JP4098503B2 - Indentation formation mechanism and hardness tester - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧子を試料表面に押し込んで圧痕を形成させる事に基づいて当該試料の材料特性を評価する試験機に用いられる圧痕形成機構、及びこの圧痕形成機構を備えた硬さ試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
切削工具、鋳物、プラスチツク、ICウエハその他の固体試料の表面近傍における物性を評価するものとして押込式の硬さ試験機が用いられている。この硬さ試験機は、試料の測定面に圧子を押し付け、当該押込力が目標値に達した後、その目標値を所定時間保持し、次いで圧子の侵入量すなわち押込深さや圧痕の表面積等に基づいて当該試料の硬さを計測するものである。なお、目標値を所定時間保持するのは、試料の弾性変形に起因して押込深さが小さくなってしまい、見掛け上硬度が極めて高くなってしまうと云う誤差を回避する為である。
【0003】
この様な押込式の硬さ試験機には、特開2000−304670号公報に開示されてある様に、圧子の押込力を予め定めた目標値に追随できるものも提供されている。この硬さ試験機は、弾性部材である板バネを介して圧子に押込力を与えるサーボモータを具備しており、このサーボモータが駆動する過程で板バネのバネ変位量から圧子の押込力を算出し、算出した押圧力に基づいてサーボモータをフィードバック制御する事により、その時点における押込力を所与の目標値に追随させるものであった。
この硬さ試験機によれば、圧子の押込力が目標値をオーバーシュートするのを回避できるので、規格通りの硬さ試験を行うことが実現される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の様な硬さ試験機では、圧子の侵入過程において、圧子の押込力の増加率すなわち負荷速度を所望の値に維持する制御は実現できなかった。従って、試料毎に負荷速度の変動の仕方が異なってしまう場合があり、複数の試料を厳密に等しい条件下で試験するのは困難であった。
また、利便性の観点から、押込力が目標値に達するまでの時間(以下、「負荷時間」という。)と、目標値を保持する時間(以下、「保持時間」という。)との合計に当たる試験荷重負荷時間を予め設定できる試験機にあっては、試料によって負荷速度が異なるので、結果として試料毎に保持時間が変わってしまうと云う弊害が生じていた。このため、素材の異なる試料について試験を行う毎に予備試験を行って当該試料の負荷時間を調べ、試験荷重負荷時間を設定し直す必要が生じていた。
【0005】
本発明は、かかる問題点に鑑み成されたものであり、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行う技術を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明は、例えば図1〜図8に示すように、圧子(3)によって試料(S)表面に圧痕を形成させることに基づいて当該試料の材料特性を測定する試験機に用いられる圧痕形成機構(10)であって、
前記試料表面に圧痕を形成させる押込力を圧子に作用させる為の力を付与する力付与手段(例えば、サーボモータ61等)と、前記力付与手段によって付与された力を前記圧子に伝達する弾性部材(例えば、板バネ7等)と、前記弾性部材の弾性変位量を検出する弾性変位量検出手段(例えば、バネ変位量センサ64等)と、前記弾性変位量検出手段の検出結果の変化に基づいて前記圧子に作用する押込力の増加率を算出する増加率算出手段(例えば、微分器65等)と、前記増加率算出手段によって算出された前記増加率と、予め設定された目標増加率との比較に基づいて、前記増加率が前記目標増加率に追随するよう前記力付与手段をフィードバック制御する増加率制御手段(例えば、荷重アーム作動制御部67等)と、
前記弾性変位量検出手段の検出結果に基づいて前記圧子に作用している押込力を算出する押込力算出手段(例えば、バネ変位量センサ64等)と、前記押込力算出手段によって算出された押込力が、予め設定された目標押込力未満の所定の臨界押込力に達したか否かを判定する押込力判定手段(例えば、判定部661等)と、前記押込力判定手段によって前記押込力が前記臨界押込力に達したと判定された場合に、当該押込力が前記目標押込力に収束するよう前記力付与手段を制御する押込力制御手段(例えば、荷重アーム作動制御部67等)と、を備え、前記増加率制御手段は、前記判定手段によって前記押込力が前記臨界押込力に達していないと判定された場合に、前記力付与手段のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【0007】
ここで、試料表面に圧子により圧痕を形成させることに基づいて試料の材料特性を測定する試験機とは、例えば、硬さを測定する硬さ試験機、圧痕形成中の試料の電気抵抗を測定する試験機などであるがこれらに限られず、圧痕形成機構を具備する試験機全てを含む。
力付与手段は、例えば、モータ駆動や、油圧や、空圧によりピストンを駆動するもの等があるが、これらに限られるものではなく、力を付与可能なものであればどのようなものであってもよい。
弾性部材とは、板バネやコイルバネ等である。
弾性変位量検出手段としては、リニアスケール、コンデンサピック(電荷容量型変位センサ)、LVDT(作動変圧器)、或いは電気マイクロメータ等を使用するが、これに限るものではなく、弾性部材の弾性変形量を測定可能なものであればどのようなものであってもよい。
【0008】
請求項1記載の発明によれば、弾性変位量検出手段によって弾性部材の弾性変位量が検出され、増加率算出手段によって弾性変位量検出手段の検出結果の変化に基づいて圧子に作用する押込力の増加率(負荷速度)が算出され、増加率制御手段によって、増加率算出手段によって算出された増加率と予め設定された目標増加率との比較に基づいて、増加率が目標増加率に追随するよう力付与手段が制御されるので、試料に作用する負荷速度が試験の過程で常に目標値に維持される。従って、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行うことができる。
また、圧子の押込力が臨界押込力に達するまでは、増加率制御手段によって圧子の負荷速度が一定となるよう力付与手段が制御され、圧子の押込力が臨界押込力に達した後は押込力制御手段によって当該押込力が目標押込力に収束するよう力付与手段が制御されるので、圧子の押込力が目標押込力をオーバーシュートしてしまう事を確実に回避できる。
【0009】
請求項2記載の発明は、例えば図1〜図8に示すように、圧子(3)によって試料(S)表面に圧痕を形成させることに基づいて当該試料の材料特性を測定する試験機に用いられる圧痕形成機構(10)であって、
前記試料表面に圧痕を形成させる押込力を圧子に作用させる為の力を付与する力付与手段(例えば、サーボモータ61等)と、前記力付与手段によって付与された力を前記圧子に伝達する弾性部材(例えば、板バネ7等)と、前記弾性部材の弾性変位量を検出する弾性変位量検出手段(例えば、バネ変位量センサ64等)と、前記弾性変位量検出手段の検出結果の変化に基づいて前記圧子に作用する押込力の増加率を算出する増加率算出手段(例えば、微分器65等)と、前記増加率算出手段によって算出された前記増加率と、予め設定された目標増加率との比較に基づいて、前記増加率が前記目標増加率に追随するよう前記力付与手段をフィードバック制御する増加率制御手段(例えば、荷重アーム作動制御部67等)と、
前記圧子の前記試料への侵入量を検出する侵入量検出手段(例えば、アーム位置センサ8等)と、前記侵入量検出手段によって検出された前記侵入量が、予め設定された制限侵入量未満の所定の臨界侵入量に達したか否かを判定する侵入量判定手段(例えば、荷重アーム作動制御部67等)と、前記侵入量判定手段によって前記侵入量が、前記臨界侵入量に達したと判定された場合に、当該侵入量が前記制限侵入量に収束するよう前記力付与手段を制御する侵入量制御手段(例えば、荷重アーム作動制御部67等)と、を備え、前記増加率制御手段は、前記侵入量判定手段によって前記侵入量が前記臨界侵入量に達していないと判定された場合に、前記力付与手段のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【0010】
請求項2記載の発明によれば、弾性変位量検出手段によって弾性部材の弾性変位量が検出され、増加率算出手段によって弾性変位量検出手段の検出結果の変化に基づいて圧子に作用する押込力の増加率(負荷速度)が算出され、増加率制御手段によって、増加率算出手段によって算出された増加率と予め設定された目標増加率との比較に基づいて、増加率が目標増加率に追随するよう力付与手段が制御されるので、試料に作用する負荷速度が試験の過程で常に目標値に維持される。従って、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行うことができる。
また、圧子の侵入量が臨界侵入量に達するまでは、増加率制御手段によって圧子の負荷速度が一定となるよう力付与手段が制御され、圧子の侵入量が臨界侵入量に達した後は侵入量判定手段によって圧子の侵入量が制限侵入量に収束するよう力付与手段が制御されるので、圧子の侵入量が目標侵入量をオーバーシュートしてしまう事を確実に回避できる。
【0011】
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載の圧痕形成機構において、前記増加率算出手段は、任意の時点における前記弾性変位量検出手段の検出結果と、前記時点から所定のサンプリング周期が経過した後における前記弾性変位量検出手段の検出結果と、の差分に基づいて前記増加率を算出することを特徴とする。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、請求項1または2に記載の発明の効果が得られるのは勿論のこと、増加率算出手段によって、任意の時点における弾性変位量検出手段の検出結果と、当該時点から所定のサンプリング周期が経過した後における弾性変位量検出手段の検出結果と、の差分に基づいて増加率が算出されるので、増加率を迅速に算出することができる。このような増加率算出手段はソフトウエアによって実現できる。
【0013】
請求項4記載の発明の硬さ試験機(1)は、請求項1〜3の何れかに記載の圧痕形成機構(10)と、前記圧痕形成機構によって前記試料に形成された圧痕の形態に関する所定の測定結果に基づいて当該試料の硬さを算出する硬さ算出手段(例えば、硬さ算出部9)と、を備えたことを特徴とする。
【0014】
