他方のレンズについても焦点が合うように図7のΔHの距離が設定されている。
しかしその場合、対物レンズ105と対物レンズ106とでは、それぞれの光学的筒長(対物レンズの後側焦点からCCDカメラの光学系の前側焦点までの距離)に差を生じることとなる。その結果、それぞれの対物レンズ105,106で同じ圧痕Mを撮像した場合に、CCDカメラにより撮像される圧痕Mの像の大きさが各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさにはならなかった。図8の二点鎖線M’は対物レンズのレンズ倍率に比例して表されるべき大きさを示し、実線は実際に撮像される大きさを示している。
【0010】
かかる場合、測定手段130の測定線L1,L2はレンズ倍率にかかわらず一定の像が得られることから、一方の対物レンズ105によって得られる圧痕像に対して測定手段130による測定から求めた圧痕Mの大きさと、他方の対物レンズ106によって得られる圧痕像に対して測定手段130による測定から求めた圧痕Mの大きさとは、単純にレンズの倍率比に応じた処理では整合を図ることができず、その結果いずれか一の対物レンズのみでしか測定が行えないという不都合を生じていた。
従って、従来は、一方の対物レンズを測定用とし、他の倍率の大きな対物レンズは専ら観察用に使用されるようになっていた。
【0011】
本発明は、複数の対物レンズのいずれであっても圧痕の測定を可能とすることを、その目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、例えば一例として図1に示すように、試料(S)を載置する試料台(2)と、試料に向けて配置される倍率が異なる複数の対物レンズ(5,15)と、各対物レンズを保持すると共にこれらを選択的に試料台上の試料に対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段(4)と、選択された対物レンズを介して試料の観察を行うための観察手段(9)と、試料の圧痕の像の大きさを検出すると共に検出データを出力する測定手段(30)と、測定手段の検出データに基づいて、圧痕のビッカース硬さを算出する演算手段(50)とを備え、演算手段は、各対物レンズに応じた個別の係数を乗じて求めた圧痕の大きさからビッカース硬さを算出する、という構成を採っている。
【0013】
上記構成では、レンズ保持手段により対物レンズを選択し、試料台上の試料の圧痕を観察手段を介して観察し、測定手段により圧痕の大きさを測定する。かかる観察手段は、例えば、CCDカメラや接眼レンズであっても良い。
そして、測定手段により検出された圧痕像の大きさが検出データとして演算手段に出力されると、演算手段は、選択された対物レンズに応じて所定の係数を乗算しつつ圧痕像の大きさを求める処理を行う。さらに、求められた圧痕の大きさからその面積を求め、当該算出面積と圧痕形成時の加圧力とからビッカース硬さ試験機を算出する。上記係数は、装置各部の設計条件から理論的に算出した値を採用して良いし、装置組み立て後において実際に既知の圧痕の大きさの測定を行い、そこから得られる傾向に従って誤差の発生を解消するに従って取得した算出結果は、算出結果表示用のモニタを装置に設けて出力しても良いし、装置外部の表示手段により出力しても良い。
【0014】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明と同様の構成を備えると共に、レンズ保持手段(4)がいずれの対物レンズ(5,15)を観察位置に位置決めしたかを検出するレンズ検出手段(60)を備え、演算手段は、レンズ検出手段の出力により特定される対物レンズのレンズ倍率に応じた個別の係数を乗じて求めた圧痕の大きさからビッカース硬さを算出する、という構成を採っている。
【0015】
上記構成では、請求項1記載の発明と同様の作用を奏すると共に、レンズ検出手段により選択された対物レンズが認識され、当該選択された対物レンズの係数を用いてビッカース硬さ試験機が算出される。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明と同様の構成を備えると共に、演算手段(50)に、各対物レンズ(5,15)ごとの係数を設定入力する係数設定手段(51)を備える、という構成を採っている。
