JP4299950B2 - 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、圧子により試料表面に荷重を負荷して圧痕を形成させることに基づいて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】
従来、圧子により試料表面に荷重を負荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を評価する試験機として硬さ試験が知られている。
この従来の硬さ試験機における荷重負荷機構としては、例えば、図8に示したものが知られている。
図8に示す硬さ試験機100は、いわゆるロックウェル硬さ試験機といわれるもので、おもり101と、荷重アーム102と、カム103と、荷重軸104と、圧子軸105と、圧子106などからなる圧痕形成機構110を備えている。
この圧痕形成機構110によれば、所定のおもり101が前記荷重アーム102の先端に吊され、カム103の回転によって荷重アーム102が下がり、荷重軸104に所定の荷重が作用する。そして、この荷重軸104に作用した荷重は、圧子軸105を介して圧子106に伝達され、この圧子106が下方に移動することにより、試料台107に載置された試料に圧痕が形成されるようになっている。
【0003】
ここで、上記硬さ試験機100に代表される、おもりによる荷重負荷制御では、圧痕形成中の荷重が設定値通りに試料に作用しているかどうかを確認することが出来ないという問題点があった。
また、おもりで試料に力を加えるため、ダンパー等により力の負荷速度を遅くしないと、目標以上の力が発生するという、いわゆるオーバーシュートが発生する。また、ダンパーを用いたとしても小さなオーバーシュートを消すことは困難であるという問題があった。
【0004】
この問題を解決するために、電気的に荷重負荷制御を行い、試料に加重を与える方法が考えられる。この電気的荷重負荷制御の場合、荷重アームは制御の都合上、剛性の高いものとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、剛性の高い荷重アームを有する硬さ試験機においては、手動により試料を圧子と接触させる瞬間に試料に衝撃(ステップ状の力)が加わり易く、初試験力を越えた力が容易に試料に加えられる場合がある。
このような場合、試料の硬さ試験を適切に行えないという問題があった。
【0006】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、剛性の高い荷重アームを有する圧痕形成機構および硬さ試験機において圧子と試料を接触させる際の衝撃を緩和し、容易かつ正確に試料に初試験力を与えることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項1記載の発明は、例えば、図1〜5に示すように、試料表面に、圧子(3)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に用いられる圧痕形成機構(10)であって、
前記試料と前記圧子を接触させる際に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に移動制御する衝撃緩和手段(65:荷重アーム作動制御部、61:サーボモータ)を備え、
接触時の力積を減少することによって、前記試料と前記圧子の間に生じる衝撃を緩和することを特徴としている。
【0008】
請求項1記載の発明によれば、衝撃緩和手段を備えたため、前記試料と前記圧子の接触時に、前記圧子が前記試料に与える力積を減少することができる。即ち、前記圧子と前記試料が接触する際の衝撃が緩和されるため、接触時に初試験力を越えてしまうという問題を解消できる。
【0009】
請求項2記載の発明は、
請求項1記載の圧痕形成機構において、
前記衝撃緩和手段は、
前記試料が前記圧子に接触された場合に、前記圧子の基準位置からの変位に応じて、前記試料に与える所定の荷重を算出する荷重制御手段(65:荷重アーム作動制御部)と、
前記荷重制御手段により算出された所定の荷重を前記試料に与えるように、前記圧子を前記試料と同方向に移動させる移動手段(61:サーボモータ)と、
を備えたことを特徴としている。
【0010】
請求項2記載の発明によれば、荷重制御手段と移動手段を備えたため、前記試料に圧子の基準位置からの変位に応じた荷重が与えられ、前記試料を手動により移動させる作業員は、従来と同様にハンドル等を操作するだけで、より適切に、試料に所定荷重を与えられる。
【0011】
請求項3記載の発明は、
請求項1または2記載の圧痕形成機構において、
前記衝撃緩和手段は、
前記圧子と前記試料の距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
前記圧子と前記試料が所定距離接近した場合に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に所定速度で移動制御し、接触時の力積を減少することを特徴としている。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、距離検出手段を備えたため、前記試料と前記圧子が接触する直前に、一方を他方と同方向に移動させることができ、前記試料と前記圧子の接触の瞬間に、更に衝撃を緩和できる。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載された圧痕形成機構を備えたことを特徴としている。
