JP3973004B2 - Initial test force setting method for indentation type hardness tester - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押し込み式硬さ試験機に関し、特にその初試験力負荷方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ロックウェル硬さ試験機による硬さ試験は、ダイヤモンドあるいは鋼球製の圧子を試料に押し込み、初試験力状態での圧子の押し込み深さと試験力状態での圧子の押し込み深さとの差から当該試料のロックウェル硬さを算出している。
【0003】
すなわち、図4のフローチャートに示すように、硬さ試験機の荷重レバーを中立位置に設定(ステップC1)してから試料台を上昇させて試料台上の試料を圧子に押し付けて同試料に初試験力F0を加える(ステップC2)。なお、試料台は、硬さ試験機の機枠に圧子と同軸上に上下動可能に支持された試料台軸としての角ねじ軸の上端部に取り付けられており、角ねじ軸を上下方向に移動することにより上下動できるようになっている。角ねじ軸の上下動は、試料台上下動機構としての試料台モータで角ねじ軸に螺合するとともに機枠に回転可能に支持された回転ブッシュを正逆回転することにより、行なえるようになっている。なお、試料台上下動機構として、回転ブッシュを手動で回転するようにした手動式のものも知られている。
【0004】
この状態(試料に初試験力F0を加えた状態)に保持(ステップC3)した後、圧子に押付け力を徐々に負荷(ステップC4)して最終的に試験力F1で圧子を試料に押し付け(ステップC5)、その後圧子から試験力F1を取り除いて(ステップC6)初試験力の状態に戻し(ステップC7)、このときの圧子の試料に対する押し込み深さh1を測定する(ステップC8)。
【0005】
そして、ステップC3における圧子の試料に対する押し込み深さh1とステップC7における同様の深さh0との差│h0−h1│に基づきロックウェル硬さHRC(Cスケールの場合)を算出する。
【0006】
ステップC8による押し込み深さの測定の後、試料台モータを駆動して試料台を下降し、試料から初試験力を取り除く(ステップC9)。
ここで、試料に対して上記初試験力を負荷する操作は、試料台上下動機構を手動操作することにより行なわれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来は試料に対する初試験力(通常約98.07N)の負荷は、図5のフローチャートに示すように、試料に加えられる負荷を荷重センサで読み取りながら手動で試料台上下動機構を操作して行なわれる。
すなわち、従来の手動操作で初試験力を試料に負荷する方式では、試料に初荷重をかけるべく試料台を上昇させる(ステップD1)のであるが、このとき、荷重センサで検出される負荷が所定の初試験力に達した時点で試料台モータ(あるいは手動回転操作:以下同様)の運転を停止すると同時にオートブレーキをかけて試料台を停止させるとオーバーシュートするおそれがある。したがって、通常は、オーバーシュートを見込んで、負荷が初試験力の85〜90%に達した時点(ステップD2)で試料台モータの運転停止の操作とオートブレーキをかける操作(ステップD3)とを行なって試料台を停止(ロック)(ステップD4)させている。
【0008】
したがって、従来の手動操作方式では、所定の初試験力を正確に試料にかけることができず、さらに試料台を上昇させる速度によって初試験力にばらつきが発生する等の課題がある。
本発明は、このような問題点を解決しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機枠と、同機枠に基端部を軸支されるとともに先端部に圧子を取り付けられた荷重レバーと、上記機枠に取り付けられ上記荷重レバーに試験荷重を付与可能なモータと、上記機枠に上下動可能に取り付けられ試料を載置可能な試料台を上端部に設けられた試料台軸と、同試料台軸を上下動させるべく上記機枠に取り付けられた試料台上下動機構とをそなえ、上記圧子による上記試料に対する初試験力と試験力とでの押し込み深さの差に基づいて当該試料の硬さ試験を行なうようにした押し込み式硬さ試験機において、上記試料に所定の初試験力を若干下回る荷重がかかるまで上記試料台上下動機構で上記試料台を上昇させた後、同試料台上下動機構を停止するとともに上記モータを駆動して上記荷重レバーを介して上記圧子を上記試料に押し付けることにより上記初試験力の設定を行なうようにして課題解決の手段としている。
【0010】
また、上記荷重レバーに荷重センサを設け同荷重センサで検出された上記圧子による上記試料に対する押し込み荷重をフィードバックする制御回路により、上記モータの制御を行なうようにして課題解決の手段としている。
【0011】
上述の本発明の押し込み式硬さ試験機における初試験力設定方法では、試料台上下動機構により軸を正回転して試料台を上昇させ、同試料台上に載置された試料に所定の初試験力を若干下回る荷重(力:初試験力−α)をかけた後、モータを駆動し荷重レバーを引き下ろして圧子を試料に押し付けることで所定の初試験力をかけるようにしたため、正確な初試験力の設定が可能となる。
【0012】
