JP2014185949A - 硬さ試験機、及び硬さ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】算出される硬さ値がくぼみの大きさを原因としてエラーとなる場合に、くぼみ付け後の動作を省略して作業時間を短縮できる硬さ試験機、及び硬さ試験方法を提供する。
【解決手段】試料にくぼみを形成させるくぼみ付け手段（ＣＰＵ２０１）と、圧子の侵入量に基づく値が所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段（ＣＰＵ２０１）と、所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像部２０により画像データを取得させる撮像制御手段（ＣＰＵ２０１）と、取得された画像データに基づいて硬さ値を算出する硬さ算出手段（ＣＰＵ２０１）と、算出された硬さ値が所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段（ＣＰＵ２０１）と、所定の範囲内にないと判定された場合に、表示部３０で報知させる報知制御手段（ＣＰＵ２０１）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、硬さ試験機、及び硬さ試験方法に関する。

従来、所定の試験力で圧子を試料に押し付けて形成したくぼみの寸法に基づいて試料の硬さを計測する硬さ試験機が知られている。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。

ビッカース硬さ試験においては、試料の表面に形成されたくぼみの読み取り動作は不可欠である。そして、このくぼみの読み取り動作を含む硬さ算出処理を自動で行う方法はよく知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、図４のフローチャートに示すように、まず、試料に対向する所定の位置に圧子が配置された状態で、圧子を下降させて試料の表面にくぼみを形成させる（ステップＳ１０１）。次に、ターレットを回転させて、圧子の代わりに試料に対向する所定の位置に対物レンズを配置させる（ステップＳ１０２）。次に、対物レンズを介して撮像部により撮像された画像データに基づいてステージ昇降部を昇降させ、試料の表面に対する焦点合わせを行う（ステップＳ１０３）。次に、撮像部により試料の表面を撮像させて、画像データを取得させる（ステップＳ１０４）。次に、取得された画像データを解析して試料の表面に形成されたくぼみの二つの対角線長さを計測し、当該計測された対角線長さに基づいて試料の硬さ値ＨＶを算出する（ステップＳ１０５）。ここで、ビッカース硬さ試験機において、試験力をＦ、試料に形成されたくぼみの二つの対角線長さの平均値をｄとすると、硬さ値ＨＶは、数式１で算出することができる。
［数式１］
ＨＶ＝０．１８９１Ｆ／ｄ^２
次に、算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定することにより、合否判定を行う（ステップＳ１０６）。硬さ値ＨＶが所定の範囲内にあると判定した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）は、正常に硬さ値ＨＶが算出されたと判定し、そのまま処理を終了する。一方、硬さ値ＨＶが所定の範囲内にないと判定した場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）は、正常に硬さ値ＨＶが算出されなかったと判定し、表示部３０にエラー表示させた後（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

特開２００５−３３７９７３号公報

しかしながら、くぼみの読み取り動作を自動で行う場合、読み取られたくぼみの対角線長さにより算出された硬さ値ＨＶが予め設定された所定の範囲外となり、エラーとなるケース（図４のステップＳ１０６：ＮＯ）が存在する。ここで、例えば、形成されたくぼみが想定よりも大きかったり小さかったり、或いは欠けていたりした場合など、エラーとなった原因がくぼみの大きさであった場合、くぼみ付けを行った時点（図４のステップＳ１０１）でエラーであることが認識できるはずである。しかしながら、自動読み取りの場合、ターレットの回転による所定の位置への対物レンズの配置（図４のステップＳ１０２）、焦点合わせ（図４のステップＳ１０３）、くぼみの自動読み取り（図４のステップＳ１０４）といったくぼみ付け後の動作が全て自動で行われてしまうため、エラーであることを判定する（図４のステップＳ１０６）までに余計な時間が掛かってしまうという問題がある。