【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備えたため、前記試料と前記圧子を接触させる際に、容易に初試験力を越えないように接触できるため、作業効率が向上する。また、接触時に初試験力を越えることがないため、硬さ試験の結果に対する信頼性が向上する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る圧痕形成機構、及び硬さ試験機の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示す側面図であり、図2は、本発明の荷重アーム移動制御部の要部構成を示すブロック図であり、図3は、本発明に係る硬さ算出機構部の要部構成を示すブロック図である。
【0016】
図1に示す硬さ試験機1は、試験機本体2と、前記試験機本体2に回動自在に支持され、自由端部に圧子3が取り付けられる荷重アーム4と、前記圧子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、前記荷重アーム4の下方に設けられ、前記荷重アーム4の自由端側を回動させ、試料表面に圧痕を形成させるため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、前記荷重アーム作動部6が作動した際に発生した力を前記荷重アーム4に伝達する板ばね7などにより構成された圧痕形成機構部10を備えるともに、前記圧子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硬さを算出する硬さ算出部9(図3参照)などにより構成された硬さ算出機構部20を備えている。また、図示しないが、設定荷重を入力する荷重入力部も備えている。
【0017】
前記試験機本体2は、その内部に前記荷重アーム作動部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。
前記荷重アーム4は、試験機本体2に十字ばね或いは転がり軸受等により回動自在に支持されるとともに、自由端部には圧子3が着脱自在に取り付けられている。また、この荷重アーム4は、前記板ばね7と一体化されている。そして、荷重アーム4は、初期状態において、水平より所定量、下方向に回動された位置でサーボモータ61によって維持されている。
前記板ばね7と前記荷重アーム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側のその先端は開口している。
【0018】
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によって前記試験機本体2に上下動可能に取り付けられている。更に、試料sと圧子3が接触した際に自動的に試料台5が停止するオートブレーキ機構52も備えている。
前記荷重アーム作動部6は、移動手段としてのサーボモータ61と、ボールねじ62と、前記ボールねじ62の先端部に取り付けられ、前記板ばね7に固定される固定治具63と、を備えている。従って、前記サーボモータ61が駆動して前記ボールねじ62が上下動することにより、前記板ばね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。
前記固定治具63は、前記荷重アーム4と荷重アーム作動部6を接続するもので、荷重アーム4の回動運動と板ばね7の変形による板ばね7の軸と荷重アーム作動部6の軸のミスアラインメントを吸収する機能を有し、例えば、薄い板、ピアノ線等の線材、或いはナイフエッジと十字ばねの組み合わせ、ユニバーサルジョイント等を単独或いは併用して構成されている。
【0019】
この荷重アーム4の作動制御は、前記荷重アーム4と前記板ばね7とに取り付けられ、ばね変形量を測定するばね変位量センサ64と、このばね変位量センサ64により測定したばね変形量を入力し、該ばね変形量に基づいて前記ボールねじ62の作動制御を行う荷重制御手段としての荷重アーム作動制御部65と、により行われる。
ばね変位量センサ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)からなり、前記ボールねじ62の下方向への作動によって、板ばね7と荷重アーム4の溝部7aの開き量からばね変位量を測定し、当該ばね変位量信号をA/D変換した後、荷重アーム作動制御部65に出力する。
前記荷重アーム作動制御部65は、図2に示すように、サーボゲイン演算回路651、自動荷重演算回路652、荷重制御回路653、サーボゲイン演算回路654、目標位置演算回路655、荷重アーム位置制御回路656、D/A変換器657、サーボモータ駆動回路658、などを具備している。
【0020】
サーボゲイン演算回路651は、作業員が圧子3と試料sを接触させ、初試験力を与える際に、A/D変換されたばね変位量信号と、アーム位置信号とが入力される。そして、サーボゲイン演算回路651は、圧子3と試料sの接触時から、ばねにより徐々に荷重が加えられる状態をシミュレーションする制御、即ち、圧子3に試料sを接触させた後、基準位置からの変位に応じて徐々に圧子3から試料sに荷重が加わるように荷重アーム4の回動を制御(以下、ばね制御と言う。)するための値を算出する。
【0021】
