JP2004205281A - Hardness testing machine - Google Patents

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JP2004205281A JP2002372634A JP2002372634A JP2004205281A JP 2004205281 A JP2004205281 A JP 2004205281A JP 2002372634 A JP2002372634 A JP 2002372634A JP 2002372634 A JP2002372634 A JP 2002372634A JP 2004205281 A JP2004205281 A JP 2004205281A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform hardness tests using different evaluating and measuring methods in a hardness testing machine. <P>SOLUTION: The hardness testing machine is constituted so that a penetration quantity detecting means detects the penetration quantity (that is, the depth of a dent) of the pressure element 5 pushed in a sample S from the surface thereof when the dent is formed in the surface of the sample by the pressure element 5, the hardness based on the detected penetration quantity of the sample is calculated by a first hardness calculating means, the distance between the predetermined characteristic points of the dent formed by the pressure element 5 is detected by a dent length detecting means and the hardness based on the detected distance between the characteristc points of the sample is calculated by a second hardness calculating means. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料表面にくぼみを形成させて当該試料の硬さを測定する硬さ試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、圧子によって、試料表面に荷重を負荷し、くぼみを形成することに基づいて、試料の硬さを評価、測定する硬さ試験機が使用されている。
このような硬さ試験機として、所定の荷重で圧子を試料に押しつける際に圧子が試料に押し込まれて侵入する深さ(圧子が試料に形成するくぼみの深さ)を計測し、硬さを算出するロックウェル硬さ試験機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、所定の荷重で圧子を試料に押しつけて形成したくぼみの大きさ(例えば、くぼみの所定点間の長さ(対角線の長さ))を計測し、硬さを算出するビッカース硬さ試験機が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特許第3170256号公報
【特許文献2】
特開2000−292333号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロックウェル硬さ試験機とビッカース硬さ試験機とでは、そもそも硬さを評価、測定する方法は異なるため、近時、様々な試料の硬さを評価、試験するユーザにとっては、各々の硬さ試験機を個別に用意しなければならず、不便であるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明の課題は、評価・測定方法の異なる硬さ試験を行うことができて汎用性のある硬さ試験機を提供することである。
【0006】
【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、図1〜3に示すように、
試料表面に圧子(5)がくぼみを形成することに基づいて試料(S)の硬さを測定する硬さ試験機(1)であって、
前記圧子を試料表面に押し込む所定の試験力を付与する力付与手段(例えば、アーム作動部4)と、
前記力付与手段により前記圧子が試料表面から押し込まれる侵入量を検出する侵入量検出手段(例えば、圧子軸変位検出部20)と、
前記圧子が試料表面に押し込まれて形成したくぼみの所定の特徴点間の距離を検出するくぼみ長さ検出手段(例えば、制御部100、撮像部10)と、
前記侵入量検出手段により検出された侵入量に基づき、前記試料の硬さを算出する第1の硬さ算出手段(例えば、制御部100)と、
前記くぼみ長さ検出手段により検出された前記所定の特徴点間の距離に基づき、前記試料の硬さを算出する第2の硬さ算出手段(例えば、制御部100)と、
を備えたことを特徴とする。
【0007】
