JP2695337B2 - Hardness measuring method - Google Patents

Hardness measuring method

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JP2695337B2
JP2695337B2 JP4007657A JP765792A JP2695337B2 JP 2695337 B2 JP2695337 B2 JP 2695337B2 JP 4007657 A JP4007657 A JP 4007657A JP 765792 A JP765792 A JP 765792A JP 2695337 B2 JP2695337 B2 JP 2695337B2
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hardness
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は硬度測定方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hardness measuring method.

【0002】[0002]

【従来の技術】測定試料に所定の圧力で正方四辺形形状
の圧痕を印し、この圧痕の対角線長を測定することによ
り測定試料の硬度を特定する方法は、従来からビッカー
ス硬度計に関連して広く知られ、このような測定方法を
実施する装置として、特公平3−34819号公報開示
の装置が知られている。この従来装置では圧痕の読み取
りを1次元の撮像素子を用いて行なっているため、圧痕
の形成された測定試料に対物レンズのピントを合わせる
オートフォーカスに時間がかかり、ひいては硬度測定に
長時間を要するという問題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of marking a square quadrilateral indentation on a measurement sample with a predetermined pressure and measuring the diagonal length of the indentation to specify the hardness of the measurement sample has been conventionally related to a Vickers hardness tester. The device disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-34819 is well known as a device for performing such a measuring method. In this conventional apparatus, since the indentation is read by using a one-dimensional image pickup device, it takes a long time to focus the objective lens on the measurement sample on which the indentation is formed, and it takes a long time to measure the hardness. There is a problem.

【0003】このような問題を解決するために、発明者
らは「互いに直交するX,Y,Z方向へ移動可能で、Z
方向と平行な回動軸の回りに回動可能な移動ステージと
2次元の撮像素子をZ方向に於いて対向せしめ、対物レ
ンズと圧子とを回転軸から等距離の位置に備えたレボル
バーを、移動ステージと撮像素子との間に、Z方向に平
行な上記回転軸の回りに回転可能且つZ方向へ移動可能
に配備し、移動ステージ上に設置された測定試料に圧子
により圧痕を形成したのち、レボルバーを回転して対物
レンズを選択し、対物レンズにより圧痕の拡大像を撮像
素子の受光面上に結像させて圧痕像を読み取り、測定試
料の硬度を算出する」全自動の硬度測定方式の実用化を
意図している。
In order to solve such a problem, the present inventors have stated that "they are movable in the X, Y and Z directions orthogonal to each other and Z
A revolver having a movable stage rotatable about a rotation axis parallel to the direction and a two-dimensional image sensor facing each other in the Z direction and having an objective lens and an indenter at positions equidistant from the rotation axis, After the movable stage and the image sensor are arranged so as to be rotatable about the rotation axis parallel to the Z direction and movable in the Z direction, an indentation is formed by an indenter on the measurement sample installed on the movable stage. , The revolver is rotated to select the objective lens, the magnified image of the indentation is formed on the light receiving surface of the image sensor by the objective lens, the indentation image is read, and the hardness of the measurement sample is calculated. Is intended for practical use.

【0004】この測定方式では、測定試料を移動ステー
ジ上にセットしたのちは硬度の算出までのプロセスが自
動的に行なわれる。対物レンズが選択されると、圧痕の
像を撮像素子の受光面上に結像させるためにオートフォ
ーカスが行なわれる。
In this measuring method, the process from setting the measurement sample on the moving stage to calculating the hardness is automatically performed. When the objective lens is selected, autofocus is performed to form an image of the indentation on the light receiving surface of the image pickup device.

【0005】このとき撮像素子の受光面全域をAFエリ
ア(オートフォーカス・エリア:オートフォーカス処理
を行なうための信号を取り込む領域)とすると、測定試
料表面の小さな「傷」や、同表面に付着した「埃」等が
オートフォーカスに影響してオートフォーカスに誤差が
生じる問題がある。また受光面全域の情報によりステッ
プの細かいオートフォーカスを行なうと、取り扱う情報
量が多いためオートフォーカスに時間がかかるという問
題もある。
At this time, assuming that the entire light receiving surface of the image pickup device is an AF area (autofocus area: an area for fetching a signal for performing autofocus processing), a small "scratch" on the surface of the measurement sample or the same adheres to the surface. There is a problem that "dust" or the like affects the autofocus and causes an error in the autofocus. In addition, when autofocusing with fine steps is performed based on the information of the entire light receiving surface, there is a problem in that autofocusing takes time because a large amount of information is handled.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、オートフォーカスが
測定試料表面の傷や埃による影響を受け難く、オートフ
ォーカスの短時間化も可能な、新規な硬度測定方法の提
供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the autofocus is not easily affected by scratches and dust on the surface of the measurement sample, and the autofocus can be shortened in time. The object is to provide a new hardness measuring method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明の硬度測定方法
は「互いに直交するX,Y,Z方向へ移動可能で、Z方
向に平行な回動軸の回りに回動可能な移動ステージと2
次元の撮像素子をZ方向に於いて対向せしめ、対物レン
ズと圧子とを回転軸から等距離の位置に備えたレボルバ
ーを、移動ステージと撮像素子との間に、Z方向に平行
な上記回転軸の回りに回転可能且つZ方向へ移動可能に
配備し、移動ステージ上に設置された測定試料に上記圧
子により圧痕を形成したのち、レボルバーを回転して対
物レンズを選択し、対物レンズにより圧痕の拡大像を撮
像素子の受光面上に結像させて圧痕像を読み取り、測定
試料の硬度を算出する」全自動硬度測定方式の硬度測定
方法である。移動ステージの「回動軸」とレボルバーの
「回転軸」とは、合致させても、互いにずらしても良
い。
The hardness measuring method according to the present invention includes a moving stage which is movable in X, Y and Z directions orthogonal to each other and is rotatable about a rotating shaft parallel to the Z direction.
A three-dimensional image pickup device facing each other in the Z direction, and a revolver provided with an objective lens and an indenter at positions equidistant from the rotation shaft, the rotary shaft parallel to the Z direction between the moving stage and the image pickup device. It is arranged so as to be rotatable around and movable in the Z direction, and after the indentation is formed on the measurement sample installed on the moving stage by the indenter, the revolver is rotated to select the objective lens, and the indentation The magnified image is formed on the light-receiving surface of the image sensor to read the indentation image and calculate the hardness of the measurement sample. "This is a fully automatic hardness measurement method. The “rotation axis” of the moving stage and the “rotation axis” of the revolver may be aligned or may be offset from each other.