本発明は、算出される硬さ値がくぼみの大きさを原因としてエラーとなる場合に、くぼみ付け後の動作を省略して作業時間を短縮できる硬さ試験機、及び硬さ試験方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
試料の表面に圧子により試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子に前記試験力を負荷し、当該圧子を前記試料の表面に押し込む試験力負荷手段と、
前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段と、
前記試験力負荷手段を制御して、前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づく値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御手段と、
前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の硬さ値を算出する硬さ算出手段と、
前記硬さ算出手段により算出された硬さ値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段と、
前記第１の判定手段又は前記第２の判定手段により予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、報知手段を制御してエラーであることを報知させる報知制御手段と、
を備えることを特徴とする。

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、
前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づいて、前記試料の硬さ値を算出する暫定硬さ算出手段を備え、
前記第１の判定手段は、前記暫定硬さ算出手段により算出された硬さ値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
試料の表面に圧子により試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
前記圧子に前記試験力を負荷し、当該圧子を前記試料の表面に押し込む試験力負荷手段を制御して、前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づく値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定工程と、
前記第１の判定工程で予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御工程と、
前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の硬さ値を算出する硬さ算出工程と、
前記硬さ算出工程で算出された硬さ値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定工程と、
前記第１の判定工程又は前記第２の判定工程で予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、報知手段を制御してエラーであることを報知させる報知制御工程と、
を含む硬さ試験方法である。

本発明によれば、くぼみ形成時の圧子の侵入量に基づいて、算出される硬さ値のエラー判定を実行することができるので、くぼみの大きさを原因としてエラーとなる場合に、くぼみ付け後の動作を省略して作業時間を短縮することができる。

本実施形態に係る硬さ試験機の全体構成を示す右側面図である。 本実施形態に係る硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る硬さ試験機の硬さ判定処理を示すフローチャートである。 従来の硬さ試験機の硬さ判定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、図中のＸ方向を左右方向とし、Ｙ方向を前後方向とし、Ｚ方向を上下方向とする。また、Ｘ−Ｙ面を水平面とする。

本実施形態に係る硬さ試験機１００は、図１及び図２に示すように、各構成部材が配設される試験機本体１０と、試験機本体１０を統括的に制御する制御部２００と、等を備えて構成されている。

試験機本体１０は、試料Ｓを載置する試料台１と、試料台１をＸ、Ｙ方向に移動可能なＸＹステージ２と、試料台１をＺ方向に移動可能なステージ昇降部３と、試料台１上に載置された試料Ｓにくぼみを形成する圧子４が下端に設けられた圧子軸５を備える圧子軸ユニット６と、圧子軸５に所定の押圧力を負荷する押圧力負荷装置７と、圧子軸５及び対物レンズ９の何れか一つを試料Ｓの上方に配置可能なターレット８と、ターレット８の下面に保持された対物レンズ９と、試料Ｓの表面に形成されたくぼみ等を撮像する撮像部２０と、表示部３０と、操作部４０と、等を備えて構成される。

試料台１は、上面に載置される試料Ｓを、試料固定部１ａで固定する。
ＸＹステージ２は、上面に試料台１を載置可能に構成されている。また、ＸＹステージ２は、制御部２００から入力される制御信号に従って、Ｘ、Ｙ方向（水平方向）に移動するよう構成されており、上面に載置された試料台１をＸ、Ｙ方向に移動させることができるようになっている。
ステージ昇降部３は、ＸＹステージ２の下面側に設けられ、制御部２００から入力される制御信号に従って、ＸＹステージ２及び試料台１をＺ方向（上下方向）に移動させる。また、ステージ昇降部３は、試験機本体１０の下方で前方に張り出した基礎部１１の上面に設けられている。
即ち、試料Ｓは、ＸＹステージ２によってＸ、Ｙ方向に移動され、ステージ昇降部３によってＺ方向に移動されて、圧子４又は対物レンズ９に対する位置が調整されるようになっている。

