JP2758760B2 - Hardness measurement method - Google Patents
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Description
【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 method for measuring hardness.
【０００２】[0002]
【従来の技術】測定試料に所定の圧力で四辺形形状の圧
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、従来から特公平３−３４８１９号公報
開示の装置が知られている。2. Description of the Related Art A method of marking a test sample with a quadrangular indentation at a predetermined pressure and measuring the diagonal length of the indentation to determine the hardness of the test sample has been conventionally used in connection with a Vickers hardness tester. As a device that is widely known and implements such a measuring method, a device disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-34819 has been conventionally known.
【０００３】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。また１次元の撮像素子で読み
取った画像から圧痕の対角線長を算出すると、目視によ
る判断とのずれが生じやすく、硬度算出の目盛合わせが
容易でない。またこの従来装置では、圧痕の形成された
測定試料を手動でステージ上にセットする必要があり、
測定試料のセットにも時間がかかるという問題がある。In this conventional apparatus, the indentation is read using a one-dimensional image pickup device, so that it takes time to perform autofocus for focusing the objective lens on the measurement sample on which the indentation has been formed, and furthermore, it is difficult to measure the hardness. There is a problem that it takes a long time. Further, when the diagonal length of the indentation is calculated from the image read by the one-dimensional image sensor, a deviation from the visual judgment easily occurs, and the scale adjustment of the hardness calculation is not easy. Further, in this conventional apparatus, it is necessary to manually set the measurement sample on which the indentations are formed on the stage,
There is a problem that it takes time to set the measurement sample.
【０００４】[0004]
【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、一旦、測定試料をセ
ットすると、圧痕の形成から硬度算出までのプロセスを
自動的に行ない得る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 once a measurement sample is set, a novel process from the formation of an indentation to the calculation of hardness is automatically performed. The purpose is to provide a hardness measurement method.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明の硬度測定方法
は「測定試料に所定の圧力で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」であって、移動ステージと、撮像素
子と、レボルバーと、照明系と、レボルバー・圧子駆動
手段と、オートフォーカス手段と、ディスプレイ装置
と、制御演算手段とを有する硬度測定装置を用いて実施
される。A hardness measuring method according to the present invention is described as follows. "A quadrangular indentation is marked on a measurement sample at a predetermined pressure.
A method of specifying the hardness of the measurement sample by measuring the diagonal length of the indentation '', wherein the moving stage, the imaging element, the revolver, the illumination system, the revolver and indenter driving means, the autofocus means, It is carried out using a hardness measuring device having a display device and a control calculation means.
【０００６】「移動ステージ」は、測定試料を支持し、
互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向へ平行移動させる。この
移動ステージには必要に応じて、Ｚ方向と平行な所定の
Ｚ軸の周りにステージ全体を回転させる機能を付加して
も良い。「撮像素子」は、Ｚ方向と平行に設定された所
定の「基準軸」上に配備され、２次元の撮像機能を持
つ。即ち、撮像素子は２次元エリアの画像を読み取る機
能を持つ。この２次元の撮像素子の具体例はＣＣＤカメ
ラである。[0006] The "moving stage" supports the measurement sample,
They are translated in X, Y, and Z directions orthogonal to each other. If necessary, a function of rotating the entire stage around a predetermined Z axis parallel to the Z direction may be added to the moving stage. The “imaging element” is provided on a predetermined “reference axis” set in parallel with the Z direction, and has a two-dimensional imaging function. That is, the image sensor has a function of reading an image in a two-dimensional area. A specific example of the two-dimensional image sensor is a CCD camera.
【０００７】「レボルバー」は、基準軸から所定距離離
れた回転軸の周りに回転可能で、且つ上記回転軸方向に
変位可能であり、２以上の対物レンズと圧痕形成用の圧
子を上記回転軸から上記所定距離離れた位置に配備され
る。圧子はレボルバーに２種以上を設けることもでき
る。レボルバーには複数の対物レンズが設けられ、各対
物レンズの結像倍率は互いに異なる。ここに「圧子と２
以上の対物レンズがレボルバーの回転軸から所定距離離
れた位置に配備される」とは、圧子の尖端部および各対
物レンズの光軸が、回転軸から所定距離離れていること
を意味する。この所定距離はレボルバーの回転軸と上記
基準軸との間の距離に等しいから、機械的な誤差を度外
視すれば、レボルバーの回転のみにより圧子尖端部もし
くは所望の対物レンズの光軸を上記基準軸に合致させる
ことができる。このように、圧子尖端部もしくは所望の
対物レンズ光軸を基準軸に合致させることを、圧子もし
くは所望の対物レンズを「選択する」と称する。A "revolver" is rotatable about a rotation axis at a predetermined distance from a reference axis, is displaceable in the direction of the rotation axis, and has two or more objective lenses and an indenter for forming an indentation. Are disposed at the above-mentioned predetermined distance. Two or more indenters can be provided on the revolver. The revolver is provided with a plurality of objective lenses, and each objective lens has a different imaging magnification. Here, "Indenter and 2
The above-mentioned "the objective lens is disposed at a position separated by a predetermined distance from the rotation axis of the revolver" means that the tip of the indenter and the optical axis of each objective lens are separated from the rotation axis by a predetermined distance. Since this predetermined distance is equal to the distance between the rotation axis of the revolver and the reference axis, if the mechanical error is ignored, the rotation of the revolver only changes the tip of the indenter or the optical axis of the desired objective lens to the reference axis. Can be matched. Thus, matching the tip of the indenter or the optical axis of the desired objective lens to the reference axis is referred to as “selecting” the indenter or the desired objective lens.
【０００８】「照明系」は、撮像素子とレボルバーの間
に配備され、何れかの対物レンズが選択されたとき基準
軸上に設定された対物レンズを介して測定試料を照明す
る。「レボルバー・圧子駆動手段」は、レボルバーを回
転軸の周りに回転させて対物レンズと圧子の選択を行な
い、圧子が選択されたときは測定試料に圧痕を印すため
に、選択された圧子を上記回転軸方向に変位させる。
「オートフォーカス手段」は、レボルバーの、所望の対
物レンズが選択されたとき、選択された対物レンズによ
る測定試料像を撮像素子の受光面上に結像させる。[0008] The "illumination system" is provided between the image pickup device and the revolver, and illuminates the measurement sample via an objective lens set on the reference axis when any one of the objective lenses is selected. The `` revolver / indenter driving means '' rotates the revolver around the rotation axis to select the objective lens and the indenter.When the indenter is selected, the selected indenter is used to mark an indentation on the measurement sample. It is displaced in the rotation axis direction.
When a desired objective lens of the revolver is selected, the "autofocus means" forms a measurement sample image by the selected objective lens on the light receiving surface of the imaging device.