【0008】請求項1記載の方法では「対物レンズを選
択したのち、撮像素子の全受光面をAFエリアとして大
まかにオートフォーカスを行ない、大まかな合焦状態に
おいて撮像素子出力を2値化し、走査方向において最も
長く黒領域の続くラスターを選択し、このラスターにお
ける黒領域の中心部を圧痕の中心部とし、この中心部に
基づき圧痕用のAFエリアを圧痕の大きさに応じ、圧痕
像の結像位置を含み、圧痕像よりやや広い領域をAFエ
リアとして設定して精細なオートフォーカスを行ない、
圧痕像を撮像素子の受光面上に結像」させる。
According to the method of claim 1, "after selecting an objective lens, the entire light-receiving surface of the image pickup device is used as an AF area for rough autofocusing, and the image pickup device output is binarized and scanned in a roughly focused state. Select the raster with the longest black area in the direction, and set the center of the black area in this raster as the center of the indentation, and based on this center, the AF area for indentation forms the indentation image according to the size of the indentation. The area including the image position and slightly wider than the impression image is set as the AF area for fine autofocus,
The indentation image is formed on the light receiving surface of the image pickup device.

【0009】上記において「対物レンズを選択する」と
は、「レボルバーを回転して、圧痕形成時に圧子が占め
ていた位置を対物レンズが占めるようにする」ことを意
味する。
In the above description, "selecting the objective lens" means "rotating the revolver so that the objective lens occupies the position occupied by the indenter when the indentation was formed".

【0010】対物レンズと圧子とは、レボルバーの「回
転軸」から等距離の位置に配備されているから、測定試
料に圧痕を形成したのちレボルバーを回転して、圧痕形
成時に圧子が占めていた位置を対物レンズが占めるよう
にすれば、圧痕像の結像位置は機械的誤差をのぞけば一
義的に定まるので、AFエリアの設定は予め制御プログ
ラム内に固定的に設定しておくことも考えられるが、圧
痕形成後に測定試料が何らかの理由で移動ステージ上で
動いたりすることもある。
Since the objective lens and the indenter are arranged at positions equidistant from the "rotational axis" of the revolver, the indenter was formed when the indentation was formed by forming the indentation on the measurement sample and then rotating the revolver. If the objective lens occupies the position, the image formation position of the indentation image is uniquely determined except for mechanical error.Therefore, it may be possible to set the AF area fixedly in advance in the control program. However, the measurement sample may move on the moving stage for some reason after the indentation is formed.

【0011】上記のように、大まかなオートフォーカス
後に圧痕の中心部を検出したのち、圧痕の大きさに応じ
たAFエリアを設定するようにすれば、機械的な誤差や
測定試料の位置変動等に拘らず、正確なオートフォーカ
スが可能である。
As described above, if the AF area is set according to the size of the indentation after the center portion of the indentation is detected after the rough autofocusing, mechanical error, position variation of the measured sample, etc. Accurate autofocus is possible regardless of.

【0012】測定状況によっては、測定試料に複数の圧
痕を形成し、形成された各圧痕に対して硬度の算出を行
なう場合もある。このような場合、「移動ステージ上に
設置した測定試料の所定の複数位置にそれぞれ圧痕を形
成したのち対物レンズを選択し、その後、移動ステージ
の移動により圧痕を対物レンズ光軸位置に持ち来して硬
度の測定を行なうプロセスを、全ての圧痕に対して繰り
返す」ようにする。
Depending on the measurement conditions, a plurality of indentations may be formed on the measurement sample, and the hardness may be calculated for each of the indentations formed. In such a case, it is necessary to "select the objective lens after forming indentations at predetermined positions on the measurement sample installed on the moving stage, and then move the moving stage to bring the indentation to the optical axis position of the objective lens. Repeat the process of measuring hardness with all indentations. ”

【0013】このように「試料表面に複数の圧痕を形成
する場合」には「対物レンズ選択後に各圧痕に対して硬
度測定を行なうに際して、圧痕群を対物レンズによる結
像領域に持ち来したのち、撮像素子の全受光面をAFエ
リアとして大まかにオートフォーカスを行ない、大まか
な合焦状態において全受光面の受光内容を2値化し、黒
領域が圧痕の予想面積±50%の面積をもつ領域を選択
し、選択された領域の面積の平方根と周囲長の比を識別
用のパラメーターとして正方形に近いパターンを圧痕と
して特定し、特定された圧痕の中心座標を求め、測定対
象圧痕を換えるたびに、その圧痕の中心座標の回りにA
Fエリアを設定してオートフォーカスを行うこの中心座
標の回りにAFエリアを設定する」ようにすることがで
きる(請求項2)。
As described above, in the case of "forming a plurality of indentations on the surface of the sample", "when the hardness is measured for each indentation after selecting the objective lens, the indentation group is brought to the image forming area of the objective lens. The area where the black area has an expected area of indentation ± 50% is obtained by binarizing the received light content of all the light-receiving surfaces in a roughly focused state by roughly autofocusing the entire light-receiving surface of the image sensor as an AF area. Select, and specify the square root of the area of the selected area and the perimeter as a parameter for identification to identify a pattern close to a square as an indentation, find the center coordinates of the indentation specified, and change the indentation to be measured each time. , A around the center coordinates of the indentation
The F area is set and the AF area is set around this center coordinate where autofocusing is performed "(claim 2).

【0014】なお、上記「大まかなオートフォーカス」
は、例えば、選択された対物レンズの焦点深度程度をス
テップとするオートフォーカスであり、「精細なオート
フォーカス」は、上記焦点深度の数分の1程度をステッ
プとするオートフォーカスである。
The above "rough autofocus"
Is an autofocus whose step is about the focal depth of the selected objective lens, and “fine autofocus” is an autofocus whose step is about a fraction of the above focal depth.

【0015】[0015]

【作用】以下に先ず、この発明の前提となっている硬度
測定のあらましを、具体的な装置例に即して説明する。
First, the outline of the hardness measurement, which is the premise of the present invention, will be described with reference to a concrete apparatus example.

【0016】図5(a)は、この発明を実施するための
硬度測定装置の1例を要部のみ略示している。図中、符
号10は移動ステージ、符号20はレボルバー、符号3
0は照明系、符号40は2次元の撮像素子としてのCC
Dカメラ、符号50は画像処理部を示す。また、符号6
0はディスプレイ、符号70はレボルバー・圧子駆動装
置、符号80はステージコントローラー、符号90はコ
ンピューターを示している。これらは図示されない支持
手段により全体が適宜に支持されている。
FIG. 5 (a) schematically shows only an essential part of an example of a hardness measuring apparatus for carrying out the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes a moving stage, reference numeral 20 denotes a revolver, reference numeral 3
0 is an illumination system, and reference numeral 40 is a CC as a two-dimensional image sensor.
D camera, reference numeral 50 indicates an image processing unit. Reference numeral 6
Reference numeral 0 represents a display, reference numeral 70 represents a revolver / indenter driving device, reference numeral 80 represents a stage controller, and reference numeral 90 represents a computer. These are all appropriately supported by supporting means (not shown).