請求項4記載の発明によれば、請求項1〜3の何れかに記載の圧痕形成機構を具備するので、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行える硬さ試験機の提供が可能となる。
ここで、硬さ算出手段は、例えば、圧痕の深さに基づいて当該試料の硬さを算出するものであってもよいし、平面視における圧痕の対角線長さに基づいて当該試料の硬さを算出するものであってもよい。
また、硬さ試験機は、例えば、ロックウェル硬さ試験機、ビッカース硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機、或いはマルテンス硬さ試験機等である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図1から図8を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、実施の形態による硬さ試験機の要部構成を示す図である。
図1に示す様に、硬さ試験機1は、試験機本体2と、この試験機本体2に回動自在に支持され、自由端部に圧子3が取付けられた荷重アーム4と、圧子3の下方の試験機本体2に設けられ、試料Sを載置する試料台5と、荷重アーム4の下方に設けられ、荷重アーム4の自由端側を回動させ、試料表面に圧痕を形成させる為の押圧力を作用させる力を付与する荷重アーム作動部6と、荷重アーム作動部6が作動した際に発生した力を荷重アーム4に伝達する板バネ7などにより構成された圧痕形成機構部10を備えると共に、圧子3によって形成された圧痕の深さを測定するアーム位置センサ8と、このアーム位置センサ8による測定に基づいて試料Sの硬さを算出する硬さ算出部9(図3参照)を備えている。
【0018】
また、硬さ試験機1は、目標押込力や負荷速度などの試験条件を入力する為の入力装置(図示せず)と、後述する試験条件入力画面(図7参照)や硬さ算出部9によって算出された硬さを表示出力する出力装置11(図3参照)と、を有している。
なお、これら入力装置及び出力装置は、硬さ試験機1に着脱自在に外付けされたものであってもよい。
【0019】
試験機本体2は、その内部に荷重アーム作動部6と、荷重アーム作動部6の駆動源となる電装部21などを備えている。荷重アーム4は、試験機本体2に十字バネ41或いは転がり軸受などにより回動自在に支持されると共に、自由端部には圧子3が着脱自在に取付けられている。また、この荷重アーム4は板バネ7と一体化されている。板バネ7と荷重アーム4との間には、長手方向に沿って溝部7aが設けられ、圧子3側の溝部7aの先端部は開口している。
【0020】
試料台5は、その下面に角ネジ51が設けられ、この角ネジ51によって試験機本体2に上下動可能に取付けられている。更に、試料Sと圧子3が接触した際に自動的に試料台5を停止するオートブレーキ機構52も備えている。荷重アーム作動部6は、電気的作動手段としてのサーボモータ61と、ボールネジ62と、ボールネジ62の先端部に取付けられ、板バネ7に固定される固定治具63と、を備えている。従って、サーボモータ61が駆動してボールネジ62が上下動する事により、板バネ7と一体化された荷重アーム4が回動するようになっている。固定治具63は、荷重アーム4と荷重アーム作動部6を繋ぐもので、荷重アーム4の回動運動と板バネ7の弾性変形による板バネ7の軸と荷重アーム作動部6の軸のミスアライメントを吸収する機能を有し、例えば、薄い板、ピアノ線などの線材、或いはナイフエッジと十字バネの組合せ、ユニバーサルジョイントなどを単独或いは併用して構成されている。
【0021】
この荷重アーム4の作動制御は、図2に示すように、荷重アーム4及び板バネ7に取付けられてこれらの開き量すなわち板バネ7のバネ変形量を検出するバネ変位量センサ64と、このバネ変位量センサ64の検出結果を時間微分する微分器65と、バネ変位量センサ64の検出結果または微分器65の微分結果を選択的に採用して出力する切換部66と、この切換部66からの出力に基づいてサーボモータ61のフィードバック制御を行う荷重アーム作動制御部67と、により行われる。
【0022】
バネ変位量センサ64は、例えばガラススケールを光学的に読み取る変位センサユニット(リニアスケール)から成り、ボールネジ62の下方への作動によって、板バネ7と荷重アーム4の間における溝部7aの開き量からバネ変位量を検出し、検出したバネ変位量をA/D変換して切換部66へ出力する。
ここで、バネ変位量は、圧子3の押圧力或いは試料Sに加わる試験荷重と等価である。
【0023】
微分器65は、ソフトウエアによって実現されるもので、現時点においてバネ変位量センサ64によって検出されたバネ変位量と、現時点から所定のサンプリング周期前においてバネ変位量センサ64によって検出されたバネ変位量とを差分することによりバネ変位量の時間微分を近似的に算出する。すなわち、微分器65では、バネ変位量センサ64の検出結果を所定のサンプリング周期で離散的に取得して得られる時系列データを差分することとしている。
尚、微分器65は、微分回路等によるアナログハードウエア、或いは上記デジタルシーケンスをハードウエアによって実現することもできる。
【0024】
切換部66は、バネ変位量センサ64によって検出された押込力が、予め設定された目標押込力未満の所定の臨界押込力に達したか否かを判定する判定部661を備え、判定部661によって押込力が臨界押込力に達していないと判定された場合には、微分器65の微分結果を荷重アーム作動制御部67に出力する一方、判定部661によって押込力が臨界押込力に達したと判定された場合には、バネ変位量センサ64の検出結果を荷重アーム作動制御部67に出力する。
なお、判定部661は、ソフトウエアによる比較判定命令によって実現することもできるし、コンパレータ等のようなハードウエアによって実現することもできる。
【0025】
荷重アーム作動制御部67は、第1のサーボゲイン演算回路671、荷重制御回路672、第2のサーボゲイン演算回路673、荷重アーム位置制御回路674、D/A変換器675、サーボモータ駆動回路676、などにより構成されている。
【0026】
第1のサーボゲイン演算回路671は、切換部66から出力されたバネ変位量若しくは負荷速度、及び、アーム位置センサ8によって検出されたアーム位置信号とに基づいて、荷重の変化量と圧子3の侵入量の変化からバネ定数を算出して初期サーボゲイン(Gf)を決定する。
また、第1のサーボゲイン演算回路671は、所定回数のフィードバックステップの間にエラーの変化がない場合にはサーボゲインGfを増加させ、また、サーボゲインGfが所定以上となったら元に戻す制御を行う。第1のサーボゲイン演算回路671によって決定されたサーボゲインGfは、荷重制御回路672に出力される。尚、第1のサーボゲイン演算回路671は、演算結果を記憶するメモリ(図示せず)を備えている。
【0027】
荷重制御回路672は、切換部66からの出力と、予め設定された目標荷重とを比較し、これらの差分に当たる荷重制御信号に、第1のサーボゲイン演算回路671によって算出されたサーボゲインGfを乗じてD/A変換器675に出力する。
【0028】
第2のサーボゲイン演算回路673は、切換部66から出力されたバネ変位量若しくは負荷速度、及びアーム位置センサ8によって検出されたアーム位置信号とに基づいて、荷重の変化量と圧子3の侵入量の変化からバネ定数を算出して初期サーボゲイン(Gp)を決定する。
【0029】
荷重アーム位置制御回路674は、アーム位置センサ8によって検出されたアーム位置信号と、予め設定された目標位置データとを比較し、これらの差分に当たる位置制御信号に、サーボゲインGpを乗じてD/A変換器675に出力する。
【0030】
サーボモータ駆動回路676は、D/A変換器675によってD/A変換された荷重制御信号および位置制御信号を入力とし、微分要素と積分要素を加味して電流増幅器676aで増幅した後、サーボモータ61に出力する。
【0031】
アーム位置センサ8は、バネ変位量センサ64と同様に、例えば、ガラススケールを光学的に読み取る変位センサユニット(リニアスケール)から成り、荷重アーム4の上下方向の移動量を測定する。
ここで、荷重アーム4の上下方向の移動量は、圧子3の試料Sへの侵入量と等価である。
【0032】
硬さ算出部9は、図3に示すように、増幅器91、A/D変換器92、演算回路93、出力回路94などを具備している。
【0033】
増幅器91は、アーム位置センサ8により検出されたアーム位置変位信号を増幅し、A/D変換器92に出力する。A/D変換器92は、増幅されたアーム位置変位信号をA/D変換して演算回路93に出力する。演算回路93は、A/D変換されたアーム位置変位信号を内蔵された演算プログラムに従って演算して硬さを算出して出力回路94に出力する。出力回路94は、演算回路93によって算出された硬さデータを所定の出力形式のデータに加工して硬さ試験機1に接続された出力装置11に出力する。
ここで、出力装置11は、例えば、硬さデータをモニタする表示装置、或いは硬さデータを紙に印字して出力する印刷装置などである。
【0034】
そして、サーボモータ駆動回路676によって制御されるサーボモータ61の駆動により、ボールネジ62が回転し、下方に作動する。その際、ボールネジ62に取付けられた板バネ7と、これと一体化された荷重アーム4が下方に軸回転し、荷重アーム4の自由端に取付けられた圧子3が試料Sと接触する。このとき、板バネ7と荷重アーム4の間における溝部7aの開き量がバネ変位量信号としてバネ変位量センサ64によって検出され、検出されたバネ変位量信号が増幅されて、サーボゲイン演算回路651に出力される。
【0035】
次に、硬さ試験機1の動作について図4及び図5に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、図4を参照して、負荷速度一定制御(負荷速度フィードバック制御)における動作について説明する。
前提として、電源が投入されると図示せぬ表示装置には、図7に示す様な試験条件入力画面70が表示される。図7において、符号71は圧子の目標試験力(目標押込力)[N]を入力する為の入力枠である。符号72は圧子の侵入量を予め制限するか否かを選択する為のチェックボックスである。符号73は圧子の侵入量を制限する場合にその制限値[μm]を入力する為の入力枠である。
【0036】
符号74は試験の条件を負荷速度で指定するか或いは負荷時間で指定するかを選択する為のチェックボックスである。符号75は試験の条件を負荷速度で指定する場合にその負荷速度[N/sec]を入力する為の入力枠である。符号76は試験の条件を負荷時間で指定する場合にその負荷時間[sec]を入力する為の入力枠である。なお、ここで負荷時間を入力した場合には、当該負荷時間で以って入力枠71に入力された目標試験力を割算する事により負荷速度が算出され、算出された負荷速度が入力枠75に自動的に表示される。符号77は圧子の試験力が目標試験力に達した場合に、当該負荷を保持する時間[sec]を入力する為の入力枠である。