請求項1記載の発明によれば、力付与手段が発生する作用力に基づき、圧子は所定の試験力が付与されて試料の表面に押し込まれ、試料表面にくぼみを形成する。そのくぼみを形成する際に、圧子が試料表面から押し込まれる侵入量(つまり、くぼみの深さ)を侵入量検出手段が検出し、その検出した侵入量に基づいて、第1の硬さ算出手段が試料の硬さを算出する。また、圧子が形成したくぼみの所定の特徴点間の距離をくぼみ長さ検出手段が検出し、その検出した特徴点間の距離に基づいて、第2の硬さ算出手段が試料の硬さを算出する。
つまり、試料表面に所定の試験力を圧子により負荷してくぼみを形成することによって、くぼみの深さに基づく試料の硬さを測定することと、くぼみの大きさに基づく試料の硬さを測定することができる。
よって、試料の表面に圧子がくぼみを形成することに伴い、少なくとも2通りの硬さ試験を行うことができる。従って、試料や目的に応じた硬さ試験方法を選択することができ、汎用性のある硬さ試験機として使用することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1から図3に基づいて説明する。図1、図2は、本発明を適用した硬さ試験機を示す一部断面側面図である。図3は、同硬さ試験機の要部構成を示すブロック図である。
図1、図2に示されるように、硬さ試験機1は、各構成部材が配設される試験機本体2と、試験機本体2に回動自在に支持される荷重アーム3と、荷重アーム3に作用力(試験力)を付与し荷重アームを作動させる力付与手段としてのアーム作動部4と、荷重アーム3の下方の試験機本体2に回転自在に備えられたターレット8と、このターレット8に取り付けられ、先端部に圧子5を備える圧子軸6と、ターレット8に取り付けられた対物レンズ7と、ターレット8に対向配置され、試料Sが載置される試料台9と、試料台9上の試料Sに形成されたくぼみを撮像する撮像部10等により構成されている。なお、硬さ試験機1は、図3に示される制御部100により、各部の動作制御が行われる。
【0009】
荷重アーム3は、アーム本体31と、アーム本体31の一端部31aを試験機本体2に軸支する回動軸32とを有している。アーム本体31の他端側は第1の他端部31bと第2の他端部31cとの二股に分岐しており、第1の他端部31bは、可撓性を有する板ばね状に形成されている。
また、アーム本体31の下面側には、アーム本体31の下面と試験機本体2との間にコイルばね33aにより弾性支持される荷重軸33が備えられている。また、アーム本体31には、荷重アーム3(アーム本体31)が作動した際の、第1の他端部31bと第2の他端部31cとの開き量を検出するアーム変位検出部34が備えられている。
【0010】
アーム本体31は、アーム本体31の一端部31aが回動軸32により試験機本体2に回動自在に軸支されるとともに、第1の他端部31bに荷重アーム3を作動させる試験力としての作用力を発生させる後述するアーム作動部4が接続されている。そして、そのアーム作動部4の動作に伴い、アーム本体31は、回動軸32を中心とした回動を行う。このアーム本体31の下方への回動に伴い、アーム本体31は、荷重軸33を下方へ押圧し、移動させる。そして、荷重軸33は、アーム本体31(荷重アーム3)の駆動、動作を圧子軸6に伝達する(図1参照)。
【0011】
アーム変位検出部34は、例えば、所定の間隔の目盛が刻まれたスケールと、そのスケールの目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダとからなり、アーム本体31が回動するとともに、圧子軸6等を介して圧子5を試料Sに押し込む際の第1の他端部31bと第2の他端部31cとの開き量(ばね変位量)を検出し、その検出した開き量に基づくアーム変位信号を後述する制御部100に出力する。なお、この開き量(ばね変位量)は、圧子5が試料Sを押し込む押圧力(試験力)、或いは試料Sに加わる荷重に対応している。
【0012】
アーム作動部4は、サーボモータ41と、ボールネジ43と、サーボモータ41のモータ軸41aとボールネジ43のネジ軸43aに掛け渡されるタイミングベルト42と、ボールネジ43に保持される固定治具44等により構成されている。なお、アーム作動部4は、固定治具44の板ばね44aが、アーム本体31の第1の他端部31bに固定されて荷重アーム3に接続されている。
【0013】
サーボモータ41は、制御部100から入力された駆動制御信号に基づき駆動する。そして、サーボモータ41の駆動により回転するサーボモータ41のモータ軸41aの駆動力は、タイミングベルト42を介してボールネジ43のネジ軸43aに伝達されて、ボールネジ43は回転する。そのボールネジ43の回転駆動により固定治具44は上下に移動される。
このように、アーム作動部4は、サーボモータ41の駆動に基づき固定治具44を上下動させて、固定治具44と接続しているアーム本体31の第1の他端部31bに、その駆動(駆動力)を伝達し、アーム本体31(荷重アーム3)を回動させる。なお、アーム作動部4が荷重アーム3を動作させる際、板ばね44aは撓む。
【0014】
試料台9は、試料Sが載置される試料ステージ91と、試料ステージ91の下面に設けられたステージ昇降部92等により構成されている。このステージ昇降部92は、ねじ部92aを有し、ねじ部92aを回転させることによって試料ステージ91を、試験機本体2に対して上下に移動可能としている。
【0015】
ターレット8は、ターレット本体81と、ターレット本体81を試験機本体2に回転自在に軸支する回転軸82等により構成されている。
