JP2005337973A - Hardness testing machine - Google Patents

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Takashi Kawaguchi
隆 川口
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the measuring precision of hardness by accurately forming the image data in the vicinity of the outer edge of a cavity by performing the automatic control of light in a hardness testing machine. <P>SOLUTION: The hardness testing machine 1 is constituted so as to calculate the hardness of a sample S by forming the cavity to the surface of the sample S by an indenter 34 and measuring the dimension of the cavity and equipped with an illuminator 33 for illuminating the surface of the sample S, a CCD camera 31 for imaging the surface of the sample S illuminated by the illuminator 33 to form the image data of the cavity and the peripheral part of the cavity, an automatic light control means for automatically adjusting the quantity of the irradiation light of the illuminator 33 so that the brightness of the light (reflected light) reflected by the surface of the sample S irradiated from the illuminator 33 to enter the CCD camera 31 is converged into a predetermined range and a measuring means for measuring the dimension of the cavity from the image data formed by the CCD camera 31. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、硬さ試験機に関し、特に、所定の試料の表面に形成されたくぼみの寸法に基づいて前記試料の硬さを計測する硬さ試験機に関する。   The present invention relates to a hardness tester, and more particularly to a hardness tester that measures the hardness of a sample based on the size of a recess formed on the surface of a predetermined sample.

従来より、所定の試料の表面に形成されたくぼみの寸法に基づいて前記試料の硬さを計測するブリネル硬さ試験機、ビッカース硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機等の各種硬さ試験機が提案され、実用化されている。例えばビッカース硬さ試験機は、正四角錐の圧子を有する硬さ測定部を備えており、圧子を試料の表面に押し込んで形成したくぼみの対角線長さを光学顕微鏡等で計測し、この計測したくぼみの対角線長さに基づいて硬さを算出している。   Conventionally, various hardness testers such as a Brinell hardness tester, a Vickers hardness tester, a Knoop hardness tester, etc., that measure the hardness of the sample based on the size of a recess formed on the surface of a predetermined sample. Has been proposed and put into practical use. For example, a Vickers hardness tester is equipped with a hardness measuring unit having a regular quadrangular pyramid indenter, and the diagonal length of a depression formed by pushing the indenter into the surface of a sample is measured with an optical microscope or the like. The hardness is calculated based on the diagonal length.

前記したような硬さ試験機においては、くぼみの対角線長さを計測する際に、くぼみが形成された試料の表面に対する焦点合わせを行う。近年においては、光学顕微鏡の対物レンズ又は試料を上下に移動させる移動手段と、この移動手段を制御する自動合焦手段と、を備えることにより、光学顕微鏡の焦点合わせを自動で行うことができる硬さ試験機が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−310869号公報(第1頁、第1図)
In the hardness tester as described above, when the diagonal length of the dent is measured, focusing is performed on the surface of the sample on which the dent is formed. In recent years, the optical microscope has a moving means for moving the objective lens or sample up and down, and an automatic focusing means for controlling the moving means, so that the optical microscope can be automatically focused. A testing machine has been proposed (for example, see Patent Document 1).
JP 2002-310869 A (first page, FIG. 1)

ところで、特許文献1に記載されたような従来の硬さ試験機においては、ハロゲンランプ等の照明装置を用いて試料の表面に光を照射し、試料の表面で反射した光をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像装置によって検出して所定の画像情報を生成し、この画像情報に基づいて自動合焦を行っている。   By the way, in the conventional hardness tester as described in Patent Document 1, light is irradiated on the surface of the sample using an illuminating device such as a halogen lamp, and the light reflected on the surface of the sample is CCD (Charge Coupled). A predetermined image information is generated by detection by an imaging device such as a device, and automatic focusing is performed based on the image information.

ここで、照明装置の照射光量が多い場合には、試料の表面で反射する光(反射光)の輝度が大きくなるが、かかる反射光の輝度が撮像装置で表現可能な輝度の範囲を超えた場合には、試料の表面におけるくぼみの画像情報やくぼみ周辺部分の画像情報が正確に生成されないことがある。   Here, when the illumination device has a large amount of light, the luminance of the light reflected from the surface of the sample (reflected light) increases, but the luminance of the reflected light exceeds the luminance range that can be expressed by the imaging device. In some cases, the image information of the depression on the surface of the sample and the image information of the peripheral portion of the depression may not be generated accurately.

例えば、256階調(0〜255)の輝度の表現が可能なCCDを撮像装置として採用した場合において、試料の表面に形成されたくぼみの外縁付近における反射光の輝度が、CCDで表現可能な輝度の上限(255)を超えた場合には、くぼみの外縁付近の画像情報が不正確なものとなる。かかる不正確な画像情報(例えば、図7参照)を用いてくぼみの対角線長さを計測すると、その計測値(d1、d2)が実際の寸法(D1、D2)よりも短くなり、試料の硬さの算出結果にも誤差が生じてしまう。   For example, when a CCD capable of expressing the luminance of 256 gradations (0 to 255) is employed as the imaging device, the luminance of the reflected light near the outer edge of the recess formed on the surface of the sample can be expressed by the CCD. If the upper limit of luminance (255) is exceeded, the image information in the vicinity of the outer edge of the indentation will be inaccurate. When the diagonal length of the dent is measured using such inaccurate image information (for example, see FIG. 7), the measured values (d1, d2) become shorter than the actual dimensions (D1, D2), and the hardness of the sample is reduced. An error also occurs in the calculation result.