【０００９】「ディスプレイ手段」は、撮像素子の受光
状態を表示する。The "display means" displays the light receiving state of the image sensor.
【００１０】「制御・演算手段」は、撮像素子の出力に
応じて所定の演算により測定試料の硬度を算出するとと
もに、上記移動ステージ、撮像素子、レボルバー、照明
系、レボルバー・圧子駆動手段、ディスプレイ手段、オ
ートフォーカス手段を制御する。この制御・演算手段は
コンピューターにより実現できる。The "control / calculating means" calculates the hardness of the measurement sample by a predetermined calculation in accordance with the output of the imaging device, and further includes the moving stage, the imaging device, the revolver, the illumination system, the revolver / indenter driving means, and the display. Means and auto-focus means. This control and calculation means can be realized by a computer.
【００１１】この発明の硬度測定方法は上記の構成の硬
度測定装置を用い、移動ステージ上に測定試料を設置
後、先ず、オートフォーカスを行ない、しかる後にレボ
ルバーを回転させて圧子を選択し、１以上の走査エリア
に圧痕の形成を行う。The hardness measuring method according to the present invention uses the hardness measuring apparatus having the above-described configuration, and after setting the measurement sample on the moving stage, first performs autofocusing, and then rotates the revolver to select the indenter. Indentations are formed in the above scanning areas.
【００１２】測定試料に圧痕形成後、所定の走査エリア
の中央部を基準軸位置に移動させたのち、先ず低倍率の
対物レンズを選択してオートフォーカスを行なって、上
記所定の走査エリア全体を撮像素子の受光面上に合焦
後、撮像を行い、上記走査エリア内の圧痕の位置を記憶
し、次に所望の高倍率の対物レンズを選択し、記憶され
た圧痕位置に基づき所望の圧痕を基準軸上に移動させ、
撮像素子の受光面全域を対象としてオートフォーカスを
行ない、所望の圧痕の位置を決定後、所望の圧痕のみを
含む画像領域にウインドウをかけて所望の圧痕の対角線
長を測定する。After the indentation is formed on the measurement sample, the center of the predetermined scanning area is moved to the reference axis position, and then the low-magnification objective lens is selected and auto-focusing is performed, so that the entire predetermined scanning area is moved. After focusing on the light receiving surface of the image sensor, an image is taken, the position of the indentation in the scanning area is stored, then a desired high-magnification objective lens is selected, and the desired indentation is obtained based on the stored indentation position. On the reference axis,
After performing auto-focusing on the entire light receiving surface of the image sensor and determining the position of a desired indent, a window is formed in an image area including only the desired indent to measure a diagonal length of the desired indent.
【００１３】[0013]
【作用】上記のようにこの発明の硬度測定方法では、移
動ステージ上に測定試料をセットすると「圧痕の形成か
ら硬度の算出までのプロセス」が自動的に行なわれる。
圧痕は２次元的なイメージで読み取られる。移動ステー
ジ上に測定試料を設置後、先ずオートフォーカスを行な
うことにより圧子と測定試料の間に距離をあけ、しかる
後にレボルバーを回転させて圧子を選択し、圧痕の形成
を行なう。圧痕の形成は１以上の走査エリアに圧痕の形
成することにより行われる。As described above, in the hardness measuring method of the present invention, when a measurement sample is set on the moving stage, the "process from the formation of an indentation to the calculation of hardness" is automatically performed.
Indentations are read in a two-dimensional image. After setting the measurement sample on the moving stage, a distance is provided between the indenter and the measurement sample by performing auto-focusing, and thereafter, the revolver is rotated to select the indenter, thereby forming an indentation. The formation of indentations is performed by forming indentations in one or more scan areas.
【００１４】測定試料に圧痕形成後、所望の走査エリア
の中央部を基準軸位置に移動させたのち、先ず低倍率の
対物レンズを選択してオートフォーカスを行なって、上
記所望の走査エリア全体を撮像素子の受光面上に合焦
後、撮像を行い、走査エリア内の圧痕の位置を記憶し、
次に所望の高倍率の対物レンズを選択し、記憶された圧
痕位置に基づき所望の圧痕を基準軸上に移動させ、撮像
素子の受光面全域を対象としてオートフォーカスを行な
い、所望の圧痕の位置を決定後、所望の圧痕のみを含む
画像領域にウインドウをかけて所望の圧痕の対角線長を
測定する。After the indentation is formed on the measurement sample, the center of the desired scanning area is moved to the reference axis position, and then a low-magnification objective lens is selected and auto-focusing is performed. After focusing on the light receiving surface of the image sensor, perform imaging, store the position of the indentation in the scanning area,
Next, a desired high-magnification objective lens is selected, the desired indent is moved on the reference axis based on the memorized indentation position, and autofocusing is performed on the entire light receiving surface of the image sensor, and the desired indentation position is obtained. Is determined, a diagonal length of the desired indentation is measured by windowing an image area including only the desired indentation.
【００１５】[0015]
【実施例】図１（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７
０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. 1A schematically shows an example of a "hardness measuring apparatus for carrying out the present invention", showing only essential parts. 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 7
Reference numeral 0 denotes a revolver / indenter driving device, reference numeral 80 denotes a stage controller, and reference numeral 90 denotes a computer. These are all appropriately supported by supporting means (not shown).
【００１６】移動ステージ１０は、図１（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、且つ、全体が、Ｚ方向に平行な所定のＺ軸の周
りに回転可能となっている。The moving stage 10 has an X-direction stage 10X which is displaced in an X direction corresponding to a direction orthogonal to the drawing of FIG. 1A, and a Y which is displaced in a Y direction which is horizontal in the drawing.
Direction stage 10Y and Z corresponding to the vertical direction in FIG.
It is configured by combining a Z-direction stage 10Z that displaces in the direction, and is entirely rotatable about a predetermined Z-axis parallel to the Z-direction.
【００１７】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軸の周りに回転させるには、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。To move the X direction stage 10X in the X direction, the step motor MX is operated, and to move the Y and Z direction stages 10Y and 10Z in the Y and Z directions, the step motors MY and MZ are operated. To rotate the entire moving stage 10 around the Z axis, the step motor Mθ is operated. The measurement sample 0 is placed on the X-direction stage 10X of the moving stage 10.
【００１８】図１（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方向と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のＺ軸に合致している。In FIG. 1A, a chain line indicated by a symbol S indicates a "reference axis" in the hardness measuring device. The reference axis S is fixedly set in the measuring device space in parallel with the Z direction, which is the moving direction of the Z direction stage 10Z placed on the moving stage 10, and matches the Z axis in this example of the device.