上記構成では、請求項1又は2記載の発明と同様の作用を奏すると共に、予め計測して求めた各対物レンズごとの係数や設計条件から計算して求めた各対物レンズごとの係数を演算手段に入力し、記憶させる。演算手段は、入力された係数に基づいてビッカース硬さ試験機を算出する。
【0017】
請求項4記載の発明は、請求項1,2又は3記載の発明と同様の構成を備えると共に、演算手段(50)が、大きさが既知である基準スケールを測定した時の測定手段の検出データに基づいて算出したスケールの大きさと実際の基準スケールの大きさとを比較すると共にその比較結果から係数を補正する係数補正部を有する、という構成を採っている。
【0018】
上記構成では、請求項1,2又は3記載の発明と同様の動作が行われると共に、大きさが既知である基準スケールの大きさを計測手段により計測すると共に、既知である基準スケールの実際の大きさのデータ入力を受け付ける。
演算手段は、選択された対物レンズの係数に従ってその大きさを算出すると共に、その係数補正部が、算出した基準スケールの大きさと実際の大きさとを比較し、それらの違いから導かれる新たな係数を算出すると共に更新記憶する。
【0019】
【発明の実施の形態】
(実施形態の全体構成)
本発明の実施形態を図1乃至図5に基づいて説明する。図1は本実施形態たるビッカース硬さ試験機10の正面図を示し、図2はビッカース硬さ試験機10の試料台2の上方における部分の構成を装置の側面に沿った断面により一部を切り欠いて示した説明図を示している。
【0020】
かかるビッカース硬さ試験機10は、硬さ試験の対象物である試料Sを載置する試料台2と、この試料台2を前後左右上下の三方向に移動させて位置決めする試料台位置調節手段20と、試料台2上の試料に対して圧痕M(図8参照)の形成を行う圧痕形成手段23と、試料Sに向けて選択的に配置される倍率の異なる第一及び第二の対物レンズ5,15と、各対物レンズ5,15を保持すると共にこれらを選択的に試料台2上の試料Sに対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段としてのターレット4と、ターレット4によりいずれの対物レンズが観察位置に選択されているかを検出するレンズ検出手段60と、測定線L1,L2(図8参照)により圧痕Mの大きさを測定する測定手段30と、選択された対物レンズ5(又は15)を介して試料Sの観察を行うための観察手段としてのCCDカメラ9と、測定手段30の検出データに基づいて、圧痕Mのビッカース硬さを算出する演算手段としての制御回路50と、上記各構成を支持する装置フレーム3とを備えている。
以下、ビッカース硬さ試験機10の各部について詳細に説明する。
【0021】
(試料台,試料台位置調節手段及び装置フレーム)
上記試料台2は、上面に試料Sを載置するための平滑面が形成されており、下面を試料台位置調節手段20の昇降機構21により支持されている。
一方、試料台位置調節手段20は、試料台2を上下方向に自在に移動させる上記昇降機構21と、左右方向に自在に移動させる左右移動機構22と、前後方向に自在に移動させる前後移動機構(図示略)とを備えている。
昇降機構21は当該試料台2の上下移動により位置決めを行うのみではなく、試料Sの圧痕Mの測定の際には選択された対物レンズ5(又は15)との距離調節を行う焦点調節手段としても機能する。
また、左右移動機構22と前後移動機構とは、いずれも試料台2に併設されており、試料Sを載置される上面部分を左右方向と前後方向(図1における紙面に垂直な方向)に移動させて試料Sの位置決めを行う。これらの移動機構はマイクロメータを使用しており、高い精度での位置決めを可能としている。
【0022】
装置フレーム3は、前述した通り、ビッカース硬さ試験機10の各構成を,直接的に支持し又は他の構成が介在して間接的に支持する据え置き型の枠体である。装置フレーム3の下部には前述した昇降機構21を保持し、装置フレーム3が水平面上に据え置かれた状態(以下、各部の構成の説明で方向が示された場合には、特にことわりがある場合に除き装置フレーム3が水平面上に据え置かれた状態での方向を示しているものとする)で、昇降機構21を介して支持された試料台2の上面部も水平となるように設定されている。