圧子軸ユニット６は、試験機本体１０の上方で前方に張り出したアーム部１２に設けられている。圧子軸ユニット６は、アーム部１２の固定部１３に設けられた支持ばね６１，６１と、支持ばね６１，６１にそれぞれ上端側と下端側が弾性支持された圧子軸５と、試験力を発生して圧子軸５を軸方向に移動させることにより、圧子軸５に試験力を負荷する第１フォースモータ６２と、圧子軸５の変位量を検出する圧子軸変位検出部６３と、等を備えて構成されている。
圧子軸５の下端には、試料台１の上面に載置された試料Ｓの上方から押し付けて試料Ｓの表面にくぼみを形成する圧子４が設けられている。

支持ばね６１，６１は、一端が固定部１３に固定され、固定部１３から略水平方向に延出するように設けられた板ばねであり、他端がそれぞれ圧子軸５の上端側と下端側に接続されて、圧子軸５を試料台１に対して垂直に支持している。そして、支持ばね６１，６１は、第１フォースモータ６２等によって圧子軸５が上下方向に移動する際に、圧子軸５が試料台１に対して垂直な姿勢を保持するように撓むようになっている。

第１フォースモータ６２は、磁気回路構成部６２ａと、圧子軸５側に設けられた駆動コイル部６２ｂと、を備えて構成されている。第１フォースモータ６２は、制御部２００から入力される制御信号に従って、磁気回路構成部６２ａにおいて磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部６２ｂに流れる電流と、の電磁誘導により発生する力（電磁力）を駆動力として用い、圧子軸５を軸方向に移動させることによって、圧子軸５（圧子４）に試験力を負荷する。即ち、第１フォースモータ６２は、第１フォースモータ６２の駆動コイル部６２ｂに供給される電流量に応じて任意の駆動力を発生し、その駆動力に基づいて圧子軸５に様々な試験力を負荷することができる。そして、圧子軸５に試験力が負荷されることにより、圧子軸５の下端に設けられた圧子４が試料Ｓの表面に押し込まれることとなる。第１フォースモータ６２は、例えば、１０ｇｆ（ＬＯＷ）〜３０ｇｆ（ＨＩＧＨ）の範囲で試験力を負荷することができる。
即ち、第１フォースモータ６２は、圧子４に試験力を負荷し、圧子４を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷手段として機能する。

圧子軸変位検出部６３は、所定の間隔の目盛が刻まれて圧子軸５に備えられたスケール５１と、スケール５１の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダ５２と、を備えて構成され、圧子４が試料Ｓに押し込まれる際の圧子軸５の変位量（即ち、試料Ｓに押し込まれた圧子４の侵入量（押込み深さ））を検出し、検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を制御部２００に出力する。
即ち、圧子軸変位検出部６３は、試料Ｓの表面に押し込まれた圧子４の侵入量を検出する侵入量検出手段として機能する。

押圧力負荷装置７は、圧子軸ユニット６の上方に備えられた制御レバー７１と、試験力を発生して制御レバー７１を回動させることにより、圧子軸５に試験力を負荷する第２フォースモータ７２と、等を備えて構成されている。

制御レバー７１は、略中央部が回動軸７１ｃによってアーム部１２に回動自在に軸支されている。制御レバー７１の後端部７１ａには、第２フォースモータ７２が取り付けられている。また、制御レバー７１の前端部７１ｂは、回動軸７１ｃから圧子軸ユニット６の方向に延出して圧子軸５の上部に位置しており、その他端部７１ｂには、圧子軸５の上端部５ａを押し下げるための押圧部７１ｄが備えられている。

第２フォースモータ７２は、磁気回路構成部７２ａと、駆動コイル部７２ｂと、を備えて構成されている。第２フォースモータ７２は、磁気回路構成部７２ａにおいて磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部７２ｂに流れる電流と、の電磁誘導により発生する力（電磁力）を駆動力として用い、荷重軸７２ｃを軸方向に移動させ、制御レバー７１の一端部７１ａに作用力を負荷し、制御レバー７１を回動させる。これにより、制御レバー７１の他端部７１ｂは下方に移動して、他端部７１ｂに備えられた押圧部７１ｄにより圧子軸５を軸方向に押し下げる。圧子軸５を軸方向に移動させることによって、圧子軸５（圧子４）に試験力を負荷する。そして、圧子軸５に試験力が負荷されることにより、圧子軸５の下端に設けられた圧子４が試料Ｓの表面に押し込まれることとなる。第２フォースモータ７２は、例えば、３１ｇｆ（ＬＯＷ）〜２００ｇｆ（ＨＩＧＨ）の範囲、又は２０１ｇｆ（ＬＯＷ）〜２０００ｇｆ（ＨＩＧＨ）の範囲で試験力を負荷することができる。
即ち、第２フォースモータ７２は、圧子４に試験力を負荷し、圧子４を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷手段として機能する。