【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２２と
を設けたものであり、回転軸２５の周りに回転可能であ
り、且つ、回転軸２５の方向（基準軸Ｓに平行な方向）
に移動可能である。回転軸２５は基準軸Ｓから所定の距
離：Ｈだけ離れて設定されている。The revolver 20 is provided with an indenter 23 and an objective lens 22 on a main body 21 having a rotation axis 25 parallel to the reference axis S. The revolver 20 is rotatable around the rotation axis 25 and has a rotation axis. 25 direction (direction parallel to reference axis S)
Can be moved to The rotation axis 25 is set at a predetermined distance: H from the reference axis S.
【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２５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
を作動させるための手段を有する。The rotation and movement of the revolver 20 are performed by a revolver and indenter driving device 70. The revolver and indenter driving device 70 includes a step motor for rotating the revolver 20 around the rotation shaft 25, a motor for displacing the revolver 25 in the direction of the rotation shaft 25, and a device for driving the indenter 23 when forming an indentation. Indenter driving device 23A
Means for activating.
【００２１】この実施例では、レボルバー２０の本体２
１には、図２に示すように１個の圧子２３と３個の対物
レンズ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとが設けられている。な
お、図示の繁雑を避けるため、図１には３個の対物レン
ズを１個の対物レンズ２２として描いている。図２に示
すように、これら対物レンズ２２Ａ〜２２Ｃと圧子２３
とは、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２２Ａ〜２２Ｃの光軸の、回
転軸２５からの距離は、図２に回転軸２５と対物レンズ
２２Ｂの光軸との距離として例示するように、何れも距
離：Ｈに設定されている。勿論、レボルバーにおける対
物レンズの個数や、圧子および対物レンズの配置はこの
例に限らない。また、必要に応じ、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 embodiment, the main body 2 of the revolver 20 is used.
1 is provided with one indenter 23 and three objective lenses 22A, 22B and 22C as shown in FIG. In FIG. 1, three objective lenses are illustrated as one objective lens 22 in order to avoid complexity of illustration. As shown in FIG. 2, the objective lenses 22A to 22C and the indenter 23
Means that the indenter 23 is provided axially symmetrically with respect to the rotation shaft 25.
As shown in FIG. 2 as a distance between the rotation axis 25 and the optical axis of the objective lens 22B, the distance between the tip of the lens and the optical axis of the objective lenses 22A to 22C from the rotation axis 25 is H. Is set. Of course, the number of objective lenses in the revolver and the arrangement of the indenter and the objective lens are not limited to this example. If necessary, the revolver main body may be provided with “two or more types of indenters”. The tip of the indenter 23 forms a regular quadrangular pyramid-shaped tip with a vertical angle of 90 degrees.
【００２２】図１（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
（上記対物レンズ２２Ａ〜２２Ｃの何れか）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. 1A, the reference axis S has a CC
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. As shown, the objective lens 22
When one of the objective lenses 22A to 22C is selected and at the position of the reference axis S, the light source lamp 32 emits light.
The light is reflected by the semi-transparent mirror 34 and illuminates the measurement sample 0 via the objective lens 22. 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】以下、図１（ａ）に示す装置例に即して硬
度測定を説明する。Hereinafter, the hardness measurement will be described with reference to an example of the apparatus shown in FIG.
【００２４】硬度測定は、図１（ｂ）に示すように試料
セット工程、圧痕形成工程、レボルバー回転工程、撮像
・演算工程の順に行なわれる。以下これらの各工程を説
明する。先ず「試料セット工程」であるが、この工程
は、測定試料０を移動ステージ１０上に載置することに
始まり、レボルバー２０における圧子２３が選択されて
圧痕形成の準備完了とともに完了する。As shown in FIG. 1B, the hardness measurement is performed in the order of a sample setting step, an indentation forming step, a revolver rotation step, and an imaging / calculation step. Hereinafter, each of these steps will be described. First, in the “sample setting step”, this step starts with placing the measurement sample 0 on the moving stage 10, and is completed when the indenter 23 in the revolver 20 is selected and the preparation for forming an indent is completed.
【００２５】硬度測定装置を「測定モード」にすると、
移動ステージ１０とレボルバー２０は基準の始動位置を
占める。移動ステージ１０のＸ方向ステージ１０Ｘの上
には測定試料０をセットするべき位置が印されており、
この位置は上記始動位置において基準軸ＳがＸ方向ステ
ージ１０Ｘの測定試料載置面と交わる位置である。ま
ず、この位置に硬度を測定すべき測定試料０をセットす
る。When the hardness measuring device is set to the "measuring mode",
The moving stage 10 and the revolver 20 occupy a reference starting position. On the X direction stage 10X of the moving stage 10, a position where the measurement sample 0 is to be set is marked,
This position is a position where the reference axis S intersects with the measurement sample mounting surface of the X-direction stage 10X at the start position. First, a measurement sample 0 whose hardness is to be measured is set at this position.
【００２６】続いて、測定開始用スイッチ（図示され
ず）を「オン」にすると、以下の手順で圧子の選択が行
なわれる。即ち、上記基準の始動位置においてはレボル
バー２０の対物レンズ２２のうち「結像倍率の一番小さ
いもの」が選択され、基準軸Ｓの位置にあり、しかも選
択された対物レンズ２２と測定試料載置面とは近接した
状態にある。Subsequently, when a measurement start switch (not shown) is turned on, an indenter is selected in the following procedure. That is, at the reference starting position, among the objective lenses 22 of the revolver 20, “the one with the smallest imaging magnification” is selected and located at the reference axis S, and the selected objective lens 22 and the measurement sample It is in a state close to the placing surface.
【００２７】この状態を図４（ｂ）に示す。測定試料０
は、上記の如く載置された状態では「破線で示す位置」
にある。この状態でいきなりレボルバーを回転して「圧
子の選択」を行なうと、圧子２３が測定試料０の側面部
に衝突して圧子の方向が狂ったり、著しい場合には圧子
が損傷を受けたりする。そこで、圧子の選択を行なうに
先立って先ずオートフォーカスを行なう。図４（ｂ）に
おいて測定試料０の「実線で示す位置」はオートフォー
カス後の位置であって、この状態でならレボルバーを回
転しても圧子２３が測定試料０に接触することがない。
この状態で「試料セット」が完了し、レボルバー２０の
回転による圧子選択が行なわれる。FIG. 4B shows this state. Measurement sample 0
Is "the position shown by the broken line" in the state of being placed as described above.
It is in. In this state, when the revolver is suddenly rotated to perform “selection of the indenter”, the indenter 23 collides with the side surface of the measurement sample 0, and the direction of the indenter is deviated. In a severe case, the indenter is damaged. Therefore, prior to selecting the indenter, first, autofocus is performed. In FIG. 4B, the “position indicated by the solid line” of the measurement sample 0 is a position after auto-focusing. In this state, the indenter 23 does not contact the measurement sample 0 even if the revolver is rotated.