また、モータの制御回路は、圧子による試料に対する押し込み荷重をフィードバックする構成となているため、オーバーシュートさせることなく、高精度に初試験力を設定できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態としての押し込み式硬さ試験機における初試験力設定方法について説明すると、図1はその方法の実施に適した装置の一例を示す模式構成図、図2はその初試験力の設定手順を示すフローチャート、図3はその制御部の構成を示すブロック図である。
【0014】
図1において、符号10は硬さ試験機の機枠を示しており、この機枠10の左上端部に、荷重レバー11がその基端部を水平配置の十字ばね12により揺動可能に支持されて配設されている。
【0015】
荷重レバー11の下側に、荷重レバー11と平行に延在する荷重ばねレバー14がその基端部(左端部)を荷重レバー11の基端部付近に一体的に取り付けられて配設されている。
荷重レバー11は剛性に富み、後述の試験力が荷重ばねレバー14に作用しても(弾性)変形を起こすおそれがないような形状・寸法に形成されている。
【0016】
一方、荷重ばねレバー14は機能的には板ばねと類似し、荷重レバー11よりも弱い剛性となっており、後述の試験力が荷重ばねレバー14に作用したとき微小の(弾性)変形を生じるように設定されている。
【0017】
なお、荷重レバー11と荷重ばねレバー14とを二又状の一体構造物に形成し、その基端部を十字ばね12で機枠10に揺動可能に取り付けるようにしてもよい。
荷重レバー11は荷重ばねレバー14よりも長く形成されていてその先端部(右端部)下面に圧子15が取り付けられている。
【0018】
符号13は機枠10と荷重ばねレバー14の下面との間に介設されたコイルばねを示しており、このコイルばね13は荷重ばねレバー14に試験力が作用していないとき荷重レバー11を中立位置(図1に示すような十字ばね12の中心と圧子15の先端とが水平線a−a上に位置する状態)に保持する作用を行なう。
【0019】
機枠10には、さらに中立位置における圧子15と同じ軸b−b上に試料支持装置20が設けられている。この試料支持装置20は試料台軸としての角ねじ軸21,角ねじ軸21の上端部に取り付けられた試料台22,角ねじ軸21をロック可能なオートブレーキ(電磁ブレーキ)23のほか、試料台上下動機構としての試料台モータ26,角ねじ軸21に螺合してモータ26の回転で角ねじ軸21を上下動させる回転ブッシュ25および歯車装置24で構成されていて、この構成により試料台モータ26を正逆回転して試料台22を軸線bに沿って上下動できるようになっている。なお、この試料支持装置20は従来のものと同じ構成である。なお、試料台モータ26に代え手動操作で回転ブッシュ25を回転し試料台22を上下動できる機構により、試料台上下動機構を構成してもよい。
【0020】
符号30は機枠10に取り付けられたモータを示しており、このモータ30は試験力を荷重ばねレバー14にかけることができるようになっている。
すなわちモータ30の回転軸30aにボールねじ接手31が取り付けられ、さらにボールねじ接手31の上端部に押圧体32が水平軸33で揺動可能に接続されている。押圧体32には荷重ばねレバー14の上面に係接する押圧片32aが設けられていて、モータ30で押圧体32を下方に移動させることにより荷重ばねレバー14を図1における時計方向に回転させ荷重レバー11,圧子15を介して試料台22上に載置した試料Tに試験力をかけることができる構成となっている。
【0021】
機枠10の右上端部に圧子15の押し込み深さ計測用のセンサ(押し込み深さセンサ)40が取り付けられている。
すなわち、押し込み深さセンサ40はそのボデー底面を機枠10に固着されて配設されるとともに、計測子40aの先端部(上端部)が常時荷重レバー11の下面に当接するようになっている。符号41は押し込み深さセンサ40の信号取出し用リード線を示している。
【0022】
また、荷重レバー11に、圧子15により試料台22上の試料Tにかけられる試験力検出用のセンサ(荷重センサ)50が取り付けられている。
すなわち荷重センサ50は下向きにボデー側面を荷重レバー11に固着され、計測子50aの先端部(下端部)が荷重ばねレバー14の上面に当接するようになっている。符号51は荷重センサ50の信号取出し用リード線を示している。
【0023】
押し込み深さセンサ40および荷重センサ50の各検出値は、それぞれリード線41,51を介して制御部60に送られる。
【0024】
制御部60は、図2に示すように押し込み深さセンサ40の信号Aを入力されMPU63の入力装置としての第1カウンタ61,荷重センサ50の信号Bを入力されMPU63の入力装置としての第2カウンタ62,MPU63の出力装置としてのD/A変換器64,1ビットオープンコレクタ65のほか、ROM66,RAM67,表示・入力部68,時計69などをそなえて構成されている。
【0025】
D/A変換器64の出力信号Cはモータドライバ70に入力され、また1ビットオープンコレクタ65の出力信号Dはオートブレーキ23の制御に用いられる。 上述の構成において、初試験力F0の負荷は図3のフローチャートに示す手順で行なわれる。
【0026】
すなわち荷重レバー11を中立位置に設定した後、試料台モータ26を回転して(あるいは手動操作で:以下同様)試料台22を上昇させる(ステップA1)。
【0027】
