JP2021081344A

JP2021081344A - 硬さ試験機及びプログラム

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Publication number: JP2021081344A
Application number: JP2019210086A
Authority: JP
Inventors: 恒治新座; Tsuneharu Niiza; 輿水　文比古; Fumihiko Koshimizu; 文比古輿水
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: US11536636B2; US20210156777A1; CN112824868A; DE102020130260A1; JP7348040B2

Abstract

【課題】試験位置の設定を簡便にする。【解決手段】硬さ試験機１は、撮像手段（撮像部１０）により撮像された試料Ｓの表面の画像（表面画像）を取得する画像取得手段（制御部１００）と、試料Ｓの表面の画像に基づいて、所定の条件により当該画像内において硬さ試験に適さない不適合領域ＮＲを特定する特定手段（制御部１００）と、前記特定手段により特定された不適合領域ＮＲ以外の領域において試験位置を設定する試験位置設定手段（制御部１００）と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、硬さ試験機及びプログラムに関する。

従来、所定の試験力で圧子を試料（ワーク）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。この硬さ試験機では、例えば、一度試験した試料について再試験を行う際に、前回のくぼみの形成された位置を避け、再試験に適した位置を自動的に設定する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２０１２−７８３０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている硬さ試験機では、最初の試験の際は異物の存する位置と試験位置とが重ならないように当該試験位置をユーザーが目視で確認して設定する必要があり、異物の存する位置と試験位置とが重なっていた場合には、ユーザー操作に基づいて当該試験位置を設定し直さなければならないため手間がかかるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、試験位置の設定を簡便にすることができる硬さ試験機及びプログラムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的と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所定の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であって、
撮像手段により撮像された試料の表面の画像を取得する画像取得手段と、
前記試料の表面の画像に基づいて、所定の条件により当該画像内において硬さ試験に適さない不適合領域を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された不適合領域以外の領域において試験位置を設定する試験位置設定手段と、
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、
前記画像取得手段により取得された前記試料の表面の画像に基づいて、当該試料における一又は複数の試験位置を指定する指定手段を備え、
前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された試験位置を設定し、当該試験位置が前記不適合領域に含まれる場合、当該試験位置を前記不適合領域に含まれない位置に修正する、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記指定手段は、ユーザー操作に基づいて前記試験位置の配列に関する試験パターンの指定がなされた場合、当該試験パターンに基づいて前記複数の試験位置を指定し、
前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された各試験位置のうちの前記不適合領域に含まれる試験位置を対象として、当該試験位置を前記不適合領域に含まれない位置に修正する、
ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の硬さ試験機において、
前記試験位置設定手段は、前記不適合領域に含まれる試験位置を当該不適合領域に含まれない位置に修正する際、前記試料上の所定の点、線又は面を基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記指定手段は、ユーザー操作に基づいて前記試験位置の配列に関する試験パターンの指定がなされた場合、当該試験パターンに基づいて前記複数の試験位置を指定し、
前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された各試験位置のうちの少なくともいずれか一の試験位置が前記不適合領域に含まれる場合、当該各試験位置を前記不適合領域に含まれない位置であり、且つ、前記試験パターンを維持可能な位置に修正する、
ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の硬さ試験機において、
前記画像取得手段により取得された前記試料の表面の画像を所定の閾値に基づき二値化する二値化手段を備え、
前記特定手段は、前記二値化手段により二値化された画像データに基づいて、前記所定の閾値以下となる領域を前記不適合領域として特定する、
ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、
試料の表面に圧子により所定の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コンピュータを、
撮像手段により撮像された試料の表面の画像を取得する画像取得手段、
前記試料の表面の画像に基づいて、所定の条件により当該画像内において硬さ試験に適さない不適合領域を特定する特定手段、
前記特定手段により特定された不適合領域以外の領域において試験位置を設定する試験位置設定手段、
として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、試験位置の設定を簡便にすることができる。

本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示す側面図である。本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示す側面図である。本発明に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。本発明に係る硬さ試験機の動作を示すフローチャートである。（ａ）は設定当初の各試験位置を試料の表面画像に重ねて表示させた様子を示す図であり、（ｂ）は修正後の各試験位置を試料の表面画像に重ねて表示させた様子を示す図である。手動修正モードにおいて各試験位置を修正する様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［１．構成の説明］
本実施形態に係る硬さ試験機１は、図１〜図３に示すように、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３を作動させるアーム作動部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、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と、試験力や試料Ｓの想定硬さを入力する操作部１５と、試料Ｓの表面や試料Ｓの表面に形成されるくぼみの画像を表示する表示部１６と、制御部１００と、を備えて構成されている。なお、硬さ試験機１では、制御部１００により、各部の動作制御が行われる。