ターレット本体81には、圧子軸6と、対物レンズ7と、圧子軸6の変位量を検出する侵入量検出手段としての圧子軸変位検出部20とが備えられている。なお、圧子軸6は、圧子軸保持部61を介してターレット本体81に備えられている。そして、ターレット本体81が回転することによって、圧子軸6や対物レンズ7の配置が切り替えられる。
【0016】
圧子軸保持部61は、縦保持部材61aと、縦保持部材61aから横方向に延出する板ばね61b、61bにより構成されており、圧子軸6は、板ばね61b、61bに弾性支持され、試料ステージ91の試料Sの載置面、特に試料ステージ91に載置された試料の表面(上面)に対して垂直に備えられている。
また、圧子軸6の下端部には圧子5が交換可能に備えられている。
そして、図1に示されるように、ターレット8(ターレット本体81)を回転させ、圧子軸6を荷重軸33に対応する配置に切り替えることにより、荷重アーム3の回動に伴い荷重軸33が下方へ移動する動作の作用力を圧子軸6に伝達可能となる。そして、圧子5を試料Sに押し当て、押し込むことが可能となる。
【0017】
対物レンズ7は、後述する撮像部10の顕微鏡部11に付随するレンズ部であり、図2に示されるように、ターレット8(ターレット本体81)を回転させ、対物レンズ7を撮像部10に対応する配置に切り替えた際に、撮像部10による試料S撮像が可能になる。
【0018】
圧子軸変位検出部20は、例えば、所定の間隔の目盛が刻まれたスケールと、そのスケールの目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダとからなり、圧子軸6が試料Sにくぼみを形成する際に移動した変位量(つまり、試料Sに圧子5が押し込まれた侵入量、くぼみの深さ)を検出し、その検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を後述する制御部100に出力する。
【0019】
撮像部10は、顕微鏡部11と、その顕微鏡部11に取り付けられたCCDカメラ10a(図3参照)と、試料Sの観察位置を照らす照明装置(図示省略)などにより構成されており、試料Sの表面に形成されたくぼみの撮像を行う。そして、撮像部10(CCDカメラ10a)は、撮像したくぼみの画像データを後述する制御部100に出力する。
【0020】
制御部100は、CPU,ROM,RAM等を含む演算装置で構成され、ROMに記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うため予め設定された所定の動作条件(各硬さ試験用の動作条件)に基づくくぼみ形成のための各部の動作制御や、試料Sに形成されたくぼみに基づくデータやくぼみ形成時の試験力と、予め設定された各硬さ試験に対応する硬さ算出式とに基づき試料Sの硬さの算出を行う。
【0021】
例えば、制御部100は、アーム変位検出部34から入力されたアーム変位信号と、予め設定された設定アーム変位データとの比較を行う。そして、所定の試験力(荷重)で圧子5を試料Sに作用させるように荷重アーム3を回動させるため、アーム作動部4(サーボモータ41)の駆動を制御する駆動制御信号をサーボモータ41に出力する。
【0022】
また、制御部100は、第1の硬さ算出手段として、圧子軸変位検出部20から入力された圧子軸変位信号に基づき、試料Sの硬さの算出を行う。この第1の硬さ算出手段は、試料Sに圧子5が押し込まれた侵入量(くぼみの深さ)から試料Sの硬さを測定する、例えば、ロックウェル硬さ試験に基づく硬さの算出を行う。
【0023】
また、制御部100は、くぼみ長さ検出手段として、撮像部10から入力されたくぼみの画像データに所定の画像処理を施すなどして解析し、くぼみの大きさを自動計測し、所定の特徴点間の距離の検出を行う。
また、制御部100は、第2の硬さ算出手段として、制御部100(くぼみ長さ検出手段)が検出したくぼみの所定の特徴点間の距離に基づき、試料Sの硬さの算出を行う。この第2の硬さ算出手段は、試料Sに圧子5が押し込まれて形成されたくぼみの大きさ(所定の特徴点間の距離)から試料Sの硬さを測定する、例えば、ビッカース硬さ試験に基づく硬さの算出を行う。
【0024】
次に、硬さ試験機1における硬さ試験の動作について説明する。
例えば、まず、圧子軸6にロックウェル硬さ試験用の圧子5を取り付け、ターレット8を回転し、図1に示されるような、硬さ試験におけるくぼみ形成のための配置、つまり、圧子軸6を荷重軸33に対応する配置に切り替える。そして、試料台9の試料ステージ91に試料Sを載置し、試料ステージ91を所定の高さ、位置に調整する。
【0025】
次いで、操作部100により、硬さ試験機1が、ロックウェル硬さ試験用の動作を行うための操作を行う。この操作入力に基づき、アーム作動部4は駆動し、荷重アーム3を下方へ回動させる。この荷重アーム3の下方への回動に伴い、荷重軸33はアーム本体31により押圧されて下方へ移動するとともに、当接する圧子軸6を下方へ移動させる。そして、圧子軸6は、圧子軸6の先端に取り付けられた圧子5を試料Sに押し込み、くぼみを形成する。なお、圧子5が試料Sにくぼみを形成する際、アーム変位検出部34が検出した開き量(ばね変位量)に関するアーム変位信号に基づいて、制御部100がアーム作動部4の駆動を制御して荷重アーム3を回動させることにより、所定の試験力で圧子5を試料Sに押し込んでいる。
【0026】
そして、圧子5が試料Sにくぼみを形成している際の圧子軸6の移動量、変位量を圧子軸変位検出部20は検出し、その検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を制御部100に出力する。制御部100は入力された圧子軸変位信号に基づき、ロックウェル硬さを算出して、図示しない表示部に算出した結果(測定値)を表示する。