試料台22の上昇にしたがって、試料台22上の試料Tは圧子15に押し付けられる。この押付け力は試料台22の上昇とともに増加し、その値(荷重)は荷重センサ50で検出される。すなわち上記の押付けにより荷重レバー11は十字ばね12を中心に反時計方向に回動させられるが、荷重ばねレバー14は押圧体32で反時計方向への回動を阻止されているため、荷重レバー11の反時計方向回動により荷重ばねレバー14は弾性変形を起こし、その変形量が荷重センサ50により、試料Tへの圧子15の押付け力として検出される。
【0028】
そして、荷重が所定の初試験力F0よりも若干量βだけ低い値に達する(ステップA2)と、試料台モータ26の運転停止とオートブレーキ23の作動とが行なわれて、試料台22はロックされる(ステップA3)。ロックは数秒後に解除する。
【0029】
次いで、モータ30を正回転させて押圧体32を引き下ろす。この動作により荷重ばねレバー14と共に荷重レバー11が十字ばね12を中心として時計方向に回動し、試料Tに対する押付け力が増加する(ステップA4)。モータ30の回転は、押付け力(荷重)が初試験力F0に達するまで行なわれ、押付け力が初試験力F0に達したことが荷重センサ50で検出される(ステップA5:YES)と、モータ30は停止する(ステップA6)。
【0030】
上述のステップA1→A6が、(ステップA1の手動操作の場合のほかは)信号A,Bに基づく制御部60の動作により自動的に行なわれることは言うまでもない。
【0031】
このようにして、この実施形態では試料Tに初試験力F0をかける際、試料Tにかけられている荷重を常時検出し、その検出値を所定の初試験力と比較しながらモータ30を回転制御して所定の初試験力F0の設定を行なう方式、つまり試料Tにかけられている荷重をフィードバックしてモータ30の回転制御が行なわれる構成であるため、高精度に初試験力F0を試料に加えることが可能となる。
【0032】
試料Tに初試験力F0を加えた後、図4のステップC3〜C9を順次実行することで、硬さ試験を行なうことができる。
【0033】
この実施形態では、荷重追加(ステップC4)はモータ30をさらに正回転することにより行なわれ、ステップC6,C9はモータ30を逆回転することにより行なわれる。
【0034】
また押し込み深さの測定(ステップC8)は、ステップC5における押し込み深さセンサ40の検出値がh1に相当し、ステップC7における押し込み深さセンサ40の検出値がh0に相当するから、押し込み深さセンサ40の上記両検出値の差がMPU63で算出されるとともに、その算出値をロックウェル硬さに変換する演算もMPU63で行なわれ、表示部68にロックウェル硬さが表示される。
【0035】
なお初試験力を加えるステップC2から試験終了(ステップC10)に至る一連の操作が、制御部60による自動操作で行なわれることは言うまでもない。
【0036】
このように、この実施形態によれば、ロックウェル硬さ試験において、初試験力を高精度で試料にかけることができ、さらに初試験力の負荷に続く一連の硬さ試験を完全自動化することが可能となる。
【0037】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の押し込み式硬さ試験機における初試験力設定方法によれば次のような効果が得られる。
(1) 試料台を上昇させ、同試料台上に載置された試料に所定の初試験力を若干下回る荷重(力)をかけた後、モータを駆動し荷重レバーを揺動して圧子を試料に押し付けることで所定の初試験力をかけるようにしたため、正確な初試験力の設定が可能となる。
(2) モータは、圧子による試料に対する押し込み荷重がフィードバックされる制御回路により制御されるため、オーバーシュートさせることなく、高精度に初試験力を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に適した装置の一例を示す模式構成図。
【図2】同装置の制御部の構成を示すブロック図。
【図3】同初試験力の設定手順を示すフローチャート。
【図4】従来のロックウェル硬さ試験の手順を示すフローチャート。
【図5】同初試験力の設定手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
10 機枠
11 荷重レバー
12 十字ばね
13 コイルばね
14 荷重ばねレバー
15 圧子
20 試料支持装置
21 試料台軸としての角ねじ軸
22 試料台
23 オートブレーキ
24 歯車装置
25 回転ブッシュ
26 試料台モータ
30 モータ
30a モータの回転軸
31 ボールねじ接手
32 押圧体
32a 押圧片
33 水平軸
40 押し込み深さセンサ
40a 押し込み深さセンサの計測子
50 荷重センサ
50a 荷重センサの計測子
60 制御部
61 入力装置としての第1カウンタ
62 入力装置としての第2カウンタ
63 MPU
64 D/A変換器
65 1ビットオープンコレクタ
66 ROM
67 RAM
68 表示入力部
69 時計
70 モータドライバ
F0 初試験力
F1 試験力[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a push-type hardness tester, and more particularly to a method for loading the initial test force.