本発明の課題は、硬さ試験機において、自動調光を行うことにより、くぼみ外縁付近の画像情報を正確に生成して硬さの計測精度を向上させることである。   An object of the present invention is to improve the accuracy of hardness measurement by accurately generating image information near the outer edge of a dent by performing automatic light control in a hardness tester.

以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
圧子(34)を用いて所定の試料(S)の表面にくぼみ(K)を形成し、前記くぼみの寸法を計測することにより前記試料の硬さを算出する硬さ試験機(ビッカース硬さ試験機1)において、
前記試料の表面を照明する照明装置(33)と、
前記照明装置で照明した前記試料の表面を撮像して、前記くぼみ及びくぼみ周辺部分の画像情報を生成する撮像装置(CCDカメラ31)と、
前記照明装置から照射され前記試料の表面で反射して前記撮像装置に入射する光である反射光の輝度が所定範囲内に収束するように、前記照明装置の照射光量を自動調整する自動調光手段(CPU10a及び自動調光プログラム)と、
前記撮像手段で生成した前記画像情報に基づいて、前記くぼみの寸法を計測する計測手段(CPU10a及び硬さ測定部制御プログラム)と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1
A hardness tester (Vickers hardness test) for calculating the hardness of the sample by forming a recess (K) on the surface of a predetermined sample (S) using an indenter (34) and measuring the size of the recess In machine 1)
An illumination device (33) for illuminating the surface of the sample;
An imaging device (CCD camera 31) that images the surface of the sample illuminated by the illuminating device and generates image information of the depression and the peripheral portion of the depression;
Automatic dimming that automatically adjusts the amount of light emitted from the illumination device so that the brightness of reflected light that is irradiated from the illumination device and reflected by the surface of the sample and incident on the imaging device converges within a predetermined range. Means (CPU 10a and automatic light control program);
Measurement means (CPU 10a and hardness measurement unit control program) for measuring the size of the indentation based on the image information generated by the imaging means;
It is characterized by providing.

請求項1に記載の発明によれば、自動調光手段により、照明装置からの照射光量を自動調整して、反射光(照明装置から照射され試料の表面で反射して撮像装置に入射する光)の輝度を所定範囲内に収束させることができる。例えば、反射光の輝度を、撮像装置で表現可能な輝度の範囲内に収束させることにより、試料の表面全体を正確に撮像することができ、くぼみの外縁部分等の画像情報を正確に生成することができる。この結果、くぼみの寸法を正確に計測することができ、試料の硬さの算出精度を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, the amount of light emitted from the illumination device is automatically adjusted by the automatic light control means, and reflected light (light that is irradiated from the illumination device and reflected by the surface of the sample and incident on the imaging device). ) Can be converged within a predetermined range. For example, by converging the brightness of the reflected light within the brightness range that can be expressed by the imaging device, the entire surface of the sample can be accurately imaged, and image information such as the outer edge of the indentation is accurately generated. be able to. As a result, the dimensions of the indentation can be measured accurately, and the calculation accuracy of the hardness of the sample can be improved.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の硬さ試験機において、
前記自動調光手段は、
前記反射光の輝度を、前記撮像装置で表現可能な輝度の最大値未満に設定することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the hardness tester according to claim 1,
The automatic light control means includes
The brightness of the reflected light is set to be less than the maximum brightness that can be expressed by the imaging apparatus.

請求項2に記載の発明によれば、自動調光手段により、反射光の輝度を特定の上限輝度(撮像装置で表現可能な輝度の最大値)未満に設定する。従って、試料の表面におけるくぼみやくぼみ周辺部分を正確に撮像することができるので、くぼみの外縁部分の画像情報を正確に生成することができる。この結果、くぼみの寸法(例えば対角線長さ)を正確に計測することができるので、試料の硬さを正確に算出することができる。   According to the second aspect of the present invention, the brightness of the reflected light is set to be less than the specific upper limit brightness (the maximum value of brightness that can be expressed by the imaging device) by the automatic light control means. Therefore, since the depression on the surface of the sample and the peripheral portion of the depression can be accurately imaged, the image information of the outer edge portion of the depression can be accurately generated. As a result, the dimension of the indentation (for example, the length of the diagonal line) can be accurately measured, so that the hardness of the sample can be accurately calculated.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の硬さ試験機において、
前記自動調光手段は、
前記反射光の輝度を、前記計測手段による前記くぼみの寸法の計測に必要な輝度の最小値以上に設定することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the hardness tester according to claim 1 or 2,
The automatic light control means includes
The brightness of the reflected light is set to be equal to or higher than the minimum brightness necessary for measuring the size of the recess by the measuring means.

