JP3440653B2 - 微小硬度計 - Google Patents
微小硬度計Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/026—Specifications of the specimen
- G01N2203/0286—Miniature specimen; Testing on microregions of a specimen
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Description
荷重で押圧し、その押圧荷重に対する圧子の変位量など
を検出して試料の硬さを測定する微小硬度計に関する。
公報には、自動平衡型電子天秤タイプの荷重装置を用い
て圧子を試料に押圧し、その押圧荷重に対する圧子の変
位量を検出して試料の硬さを測定する微小硬度計が開示
されている。この種の微小硬度計では、圧子の試料への
押圧荷重が非常に微小なため、周囲に騒音が発生するだ
けで圧子が上下に振れて試料表面を複数回叩き、測定結
果に悪影響を与えることがある。図9は圧子が試料に当
接するまでの荷重装置への供給電流と圧子変位の時間的
変化を示す図であり、図中のTは騒音等の外乱による圧
子の変位を示している。
なくすために、従来は比較的静かな深夜に測定を行うな
どの措置をとっており、作業者の負担となっていた。ま
た測定者が測定結果を見て外乱の有無を判定しており、
このため初心者と熟練者とで測定データに差が生じるな
どの不都合もあった。
でも外乱による測定結果の影響を極力抑えた微小硬度計
を提供することにある。
に対応づけて説明すると、本発明は、圧子変位量が増加
する方向に圧子15を駆動して試料TPに押圧すること
により試料TPの硬さを測定する微小硬度計に適用され
る。そして、請求項1の発明は、あるタイミングで検出
された圧子変位量が前回のタイミングで検出された圧子
変位量と比較して等しいか小さい場合に前記圧子15に
外乱が作用していると判定する判定手段6と、圧子15
の駆動開始から圧子15が試料TPに当接するまでの間
に判定手段6により外乱が作用していると判定される
と、圧子15を所定時間だけ停止させる駆動制御手段6
とを具備する。このように請求項1の発明では、圧子1
5の駆動開始から圧子15が試料TPに当接するまでの
間に外乱が発生すると圧子15が所定時間だけ停止され
る。請求項2の発明は、上記判定手段6と、圧子15が
試料TPに押圧されているときに判定手段により外乱が
作用していると判定されると、外乱発生の旨を表示す
る、および/または測定を中止する制御手段6とを具備
する。このように請求項2の発明では、圧子15が試料
TPに押圧されているときに外乱が発生すると、外乱発
生の旨が表示される、および/または測定が中止され
る。
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が
実施の形態に限定されるものではない。
の形態を説明する。図1は本発明に係る微小硬度計の全
体構成図である。枠体1に昇降可能に設けられた試料台
2には、互いに直交するXY方向に移動可能なステージ
3が着脱自在に設けられ、ステージ3上に試料TPが載
置固定される。
タイプの荷重装置10は、図2にも示すように、マグネ
ット11aおよび電磁コイル11bから成る電磁力発生
装置11を有し、この装置11は制御装置6から電磁コ
イル11bに供給される電流に応じた磁界を発生する。
電磁力発生装置11の図示下方には、支点F回りに揺動
可能なレバー12の一端が位置して電磁コイル11bと
連結され、電磁力発生装置11で発生する磁界によりレ
バー12が支点Fを中心に回動する。電磁コイル11b
への供給電流を増加させることによりレバー12の回動
量が増加し、供給電流を一定値に保持するとレバー12
はそのときの回動姿勢で保持される。
ケットBRを介して圧子保持部材14に連結され、保持
部材14の図示下端には上記ステージ3上の試料TPを
押圧するための圧子15が取付けられている。16は、
一端が保持部材14の上下部に、他端が固定部17にそ
れぞれ回動可能に連結された一対のリンクであり、これ
らのリンク16により平行リンク機構が構成される。レ