また、装置フレーム3は、図2に示すように、ちょうど試料台2の上方となる位置に垂直方向を軸として回転自在にターレット4を支持すると共に、さらにその前方(図1における紙面手前方向、図2における左方)側で測定手段30を支持している。
【0023】
(ターレット)
ターレット4は回転テーブルとなっており、その回転軸を中心とする同一円周上に圧痕形成手段23のダイヤモンド圧子24と第一の対物レンズ5と第二の対物レンズ15とを支持している。必要に応じてターレット4を回転させることで、圧痕形成手段23と第一の対物レンズ5と第二の対物レンズ15と選択的に試料台2上にセットされた試料Sの真上となる位置(観察位置)に位置決めすることを可能としている。例えば、図2では、第一の対物レンズ5が観察位置に位置決めされているが、かかる状態から、上方から見て反時計方向に90度の角度でターレット4を回転させることによりダイヤモンド圧子24が観察位置に位置決めされ、さらに90度ターレット4を回転させることにより第二の対物レンズ15が観察位置に位置決めされる。
【0024】
また、ターレット4は、各対物レンズ5,15を、各鏡筒6,16を介して試料台2上の試料Sに対して同焦点となるように支持されている。つまり、いずれか一方の対物レンズの焦点合わせを行えばターレット4を回転させて他方の対物レンズを使用する際にも当該他方のレンズについても焦点が合うように光軸方向に沿った位置設定がなされている。
【0025】
(レンズ検出手段)
ターレット4にはレンズ検出手段60が併設されている。このレンズ検出手段60は、第一の対物レンズ5を検出するための第一のセンサユニット61と、第一の対物レンズ5が観察位置にあるときにその存在が第一のセンサユニット61に検出される第一の検出板62と、第二の対物レンズ6を検出するための第二のセンサユニット63と、第二の対物レンズ15が観察位置にあるときにその存在が第二のセンサユニット63に検出される第二の検出板64とを備えている。
上記各センサユニット61,63は、いずれも発光素子とその反射光を検出可能な受光素子とからなる。そして、各検出板62,64はセンサユニット61,63の発光素子からの発光光を良好に反射する素材でその表面が形成されている。
【0026】
第一の検出板62は第一の対物レンズ5を保持する鏡筒6に設けられ、第一のセンサユニット61は第一の検出板62と同じ高さで装置フレーム3側に設けられている。そして、これらは第一の対物レンズ5が観察位置にあるときにのみ相対するように配置されている。
第二の検出板64は第二の対物レンズ6を保持する鏡筒16に設けられ、第二のセンサユニット63は第二の検出板64と同じ高さであって第一の検出板62とは異なる高さで装置フレーム3側に設けられている。そして、これらは第二の対物レンズ15が観察位置にあるときにのみ相対するように配置されている。かかる配置により、各対物レンズ5,15がそれぞれ観察位置にある状態を個別に検出することが可能となる。
各センサユニット61,63は制御回路50に接続され、各検出板62,64の検出を制御回路50に出力する。
【0027】
(圧痕形成手段)
圧痕形成手段23は、図2に示すように、その下端部が試料Sに押し付けられて正方形状の圧痕Mを形成するダイヤモンド圧子24と、当該ダイヤモンド圧子24をターレット4上で上下動可能に支持する圧子支持機構25と、この圧子支持機構25を介してダイヤモンド圧子24を下降させ且つ所定の押し付け力で押し付ける押し付け機構(図示略)とを備えている。
上記押し付け機構は、ターレット4の回転により前述の観察位置に位置決めされたダイヤモンド圧子24を下方に押し下げることが可能な配置で装置フレーム3の内部に装備されている。なお、この押し付け機構は、コイルにより動作するアクチュエータや錘により回動するアーム機構等その押し付け力が調節可能な機構が望ましい。
【0028】
(対物レンズ周辺)