【0037】
ここで、ユーザは、入力装置(図示省略)を用いて入力枠71に目標試験力を入力する。これにより、当該目標試験力がパラメータ「targetF」に代入されて硬さ試験機1に内蔵されたメモリ(図示省略)に設定される。
次いで、ユーザは入力枠76に負荷時間を入力するか或いは入力枠に負荷速度を入力する。これにより、目標負荷速度がパラメータ「targetVF」に代入されて図示しないメモリに設定される。
【0038】
以上のような前提のもと、ステップS1において、荷重アーム作動制御部67は、各変数の初期化を行う。すなわち、荷重アーム作動制御部67は、サーボゲイン(Gain;Gf)、アーム位置(DIFP)、荷重すなわち圧子3の押込力(DIFF)等のそれぞれの値を初期化する。
より具体的には、サーボゲイン(Gf)の初期値は1であり、アーム位置、および過重の初期値はそれぞれ0である。
【0039】
規格試験(ロックウエル、ビッカース、ブリネルの各スケール)の試験を行う場合は、前述の任意試験力発生のための設定方法では不便である。そこで、試験スケールを選択することで、発生する試験力を設定し、負荷速度の設定により、負荷時間が決定される。或いは、負荷時間を設定し、負荷速度が決定されるような設定インターフェースを提供する。
【0040】
次いで、ステップS2では、バネ変位量センサ64の検出結果である押込力すなわち荷重が判定部661に入力される。この時点においては、荷重は0に初期化されているので、判定部661は、当該荷重が未だ臨界押込力に達していないと判定する。従って、微分器65の演算結果が切換部66によって選択され、荷重アーム作動制御部67に入力される。
【0041】
なお、臨界押込力の値は目標試験力(targetF)未満であれば特に限定されないが、この値が大きすぎると目標試験力をオーバーシュートしてしまう畏れがある。一方、この値が小さすぎると負荷速度一定制御の領域が少なくなってしまう。そこで、この値はサーボモータ61の能力や試料の素材等を考慮して最適な値を予め定める事が望ましい。また、臨界押込力は、前述した各種のパラメータにより自動計算されるようにしてもよい。または、ユーザによる任意設定により決定されることとしてもよい。
本実施の形態においては、臨界押込力を目標試験力の90パーセント(targetF×0.9)としている。
【0042】
ここで、微分器65が行う演算について図6を参照して具体的に説明する。図6の各ステップにおいて、テンポラリパラメータ「TempF」には、現時点から起算して前一周期の時点において検出されたバネ変位量(押込力)が格納されている。パラメータ「力センサ値」には、現時点において検出されたバネ変位量値(押込力)が格納されている。パラメータ「負荷速度」には、現時点におけるバネ変位量の時間微分(差分)値が格納される。当該パラメータが、後のフィードバック制御のルーチンにおいて使用される。
【0043】
具体的には、ステップS61では、微分器65は、一周期前において検出されたバネ変位量から現時点において検出されたバネ変位量を減算し、減算結果を「負荷速度」に代入する。次いで、ステップS62では、現時点において検出されたバネ変位量を、一周期後すなわち次回のルーチンの際に一周期前のバネ変位量値として使用する為に「TempF」に格納しておく。
このようなステップS61及びステップS62の処理が、図4のステップS2の処理が行われる毎に実行される。
【0044】
再び図4を参照して説明すると、ステップS3では、荷重制御回路672は、現在の負荷速度値と目標負荷速度(targetVF)との差にサーボゲイン(Gf)を乗じて得る制御信号をD/A変換器675に出力する。これにより、サーボモータ駆動回路676によってサーボモータ61が駆動され、圧子3が試料Sに侵入する。
【0045】
次いで、ステップS4では、判定部661によって、現在の荷重が臨界押込力に達したか否かが判定される。そして、判定部661により現在の荷重がまだ臨界押込力に達していないと判定された場合には(ステップS4;NO)、再びステップS1に戻る。一方、現在の荷重が臨界押込力に達したと判定された場合には(ステップS4;YES)、ステップS5に移行し、後述する目標力発生制御が行われる。
【0046】
以上説明した負荷速度一定制御によれば、図8(a)に示す様に、目標荷重の90パーセント(臨界押圧力)に達するまでは、試料に加わる荷重の負荷速度が一定に保たれる。
【0047】
次に、図5を参照して目標力発生制御(力フィードバック制御)について説明する。
先ず、ステップS6では、荷重アーム作動制御部67において各変数の初期化が行われる。
すなわち、サーボゲイン(Gain;Gf)の値が1に初期化され、エラー(Err)の値が0に初期化される。
【0048】
次いで、ステップS7では、荷重アーム作動制御部67は、現状態におけるバネ変位量センサ64及びアーム位置センサ8の検出結果を、内蔵メモリ(図示省略)に記憶する。これは、次回のルーチンの荷重制御に使用するためである。
【0049】
次いで、ステップS8では、荷重アーム作動制御部67は、現状態におけるアーム位置センサ8の検出結果をパラメータ「DIFP」に代入すると共に、現状態におけるバネ変位量センサ64の検出結果をパラメータ「DIFF」に代入する。
次いで、目標力発生制御(力フィードバック制御)におけるサーボゲイン(Gain)を、Gain=A×「試料、試験機の特性を含むシステムのバネ定数」により計算する。なお、Aは任意の定数である。
ここで、本試験機においては荷重値とアーム位置とが得られるので、前述した「試料、試験機の特性を含むシステムのバネ定数」は、単位時間当たりの荷重の変化を単位時間当たりのアーム位置の変化で割算することにより得られる。
具体的には、荷重アーム作動制御部67は、次の式(1)により、目標力発生制御(力フィードバック制御)におけるサーボゲイン(Gain)を決定する。
Gain=A×(DIFF−荷重値)/(DIFP−アーム位置)・・・(1)
ここで、Aは任意の定数である。
【0050】
次いで、ステップS9では、荷重アーム作動制御部67によってエラー(Err)すなわち実荷重値と目標荷重値との差が次の式(2)によって算出される。
Err=Gain×荷重値−TargetF・・・(2)
【0051】
次いで、ステップS10では、荷重アーム作動制御部67は、エラーが残ったままか否かを判定する。即ち、荷重アーム作動制御部67は、前回のフィードバックルーチンで求めた比較用エラー(Err1)と今回のエラー(Err)との差分が「0」か否かを判定する。
ここで、エラーが残っているか否かの判定は、所定回数(例えば5回)のフィードバックルーチンでエラーの差分が連続して「0」となった場合に、エラーが残っていると判別してもよい。また、サーボゲインは段階的(例えば、0.2毎)に上げる様にしてもよい。
そして、荷重アーム作動制御部67は、当該差分が「0」であると判定した場合には(ステップS10;NO)、ステップS12に移行する。
一方、荷重アーム作動制御部67は、当該差分が、「0」でないと判定した場合には、(ステップS10;YES)、ステップS11に移行する。ステップS11では、荷重アーム作動制御部67は、サーボゲインを所定値上げる処理を行った後、ステップS12に移行する。
【0052】
次いで、ステップS12では、荷重アーム作動制御部67は、サーボゲインが許容上限値を上回ったか否かを判定する。
荷重アーム作動制御部67は、サーボゲインが許容上限値を上回っていないと判定した場合には(ステップS12;NO)、ステップS14に移行する。
一方、荷重アーム作動制御部67は、サーボゲインが許容上限値を上回ったと判定した場合には(ステップS12;YES)、ステップS13に移行して、サーボゲインを所定値下げる処理を行った後、ステップS14に移行する。
【0053】
次いで、ステップS14では、荷重アーム作動制御部67は、試験力を保持中か否かを判定する。
荷重アーム作動制御部67は、試験力を保持中と判定した場合には(ステップS14;YES)、ステップS17に移行する。
一方、荷重アーム作動制御部67は、試験力保持中でないと判定した場合には(ステップS14;NO)、ステップS15に移行する。
【0054】
ステップS15では、荷重アーム作動制御部67は、現状態における圧子3の押込力が目標の試験力になったか否かを判定する。荷重アーム作動制御部67は、押込力が目標の試験力となっていないと判定した場合には(ステップS15;NO)、ステップS7に戻って再び処理を繰り返す。
一方、荷重アーム作動制御部67は、押込力が目標の試験力となったと判定した場合には(ステップS15;YES)、当該試験力を保持するべく、ステップS16に移行してタイマーをスタートした後、ステップS7に戻ってステップS7以降の処理を続行する。
【0055】
一方、ステップS14の判定の結果、ステップS17に移行した場合、荷重アーム作動制御部67は、タイマーが保持時間となったか否かを判定する。なお、このタイマーには、試験条件入力画面70の入力枠に入力された保持時間[sec]が設定されている。
そして、荷重アーム作動制御部67は、タイマーが保持時間となっていないと判定した場合には(ステップS17;NO)、ステップS7に戻って処理を続行する。
一方、荷重アーム作動制御部67は、タイマーが保持時間となったと判定した場合には(ステップS17;YES)、目標力発生制御を終了する。
【0056】
以上説明した目標力発生制御(力フードバック制御)によれば、図8(a)に示す様に、目標荷重の90パーセントの荷重がオーバーシュートすることなく目標荷重に収束し、目標化重が予め規定された保持時間の間保持される。
【0057】
なお、負荷速度一定制御(負荷速度フィードバック制御)の後には、目標力発生制御(力フードバック制御)に代えて位置フィードバック制御を行うこととしてもよい。
負荷速度一定制御(速度フィードバック制御)から位置フィードバック制御へ切りかえる条件としては、図4のステップS4に代えて、アーム位置センサ8の検出結果すなわち圧子の侵入量が、LIM_DEPTHの90パーセント(LIM_DEPTH×0.9)に達したか否かを判定する処理を行うとよい。ここで、変数LIM_DEPTHは図7に示す試験条件入力画面70における入力枠73に入力された制限侵入量[μm]を表すパラメータである。
また、図5のステップS9において、式(2)に代えて次の式(3)を計算する。
Err=Gain×アーム位置−LIM_DEPTH・・・(3)
また、図5のステップS15の処理に代えて、アーム位置センサ8の検出結果すなわち現状態における圧子3の侵入量が制限侵入量(LIM_DEPTH)に達したか否かを判定することとする。