【0017】移動ステージ10は、図5(a)の図面に
直交する方向に対応するX方向に変位するX方向ステー
ジ10X、同図左右方向に対応するY方向に変位するY
方向ステージ10Yおよび、同図上下方向に対応するZ
方向に変位するZ方向ステージ10Zを組み合わせて構
成され、全体がZ方向に平行な所定のZ軸(回動軸)の
周りに回動可能となっている。X方向ステージ10Xを
X方向に移動させるにはステップモーターMXを動作さ
せ、Y,Z方向ステージ10Y,10Zを各々Y,Z方
向へ変位させるにはステップモーターMY,MZを動作
させる。また、移動ステージ10全体をZ軸の周りに回
動させるには、ステップモーターMθを動作させる。測
定試料0は、移動ステージ10のX方向ステージ10X
上に載置される。
The moving stage 10 is an X-direction stage 10X which is displaced in the X direction corresponding to the direction orthogonal to the drawing of FIG. 5A, and a Y which is displaced in the Y direction corresponding to the left-right direction in the figure.
Direction stage 10Y and Z corresponding to the vertical direction in FIG.
It is configured by combining Z-direction stages 10Z that are displaced in the direction, and is entirely rotatable about a predetermined Z-axis (rotating shaft) parallel to the Z-direction. The step motor MX is operated to move the X-direction stage 10X in the X direction, and the step motors MY and MZ are operated to displace the Y and Z direction stages 10Y and 10Z in the Y and Z directions, respectively. Further, in order to rotate the entire moving stage 10 around the Z axis, the step motor Mθ is operated. The measurement sample 0 is the X-direction stage 10X of the moving stage 10.
Placed on top.

【0018】図5(a)に符号Sで示す鎖線は硬度測定
装置における「基準軸」を示している。基準軸Sは、移
動ステージ10に置けるZ方向ステージ10Zの移動方
向であるZ方向に平行に測定装置空間に固定的に設定さ
れ、この装置例では上述したステージの「回動軸」であ
るZ軸に合致している。
In FIG. 5 (a), the chain line indicated by the symbol S indicates the "reference axis" in the hardness measuring device. The reference axis S is fixedly set in the measuring device space in parallel to the Z direction, which is the moving direction of the Z-direction stage 10Z that can be placed on the moving stage 10, and in this device example, the "rotating shaft" Z of the stage described above. Aligns with the axis.

【0019】レボルバー20は、基準軸Sに平行な「回
転軸」25を有する本体21に圧子23と対物レンズ2
2とを固定的に設けたものであり、回転軸25の周りに
回転可能であり、回転軸25の方向(基準軸Sに平行な
方向)にも移動可能である。回転軸25は基準軸S(移
動ステージ10の回動軸)から所定の距離:Hだけ離れ
て設定されている。
The revolver 20 includes a main body 21 having a "rotation axis" 25 parallel to the reference axis S, an indenter 23 and an objective lens 2.
2 are fixedly provided, are rotatable around the rotary shaft 25, and are also movable in the direction of the rotary shaft 25 (direction parallel to the reference axis S). The rotary shaft 25 is set apart from the reference shaft S (the rotary shaft of the moving stage 10) by a predetermined distance H.

【0020】レボルバー20の回転・移動はレボルバー
・圧子駆動装置70により行なう。レボルバー・圧子駆
動装置70は、レボルバー20を回転軸25の周りに回
転させるためのステップモーターと、レボルバー20を
回転軸25の方向に変位させるためのモーターと、圧痕
形成時に圧子23を駆動するための圧子駆動装置23A
を動作させる手段を有する。
The rotation and movement of the revolver 20 are performed by a revolver and indenter driving device 70. The revolver / indenter driving device 70 drives the stepper motor for rotating the revolver 20 around the rotation shaft 25, the motor for displacing the revolver 20 in the direction of the rotation shaft 25, and the indenter 23 when the indentation is formed. Indenter drive device 23A
Have means for operating.

【0021】この例では、レボルバー20の本体21に
は1個の圧子23と1個の対物レンズ22とが設けられ
ている。これら対物レンズ22と圧子23とは図6
(a)に示すように回転軸25に対して軸対称に設けら
れ、圧子23の尖端部および対物レンズ22の光軸の回
転軸25からの距離は何れも距離:Hに設定されてい
る。レボルバーにおける圧子,対物レンズの配置はこの
例に限らず、図6(b)に示すように、圧子23の他に
複数の対物レンズ22A,22B,22C等を設けるこ
ともできる。また必要に応じて、レボルバー本体に2種
以上の圧子を設けても良い。圧子23の先端は頂角90
度の正4角錐状の尖端部を形成している。
In this example, the body 21 of the revolver 20 is provided with one indenter 23 and one objective lens 22. The objective lens 22 and the indenter 23 are shown in FIG.
As shown in (a), it is provided in axial symmetry with respect to the rotating shaft 25, and the distance between the tip of the indenter 23 and the optical axis of the objective lens 22 from the rotating shaft 25 is set to the distance H. The arrangement of the indenter and the objective lens in the revolver is not limited to this example, and as shown in FIG. 6B, a plurality of objective lenses 22A, 22B, 22C may be provided in addition to the indenter 23. If necessary, two or more indenters may be provided on the revolver main body. The tip of the indenter 23 has a vertical angle of 90.
It forms a regular quadrangular pyramid-shaped point.

【0022】図5(a)に戻ると、基準軸S上にはCC
Dカメラ40が設けられており、レボルバー20とCC
Dカメラ40との間には照明系30が配備されている。
照明系30は、ケーシング31内に光源ランプ32とコ
リメートレンズ33と半透鏡34とを配してなる。半透
鏡34は基準軸S上に位置し、基準軸Sに対して45度
傾けられている。基準軸Sが通る部分のケーシング部は
窓に形成されている。図示のように対物レンズ22が選
択されて基準軸S位置にあるとき光源ランプ32を発光
させると、光はコリメートレンズ33により平行光束化
され、半透鏡34に反射され、対物レンズ22を介して
測定試料0を照明する。測定試料0からの反射光は対物
レンズ22と半透鏡34とを介してCCDカメラ40の
受光面に入射する。
Returning to FIG. 5A, CC is on the reference axis S.
A D camera 40 is provided, and the revolver 20 and the CC
The illumination system 30 is provided between the camera and the D camera 40.
The illumination system 30 includes a light source lamp 32, a collimating lens 33, and a semi-transparent mirror 34 disposed in a casing 31. The semi-transparent mirror 34 is located on the reference axis S and is inclined by 45 degrees with respect to the reference axis S. The casing portion where the reference axis S passes is formed in the window. When the objective lens 22 is selected as shown in the figure and the light source lamp 32 is caused to emit light at the reference axis S position, the light is collimated by the collimator lens 33, reflected by the semitransparent mirror 34, and passed through the objective lens 22. Illuminate the measurement sample 0. The reflected light from the measurement sample 0 enters the light receiving surface of the CCD camera 40 via the objective lens 22 and the semi-transparent mirror 34.