ターレット８は、ターレット本体８ａと、ターレット本体８ａをアーム部１２に回転自在に軸支する回転軸８ｂと、等を備えて構成されており、ターレット本体８ａを回転させることによって、圧子軸５及び対物レンズ９の何れか一つを試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。即ち、例えば、圧子軸５を試料Ｓの上方に配置することで試料Ｓの表面にくぼみを形成することができ、対物レンズ９を試料Ｓの上方に配置することで形成されたくぼみを観察することができるようになっている。

対物レンズ９は、撮像部２０の顕微鏡部２０ａに付随するレンズ部であり、ターレット８の下面に保持されている。対物レンズ９は、ターレット８（ターレット本体８ａ）を回転させて対物レンズ９を撮像部２０に対応する配置に切り替えた際に、撮像部２０による試料Ｓの撮像を可能とする。

撮像部（撮像手段）２０は、顕微鏡部２０ａと、顕微鏡部２０ａに取り付けられたＣＣＤカメラ（図示略）と、試料Ｓの観察位置を照らす照明装置（図示省略）と、等を備えて構成されており、試料Ｓの表面に形成されたくぼみを撮像して画像データを取得する。そして、撮像部２０は、取得した試料Ｓの表面の画像データを制御部２００に出力する。

表示部（報知手段）３０は、例えば、液晶表示パネルであって、制御部２００から入力される制御信号に従って、撮像部２０により撮像された試料Ｓの表面画像や、各種試験結果等の表示処理を行う。具体的には、表示部３０には、試験力を調整するための試験力調整ボタン、及び圧子軸変位検出部６３の測定値などが表示される。また、表示部３０は、算出された硬さ値が予め設定された所定の範囲内になかった場合に、エラーであることを示す画面を表示する。

操作部４０は、例えば、キーボードなどの操作キー群であって、ユーザにより操作されると、その操作に伴う操作信号を制御部２００に出力する。なお、操作部４０は、マウスやタッチパネルなどのポインティングデバイスやリモートコントローラなど、その他の操作装置を備えるようにしてもよい。この操作部４０は、ユーザが試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力（測定開始指示）を行う場合の他、圧子４に負荷する試験力を設定する場合などに操作される。

制御部２００は、図２に示すように、ＣＰＵ２０１と、ＲＡＭ２０２と、記憶部２０３と、を備えて構成され、記憶部２０３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の動作制御等を行う機能を有する。また、制御部２００は、システムバス及び駆動回路等を介して、ＸＹステージ２、ステージ昇降部３、圧子軸ユニット６、押圧力負荷装置７、撮像部２０、表示部３０、操作部４０等に接続されている。

ＣＰＵ２０１は、記憶部２０３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ２０２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。
ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ２０２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
記憶部２０３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部２０３は、ＣＰＵ２０１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。

例えば、ＣＰＵ２０１は、操作部４０において硬さ試験を行う操作が行われたことに基づく試験動作信号が入力されたことに伴い、記憶部２０３に記憶された所定のプログラムを実行させることにより、所定の硬さ試験を行うために予め設定された所定の動作条件（例えば、圧子軸５の動作条件）に基づいて、第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２の各駆動コイル部６２ｂ、７２ｂに所定の試験力に応じた電流を供給し、第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２を動作させる制御を行う。