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、を備えて構成されている。
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いる。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。
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。

アーム本体３１は、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アーム作動部４が接続されている。そして、アーム本体３１は、そのアーム作動部４の動作に伴い、回動軸３２を中心とした回動を行う。アーム本体３１は、この下方への回動に伴い、荷重軸３３を下方へと押圧し、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）。

アーム変位検出部３４は、所定の間隔の目盛が刻まれたスケールと、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、を備えて構成されている。アーム変位検出部３４は、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制御部１００に出力する。なお、この開き量は、圧子５が試料Ｓを押し込む押圧力（試験力）又は試料Ｓに加わる荷重に対応している。

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と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と、を備えて構成されている。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に固定されることにより、荷重アーム３に接続されている。

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いて駆動する。サーボモータ４１のモータ軸４１ａは、サーボモータ４１の駆動により回転する。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、ボールネジ４３を回転させる。固定治具４４は、ボールネジ４３の回転駆動により、上下に移動する。
このように、アーム作動部４は、サーボモータ４１の駆動に基づいて固定治具４４を上下動させ、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）を伝達させて、アーム本体３１（荷重アーム３）を回動させる。なお、板ばね４４ａは、アーム作動部４が荷重アーム３を動作させる際、撓むようになっている。

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電動ステージ９２と、電動ステージ９２の下面に設けられたステージ昇降部９３と、を備えて構成されている。
電動ステージ９２は、制御部１００が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、圧子軸６に垂直な方向（水平方向）に移動可能としている。
ステージ昇降部９３は、ねじ部９３ａを備え、ねじ部９３ａを回転させることにより、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。

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と、を備えて構成されている。
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。
ターレット本体８１は、回転軸８２を中心として回転することにより、圧子軸６や対物レンズ７の配置を切り替えることができる。

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と、を備えて構成されている。圧子軸６は、圧子軸保持部６１の板ばね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。
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。例えば、ビッカース硬さ試験を実施する場合には、圧子５として、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）を使用する。本実施形態では、圧子５としてビッカース用の四角錐圧子が使用されている。
硬さ試験機１は、図１に示すように、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に伝達することができる。これにより、硬さ試験機１は、圧子５を試料Ｓに押し当てて押し込むことが可能となる。

対物レンズ７は、撮像部１０の顕微鏡部１１に付随するレンズ部である。硬さ試験機１は、図２に示すように、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ることで、撮像部１０による試料Ｓの撮像が可能となる。

圧子軸変位検出部２０は、所定の間隔の目盛が刻まれたスケールと、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、を備えて構成されている。圧子軸変位検出部２０は、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（すなわち、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、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。

撮像部（撮像手段）１０は、顕微鏡部１１と、顕微鏡部１１に取り付けられたＣＣＤカメラ１０ａと、試料Ｓの観察位置を照らす照明装置（図示省略）と、を備えて構成され、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を制御部１００に出力する。

操作部１５は、キーボード、マウス等のポインティングデバイスなどを備え、硬さ試験を行う際の作業者（オペレータ）による入力操作を受け付ける。例えば、操作部１５は、試験力や作業者が推定した試料Ｓの想定硬さの入力操作を受け付ける。そして、操作部１５は、作業者による所定の入力操作を受け付けると、その入力操作に応じた所定の操作信号を生成して、制御部１００へと出力する。

表示部１６は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置により構成されている。表示部１６は、操作部１５において入力された硬さ試験の設定条件、硬さ試験の結果及びＣＣＤカメラ１０ａが撮像した試料Ｓの表面や試料Ｓの表面に形成されるくぼみの画像等を表示する。

制御部（画像取得手段、特定手段、試験位置設定手段、指定手段、二値化手段）１００は、図３に示すように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えて構成され、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の動作制御等を行う機能を有する。ＲＯＭには、所定のプログラムの他に、例えば、後述する多点測定処理を行う際に用いられる試験位置の配列に関する試験パターンが複数種類記憶されている。

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、制御部１００は、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。

また、制御部１００は、電動ステージ９２を制御して試料台９（試料ステージ９１）を水平方向に移動させることで、試料Ｓにくぼみを形成する位置を決定する試験の位置決め機能を実現する。