[0002]
[Prior art]
In general, the hardness test by the Rockwell hardness tester is based on the difference between the indentation depth in the initial test force state and the indentation depth in the test force state by pushing a diamond or steel ball indenter into the sample. The Rockwell hardness of the sample is calculated.
[0003]
That is, as shown in the flowchart of FIG. 4, after setting the load lever of the hardness tester to the neutral position (step C 1 ), the sample stage is raised and the sample on the sample stage is pressed against the indenter to the same sample. Add the first test force F 0 (step C 2). The sample stage is attached to the upper end of the square screw shaft as the sample stage shaft supported on the machine frame of the hardness tester so as to be movable up and down on the same axis as the indenter. It can move up and down by moving. The square screw shaft can be moved up and down by screwing it into the square screw shaft with a sample table motor as a sample table vertical movement mechanism and rotating the rotating bush supported rotatably on the machine frame in the forward and reverse directions. It has become. As a sample table vertical movement mechanism, a manual type in which a rotary bush is manually rotated is also known.
[0004]
After holding in this state (the state in which the initial test force F 0 is applied to the sample) (step C 3 ), the pressing force is gradually applied to the indenter (step C 4 ), and finally the indenter is applied with the test force F 1. pressed against the sample (step C 5), remove the test force F 1 from subsequent indenter (step C 6) returned to the state of the preliminary test force (step C 7), the depth h 1 pushing against sample of an indenter at this time Measure (Step C 8 ).
[0005]
Then, based on the difference | h 0 −h 1 | between the indentation depth h 1 of the indenter in step C 3 and the similar depth h 0 in step C 7 , the Rockwell hardness HRC (in the case of the C scale) is calculated. calculate.
[0006]
After in step C 8 Measurement of indentation depth, the sample stage was lowered by driving the sample stage motor, it removes the first test force from the sample (step C 9).
Here, the operation of applying the initial test force to the sample is performed by manually operating the sample stage vertical movement mechanism.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, the initial test force (usually about 98.07 N) is applied to the sample by manually operating the sample stage vertical movement mechanism while reading the load applied to the sample with a load sensor, as shown in the flowchart of FIG. It is.
That is, in the conventional method of applying the initial test force to the sample by manual operation, the sample stage is raised to apply the initial load to the sample (step D 1 ). At this time, the load detected by the load sensor is reduced. When the predetermined initial test force is reached, the operation of the sample stage motor (or manual rotation operation: the same applies hereinafter) is stopped, and at the same time when the sample stage is stopped by applying an automatic brake, there is a risk of overshoot. Therefore, in general, in anticipation of overshoot, when the load reaches 85 to 90% of the initial test force (step D 2 ), the operation of stopping the operation of the sample table motor and applying the automatic brake (step D 3 ). The sample stage is stopped (locked) (step D 4 ).
[0008]
Therefore, in the conventional manual operation method, a predetermined initial test force cannot be accurately applied to the sample, and there is a problem that the initial test force varies depending on the speed at which the sample stage is raised.
The present invention is intended to solve such problems.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a machine frame, a load lever whose base end is pivotally supported by the machine frame, and an indenter attached to the tip, a motor that is attached to the machine frame and can apply a test load to the load lever, A sample stage shaft that is mounted on the machine frame so as to be movable up and down and on which a sample can be placed, and a sample stage axis that is provided at the upper end, and a sample stage that is mounted on the machine frame to move the sample stage axis up and down. In the indentation type hardness tester having a dynamic mechanism, and performing the hardness test of the sample based on the difference in indentation depth between the initial test force and the test force against the sample by the indenter, the sample The sample table is moved up and down by the sample table vertical movement mechanism until a load slightly lower than the predetermined initial test force is applied to the sample table, and then the sample table vertical movement mechanism is stopped and the motor is driven via the load lever. The above indenter It is a means to solve problems as to set the first test force by pressing the charge.