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の硬さ判定処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、圧子４により試料Ｓの表面にくぼみを形成する（ステップＳ１：くぼみ付け工程）。具体的には、まず、ユーザは、試料台１の上面に硬さ試験の対象となる試料Ｓを載置して試料固定部１ａで固定する。次に、ＣＰＵ２０１は、ターレット本体８ａを回転させて圧子４を試料Ｓに対向する所定の位置に配置させる。そして、ＣＰＵ２０１は、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２を駆動することにより圧子４を下降させ、試料Ｓの表面にくぼみを形成させる。
即ち、ＣＰＵ２０１は、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２を制御して、圧子４を試料Ｓの表面に押し付けることにより、当該試料Ｓの表面にくぼみを形成させるくぼみ付け手段として機能する。

次に、暫定硬さ算出処理を行う（ステップＳ２：暫定硬さ算出工程）。具体的には、まず、ＣＰＵ２０１は、圧子軸変位検出部６３により検出された試料Ｓに対する圧子４の侵入量（最大侵入量）ｈに基づいて、くぼみの二つの対角線長さの平均値ｄを算出する。ここで、対角線長さの平均値ｄは、数式２で算出することができる。
［数式２］
ｄ＝ｈ×（ｔａｎ（１３６°／２）×２×√２）
次に、ＣＰＵ２０１は、算出された対角線長さの平均値ｄを、上記の数式１に代入することにより、硬さ値ＨＶを算出する。
即ち、ＣＰＵ２０１は、圧子軸変位検出部６３により検出された圧子４の侵入量に基づいて、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する暫定硬さ算出手段として機能する。

次に、硬さ値ＨＶの合否判定を行う（ステップＳ３：第１の判定工程）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ２で算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する。ここで、予め設定された硬さ値ＨＶの上限値をＵ、下限値をＬとすると、硬さ値ＨＶの合否判定は、数式３を参照して行われる。
［数式３］
Ｌ≦ＨＶ≦Ｕ
硬さ値ＨＶが数式３を満たすと判定した場合は、硬さ値ＨＶが所定の範囲内にあると判定し（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４へと移行する。一方、硬さ値ＨＶが数式３を満たさないと判定した場合は、硬さ値ＨＶが所定の範囲内にない、即ち、所定の範囲外であると判定し（ステップＳ３：ＮＯ）、表示部３０にエラー表示させる（ステップＳ５：報知制御工程）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内になく、エラーであることを示す画面を生成し、表示部３０に表示させる。そして、ＣＰＵ２０１は、表示部３０にエラー表示させた後、当該硬さ判定処理を終了する。
即ち、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ２で圧子軸変位検出部６３により検出された圧子４の侵入量に基づく値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段として機能する。ここで、圧子４の侵入量に基づく値とは、圧子４の侵入量ｈの他、くぼみの対角線長さの平均値ｄや硬さ値ＨＶなど、圧子４の侵入量ｈに基づいて算出することが可能な値を含むものである。本実施形態では、ＣＰＵ２０１は、第１の判定手段として、ステップＳ２で算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する。
また、ＣＰＵ２０１は、第１の判定手段により予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、表示部３０を制御してエラーであることを報知させる報知制御手段として機能する。
なお、ステップＳ３における合否判定は、ステップＳ２で圧子４の侵入量に基づいて算出された硬さ値ＨＶを対象として行われる。即ち、ステップＳ３において、エラーと判定されるのは、圧子４の侵入量から推測される「くぼみの大きさ」が原因である場合に限られる。従って、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ５において、算出された硬さ値ＨＶがエラーであることを表示させるだけでなく、エラーの原因がくぼみの大きさであることも表示させることができる。