以上のようにして、目標力発生制御(力フードバック制御)に代えて位置フィードバック制御を行う場合には、図8(b)に示す様に、制限侵入量の90パーセントの位置まで試料Sに侵入した圧子3が制限侵入量をオーバーシュートすることなく当該制限侵入量に収束し、目標荷重が予め規定された保持時間の間保持される。
【0058】
そして、目標力発生制御(力フィードバック制御)或いは位置フィードバック制御が終了した後、圧痕の押込み深さすなわち圧子3の侵入量がアーム位置信号としてアーム位置センサ8によって計測され、このアーム位置信号は、増幅器91によって増幅され、A/D変換器92によってA/D変換され、演算回路93に出力される。
【0059】
次いで、演算回路93は、内臓された演算プログラムに基づく演算によって、A/D変換されたアーム位置信号から試料Sの硬さを算出する。算出された硬さデータは、出力回路94を介して出力装置11にモニタされる。
【0060】
以上説明した硬さ試験機1によれば次の様な効果が得られる。
(1)バネ変位量センサ64によって板バネ7の弾性変位量すなわち溝部7aの開き量が検出され、微分器65によってバネ変位量センサ64の検出結果が差分されることにより現状態での負荷速度が算出され、荷重アーム作動制御部67によって、微分器65の算出結果と予め設定された目標負荷速度との比較に基づいて、負荷速度が目標負荷速度に追随するようサーボモータ61がフィードバック制御されるので、試料Sに作用する負荷速度が試験の過程で常に目標負荷速度に維持される。従って、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行える。
【0061】
(2)荷重アーム作動制御部67によって、圧子3の押込力が臨界押込力に達するまでは、負荷速度が一定となるようサーボモータ61が速度フィードバック制御され、一方、圧子3の押込力が臨界押込力に達した後は当該押込力が目標押込力に収束するよう力フィードバック制御されるので、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行えるのは勿論の事、圧子3の押込力が目標押込力をオーバーシュートしてしまう事を確実に回避できる。
【0062】
(3)荷重アーム作動制御部67によって、圧子3の押込力が臨界押込力に達するまでは、負荷速度が一定となるようサーボモータ61が速度フィードバック制御され、一方、圧子3の押込力が臨界押込力に達した後は圧子3の侵入量が制限侵入量に収束するよう位置フィードバック制御されるので、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行えるのは勿論の事、圧子の侵入量が目標侵入量をオーバーシュートしてしまう事を確実に回避できる。
【0063】
(4)微分器65は、任意の時点におけるバネ変位量センサ64の検出結果と、当該時点から所定のサンプリング周期が経過した後におけるバネ変位量センサ64の検出結果と、の差分に基づいて負荷速度を近似的に算出するので、当該負荷速度の算出が迅速に行われることとなって、速度フィードバック制御に遅れを生じることがない。これにより、荷重アーム作動制御部67の制御性が向上すると共に、試験条件の信頼性も向上する。
【0064】
なお、上記実施の形態では、バネ変位量センサ64、アーム位置センサ8として、共にリニアスケールを採用したが、これに限られるものではなく、例えばコンデンサピック(電荷容量型変位センサ)、LVDT(作動変圧器)、電気マイクロメータ等を使用してもよい。
また、板バネ7に代えて、コイルバネ、組み立て板バネ、一体バネ、ゴム等を用いることとしてもよい。更に、試料Sに比較的大きな荷重を与える場合には、板バネ7を両端支持梁としてもよい。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、試料に作用する負荷速度が試験の過程で常に目標値に維持されるので、規格通りの負荷速度で以って硬さ試験を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された硬さ試験機の主要部構成を示す側面図である。
【図2】図1に示す硬さ試験機の内部ブロック図である。
【図3】図1に示す硬さ試験機に具備された硬さ算出部の主要部構成を示すブロック図である。
【図4】図1に示す硬さ試験機による速度フィードバック制御を説明する為のフローチャートである。
【図5】図1に示す硬さ試験機による力フィードバック制御を説明する為のフローチャートである。
【図6】図1に示す硬さ試験機に具備された微分器の動作を説明する為のフローチャートである。
【図7】図1に示す硬さ試験機に接続された表示装置に表示される試験条件入力画面を示す図である。
【図8】(a)は硬さ試験機による速度フィードバック制御及び力フィードバック制御を説明する為の図であり、(b)は、硬さ試験機による速度フィードバック制御及び位置フィードバック制御を説明する為の図である。
【符号の説明】
1 硬さ試験機
3 圧子
7 板バネ(弾性部材)
8 アーム位置センサ(侵入量検出手段)
9 硬さ算出部(硬さ算出手段)
10 圧痕形成機構
61 サーボモータ(力付与手段)
64 バネ変位量センサ(弾性変位量検出手段、押込力算出手段)
65 微分器(増加率算出手段)
67 荷重アーム作動制御部(増加率制御手段、押込力判定位手段)
661 判定部(押込力判定手段)
S 試料
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an indentation forming mechanism used in a testing machine that evaluates material properties of a sample based on the formation of an indentation by pushing an indenter into the surface of the sample, and a hardness tester equipped with the indentation forming mechanism.
[0002]
[Prior art]
An indentation type hardness tester is used for evaluating the physical properties of the surface of a cutting tool, casting, plastic, IC wafer or other solid sample. This hardness tester presses the indenter against the measurement surface of the sample, and after the indentation force reaches the target value, the target value is held for a predetermined time, and then the indenter penetration amount, that is, the indentation depth, the surface area of the indentation, etc. Based on this, the hardness of the sample is measured. Note that the target value is maintained for a predetermined time in order to avoid an error that the indentation depth is reduced due to the elastic deformation of the sample and the apparent hardness is extremely increased.
[0003]
Such an indentation type hardness tester is also provided that can follow the indenter's indentation force to a predetermined target value as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-304670. This hardness tester includes a servo motor that applies a pressing force to the indenter via a leaf spring that is an elastic member. In the process of driving the servo motor, the pushing force of the indenter is determined from the amount of spring displacement of the leaf spring. By calculating and performing feedback control of the servo motor based on the calculated pressing force, the pressing force at that time follows the given target value.
According to this hardness tester, since it is possible to avoid the indentation force from overshooting the target value, it is possible to perform a hardness test according to the standard.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the hardness tester as described above, it has not been possible to realize control for maintaining the increase rate of the indenter pushing force, that is, the load speed, at a desired value during the indentation process. Therefore, there is a case where the load speed varies depending on the sample, and it is difficult to test a plurality of samples under exactly the same conditions.