In this state, the “sample setting” is completed, and the indenter is selected by rotating the revolver 20.
【００２８】即ち、図１（ａ）に示すレボルバー・圧子
駆動装置７０のステップモーターによりレボルバー２０
が回転され、圧子２３が作動位置にセットされる。セッ
トされた圧子は、その尖端部が基準軸Ｓの位置に合致す
る。かくして「試料セット工程」が完了する。図４
（ａ）は上述した試料セット工程の手順をフローとして
示している。That is, the revolver 20 is driven by the step motor of the revolver / indenter driving device 70 shown in FIG.
Is rotated, and the indenter 23 is set to the operating position. The tip of the set indenter coincides with the position of the reference axis S. Thus, the “sample setting step” is completed. FIG.
(A) shows the procedure of the sample setting step described above as a flow.
【００２９】図１に戻ると、この試料セット工程に続い
て「圧痕形成工程」が実行される。圧痕形成は、レボル
バー・圧子駆動装置７０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の方へ移動させ、所定の
圧力で圧子２３の尖端部を測定試料０の表面に押し込む
ことにより行なわれる。この動作により、測定試料表面
には図３（ａ）に示すような四辺形形状の圧痕ＡＫが形
成される。図３（ｂ）は圧痕ＡＫの断面形状である。圧
痕ＡＫにおける角γは一般に９０度である。Returning to FIG. 1, following the sample setting step, the "indentation forming step" is executed. The indentation is formed by operating the indenter driving device 23A by the revolver / indenter driving device 70 to move the indenter 23 toward the measurement sample 0, and pressing the tip of the indenter 23 into the surface of the measurement sample 0 with a predetermined pressure. Done. By this operation, a quadrangular indentation AK is formed on the surface of the measurement sample as shown in FIG. FIG. 3B shows a cross-sectional shape of the indentation AK. The angle γ at the indentation AK is generally 90 degrees.
【００３０】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の大きさは小さくなる。従っ
て、圧痕ＡＫ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
対応関係にあるので、この対応関係に応じて硬度を算出
することができる。なお、圧子を押し込む圧力を複数段
階用意し、測定試料の固さに応じて押し込み圧力を選択
して、適当な圧痕を形成して良いことは言うまでもな
い。Since the pressure at which the tip of the indenter 23 is pushed is constant at "predetermined pressure", the size of the indentation AK formed decreases as the hardness of the measurement sample 0 increases. Therefore, if the size of the indentation AK 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 corresponding relationship, and the hardness can be calculated according to the corresponding relationship. Needless to say, a plurality of levels of pressure for indenting the indenter may be prepared, and the indentation pressure may be selected according to the hardness of the measurement sample to form an appropriate indentation.
【００３１】上記圧子選択のためのレボルバー２０の回
転と、圧痕形成のために圧子駆動装置２３Ａにより圧子
を移動させるためのレボルバー・圧子駆動装置７０の動
作はコンピューター９０により制御される。従って、レ
ボルバー・圧子駆動装置７０と圧子駆動手段２３Ａと、
これらを制御するコンピューター９０とはレボルバー・
圧子駆動手段を構成する。The rotation of the revolver 20 for selecting the indenter and the operation of the revolver / indenter driving device 70 for moving the indenter by the indenter driving device 23A for forming an indent are controlled by the computer 90. Therefore, the revolver and indenter driving device 70 and the indenter driving means 23A,
The computer 90 that controls them is a revolver
The indenter driving means is constituted.
【００３２】上記のようにして圧痕が形成されると圧子
２３はレボルバー方向へ戻される。レボルバー２０が回
転し、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。これが「レボルバー回転工程」である。When the impression is formed as described above, the indenter 23 is returned in the revolver direction. The revolver 20 rotates, and the objective lens 22 is selected. By this selection, the optical axis of the objective lens 22 is matched with the reference axis S. This is the “revolver rotation step”.
【００３３】続いて「撮像・演算工程」が行なわれる。
この工程の手順は図４（ｃ）に示すように、オートフォ
ーカス動作により始まる。対物レンズ２２の選択に伴い
結像倍率は選択された対物レンズに応じて１義的に定ま
る。従ってコンピューター９０（図１（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に沿って移動させて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。このとき照明系３０により照明を行ない、Ｃ
ＣＤカメラ４０からの出力をコンピューター内に取り込
みオートフォーカスプログラムを実行する。Subsequently, an "imaging / calculating step" is performed.
The procedure of this step is started by an auto-focus operation as shown in FIG. With the selection of the objective lens 22, the imaging magnification is uniquely determined according to the selected objective lens. Therefore, the computer 90 (FIG. 1A) first moves the revolver 20 along the rotation axis 25 by the revolver / indenter driving device 70 and moves the revolver 20 to a position corresponding to the above-mentioned imaging magnification (this is relative to the CCD camera 40). Is determined by the relative position). Subsequently, based on the control of the computer 90, the stage controller 80 drives the Z-direction stage 10Z of the moving stage 90 to
The moving stage 10 is moved in the Z direction at predetermined steps. At this time, illumination is performed by the illumination system 30 and C
The output from the CD camera 40 is taken into the computer and the autofocus program is executed.
【００３４】オートフォーカスは種々の方式が知られて
おり、具体的に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の全画素の出力の最大と最小
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 types of autofocus are known, and specifically, a known appropriate one may be used.
For example, the maximum and minimum of the output of all the pixels of the CCD camera 40 are obtained, and the difference between the maximum and the minimum is calculated each time the measurement sample 0 moves in the Z direction by one step by the Z-direction stage 10Z. Z to find the maximum position
A method of controlling the direction stage 10Z may be used.
【００３５】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が結像している。従って、レ
ボルバー・圧子駆動装置７０とステージコントローラー
８０とＺ方向ステージ１０ＺとＣＣＤカメラ４０とコン
ピューター９０とが、オートフォーカス手段を構成する
ことになる。When the autofocus operation is completed in this way, an enlarged image of the indentation imprinted on the measurement sample 0 is formed on the light receiving surface of the CCD camera 40. Therefore, the revolver / indenter driving device 70, the stage controller 80, the Z-direction stage 10Z, the CCD camera 40, and the computer 90 constitute an autofocus means.