第一の対物レンズ5は、図2に示すように、鏡筒6に保持されている。この鏡筒6は下端部で第一の対物レンズ5を保持し、上端部の内側で反射ミラー7を備えている。鏡筒6は、自らの中心線と第一の対物レンズ5の光軸とが一致するように保持し、さらに反射ミラー7は光軸に沿った光を水平方向に反射する。そして、ターレット4上において、鏡筒6が観察位置に位置決めされると、反射ミラー7による光軸に沿った光の反射光が装置フレーム3に支持された光路管40に入射するように、鏡筒6はターレット4に支持されている。
【0029】
なお、光路管40は一端部が装置フレーム3に支持され、他端部には接眼レンズ9が設けられ、その途中には装置フレーム3から接眼レンズ9に向かう方向に沿って筒長調節手段50と測定手段30とが順番に配設されている。そして、上記反射ミラー7に反射された第一の対物レンズ5の光軸通過光が、筒長調節手段50と測定手段30とを通過して接眼レンズ9の主点に到達する方向に進行するように反射ミラー7の設置角度が設定されている。
【0030】
なお、第二の対物レンズ15についても、第一の対物レンズ5と同様に、鏡筒16に保持され、当該鏡筒16内には光軸に沿った光を反射する反射ミラー(図示略)が設けられている。また、ターレット4により鏡筒16が観察位置に位置決めされると、反射ミラーが第二の対物レンズの光軸通過光を、光路管40を通って接眼レンズ9の主点に到達する方向に向けて反射する点も第一の対物レンズ5の場合と同様である。
【0031】
(測定手段)
測定手段30について図2,3に基づいて説明する。図3は測定手段30の内部構造を示す分解斜視図である。
測定手段30は、各対物レンズ5,15を通過して反射ミラーにより反射された反射光が通過可能に構成されている。即ち、この測定手段30は、反射光がその中央部を通過する筐体39と、この筐体39の内部において反射光の光路を挟んで両側にそれぞれ配置された測定線形成用の目盛板33,34と、各目盛板33,34を個別に位置調節するための調節ツマミ37,38と、各調節ツマミ37,38の回転操作により各目盛板33,34をそれぞれ移動させる支持軸35,36と、各調節ツマミ37,38の回転操作を検出するエンコーダ31,32とを備えている。
【0032】
各目盛板33,34は、図3に示すように、筐体39の内部において、互いのその先端部を対向させた状態で、図示しないガイドにより、いずれもがその平板面の向きを一定に維持したまま筐体39の長手方向に沿ってスライド可能に支持されている。また、各目盛板33,34のCCDカメラ9側を向いた面の先端部には測定線が記入されている。
【0033】
各支持軸35,36はそれぞれ一端部が調整ツマミ37,38と連結され、他端部は目盛板33,34と連結されている。また、各支持軸35,36の他端部がその中間部に至るまでネジ溝が形成され雄ネジ部を構成する。その一方、各目盛板33,34にはネジ穴が設けられ、それぞれ支持軸35,36の他端部の雄ネジ部が螺合するように挿入される。前述したように、各目盛板33,34はその平板面の向きを一定に維持したままスライド可能に筐体39の内部で支持されているので、これら目盛板33,34に対して調節ツマミ37,38を介して支持軸35,36を回転させることにより、その回転中心線に沿って各目盛板33,34をそれぞれスライド移動させることが可能である。
【0034】
このため、測定時おいて、接眼レンズ9により観察される圧痕Mに対して各目盛板33,34の先端部でこれを挟むようにそれぞれを位置決めし、各目盛板33,34の先端部の間隔を測定することで圧痕Mの横方向幅を測定することができる。各調節ツマミ37,38にはその回転操作量を認識するためのゲージが記されており、当該ゲージを読むことで各目盛板33,34の移動量を知ることができ、かかる移動量から各目盛板33,34の先端部の間隔を知ることが可能である。
【0035】
一方、各調節ツマミ37,38にはそれぞれエンコーダ31,32が併設され、各調節ツマミ37,38の回転操作量が検出されると共に制御回路50に出力される。制御回路50は各エンコーダ31,32の原点位置からの回転操作量を検出することで、各測定線L1,L2の基準位置からの移動変化量を算出し、さらに、測定線間隔を求めることで圧痕の幅を検出する。