請求項3に記載の発明によれば、自動調光手段は、反射光の輝度を特定の下限輝度(計測手段によるくぼみの寸法の計測に必要な輝度の最小値)以上に設定する。従って、節電を目的として照明装置の照射光量を小さくし、反射光の輝度を低下させた場合においても、反射光の輝度が前記した下限輝度未満にならないので、計測手段でくぼみの寸法を確実に計測することができる。従って、節電を実現させながら、くぼみの寸法の計測及び試料の硬さの算出を実現させることができる。   According to the invention described in claim 3, the automatic light control means sets the brightness of the reflected light to be equal to or higher than a specific lower limit brightness (minimum value of brightness necessary for measuring the size of the dent by the measurement means). Therefore, even if the illumination light quantity is reduced for the purpose of power saving and the brightness of the reflected light is reduced, the brightness of the reflected light does not become less than the lower limit brightness. It can be measured. Accordingly, it is possible to realize the measurement of the size of the dent and the calculation of the hardness of the sample while realizing power saving.

請求項1に記載の発明によれば、自動調光手段により、照明装置からの照射光量を自動調整して、反射光の輝度を所定範囲内に収束させることができるので、くぼみの寸法を正確に計測することができ、試料の硬さの算出精度を向上させることができる。   According to the first aspect of the invention, the light intensity from the illumination device can be automatically adjusted by the automatic light control means so that the brightness of the reflected light can be converged within a predetermined range. Therefore, the calculation accuracy of the hardness of the sample can be improved.

請求項2に記載の発明によれば、自動調光手段により、反射光の輝度を特定の上限輝度未満に設定することができるので、試料の表面におけるくぼみやくぼみ周辺部分を正確に撮像することができ、くぼみの外縁部分の画像情報を正確に生成することができる。この結果、くぼみの寸法を正確に計測することができるので、試料の硬さを正確に算出することができる。   According to the second aspect of the present invention, since the brightness of the reflected light can be set to be lower than the specific upper limit brightness by the automatic light control means, the depression on the surface of the sample and the surrounding area of the depression can be accurately imaged. Thus, the image information of the outer edge portion of the recess can be generated accurately. As a result, since the dimension of the indentation can be accurately measured, the hardness of the sample can be accurately calculated.

請求項3に記載の発明によれば、自動調光手段は、反射光の輝度を特定の下限輝度以上に設定することができるので、節電を目的として照明装置の照射光量を小さくした場合においても、反射光の輝度が前記した下限輝度未満にならないため、計測手段でくぼみの寸法を確実に計測することができる。この結果、節電を実現させながら、くぼみの寸法の計測及び試料の硬さの算出を実現させることができる。   According to the invention described in claim 3, since the automatic light control means can set the brightness of the reflected light to be equal to or higher than the specific lower limit brightness, even when the irradiation light quantity of the lighting device is reduced for the purpose of power saving. Since the brightness of the reflected light does not become less than the lower limit brightness described above, the size of the recess can be reliably measured by the measuring means. As a result, it is possible to realize the measurement of the size of the dent and the calculation of the hardness of the sample while realizing power saving.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る硬さ試験機の例としてビッカース硬さ試験機1を挙げて説明することとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the Vickers hardness tester 1 will be described as an example of the hardness tester according to the present invention.

まず、図1から図3を用いて、本実施の形態に係るビッカース硬さ試験機1の構成について説明する。図1は、ビッカース硬さ試験機1の全体構成を説明するための斜視図であり、図2は、ビッカース硬さ試験機1の本体2の構成を説明するための説明図であり、図3はビッカース硬さ試験機1の機能的構成を示すブロック図である。   First, the configuration of the Vickers hardness tester 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a perspective view for explaining the overall configuration of the Vickers hardness tester 1, and FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the main body 2 of the Vickers hardness tester 1. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the Vickers hardness tester 1.

ビッカース硬さ試験機1は、本体2、硬さ測定部3、昇降機構4、試料固定装置5、XYステージ6、等を備えている。また、ビッカース硬さ試験機1は、本体2の外部に、制御装置10、モニタ11、キーボード12、マウス13、等を備えている。   The Vickers hardness tester 1 includes a main body 2, a hardness measurement unit 3, an elevating mechanism 4, a sample fixing device 5, an XY stage 6, and the like. The Vickers hardness tester 1 includes a control device 10, a monitor 11, a keyboard 12, a mouse 13, and the like outside the main body 2.

硬さ測定部3は、図2に示すように、上下方向(図2のZ方向)に移動可能なCCDカメラ31、AF制御機構32、試料Sの表面を照明する照明装置33、圧子34、対物レンズ35、回転により圧子34と対物レンズ35との切替が可能なタレット36、等により構成されている。   As shown in FIG. 2, the hardness measuring unit 3 includes a CCD camera 31 that can move in the vertical direction (Z direction in FIG. 2), an AF control mechanism 32, an illumination device 33 that illuminates the surface of the sample S, an indenter 34, The objective lens 35 includes a turret 36 that can be switched between the indenter 34 and the objective lens 35 by rotation.

CCDカメラ31は、本発明における撮像装置であり、対物レンズ35を通して試料Sの表面での反射光を取得し、この反射光を電気信号に変換することにより試料Sの表面の画像情報を生成し、制御装置10に出力する。本実施の形態においては、8bit(256階調)サンプリングが可能なCCDカメラ31を採用している。すなわち、CCDカメラ31は、画素毎に、0(輝度0%:黒)〜255(輝度100%:白)の256段階の輝度を表現することができる。   The CCD camera 31 is an imaging device according to the present invention, acquires reflected light on the surface of the sample S through the objective lens 35, and converts the reflected light into an electrical signal to generate image information on the surface of the sample S. To the control device 10. In the present embodiment, a CCD camera 31 capable of 8-bit (256 gradation) sampling is employed. That is, the CCD camera 31 can express 256 levels of luminance from 0 (luminance 0%: black) to 255 (luminance 100%: white) for each pixel.