【００３６】この状態で圧痕は基準軸Ｓの上にあり、従
って圧痕の拡大像はＣＣＤカメラ４０の受光面の中央部
に結像するはずであるが、実際には機械的な誤差や、振
動等の外部要因等により測定試料０が移動ステージ上で
動くこともあり、圧痕像が必ずしもＣＣＤカメラ４０の
受光面上の最適の位置からずれている場合もある。この
ように、圧痕像が最適位置にない場合にもコンピュータ
ー９０は、入力情報に基づき、移動ステージ１０のステ
ップモーターＭＸ，ＭＹ，Ｍθを制御して圧痕の位置を
基準軸Ｓ上に自動的に修正する。In this state, the indentation is on the reference axis S. Therefore, an enlarged image of the indentation should be formed at the center of the light receiving surface of the CCD camera 40. The measurement sample 0 may move on the moving stage due to external factors such as the above, and the indentation image may not always be shifted from the optimal position on the light receiving surface of the CCD camera 40. As described above, even when the indentation image is not at the optimum position, the computer 90 controls the stepping motors MX, MY, and Mθ of the moving stage 10 based on the input information to automatically position the indentation on the reference axis S. Fix it.
【００３７】続いて、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。従って、制御
・演算手段はコンピューター９０である。以上が、硬度
測定の基本的なプロセスである。Subsequently, 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 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. Therefore, the control / calculation means is the computer 90. The above is the basic process of hardness measurement.
【００３８】測定試料０の圧痕の形成された面は、必ず
しも基準軸Ｓに対して直交的でなく基準軸Ｓに対して傾
いている場合もある。このような場合、従来の測定装置
のように１次元の撮像素子で圧痕像の読み取りを行なう
場合だと、圧痕形成面が対物レンズ光軸に対して傾いて
いる場合、オートフォーカスが極めて難しくなるが、こ
の発明では２次元の撮像素子を用いてオートフォーカス
を行なうので上記の如き場合にも適切なオートフォーカ
スを実行できる。また１次元の撮像素子で読取を行なう
と、圧痕形成面の傷等がノイズとして影響し易いが、２
次元の撮像素子を用いると情報量が大きいので、上記の
如きノイズの影響が少ない。The surface of the measurement sample 0 on which the indentations are formed is not necessarily orthogonal to the reference axis S but may be inclined with respect to the reference axis S. In such a case, when an indentation image is read by a one-dimensional image sensor as in a conventional measuring device, autofocus becomes extremely difficult when the indentation forming surface is inclined with respect to the optical axis of the objective lens. However, in the present invention, autofocus is performed using a two-dimensional image pickup device, so that appropriate autofocus can be performed even in the case described above. When reading is performed with a one-dimensional image pickup device, scratches on the indentation forming surface are liable to be affected as noise.
When a two-dimensional image sensor is used, the amount of information is large, so that the influence of noise as described above is small.
【００３９】上には、対物レンズ２２における対物レン
ズの選択以後を簡単に説明した。実際には、以下のよう
に行われる。Above, a brief description has been given of the selection of the objective lens in the objective lens 22 and thereafter. In practice, this is done as follows.
【００４０】前述のように、レボルバー２０の本体２１
には、図２に示すように１個の圧子２３と３個の対物レ
ンズ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとが設けられているが、こ
れら対物レンズは互いに結像倍率が異なる。As described above, the main body 21 of the revolver 20
Is provided with one indenter 23 and three objective lenses 22A, 22B, 22C as shown in FIG. 2, but these objective lenses have different imaging magnifications from each other.
【００４１】高い倍率の対物レンズは「硬度の大きい測
定試料」の測定に特に有用である。即ち測定試料の硬度
が大きくなると、圧子により形成される圧痕の大きさ
（対角線長）が小さくなるので、圧痕の対角線長を正確
に測定するには、ＣＣＤカメラの受光面に結像させる圧
痕像の結像倍率を大きくする必要がある。A high-magnification objective lens is particularly useful for measuring a “hardness measurement sample”. That is, when the hardness of the measurement sample increases, the size (diagonal length) of the indent formed by the indenter decreases. Therefore, in order to accurately measure the diagonal length of the indent, an indentation image formed on the light receiving surface of the CCD camera is required. It is necessary to increase the imaging magnification.
【００４２】この場合、圧痕形成後、直ちに結像倍率の
高い対物レンズを選択すると、以下の如き問題が生じ
る。即ち、この場合、選択された対物レンズの結像倍率
が大きいので、基準軸、圧痕位置、対物レンズの光軸の
３者に機械的な誤差があると、この誤差が対物レンズの
高倍率で拡大されるため、ＣＣＤカメラの受光面に対す
る圧痕像の位置が適正な位置から大きく離れる場合があ
り、圧痕の対角線長の測定の妨げとなる場合があるのは
勿論、それ以前の段階でオートフォーカスが精度良く行
なわれない等の問題がある。In this case, if an objective lens having a high imaging magnification is selected immediately after the indentation is formed, the following problems occur. That is, in this case, since the imaging magnification of the selected objective lens is large, if there are three mechanical errors in the reference axis, the indentation position, and the optical axis of the objective lens, this error is caused by the high magnification of the objective lens. Due to the enlargement, the position of the indentation image with respect to the light receiving surface of the CCD camera may greatly deviate from an appropriate position, which may hinder the measurement of the diagonal length of the indentation. Is not performed with high accuracy.
【００４３】この発明においては、測定試料の硬度の如
何に拘らず、「圧痕形成後、先ず低倍率の対物レンズ
（例えば、対物レンズ２２Ａ）を選択してオートフォー
カスを行ない、合焦後、圧痕の位置をコンピュータ９０
に記憶し、次に所望の高倍率の対物レンズ（対物レンズ
２２Ｂあるいは対物レンズ２２Ｃ）を選択し、上記記憶
した圧痕位置のデータに基づき、移動ステージ１０によ
り、圧痕の位置を基準軸上に移動させ、選択された高倍
率の対物レンズを用いて再度オートフォーカスを行な
う」ことにより、良好な測定を実現する。圧痕は、１以
上の走査エリアに対して行う。In the present invention, irrespective of the hardness of the measurement sample, "After forming an indentation, first select an objective lens (for example, the objective lens 22A) having a low magnification, perform autofocusing, Location of computer 90
Then, a desired high-magnification objective lens (objective lens 22B or objective lens 22C) is selected, and the position of the indentation is moved on the reference axis by the moving stage 10 based on the stored data of the indentation position. And perform auto-focus again using the selected high-magnification objective lens ", thereby realizing good measurement. Indentation is performed on one or more scanning areas.
