JP4261418B2 - 硬さ試験機及び自動硬さ試験方法 - Google Patents
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Description
このような硬さ試験機であるビッカース硬さ試験機において、試料の表面に形成したくぼみを自動で読み取り、そのくぼみの大きさを自動で計測し、試料の硬さを測定する硬さ試験機が知られている(例えば、特許文献1参照。)
圧子により試料の表面に設定試験力を負荷してくぼみを形成させるくぼみ形成機構部を備える硬さ試験機であって、
前記試料の表面を所定の撮像範囲で撮像して画像データを取得する撮像部と、
前記撮像部により取得された画像データに基づいて、所定の条件により前記撮像範囲内で硬さ試験に適した適合範囲と硬さ試験に適さない不適合範囲とに区分する区分手段と、
前記区分手段により区分された前記適合範囲に、前記設定試験力に応じて定められた試験エリアが確保できるか否かを判断するエリア判断手段と、
前記エリア判断手段により、前記試験エリアが確保できると判断された前記試験エリアに関する位置情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記試験エリアに関する位置情報に基づき、前記くぼみ形成機構部に対して前記試験エリアにくぼみを形成させる制御を行うくぼみ形成制御手段と、
を備えることを特徴とする。
よって、硬さ試験機は、試料の表面のうちで硬さ試験に適合する試験エリアを自動で判断するので、例えば、試料表面に異物等が存在する場合であっても、その部分を避けて試験することができることとなって、自動硬さ測定をより正確に行うことができる。
前記区分手段は、
前記撮像部により取得された画像データを所定のしきい値に基づき二値化する二値化手段を備え、
前記二値化手段により二値化された画像データに基づき、前記撮像範囲内で硬さ試験に適した適合範囲と硬さ試験に適さない不適合範囲とを区分することを特徴とする。
よって、硬さ試験機は、所定のしきい値に基づき二値化した範囲を、それぞれ硬さ試験に適した適合範囲と、硬さ試験に適さない不適合範囲とに区分することができるので、より容易に適合範囲と不適合範囲との区分を行うことができる。
前記エリア判断手段は、
前記適合範囲内に前記試験エリアが確保できないと判断した場合に、更に前記設定試験力よりも小さな試験力に応じた第二の試験エリアが前記適合範囲内に確保できるか否かを判断し、
前記くぼみ形成制御手段は、
前記エリア判断手段により、前記くぼみ形成機構部に対して当該確保された前記適合範囲中の前記第二の試験エリアにくぼみを形成させる制御を行うことを特徴とする。
よって、硬さ試験機は、設定試験力に応じた大きさの試験エリアが確保できない場合に、より小さな試験力に応じた小さな第二の試験エリアを確保して、くぼみを形成することにより、必ずしも設定試験力で硬さ試験を行わなくてもよい場合には、わざわざ撮像範囲を変える必要がないので、より効率的な硬さ試験を行うことができる。
前記設定試験力と前記試料の予想硬さを入力するための入力手段と、
前記入力手段により入力された前記設定試験力と前記試料の予想硬さとに基づいて、試験エリアの大きさを算出する試験エリア算出手段と、
を備えることを特徴とする。
よって、硬さ試験機は、最適な試験エリアの大きさを容易に定めることができるので、エリア判断手段が適合範囲における試験エリアの確保に関する処理を効率的に行うことができる。
前記試料が載置される試料台と、
前記試料台を前記圧子の移動方向に対して垂直方向に移動させる移動部と、
前記エリア判断手段により、前記適合範囲中に前記試験エリアが確保されたことに基づき、前記撮像範囲が変わるように、前記移動部を駆動させて前記試料台を移動させる試料台移動制御手段と、
を備えることを特徴とする。
よって、硬さ試験機は、ある撮像範囲において試験エリアを確保した後、異なる撮像範囲における試験エリアを確保する処理動作に移行することができる。
前記撮像部が、前記試料の表面を所定の撮像範囲で撮像して画像データを取得する第一工程と、