このように、ロックウェル硬さ試験を行うことができる。
【0027】
また、例えば、圧子軸6にビッカース硬さ試験用の圧子5を取り付けた場合、前述と同様に、ターレット8や試料台9の調整を行い、操作部100により、硬さ試験機1が、ビッカース硬さ試験用の動作を行うための操作を行う。
そして、前述と同様に、制御されたアーム作動部4の駆動に基づき、荷重アーム3は下方へ回動し、荷重軸33を介して圧子軸6を下方へ移動させる。そして、圧子軸6は、圧子軸6の先端に取り付けられた圧子5を試料Sに押し込み、くぼみを形成する。
【0028】
次いで、ターレット8を回転し、図2に示されるような、硬さ試験におけるくぼみ観察のための配置、つまり、対物レンズ7が撮像部10に対応する配置に切り替える。そして、撮像部10は、試料Sに形成されたくぼみを撮像し、撮像したくぼみの画像データを制御部100に出力する。制御部100は、入力された画像データを解析し、ビッカース硬さ試験用の圧子5により形成された略四角形のくぼみの対角線の長さを算出し、その対角線の長さに基づき、ビッカース硬さ算出して、図示しない表示部に算出した結果(測定値)を表示する。
このように、ビッカース硬さ試験を行うことができる。
【0029】
このように、本発明にかかる硬さ試験機1によっては、所定の荷重で圧子を試料に押しつける際に圧子が試料に押し込まれて侵入する深さ(圧子が試料に形成するくぼみの深さ)に基づく硬さ試験(例えば、ロックウェル硬さ試験)と、所定の荷重で圧子を試料に押しつけて形成したくぼみの大きさ(例えば、くぼみの所定の特徴点間の長さ)に基づく硬さ試験(例えば、ビッカース硬さ試験)とを、ともに行うことができる。つまり、汎用性のある硬さ試験機といえる。
【0030】
なお、以上の実施の形態においては、硬さ試験機1において、ロックウェル硬さ試験と、ビッカース硬さ試験を行うことを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブリネル硬さ試験やヌープ硬さ試験などの硬さ試験を行ってもよい。その場合、その硬さ試験に応じた圧子5を用意するとともに、制御部100にその硬さ試験に応じた試験機の動作制御や各硬さ試験に対応する硬さ算出式を記憶、入力するようにすればよい。
【0031】
また、以上の実施の形態においては、制御部100がくぼみの画像データを解析して、くぼみの大きさを自動計測するとしたが、これに限らず、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くぼみの大きさを計測する機械的計測方法や、撮像部により撮像されたくぼみが表示される表示画面(タッチパネル)において、くぼみの特徴点をタッチ入力してその特徴点間の距離を計測、検出するようにしてもよい。
【0032】
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。
【0033】
【発明の効果】
本発明にかかる硬さ試験機によれば、試料の表面に圧子がくぼみを形成する際に、圧子が試料表面から押し込まれる侵入量(つまり、くぼみの深さ)を侵入量検出手段が検出して、その検出した侵入量に基づく硬さ試験と、圧子が形成したくぼみの所定の特徴点間の距離をくぼみ長さ検出手段が検出して、その検出した特徴点間の距離に基づく硬さ試験を行うことができる。
つまり、試料表面に所定の試験力を圧子により負荷してくぼみを形成することによって、くぼみの深さに基づく試料の硬さを測定する、例えばロックウェル硬さ試験と、くぼみの大きさに基づく試料の硬さを測定する、例えば、ビッカース硬さ試験とを行うことができる。
このように、試料の表面に圧子がくぼみを形成することに伴い、少なくとも2通りの硬さ試験を行うことができるので、試料や目的に応じた硬さ試験方法を選択することができ、汎用性のある硬さ試験機として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる硬さ試験機の一部断面側面図である。
【図2】本発明にかかる硬さ試験機の一部断面側面図である。
【図3】本発明にかかる硬さ試験機の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 硬さ試験機
2 試験機本体
3 荷重アーム
31 アーム本体
34 アーム変位検出部
4 アーム作動部(力付与手段)
41 サーボモータ
5 圧子
6 圧子軸
7 対物レンズ
8 ターレット
9 試料台
10 撮像部(くぼみ長さ検出手段)
10a CCDカメラ
20 圧子軸変位検出部(侵入量検出手段)
100 制御部(くぼみ長さ検出手段、第1の硬さ算出手段、第2の硬さ算出手段)
S 試料
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hardness tester for measuring the hardness of a sample by forming a depression on the surface of the sample.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a hardness tester that evaluates and measures the hardness of a sample based on applying a load to the surface of the sample with an indenter to form a depression is used.