次に、対物レンズ９を所定の位置に配置させる（ステップＳ４）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ターレット本体８ａを回転させて、圧子４の代わりに対物レンズ９を試料Ｓに対向する所定の位置に配置させる。
次に、試料Ｓの表面に焦点を合わせる（ステップＳ６）。具体的には、まず、ＣＰＵ２０１は、対物レンズ９が試料Ｓに対向する所定の位置に配置された状態で、試料Ｓの表面の所定領域が対物レンズ９の真下に位置するようにＸＹステージ２を移動させる。そして、ＣＰＵ２０１は、対物レンズ９を介して撮像部２０により撮像された画像データに基づいてステージ昇降部３を昇降させ、試料Ｓの表面に対する焦点合わせを行う。
次に、試料Ｓの表面の画像データを取得する（ステップＳ７：撮像制御工程）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、撮像部２０により試料Ｓの表面を撮像させて、画像データを取得させる。
即ち、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ３で予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像部２０を制御して試料Ｓの表面を撮像させ、当該試料Ｓの表面の画像データを取得させる撮像制御手段として機能する。

次に、硬さ算出処理を行う（ステップＳ８：硬さ算出工程）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、撮像部２０により取得された画像データを解析して試料Ｓの表面に形成されたくぼみの二つの対角線長さを計測し、当該計測された対角線長さに基づいて、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する。なお、ステップＳ８の硬さ算出処理において、硬さ値ＨＶは、従来と同様、数式１により算出される。
即ち、ＣＰＵ２０１は、撮像部２０により取得された画像データに基づいて、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する硬さ算出手段として機能する。

次に、硬さ値ＨＶの合否判定を行う（ステップＳ９：第２の判定工程）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ８で算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する。なお、硬さ値ＨＶの合否判定は、ステップＳ３と同様、上記の数式３を参照して行われる。硬さ値ＨＶが数式３を満たすと判定した場合は、硬さ値ＨＶが所定の範囲内にあると判定し（ステップＳ９：ＹＥＳ）、当該硬さ判定処理を終了する。一方、硬さ値ＨＶが数式３を満たさないと判定した場合は、硬さ値ＨＶが所定の範囲外であると判定し（ステップＳ９：ＮＯ）、表示部３０にエラー表示させる（ステップＳ１０：報知制御工程）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内になく、エラーであることを示す画面を生成し、表示部３０に表示させる。そして、ＣＰＵ２０１は、表示部３０にエラー表示させた後、当該硬さ判定処理を終了する。
即ち、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ８で算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段として機能する。
また、ＣＰＵ２０１は、第２の判定手段により予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、表示部３０を制御してエラーであることを報知させる報知制御手段として機能する。

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、圧子４に試験力を負荷し、当該圧子４を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷手段（第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２）と、試験力負荷手段により試料Ｓの表面に押し込まれた圧子４の侵入量を検出する侵入量検出手段（圧子軸変位検出部６３）と、を備える。また、硬さ試験機１００は、試験力負荷手段を制御して、圧子４を試料Ｓの表面に押し付けることにより、当該試料Ｓの表面にくぼみを形成させるくぼみ付け手段（ＣＰＵ２０１）と、侵入量検出手段により検出された圧子４の侵入量に基づく値（硬さ値ＨＶ）が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段（ＣＰＵ２０１）と、第１の判定手段により予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像手段（撮像部２０）を制御して試料Ｓの表面を撮像させ、当該試料Ｓの表面の画像データを取得させる撮像制御手段（ＣＰＵ２０１）と、撮像手段により取得された画像データに基づいて、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する硬さ算出手段（ＣＰＵ２０１）と、硬さ算出手段により算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段（ＣＰＵ２０１）と、第１の判定手段又は第２の判定手段により予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、報知手段（表示部３０）を制御してエラーであることを報知させる報知制御手段（ＣＰＵ２０１）と、を備える。さらに、硬さ試験機１００は、侵入量検出手段により検出された圧子４の侵入量に基づいて、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する暫定硬さ算出手段（ＣＰＵ２０１）を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、くぼみ形成時の圧子４の侵入量に基づいて、算出される硬さ値ＨＶのエラー判定を実行することができるので、くぼみの大きさを原因としてエラーとなる場合に、くぼみ付け後の動作を省略して作業時間を短縮することができる。