【0023】硬度測定は図5(b)に示すように、「試
料セット」後、「圧痕形成」を行ない、続いて「レボル
バー回転」により対物レンズを選択し、「撮像・演算」
により硬度を算出するという手順で行なわれる。
For hardness measurement, as shown in FIG. 5 (b), after "sample setting", "indentation formation" is performed, and then the objective lens is selected by "revolver rotation", and "imaging / calculation" is performed.
The hardness is calculated by the procedure.

【0024】圧痕形成は、レボルバー・圧子駆動装置7
0により圧子駆動装置23Aを動作させて圧子23を測
定試料0に向かって移動させ、圧子23の尖端部を所定
圧力で測定試料0の表面に押し込むことにより行なわ
れ、測定試料表面に図7(a)に示す如き正方4辺形形
状の圧痕AKが形成される。図7(b)は圧痕AKの断
面形状である。圧子の尖端形状に応じて、図の角γは一
般に90度である。
The indentation is formed by the revolver / indenter driving device 7
0 is operated to move the indenter 23 toward the measurement sample 0, and the tip of the indenter 23 is pushed into the surface of the measurement sample 0 at a predetermined pressure. A square quadrilateral indentation AK is formed as shown in a). FIG. 7B is a sectional shape of the indentation AK. Depending on the tip shape of the indenter, the angle γ in the figure is generally 90 degrees.

【0025】圧子23の尖端部を押し込む圧力は「所定
の圧力」で一定であるから、測定試料0の硬度が大きい
ほど形成される圧痕AKは小さくなる。従って、圧痕A
Kの大きさを対角線L1,L2により測定すれば、対角
線L1,L2の大きさと測定試料の硬度とは対応関係に
あり、この対応関係に応じて硬度を算出することができ
る。圧子に加える圧力・押圧時間は、予め測定試料に応
じて適当に設定する。即ち、一般に測定試料の硬度はど
の程度の硬度であるかは「予め見当がつく」から、それ
に応じて適当な圧子圧力と押圧時間を設定する。
Since the pressure for pushing the tip of the indenter 23 is constant at a "predetermined pressure", the indentation AK formed becomes smaller as the hardness of the measurement sample 0 increases. Therefore, the indentation A
If the size of K is measured by the diagonal lines L1 and L2, the size of the diagonal lines L1 and L2 and the hardness of the measurement sample have a correspondence relationship, and the hardness can be calculated according to this correspondence relationship. The pressure applied to the indenter and the pressing time are set appropriately in advance according to the measurement sample. That is, since the hardness of the measurement sample is generally "preliminary", the appropriate indenter pressure and pressing time are set accordingly.

【0026】圧痕が形成されると、圧子23はレボルバ
ー20側へ戻され、続いてレボルバー20の回転により
対物レンズ22の選択が行なわれる。この選択により、
対物レンズ22の光軸が基準軸Sに合致させられる。
When the indentation is formed, the indenter 23 is returned to the revolver 20 side, and then the objective lens 22 is selected by rotating the revolver 20. With this choice,
The optical axis of the objective lens 22 is matched with the reference axis S.

【0027】次いで照明系30が測定試料0を照明し、
オートフォーカス後、対物レンズ22がCCDカメラ4
0の受光面上に結像する圧痕像をCCDカメラ40で読
み取り、CCDカメラ40の出力により圧痕の対角線長
を算出し、それに基づき測定試料10の硬度を演算算出
する。対角線長から硬度を算出する算出演算は従来から
知られた演算プログラムを適宜用いることができる。か
くして演算された硬度を測定試料の硬度として出力す
る。
Next, the illumination system 30 illuminates the measurement sample 0,
After autofocusing, the objective lens 22 is the CCD camera 4
The indentation image formed on the light receiving surface of 0 is read by the CCD camera 40, the diagonal length of the indentation is calculated by the output of the CCD camera 40, and the hardness of the measurement sample 10 is calculated based on the diagonal length. For the calculation calculation for calculating the hardness from the diagonal length, a conventionally known calculation program can be appropriately used. The calculated hardness is output as the hardness of the measurement sample.

【0028】この発明の特徴は、上述した測定プロセス
における撮像・演算プロセスの一端をなすオートフォー
カスにあり、大まかなオートフォーカス後、圧痕の結像
部に、圧痕像よりもやや大きいAFエリアを設定し、こ
の「AFエリア内の情報のみに基づき」精細なオートフ
ォーカスを行なうのである。
The feature of the present invention resides in the autofocus which is a part of the image pickup / calculation process in the above-described measurement process. After rough autofocus, an AF area slightly larger than the indentation image is set in the image forming portion of the indentation. However, fine autofocusing is performed "based only on the information in the AF area".

【0029】[0029]

【実施例】図1および図2は、請求項1の方法の1実施
例を説明するための図である。図1(a)は実施例の
「手順の大略」を示している。測定プロセスの実行は、
図5(a)に即して説明した装置例により行なわれる。
1 and 2 are views for explaining one embodiment of the method of claim 1. FIG. 1A shows the “procedure outline” of the embodiment. The execution of the measurement process is
This is performed by the apparatus example described with reference to FIG.

【0030】先ず「測定試料セット工程」で測定試料0
が移動ステージ上に設置される。移動ステージには測定
試料0を設置する位置がマークされており、このマーク
に合わせて測定試料を設置すると、制御手段たるコンピ
ューター90がステージコントローラー80により移動
ステージ10を制御して、測定試料0を基準軸Sの位置
へ移動させる。
First, in the "measurement sample setting step", the measurement sample 0
Is installed on the moving stage. The position on which the measurement sample 0 is set is marked on the moving stage. When the measurement sample is set according to this mark, the computer 90, which is the control means, controls the moving stage 10 by the stage controller 80 to set the measurement sample 0. It is moved to the position of the reference axis S.