As such a hardness tester, when the indenter is pressed against the sample with a predetermined load, the depth at which the indenter is pushed into the sample and penetrates (the depth of the recess formed by the indenter in the sample) is measured, and the hardness is measured. A Rockwell hardness tester for calculating is known (for example, see Patent Document 1). A Vickers hardness tester that measures the size of a dent formed by pressing an indenter against a sample with a predetermined load (for example, the length between predetermined points of the dent (diagonal length)) and calculates hardness. Is known (for example, refer to Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3170256 [Patent Document 2]
JP 2000-292333 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the Rockwell hardness tester and the Vickers hardness tester use different methods for evaluating and measuring hardness in the first place, and recently, for users who evaluate and test the hardness of various samples, Hardness testers must be prepared separately, which is inconvenient.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a versatile hardness tester that can perform hardness tests with different evaluation and measurement methods.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 has the following features.
A hardness tester (1) for measuring the hardness of a sample (S) based on a depression formed by an indenter (5) on the surface of the sample,
Force applying means (for example, an arm operating unit 4) for applying a predetermined test force for pushing the indenter into the sample surface;
An intrusion amount detection unit (e.g., an indenter shaft displacement detection unit 20) that detects an intrusion amount of the indenter pushed from the sample surface by the force applying unit;
A depression length detecting means (for example, the control unit 100 and the imaging unit 10) for detecting a distance between predetermined characteristic points of the depression formed by the indenter being pressed into the sample surface;
First hardness calculating means (for example, the control unit 100) for calculating the hardness of the sample based on the intrusion amount detected by the intrusion amount detecting means;
A second hardness calculation unit (for example, the control unit 100) that calculates the hardness of the sample based on a distance between the predetermined feature points detected by the depression length detection unit;
It is characterized by having.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, based on the acting force generated by the force applying means, the indenter is given a predetermined test force and is pushed into the surface of the sample to form a depression on the surface of the sample. When forming the depression, the penetration amount detecting means detects the penetration amount of the indenter pressed from the sample surface (that is, the depth of the depression), and the first hardness calculating means based on the detected penetration amount. Calculates the hardness of the sample. Further, the indentation length detecting means detects the distance between predetermined characteristic points of the indentation formed by the indenter, and the second hardness calculating means calculates the hardness of the sample based on the detected distance between the characteristic points. calculate.
In other words, by measuring the hardness of the sample based on the depth of the recess by measuring the hardness of the sample based on the depth of the recess by applying a predetermined test force to the sample surface using an indenter. can do.
Therefore, at least two types of hardness tests can be performed with the indentation formed on the surface of the sample. Therefore, it is possible to select a hardness test method according to the sample and purpose, and it can be used as a versatile hardness tester.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are partial cross-sectional side views showing a hardness tester to which the present invention is applied. FIG. 3 is a block diagram showing a main configuration of the hardness tester.
As shown in FIGS. 1 and 2, a hardness tester 1 includes a tester main body 2 on which each component is disposed, a load arm 3 rotatably supported by the tester main body 2, An arm operating section 4 as a force applying means for applying an acting force (test force) to the arm 3 to operate the load arm; a turret 8 rotatably provided on the tester main body 2 below the load arm 3; An indenter shaft 6 attached to the turret 8 and having an indenter 5 at the tip end; an objective lens 7 attached to the turret 8; a sample stage 9 opposed to the turret 8 and on which the sample S is placed; The imaging unit 10 is configured to image a dent formed in the sample S on the sample 9. The operation of each unit of the hardness tester 1 is controlled by the control unit 100 shown in FIG.
[0009]
The load arm 3 has an arm main body 31 and a rotating shaft 32 that supports one end 31 a of the arm main body 31 to the tester main body 2. The other end of the arm body 31 branches into a fork of a first other end 31b and a second other end 31c, and the first other end 31b is shaped like a leaf spring having flexibility. Is formed.
A load shaft 33 elastically supported by a coil spring 33a is provided between the lower surface of the arm main body 31 and the tester main body 2 on the lower surface side of the arm main body 31. Further, the arm body 31 includes an arm displacement detection unit 34 that detects an opening amount between the first other end 31b and the second other end 31c when the load arm 3 (arm body 31) operates. Provided.