また、サーボゲイン演算回路651は、試料sに試験力を加える過程において、A/D変換されたばね変位量信号と、アーム位置信号とが入力され、荷重の変化量と試料の変形量の変化からばね定数を算出して初期サーボゲイン(Gain)を決定する。
さらに、サーボゲイン演算回路651は、所定回数のフィードバックステップの間にエラー(Err)の変化がない場合にはサーボゲインを増加させ、また、サーボゲインが所定値以上となったら、もとに戻す制御を行う。決定されたサーボゲインは、荷重制御回路652に出力される。
なお、サーボゲイン演算回路651には、演算結果を記憶するメモリ(図示省略)が設けられている。
【0022】
自動荷重演算回路652は、アーム位置信号が入力され、ばね制御において試料に与える目標荷重を演算した結果あるいは予め設定された目標荷重を目標荷重信号として荷重制御回路653に出力する。
【0023】
荷重制御回路653は、A/D変換されたばね変位量信号と、自動荷重演算回路652から出力された目標荷重信号(サーボモータ指令データ)とを比較し、差分にあたる荷重制御信号にサーボゲイン演算回路651で算出したサーボゲインを付加してD/A変換器657に出力する。
【0024】
サーボゲイン演算回路654は、作業員が圧子3と試料sを接触させ、初試験力を与える際に、A/D変換されたばね変位量信号と、アーム位置信号とが入力され、ばね制御を行うための値を算出しする。
目標位置演算回路655は、ばね変位量信号が入力され、ばね制御において荷重アーム4の目標位置を算出した結果あるいは予め設定された目標位置を目標位置信号として荷重アーム位置制御回路656に出力する。
荷重アーム位置制御回路656は、アーム位置センサからのアーム位置信号を入力し、このアーム位置信号と、目標位置信号とを比較し、差分にあたる位置制御信号にサーボゲインを付加してD/A変換器657に出力する。
D/A変換器657は、荷重制御信号、位置制御信号をD/A変換してサーボモータ駆動回路658に出力する。
サーボモータ駆動回路658は、D/A変換された荷重制御信号、位置制御信号を入力し、微分要素と積分要素を加味して電流増幅器658aで増幅した後、サーボモータ61に出力する。
【0025】
前記アーム位置センサ8は、前記ばね変位量センサ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)からなり、荷重アーム4の上下方向の移動量を測定する。
前記硬さ算出部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。
【0026】
増幅器91は、アーム位置センサ8により測定されたアーム位置信号を増幅し、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、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、硬さデータを画面表示する表示装置、或いは硬さデータを紙に印字して出力する印刷装置等である。
【0027】
そして、サーボモータ駆動回路658によって増幅された荷重制御信号又はアーム位置制御信号がサーボモータ61に出力され、この荷重制御信号又はアーム位置制御信号に基づいてサーボモータ61が駆動する。そして、このサーボモータ61の駆動によりボールねじ62が回転し、上方に作動する。その際、ボールねじ62に取り付けられた板ばね7と、これと一体化された荷重アーム4が上方に軸回転しながら、荷重アーム4の自由端に取り付けられた圧子3が、作業員によって上昇された試料sと接触する。
このとき、板ばね7と荷重アーム4との間の溝部7aの開き量がばね変位量信号としてばね変位量センサ64によって計測され、このばね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。
【0028】
次に、上記硬さ試験機によるオートブレーキ制御動作について図4に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、オートブレーキ処理が開始されると、ステップS1で荷重アーム4の初期化がなされる。即ち、中立位置を検出し、中立位置から所定量下方に荷重アーム4が回動する。
次いで、ステップS2では、ばね変位量センサ64、アーム位置センサ8がリセットされ、荷重アーム4の制御を行うように初期設定がなされる。
次いで、ステップS3では、作業員により上昇された試料sが圧子3に接触した場合、ばね制御を開始する。
次いで、ステップS4では、現状態でのばね変位量センサ64、アーム位置センサ8の読み取り値を入力する。
次いで、ステップS5では、荷重アーム位置制御回路656により、(1)式に基づいてエラー(Err)を生成し、
Err=Gain×アーム位置 (1)
当該エラーに基づくアーム位置制御信号をD/A変換した後、サーボモータ駆動回路658を介してサーボモータ61に出力する。
【0029】
次に、ステップS6では、荷重アーム4の変位に伴い、ばね制御に基づく荷重に目標荷重を設定する。
次いで、ステップS7では、アーム位置センサ8で検出された位置が水平より所定量下方の位置(以下、オートブレーキ位置と言う。)であるか否かが判別され、オートブレーキ位置であると判別された場合には、ステップS8に移行してオートブレーキを作動(on)させ、ブレーキがかかった時点での力で力制御への切り替えが行われた(ステップS9)後、ステップS10に移行する。一方、ステップS5で、ばね変位量センサ64で検出された位置が所定位置でないと判別された場合には、ステップS10にそのまま移行する。ここで、荷重アーム4の所定位置は、当該位置から荷重アーム4に初試験力を与えた場合、試験力が適切な精度範囲となるような位置である。