バー12の回動に従って保持部材14すなわち圧子15
は、平行リンク機構の作用により同一姿勢を保ちつつ昇
降する。
動トランス式の変位検出器であり、その検出結果は変位
測定器(アンプ)5を介して制御装置6に入力される。
制御装置6は、変位測定器5からの入力信号と、圧子1
5による試料TPへの押圧荷重(電磁コイル11bへの
供給電流から得られる)とに基づいて所定の演算処理を
行い、試料TPの硬さデータとして出力する。また制御
装置6は、変位測定器5からの入力信号に基づいて外乱
発生の有無を検出し、その検出結果に基づいて圧子15
の動作を制御する。制御装置6には表示装置7が接続さ
れ、種々の情報を表示する。
タ装置であり、対物レンズ21や接眼レンズ22等を備
え、試料TPの表面における試験位置を測定したり、圧
子15によって試料表面に形成された窪みの状態を作業
者が観察するために用いられる。
の制御手順を説明する。所定の測定開始操作がなされる
とこのプログラムが起動され、ステップS1で外乱の有
無を判定する。この判定は次のようにして行う。図4は
電磁コイル11bに供給する電流と圧子変位量の時間的
変化を示すものである。通常は供給電流の増加に従って
圧子15の下方つまり試料TP側への変位量が増加する
が、外乱が発生するとTで示すように変位量が小刻みに
上下する。そこで本実施の形態では、電流増加時に所定
時間ごとに変位測定器5から入力される圧子15の初期
位置からの変位量D(t)をモニタし、前回の値D(t
−1)と比較してD(t)≦D(t−1)の場合、換言
すれば、圧子15を下降させようとしているにも拘らず
圧子15の上昇あるいは停滞が検出された場合に外乱発
生と判断する。なお、測定開始当初は前回の圧子15の
変位量D(t−1)が存在しないから上記比較が行え
ず、この場合は外乱なしと判断する。
電流の増加を停止して圧子15を停止させ、予め決めら
れた所定時間Δtだけ待機してステップS1に戻る。こ
の所定時間Δtは、発生した外乱が収まるのに十分な時
間とされる。外乱なしと判断した場合にはステップS3
で電磁コイル11bへの供給電流を増加させ、圧子15
を下降させる。ステップS4では圧子15が試料TPに
当接したか否かを判定し、当接していなければステップ
S1に戻って上述の処理を繰返し、当接していればステ
ップS5に進む。当接したか否かは、例えば圧子15の
単位時間の変位量が所定値未満になったか否かで判断す
ればよい。
取り、電磁コイル11bへの供給電流の増加を継続しつ
つステップS6に進む。圧子15が試料TPに当接した
後は供給電流の増加に従って圧子15の試料TPへの押
圧荷重が増加し、圧子15によって試料表面に形成され
る窪みの深さが増加する。ステップS6では上述と同様
にして外乱の有無を判定し、外乱が生じた場合にはステ
ップS7でフラグを設定してステップS8に進み、外乱
なしの場合にはそのままステップS8に進む。ステップ
S8では測定終了か否かを判定し、電磁コイル11bへ
の供給電流から求まる押圧荷重がまだ予め設定された設
定荷重に達していなければ測定終了でないと判断してス
テップS5に戻り、上述の処理を繰返す。ステップS5
での変位読み取りは、圧子15の試料TPへの押圧力が
単位量だけ増加するたびに行われる。
了と判断してステップS9に進み、フラグ設定の有無を
判定する。フラグが設定されていれば、ステップS10
で表示装置7に外乱有りの旨の表示を行って処理を終了
し、フラグが設定されていなければ表示を行わずに終了
する。以上の手順により例えば図5に示すような荷重−
変位(窪みの深さ)特性が得られる。図5(a)は外乱
なしの場合を、図5(b)は外乱ありの場合をそれぞれ
示している。
当接するまでの期間に外乱が発生すると、図4に示すよ
うに圧子15の下降が停止され、外乱が収まるのに十分
な時間Δtが経過してから再び下降が開始される。した
がって、圧子15が試料TPに当接するときに試料TP
の表面を叩くおそれがなく、異常データの発生を最小限
に抑制できる。一方、圧子15が試料TPに当接してか
らは、例えば図5(b)のように外乱が発生した場合に
その旨が表示装置7に表示される。この表示が測定者に
