JP2015143668A - 硬さ試験機および硬さ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料を所定の形状および大きさにカットする必要がなく、製品に組み込み済みの部品の表面などに対し、硬さ試験を実施すること。
【解決手段】硬さの試験対象の表面に圧子を押圧することにより硬さ試験を実施する硬さ試験機１において、圧子を有する硬さ試験部１０と、硬さ試験部１０を保持して試験対象に対する所定の位置に移動し、試験対象の表面に圧子を一方向から押圧する試験力を受ける保持部２０と、を有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬さ試験機および硬さ試験方法に関する。

試料等の硬さを試験する装置として、ロックウェル硬さ試験装置がある（たとえば、特開平１１−１８３３５２号公報）。

特開平１１−１８３３５２号公報

従来のロックウェル硬さ試験装置は、必ず試料を上下から挟んで硬さ試験を実施する必要がある。このため、試料は、ロックウェル硬さ試験装置の所定の位置に載置が可能な所定の形状および大きさにカットする必要がある。

一方で、製品に組み込み済みの部品の表面の硬さを試験したいという要望があるが、従来のロックウェル硬さ試験装置は、このような要望には応えることができない。

本発明は、硬さの試験対象を所定の形状および大きさにカットする必要がなく、製品に組み込み済みの部品の表面などに対し、硬さ試験を実施することができるロックウェル硬さ試験装置および試験方法を提供することを目的とする。

本発明は、硬さの試験対象の表面に圧子を押圧することにより硬さ試験を実施する硬さ試験機において、圧子を有する硬さ試験部と、硬さ試験部を保持して試験対象に対する所定の位置に移動し、試験対象の表面に圧子を一方向から押圧する試験力を受ける保持部と、を有するものである。

たとえば、硬さ試験部は、圧子に力を加えることにより測定対象の表面に圧子を押し込む押圧手段と、圧子により試験対象の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定手段と、押圧手段により圧子が試験対象の表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出手段と、深さ検出手段により検出した前後２回の初試験力における圧子の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試験対象の硬さを求める硬さ演算手段と、硬さ演算手段により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正手段と、を有することができる。

本発明の他の観点は、硬さ試験方法としての観点である。

本発明は、硬さの試験対象の表面に圧子を押圧することにより硬さ試験を実施する硬さ試験方法において、圧子を有する硬さ試験部を保持する保持部が硬さ試験部を保持して試験対象に対する所定の位置に移動し、試験対象の表面に圧子を一方向から押圧するステップを有するものである。

たとえば、硬さ試験部が実行する処理は、圧子に力を加えることにより試験対象の表面に圧子を押し込む押圧ステップと、圧子により試験対象の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定ステップと、押圧ステップの処理により圧子が試験対象の表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出ステップと、深さ検出ステップの処理により検出した前後２回の初試験力における圧子の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試験対象の硬さを求める硬さ演算ステップと、硬さ演算ステップの処理により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正ステップと、を有することができる。

本発明によれば、硬さの試験対象を所定の形状および大きさにカットする必要がなく、製品に組み込み済みの部品の表面などに対し、硬さ試験を実施することができる。

本発明の実施の形態に係る硬さ試験機の全体構成図である。 図１の硬さ試験部のブロック構成図である。 図２の制御部の動作を示すフローチャートである。 試験対象の表面に被膜が形成されている状態における硬さ試験方法を説明するための図である。 図４に示す状態から圧子を試験対象に初試験力で押圧した状態を示す図である。 図５に示す状態から圧子を試験対象に追加試験力で押圧した状態を示す図である。

本発明の実施の形態に係る硬さ試験機１について、図１〜図３を参照しながら説明する。

硬さ試験機１は、図１に示すように、硬さ試験部１０と保持部２０とで構成される。硬さ試験機１０は、たとえば、ロックウェル硬さ試験機である。保持部２０は、たとえば、移動可能なロボットであり、硬さ試験機１０を保持するためのアーム部２１と、硬さ試験をユーザが所望する場所で実施するための移動台座部２２とを有する。保持部２０が硬さ試験部１０を保持する力は、たとえば、硬さ試験部１０が後述するロックウェル硬さ試験を実施するのに十分な保持力である。また、移動台座部２２は、手動または自走により移動が可能であり、硬さ試験部１０を測定対象３０の設置位置まで移動させることができる。