前記区分手段が、前記撮像部により取得された画像データに基づいて、所定の条件により前記撮像範囲内で硬さ試験に適した適合範囲と硬さ試験に適さない不適合範囲とに区分する第二工程と、
前記エリア判断手段が、前記区分手段により区分された前記適合範囲に、前記設定試験力に応じて定められた試験エリアが確保できるか否かを判断する第三工程と、
前記エリア判断手段により、前記試験エリアが確保できると判断された場合に、当該適合範囲中の試験エリアに関する位置情報を前記記憶部に記憶する第四工程と、
前記移動部が、前記第四工程の後、前記試料台を移動させる第五工程と、
前記くぼみ形成制御手段は、前記第一〜第五工程を所定回数繰り返して行った後、前記記憶部に記憶された位置情報に基づいて、前記くぼみ形成機構部に対して当該確保された前記適合範囲中の前記試験エリアにくぼみを形成させる制御を行うことを特徴とする。
つまり、撮像部により取得された試料の表面の画像データに基づいて、区分された硬さ試験に適した適合範囲に、設定試験力に応じて定められた試験エリアが確保できるか否か判断され、確保できると判断された試験エリアに関する位置情報は、記憶部に記憶され、その記憶された試験エリアに関する位置情報に基づき、くぼみ形成制御手段が試料にくぼみを形成するように、くぼみ形成機構部を動作させる。
よって、請求項5記載の硬さ試験機を用いれば、硬さ試験を行う試験エリアを複数箇所確保した後に、当該試験エリアにくぼみを形成することができるので、より効率的に自動硬さ試験を行うことができる。
よって、硬さ試験機は、試料の表面のうちで硬さ試験に適合する試験エリアを自動で判断するので、例えば、試料表面に異物等が存在する場合であっても、その部分を避けて試験することができることとなって、自動硬さ測定をより正確に行うことができる。
よって、硬さ試験機は、所定のしきい値に基づき二値化した範囲を、それぞれ硬さ試験に適した適合範囲と、硬さ試験に適さない不適合範囲とに区分することができるので、より容易に適合範囲と不適合範囲との区分を行うことができる。
よって、硬さ試験機は、設定試験力に応じた大きさの試験エリアが確保できない場合に、より小さな試験力に応じた小さな第二の試験エリアを確保して、くぼみを形成することにより、必ずしも設定試験力で硬さ試験を行わなくてもよい場合には、わざわざ撮像範囲を変える必要がないので、より効率的な硬さ試験を行うことができる。
よって、硬さ試験機は、最適な試験エリアの大きさを容易に定めることができるので、エリア判断手段が適合範囲における試験エリアの確保に関する処理を効率的に行うことができる。
よって、硬さ試験機は、ある撮像範囲において試験エリアを確保した後、異なる撮像範囲における試験エリアを確保する処理動作に移行することができる。
つまり、撮像部により取得された試料の表面の画像データに基づいて、区分された硬さ試験に適した適合範囲に、設定試験力に応じて定められた試験エリアが確保できるか否か判断され、確保できると判断された試験エリアに関する位置情報は、記憶部に記憶され、その記憶された試験エリアに関する位置情報に基づき、くぼみ形成制御手段が試料にくぼみを形成するように、くぼみ形成機構部を動作させる。
よって、請求項5記載の硬さ試験機を用いれば、硬さ試験を行う試験エリアを複数箇所確保した後に、当該試験エリアにくぼみを形成することができるので、より効率的に自動硬さ試験を行うことができる。
図1は、本発明に係る硬さ試験機100の全体構成を示す斜視図であり、図2は、硬さ試験機100の試験機本体10を示す模式図であり、図3は、硬さ試験機100の主要動作に必要な構成を示すブロック図である。
硬さ試験機100は試験機本体10を有し、試験機本体10は、くぼみ形成機構部1と、試料Sを載置する試料台2と、試料台2を移動する移動部としてのXYステージ3と、試料台2(XYステージ3)を昇降する昇降機構部4等を備えている。また、硬さ試験機100は試験機本体10の外部に、制御部5と、入力手段としての操作部6と、モニタ7等を備えている。