AF制御機構32は、制御装置10の制御の下にCCDカメラ31を昇降させて自動合焦動作を実現させるものである。   The AF control mechanism 32 realizes an automatic focusing operation by raising and lowering the CCD camera 31 under the control of the control device 10.

照明装置33は、光を照射することにより試料Sの表面を照明するものである。照明装置33は制御装置10に電気的に接続されており、その照射光量は、制御装置10のCPU10aによる自動調光プログラムの実行により、自動調整される。   The illuminating device 33 illuminates the surface of the sample S by irradiating light. The illumination device 33 is electrically connected to the control device 10, and the amount of irradiation light is automatically adjusted by executing an automatic light control program by the CPU 10 a of the control device 10.

昇降機構4は、試料固定装置5に接続され、作業者がハンドル4aを操作することにより上下方向(図2のZ方向)に試料固定装置5を昇降させて、試料Sを所定の合焦位置へ移動させるものである。   The elevating mechanism 4 is connected to the sample fixing device 5, and the operator operates the handle 4 a to raise and lower the sample fixing device 5 in the vertical direction (Z direction in FIG. 2) to bring the sample S into a predetermined focusing position. To move to.

試料固定装置5は、試料Sを固定する装置であり、前記した昇降機構4により上下方向に移動可能とされる。試料Sは、図示されていない締付け部材により、この試料固定装置5に着脱可能に固定される。   The sample fixing device 5 is a device for fixing the sample S, and can be moved in the vertical direction by the elevating mechanism 4 described above. The sample S is detachably fixed to the sample fixing device 5 by a fastening member (not shown).

XYステージ6は、制御装置10の制御の下に、上下方向(図2のZ方向)に対して垂直なXY平面内で移動するものである。XYステージ6は、上部に配置された試料固定装置5と、試料固定装置5に着脱自在に固定された試料Sと、をXY両方向へ自在に水平移動させ、硬さ測定部3の下方へ試料Sを位置させる。   The XY stage 6 moves in an XY plane perpendicular to the vertical direction (Z direction in FIG. 2) under the control of the control device 10. The XY stage 6 horizontally moves the sample fixing device 5 arranged on the upper part and the sample S detachably fixed to the sample fixing device 5 in both XY directions, and the sample is moved below the hardness measuring unit 3. Position S.

制御装置10は、図3に示すように、各部に接続されて装置全体を統合制御するCPU10a、各部を制御するための制御プログラム等を格納するROM10b、各種プログラムの実行によって生成される各種データを一時的に格納する作業領域として機能するRAM10c、等を有している。   As shown in FIG. 3, the control device 10 includes a CPU 10 a that is connected to each unit and integrally controls the entire device, a ROM 10 b that stores a control program for controlling each unit, and various data generated by executing various programs. It has a RAM 10c that functions as a work area for temporary storage.

CPU10aは、ROM10b内に格納されたXYステージ制御プログラムを実行することにより、試料Sの表面の所定領域がCCDカメラ31の真下に位置するようにXYステージ6を移動させる。   The CPU 10a moves the XY stage 6 so that a predetermined area on the surface of the sample S is located directly below the CCD camera 31 by executing an XY stage control program stored in the ROM 10b.

また、CPU10aは、ROM10b内に格納された自動調光プログラムを実行することにより、CCDカメラ31で取得した光(試料Sの表面での反射してCCDカメラ31に入射する光)の輝度に基づいて照明装置33の照射光量を自動調整して、試料Sの表面での反射光(以下、単に「反射光」という)の輝度を所定範囲内に設定する。すなわち、CPU10a及び自動調光プログラムは、本発明における自動調光手段である。   Further, the CPU 10a executes an automatic light control program stored in the ROM 10b, and thereby based on the brightness of light acquired by the CCD camera 31 (light reflected from the surface of the sample S and incident on the CCD camera 31). Thus, the luminance of the reflected light (hereinafter simply referred to as “reflected light”) on the surface of the sample S is set within a predetermined range by automatically adjusting the irradiation light amount of the illumination device 33. That is, the CPU 10a and the automatic light control program are automatic light control means in the present invention.

また、CPU10aは、ROM10b内に格納された自動合焦プログラムを実行することにより、硬さ測定部3のCCDカメラ31によって得られる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、試料Sの表面に対する自動合焦を行う。   Further, the CPU 10a executes an automatic focusing program stored in the ROM 10b, thereby controlling the AF control mechanism 32 on the basis of image information obtained by the CCD camera 31 of the hardness measuring unit 3, and the CCD camera 31. Is raised and lowered to perform automatic focusing on the surface of the sample S.

また、CPU10aは、ROM10b内に格納された硬さ測定部制御プログラムを実行することにより、圧子34を所定の試験力で試料Sの表面に押し付けてくぼみを形成したり、CCDカメラ31によって生成される試料Sの表面の画像情報に基づいてくぼみの対角線長さを計測したりするとともに、計測したくぼみの対角線長さに基づいて試料Sの硬さを算出する。すなわち、CPU10a及び硬さ測定部制御プログラムは、本発明における計測手段である。   Further, the CPU 10a executes a hardness measurement unit control program stored in the ROM 10b, thereby pressing the indenter 34 against the surface of the sample S with a predetermined test force to form a recess, or generated by the CCD camera 31. The diagonal length of the indentation is measured based on the image information of the surface of the sample S to be measured, and the hardness of the sample S is calculated based on the diagonal length of the indentation measured. That is, the CPU 10a and the hardness measurement unit control program are measurement means in the present invention.