また、制御部１００は、ステージ昇降部９３を制御して試料台９（試料ステージ９１）を上下方向に移動させ、試料ステージ９１と対物レンズ７との間の相対距離を変化させることで、試料ステージ９１に載置された試料Ｓの表面に焦点を合わせるオートフォーカス機能を実現する。

また、制御部１００は、撮像部１０から入力されたくぼみの画像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（寸法）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、検出したくぼみの所定の特徴点間の距離に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。すなわち、制御部１００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いて、試料Ｓの硬さを算出する。

［２．動作の説明］
次に、本実施形態に係る硬さ試験機１により実行される多点測定処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。

図４に示すように、まず、制御部１００は、ＣＣＤカメラ１０ａにより撮影された試料Ｓの表面画像を取得する（ステップＳ１）。

次いで、制御部１００は、操作部１５を介して、ユーザー所望の試験パターンを指定する操作がなされたか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、ユーザー所望の試験パターンを指定する操作がなされていないと判定された場合（ステップＳ２；ＮＯ）、制御部１００は、ユーザー所望の試験パターンを指定する操作がなされるまでの間、ステップＳ２の判定処理を繰り返し行う。
一方、ステップＳ２において、ユーザー所望の試験パターンを指定する操作がなされたと判定された場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）、制御部１００は、指定された試験パターンに基づいて試験位置を設定する（ステップＳ３）。

例えば、図５（ａ）に示すように、試料Ｓの表面画像ＩＭ１において、試験パターンとして、試料Ｓの端面Ｅから所定の距離だけ離れた点を始点として、そこから端面Ｅに直交する方向（図中の右方向）に所定のピッチで５点の測定を行う試験パターンが指定された場合、制御部１００は、当該試験パターンに基づいて上記５点の各試験位置Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐ５を設定する。

次いで、制御部１００は、ステップＳ１で取得した試料Ｓの表面画像から硬さ試験に適さない不適合領域（例えば、黒鉛等の異物を含む領域）ＮＲを特定する（ステップＳ４）。具体的には、制御部１００は、ステップＳ１で取得した試料Ｓの表面画像を所定の閾値に基づき二値化する。そして、制御部１００は、二値化された画像データに基づいて、上述の所定の閾値以下となる領域を不適合領域ＮＲ（図５参照）として特定する。

次いで、制御部１００は、ステップＳ３で設定された各試験位置を対象として、ステップＳ４で特定された不適合領域ＮＲに含まれる試験位置が有るか否かを判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置が有ると判定された場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、制御部１００は、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を修正する（ステップＳ６）。例えば、図５（ａ）に示すように、試験位置Ｐ４が不適合領域ＮＲに含まれる場合、制御部１００は、試料Ｓの端面Ｅから試験位置Ｐ４までの距離と同一の距離となる位置あって、不適合領域ＮＲに含まれない位置（例えば、試験位置Ｐ６（図５（ｂ）参照））に修正する。そして、制御部１００は、処理をステップＳ７へ進める。

また、ステップＳ５において、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置が無いと判定された場合（ステップＳ５；ＮＯ）、制御部１００は、ステップＳ６をスキップして、処理をステップＳ７へ進める。

次いで、制御部１００は、荷重アーム３や電動ステージ９２等を制御することによって、ステップＳ３で設定された各試験位置（但し、不適合領域ＮＲに含まれると判定された試験位置については修正後の試験位置）にくぼみを順次形成する（ステップＳ７）。例えば、図５（ｂ）に示すように、各試験位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ６、Ｐ５の設定がなされている場合、例えば、試験位置Ｐ１から試験位置Ｐ２、試験位置Ｐ３、試験位置Ｐ６、試験位置Ｐ５へと順番にくぼみが形成される。