【0030】
ステップS10では、ばね変位量センサ64で検出された力値が精度チェックを行う力か否かが判別される。具体的には、力値が初期試験力の所定の割合よりも大きいか否かが判別され、大きいと判別された場合には、ステップS11に移行するが、小さいと判別された場合には、ステップS12に移行する。
ステップS11に移行した場合、ここでは、荷重アーム4の位置が試験力精度を保証できる範囲内か否か判別する。即ち、荷重アームの水平位置からのずれが予め設定された試験力精度範囲以内かどうか判別する。そして、荷重アームの位置が試験力精度範囲内にない場合には、ステップS13に移行してサーボモータ61が停止して処理が停止する。
【0031】
一方、荷重アーム4の位置が予め設定された試験力精度範囲以内にある場合には、ステップS14で初試験力まで力を加えた後、ステップS15で試験力まで加え、所定の時間経過後、ステップS16で再び初試験力まで力を戻し、ステップS17で硬さ値算出した後、当該硬さ値の表示を行う。
また、ステップS10の結果、ステップS12に移行した場合、ここではオートブレーキが作動中か否かが判別される。そして、オートブレーキ作動中でないと判別された場合には、ステップS4に移行し、ステップS4以降の処理が再び行われる。一方、オートブレーキが作動中であると判別された場合には、ステップS18に移行する。
ステップS18では、ブレーキ保持時間以内か否かが判別され、ブレーキ保持時間以内でないと判別された場合には、ステップS4に移行してステップS4以降の処理が再び行われる。一方、ブレーキ保持時間以内であると判別された場合には、ブレーキがオフされ(ステップS19)、目標荷重を初期荷重に設定された(ステップS20)後、ステップS4に移行し、ステップS4移行の処理が再び行われる。
【0032】
ここで、ばね制御における荷重アーム4の動作について、図6を参照して説明する。
図6は、ばね制御における荷重アーム4の位置と試料sに加えられる荷重の関係を示す図である。この図6において、実線は試料sに与えられる荷重を示し、点線は、荷重アーム4の位置を示している。
【0033】
図6において、初めに荷重アーム4は、所定位置(水平より所定量下方の位置)に維持され、圧子3に試料sは接触していない(時刻t0)。そして、試料sが上昇され圧子3と接触する(時刻t1)と、荷重アーム4は、圧子3を試料sと接触させた状態で上方に回動する。このとき、荷重アーム4が所定位置から変位するに従って、圧子3から試料sに与えられる荷重が増加する(時刻t1→t2)。そして、ステップS7において、荷重アーム4の位置が、オートブレーキ位置に達したと判別された場合、オートブレーキが作動され(時刻t2)、このときの荷重を維持するように荷重アーム4が動作する。そして、ステップS9、ステップS11およびステップS14を経て、荷重アーム4が再び回動し(時刻t3)、水平位置において、試料sに初試験力が与えられる(時刻t4)。
【0034】
以上のばね制御を行った場合、従来の荷重アーム4を固定させた状態で試料sと接触させる方法に比べ、圧子3と試料sの接触時の衝撃が緩和され、接触時に初試験力を越えてしまうという問題が解消され、例えば、スーパーフィッシャル型硬さ試験機のように、小さな試験力を試料に与える硬さ試験の場合、特に有効である。図7は、圧子と試料が接触する場合の試料に与えられる荷重を示す図であり、(a)は、従来の硬さ試験機の場合、(b)は、硬さ試験機1の場合を示す図である。図7(a)において、圧子と試料が接触した瞬間(時刻t1)には、試料に衝撃が与えられ、初試験力付近に達している。一方、図7(b)において、圧子3と試料sが接触した瞬間(時刻t1)には、試料sに衝撃が与えられず、徐々に試料sに荷重が与えられている。
【0035】
次に、上記硬さ試験機による試験荷重制御動作について図5に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、電源投入されると、ステップS21で、各変数の初期化がなされる。具体的には、サーボゲイン(Gain)、エラー(Err)、アーム位置(DIFP)、荷重 (DIFF)等のそれぞれの値が初期化される。荷重入力部(図示省略)に目標荷重を入力する。
次いで、ステップS22で、現状態のばね変位量(荷重)センサ64およびアーム位置センサ8の値がサーボゲイン演算回路651に入力され、この値がサーボゲイン演算回路651に内蔵されたメモリ(図示省略)に記憶される(ステップS23)。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。
【0036】
次いで、ステップS24で、初期サーボゲイン決定のため、予め設定された予備試験荷重を試料に印加する。そして、そのときのアーム位置がサーボゲイン演算回路651に入力されると、(2)式により初期サーボゲインが決定される。
Gain=A×(DIFF−荷重値)/(DIFP−アーム位置) (2)
ここで、A:任意の定数である。
次いで、ステップS25では、エラー、即ち、実荷重値と目標荷重値の差が(3)式によって算出される。
Err=Gain×荷重値−TargetF (3)