硬さ試験部１０は、図２に示すように、押圧部１１と、初試験力設定部１２と、深さ検出部１３と、硬さ演算部１４と、補正部１５と、接触検出部１６と、制御部１７と、を有する。さらに、押圧部１１には、圧子１８を有し、接触検出部１６には、接触子１９を有する。

押圧部１１は、圧子１８に力を加えることにより試験対象３０の表面に圧子１８を押し込むための駆動部（不図示）を有する。不図示の駆動部は、たとえば、モータの力で圧子１８を押圧部１１から試験対象３０に向かって移動させる機構を有する。

初試験力設定部１２は、圧子１８により試験対象３０の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする。

深さ検出部１３は、押圧部１１により圧子１８が試験対象３０の表面に押し込まれた進入深さを検出する。

硬さ演算部１４は、深さ検出部１３により検出した前後２回の初試験力における圧子１８の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試験対象３０の硬さを求める。

補正部１５は、硬さ演算部１４により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する。

接触検出部１６は、硬さ試験部１０が試験対象３０の表面に対して適切な位置に設置されたか否かを判定するために、接触子１９が試験対象３０に接触したか否かを検出する。

制御部１７は、押圧部１１、深さ検出部１３、硬さ演算部１４、補正部１５、および接触検出部１６と信号を送受信することにより、硬さ試験部１０の制御を行う。

圧子１８は、ロックウェル硬さ試験に適合する圧子である。

接触子１９は、単に、その先端部が測定対象３０の表面に接触したか否かが分かればよいので、どのような材質であってもよい。たとえば、接触子１９の材質は、試験対象３０の表面を傷付けないためにプラスチック製などとすることができる。

このように、硬さ試験機１は、圧子１８を有する硬さ試験部１０と、硬さ試験部１０を保持して試験対象３０に対する所定の位置に移動し、試験対象３０の表面に圧子１８を一方向から押圧する試験力を受ける保持部２０と、を有することにより、硬さの試験対象３０を所定の形状および大きさにカットする必要がなく、製品に組み込み済みの部品の表面などに対し、硬さ試験を実施することができる。

このとき、硬さ試験部１０は、圧子１８に力を加えることにより試験対象３０の表面に圧子１８を押し込む押圧部１１と、圧子１８により試験対象３０の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定部１２と、押圧部１１により圧子１８が試験対象３０の表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出部１３と、深さ検出部１３により検出した前後２回の初試験力における圧子１８の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試験対象３０の硬さを求める硬さ演算部１４と、硬さ演算部１４により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正部１５と、を有することにより、たとえば、試験対象３０の表面に、酸化鉄等の被膜が形成されている場合でも圧子１８を被膜を突き破って試験対象３０の表面まで圧子１８を到達させてから硬さ試験を実施することができる。

これによれば、試験対象３０の表面から被膜を除去する作業を省略することができるので、たとえば、製品に組み込み済みの部品の表面などに対し、硬さ試験を実施することができる。

次に、制御部１７の動作を図３のフローチャートを参照しながら説明する。図３のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴの条件は、硬さ試験機１の電源がＯＮ状態という条件である。硬さ試験機１の電源がＯＮ状態であれば、処理は、ステップＳ１に進む。

ステップＳ１において、制御部１７は、初試験力設定部１２に対し、初試験力が設定されたか否かを判定する。ステップＳ１において、初試験力が設定されたと判定されると、処理は、ステップＳ２に進む。一方、ステップＳ１において、初試験力が未設定であると判定されると、処理は、ステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２において、制御部１７は、接触検出部１６の検出結果に基づいて、硬さ試験部１０が試験対象３０の表面に接触したか否かを判定する。ステップＳ２において、硬さ試験部１０が試験対象３０の表面に接触したと判定されると、処理は、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ２において、硬さ試験部１０が試験対象３０の表面に接触していないと判定されると、処理は、ステップＳ２を繰り返す。

ステップＳ３において、制御部１７は、押圧部１１を駆動して圧子１８を試験対象３０に押圧を開始し、処理は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、制御部１７は、圧子１８の押圧力は、初試験力に達したか否かを判定する。ステップＳ４において、圧子１８の押圧力は、初試験力に達したと判定されると、処理は、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４において、圧子１８の押圧力は、初試験力に達していないと判定されると、処理は、ステップＳ４を繰り返す。