次いで、制御部１００は、ＣＣＤカメラ１０ａにより撮影されたくぼみ形成後の試料Ｓの表面画像を取得する（ステップＳ８）。

次いで、制御部１００は、ステップＳ８で取得されたくぼみ形成後の試料Ｓの表面画像に基づいて、試料Ｓの硬さ値を算出する（ステップＳ９）。具体的には、制御部１００は、試料Ｓの表面画像を解析し、試料Ｓの表面に形成されたくぼみ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の硬さ値を算出する。そして、制御部１００は、多点測定処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１は、撮像手段（撮像部１０）により撮像された試料Ｓの表面の画像（表面画像）を取得する画像取得手段（制御部１００）と、試料Ｓの表面の画像に基づいて、所定の条件により当該画像内において硬さ試験に適さない不適合領域ＮＲを特定する特定手段（制御部１００）と、前記特定手段により特定された不適合領域ＮＲ以外の領域において試験位置を設定する試験位置設定手段（制御部１００）と、を備える。
したがって、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、試験位置を設定する際に、異物の存する位置と試験位置とが重なっているか否かをユーザーが目視で確認する手間を省くことができるので、試験位置の設定を簡便にすることができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１は、前記画像取得手段により取得された試料Ｓの表面の画像に基づいて、当該試料Ｓにおける一又は複数の試験位置を指定する指定手段（制御部１００）を備え、前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された試験位置を設定し、当該試験位置が前記不適合領域に含まれる場合、当該試験位置を不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正する。
したがって、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、一度設定された試験位置が不適合領域ＮＲに含まれる場合に、ユーザーが当該試験位置を不適合領域ＮＲに含まれない位置に設定し直す手間を省くことができるので、試験位置の設定を簡便にすることができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、ユーザー操作に基づいて試験位置の配列に関する試験パターンの指定がなされた場合、当該試験パターンに基づいて複数の試験位置を指定し、指定された各試験位置のうちの不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を対象として、当該試験位置を不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正するので、例えば、ユーザー所望の試験パターンでの多点測定を行う際に不適合領域ＮＲに含まれる試験位置がある場合には、当該試験位置を適宜修正することができるので、当該多点測定を円滑に行うことができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を当該不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正する場合、試料Ｓの端面Ｅを基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正するので、次善の位置での測定を行うことができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、前記画像取得手段により取得された試料Ｓの表面の画像を所定の閾値に基づき二値化する二値化手段（制御部１００）を備え、前記特定手段は、前記二値化手段により二値化された画像データに基づいて、前記所定の閾値以下となる領域を不適合領域ＮＲとして特定するので、不適合領域ＮＲの特定を容易に行うことができる。

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、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、制御部１００によって設定された各試験位置Ｐ１〜Ｐ５のうちの不適合領域ＮＲに含まれる試験位置Ｐ４を対象として、当該試験位置Ｐ４を不適合領域ＮＲに含まれない位置Ｐ６に修正するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、上記のように各試験位置Ｐ１〜Ｐ５のうちの試験位置Ｐ４が不適合領域ＮＲに含まれる場合、各試験位置Ｐ１〜Ｐ５を不適合領域ＮＲに含まれない位置であり、且つ、当初指定がなされた試験パターンを維持可能な位置に修正するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、試料Ｓの端面Ｅから所定の距離だけ離れた点を始点として、そこから端面Ｅに直交する方向に所定のピッチで５点の測定を試験パターンに基づいて試験位置を設定するようにしたため、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を当該不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正するときは、当該試料Ｓの端面Ｅを基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正するようにしたが、例えば、歯車の軸部について、軸心を基準として複数の試験位置を設定する場合において、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を当該不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正するときは、当該歯車の軸心を基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正する。また、歯車の歯部について、軸心を基準として複数の試験位置を設定する場合において、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を当該不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正するときは、当該歯部において、歯車の軸心を基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正する。また、例えば、二つの母材を溶接した際の溶接部（境界線）を基準として複数の試験位置を設定する場合において、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置を当該不適合領域ＮＲに含まれない位置に修正するときは、当該溶接部（境界線）を基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正する。

また、上記実施形態では、ユーザーの操作により指定された試験パターンに基づいて試験位置Ｐ１〜Ｐ５を一旦設定し、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置Ｐ４を試験位置Ｐ６に自動修正するようにしたが、例えば、ユーザーの操作を介することなく試験位置を自動的に設定する場合には、当初より不適合領域ＮＲに含まれない領域において試験位置を設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、試料Ｓの表面の画像を所定の閾値に基づき二値化することによって不適合領域ＮＲを特定するようにしたが、黒鉛等の異物が含まれている不適合領域ＮＲを特定可能であれば、上述の特定方法に限定されるものではない。例えば、異物が含まれている領域を撮影したテンプレート画像を予め蓄積しておき、測定対象となる試料Ｓの表面画像と当該テンプレート画像とのマッチング処理を行うことによって不適合領域ＮＲを特定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、多点測定処理（図４参照）において不適合領域ＮＲに含まれる試験位置があると判定された場合、制御部１００が当該試験位置を自動的に修正するようにしたが、かかる場合にユーザーが手動で当該試験位置を修正することができるようにしてもよい。具体的には、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置があると判定された場合、制御部１００は、例えば、表示部１６を介して、不適合領域ＮＲに含まれる試験位置がある旨の報知を行う。その後、操作部１５を介して、手動で試験位置を修正することができる手動修正モードへの移行指示の入力がなされた場合、制御部１００は、図６に示すように、試料Ｓの表面画像ＩＭ２に格子（グリッド）Ｌを重ね合わせて表示部１６に表示させる。そして、操作部１５を介して、上記の格子Ｌの交点を指定する入力を行うことにより、当該指定がなされた交点へ試験位置Ｐを修正できるようにする。なお、制御部１００が試験位置を自動的に修正した後、上述の手動修正モードでの試験位置の修正を行うことができるようにしてもよい。また、例えば、試料Ｓが円筒状のワークである場合、格子Ｌの代わりに同心円を重ね合わせて表示部１６に表示させる。そして、操作部１５を介して、上記の同心円とユーザー所望の角度の法線との交点を指定する入力を行うことにより、当該指定がなされた交点へ試験位置を修正できるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、硬さ試験機１として、圧子５の平面形状が矩形状に形成されたビッカース硬さ試験機を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。すなわち、試料Ｓの表面に圧子５により所定の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Ｓの硬さを測定するものであれば、いかなる硬さ試験機であってもよい。例えば、ダイヤモンド四角錘による圧子を備え、ビッカース硬さ試験機同様に圧子の平面形状が矩形状に形成されるヌープ硬さ試験機であってもよいし、圧子の形状が球形状に形成されたブリネル硬さ試験機であってもよい。