XYステージ3は、制御部5が出力する制御信号に応じて駆動する図示しない駆動機構部により駆動され、試料台2を圧子14aの移動方向に垂直な方向に移動する。例えば、鉛直方向に備えられた圧子軸14が、鉛直方向に移動するように圧子14aを移動させる場合、試料台2を水平方向(前後左右方向)に移動する。
昇降機構部4は、制御部5が出力する制御信号に応じて駆動され、試料台2(XYステージ3)を上下方向に移動する。
操作部6は、キーボード61、マウス62により構成されており、硬さ試験を行う際の操作入力(例えば、設定試験力、最低試験力、試料Sの予想硬さの入力)が行われる。操作部6は、操作入力が行われたことに基づく試験動作信号を制御部5に出力する。
モニタ7は、例えば、LCDなどの表示装置により構成されており、操作部6において入力された硬さ試験の設定条件や、硬さ試験の結果や、CCDカメラ11が撮像した試料Sの表面の画像、くぼみの画像等を表示する。
そして、制御部5は、操作部6において硬さ試験を行う操作が行われたことに基づく試験動作信号が入力されたことに伴い、ROM7bに記憶された所定のプログラムを実行させることにより、所定の硬さ試験を行うため予め設定された所定の動作条件(例えば、圧子軸14やCCDカメラ11やXYステージ3の動作条件)に基づき、硬さ試験を行う動作制御を行う。
具体的には、制御部5は、CPU5aと、ROM5bに記憶された各処理プログラム(例えば、試験エリア算出プログラム、二値化プログラム、区分プログラム、エリア判断プログラム、試料台移動制御プログラム、くぼみ形成制御プログラム)との協働によるソフトウエア処理によって、試験エリア算出手段、二値化手段、区分手段、エリア判断手段、試料台移動制御手段、くぼみ形成制御手段等としての動作制御を行う。
ここで、しきい値は、例えば、所定の輝度値として設定されている。CCDカメラ11が撮像した画像データのうち、試料Sの表面に付着したゴミなどの異物や、試料Sの表面の傷などは、標準的な試料Sの表面より暗く撮像されるので、しきい値より小さい輝度値の画素は、異物や傷などであるとし、硬さ試験を行う不適合範囲とするように設定されている。
また、エリア判断手段は、適合範囲に設定試験力に応じた試験エリアが確保できないと判断した場合、設定試験力よりも小さな試験力に応じた、より小さな第二の試験エリアが確保できるか否かを判断する制御を行う。そして、操作部6により入力された最低試験力に応じた大きさの試験エリアが確保されるか否かを判断するまで繰り返す。
また、エリア判断手段は、所定の試験力(例えば、設定試験力)に応じた試験エリアが確保されたと判断した場合、その試験エリアに関する位置情報をRAM5cに記憶する制御を行う。
また、各指定位置(T1,T2,T3)において、設定試験力に応じた試験エリアを確保できない場合などに、その指定位置の近傍位置、例えば、指定位置T1における近傍位置T11,T12を指定位置として、試験エリアの確保、設定のための処理、解析を行ってもよい。このように、指定位置の近傍位置において、試験エリアを検索することは、その試料Sの硬さに位置依存性がある場合に有効である。例えば、図5の場合は、横方向に位置依存性があるとすると、縦方向の並び(例えば、T1,T11,T12)は、類似した物性(硬さ)を有していることとなり、T1の代わりに、T11,T12の二箇所の試験エリアによる試験を行うことができる。なお、図5のパターン情報は、近傍位置移動を2回行う際のものである。
制御部5が、全指定位置の自動検索が終了したと判断すると(ステップS103;YES)、ステップS111へ進む。そして、制御部5は、その自動検索結果である硬さ試験可能位置である試験エリアに関する情報の表示をモニタ7に行い、自動検索を終える(ステップS111)。その後、硬さ試験機100は、自動検索し、確保した試験エリアへくぼみを形成する動作に移行する。そして、硬さ試験を行う。
そして、制御部5は、取得した画像データを所定のしきい値に基づき二値化する(ステップS105)。次いで、制御部5は、二値化された画像データを、適合範囲と、不適合範囲とに区分する(ステップS106)。