Further, from the viewpoint of convenience, it corresponds to the sum of the time until the pushing force reaches the target value (hereinafter referred to as “load time”) and the time for holding the target value (hereinafter referred to as “holding time”). In the testing machine in which the test load loading time can be set in advance, the load speed varies depending on the sample. As a result, there is an adverse effect that the holding time varies for each sample. For this reason, it has been necessary to perform a preliminary test each time a test is performed on samples of different materials, to examine the load time of the sample, and to reset the test load load time.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a technique for accurately performing a hardness test at a load speed according to a standard.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is characterized in that, as shown in FIGS. An indentation formation mechanism (10) used in a testing machine for measuring
  A force applying means (for example, a servo motor 61) for applying a pressing force for forming an indentation on the sample surface to the indenter, and an elasticity for transmitting the force applied by the force applying means to the indenter. Changes in the detection results of the member (for example, the leaf spring 7), the elastic displacement amount detecting means (for example, the spring displacement amount sensor 64) for detecting the elastic displacement amount of the elastic member, and the elastic displacement amount detecting means. An increase rate calculating means (for example, a differentiator 65 or the like) for calculating an increase rate of the pushing force acting on the indenter based on the increase rate calculated by the increase rate calculating means, and a preset target increase rate On the basis of the comparison with the increase rate control means (for example, load arm operation control unit 67 etc.) feedback control the force applying means so that the increase rate follows the target increase rate,
A pushing force calculating means (for example, a spring displacement amount sensor 64) for calculating a pushing force acting on the indenter based on a detection result of the elastic displacement amount detecting means, and a pushing force calculated by the pushing force calculating means. The pushing force is determined by the pushing force determining means (for example, the determining unit 661) for determining whether or not the force has reached a predetermined critical pushing force less than a preset target pushing force, and the pushing force determining means. When it is determined that the critical pushing force has been reached, a pushing force control means (for example, a load arm operation control unit 67) that controls the force applying means so that the pushing force converges to the target pushing force; The increase rate control means performs feedback control of the force applying means when the determining means determines that the pushing force has not reached the critical pushing force.It is characterized by.
[0007]
Here, a test machine that measures the material properties of a sample based on forming an indentation with an indenter on the sample surface is, for example, a hardness tester that measures hardness, and an electrical resistance of the sample during the formation of the indentation. However, the present invention is not limited thereto, and includes all testing machines having an indentation forming mechanism.
The force applying means includes, for example, a motor drive, a hydraulic pressure, and a piston driven by pneumatic pressure. However, the force applying means is not limited to this, and any force applying means can be used. May be.
The elastic member is a leaf spring, a coil spring or the like.
As the elastic displacement amount detecting means, a linear scale, a capacitor pick (charge capacitance type displacement sensor), an LVDT (operating transformer), an electric micrometer, or the like is used, but is not limited thereto, and the elastic deformation of the elastic member is used. Any material can be used as long as the amount can be measured.
[0008]
  According to the first aspect of the invention, the elastic displacement amount of the elastic member is detected by the elastic displacement amount detection means, and the pushing force acting on the indenter based on the change in the detection result of the elastic displacement amount detection means by the increase rate calculation means. The rate of increase (load speed) is calculated, and the rate of increase follows the target rate of increase based on a comparison between the rate of increase calculated by the rate of increase calculation means and the target rate of increase set in advance by the rate of increase control means. Thus, the force applying means is controlled so that the load speed acting on the sample is always maintained at the target value in the course of the test. Therefore, the hardness test can be accurately performed at a load speed according to the standard.
Also, until the indenter pushing force reaches the critical pushing force, the force applying means is controlled by the increase rate control means so that the load speed of the indenter becomes constant, and after the pushing force of the indenter reaches the critical pushing force, the pushing force is controlled. Since the force applying means is controlled by the force control means so that the pushing force converges to the target pushing force, it is possible to reliably avoid the pushing force of the indenter from overshooting the target pushing force.
[0009]
  The invention according to claim 2For example, as shown in FIGS. 1 to 8, an indentation formation mechanism (10) used in a testing machine for measuring material characteristics of a sample based on forming an indentation on the surface of the sample (S) by an indenter (3). There,
A force applying means (for example, a servo motor 61) for applying a pressing force for forming an indentation on the sample surface to the indenter, and an elasticity for transmitting the force applied by the force applying means to the indenter. Changes in the detection results of the member (for example, the leaf spring 7), the elastic displacement amount detecting means (for example, the spring displacement amount sensor 64) for detecting the elastic displacement amount of the elastic member, and the elastic displacement amount detecting means. An increase rate calculating means (for example, a differentiator 65 or the like) for calculating an increase rate of the pushing force acting on the indenter based on the increase rate calculated by the increase rate calculating means, and a preset target increase rate On the basis of the comparison with the increase rate control means (for example, load arm operation control unit 67 etc.) feedback control the force applying means so that the increase rate follows the target increase rate,
An intrusion amount detecting means (for example, arm position sensor 8) that detects the intrusion amount of the indenter into the sample, and the intrusion amount detected by the intrusion amount detecting means is less than a preset limit intrusion amount. An intrusion amount determining means (for example, a load arm operation control unit 67) that determines whether or not a predetermined critical intrusion amount has been reached, and the intrusion amount has reached the critical intrusion amount by the intrusion amount determining means. An intrusion amount control means (for example, a load arm operation control unit 67) that controls the force applying means so that the intrusion amount converges to the limited intrusion amount when determined, and the increase rate control means Is characterized in that when the intrusion amount determining means determines that the intrusion amount has not reached the critical intrusion amount, feedback control of the force applying means is performed.
[0010]
  According to invention of Claim 2,The elastic displacement amount detection means detects the elastic displacement amount of the elastic member, and the increase rate calculation means calculates the increase rate (load speed) of the pushing force acting on the indenter based on the change in the detection result of the elastic displacement amount detection means. The force applying means is controlled by the increase rate control unit so that the increase rate follows the target increase rate based on a comparison between the increase rate calculated by the increase rate calculating unit and a preset target increase rate. The load speed acting on the sample is always maintained at the target value during the course of the test. Therefore, the hardness test can be accurately performed at a load speed according to the standard.
  Also, until the indentation amount reaches the critical penetration amount, the force applying means is controlled by the increase rate control means so that the load speed of the indenter becomes constant, and after the indentation penetration amount reaches the critical penetration amount, Since the force applying means is controlled so that the intrusion amount of the indenter converges to the limited intrusion amount by the amount determining means, it is possible to reliably avoid the intrusion amount of the indenter from overshooting the target intrusion amount.
[0011]
  The invention described in claim 33. The indentation forming mechanism according to claim 1 or 2, wherein the increase rate calculation means includes the detection result of the elastic displacement amount detection means at an arbitrary time point and the elastic displacement after a predetermined sampling period has elapsed from the time point. The increase rate is calculated based on the difference between the detection result of the amount detection means andIt is characterized by that.
[0012]
  According to invention of Claim 3,Claim 1 or 2Of course, the effects of the described invention can be obtained.The increase rate calculating means calculates the increase rate based on the difference between the detection result of the elastic displacement amount detection means at an arbitrary time and the detection result of the elastic displacement amount detection means after a predetermined sampling period has elapsed from that time point. Since it is calculated, the increase rate can be calculated quickly. Such an increase rate calculating means can be realized by software.
[0013]
  Invention of Claim 4The hardness testing machine (1) is based on the indentation forming mechanism (10) according to any one of claims 1 to 3 and a predetermined measurement result relating to the form of the indentation formed on the sample by the indentation forming mechanism. A hardness calculation means (for example, a hardness calculation unit 9) for calculating the hardness of the sample.It is characterized by that.
[0014]
  According to invention of Claim 4, the indentation formation mechanism in any one of Claims 1-3Therefore, it is possible to provide a hardness tester capable of accurately performing a hardness test at a load speed according to the standard.
Here, for example, the hardness calculating means may calculate the hardness of the sample based on the depth of the indentation, or based on the diagonal length of the indentation in plan view May be calculated.
The hardness tester is, for example, a Rockwell hardness tester, a Vickers hardness tester, a Brinell hardness tester, or a Martens hardness tester.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of a hardness tester according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, a hardness tester 1 includes a tester main body 2, a load arm 4 rotatably supported by the tester main body 2, and an indenter 3 attached to a free end, and an indenter 3. Is provided below the test machine main body 2 and is provided below the sample stage 5 on which the sample S is placed and the load arm 4, and the free end side of the load arm 4 is rotated to form an indentation on the sample surface. Indentation forming mechanism portion configured by a load arm actuating portion 6 for applying a force for applying a pressing force and a leaf spring 7 for transmitting the force generated when the load arm actuating portion 6 is actuated to the load arm 4 10 and an arm position sensor 8 that measures the depth of the indentation formed by the indenter 3, and a hardness calculation unit 9 that calculates the hardness of the sample S based on the measurement by the arm position sensor 8 (FIG. 3). See).
[0018]
Further, the hardness tester 1 includes an input device (not shown) for inputting test conditions such as a target pushing force and a load speed, a test condition input screen (see FIG. 7) described later, and a hardness calculation unit 9. And an output device 11 (see FIG. 3) that displays and outputs the hardness calculated by.
These input device and output device may be externally attached to the hardness tester 1 in a detachable manner.
[0019]
The testing machine main body 2 includes a load arm operating unit 6 and an electrical component 21 serving as a drive source for the load arm operating unit 6. The load arm 4 is rotatably supported on the testing machine main body 2 by a cross spring 41 or a rolling bearing, and an indenter 3 is detachably attached to a free end portion. The load arm 4 is integrated with a leaf spring 7. A groove 7a is provided along the longitudinal direction between the leaf spring 7 and the load arm 4, and the tip of the groove 7a on the indenter 3 side is open.