[0010]
The arm main body 31 has one end 31a of the arm main body 31 rotatably supported by the tester main body 2 by a rotation shaft 32, and a test force for operating the load arm 3 at the first other end 31b. Is connected to an arm operating section 4 which generates an acting force of the arm. Then, with the operation of the arm operation unit 4, the arm main body 31 rotates around the rotation shaft 32. As the arm body 31 rotates downward, the arm body 31 pushes the load shaft 33 downward to move it. The load shaft 33 transmits the drive and operation of the arm body 31 (the load arm 3) to the indenter shaft 6 (see FIG. 1).
[0011]
The arm displacement detection unit 34 includes, for example, a scale on which graduations at predetermined intervals are engraved, and a linear encoder that optically reads the graduations of the scale. When the indenter 5 is pushed into the sample S through the intermediary, the opening (spring displacement) between the first other end 31b and the second other end 31c is detected, and an arm displacement signal based on the detected opening is detected. It outputs to the control part 100 mentioned later. The opening amount (spring displacement amount) corresponds to the pressing force (test force) of the indenter 5 pushing the sample S or the load applied to the sample S.
[0012]
The arm operating unit 4 includes a servo motor 41, a ball screw 43, a timing belt 42 that is wound around a motor shaft 41 a of the servo motor 41 and a screw shaft 43 a of the ball screw 43, a fixing jig 44 held by the ball screw 43, and the like. It is configured. The arm operating section 4 is connected to the load arm 3 with the leaf spring 44a of the fixing jig 44 fixed to the first other end 31b of the arm body 31.
[0013]
The servo motor 41 is driven based on a drive control signal input from the control unit 100. The driving force of the motor shaft 41a of the servo motor 41 rotated by the driving of the servo motor 41 is transmitted to the screw shaft 43a of the ball screw 43 via the timing belt 42, and the ball screw 43 rotates. The fixing jig 44 is moved up and down by the rotational driving of the ball screw 43.
As described above, the arm operating unit 4 moves the fixing jig 44 up and down based on the driving of the servo motor 41, and moves the fixing jig 44 to the first other end 31 b of the arm body 31 connected to the fixing jig 44. The drive (drive force) is transmitted, and the arm main body 31 (the load arm 3) is rotated. When the arm operating unit 4 operates the load arm 3, the leaf spring 44a bends.
[0014]
The sample table 9 includes a sample stage 91 on which the sample S is mounted, a stage elevating unit 92 provided on the lower surface of the sample stage 91, and the like. The stage elevating section 92 has a screw portion 92a, and the sample stage 91 can be moved up and down with respect to the tester main body 2 by rotating the screw portion 92a.
[0015]
The turret 8 includes a turret body 81, a rotating shaft 82 that rotatably supports the turret body 81 on the tester main body 2, and the like.
The turret main body 81 includes the indenter shaft 6, the objective lens 7, and the indenter shaft displacement detecting unit 20 as an intrusion amount detecting unit that detects a displacement amount of the indenter shaft 6. The indenter shaft 6 is provided on the turret body 81 via the indenter shaft holding portion 61. When the turret body 81 rotates, the arrangement of the indenter shaft 6 and the objective lens 7 is switched.
[0016]
The indenter shaft holding portion 61 includes a vertical holding member 61a and leaf springs 61b, 61b extending laterally from the vertical holding member 61a. The indenter shaft 6 is elastically supported by the leaf springs 61b, 61b. The sample S is provided perpendicular to the mounting surface of the sample S on the sample stage 91, particularly, the surface (upper surface) of the sample mounted on the sample stage 91.
An indenter 5 is provided at the lower end of the indenter shaft 6 so as to be exchangeable.
Then, as shown in FIG. 1, the turret 8 (turret main body 81) is rotated, and the indenter shaft 6 is switched to an arrangement corresponding to the load shaft 33, whereby the load shaft 33 moves downward with the rotation of the load arm 3. To the indenter shaft 6. Then, the indenter 5 can be pressed against the sample S and pushed.
[0017]
The objective lens 7 is a lens unit attached to the microscope unit 11 of the imaging unit 10 described later, and rotates the turret 8 (turret main body 81) to correspond to the objective lens 7 to the imaging unit 10 as shown in FIG. When the arrangement is switched to the arrangement to be performed, the imaging of the sample S by the imaging unit 10 becomes possible.
[0018]
The indenter axis displacement detection unit 20 includes, for example, a scale on which graduations at predetermined intervals are engraved, and a linear encoder that optically reads the graduations of the scale. When the indenter axis 6 forms a depression in the sample S, The moving amount (that is, the amount of intrusion of the indenter 5 into the sample S and the depth of the depression) is detected, and an indenter axis displacement signal based on the detected amount of displacement is output to the control unit 100 described later.