そして、制御部5は、区分された適合範囲に硬さ試験可能位置として必要な大きさの試験エリアがあるか否かを判断するため、図6に示すサブルーチン(指定位置内(所定の撮像範囲内)における試験エリアを自動検索するサブルーチン)に移る(ステップS107)。
制御部5が、その試験エリアが適合範囲に確保できる(その試験エリア内に不適合範囲が存在しない)と判断した場合(ステップS202;YES)、ステップS211に進む。
一方、制御部5が、その試験エリアが適合範囲に確保できない(その試験エリア内に不適合範囲が存在する)と判断した場合(ステップS202;NO)、ステップS203へ進む。
一方、制御部5が、その試験エリアが右側へ移動できないと判断すると(例えば、図7(c))(ステップS203;NO)、制御部5は、その試験エリアを左端へ移動する(ステップS205)。
一方、制御部5が、その試験エリアが下側へ移動できないと判断すると(例えば、図7(e))(ステップS206;NO)、制御部5は、その試験エリアのサイズを縦横とも1dotずつ縮小し(ステップS208)、その小さくサイズ変更した試験エリアを左上端に移動する(例えば、図7(f))(ステップS209)。
一方、制御部5が、サブルーチンのS211において、適合範囲に設定試験力に応じた試験エリアに関する情報がRAM5cに記憶されず、確保されていないと判断すると(ステップS108;NO)、制御部5は、パターン情報に基づく近傍位置への移動が設定回数(本実施の形態(図5)においては2回)行われたか否かを判断する(ステップS109)。
制御部5が、設定回数分、近傍位置への移動を行ったと判断すると(ステップS109;YES)、ステップS103へ戻る。
一方、制御部5が、まだ設定回数分、近傍位置への移動を行っていないと判断すると(ステップS109;NO)、制御部5は、設定されたパターン情報に基づく近傍位置移動に関する情報に基づき、XYステージ3を移動し、パターン情報に基づく近傍位置において、CCDカメラ11により試料Sの表面を撮像し、画像データを取得し(ステップS110)、ステップS105へ戻る。
例えば、指定位置3箇所(T1,T2,T3)、設定試験力500mN、最低試験力100mNで、自動検索を行い、指定位置T1で、500mNに応じた試験エリアを確保、指定位置T2で300mN、その近傍位置T21で100mN、T22で500mNに応じた試験エリアを確保、指定位置T3で100mN,その近傍位置T31で100mN、T32で100mNに応じた試験エリア確保した場合、設定試験力(500mN)に応じた試験エリアは、T1とT2(T22)で確保されたので、その測定可能率は66.7%(2/3)とされる。
また、300mN以上の試験力に応じた試験エリアはT1とT2で確保されたので66.7%(2/3)、100mN以上の試験力に応じた試験エリアはT1,T2,T3で確保されたので100%(3/3)とされる。
このような各試験力に応じた試験エリアの確保率である測定可能率等を表示する。
つまり、硬さ試験機100は、試料Sの表面を撮像して取得した画像データを処理、解析することにより、硬さ試験を行う際にくぼみを形成する位置(試験エリア)を、自動で判断し設定することができる。
また、硬さ試験機100は、設定された試験エリアに関する位置情報に基づき、試料Sにくぼみを形成することができ、そのくぼみを撮像することで、試料Sの硬さを算出することができる。
特に、硬さ試験機100は、硬さ試験を行う試験エリアを複数箇所確保し、記憶した後に、当該試験エリアにくぼみを形成することができるので、より効率的に硬さ試験を行うことができる。
よって、硬さ試験機100は、くぼみの形成から、硬さの測定までを自動で行うことができる。
2 試料台
3 XYステージ(移動部)
5 制御部(試験エリア算出手段、二値化手段、区分手段、エリア判断手段、試料台移動制御手段、くぼみ形成制御手段)
5a CPU
5b ROM
5c RAM(記憶部)
6 操作部(入力手段)
7 モニタ
10 試験機本体
11 CCDカメラ(撮像部)
14 圧子軸
14a 圧子
15 対物レンズ
16 ターレット
100 硬さ試験機
S 試料
Claims (6)