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上記実施形態では、算出された硬さ値ＨＶが予め設定された所定の範囲外であると判定した場合（図３のステップＳ３、ステップＳ９でＮＯ）に、表示部３０にエラー表示させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、音声を出力可能なスピーカ等を備えるようにして、表示部３０にエラー表示させる代わりに、警告音を出力させるようにしてもよい。或いは、表示部３０にエラー表示させると同時に、警告音を出力させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図３のステップＳ３において、ステップＳ２により算出された硬さ値ＨＶが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ２において、くぼみの対角線長さの平均値ｄのみを算出するようにし、ステップＳ３において、ステップＳ２により算出された対角線長さの平均値ｄが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定するようにしてもよい。また、ステップＳ２において、圧子軸変位検出部６３により試料Ｓに対する圧子４の侵入量ｈを検出させるに留め、ステップＳ３において、ステップＳ２により検出された圧子４の侵入量ｈが、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定するようにしてもよい。
これにより、硬さ値ＨＶを算出することなくエラー判定を実行することができるので、作業時間をより短縮することができる。

また、上記実施形態では、図３のステップＳ３において、ステップＳ２により算出された硬さ値ＨＶが予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、ステップＳ４以降の処理を行わせ、ステップＳ８において、硬さ値ＨＶを算出するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、上記のステップＳ４以降の処理を行わせる通常モードと、上記のステップＳ４以降の処理を行わせることなく、硬さ値ＨＶが予め設定された所定の範囲内にある旨を表示部３０に表示させた後、図３の硬さ判定処理を終了する簡易モードと、を選択可能に備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、試験力負荷手段として、第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２の２つのフォースモータを備えるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２のいずれか一のフォースモータのみを備えるようにしてもよい。

その他、硬さ試験機１００を構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００ 硬さ試験機
１０ 試験機本体
１ 試料台
２ ＸＹステージ
３ ステージ昇降部
４ 圧子
５ 圧子軸
５１ スケール
５２ リニアエンコーダ
６ 圧子軸ユニット
６１ 支持ばね
６２ 第１フォースモータ（試験力負荷手段）
６３ 圧子軸変位検出部（侵入量検出手段）
７ 押圧力負荷装置
７１ 制御レバー
７２ 第２フォースモータ（試験力負荷手段）
８ ターレット
９ 対物レンズ
２０ 撮像部（撮像手段）
３０ 表示部（報知手段）
４０ 操作部
２００ 制御部
２０１ ＣＰＵ（くぼみ付け手段、暫定硬さ算出手段、第１の判定手段、撮像制御手段、硬さ算出手段、第２の判定手段、報知制御手段）
２０２ ＲＡＭ
２０３ 記憶部
Ｓ 試料

Claims (3)

1. 試料の表面に圧子により試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
   前記圧子に前記試験力を負荷し、当該圧子を前記試料の表面に押し込む試験力負荷手段と、
   前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段と、
   前記試験力負荷手段を制御して、前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
   前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づく値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定手段と、
   前記第１の判定手段により予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御手段と、
   前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の硬さ値を算出する硬さ算出手段と、
   前記硬さ算出手段により算出された硬さ値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定手段と、
   前記第１の判定手段又は前記第２の判定手段により予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、報知手段を制御してエラーであることを報知させる報知制御手段と、
   を備えることを特徴とする硬さ試験機。
2. 前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づいて、前記試料の硬さ値を算出する暫定硬さ算出手段を備え、
   前記第１の判定手段は、前記暫定硬さ算出手段により算出された硬さ値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
3. 試料の表面に圧子により試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
   前記圧子に前記試験力を負荷し、当該圧子を前記試料の表面に押し込む試験力負荷手段を制御して、前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
   前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づく値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第１の判定工程と、
   前記第１の判定工程で予め設定された所定の範囲内にあると判定された場合に、撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御工程と、
   前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の硬さ値を算出する硬さ算出工程と、
   前記硬さ算出工程で算出された硬さ値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する第２の判定工程と、
   前記第１の判定工程又は前記第２の判定工程で予め設定された所定の範囲内にないと判定された場合に、報知手段を制御してエラーであることを報知させる報知制御工程と、
   を含む硬さ試験方法。