【００４４】説明を一般的にするために、測定試料の検
査面領域（圧痕を形成する領域）が図５（ｂ）のよう
に、複数の走査エリアＤ1，Ｄ2，Ｄ3．．，Ｄm，．．に
分割され、各走査エリアに１以上の圧痕が形成されるも
のとする。硬度測定に際しては、全ての圧痕を測定試料
に形成したのち、各圧痕の対角線長を測定し、圧痕ごと
に硬度を演算算出する。図５（ａ）のフロー図を参照す
ると、「ｍ」とあるのは、一般に、走査エリアＤm を表
す指標であり、「ｎ」とあるのは各走査エリアにおける
圧痕を表す指標である。圧痕形成は、圧子を選択した状
態において移動ステージをＸ，Ｙ方向へ変位させて「圧
痕形成位置」を選択し、各位置毎に圧痕の形成を行な
う。圧痕形成位置は、予め選択されてコンピューター９
０に記憶される。従って、圧痕形成が終了した状態にお
いて各圧痕の位置はコンピューター９０に記憶されてい
る。しかし圧痕形成の途上で測定試料が動いたりするこ
とがあるため、コンピュータ９０に記憶されている圧痕
位置は、実際の圧痕位置に対して近似的なものである。For the sake of general explanation, the inspection surface area (the area where an indent is formed) of the measurement sample is divided into a plurality of scanning areas D 1 , D 2 , D 3 . . , D m,. . And one or more indentations are formed in each scanning area. When measuring the hardness, after forming all the indentations on the measurement sample, the diagonal length of each indentation is measured, and the hardness is calculated for each indentation. Referring to the flowchart of FIG. 5A, “m” is generally an index indicating the scanning area D m , and “n” is an index indicating an indentation in each scanning area. The indentation is formed by displacing the moving stage in the X and Y directions while selecting the indenter, selecting an “indentation position”, and forming an indentation for each position. The indentation forming position is selected in advance and the computer 9
0 is stored. Therefore, the positions of the indents are stored in the computer 90 in the state where the indentation has been completed. However, since the measurement sample may move during the formation of the indentation, the indentation position stored in the computer 90 is approximate to the actual indentation position.
【００４５】全ての圧痕が形成されたら、図５（ａ）に
示すように、先ず走査エリアＤ1 を基準軸位置に移動さ
せる。即ち、基準軸位置が「走査エリアＤ1 の略中央
部」に位置するようにする。この移動は移動ステージ１
０により行なう。この状態で、先ず低結像倍率の対物レ
ンズ（図２の対物レンズ２２Ａ）を選択してオートフォ
ーカスを行なう。すると対物レンズ２２Ａの倍率が低
く、且つ、走査エリアＤ1 の大きさも比較的小さいた
め、オートフォーカスが終了した状態では、走査エリア
Ｄ1 の全域が「ＣＣＤカメラの受光面」上に結像する。
この状態で、走査エリアＤ1 内の各圧痕の位置を測定し
（各圧痕の位置をディスプレイ上で指定し、指定位置の
座標を求める）この測定値により、コンピュータ９０内
に記憶された走査エリアＤ1 内の各圧痕の位置を修正す
る。After all the impressions are formed, the scanning area D1 is first moved to the reference axis position as shown in FIG. That is, the reference axis position is to be positioned "substantially central portion of the scan area D 1". This movement is moving stage 1
Perform with 0. In this state, first, an objective lens having a low imaging magnification (the objective lens 22A in FIG. 2) is selected to perform autofocus. Then the magnification of the objective lens 22A is low, and, since the size of the scan area D 1 is relatively small, in the state in which automatic focusing is completed, the whole of the scanning area D 1 is imaged on a "light-receiving surface of the CCD camera" .
In this state, the position of each indentation in the scanning area D 1 is measured (the position of each indentation is specified on the display, and the coordinates of the specified position are obtained). correcting the position of each indentation in the D 1.
【００４６】次に、高倍率の対物レンズ（対物レンズ２
２Ｂもしくは対物レンズ２２Ｃ、圧痕の大きさに応じて
適当な方を選択する）を選択してレンズ交換を行ない、
走査エリアＤ1 内にある最初の圧痕（ｎ＝１）を基準軸
の位置に移動させる。この移動は、上記の、低倍率の対
物レンズ２２Ａを用いた圧痕位置の測定結果に基づき、
コンピューター９０により移動ステージの移動量を決定
して行なう。Next, a high-magnification objective lens (objective lens 2)
2B or the objective lens 22C, select an appropriate one according to the size of the indentation), and perform lens exchange.
The first indentation in the scan area D 1 of the (n = 1) is moved to the position of the reference axis. This movement is based on the measurement result of the indentation position using the low-magnification objective lens 22A described above.
The amount of movement of the moving stage is determined by the computer 90.
【００４７】続いて、選択された「高倍率の対物レン
ズ」に対するオートフォーカスを行なうと、上記最初の
圧痕の拡大像がＣＣＤカメラ４０の受光面内の略適切な
位置に結像することになる。この状態において今一度
「最初の圧痕の位置」を測定し、この圧痕のみを含むよ
うにウインドウをかける。この「ウインドウがけ」は、
図１（ａ）における画像処理部５０において「ＣＣＤカ
メラ４０の出力領域を制限する」ことにより行なわれ
る。ウインドウの設定はディスプレイ画面上で行なう。
このようにウインドウをかけた状態で圧痕の対角線長を
測定し、硬度の算出を行なう。続いて、走査エリアＤ1
内の第２の圧痕を基準軸位置へ持ち来し、オートフォー
カスから硬度の算出にいたるプロセスを繰り返す。同様
のプロセスを走査エリアＤ1 内の全ての圧痕に就いて行
なったら、第２の走査エリアＤ2 領域に就いて上記のプ
ロセスを行ない、同様にして全ての走査エリアに対して
上記プロセスを繰り返して全ての圧痕に就いて硬度の算
出を行なう。ところで、上記のように圧痕の形成から硬
度の算出に到る一連のプロセスを自動的に行なう場合に
は、硬度測定装置の「目盛合わせ」を予め十分に調整し
て置かないと正確な硬度測定はできず、硬度測定値が熟
練者による測定値と一致しない。またオートフォーカス
は測定試料の表面の状態（研磨された状態や錆びを生じ
た状態）等によっても影響を受ける。従って、迅速・的
確な測定のためには、測定試料の表面状態を入力し、そ
れに応じて適切なオートフォーカスを行なうようにする
のが望ましい。Subsequently, when auto-focusing is performed on the selected “high-magnification objective lens”, an enlarged image of the first indentation is formed at a substantially appropriate position in the light receiving surface of the CCD camera 40. . In this state, the “position of the first indentation” is measured once again, and a window is set so as to include only this indentation. This "windowing"
This is performed by "restricting the output area of the CCD camera 40" in the image processing unit 50 in FIG. Window settings are made on the display screen.