[0019]
The imaging unit 10 includes a microscope unit 11, a CCD camera 10a (see FIG. 3) attached to the microscope unit 11, an illumination device (not shown) for illuminating the observation position of the sample S, and the like. Imaging of the dent formed on the surface of. Then, the imaging unit 10 (CCD camera 10a) outputs the image data of the imaged dent to the control unit 100 described later.
[0020]
The control unit 100 is configured by an arithmetic unit including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and by executing a predetermined program stored in the ROM, a predetermined operating condition set for performing a predetermined hardness test. (Operation conditions for each hardness test) Operation control of each part for forming a dent, data based on the dent formed in the sample S, test force at the time of forming the dent, and each hardness test set in advance The hardness of the sample S is calculated based on the hardness calculation formula corresponding to
[0021]
For example, the control unit 100 compares the arm displacement signal input from the arm displacement detection unit 34 with preset arm displacement data set in advance. Then, in order to rotate the load arm 3 so that the indenter 5 acts on the sample S with a predetermined test force (load), a drive control signal for controlling the driving of the arm operating unit 4 (servo motor 41) is transmitted to the servo motor 41. Output to
[0022]
Further, the control unit 100 calculates the hardness of the sample S based on the indenter axis displacement signal input from the indenter axis displacement detection unit 20 as first hardness calculation means. The first hardness calculating means measures the hardness of the sample S from the amount of intrusion (depth of the depression) into which the indenter 5 is pushed into the sample S. For example, the hardness is calculated based on a Rockwell hardness test. I do.
[0023]
In addition, the control unit 100 analyzes the image data of the dent input from the imaging unit 10 by performing predetermined image processing or the like, automatically measures the size of the dent, and performs a predetermined feature. The distance between points is detected.
Further, the control unit 100 calculates the hardness of the sample S based on a distance between predetermined feature points of the dent detected by the control unit 100 (dent length detecting means) as a second hardness calculating unit. . The second hardness calculating means measures the hardness of the sample S from the size of the depression (distance between predetermined feature points) formed by pressing the indenter 5 into the sample S. For example, Vickers hardness The hardness is calculated based on the test.
[0024]
Next, the operation of the hardness test in the hardness tester 1 will be described.
For example, first, the indenter 5 for the Rockwell hardness test is attached to the indenter shaft 6, the turret 8 is rotated, and the arrangement for forming the depression in the hardness test as shown in FIG. Is switched to an arrangement corresponding to the load shaft 33. Then, the sample S is placed on the sample stage 91 of the sample stage 9, and the sample stage 91 is adjusted to a predetermined height and position.
[0025]
Next, the operation unit 100 causes the hardness tester 1 to perform an operation for performing an operation for a Rockwell hardness test. Based on this operation input, the arm operating unit 4 is driven to rotate the load arm 3 downward. With the rotation of the load arm 3 downward, the load shaft 33 is pressed by the arm body 31 and moves downward, and at the same time, moves the indenter shaft 6 in contact with it downward. The indenter shaft 6 pushes the indenter 5 attached to the tip of the indenter shaft 6 into the sample S to form a depression. When the indenter 5 forms a depression in the sample S, the control unit 100 controls the driving of the arm operating unit 4 based on an arm displacement signal related to the opening amount (spring displacement amount) detected by the arm displacement detecting unit 34. The indenter 5 is pushed into the sample S with a predetermined test force by rotating the load arm 3.
[0026]
Then, when the indenter 5 forms a depression in the sample S, the indenter axis displacement detection unit 20 detects the amount of movement and the amount of displacement of the indenter shaft 6, and outputs an indenter axis displacement signal based on the detected amount of displacement. Output to 100. The control unit 100 calculates the Rockwell hardness based on the input indenter shaft displacement signal, and displays the calculated result (measured value) on a display unit (not shown).
Thus, a Rockwell hardness test can be performed.
[0027]
Further, for example, when the indenter 5 for the Vickers hardness test is attached to the indenter shaft 6, the turret 8 and the sample table 9 are adjusted in the same manner as described above, and the hardness tester 1 Perform the operation for performing the operation for the hardness test.
Then, as described above, based on the controlled drive of the arm operating unit 4, the load arm 3 rotates downward, and moves the indenter shaft 6 downward via the load shaft 33. The indenter shaft 6 pushes the indenter 5 attached to the tip of the indenter shaft 6 into the sample S to form a depression.
[0028]
Next, the turret 8 is rotated to switch to an arrangement for observing dents in a hardness test, that is, an arrangement in which the objective lens 7 corresponds to the imaging unit 10 as shown in FIG. Then, the imaging unit 10 captures an image of the depression formed in the sample S, and outputs image data of the captured depression to the control unit 100. The control unit 100 analyzes the input image data, calculates the length of the diagonal of the substantially rectangular recess formed by the indenter 5 for the Vickers hardness test, and calculates the Vickers hardness based on the length of the diagonal. The calculated result (measured value) is displayed on a display unit (not shown).