[0010]
In addition, a load sensor is provided on the load lever, and the motor is controlled by a control circuit that feeds back the indentation load applied to the sample by the indenter detected by the load sensor.
[0011]
In the initial test force setting method in the indentation type hardness tester of the present invention described above, the sample stage is moved forward by the sample stage vertical movement mechanism to raise the sample stage, and a predetermined amount is applied to the sample placed on the sample stage. After applying a load slightly lower than the initial test force (force: initial test force -α), the motor is driven, the load lever is pulled down, and the indenter is pressed against the sample to apply the predetermined initial test force. The initial test force can be set.
[0012]
Further, since the motor control circuit is configured to feed back the indentation load applied to the sample by the indenter, the initial test force can be set with high accuracy without causing overshoot.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an initial test force setting method in a push-in type hardness tester as an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an apparatus suitable for carrying out the method, and FIG. A flowchart showing the initial test force setting procedure, and FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control unit.
[0014]
In FIG. 1,
[0015]
A
The load lever 11 is rich in rigidity, and is formed in a shape and size so as not to cause (elastic) deformation even when a test force described later acts on the
[0016]
On the other hand, the
[0017]
Alternatively, the load lever 11 and the
The load lever 11 is formed longer than the
[0018]
[0019]
The
[0020]
That is, the ball screw joint 31 is attached to the rotating shaft 30 a of the
[0021]
A sensor (indentation depth sensor) 40 for measuring the indentation depth of the
That is, the
[0022]
A sensor (load sensor) 50 for detecting a test force applied to the sample T on the sample table 22 by the
That is, the
[0023]
The detection values of the
[0024]
As shown in FIG. 2, the
[0025]
The output signal C from the D /
[0026]
That After setting the load lever 11 to the neutral position, by rotating the sample stage motor 26 (or manually: the same applies hereinafter) to increase the sample base 22 (Step A 1).
[0027]
As the
[0028]
When the load reaches a value slightly lower than the predetermined initial test force F 0 by an amount β (step A 2 ), the operation of the
[0029]
Next, the
[0030]
It goes without saying that the above steps A 1 → A 6 are automatically performed by the operation of the
[0031]
Thus, in this embodiment, when applying the initial test force F 0 to the sample T, the load applied to the sample T is always detected, and the
[0032]
After the initial test force F 0 is applied to the sample T, the hardness test can be performed by sequentially executing steps C 3 to C 9 in FIG.
[0033]
In this embodiment, additional load (Step C 4) is carried out by further forward rotation of the
[0034]
In the measurement of the indentation depth (step C 8 ), the detection value of the
[0035]
Needless to say, a series of operations from the step C 2 to apply the initial test force to the end of the test (step C 10 ) is performed by the automatic operation by the
[0036]
Thus, according to this embodiment, in the Rockwell hardness test, the initial test force can be applied to the sample with high accuracy, and a series of hardness tests following the load of the initial test force can be fully automated. Is possible.
[0037]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the initial test force setting method in the indentation type hardness tester of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Raise the sample table and apply a load (force) slightly lower than the predetermined initial test force to the sample placed on the sample table, then drive the motor and swing the load lever to move the indenter. Since a predetermined initial test force is applied by pressing the sample, it is possible to set an accurate initial test force.
(2) Since the motor is controlled by a control circuit that feeds back the indentation load on the sample by the indenter, the initial test force can be set with high accuracy without causing overshoot.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an apparatus suitable for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the apparatus.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for setting the initial test force.
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of a conventional Rockwell hardness test.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for setting the initial test force.
[Explanation of symbols]
10 Airframe
11 Load lever
12 Cross spring
13 Coil spring
14 Load spring lever
15 Indenter
20 Sample support device
21 Square screw shaft as sample table axis
22 Sample stage
23 Auto brake
24 Gear unit
25 Rotating bush
26 Sample stage motor
30 motor
30a Motor rotation shaft
31 Ball screw joint
32 Press body
32a Pressing piece
33 Horizontal axis
40 Indentation depth sensor
40a Measuring depth of indentation depth sensor
50 Load sensor
50a Load sensor gauge
60 Control unit
61 First counter as input device
62 Second counter as input device
63 MPU
64 D / A converter
65 1-bit open collector
66 ROM
67 RAM
68 Display input section
69 clock
70 Motor driver F 0 Initial test force F 1 Test force
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