【0031】続いて「圧痕形成工程」では、圧子23に
よる圧痕形成が行なわれる。前述のように、測定試料の
硬度の程度は大まかには知られており、圧子に加えられ
る圧力と圧子押圧時間とは、形成される圧痕の大きさが
適当な大きさとなるようにコンピューター90に設定さ
れる。圧痕はこのように形成されるので、形成された圧
痕の大きさはある程度予想できる。続いて「対物レンズ
選択工程」では、レボルバーが回転され、対物レンズ2
2の光軸が基準軸Sに合致させられる。なお、「圧痕の
適当な大きさ」とは、対物レンズにより拡大されてCC
Dカメラの受光面に結像する圧痕像が、面積比で上記受
光面の1/100〜1/15程度になるような大きさで
ある。
Subsequently, in the "indentation forming step", the indentation is formed by the indenter 23. As described above, the hardness of the sample to be measured is roughly known, and the pressure applied to the indenter and the indenter pressing time are stored in the computer 90 so that the size of the indentation formed is appropriate. Is set. Since the indentation is formed in this way, the size of the indentation formed can be expected to some extent. Subsequently, in the "objective lens selection step", the revolver is rotated and the objective lens 2
The two optical axes are aligned with the reference axis S. The “appropriate size of the indentation” means that the CC is magnified by the objective lens.
The size of the indentation image formed on the light receiving surface of the D camera is about 1/100 to 1/15 of the light receiving surface in terms of area ratio.

【0032】これに続いてオートフォーカスが実行され
るが、それに先だって「AFエリア設定工程」が実行さ
れる。図1(b)において符号1で示す領域は、CCD
カメラの受光面全域を示しており、この図は、測定試料
0の圧痕形成部近傍が受光面1上に結像している状態を
示す。結像状態では、上記受光面領域1内には測定試料
0に形成された圧痕の像IAとともに、上記表面の傷K
1,K2,K3等や埃Ho等が結像することになる。こ
れら傷K1,K2,K3等、埃Ho等はオートフォーカ
スに対するノイズ信号を発生し、オートフォーカスに誤
差をもたらしたり、場合によってはオートフォーカス不
全が生じたりする。
Following this, autofocus is executed, but prior to that, the "AF area setting step" is executed. An area indicated by reference numeral 1 in FIG. 1B is a CCD.
The entire light receiving surface of the camera is shown, and this figure shows a state in which the vicinity of the indentation forming portion of the measurement sample 0 is imaged on the light receiving surface 1. In the image-forming state, in the light-receiving surface area 1, the image IA of the indentation formed on the measurement sample 0 and the scratch K on the surface are formed.
1, K2, K3, etc., dust Ho, etc. will be imaged. These scratches K1, K2, K3, etc., dust Ho, etc. generate noise signals for autofocus, which causes errors in autofocus, and in some cases, autofocus failure.

【0033】そこで請求項1記載の発明では、大まかな
オートフォーカス後、圧痕像IAよりもやや広いAFエ
リアDAFを圧痕像IAの回りに設定し、「AF工程」
ではAFエリアDAF内からの信号のみを対象として精
細なオートフォーカスを行なう。AFエリアの設定は図
5(a)に示すコンピューターにより画像処理部50を
制御することにより行なう。
Therefore, according to the first aspect of the invention, after rough autofocusing, an AF area DAF which is slightly wider than the indentation image IA is set around the indentation image IA, and the "AF step" is performed.
Then, fine autofocusing is performed only on signals from the AF area DAF. The AF area is set by controlling the image processing unit 50 by the computer shown in FIG.

【0034】対物レンズ22の選択に伴い結像倍率は1
義的に定まるから、コンピューター90(図5(a))
は先ずレボルバー・圧子駆動装置70によりレボルバー
20を回転軸25に沿って移動させ、上記結像倍率に応
じた位置(これは、CCDカメラ40との相対的な位置
関係で定まる)へ配備する。続いてコンピューター90
の制御に基づきステージコントローラー80により移動
ステージ90のZ方向ステージ10Zを駆動し、測定試
料0もろとも移動ステージ10をZ方向へ所定ステップ
で移動させる。各ステップごとに、CCDカメラ40か
らの出力を画像処理部50へ取り込み、AFエリアDA
F内からの信号のみを対象としてオートフォーカスプロ
グラムを実行する。
When the objective lens 22 is selected, the imaging magnification is 1
Computer 90 (Figure 5 (a))
First, the revolver / indenter driving device 70 moves the revolver 20 along the rotation axis 25, and the revolver 20 is arranged at a position (which is determined by a relative positional relationship with the CCD camera 40) corresponding to the imaging magnification. Computer 90
Based on the control of 1., the Z direction stage 10Z of the moving stage 90 is driven by the stage controller 80, and the moving sample 10 including the measurement sample 0 is moved in the Z direction in predetermined steps. At each step, the output from the CCD camera 40 is taken into the image processing unit 50, and the AF area DA
The autofocus program is executed only for signals from inside F.

【0035】圧痕の大きさも前述の様に適当な大きさに
設定されているから、設定するAFエリアの大きさも一
義的に定めておいてもよいが、この例では圧痕の大きさ
(予想上の大きさ)に応じて適当に調整するようにして
いる。
Since the size of the indentation is also set to an appropriate size as described above, the size of the AF area to be set may be uniquely determined, but in this example, the size of the indentation (predictably The size is adjusted accordingly.

【0036】オートフォーカスは種々の方式が知られて
おり、具体的な方法は公知の適宜のものを利用すれば良
い。例えば、CCDカメラ40のAFエリアDAF内の
全画素出力の最大と最小を求め、Z方向ステージ10Z
により測定試料0が1ステップ、Z方向へ移動するたび
に上記最大と最小の差を演算し、この演算結果が最大と
なる位置を探すようにZ方向ステージ10Zを制御する
方法でもよい。
Various methods are known for autofocus, and a known method may be used as a specific method. For example, the maximum and minimum of all pixel outputs in the AF area DAF of the CCD camera 40 are obtained, and the Z-direction stage 10Z
Thus, the maximum and minimum difference is calculated each time the measurement sample 0 moves in the Z direction by one step, and the Z direction stage 10Z may be controlled so as to find the position where the calculation result is maximum.

【0037】このようにして、オートフォーカス動作が
完了するとCCDカメラ40の受光面には測定試料0に
印された圧痕の拡大像IAが結像している。続いて「硬
度測定工程」では、CCDカメラ40の出力により圧痕
の対角線長を算出し、それに基づき測定試料10の硬度
を演算算出する。対角線長から硬度を算出する算出演算
は従来から知られた演算を用いる。かくして演算された
硬度を測定試料の硬度として出力する。
In this way, when the autofocus operation is completed, an enlarged image IA of the indentation marked on the measurement sample 0 is formed on the light receiving surface of the CCD camera 40. Subsequently, in the "hardness measuring step", the diagonal length of the indentation is calculated from the output of the CCD camera 40, and the hardness of the measurement sample 10 is calculated based on the calculated diagonal length. As a calculation for calculating the hardness from the diagonal length, a conventionally known calculation is used. The calculated hardness is output as the hardness of the measurement sample.