そして、ステップS26では、エラーが残ったままか否かが判別される。即ち、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」か否か判別し、「0」の場合には、ステップS27に移行するが、「0」でない場合には、そのままステップS28に移行する。
ここで、エラーが残った否かを判別する場合、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、段階的に上げるようにしてもよい。
【0037】
ステップS27では、サーボゲインを所定値上げる処理を行った後、ステップS28に移行する。
次いで、ステップS28では、サーボゲインが許容上限値を越えたか否かを判別し、許容上限値を越えた場合には、ステップS29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S30に移行する。一方、許容上限値を越えていない場合には、そのままステップS30に移行する。
【0038】
次いで、ステップS30では、試験力を保持中か否かが判別され、試験力を保持中と判別された場合には、ステップS31に移行するが、試験力保持中ではないと判別された場合には、ステップS32に移行する。
ステップS32に移行した場合には、目標の試験力になったか否かが判別され、目標の試験力となっていない場合には、ステップS22に戻って再び処理を繰り返して行うが、目標の試験力となった場合には、ステップS33でタイマーをスタートした後、ステップS22に戻って、ステップS22移行の処理を続行する。
一方、ステップS30の判別の結果、ステップS31に移行した場合、タイマーが保持時間となったか否かが判別され、保持時間となっていない場合には、ステップS22に戻って処理を続行するが、保持時間となった場合には、試験荷重負荷、保持を終了する。
【0039】
そして、前記試験荷重制御動作終了後、圧痕の押込み深さがアーム位置信号としてアーム位置センサ8によって測定され、このアーム位置信号は、増幅器91により増幅され、A/D変換器92によりA/D変換され、演算回路93に出力される。
次いで、演算回路93により、A/D変換されたアーム位置信号は内蔵された演算プログラムに従って演算されて硬さが算出される。算出された硬さデータは、出力回路94を介して所定の出力装置11から出力される。
【0040】
以上説明した本発明に係る圧痕形成機構10およびこの硬さ試験機1によれば、圧子3と試料sを接触させる際、接触の瞬間から荷重アーム4のばね制御を行う。即ち、圧子3に試料sを接触させた後、基準位置からの変位に応じて徐々に圧子3から試料sに荷重が加わるように荷重アーム4の回動を制御する。
【0041】
したがって、圧子3に試料sを接触させる際に、試料sに衝撃を与えることなく、徐々に荷重を与えることができ、接触の瞬間に初試験力を越えた荷重を与えてしまうという問題が解消される。
【0042】
また、荷重アーム4のばね制御に係る動作をサーボモータ61等によって制御するため、種々のばね定数の動作をシミュレートすることができ、実際にばね等の弾性体を用いる場合に比べ、試料sの硬度等、諸条件に応じた適切なばね定数を容易に実現できる。
【0043】
さらに、作業員は、試料台5を上昇させ、圧子3と試料sを接触させる際のハンドル等の操作を従来と同様の感覚で行うだけで、より適切な作業成果を上げることができるため、実質的な操作性の向上が実現できる。
【0044】
なお、上記実施の形態においては、ばね制御を開始するタイミングを圧子3と試料sが接触した瞬間としたが、圧子3と試料sの距離を検出する距離検出手段(距離センサ等)を備え、圧子3と試料sが所定距離接近した時点で、荷重アーム4を適当な速度で回動させることとしてもよい。この場合、圧子3と試料sが接触した瞬間に生じる衝撃を更に緩和することが可能となる。
【0045】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、衝撃緩和手段を備えたため、前記試料と前記圧子の接触時に、前記圧子が前記試料に与える力積を減少することができる。即ち、前記圧子と前記試料が接触する際の衝撃が緩和されるため、接触時に初試験力を越えてしまうという問題を解消できる。
【0046】
請求項2記載の発明によれば、荷重制御手段と移動手段を備えたため、前記試料に圧子の基準位置からの変位に応じた荷重が与えられ、前記試料を手動により移動させる作業員は、従来と同様にハンドル等を操作するだけで、より適切に、試料に所定荷重を与えられる。
【0047】
請求項3記載の発明によれば、距離検出手段を備えたため、前記試料と前記圧子が接触する直前に、一方を他方と同方向に移動させることができ、前記試料と前記圧子の接触の瞬間に、更に衝撃を緩和できる。
【0048】
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備えたため、前記試料と前記圧子を接触させる際に、容易に初試験力を越えないように接触できるため、作業効率が向上する。また、接触時に初試験力を越えることがないため、硬さ試験の結果に対する信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示す側面図である。
【図2】本発明の荷重アーム移動制御部の要部構成を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る硬さ算出機構部の要部構成を示すブロック図である。