また、測定手段30の筐体39は、第二の筒体42に対して90度の範囲で回転させることが可能であり、かかる回転によりその姿勢を水平状態から垂直状態に切り替えることができる。これにより、圧痕Mの横幅だけでなく、縦方向長さを測定することも可能である。
【0036】
(CCDカメラ)
CCDカメラ9は、図2,4に示すように、測定手段30を経て光路管40の先端に支持されている。そして、各対物レンズ5,15が観察位置にある場合においてその光軸通過光の反射ミラーによる反射光がCCDカメラ9の図示しない光学系の光軸を通過し内部のCCD撮像素子に入射するように当該CCDカメラ9は光路管40に支持されている。そして、CCDカメラ9の撮像素子の検出信号は制御回路50に出力される。
【0037】
(制御回路)
次に、制御回路50について図5に基づいて説明する。図5はビッカース硬さ試験機10の制御系を示すブロック図である。かかる制御回路50は、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。そして、制御回路50にはシステムバス及び駆動回路等を介して測定手段30の各エンコーダ31,32、レンズ検出手段60の各センサユニット61,63、CCDカメラ9が接続されている。
また、動作制御手段30には、測定作業に関する各種設定条件、各種設定数値や測定の開始を入力する操作入力手段51、制御回路50による処理結果を画像表示する表示手段52が併設されている。
【0038】
制御回路50は、CCDカメラ9による圧痕像の撮像データに基づく画像表示や後述する圧痕Mの算出処理結果表示を表示手段52に行わせる画像表示制御回路と、測定手段30の各エンコーダ31,32からの出力に基づいて圧痕Mの大きさを算出し、さらにビッカース硬さを算出する算出回路として機能する。
【0039】
特に算出回路として機能する場合にあっては、制御回路50は、圧痕Mの像に対してその両端部に各測定線を位置合わせを行ったときの各エンコーダ31,32の回転操作量が検出されると、各エンコーダ31,32の出力から各測定線の位置を認識すると共に各位置から測定線間隔を算出する処理が行われる。
さらに、この測定線間隔に対して対物レンズ及びCCDカメラの光学系のレンズ倍率やこれらの光学的筒長(対物レンズの後側焦点からCCDカメラの光学系の前側焦点までの距離)から求められる各対物レンズ5,15ごとに固有の係数を乗じて圧痕Mの幅を算出する処理が行われる。
【0040】
さらに、上記算出に際しては、各レンズセンサユニット61,63の出力に基づいて観察位置にあると判断されたいずれかの対物レンズに対応する係数が選択される処理が行われる。
また、各係数については、対物レンズ5,15及びCCDカメラ9の光学系のレンズ倍率,これらの光学的筒長及び光軸上における測定手段30の配置等から算出された理論値を係数設定手段としての操作入力手段51により設定入力されたものを制御回路50内で記憶し、処理過程において参照されるが、かかる係数については更新することが可能である。
即ち、制御回路50は係数特定部としての処理を行う。かかる処理にあっては、操作入力手段51により係数の更新を指示入力すると、大きさが既知である基準スケールについての測定モードに切り替わり、操作入力手段51による基準スケールの既知の大きさの入力待ちとなる。そして、基準スケールに対するその大きさの測定待ち状態となるので、試料に対する測定と同様に基準スケールの大きさの測定を行う。制御回路50は、その時の測定手段30の検出データと更新前の係数に基づいてスケールの大きさを算出する。そして、予め入力した基準スケールの既知の大きさと測定による基準スケールの大きさとを比較すると共にその差に所定の開きがあると、もとの係数に,既知の大きさを測定による大きさで除した数値を乗算した新たな係数を記憶する。なお、係数の更新は、各対物レンズの係数ごとに行うことが可能である。
【0041】
(ビッカース硬さ試験機の動作説明)
上述の構成からなるビッカース硬さ試験機10の動作を説明する。試料台2上に試料Sをセットし、ターレット4の回転操作により、圧痕形成手段23を観察位置に位置決めする。そして、押し付け機構の駆動によりダイヤモンド圧子24を所定の押し付け力で試料Sに押し付け、圧痕を形成する。