[0020]
The sample stage 5 is provided with a square screw 51 on its lower surface, and is attached to the tester main body 2 by the square screw 51 so as to be movable up and down. Furthermore, an autobrake mechanism 52 that automatically stops the sample stage 5 when the sample S and the indenter 3 come into contact with each other is provided. The load arm actuating unit 6 includes a servo motor 61 as an electric actuating means, a ball screw 62, and a fixing jig 63 attached to the tip of the ball screw 62 and fixed to the leaf spring 7. Therefore, when the servo motor 61 is driven and the ball screw 62 moves up and down, the load arm 4 integrated with the leaf spring 7 is rotated. The fixing jig 63 connects the load arm 4 and the load arm actuating portion 6, and the axis of the leaf spring 7 and the axis of the load arm actuating portion 6 due to the rotational movement of the load arm 4 and the elastic deformation of the leaf spring 7 are incorrect. It has a function of absorbing alignment, and is composed of, for example, a thin plate, a wire such as a piano wire, a combination of a knife edge and a cross spring, a universal joint, or the like.
[0021]
As shown in FIG. 2, the operation control of the load arm 4 is performed by a spring displacement sensor 64 attached to the load arm 4 and the leaf spring 7 to detect the opening amount thereof, that is, the amount of spring deformation of the leaf spring 7. A differentiator 65 for differentiating the detection result of the spring displacement sensor 64 with respect to time, a switching unit 66 for selectively adopting and outputting the detection result of the spring displacement sensor 64 or the differentiation result of the differentiator 65, and this switching unit 66 This is performed by a load arm operation control unit 67 that performs feedback control of the servo motor 61 based on the output from.
[0022]
The spring displacement sensor 64 is composed of, for example, a displacement sensor unit (linear scale) that optically reads a glass scale. By the downward operation of the ball screw 62, the spring displacement sensor 64 detects the amount of opening of the groove 7a between the leaf spring 7 and the load arm 4. The amount of spring displacement is detected, and the detected amount of spring displacement is A / D converted and output to the switching unit 66.
Here, the amount of spring displacement is equivalent to the pressing force of the indenter 3 or the test load applied to the sample S.
[0023]
The differentiator 65 is realized by software, and the spring displacement detected by the spring displacement sensor 64 at the current time and the spring displacement detected by the spring displacement sensor 64 before the predetermined sampling period from the current time. Is approximately calculated as a time derivative of the amount of spring displacement. That is, in the differentiator 65, time-series data obtained by discretely obtaining the detection results of the spring displacement sensor 64 at a predetermined sampling period are differentiated.
The differentiator 65 can also realize analog hardware using a differentiation circuit or the like, or the above digital sequence by hardware.
[0024]
The switching unit 66 includes a determination unit 661 that determines whether or not the pressing force detected by the spring displacement amount sensor 64 has reached a predetermined critical pressing force that is less than a preset target pressing force. When it is determined that the pushing force has not reached the critical pushing force, the differential result of the differentiator 65 is output to the load arm operation control unit 67, while the pushing force has reached the critical pushing force by the judging unit 661. Is determined, the detection result of the spring displacement sensor 64 is output to the load arm operation control unit 67.
The determination unit 661 can be realized by a comparison determination instruction by software, or can be realized by hardware such as a comparator.
[0025]
The load arm operation control unit 67 includes a first servo gain calculation circuit 671, a load control circuit 672, a second servo gain calculation circuit 673, a load arm position control circuit 674, a D / A converter 675, and a servo motor drive circuit 676. , Etc.
[0026]
The first servo gain calculation circuit 671 is based on the amount of change in load and the indenter 3 based on the amount of spring displacement or load speed output from the switching unit 66 and the arm position signal detected by the arm position sensor 8. A spring constant is calculated from the change in the intrusion amount to determine an initial servo gain (Gf).
Further, the first servo gain calculation circuit 671 increases the servo gain Gf when there is no error change during a predetermined number of feedback steps, and restores the original value when the servo gain Gf exceeds a predetermined value. I do. The servo gain Gf determined by the first servo gain calculation circuit 671 is output to the load control circuit 672. The first servo gain calculation circuit 671 includes a memory (not shown) that stores calculation results.
[0027]
The load control circuit 672 compares the output from the switching unit 66 with a preset target load, and adds the servo gain Gf calculated by the first servo gain calculation circuit 671 to the load control signal corresponding to these differences. Multiply and output to D / A converter 675.
[0028]
The second servo gain calculation circuit 673 is based on the spring displacement amount or load speed output from the switching unit 66 and the arm position signal detected by the arm position sensor 8 and the intrusion of the indenter 3. A spring constant is calculated from the change in quantity to determine an initial servo gain (Gp).
[0029]
The load arm position control circuit 674 compares the arm position signal detected by the arm position sensor 8 with preset target position data, and multiplies the position control signal corresponding to the difference by the servo gain Gp to obtain D / Output to the A converter 675.
[0030]
The servo motor drive circuit 676 receives the load control signal and the position control signal D / A converted by the D / A converter 675 as input, amplifies them with a current amplifier 676a in consideration of differential elements and integral elements, and then servo motors To 61.
[0031]
Similarly to the spring displacement sensor 64, the arm position sensor 8 is composed of, for example, a displacement sensor unit (linear scale) that optically reads a glass scale, and measures the amount of movement of the load arm 4 in the vertical direction.
Here, the amount of movement of the load arm 4 in the vertical direction is equivalent to the amount of penetration of the indenter 3 into the sample S.
[0032]
As shown in FIG. 3, the hardness calculation unit 9 includes an amplifier 91, an A / D converter 92, an arithmetic circuit 93, an output circuit 94, and the like.
[0033]
The amplifier 91 amplifies the arm position displacement signal detected by the arm position sensor 8 and outputs the amplified signal to the A / D converter 92. The A / D converter 92 A / D converts the amplified arm position displacement signal and outputs it to the arithmetic circuit 93. The arithmetic circuit 93 calculates the hardness by calculating the A / D converted arm position displacement signal according to a built-in arithmetic program, and outputs the hardness to the output circuit 94. The output circuit 94 processes the hardness data calculated by the arithmetic circuit 93 into data of a predetermined output format and outputs the data to the output device 11 connected to the hardness tester 1.
Here, the output device 11 is, for example, a display device that monitors hardness data, or a printing device that prints and outputs hardness data on paper.
[0034]
Then, by driving the servo motor 61 controlled by the servo motor drive circuit 676, the ball screw 62 rotates and operates downward. At this time, the leaf spring 7 attached to the ball screw 62 and the load arm 4 integrated therewith rotate downward, and the indenter 3 attached to the free end of the load arm 4 comes into contact with the sample S. At this time, the opening amount of the groove portion 7a between the leaf spring 7 and the load arm 4 is detected by the spring displacement amount sensor 64 as a spring displacement amount signal, and the detected spring displacement amount signal is amplified and a servo gain calculation circuit 651 is obtained. Is output.
[0035]
Next, the operation of the hardness tester 1 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
First, the operation in the constant load speed control (load speed feedback control) will be described with reference to FIG.
As a premise, when the power is turned on, a test condition input screen 70 as shown in FIG. 7 is displayed on a display device (not shown). In FIG. 7, reference numeral 71 denotes an input frame for inputting a target test force (target pushing force) [N] of the indenter. Reference numeral 72 denotes a check box for selecting whether or not to limit the intrusion amount of the indenter in advance. Reference numeral 73 denotes an input frame for inputting the limit value [μm] when limiting the intrusion amount of the indenter.
[0036]
Reference numeral 74 denotes a check box for selecting whether the test condition is designated by the load speed or the load time. Reference numeral 75 denotes an input frame for inputting the load speed [N / sec] when the test condition is designated by the load speed. Reference numeral 76 denotes an input frame for inputting the load time [sec] when the test condition is designated by the load time. When the load time is input here, the load speed is calculated by dividing the target test force input to the input frame 71 by the load time, and the calculated load speed is input to the input frame. 75 is automatically displayed. Reference numeral 77 denotes an input frame for inputting a time [sec] for holding the load when the test force of the indenter reaches the target test force.
[0037]
Here, the user inputs the target test force into the input frame 71 using an input device (not shown). As a result, the target test force is substituted into the parameter “targetF” and set in a memory (not shown) built in the hardness tester 1.
Next, the user inputs the load time in the input frame 76 or inputs the load speed in the input frame. As a result, the target load speed is substituted into the parameter “targetVF” and set in a memory (not shown).
[0038]
Under the premise as described above, in step S1, the load arm operation control unit 67 initializes each variable. That is, the load arm operation control unit 67 initializes values such as servo gain (Gain; Gf), arm position (DIFP), load, that is, the pushing force (DIFF) of the indenter 3.
More specifically, the initial value of the servo gain (Gf) is 1, and the initial value of the arm position and overload is 0.
[0039]
When performing a standard test (Rockwell, Vickers and Brinell scales), it is inconvenient to use the setting method for generating an arbitrary test force described above. Therefore, the test force to be generated is set by selecting a test scale, and the load time is determined by setting the load speed. Alternatively, a setting interface is provided in which the load time is set and the load speed is determined.
[0040]
Next, in step S <b> 2, the pushing force, that is, the load that is the detection result of the spring displacement amount sensor 64 is input to the determination unit 661. At this time, since the load is initialized to 0, the determination unit 661 determines that the load has not yet reached the critical pushing force. Accordingly, the calculation result of the differentiator 65 is selected by the switching unit 66 and input to the load arm operation control unit 67.