なお、本実施の形態において、硬さ測定部制御プログラムの実行により試料Sのくぼみの対角線長さを計測するためには、CCDカメラ31で生成される画像情報の各画素の輝度を256段階で「30」以上とする必要がある。   In this embodiment, in order to measure the diagonal length of the indentation of the sample S by executing the hardness measurement unit control program, the luminance of each pixel of the image information generated by the CCD camera 31 is set in 256 levels. It must be “30” or more.

また、CPU10aは、CCDカメラ31によって生成した試料Sの表面の画像情報や、硬さ測定部制御プログラムの実行により算出された試料Sの硬さの算出結果等をモニタ11に表示させる。   Further, the CPU 10a causes the monitor 11 to display image information on the surface of the sample S generated by the CCD camera 31, the calculation result of the hardness of the sample S calculated by executing the hardness measurement unit control program, and the like.

モニタ11は、CCDカメラ31によって取得した試料Sの表面の画像情報を可視化したり、試料Sの硬さの算出結果を表示したりする表示手段である。また、キーボード12及びマウス13は、作業者が各種設定条件を入力するための入力手段である。   The monitor 11 is a display unit that visualizes the image information of the surface of the sample S acquired by the CCD camera 31 and displays the calculation result of the hardness of the sample S. The keyboard 12 and the mouse 13 are input means for an operator to input various setting conditions.

次に、図4から図6を用いて、本実施の形態に係るビッカース硬さ試験機1による硬さ測定動作について説明する。図4は、本実施の形態における硬さ測定動作を説明するためのフローチャートである。   Next, the hardness measurement operation by the Vickers hardness tester 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart for explaining the hardness measurement operation in the present embodiment.

まず、ユーザは、硬さを測定する試料Sを試料固定装置5に固定する(試料固定工程:S1)。そして、制御装置10のCPU10aは、キーボード12やマウス13の操作による入力信号に従ってXYステージ制御プログラムを実行することによりXYステージ6を水平に動かし、試料Sの表面を硬さ測定部3の圧子34と対向する位置に配置する。   First, the user fixes the sample S whose hardness is measured to the sample fixing device 5 (sample fixing step: S1). Then, the CPU 10a of the control device 10 moves the XY stage 6 horizontally by executing an XY stage control program in accordance with an input signal generated by operating the keyboard 12 or the mouse 13, and the surface of the sample S is indented by the hardness measuring unit 3. It arranges in the position which opposes.

次いで、制御装置10のCPU10aは、硬さ測定部制御プログラムを実行することにより、硬さ測定部3の圧子34を試料Sの表面の所定位置に押し付けて所定の試験力を一定の時間加え、試料Sの表面にくぼみを形成する(くぼみ形成工程:S2)。その後、制御装置10のCPU10aは、硬さ測定部3のタレット36を回転させて、くぼみの上方に対物レンズ35を配置する。   Next, the CPU 10a of the control device 10 executes a hardness measurement unit control program, thereby pressing the indenter 34 of the hardness measurement unit 3 against a predetermined position on the surface of the sample S and applying a predetermined test force for a certain period of time. A recess is formed on the surface of the sample S (recess formation step: S2). Thereafter, the CPU 10a of the control device 10 rotates the turret 36 of the hardness measuring unit 3 and arranges the objective lens 35 above the recess.

次いで、制御装置10のCPU10aは、硬さ測定部制御プログラムを実行することにより、照明装置33で試料Sの表面を照明しながら対物レンズ35を介してCCDカメラ31により試料Sの表面のくぼみ近傍部分を撮像して、画像情報を取得する。そして、取得した画像情報をモニタ11に表示する(画像情報表示工程:S3)。図5は、モニタ11の表示画面11aに、試料Sの表面の画像情報を表示したものである。   Next, the CPU 10a of the control device 10 executes the hardness measurement unit control program, thereby illuminating the surface of the sample S with the illuminating device 33 and the vicinity of the indentation on the surface of the sample S by the CCD camera 31 through the objective lens 35. A part is imaged and image information is acquired. Then, the acquired image information is displayed on the monitor 11 (image information display step: S3). FIG. 5 shows the display screen 11 a of the monitor 11 displaying the image information of the surface of the sample S.

次いで、制御装置10のCPU10aは、自動調光プログラムを実行することにより、反射光(照明装置33から照射され試料Sの表面で反射してCCDカメラ31に入射した光)の輝度に基づいて、照明装置33の照射光量を自動調整する。この自動調整により、反射光の輝度を、特定の上限輝度未満かつ特定の下限輝度以上に収束させる(自動調光工程:S4)。ここで、「上限輝度」とは、CCDカメラ31で表現可能な輝度の最大値(255)を意味し、「下限輝度」とは、くぼみの対角線長さの計測に必要な輝度の最小値(30)を意味する。   Next, the CPU 10a of the control device 10 executes an automatic light control program, and based on the brightness of the reflected light (light irradiated from the illumination device 33 and reflected by the surface of the sample S and incident on the CCD camera 31), The irradiation light amount of the illumination device 33 is automatically adjusted. By this automatic adjustment, the brightness of the reflected light is converged to be lower than the specific upper limit brightness and higher than the specific lower limit brightness (automatic light control step: S4). Here, the “upper limit luminance” means the maximum luminance value (255) that can be expressed by the CCD camera 31, and the “lower limit luminance” means the minimum luminance value (necessary for measuring the diagonal length of the dent ( 30).