また、本出願に示す各態様は、方法、プログラムなどとしても把握することができる。方法やプログラムのカテゴリについては、装置のカテゴリで示した「手段」を、例えば、「工程」や「ステップ」のように適宜読み替えるものとする。また、処理やステップの順序は、本出願に直接明記のものに限定されず、順序を変更したり、一部の処理をまとめて若しくは随時一部分ずつ実行するよう変更したりすることができる。

その他、硬さ試験機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。

１硬さ試験機
２試験機本体
３荷重アーム
４アーム作動部
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（撮像手段）
１５操作部
１６表示部
２０圧子軸変位検出部
１００制御部（画像取得手段、特定手段、試験位置設定手段、指定手段、二値化手段）
Ｓ試料

Claims

試料の表面に圧子により所定の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であって、
撮像手段により撮像された試料の表面の画像を取得する画像取得手段と、
前記試料の表面の画像に基づいて、所定の条件により当該画像内において硬さ試験に適さない不適合領域を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された不適合領域以外の領域において試験位置を設定する試験位置設定手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
前記画像取得手段により取得された前記試料の表面の画像に基づいて、当該試料における一又は複数の試験位置を指定する指定手段を備え、
前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された試験位置を設定し、当該試験位置が前記不適合領域に含まれる場合、当該試験位置を前記不適合領域に含まれない位置に修正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
前記指定手段は、ユーザー操作に基づいて前記試験位置の配列に関する試験パターンの指定がなされた場合、当該試験パターンに基づいて前記複数の試験位置を指定し、
前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された各試験位置のうちの前記不適合領域に含まれる試験位置を対象として、当該試験位置を前記不適合領域に含まれない位置に修正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の硬さ試験機。
前記試験位置設定手段は、前記不適合領域に含まれる試験位置を当該不適合領域に含まれない位置に修正する際、前記試料上の所定の点、線又は面を基準として当該基準から当該試験位置までの距離と同一の距離となる位置に修正することを特徴とする請求項２又は３に記載の硬さ試験機。
前記指定手段は、ユーザー操作に基づいて前記試験位置の配列に関する試験パターンの指定がなされた場合、当該試験パターンに基づいて前記複数の試験位置を指定し、
前記試験位置設定手段は、前記指定手段により指定された各試験位置のうちの少なくともいずれか一の試験位置が前記不適合領域に含まれる場合、当該各試験位置を前記不適合領域に含まれない位置であり、且つ、前記試験パターンを維持可能な位置に修正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の硬さ試験機。
前記画像取得手段により取得された前記試料の表面の画像を所定の閾値に基づき二値化する二値化手段を備え、
前記特定手段は、前記二値化手段により二値化された画像データに基づいて、前記所定の閾値以下となる領域を前記不適合領域として特定する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の硬さ試験機。
試料の表面に圧子により所定の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コンピュータを、
撮像手段により撮像された試料の表面の画像を取得する画像取得手段、
前記試料の表面の画像に基づいて、所定の条件により当該画像内において硬さ試験に適さない不適合領域を特定する特定手段、
前記特定手段により特定された不適合領域以外の領域において試験位置を設定する試験位置設定手段、
として機能させるためのプログラム。