【0038】このような硬度測定の実際においては「機
械的な誤差」が存在したり、移動ステージ上で「測定試
料がなんらかの原因で設置当初の位置から僅かに動く」
ことがある。このような点を考慮すると、上記の如く設
定されるAFエリアの大きさは、上記機械的な誤差や測
定試料の移動による「実際の圧痕像位置の理論上の位置
とのずれ」に対する余裕をもって設定する必要がある。
すると、圧痕に応じて設定したAFエリアの内部に、オ
ートフォーカス誤差の原因となる傷や埃等が入り込む確
率も大きくなる。従って、AFエリアは圧痕像に応じて
可能な限り小さい領域に設定するのが望ましい。
In actuality of such hardness measurement, there is a "mechanical error" or "the measured sample slightly moves from the initial position due to some cause" on the moving stage.
Sometimes. Considering such a point, the size of the AF area set as described above has a margin with respect to the “deviation of the actual indentation image position from the theoretical position” due to the mechanical error or the movement of the measurement sample. Must be set.
Then, the probability that scratches, dust, or the like that cause an autofocus error will enter the inside of the AF area set according to the indentation also increases. Therefore, it is desirable to set the AF area as small as possible according to the impression image.

【0039】これを行なうため、図2の如くする。即
ち、圧痕形成後、先ずCCDカメラの受光面の全域、即
ち「全画面」をAFエリアに設定して大まかなオートフ
ォーカスを行なう(この大まかなオートフォーカスプロ
セスでは、Z方向の移動1ステップを適当に大きくす
る)。そして、大まかな合焦状態で圧痕の位置を大まか
に測定する。大まかに合焦した状態では、測定試料表面
の「凹部」は高濃度部となるから、この状態で各画素の
出力を2値化すると上記凹部は「黒」領域となる。また
この状態で「測定試料表面における最も大きな凹部」は
圧痕である。そこで、2次元撮像素子であるCCDカメ
ラの走査方向において、最も長く「黒」領域の続くラス
ターを選択すると、このラスターは近似的に圧痕中央部
を通るものと考えられる。従って、このラスターにおけ
る最大の「黒」領域の中心部は、圧痕の中心部を近似的
に与えるものである。また上記「黒」領域の長さは圧痕
のおよその大きさを与えることになる。
In order to do this, the procedure is as shown in FIG. That is, after the indentation is formed, first, the entire area of the light receiving surface of the CCD camera, that is, the "entire screen" is set as the AF area and rough autofocus is performed. (In this rough autofocus process, one step in the Z direction is appropriate. To make it bigger). Then, the position of the indentation is roughly measured in a roughly focused state. In a roughly focused state, the "concave portion" on the surface of the measurement sample becomes a high density portion. Therefore, when the output of each pixel is binarized in this state, the above-mentioned concave portion becomes a "black" region. In this state, the "largest concave portion on the surface of the measurement sample" is an indentation. Therefore, when a raster having the longest “black” region in the scanning direction of the CCD camera, which is a two-dimensional image pickup device, is selected, this raster is considered to pass approximately through the center of the indentation. Therefore, the center of the largest "black" area in this raster approximately gives the center of the indentation. Also, the length of the "black" area gives an approximate size of the indentation.

【0040】このようにして、かなりの精度で圧痕の位
置と大きさを特定できるので、このように特定された圧
痕位置・大きさに基づきAFエリアを設定する。このと
き、測定試料の表面がラフな合焦状態にあるので、以
後、精細なオートフォーカスを行なっても圧痕像の大き
さは大きく変化しない。従って、上記のように決定され
る圧痕のおよその大きさをもとにして、圧痕の大きさに
応じた適当なAFエリアを設定することができる。
In this way, since the position and size of the indentation can be specified with considerable accuracy, the AF area is set based on the indentation position and size specified in this way. At this time, since the surface of the measurement sample is in a rough focus state, the size of the indentation image does not change significantly even if fine autofocus is performed thereafter. Therefore, based on the approximate size of the indentation determined as described above, it is possible to set an appropriate AF area according to the size of the indentation.

【0041】上に説明した実施例では、測定試料表面に
形成される圧痕数は1であることが前提であったが、前
述のように測定状況によっては、同一の測定試料に複数
の圧痕を形成し、各圧痕ごとに硬度の算出を行なう場合
もある。このような場合の1実施例の手順を図3に示
す。
In the embodiment described above, it was premised that the number of indentations formed on the surface of the measurement sample was 1, but as described above, depending on the measurement situation, a plurality of indentations may be formed on the same measurement sample. In some cases, it is formed and the hardness is calculated for each indentation. The procedure of one embodiment in such a case is shown in FIG.

【0042】この実施例では、測定試料をセットすると
先ず所定数の圧痕の形成が行なわれる。圧痕の形成数
と、形成位置とは予めコンピューターに入力しておき、
移動ステージの移動により測定試料を圧子に対して相対
的に移動させて圧痕形成を順次行なう。
In this embodiment, when a measurement sample is set, first, a predetermined number of indentations are formed. The number of indentations formed and the formation positions are entered in advance in the computer,
By moving the moving stage, the measurement sample is moved relative to the indenter to sequentially form the indentations.

【0043】所定数の圧痕を形成し終わったら対物レン
ズを選択する。そして、AFエリアの設定から硬度算出
に到るプロセスを各圧痕に就いて繰り返す。測定試料表
面に形成する圧痕数が比較的少数(2〜3個)で、形成
された圧痕の像が全て一度にCCDカメラの受光面内に
収まる場合には、対物レンズ選択後は移動ステージを動
作させず、CCDカメラの受光面上に各圧痕ごとにAF
エリアの設定を行なえば良い。このとき、一つの圧痕像
に対してAFエリアを設定したら、この圧痕像に対して
オートフォーカスを行ない、圧痕の対角線を測定して硬
度を算出する。それから別の圧痕像に対して順次、同じ
プロセスを繰り返すのである。
After forming a predetermined number of indentations, the objective lens is selected. Then, the process from setting the AF area to calculating the hardness is repeated for each indentation. If the number of indentations formed on the surface of the measurement sample is relatively small (2 to 3) and all the images of the indentations are within the light-receiving surface of the CCD camera at one time, move the moving stage after selecting the objective lens. Without operating, AF is performed for each indentation on the light receiving surface of the CCD camera.
The area should be set. At this time, when the AF area is set for one indentation image, autofocus is performed on this indentation image and the diagonal line of the indentation is measured to calculate the hardness. The same process is then repeated for another indentation image.

【0044】各圧痕に対するAFエリアの設定は、圧痕
形成時におけるデータ(圧痕の形成位置と圧痕の予想サ
イズ)に応じて一義的に行なうこともできるが、この場
合には前述のように「実際の圧痕の大きさに比して若干
余裕を持たせた大きさのAFエリアを設定する」のが望
ましく、そのようにすると設定されたエリア内に傷や埃
の入る確率も増大する。従って、測定試料の表面に複数
の圧痕が形成される場合にも、AFエリアは個々の圧痕
に応じて可及的に小さく設定するのが良い。請求項2記
載の発明では、以下のようにしてこれを行う。
The AF area for each indentation can be uniquely set according to the data (the position where the indentation is formed and the expected size of the indentation) at the time of forming the indentation. It is desirable to set an AF area of a size that is slightly larger than the size of the indentation, and doing so increases the probability that scratches and dust will enter the set area. Therefore, even when a plurality of indentations are formed on the surface of the measurement sample, the AF area should be set as small as possible according to each indentation. In the invention described in claim 2, this is performed as follows.