ここで、自動調光工程S4の効果について、図6を用いて具体的に説明する。図6(a)は、照明装置33の照射光量レベルの変化と、試料Sのくぼみの対角線長さの測定値の変化と、の関係を示すグラフである。また、図6(b)は、照明装置33の照射光量レベルの変化と、試料Sの硬さの算出値の変化と、の関係を示すグラフである。なお、図6(a)において「D1」とは、図5に示した試料Sの表面の画像情報におけるくぼみKの縦方向の対角線長さの計測値であり、「D2」とは、図5に示した試料Sの表面の画像情報におけるくぼみKの横方向の対角線長さの計測値である。   Here, the effect of the automatic light control step S4 will be specifically described with reference to FIG. FIG. 6A is a graph showing the relationship between the change in the irradiation light amount level of the illumination device 33 and the change in the measured diagonal length of the sample S. FIG. 6B is a graph showing the relationship between the change in the irradiation light amount level of the illumination device 33 and the change in the calculated value of the hardness of the sample S. In FIG. 6A, “D1” is a measured value of the diagonal length of the indentation K in the image information on the surface of the sample S shown in FIG. 5, and “D2” is FIG. 2 is a measured value of the diagonal length of the indentation K in the horizontal direction in the image information of the surface of the sample S shown in FIG.

図6(a)及び図6(b)に示すように、照射光量レベルが10以下であれば、対角線長さの測定値及び硬さの算出値は一定である。これに対し、照射光量レベルが10を超えると、対角線の長さの測定値は減少し、硬さの算出値は上昇する。このように、照射光量レベルが大きくなるに従って対角線の長さの測定値及び硬さの算出値が変化するのは、以下のような理由による。すなわち、照射光量レベルが大きくなると、試料Sの表面に形成されたくぼみの外縁付近における反射光の輝度が、CCDカメラ31で表現可能な輝度の最大値(255)を超えるため、くぼみの外縁付近の画像情報が不正確なものとなるからである。   As shown in FIGS. 6A and 6B, when the irradiation light quantity level is 10 or less, the measured diagonal length and the calculated hardness are constant. On the other hand, when the irradiation light quantity level exceeds 10, the measured value of the diagonal length decreases and the calculated value of hardness increases. As described above, the measured value of the diagonal and the calculated value of the hardness change as the irradiation light amount level increases for the following reason. That is, when the irradiation light level increases, the brightness of the reflected light near the outer edge of the recess formed on the surface of the sample S exceeds the maximum brightness value (255) that can be expressed by the CCD camera 31, so that the vicinity of the outer edge of the recess. This is because the image information becomes inaccurate.

以上の問題を解決するために、自動調光工程S4では、照射光量レベルを10以下に自動調整することにより、反射光の輝度を特定の上限輝度(CCDカメラ31で表現可能な輝度の最大値(255))未満に設定している。   In order to solve the above problems, in the automatic light control step S4, the brightness of the reflected light is adjusted to a specific upper limit brightness (maximum brightness that can be expressed by the CCD camera 31) by automatically adjusting the irradiation light amount level to 10 or less. (255)).

また、本実施の形態において、硬さ測定部制御プログラムの実行により試料Sのくぼみの対角線長さを計測するためには、CCDカメラ31で生成される画像情報の各画素の輝度を256段階で「30」以上とする必要がある。   In the present embodiment, in order to measure the diagonal length of the depression of the sample S by executing the hardness measurement unit control program, the luminance of each pixel of the image information generated by the CCD camera 31 is set in 256 steps. It must be “30” or more.

このため、自動調光工程S4では、照射光量レベルを7以上に自動調整することにより、反射光の輝度を特定の下限輝度(くぼみの対角線長さの計測に必要な輝度の最小値(30))以上に設定している。なお、図5は、照射光量レベルを「10」と設定した場合における試料Sの表面の画像情報を示すものである。   Therefore, in the automatic light control step S4, the brightness of the reflected light is adjusted to a specific lower limit brightness (minimum brightness value (30) necessary for measuring the diagonal length of the dent) by automatically adjusting the irradiation light amount level to 7 or more. ) It is set above. FIG. 5 shows image information of the surface of the sample S when the irradiation light quantity level is set to “10”.

自動調光工程S4に続いて、ユーザは、モニタ11の表示画面11aを視認しながら、昇降機構4のハンドル4aを操作して試料固定装置5及び試料Sを昇降させることにより、試料Sを対物レンズ35に対して所定の距離だけ離隔させて、試料Sの表面を合焦位置に配置する(手動合焦工程:S5)。   Following the automatic light control step S4, the user operates the handle 4a of the elevating mechanism 4 while moving up and down the sample fixing device 5 and the sample S while visually recognizing the display screen 11a of the monitor 11. The surface of the sample S is placed at the in-focus position with a predetermined distance from the lens 35 (manual focusing step: S5).