[0041]
The value of the critical indentation force is not particularly limited as long as it is less than the target test force (targetF), but if this value is too large, the target test force may be overshot. On the other hand, if this value is too small, the area of constant load speed control is reduced. Therefore, it is desirable to predetermine an optimum value for this value in consideration of the ability of the servo motor 61 and the material of the sample. The critical pushing force may be automatically calculated based on the various parameters described above. Or it is good also as determined by the arbitrary setting by a user.
In the present embodiment, the critical indentation force is 90 percent of the target test force (targetF × 0.9).
[0042]
Here, the calculation performed by the differentiator 65 will be specifically described with reference to FIG. In each step of FIG. 6, the temporary parameter “TempF” stores the amount of spring displacement (pushing force) detected at the time of the previous one cycle from the current time. The parameter “force sensor value” stores a spring displacement value (pushing force) detected at the present time. The parameter “load speed” stores a time differential (difference) value of the spring displacement amount at the present time. This parameter is used in a later feedback control routine.
[0043]
Specifically, in step S61, the differentiator 65 subtracts the amount of spring displacement detected at the present time from the amount of spring displacement detected one cycle before, and substitutes the subtraction result into “load speed”. Next, in step S62, the spring displacement amount detected at the present time is stored in “TempF” for use as a spring displacement amount one cycle later, that is, in the next routine.
Such processes of step S61 and step S62 are executed every time the process of step S2 of FIG. 4 is performed.
[0044]
Referring back to FIG. 4, in step S3, the load control circuit 672 outputs a control signal obtained by multiplying the difference between the current load speed value and the target load speed (targetVF) by the servo gain (Gf). Output to the A converter 675. Accordingly, the servo motor 61 is driven by the servo motor driving circuit 676 and the indenter 3 enters the sample S.
[0045]
Next, in step S4, the determination unit 661 determines whether or not the current load has reached the critical pushing force. When the determination unit 661 determines that the current load has not yet reached the critical pushing force (step S4; NO), the process returns to step S1 again. On the other hand, when it is determined that the current load has reached the critical pushing force (step S4; YES), the process proceeds to step S5, and target force generation control described later is performed.
[0046]
According to the load speed constant control described above, as shown in FIG. 8A, the load speed of the load applied to the sample is kept constant until it reaches 90 percent of the target load (critical pressing force).
[0047]
Next, target force generation control (force feedback control) will be described with reference to FIG.
First, in step S6, the load arm operation control unit 67 initializes each variable.
That is, the value of servo gain (Gain; Gf) is initialized to 1, and the value of error (Err) is initialized to 0.
[0048]
Next, in step S7, the load arm operation control unit 67 stores the detection results of the spring displacement sensor 64 and the arm position sensor 8 in the current state in a built-in memory (not shown). This is for use in load control in the next routine.
[0049]
Next, in step S8, the load arm operation control unit 67 assigns the detection result of the arm position sensor 8 in the current state to the parameter “DIFP” and also sets the detection result of the spring displacement sensor 64 in the current state to the parameter “DIFF”. Assign to.
Next, the servo gain (Gain) in the target force generation control (force feedback control) is calculated by Gain = A × “spring constant of the system including characteristics of the sample and the tester”. A is an arbitrary constant.
Here, since the load value and arm position can be obtained in this testing machine, the above-mentioned “spring constant of the system including the characteristics of the sample and testing machine” indicates the change in load per unit time as the arm per unit time. It is obtained by dividing by the change in position.
Specifically, the load arm operation control unit 67 determines the servo gain (Gain) in the target force generation control (force feedback control) by the following equation (1).
Gain = A x (DIFF-load value) / (DIFP-arm position) (1)
Here, A is an arbitrary constant.
[0050]
Next, in step S9, the load arm operation control unit 67 calculates an error (Err), that is, a difference between the actual load value and the target load value by the following equation (2).
Err = Gain x load value-TargetF (2)
[0051]
Next, in step S10, the load arm operation control unit 67 determines whether an error remains. That is, the load arm operation control unit 67 determines whether or not the difference between the comparison error (Err1) obtained in the previous feedback routine and the current error (Err) is “0”.
Here, whether or not there is an error is determined by determining that an error remains when the error difference is continuously “0” in a predetermined number of feedback routines (for example, five times). Also good. The servo gain may be increased stepwise (for example, every 0.2).
When the load arm operation control unit 67 determines that the difference is “0” (step S10; NO), the load arm operation control unit 67 proceeds to step S12.
On the other hand, when it is determined that the difference is not “0” (step S10; YES), the load arm operation control unit 67 proceeds to step S11. In step S11, the load arm operation control unit 67 performs a process of increasing the servo gain by a predetermined value, and then proceeds to step S12.
[0052]
Next, in step S12, the load arm operation control unit 67 determines whether the servo gain exceeds the allowable upper limit value.
When the load arm operation control unit 67 determines that the servo gain does not exceed the allowable upper limit (step S12; NO), the load arm operation control unit 67 proceeds to step S14.
On the other hand, when it is determined that the servo gain has exceeded the allowable upper limit value (step S12; YES), the load arm operation control unit 67 proceeds to step S13 and performs a process of lowering the servo gain by a predetermined value. The process proceeds to step S14.
[0053]
Next, in step S14, the load arm operation control unit 67 determines whether or not the test force is being held.
When the load arm operation control unit 67 determines that the test force is being held (step S14; YES), the load arm operation control unit 67 proceeds to step S17.
On the other hand, when the load arm operation control unit 67 determines that the test force is not being held (step S14; NO), the process proceeds to step S15.
[0054]
In step S15, the load arm operation control unit 67 determines whether or not the pushing force of the indenter 3 in the current state has reached the target test force. When it is determined that the pushing force is not the target test force (step S15; NO), the load arm operation control unit 67 returns to step S7 and repeats the process again.
On the other hand, when it is determined that the pushing force has reached the target test force (step S15; YES), the load arm operation control unit 67 proceeds to step S16 and starts a timer to maintain the test force. Then, it returns to step S7 and continues the process after step S7.
[0055]
On the other hand, as a result of the determination in step S14, when the process proceeds to step S17, the load arm operation control unit 67 determines whether or not the timer has reached the holding time. In this timer, the holding time [sec] input in the input frame of the test condition input screen 70 is set.
When the load arm operation control unit 67 determines that the timer does not reach the holding time (step S17; NO), the load arm operation control unit 67 returns to step S7 and continues the process.
On the other hand, when it is determined that the timer has reached the holding time (step S17; YES), the load arm operation control unit 67 ends the target force generation control.
[0056]
According to the target force generation control (force food back control) described above, as shown in FIG. 8A, 90% of the target load converges to the target load without overshooting, and the target weight is It is held for a predetermined holding time.
[0057]
Note that, after the constant load speed control (load speed feedback control), position feedback control may be performed instead of the target force generation control (force food back control).
As a condition for switching from constant load speed control (speed feedback control) to position feedback control, instead of step S4 in FIG. 4, the detection result of the arm position sensor 8, that is, the intrusion amount of the indenter is 90% of LIM_DEPTH (LIM_DEPTH × 0). .9) is preferably performed. Here, the variable LIM_DEPTH is a parameter representing the limited intrusion amount [μm] input to the input frame 73 in the test condition input screen 70 shown in FIG.
In step S9 of FIG. 5, the following equation (3) is calculated instead of equation (2).
Err = Gain × arm position−LIM_DEPTH (3)
Further, instead of the processing of step S15 in FIG. 5, it is determined whether or not the detection result of the arm position sensor 8, that is, the intrusion amount of the indenter 3 in the current state has reached the limit intrusion amount (LIM_DEPTH).
As described above, when the position feedback control is performed instead of the target force generation control (force hoodback control), as shown in FIG. The entered indenter 3 converges to the limit intrusion amount without overshooting the limit intrusion amount, and the target load is held for a predetermined holding time.
[0058]
After the target force generation control (force feedback control) or position feedback control is completed, the indentation depth, that is, the intrusion amount of the indenter 3 is measured by the arm position sensor 8 as an arm position signal. Amplified by the amplifier 91, A / D converted by the A / D converter 92, and output to the arithmetic circuit 93.
[0059]
Next, the arithmetic circuit 93 calculates the hardness of the sample S from the arm position signal subjected to A / D conversion by an arithmetic operation based on an internal arithmetic program. The calculated hardness data is monitored by the output device 11 via the output circuit 94.
[0060]
According to the hardness tester 1 described above, the following effects can be obtained.
(1) The elastic displacement amount of the leaf spring 7, that is, the opening amount of the groove 7a is detected by the spring displacement amount sensor 64, and the detection result of the spring displacement amount sensor 64 is differentiated by the differentiator 65, whereby the load speed in the current state is detected. The load arm operation control unit 67 performs feedback control of the servo motor 61 so that the load speed follows the target load speed based on the comparison between the calculation result of the differentiator 65 and a preset target load speed. Therefore, the load speed acting on the sample S is always maintained at the target load speed in the course of the test. Therefore, the hardness test can be accurately performed with a load speed according to the standard.
[0061]
(2) The servomotor 61 is speed-feedback controlled so that the load speed is constant until the pushing force of the indenter 3 reaches the critical pushing force by the load arm operation control unit 67, while the pushing force of the indenter 3 is critical. After reaching the indentation force, force feedback control is performed so that the indentation force converges to the target indentation force, so that the hardness test can be accurately performed at a load speed according to the standard. It can be surely avoided that the pushing force overshoots the target pushing force.