【0045】図4を参照する。説明の具体性のため、測
定試料表面には3個の圧痕が形成され、対物レンズを選
択したとき、図4(b)に示すように3個の圧痕の像I
K1,IK2,IK3がCCDカメラの受光面1内に結
像可能であるとする。
Referring to FIG. For the sake of concreteness of the description, three indentations are formed on the surface of the measurement sample, and when the objective lens is selected, as shown in FIG.
It is assumed that K1, IK2, and IK3 can form an image on the light receiving surface 1 of the CCD camera.

【0046】この場合、先ず受光面1全域をAFエリア
としておおまかにオートフォーカスを行なう。これによ
り図4(b)に近い状態が実現される。受光面全域をA
Fエリアとしてオートフォーカスを行なうので、大まか
な合焦状態では、受光面内に測定試料表面の傷や、同表
面に付着した埃等の像も結像している可能性がある。こ
の状態でCCDカメラの各画素の出力を「2値化」し
(図4(a))、圧痕像の予想面積に比して面積の小さ
い像を消去する「ノイズ除去」工程を行なう。
In this case, first, the entire light receiving surface 1 is used as an AF area to roughly perform autofocus. As a result, a state close to that shown in FIG. 4B is realized. A on the entire light-receiving surface
Since auto-focusing is performed as the F area, in a roughly focused state, there is a possibility that an image such as a scratch on the surface of the measurement sample or dust adhering to the surface is also formed in the light receiving surface. In this state, the output of each pixel of the CCD camera is “binarized” (FIG. 4A), and a “noise removal” step is performed to erase an image having an area smaller than the expected area of the impression image.

【0047】次に、ノイズを除去された画像情報で
「黒」領域のパターンに順次に番号を付けるラベリング
を行なう。ラベリングされたパターンには「圧痕像以外
のもの」も含まれている可能性がある。そこで、ラベリ
ングされたパターンの個々に就いて、その面積が圧痕像
の予想面積±50%の領域を選択する。
Next, the noise-removed image information is used to sequentially number the patterns in the "black" area. The labeled pattern may include "things other than the impression image". Therefore, with respect to each of the labeled patterns, a region whose area is the expected area of the impression image ± 50% is selected.

【0048】選択された各領域のパターンに対して、そ
の面積の平方根と周長の比を識別用のパラメーターとし
て、このパラメーターが1/4に近いものを選択する。
図7(a)に示したように圧痕の形状は正方形に近い。
正方形の1辺の長さをaとすると「面積の平方根は
a」、「周長は4a」であるから、正方形では上記識別
用パラメーター:a/4aは1/4となる。そこで上記
のように選択された各パターンに就いて上記パラメータ
ーを算出し、その値が1/4に近いものを圧痕像として
特定する。そして特定された各圧痕像に就き、その中心
座標を演算により求める。これらの処理に必要な情報の
選択は図5(a)の画像処理部で行ない、必要な演算は
画像処理部50からの情報をコンピューター90内に取
込んで行なう。
With respect to the pattern of each selected region, the ratio of the square root of the area to the perimeter is used as an identification parameter, and one having this parameter close to ¼ is selected.
As shown in FIG. 7A, the shape of the indentation is close to a square.
When the length of one side of the square is a, “the square root of the area is a” and “the perimeter is 4a”. Therefore, in the square, the identification parameter: a / 4a becomes 1/4. Therefore, the above parameters are calculated for each of the patterns selected as described above, and one having a value close to 1/4 is specified as an indentation image. Then, the center coordinates of each of the identified indentation images are calculated. The information necessary for these processes is selected by the image processing unit of FIG. 5A, and the necessary calculation is performed by fetching the information from the image processing unit 50 into the computer 90.

【0049】上記のように特定された圧痕像(図4
(b)のIK1,IK2,IK3)に就いて、その位置
と大きさが求まったら、先ず、圧痕像IK1に就いてA
FエリアDAF1を設定して精細なオートフォーカスを
行ない、圧痕像IK1を受光面上に結像させ、その対角
線長を測定し硬度を算出する。このプロセスを圧痕像I
K2,IK3に就いて繰り返す。
The indentation image identified as described above (see FIG. 4)
(B) IK1, IK2, IK3), and when the position and size are obtained, first, the impression image IK1 is taken and A
The F area DAF1 is set to perform fine autofocusing, the indentation image IK1 is formed on the light receiving surface, and the diagonal length thereof is measured to calculate the hardness. This process is called indentation image I
Repeat for K2 and IK3.

【0050】このようにして精度の良い硬度測定が実現
される。
In this way, accurate hardness measurement is realized.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
硬度測定方法を提供できる。この方法は上記の如き構成
と成っているから、測定試料設置後硬度算出までを全自
動で行なう硬度測定方式において、測定試料に形成され
た圧痕の像を自動的に2次元の撮像素子の受光面上に結
像させるオートフォーカスが、測定試料表面の傷や埃に
影響され難く、正確なオートフォーカスを行なえるので
精度の良い硬度測定が可能である。また、オートフォー
カスのステップを大小2種に設定し、大きなステップで
大まかなオートフォーカスを行い、圧痕の位置を特定し
てから、小さなステップで精細なオートフォーカスを行
うことにより、所望の圧痕を短時間に、容易に撮像可能
な状態に持ち来すことができ、測定の速度を向上させる
ことができる。
As described above, according to the present invention, a novel hardness measuring method can be provided. Since this method is configured as described above, in a hardness measurement method in which the hardness is calculated automatically after setting the measurement sample, the image of the indentation formed on the measurement sample is automatically received by the two-dimensional image sensor. The autofocus imaged on the surface is not easily affected by scratches and dust on the surface of the measurement sample, and accurate autofocus can be performed, so that accurate hardness measurement is possible. Also, by setting the autofocus step to two types, large and small, performing a rough autofocus with a large step, specifying the position of the indentation, and then performing a fine autofocus with a small step to shorten the desired indentation. It can be brought to a state where it can be easily imaged in time, and the speed of measurement can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の硬度測定方法を説明するための図で
ある。
FIG. 1 is a diagram for explaining a hardness measuring method of the present invention.

【図2】請求項1の方法の特徴部分を説明するフロー図
である。
FIG. 2 is a flow chart illustrating a characteristic part of the method of claim 1;

【図3】請求項2の方法を説明するフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating the method of claim 2.