【0042】
次に、ターレット4を操作して第一の対物レンズ5を観察位置に位置決めする。このとき、レンズ検出手段60の第一のセンサユニット61は第一の対物レンズ5が観察位置にあることを制御回路50に出力する。さらに、試料台位置調節手段20の昇降機構21により試料の高さ調節を行って第一の対物レンズ5に対する焦点合わせを行う。
このとき、CCDカメラ9による試料Sの撮像画像が表示手段52で画像出力される。かかる表示手段52を観察しながら、測定手段30の両調節ツマミ37,38により圧痕Mの左右に測定線L1,L2が揃うように位置合わせを行うと、各エンコーダ31,32からその回転操作量が制御回路50に出力される。
制御回路50は、各エンコーダ31,32の出力と、第一のレンズセンサユニット61の出力により選択される係数とにより、圧痕Mの左右方向幅を算出し、表示手段52に出力する。
さらに、測定手段30を90度回転して圧痕Mの上下方向幅についても測定を行い、制御回路50は、上下左右各幅の算出値と圧痕形成時の加圧力とからビッカース硬さを算出し、表示手段52により表示を行う。
また、第二の対物レンズ15を選択した場合は、圧痕Mの大きさを算出する際に選択される係数が変わるだけで、他の処理は第一の対物レンズ5の選択時と同様に行われる。
【0043】
(実施形態の効果)
上記構成からなるビッカース硬さ試験機10は、その制御回路50が、各対物レンズ5,15ごとに設定された係数により圧痕の大きさを算出する構成のため、いずれの対物レンズを選択した場合でも精度良く圧痕を求めることができ、これに共に、精度良くビッカース硬さを取得することが可能となる。
また、各係数は操作入力手段51により適切な値に設定することが可能であるため、例えば、各部の設計条件に従い理論的に求められた値に設定したりすることにより、正確な圧痕幅及びビッカース硬さを取得することが可能となる。
また、ビッカース硬さ試験機10では、レンズ検出手段により選択された対物レンズに応じた係数によりビッカース硬さ試験機の算出を行うので、係数の選択を入力する煩雑性を解消し、また、入力ミスや入力忘れを有効に回避し、より適切な圧痕幅やビッカース硬さの取得を図ることができる。
さらに、ビッカース硬さ試験機10では、制御回路50が係数特定部としての処理を行うので、実測値に導く係数を取得することが可能となり、より精度の高いビッカース硬さの測定を行うことが可能となる。特に、各対物レンズの加工精度の誤差の影響をも排除することができるので、より精度の高い測定を行うことが可能となる。
【0044】
(その他)
上記ビッカース硬さ試験機10では観察手段としてCCDカメラ9を使用したが、これに限定するものではなく、図6に示すように、接眼レンズ9Aを設けても良い。かかる場合、圧痕像を表示する表示手段を不要とすることができ、接眼レンズ9Aから圧痕像を観察しながらビッカース硬さの測定を行うこととなる。
【0045】
【発明の効果】
請求項1記載の発明は、測定手段が圧痕像の大きさの検出データを出力し、演算手段が記憶する各対物レンズごとに対応する係数を乗じつつ上記検出データから圧痕の大きさを算出するので、従来のように一の対物レンズのみでしか測定できない不都合を改善し、いずれの対物レンズを選択してもビッカース硬さを算出することが可能となる。
特に、各レンズを同焦点として配置したことを原因とする光学的筒長のばらつきを原因として各対物レンズのレンズ倍率に応じた測定値が取得できないような場合には、かかる光学的筒長のばらつきを修正する係数を設定することにより、当該バラツキの影響を低減し、いずれの対物レンズでも良好な測定を行うことが可能となる。
【0046】
請求項2記載の発明は、レンズ検出手段により対物レンズの選択を行うと演算手段が選択された対物レンズに応じた係数によりビッカース硬さ試験機の算出を行うので、入力手段を設けて選択した対物レンズを演算手段に入力したり、係数の選択を入力する煩雑性を解消し、容易且つ迅速に硬さ試験を行うことが可能となる。また、入力ミスや入力忘れを有効に回避し、より適切な圧痕幅やビッカース硬さの取得を図ることができる。
【0047】