Thus, a Vickers hardness test can be performed.
[0029]
As described above, depending on the hardness tester 1 according to the present invention, when the indenter is pressed against the sample with a predetermined load, the depth at which the indenter is pushed into the sample and penetrates (the depth of the depression formed by the indenter in the sample). (For example, a Rockwell hardness test) and a hardness based on the size of a recess formed by pressing an indenter against a sample with a predetermined load (for example, a length between predetermined feature points of the recess). A test (eg, Vickers hardness test) can be performed together. In other words, it can be said that this is a universal hardness tester.
[0030]
Note that, in the above embodiment, the Rockwell hardness test and the Vickers hardness test are performed in the hardness tester 1 as an example. However, the present invention is not limited to this. A hardness test such as a Brinell hardness test or a Knoop hardness test may be performed. In that case, the indenter 5 corresponding to the hardness test is prepared, and the control unit 100 stores and inputs the operation control of the testing machine corresponding to the hardness test and the hardness calculation formula corresponding to each hardness test. What should I do?
[0031]
Further, in the above embodiment, the control unit 100 analyzes the image data of the dent and automatically measures the size of the dent. However, the present invention is not limited to this, and the control unit 100 displays the dent on an observation screen for observing the dent with a measuring microscope. Mechanically moving the scale to be measured to measure the size of the depression, or by touch-inputting the feature points of the depression on the display screen (touch panel) on which the depression imaged by the imaging unit is displayed. The distance between the feature points may be measured and detected.
[0032]
In addition, it goes without saying that specific detailed structures and the like can be appropriately changed.
[0033]
【The invention's effect】
According to the hardness tester of the present invention, when the indenter forms a depression on the surface of the sample, the penetration amount detecting means detects the amount of penetration of the indenter from the sample surface (that is, the depth of the depression). A hardness test based on the detected intrusion amount, and a distance between predetermined feature points of the recess formed by the indenter detected by the recess length detecting means, and a hardness based on the detected distance between the feature points. Testing can be performed.
In other words, a predetermined test force is applied to the sample surface by an indenter to form a depression, thereby measuring the hardness of the sample based on the depth of the depression, for example, a Rockwell hardness test, and based on the size of the depression. The hardness of the sample can be measured, for example, a Vickers hardness test.
As described above, at least two types of hardness tests can be performed with the indentation formed on the surface of the sample, so that a hardness test method according to the sample and the purpose can be selected. It can be used as a reliable hardness tester.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of a hardness tester according to the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of a hardness tester according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the hardness tester according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hardness tester 2 Tester main body 3 Load arm 31 Arm main body 34 Arm displacement detecting part 4 Arm operating part (force applying means)
41 Servo motor 5 Indenter 6 Indenter shaft 7 Objective lens 8 Turret 9 Specimen table 10 Imaging unit (hollow length detecting means)
10a CCD camera 20 Indenter axis displacement detection unit (intrusion amount detection means)
100 control unit (hollow length detecting means, first hardness calculating means, second hardness calculating means)
S sample

Claims (1)

試料表面に圧子がくぼみを形成することに基づいて試料の硬さを測定する硬さ試験機であって、
前記圧子を試料表面に押し込む所定の試験力を付与する力付与手段と、
前記力付与手段により前記圧子が試料表面から押し込まれる侵入量を検出する侵入量検出手段と、
前記圧子が試料表面に押し込まれて形成したくぼみの所定の特徴点間の距離を検出するくぼみ長さ検出手段と、
前記侵入量検出手段により検出された侵入量に基づき、前記試料の硬さを算出する第1の硬さ算出手段と、
前記くぼみ長さ検出手段により検出された前記所定の特徴点間の距離に基づき、前記試料の硬さを算出する第2の硬さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする硬さ試験機。
A hardness tester that measures the hardness of the sample based on the indenter forming a depression on the surface of the sample,
Force applying means for applying a predetermined test force for pushing the indenter into the sample surface,
Intrusion amount detection means for detecting the intrusion amount of the indenter pushed from the sample surface by the force applying means,
A depression length detecting means for detecting a distance between predetermined characteristic points of the depression formed by the indenter being pressed into the sample surface,
First hardness calculating means for calculating the hardness of the sample based on the amount of intrusion detected by the amount of intrusion detecting means,
Second hardness calculating means for calculating the hardness of the sample based on the distance between the predetermined feature points detected by the recess length detecting means,
A hardness tester comprising:
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