試料Sの表面が合焦位置に配置されると、制御装置10のCPU10aは、自動合焦プログラムを実行することにより、取得した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、試料Sの表面に焦点を合わせる(自動合焦工程:S6)。   When the surface of the sample S is placed at the in-focus position, the CPU 10a of the control device 10 executes the auto-focus program, thereby controlling the AF control mechanism 32 based on the acquired image information to control the CCD camera 31. The sample is moved up and down to focus on the surface of the sample S (automatic focusing step: S6).

次いで、ユーザは、キーボード12やマウス13を操作して、制御装置10のCPU10aにより硬さ測定部制御プログラムを実行させて、硬さ測定部3のCCDカメラ31によりくぼみK(図5参照)の対角線の長さを自動的に計測する(くぼみ寸法自動計測工程:S7)。そして、制御装置10のCPU10aは、計測されたくぼみの対角線の長さから試料Sの硬さを算出する(硬さ算出工程:S8)。   Next, the user operates the keyboard 12 and the mouse 13 to cause the CPU 10a of the control device 10 to execute the hardness measurement unit control program, and the CCD camera 31 of the hardness measurement unit 3 causes the depression K (see FIG. 5). The length of the diagonal line is automatically measured (recess dimension automatic measurement step: S7). And CPU10a of the control apparatus 10 calculates the hardness of the sample S from the length of the measured diagonal of a hollow (hardness calculation process: S8).

本実施の形態に係るビッカース硬さ試験機1においては、自動調光手段(CPU10a及び自動調光プログラム)により、照明装置33の照射光量を自動調整して、反射光(試料Sの表面で反射してCCDカメラ31に入射する光)の輝度を所定範囲内に収束させることができる。   In the Vickers hardness tester 1 according to the present embodiment, the amount of irradiation light of the illumination device 33 is automatically adjusted by automatic dimming means (CPU 10a and automatic dimming program), and reflected light (reflected on the surface of the sample S). Thus, the brightness of the light incident on the CCD camera 31 can be converged within a predetermined range.

すなわち、自動調光手段により、照明装置33の照射光量レベルを10以下に調整して、反射光の輝度を特定の上限輝度(CCDカメラ31で表現可能な輝度の最大値(255))未満に設定することができる。従って、試料Sの表面におけるくぼみやくぼみ周辺部分を正確に撮像することができるので、くぼみKの外縁部分の画像情報を正確に生成することができる。この結果、くぼみの対角線長さを正確に計測することができるので、試料の硬さを正確に算出することができる。   That is, the light intensity level of the illumination device 33 is adjusted to 10 or less by the automatic light control means, and the brightness of the reflected light is made less than a specific upper limit brightness (the maximum brightness value (255) that can be expressed by the CCD camera 31). Can be set. Therefore, since the depression on the surface of the sample S and the peripheral portion of the depression can be accurately imaged, the image information of the outer edge portion of the depression K can be accurately generated. As a result, the diagonal length of the indent can be accurately measured, so that the hardness of the sample can be accurately calculated.

また、自動調光手段により、照明装置33の照射光量レベルを7以上に調整して、反射光の輝度を特定の下限輝度(くぼみの対角線長さの計測に必要な輝度の最小値(30))以上に設定することができる。従って、節電を目的として照明装置の照射光量を小さくし、撮像装置に入射する光の輝度を低下させた場合においても、反射光の輝度が前記した下限輝度未満にならないので、くぼみの対角線長さを確実に計測することができる。従って、節電を実現させながら、くぼみの対角線長さの計測及び試料の硬さの算出を実現させることができる。   Further, the light intensity level of the illumination device 33 is adjusted to 7 or more by the automatic light control means, and the brightness of the reflected light is set to a specific lower limit brightness (minimum brightness value (30) necessary for measuring the diagonal length of the recess). ) Can be set above. Therefore, even when the illumination light amount is reduced for the purpose of power saving and the luminance of light incident on the imaging device is reduced, the reflected light luminance does not become less than the lower limit luminance described above. Can be reliably measured. Accordingly, it is possible to realize the measurement of the diagonal length of the dent and the calculation of the hardness of the sample while realizing power saving.

なお、以上の実施の形態においては、撮像装置として、画素毎に256段階の輝度を表現可能な8bitサンプリング型CCDカメラ31を採用したが、画素毎に1024段階の輝度を表現可能な10bitサンプリング型CCDカメラを採用することもできる。かかる場合には、自動調光工程S4において照明装置33の照射光量を調整して、反射光の輝度を10bitサンプリング型CCDカメラで表現可能な輝度の最大値(1023)未満に設定するようにする。   In the above embodiment, the 8-bit sampling type CCD camera 31 capable of expressing 256 levels of luminance for each pixel is employed as the imaging device, but a 10-bit sampling type capable of expressing 1024 levels of luminance for each pixel. A CCD camera can also be employed. In such a case, the light intensity of the illuminating device 33 is adjusted in the automatic light control step S4 so that the luminance of the reflected light is set to be less than the maximum luminance value (1023) that can be expressed by the 10-bit sampling CCD camera. .