請求項3記載の発明は、設定入力手段を設けたので、各対物レンズごとに適正な係数を設定することができ、各対物レンズごとに圧痕の大きさをより正確に算出でき、ビッカース硬さをより正確に取得することが可能となる。
【0048】
請求項4記載の発明は、係数補正部により実際の値と計測値との比較により新たな係数を取得することができ、各部の設計条件から計算により求められる理論的な係数を採用する場合と比較して各対物レンズの加工精度による誤差の影響をも解消し、各対物レンズごとにより正確な圧痕の大きさ及びビッカース硬さの測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態としてのビッカース硬さ試験機の正面図である。
【図2】ビッカース硬さ試験機の試料台の上方における部分の構成を装置の側面に沿った断面により一部を切り欠いて示した説明図である。
【図3】測定手段の内部構造を示す分解斜視図である。
【図4】測定手段及びCCDカメラを示す斜視図である。
【図5】ビッカース硬さ試験機の制御系を示すブロック図である。
【図6】観察手段としてCCDカメラに替えて接眼レンズを装備した例を示す斜視図である。
【図7】従来のビッカース硬さ試験機の要部の側面に沿った断面図である。
【図8】圧痕が形成された試料を従来のビッカース硬さ試験機により観察した像を示す説明図である。
【符号の説明】
2 試料台
4 ターレット(レンズ保持手段)
5 第一の対物レンズ
9 CCDカメラ(観察手段)
9A 接眼レンズ(観察手段)
10 ビッカース硬さ試験機
15 第二の対物レンズ
30 測定手段
50 制御回路(演算手段)
51 操作入力手段(係数設定手段)
60 レンズ検出手段
M 圧痕
L1,L2 測定線
S 試料
Claims (4)
- 試料を載置する試料台と、
前記試料に向けて配置される倍率が異なる複数の対物レンズと、
前記各対物レンズを保持すると共にこれらを選択的に前記試料台上の試料に対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段と、
選択された前記対物レンズを介して前記試料の観察を行うための観察手段と、
前記試料の圧痕の像の大きさを検出すると共に検出データを出力する測定手段と、
前記測定手段の検出データに基づいて、前記圧痕のビッカース硬さを算出する演算手段と、を備え、
前記演算手段は、前記各対物レンズに応じた個別の係数を乗じて求めた圧痕の大きさからビッカース硬さを算出することを特徴とするビッカース硬さ試験機。 - 前記レンズ保持手段がいずれの対物レンズを観察位置に位置決めしたかを検出するレンズ検出手段を備え、
前記演算手段は、前記レンズ検出手段の出力により特定される対物レンズのレンズ倍率に応じた個別の係数を乗じて求めた圧痕の大きさからビッカース硬さを算出することを特徴とする請求項1記載のビッカース硬さ試験機。 - 前記演算手段に、前記各対物レンズごとの係数を設定入力する係数設定手段を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のビッカース硬さ試験機。
- 前記演算手段が、大きさが既知である基準スケールを測定した時の前記測定手段の検出データに基づいて算出したスケールの大きさと実際の基準スケールの大きさとを比較すると共にその比較結果から係数を特定する係数特定部を有することを特徴とする請求項1,2又は3記載のビッカース硬さ試験機。
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CN104749056A (zh) * | 2014-07-22 | 2015-07-01 | 施周平 | 一种镀层硬度测试仪 |
JP7479222B2 (ja) | 2020-06-29 | 2024-05-08 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機 |
-
2002
- 2002-12-19 JP JP2002368155A patent/JP2004198293A/ja active Pending
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