[0062]
(3) The load motor operation control unit 67 performs speed feedback control of the servo motor 61 so that the load speed is constant until the pushing force of the indenter 3 reaches the critical pushing force, while the pushing force of the indenter 3 is critical. After reaching the indentation force, position feedback control is performed so that the intrusion amount of the indenter 3 converges to the limited intrusion amount, so that the hardness test can be performed accurately with a load speed as specified, of course. It is possible to reliably avoid that the amount of intrusion overshoots the target amount of intrusion.
[0063]
(4) The differentiator 65 loads based on the difference between the detection result of the spring displacement sensor 64 at an arbitrary time and the detection result of the spring displacement sensor 64 after a predetermined sampling period has elapsed from that time. Since the speed is approximately calculated, the load speed is calculated quickly, and the speed feedback control is not delayed. Thereby, the controllability of the load arm operation control unit 67 is improved and the reliability of the test conditions is also improved.
[0064]
In the above embodiment, linear scales are used for both the spring displacement sensor 64 and the arm position sensor 8, but the present invention is not limited to this. For example, a capacitor pick (charge capacity displacement sensor), LVDT (actuation) A transformer), an electric micrometer, or the like may be used.
Further, instead of the leaf spring 7, a coil spring, an assembled leaf spring, an integral spring, rubber or the like may be used. Further, in the case where a relatively large load is applied to the sample S, the leaf spring 7 may be a both-end support beam.
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the load speed acting on the sample is always maintained at the target value in the course of the test, the hardness test can be accurately performed with the load speed according to the standard.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a main part of a hardness tester to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an internal block diagram of the hardness tester shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a main configuration of a hardness calculation unit provided in the hardness tester shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart for explaining speed feedback control by the hardness tester shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a flowchart for explaining force feedback control by the hardness tester shown in FIG. 1;
6 is a flowchart for explaining the operation of a differentiator provided in the hardness tester shown in FIG. 1. FIG.
7 is a diagram showing a test condition input screen displayed on a display device connected to the hardness tester shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 8A is a diagram for explaining speed feedback control and force feedback control by a hardness tester, and FIG. 8B is a diagram for explaining speed feedback control and position feedback control by a hardness tester. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Hardness tester
3 Indenter
7 Leaf spring (elastic member)
8 Arm position sensor (intrusion detection means)
9 Hardness calculation part (hardness calculation means)
10 Indentation formation mechanism
61 Servo motor (force applying means)
64 Spring displacement sensor (elastic displacement detection means, pushing force calculation means)
65 Differentiator (Increase rate calculation means)
67 Load arm operation control section (increase rate control means, pushing force judgment position means)
661 determination unit (pushing force determination means)
S sample

Claims (4)

圧子によって試料表面に圧痕を形成させることに基づいて当該試料の材料特性を測定する試験機に用いられる圧痕形成機構であって、
前記試料表面に圧痕を形成させる押込力を圧子に作用させる為の力を付与する力付与手段と、
前記力付与手段によって付与された力を前記圧子に伝達する弾性部材と、
前記弾性部材の弾性変位量を検出する弾性変位量検出手段と、
前記弾性変位量検出手段の検出結果の変化に基づいて前記圧子に作用する押込力の増加率を算出する増加率算出手段と、
前記増加率算出手段によって算出された前記増加率と、予め設定された目標増加率との比較に基づいて、前記増加率が前記目標増加率に追随するよう前記力付与手段をフィードバック制御する増加率制御手段と、
前記弾性変位量検出手段の検出結果に基づいて前記圧子に作用している押込力を算出する押込力算出手段と、
前記押込力算出手段によって算出された押込力が、予め設定された目標押込力未満の所定の臨界押込力に達したか否かを判定する押込力判定手段と、
前記押込力判定手段によって前記押込力が前記臨界押込力に達したと判定された場合に、当該押込力が前記目標押込力に収束するよう前記力付与手段を制御する押込力制御手段と、を備え、
前記増加率制御手段は、前記押込力判定手段によって前記押込力が前記臨界押込力に達していないと判定された場合に、前記力付与手段のフィードバック制御を行うことを特徴とする圧痕形成機構。
An indentation formation mechanism used in a testing machine that measures material properties of a sample based on forming an indentation on the sample surface with an indenter,
A force applying means for applying a force for applying an indentation force to the indenter to form an indentation on the sample surface;
An elastic member for transmitting the force applied by the force applying means to the indenter;
Elastic displacement amount detecting means for detecting an elastic displacement amount of the elastic member;
An increasing rate calculating means for calculating an increasing rate of the pushing force acting on the indenter based on a change in a detection result of the elastic displacement detecting means;
Based on a comparison between the increase rate calculated by the increase rate calculation means and a preset target increase rate, an increase rate that feedback-controls the force applying unit so that the increase rate follows the target increase rate Control means;
A pushing force calculating means for calculating a pushing force acting on the indenter based on a detection result of the elastic displacement amount detecting means;
A pushing force determining means for determining whether or not the pushing force calculated by the pushing force calculating means has reached a predetermined critical pushing force less than a preset target pushing force;
A pushing force control means for controlling the force applying means so that the pushing force converges to the target pushing force when the pushing force judging means determines that the pushing force has reached the critical pushing force; Prepared,
The indentation forming mechanism characterized in that the increase rate control means performs feedback control of the force applying means when the pushing force determining means determines that the pushing force has not reached the critical pushing force .
圧子によって試料表面に圧痕を形成させることに基づいて当該試料の材料特性を測定する試験機に用いられる圧痕形成機構であって、
前記試料表面に圧痕を形成させる押込力を圧子に作用させる為の力を付与する力付与手段と、
前記力付与手段によって付与された力を前記圧子に伝達する弾性部材と、
前記弾性部材の弾性変位量を検出する弾性変位量検出手段と、
前記弾性変位量検出手段の検出結果の変化に基づいて前記圧子に作用する押込力の増加率を算出する増加率算出手段と、
前記増加率算出手段によって算出された前記増加率と、予め設定された目標増加率との比較に基づいて、前記増加率が前記目標増加率に追随するよう前記力付与手段をフィードバック制御する増加率制御手段と、
前記圧子の前記試料への侵入量を検出する侵入量検出手段と、
前記侵入量検出手段によって検出された前記侵入量が、予め設定された制限侵入量未満の所定の臨界侵入量に達したか否かを判定する侵入量判定手段と、
前記侵入量判定手段によって前記侵入量が、前記臨界侵入量に達したと判定された場合に、当該侵入量が前記制限侵入量に収束するよう前記力付与手段を制御する侵入量制御手段と、を備え、
前記増加率制御手段は、前記侵入量判定手段によって前記侵入量が前記臨界侵入量に達していないと判定された場合に、前記力付与手段のフィードバック制御を行うことを特徴とする圧痕形成機構。
An indentation formation mechanism used in a testing machine that measures material properties of a sample based on forming an indentation on the sample surface with an indenter,
A force applying means for applying a force for applying an indentation force to the indenter to form an indentation on the sample surface;
An elastic member for transmitting the force applied by the force applying means to the indenter;
Elastic displacement amount detecting means for detecting an elastic displacement amount of the elastic member;
An increasing rate calculating means for calculating an increasing rate of the pushing force acting on the indenter based on a change in a detection result of the elastic displacement detecting means;
Based on a comparison between the increase rate calculated by the increase rate calculation means and a preset target increase rate, an increase rate that feedback-controls the force applying unit so that the increase rate follows the target increase rate Control means;
An intrusion amount detecting means for detecting an intrusion amount of the indenter into the sample;
An intrusion amount determination means for determining whether or not the intrusion amount detected by the intrusion amount detection means has reached a predetermined critical intrusion amount less than a preset limit intrusion amount;
An intrusion amount control means for controlling the force applying means so that the intrusion amount converges to the limited intrusion amount when the intrusion amount is determined to have reached the critical intrusion amount by the intrusion amount determination means; With
The indentation forming mechanism characterized in that the increase rate control means performs feedback control of the force applying means when the penetration amount determination means determines that the penetration amount has not reached the critical penetration amount .
請求項1または2記載の圧痕形成機構において、
前記増加率算出手段は、任意の時点における前記弾性変位量検出手段の検出結果と、前記時点から所定のサンプリング周期が経過した後における前記弾性変位量検出手段の検出結果と、の差分に基づいて前記増加率を算出することを特徴とする圧痕形成機構。
The indentation formation mechanism according to claim 1 or 2,
The increase rate calculation means is based on a difference between a detection result of the elastic displacement amount detection means at an arbitrary time point and a detection result of the elastic displacement amount detection means after a predetermined sampling period has elapsed from the time point. An indentation formation mechanism that calculates the rate of increase .
請求項1〜3の何れかに記載の圧痕形成機構と、  Indentation formation mechanism according to any one of claims 1 to 3,
前記圧痕形成機構によって前記試料に形成された圧痕の形態に関する所定の測定結果に基づいて当該試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、  Hardness calculation means for calculating the hardness of the sample based on a predetermined measurement result relating to the form of the impression formed on the sample by the indentation formation mechanism;
を備えたことを特徴とする硬さ試験機。  A hardness tester characterized by comprising:
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