また、以上の実施の形態においては、試料Sのくぼみの対角線長さを計測するために、CCDカメラ31で生成される画像情報の各画素の輝度を256段階で「30」以上とする必要があったが、プログラムのバージョンアップ等により、さらに低い輝度においても試料Sのくぼみの対角線長さを計測することができる場合には、照明装置33の照射光量をさらに小さくして、さらなる節電を図ることができる。   In the above embodiment, in order to measure the diagonal length of the depression of the sample S, the luminance of each pixel of the image information generated by the CCD camera 31 needs to be “30” or more in 256 steps. However, if the diagonal length of the dent of the sample S can be measured even at a lower luminance by upgrading the program or the like, the irradiation light amount of the illumination device 33 is further reduced to further save power. be able to.

また、本実施の形態においては、本発明をビッカース硬さ試験機1に適用した例を示したが、試料の表面にくぼみを形成しそのくぼみの寸法によって硬さを計測する他の硬さ試験機(例えば、ブリネル硬さ試験機やヌープ硬さ試験機)にも本発明を適用することができる。   In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to the Vickers hardness tester 1 has been shown. However, another hardness test in which a recess is formed on the surface of the sample and the hardness is measured according to the size of the recess. The present invention can also be applied to a machine (for example, a Brinell hardness tester or a Knoop hardness tester).

また、本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲において種々の変形が可能であることが勿論である。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as the object of the present invention can be achieved.

本発明の実施の形態に係るビッカース硬さ試験機の全体構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an overall configuration of a Vickers hardness tester according to an embodiment of the present invention. 図1に示したビッカース硬さ試験機の本体の構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the main body of the Vickers hardness tester shown in FIG. 図1に示したビッカース硬さ試験機の機能的構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the functional structure of the Vickers hardness tester shown in FIG. 図1に示したビッカース硬さ試験機の硬さ測定動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the hardness measurement operation | movement of the Vickers hardness tester shown in FIG. 図1に示したビッカース硬さ試験機のモニタに試料の表面の画像情報を表示した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which displayed the image information of the surface of a sample on the monitor of the Vickers hardness tester shown in FIG. (a)は、図1に示したビッカース硬さ試験機の照明装置の照射光量レベルと、くぼみの対角線長さの測定値と、の関係を示すグラフである。(b)は、図1に示したビッカース硬さ試験機の照明装置の照射光量レベルと、硬さの算出値と、の関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the irradiation light quantity level of the illuminating device of the Vickers hardness tester shown in FIG. 1, and the measured value of the diagonal length of a hollow. (B) is a graph which shows the relationship between the irradiation light quantity level of the illuminating device of the Vickers hardness tester shown in FIG. 1, and the calculated value of hardness. 試料の表面の画像情報(くぼみの外縁付近が不正確なもの)の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image information (thing near the outer edge of a hollow is inaccurate) of the surface of a sample.

符号の説明Explanation of symbols

1 ビッカース硬さ試験機
10a CPU(自動調光手段、計測手段)
31 CCDカメラ(撮像装置)
33 照明装置
34 圧子
K くぼみ
S 試料
1 Vickers hardness tester 10a CPU (automatic light control means, measuring means)
31 CCD camera (imaging device)
33 Illuminator 34 Indenter K Recess S Sample

Claims (3)

圧子を用いて所定の試料の表面にくぼみを形成し、前記くぼみの寸法を計測することにより前記試料の硬さを算出する硬さ試験機において、
前記試料の表面を照明する照明装置と、
前記照明装置で照明した前記試料の表面を撮像して、前記くぼみ及びくぼみ周辺部分の画像情報を生成する撮像装置と、
前記照明装置から照射され前記試料の表面で反射して前記撮像装置に入射する光である反射光の輝度が所定範囲内に収束するように、前記照明装置の照射光量を自動調整する自動調光手段と、
前記撮像手段で生成した前記画像情報に基づいて、前記くぼみの寸法を計測する計測手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
In a hardness tester that calculates the hardness of the sample by forming a recess on the surface of a predetermined sample using an indenter and measuring the size of the recess,
An illumination device for illuminating the surface of the sample;
An imaging device that images the surface of the sample illuminated by the illuminating device and generates image information of the depression and a peripheral portion of the depression;
Automatic dimming that automatically adjusts the amount of light emitted from the illumination device so that the brightness of reflected light that is irradiated from the illumination device and reflected by the surface of the sample and incident on the imaging device converges within a predetermined range. Means,
Based on the image information generated by the imaging means, measuring means for measuring the size of the recess,
A hardness tester comprising:
前記自動調光手段は、
前記反射光の輝度を、前記撮像装置で表現可能な輝度の最大値未満に設定することを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。
The automatic light control means includes
The hardness tester according to claim 1, wherein the brightness of the reflected light is set to be less than a maximum value of brightness that can be expressed by the imaging apparatus.
前記自動調光手段は、
前記反射光の輝度を、前記計測手段による前記くぼみの寸法の計測に必要な輝度の最小値以上に設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の硬さ試験機。
The automatic light control means includes
The hardness tester according to claim 1 or 2, wherein the brightness of the reflected light is set to be equal to or greater than a minimum brightness value necessary for measuring the size of the recess by the measuring means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014020942A (en) * 2012-07-19 2014-02-03 Shimadzu Corp Hardness testing machine

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