【図4】請求項2の方法の特徴部分を説明する図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating a characteristic part of the method of claim 2;

【図5】この発明を実施するための硬度測定装置の1例
を概念的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram conceptually showing an example of a hardness measuring device for carrying out the present invention.

【図6】レボルバーを説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a revolver.

【図7】測定試料の表面に形成される圧痕を説明するた
めの図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining an indentation formed on the surface of a measurement sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 2次元撮像素子の受光面 IK 受光面上に結像した圧痕像 K1 測定試料表面の傷の像 Ho 測定試料表面に付着した埃の像 1 Light receiving surface of two-dimensional image sensor IK Image of indentation formed on light receiving surface K1 Image of scratch on measurement sample surface Ho Image of dust adhering to measurement sample surface

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】互いに直交するX,Y,Z方向へ移動可能
で、Z方向と平行な回動軸の回りに回動可能な移動ステ
ージと2次元の撮像素子を上記Z方向に於いて対向せし
め、対物レンズと圧子とを回転軸から等距離の位置に備
えたレボルバーを、上記移動ステージと撮像素子との間
に、上記回転軸をZ方向と平行にして回転可能且つZ方
向へ移動可能に配備し、移動ステージ上に設置された測
定試料に上記圧子により圧痕を形成したのち、上記レボ
ルバーを回転して対物レンズを選択し、上記対物レンズ
により圧痕の拡大像を上記撮像素子の受光面上に結像さ
せて圧痕像を読み取り、測定試料の硬度を算出する全自
動硬度測定方式において、対物レンズ選択後、撮像素子の全受光面をAFエリアと
して大まかにオートフォーカスを行ない、大まかな合焦
状態において撮像素子出力を2値化し、走査方向におい
て最も長く黒領域の続くラスターを選択し、このラスタ
ーにおける黒領域の中心部を圧痕の中心部とし、この中
心部に基づき、圧痕用のAFエリアとして、圧痕の大き
さに応じ、圧痕像の結像位置を含み圧痕像よりやや広い
領域を設定して、精細なオートフォーカスを行ない、
痕像を上記撮像素子の受光面上に結像させることを特徴
とする硬度測定方法。
1. A movable stage, which is movable in X, Y, and Z directions orthogonal to each other, and is rotatable about a rotation axis parallel to the Z direction, and a two-dimensional image sensor are opposed to each other in the Z direction. At the very least, a revolver equipped with the objective lens and indenter at positions equidistant from the rotation axis can be rotated and moved in the Z direction with the rotation axis parallel to the Z direction between the moving stage and the image sensor. After forming an indentation by the indenter on the measurement sample installed on the moving stage, the revolver is rotated to select the objective lens, and an enlarged image of the indentation is picked up by the objective lens to obtain the light receiving surface of the image pickup device. In the fully automatic hardness measurement method, in which the indentation image is read by imaging on the top and the hardness of the measurement sample is calculated, after selecting the objective lens, the entire light-receiving surface of the image sensor is set as the AF area.
And then roughly auto focus to get a rough focus.
In this state, the image sensor output is binarized and
Select the raster with the longest continuous black area and
-The center of the black area in the
The size of the indentation as the AF area for the indentation based on the core.
Depending on the size, including the image formation position of the indentation image
A hardness measuring method, characterized in that a region is set, a fine autofocus is performed, and an indentation image is formed on a light receiving surface of the image pickup device.
【請求項2】互いに直交するX,Y,Z方向へ移動可能
で、Z方向と平行な回動軸の回りに回動可能な移動ステ
ージと2次元の撮像素子を上記Z方向に於いて対向せし
め、対物レンズと圧子とを回転軸から等距離の位置に備
えたレボルバーを、上記移動ステージと撮像素子との間
に、上記回転軸をZ方向と平行にして回転可能且つZ方
向へ移動可能に配備し、移動ステージ上に設置された測
定試料に上記圧子により圧痕を形成したのち、上記レボ
ルバーを回転して対物レンズを選択し、上記対物レンズ
により圧痕の拡大像を上記撮像素子の受光面上に結像さ
せて圧痕像を読み取り、測定試料の硬度を算出する全自
動硬度測定方式において、 移動ステージ上に設置した測定試料の所定の複数位置に
それぞれ圧痕を形成したのち対物レンズを選択し、 移動ステージの移動により圧痕を対物レンズ光軸位置に
持ち来して硬度の測定を行なうプロセスを、全ての圧痕
に対して繰り返す硬度測定方法であって、 対物レンズ選択後に各圧痕に対して硬度測定を行なうに
際して、圧痕群を対物レンズによる結像領域に持ち来し
たのち、撮像素子の全受光面をAFエリアとして大まか
にオートフォーカスを行ない、大まかな合焦状態で上記
全受光面の受光内容を2値化し、黒領域が圧痕の予想面
積±50%の領域を選択し、 選択された領域の面積の平方根と周囲長の比を識別用の
パラメーターとして正方形に近いパターンを圧痕として
特定し、 特定された各圧痕の中心座標を求め、測定対象圧痕を換
えるたびに、その圧痕の中心座標の回りにAFエリアを
設定してオートフォーカスを行うことを特徴とする硬度
測定方法。
2. A movable stage, which is movable in X, Y, and Z directions orthogonal to each other, and is rotatable about a rotation axis parallel to the Z direction, and a two-dimensional image sensor are opposed to each other in the Z direction. At the very least, a revolver equipped with the objective lens and indenter at positions equidistant from the rotation axis can be rotated and moved in the Z direction with the rotation axis parallel to the Z direction between the moving stage and the image sensor. After forming an indentation by the indenter on the measurement sample installed on the moving stage, the revolver is rotated to select the objective lens, and an enlarged image of the indentation is picked up by the objective lens to obtain the light receiving surface of the image pickup device. In the fully-automatic hardness measurement method in which the hardness of the measurement sample is calculated by reading the indentation image by imaging on the top, the indentation is formed at each predetermined position of the measurement sample installed on the moving stage, and then the objective lens is selected. This is a hardness measurement method in which the process of bringing the indentation to the optical axis position of the objective lens by the movement of the moving stage and measuring the hardness is repeated for all the indentations. When performing hardness measurement, after bringing the indentation group to the image formation area by the objective lens, roughly autofocusing is performed with the entire light-receiving surface of the image sensor as the AF area. Binarize the contents, select the area where the black area is the expected area of the indentation ± 50%, specify the square root of the area of the selected area and the perimeter as a parameter for identification, and specify a pattern close to a square as the indentation. The feature is to find the center coordinates of each specified indentation, and set the AF area around the center coordinates of the indentation each time the measurement target indentation is changed to perform autofocus. Hardness measurement method to be.
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