In this way, the diagonal length of the indentation is measured with the window applied, and the hardness is calculated. Subsequently, the scanning area D 1
The second indentation is brought to the reference axis position, and the process from autofocus to hardness calculation is repeated. When performed concerning the same process on all of the indentation in the scan area D 1, performs the process concerning the second scan area D 2 region, repeating the process for all the scanning areas in the same manner The hardness is calculated for all the indentations. By the way, when a series of processes from the formation of an indent to the calculation of hardness are automatically performed as described above, accurate hardness measurement is required unless the “scale adjustment” of the hardness measurement device is sufficiently adjusted in advance. And the hardness measurements do not match those measured by skilled personnel. The autofocus is also affected by the state of the surface of the sample to be measured (polished or rusted). Therefore, for quick and accurate measurement, it is desirable to input the surface state of the measurement sample and perform appropriate autofocusing accordingly.
【００４８】以下、このような測定試料に応じたオート
フォーカスと目盛合わせに就いて簡単に説明する。図６
は、上記オートフォーカスと目盛合わせの適正化を行な
う手順を示している。先ず、移動ステージ１０上に「基
準試料」をセットする。この基準試料は予め正確に硬度
を測定された試料である。この状態でオートフォーカス
のプログラムにおける各種のパラメータを適当に与えて
オートフォーカスを行なう。Hereinafter, the automatic focusing and graduation according to the measurement sample will be briefly described. FIG.
Shows a procedure for optimizing the autofocus and the scale adjustment. First, a “reference sample” is set on the moving stage 10. This reference sample is a sample whose hardness has been accurately measured in advance. In this state, autofocus is performed by appropriately giving various parameters in the autofocus program.
【００４９】硬度測定装置により「自動的に実現された
合焦状態」をディスプレイにより確認し、上記「合焦状
態」が正しい状態であるか否かをチェックする。もし、
実現された合焦状態が、正しい状態、即ち対物レンズに
よるピントがあった状態を与えないときは、上記パラメ
ータを適宜変更して、ディスプレイ上に得られる適正な
合焦状態を装置が自動的に与えるようになるまで上記プ
ロセスを繰り返してパラメーターの調整を行なう。The "automatically achieved focus state" is confirmed on the display by the hardness measuring device, and it is checked whether the "focus state" is correct. if,
If the achieved focusing state does not give a correct state, that is, a state where the objective lens is in focus, the apparatus automatically changes the above-mentioned parameters to automatically obtain a proper focusing state obtained on the display. The above process is repeated until the parameters are given, and the parameters are adjusted.
【００５０】さらに、このような適正なオートフォーカ
スが可及的に短時間で実現されるように、パラメーター
の調整を行なう。オートフォーカスのパラメーターとし
ては、対物レンズの焦点深度の１／５ないし１／１０の
精細ピッチ：Ｊ、Ｚ方向ステージの移動速度をステップ
モーターＭＺが脱調しない範囲でなるべく早く動作する
ようにするパラメーター：ＴＨ，ＴＬ，ＡＰ、Ｚ方向ス
テージのバックラッシュを補正するパラメーター：Ｂ等
がある。これらパラメーターを最適に調整したら、その
ときの基準試料の表面状態（研磨されているか、表面が
粗いか、錆びが生じているか等）とともにコンピュータ
ーに記憶させる。Further, the parameters are adjusted so that such an appropriate auto focus is realized in as short a time as possible. The autofocus parameters include a fine pitch of 1/5 to 1/10 of the depth of focus of the objective lens: a parameter for moving the moving speed of the stage in the J and Z directions as quickly as possible within a range where the step motor MZ does not lose synchronism. : TH, TL, AP, and a parameter B for correcting backlash of the Z-direction stage. After these parameters are optimally adjusted, the state of the reference sample (whether polished, rough, rusted, etc.) at that time is stored in a computer.
【００５１】続いて、前述の如き手順で硬度測定を行な
い、測定された硬度が正しく基準試料の硬度を与えるか
否かをチェックする。測定硬度が基準試料の硬度と一致
しないときは、測定用のパラメーター（閾値等）を調整
して、測定硬度と基準試料の硬度が一致するようにす
る。このとき必要とあれば、先に決定したオートフォー
カス用のパラメーターの再調整も行なう。このようなプ
ロセスを、多くの基準試料に就き行なうことにより、測
定試料に応じて迅速・的確な硬度測定を行なうことが可
能となる。Subsequently, the hardness is measured according to the procedure described above, and it is checked whether or not the measured hardness correctly gives the hardness of the reference sample. If the measured hardness does not match the hardness of the reference sample, the measurement parameters (threshold and the like) are adjusted so that the measured hardness matches the hardness of the reference sample. At this time, if necessary, the parameters for the auto focus determined previously are also readjusted. By performing such a process on many reference samples, it is possible to perform a quick and accurate hardness measurement according to the measurement sample.
【００５２】[0052]
【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。この発明の硬度測定方法
は、一旦測定試料をセットした後は、圧痕の形成から硬
度の算出まで、測定工程が自動的に行なわれるので、熟
練者に依らずに正確な硬度測定が可能である。また、圧
痕の像の読取に２次元の撮像素子を用いているので、圧
痕形成面が基準軸に対して傾いているような場合にも適
正なオートフォーカスが可能で、圧痕形成面の傷等のノ
イズの影響を受けにくく正確な硬度測定が可能である。As described above, according to the present invention, a novel hardness measuring method can be provided. According to the hardness measurement method of the present invention, once the measurement sample is set, since the measurement process is automatically performed from the formation of the indentation to the calculation of the hardness, accurate hardness measurement can be performed without depending on a skilled person. . In addition, since the two-dimensional image sensor is used to read the image of the indentation, it is possible to perform appropriate autofocus even when the indentation surface is inclined with respect to the reference axis. It is hard to be affected by the noise and can measure the hardness accurately.
【００５３】また、互いに結像倍率の異なる対物レンズ
を選択的に使用し、測定試料に圧痕を形成し、低倍率の
対物レンズによりオートフォーカスを行い、所望の圧痕
を含む走査エリアにおける圧痕の位置を記憶し、所望の
高倍率の対物レンズ選択後、所望の圧痕を基準軸上に移
動させ、撮像素子の受光面全域を対象としてオートフォ
ーカスを行ない、所望の圧痕の位置を決定後、所望の圧
痕のみを含む画像領域にウインドウをかけて、所望の圧
痕の対角線長を測定することにより、比較的多数の圧痕
を形成する場合に、所望の圧痕に対する測定を他の圧痕
に影響されずに行うことができる。An indentation is formed on a measurement sample by selectively using objective lenses having different imaging magnifications, autofocusing is performed by a low-magnification objective lens, and the position of the indentation in a scanning area including a desired indentation is obtained. After selecting the desired high-magnification objective lens, move the desired indentation on the reference axis, perform autofocus on the entire light receiving surface of the image sensor, determine the position of the desired indentation, and When a relatively large number of indentations are formed by measuring the diagonal length of the desired indentation by windowing the image area including only the indentation, the measurement for the desired indentation is performed without being affected by other indentations. be able to.