- 圧子により試料の表面に設定試験力を負荷してくぼみを形成させるくぼみ形成機構部を備える硬さ試験機であって、
前記試料の表面を所定の撮像範囲で撮像して画像データを取得する撮像部と、
前記撮像部により取得された画像データに基づいて、所定の条件により前記撮像範囲内で硬さ試験に適した適合範囲と硬さ試験に適さない不適合範囲とに区分する区分手段と、
前記区分手段により区分された前記適合範囲に、前記設定試験力に応じて定められた試験エリアが確保できるか否かを判断するエリア判断手段と、
前記エリア判断手段により、前記試験エリアが確保できると判断された前記試験エリアに関する位置情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記試験エリアに関する位置情報に基づき、前記くぼみ形成機構部に対して前記試験エリアにくぼみを形成させる制御を行うくぼみ形成制御手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。 - 請求項1に記載の硬さ試験機において、
前記区分手段は、
前記撮像部により取得された画像データを所定のしきい値に基づき二値化する二値化手段を備え、
前記二値化手段により二値化された画像データに基づき、前記撮像範囲内で硬さ試験に適した適合範囲と硬さ試験に適さない不適合範囲とを区分することを特徴とする硬さ試験機。 - 請求項1又は2に記載の硬さ試験機において、
前記エリア判断手段は、
前記適合範囲内に前記試験エリアが確保できないと判断した場合に、更に前記設定試験力よりも小さな試験力に応じた第二の試験エリアが前記適合範囲内に確保できるか否かを判断し、
前記くぼみ形成制御手段は、
前記エリア判断手段により、前記くぼみ形成機構部に対して当該確保された前記適合範囲中の前記第二の試験エリアにくぼみを形成させる制御を行うことを特徴とする硬さ試験機。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の硬さ試験機において、
前記設定試験力と前記試料の予想硬さを入力するための入力手段と、
前記入力手段により入力された前記設定試験力と前記試料の予想硬さとに基づいて、試験エリアの大きさを算出する試験エリア算出手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。 - 請求項1〜4の何れか一項に記載の硬さ試験機において、
前記試料が載置される試料台と、
前記試料台を前記圧子の移動方向に対して垂直方向に移動させる移動部と、
前記エリア判断手段により、前記適合範囲中に前記試験エリアが確保されたことに基づき、前記撮像範囲が変わるように、前記移動部を駆動させて前記試料台を移動させる試料台移動制御手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。 - 請求項5に記載の硬さ試験機を用いた自動硬さ試験方法であって、
前記撮像部が、前記試料の表面を所定の撮像範囲で撮像して画像データを取得する第一工程と、
前記区分手段が、前記撮像部により取得された画像データに基づいて、所定の条件により前記撮像範囲内で硬さ試験に適した適合範囲と硬さ試験に適さない不適合範囲とに区分する第二工程と、
前記エリア判断手段が、前記区分手段により区分された前記適合範囲に、前記設定試験力に応じて定められた試験エリアが確保できるか否かを判断する第三工程と、
前記エリア判断手段により、前記試験エリアが確保できると判断された場合に、当該適合範囲中の試験エリアに関する位置情報を前記記憶部に記憶する第四工程と、
前記移動部が、前記第四工程の後、前記試料台を移動させる第五工程と、
前記くぼみ形成制御手段は、前記第一〜第五工程を所定回数繰り返して行った後、前記記憶部に記憶された位置情報に基づいて、前記くぼみ形成機構部に対して当該確保された前記適合範囲中の前記試験エリアにくぼみを形成させる制御を行うことを特徴とする自動硬さ試験方法。
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