ステップＳ５において、制御部１７は、押圧部１１を駆動し、追加試験力を加え、処理は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、制御部１７は、圧子１８の押圧力は、追加試験力に達したか否かを判定する。ステップＳ６において、圧子１８の押圧力は、追加試験力に達したと判定されると、処理は、ステップＳ７に進む。一方、ステップＳ６において、圧子１８の押圧力は、追加試験力に達していないと判定されると、処理は、ステップＳ６を繰り返す。

ステップＳ７において、制御部１７は、押圧部１１を駆動し、圧子１８の押圧力を初試験力に戻し、処理は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、制御部１７は、深さ検出部１３に、ステップＳ４およびステップＳ７における前後２回の初試験力における圧子１８の進入深さの差を検出するように指示し、処理は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、制御部１７は、硬さ演算部１４に対し、深さ検出部１３の検出結果に基づいて、ロックウェル硬さを演算するように指示し、処理は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、制御部１７は、補正部１５に対し、設定した初試験力と所定の初試験力との差に起因する硬さのずれを補正するように指示し、処理は、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、制御部１７は、補正部１５に対し、硬さのずれを補正した硬さ値を出力するように指示し、処理を終了する（ＥＮＤ）。

以上説明したように、硬さ試験機１は、硬さの試験対象３０の表面に圧子１８を押圧することにより硬さ試験を実施する際に、圧子１８を有する硬さ試験部１０を保持する保持部２０が硬さ試験部１０を保持して試験対象３０に対する所定の位置に移動し、試験対象３０の表面に圧子１８を一方向から押圧する（図３のステップＳ２，Ｓ３）。

これによれば、試験対象３０を上下から挟み込む必要がなく、試験対象３０が、たとえば、既に製品に組み込まれた状態であっても硬さ試験部１０の圧子１８が接触可能な位置にあれば、試験対象３０の硬さを試験することができる。

このとき、硬さ試験部１０は、圧子１８に力を加えることにより試験対象３０の表面に圧子１８を押し込むのに先立って、圧子１８により試験対象３０の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする（ステップＳ１）。

これによれば、たとえば、試験対象３０の表面に、酸化鉄等の被膜が生成されている場合でもこの被膜を突き破った位置まで圧子１８を押圧し、その上で、試験対象３０の内部の硬さを試験することができる。よって、試験対象３０の表面の酸化鉄等の被膜を除去できない場合であっても試験対象３０の内部の硬さを試験することができる。これにより、たとえば、既に製品に組み込まれた部品であり、酸化鉄等の被膜の除去作業が不可能な試験対象３０に対して硬さ試験を実施することができる。

さらに、圧子１８が試験対象３０の表面に押し込まれた進入深さを検出し（ステップＳ８）、検出した前後２回の初試験力における圧子１８の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試験対象３０の硬さを求め（ステップＳ９）、求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正することで（ステップＳ１０）、初試験力を基準値から任意に変えて設定したにも係らず正確な硬さ値を出力することができる（ステップＳ１１）。

なお、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正するには、補正値が必要になるが、この補正値は、たとえば、予め硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から変えて、その硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片の硬さ試験結果から補正値を求めることができる。

次に、酸化鉄等の被膜の除去作業が不可能な試験対象３０に対して硬さ試験を実施する方法について、さらに詳細に説明する。

図４に示すように、圧子１８および接触子１９が試験対象３０の被膜３１に接触した時点で、硬さ試験が開始される（図３のステップＳ２でＹｅｓ）。また、これに先立って、圧子１８が被膜３１を突き破って本体３２に到達することができる初試験力が押圧部１１に設定される（図３のステップＳ１）。なお、ここで設定される初試験力の値は、圧子１８が被膜３１を突き破るのに十分な値が設定される。この値は、被膜３１の成分が分かっているので、予め知り得る値である。

図５に示すように、圧子１８が被膜３１を突き破って本体３２の深さｄ１に到達する（図３のステップＳ４でＹｅｓ）。

図６に示すように、圧子１８が本体３２の深さｄ１に達している状態から追加試験力を加えることで（図３のステップＳ５）、圧子１８は、本体３２に深さｄ２に到達する（図３のステップＳ６のＹｅｓ）。

ここで、押圧部１１が押圧力を初試験力に戻すと（図３のステップＳ７）、深さ検出部１３は、圧子１８が深さｄ２から深さｄ１まで移動した距離を検出することで、圧子１８の進入深さを検出することができる。