【図１】この発明の実施に用いる硬度測定装置の１例
と、この装置によるこの発明の硬度測定方法の測定手順
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a hardness measuring device used for carrying out the present invention and a measurement procedure of a hardness measuring method of the present invention using the device.
【図２】図１（ａ）の例におけるレボルバーを説明する
ための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a revolver in the example of FIG.
【図３】圧子により印される圧痕を説明するための図で
ある。FIG. 3 is a diagram for explaining indentations marked by an indenter.
【図４】硬度測定の手順の概略を説明するための図であ
る。FIG. 4 is a diagram for explaining an outline of a procedure of hardness measurement.
【図５】この発明の実施例を説明するためのフロー図で
ある。FIG. 5 is a flowchart for explaining an embodiment of the present invention.
【図６】この発明の硬度測定方法の実施に用いる装置に
おける、オートフォーカス調整と目盛合わせを説明する
ためのフロー図である。FIG. 6 is a flowchart for explaining autofocus adjustment and graduation in an apparatus used for implementing the hardness measuring method of the present invention.
１０ 移動ステージ ２０ レボルバー ２２ 対物レンズ ２３ 圧子 ３０ 照明系 Ｓ 基準軸 Reference Signs List 10 moving stage 20 revolver 22 objective lens 23 indenter 30 illumination system S reference axis
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 元 長野県諏訪郡下諏訪町5329番地・株式会 社三協精機製作所内 (72)発明者 矢島 正男 長野県諏訪郡下諏訪町5329番地・株式会 社三協精機製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−216038（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−267437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−8986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−106539（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−40839（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 3/40 - 3/54────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Gen Takeuchi, 5329 Shimosuwa Town, Suwa County, Nagano Prefecture, Sankyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. (72) Inventor Masao Yajima 5329, Shimosuwa Town, Suwa County, Nagano Prefecture, Co., Ltd. (56) References JP-A-59-216038 (JP, A) JP-A-1-267437 (JP, A) JP-A-51-8986 (JP, A) JP-A-63-106539 (JP, A) JP, A) Japanese Utility Model Showa 59-40839 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 3/40-3/54
Claims (1)
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であって、 測定試料を支持し、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向へ平
行移動させるための移動ステージと、 上記Ｚ方向と平行に設定された所定の基準軸上に配備さ
れた２次元の撮像素子と、 上記基準軸から所定距離離れた回転軸の周りに回転可能
で、且つ上記回転軸方向に変位可能であり、結像倍率が
互いに異なる２以上の対物レンズと圧痕形成用の圧子と
を上記回転軸から上記所定距離離れた位置に配備された
レボルバーと、 上記撮像素子とレボルバーの間に配備され、上記基準軸
上に設定された所望の対物レンズを介して、測定試料を
照明する照明系と、 上記レボルバーを回転軸の周りに回転させて、対物レン
ズと圧子の選択を行ない、上記圧子が選択されたとき、
選択された圧子を上記回転軸方向に変位させて測定試料
に圧痕を印すためのレボルバー・圧子駆動手段と、 上記レボルバーの対物レンズが選択されたとき、選択さ
れた対物レンズによる測定試料像を撮像素子の受光面上
に結像させるためのオートフォーカス手段と、 上記撮像素子の受光状態を表示するディスプレイ手段
と、 上記撮像素子の出力に応じて所定の演算により測定試料
の硬度を算出するとともに、上記移動ステージ、撮像素
子、レボルバー、照明系、レボルバー・圧子駆動手段、
ディスプレイ手段およびオートフォーカス手段を制御す
る制御・演算手段とを有する硬度測定装置を用い、 移動ステージ上に測定試料を設置後、先ず、オートフォ
ーカスを行ない、しかる後にレボルバーを回転させて圧
子を選択し、１以上の走査エリアに圧痕の形成を行い、 測定試料に圧痕形成後、所定の走査エリアの中央部を上
記基準軸位置に移動さ せたのち、先ず低倍率の対物レン
ズを選択してオートフォーカスを行なって、上記所定の
走査エリア全体を上記撮像素子の受光面上に合焦後、撮
像を行い、上記走査エリア内の圧痕の位置を記憶し、次
に所望の高倍率の対物レンズを選択し、記憶された圧痕
位置に基づき所望の圧痕を基準軸上に移動させ、撮像素
子の受光面全域を対象としてオートフォーカスを行な
い、上記所望の圧痕の位置を決定後、所望の圧痕のみを
含む画像領域にウインドウをかけて、上記所望の圧痕の
対角線長を測定することを特徴とする 硬度測定方法。1. A method of marking a quadrangular indentation on a measurement sample at a predetermined pressure and measuring the diagonal length of the indentation to specify the hardness of the measurement sample. A moving stage for parallel translation in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other; a two-dimensional imaging device provided on a predetermined reference axis set in parallel with the Z direction; and a predetermined distance from the reference axis A plurality of objective lenses and an indenter for forming an indentation, which are rotatable about the rotation axis and displaceable in the direction of the rotation axis and have different imaging magnifications from each other, at a position separated from the rotation axis by the predetermined distance. A revolver arranged between the imaging device and the revolver, an illumination system for illuminating the measurement sample via a desired objective lens set on the reference axis, and a revolver around the rotation axis. Rotate Performs selection of the objective lens and the indenter when the indenter is selected,
A revolver / indenter driving means for displacing the selected indenter in the direction of the rotation axis to mark an indentation on the measurement sample, and when the objective lens of the revolver is selected, the measurement sample image by the selected objective lens is displayed. Auto focus means for forming an image on the light receiving surface of the image sensor, display means for displaying the light receiving state of the image sensor, and calculating the hardness of the measurement sample by a predetermined calculation according to the output of the image sensor , The moving stage, imaging element, revolver, illumination system, revolver and indenter driving means,
Using a hardness measuring device having a display means and a control / arithmetic means for controlling the autofocus means, after setting the measurement sample on the moving stage, first perform autofocus, and then rotate the revolver to select an indenter. Indentations are formed in one or more scanning areas, and after forming indentations on the measurement sample, the center of the predetermined scanning area is moved upward.
After moving to the reference axis position,
Auto focus and select the
After focusing the entire scanning area on the light receiving surface of the image sensor,
Image, store the position of the indentation in the scanning area, and
Select the desired high-magnification objective lens at
Move the desired indentation on the reference axis based on the position, and
Auto focus is performed on the entire photosensitive area of the
After determining the position of the desired indentation, only the desired indentation is
Window the image area containing the
A hardness measuring method characterized by measuring a diagonal length .
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP4006740A JP2758760B2 (en) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | Hardness measurement method |
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Family Applications (1)
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-
1992
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