データの再採取を促すことになり、測定値の信頼性を高
めることができる。なお、外乱発生の旨の表示は測定中
に行ってもよいし、測定後に行ってもよい。
出装置4が検出手段を、制御装置6が駆動制御手段およ
び制御手段をそれぞれ構成する。
いるときに外乱が発生すると、その旨の表示を行うよう
にしたが、例えば図6に示すように、外乱の発生に伴っ
て測定を中止するようにしてもよい。
ようにした他の実施の形態を示している。ステップS6
で外乱発生と判断されるとステップS21に進み、外乱
の大きさが基準値以上か否かを判定する。基準値以上の
場合、つまり外乱により測定値の信頼性が著しく低下す
るおそれがある場合には測定を中止し、基準値未満の場
合、つまり外乱による影響がさほど問題にならない場合
にはステップS7でフラグを設定してステップS8に進
む。フラグが設定された場合には測定そのものは中止さ
れないが、外乱が発生した旨の表示がなされる。上記基
準値は設定荷重に応じて予め入力された値が用いられ、
設定荷重が大きいほど基準値は大きい。
に応じて処理を変えるようにした他の実施の形態を示し
ている。ステップS6で外乱発生と判断されるとステッ
プS31に進み、設定荷重が基準値以上か否かを判定す
る。基準値未満の場合には外乱が測定値に大きな影響を
及ぼすものと判断して測定を中止し、基準値以上の場合
には外乱が測定値にさほど大きな影響を与えないと判断
してステップS7でフラグを設定する。フラグが設定さ
れた場合には測定そのものは中止されないが、外乱が発
生した旨の表示がなされる。
判定されると外乱発生と判断するようにしたが、例えば
各タイミングにおける圧子変位D(t)から圧子変位の
変化率ΔDを求め、この変化率ΔDから外乱の有無を検
出するようにしてもよい。また、圧子の駆動機構の構成
は自動平衡型電子天秤タイプのものに限定されない。さ
らに、圧子により試料表面に形成された窪みの深さを硬
さデータとして検出する例を示したが、例えば窪みの幅
を硬さデータとして検出するものにも本発明を適用でき
る。
始から圧子が試料に当接するまでの間に外乱発生と判定
されると圧子を停止するようにしたので、圧子が試料に
当接するときに圧子が試料表面を叩くことがなく、測定
精度の向上が図れる。したがって、わざわざ深夜に測定
を行う必要がなく、作業者の負担が軽減される。請求項
2の発明によれば、圧子が試料に押圧されているときに
所定値以上の外乱が検出されると、外乱発生の旨を表示
するか測定を中止するようにした。上記外乱発生の表示
を行うようにすれば、測定者の熟練度に拘らず再測定が
必要か否かを的確に判断できる。また測定を中止するよ
うにすれば、外乱の影響による精度の低い測定結果が出
力されることがなくなる。
構成を示す構成図。
ト。
流および圧子変位の時間的変化を示す図。
との関係を示す図。
チャート。
チャート。
チャート。
押圧荷重と圧子変位との関係を示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】 圧子変位量が増加する方向に圧子を駆動
して試料に押圧することにより試料の硬さを測定する微
小硬度計において、あるタイミングで検出された圧子変
位量が前回のタイミングで検出された圧子変位量と比較
して等しいか小さい場合に前記圧子に外乱が作用してい
ると判定する判定手段と、前記圧子の駆動開始から圧子
が試料に当接するまでの間に前記判定手段により外乱が
作用していると判定されると、前記圧子を所定時間だけ
停止させる駆動制御手段とを具備することを特徴とする
微小硬度計。 - 【請求項2】 圧子変位量が増加する方向に圧子を駆動
して試料に押圧することにより試料の硬さを測定する微
小硬度計において、あるタイミングで検出された圧子変
位量が前回のタイミングで検出された圧子変位量と比較
して等しいか小さい場合に前記圧子に外乱が作用してい
ると判定する判定手段と、前記圧子が前記試料に押圧さ
れているときに前記判定手段により外乱が作用している
と判定されると、外乱発生の旨を表示する、および/ま
たは測定を中止する制御手段とを具備することを特徴と
する微小硬度計。
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