これにより、硬さ演算部１４は、本体３２のロックウェル硬さを演算することができ（図３のステップＳ９）、補正部１５は、初試験力が基準値から変更されたことに対する補正を行い（図３のステップＳ１０）、補正後の硬さ値を出力することができる（図３のステップＳ１１）。

このようにして、硬さ試験装置１は、試験対象３０を挟み込む必要がなく、また、試験対象３０の表面に形成された被膜３１を除去する必要がないため、硬さの試験対象３０を所定の形状および大きさにカットする必要がなく、製品に組み込み済みの部品の表面などに対し、硬さ試験を実施することができる。

また、図２に示す硬さ試験部１０のブロック構成の中で、初試験力設定部１２の一部、深さ検出部１３の一部、硬さ演算部１４、補正部１５、接触検出部１６の一部、および制御部１７は、情報処理装置が予めインストールされている所定のプログラムを実行することによって実現することができる。このような情報処理装置は、たとえば、メモリ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、入出力ポートなどを有する。情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、情報処理装置には、初試験力設定部１２の一部、深さ検出部１３の一部、硬さ演算部１４、補正部１５、接触検出部１６の一部、および制御部１７の機能が実現される。なお、ＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。

また、上述の所定のプログラムは、硬さ試験部１０の出荷前に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、硬さ試験部１０の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、プログラムの一部が、硬さ試験部１０の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。硬さ試験部１０の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。

また、上述の所定のプログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。

このように、情報処理装置とプログラムによって初試験力設定部１２の一部、深さ検出部１３の一部、硬さ演算部１４、補正部１５、接触検出部１６の一部、および制御部１７を実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。

なお、情報処理装置が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

このような、情報処理装置は、初試験力設定部１２の一部、深さ検出部１３の一部、硬さ演算部１４、補正部１５、接触検出部１６の一部、および制御部１７の各ブロック毎に１つずつ備えてもよいし、これらの各ブロックを１つの情報処理装置によって実現してもよい。

１…硬さ試験機、１０…硬さ試験部、１１…押圧部、１２…初試験力設定部、１３…深さ検出部、１４…硬さ演算部、１５…補正部、１６…接触検出部、１７…制御部、１８…圧子、１９…接触子、２０…保持部、２１…アーム部、２２…移動台座部、３０…試験対象

Claims (4)

1. 硬さの試験対象の表面に圧子を押圧することにより硬さ試験を実施する硬さ試験機において、
   前記圧子を有する硬さ試験部と、
   前記硬さ試験部を保持して前記試験対象に対する所定の位置に移動し、前記試験対象の表面に前記圧子を一方向から押圧する試験力を受ける保持部と、
   を有する、
   ことを特徴とする硬さ試験機。
2. 請求項１記載の硬さ試験機において、
   前記硬さ試験部は、
   前記圧子に力を加えることにより前記試験対象の表面に前記圧子を押し込む押圧手段と、
   前記圧子により前記試験対象の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定手段と、
   前記押圧手段により前記圧子が前記試験対象の表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出手段と、
   前記深さ検出手段により検出した前後２回の初試験力における前記圧子の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき前記試験対象の硬さを求める硬さ演算手段と、
   前記硬さ演算手段により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正手段と、
   を有する、
   ことを特徴とする硬さ試験機。
3. 硬さの試験対象の表面に圧子を押圧することにより硬さ試験を実施する硬さ試験方法において、
   前記圧子を有する硬さ試験部を保持する保持部が前記硬さ試験部を保持して前記試験対象に対する所定の位置に移動し、前記試験対象の表面に前記圧子を一方向から押圧するステップを有する、
   ことを特徴とする硬さ試験方法。
4. 請求項３記載の硬さ試験方法において、
   前記硬さ試験部が実行する処理は、
   前記圧子に力を加えることにより前記試験対象の表面に前記圧子を押し込む押圧ステップと、
   前記圧子により前記試験対象の表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定ステップと、
   前記押圧ステップの処理により前記圧子が前記試験対象の表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出ステップと、
   前記深さ検出ステップの処理により検出した前後２回の初試験力における前記圧子の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき前記試験対象の硬さを求める硬さ演算ステップと、
   前記硬さ演算ステップの処理により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正ステップと、
   を有する、
   ことを特徴とする硬さ試験方法。

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