【図4】オートブレーキ制御動作を示すフローチャートである。
【図5】試験荷重制御動作を示すフローチャートである。
【図6】ばね制御における荷重アーム4の動作を説明する図である。
【図7】圧子と試料が接触する場合の試料に与えられる荷重を示す図であり、(a)は、従来の硬さ試験機の場合、(b)は、硬さ試験機1の場合を示す図である。
【図8】従来の硬さ試験機の要部構成を示す側面図である。
【符号の説明】
1 硬さ試験機
2 本体部
3 圧子
4 荷重アーム
5 試料台
6 荷重アーム作動部
7 板ばね
8 アーム位置センサ
9 硬さ算出部
10 圧痕形成機構部
11 硬さ算出機構部
61 サーボモータ
62 ボールねじ
64 ばね変位量センサ
65 荷重アーム作動制御部
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 applying a load to the surface of the sample with an indenter to form an indentation, and a hardness tester equipped with the indentation forming mechanism. About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a hardness test is known as a testing machine for evaluating the material characteristics of a sample based on applying a load to the surface of the sample with an indenter to form an indentation.
As a load loading mechanism in this conventional hardness tester, for example, the one shown in FIG. 8 is known.
The hardness tester 100 shown in FIG. 8 is a so-called Rockwell hardness tester, and includes a weight 101, a load arm 102, a cam 103, a load shaft 104, an indenter shaft 105, an indenter 106, and the like. An indentation forming mechanism 110 is provided.
According to this indentation forming mechanism 110, a predetermined weight 101 is suspended from the tip of the load arm 102, the load arm 102 is lowered by the rotation of the cam 103, and a predetermined load acts on the load shaft 104. The load acting on the load shaft 104 is transmitted to the indenter 106 via the indenter shaft 105, and the indenter 106 moves downward to form an indentation on the sample placed on the sample stage 107. It is like that.
[0003]
Here, there is a problem that load control by weight, represented by the hardness tester 100, cannot confirm whether the load during formation of the indentation is acting on the sample according to the set value. It was.
In addition, since a force is applied to the sample with a weight, a so-called overshoot occurs in which a force exceeding the target is generated unless the force load speed is reduced by a damper or the like. In addition, there is a problem that even if a damper is used, it is difficult to eliminate a small overshoot.
[0004]
In order to solve this problem, a method of applying load control electrically and applying weight to the sample can be considered. In the case of this electric load control, the load arm is highly rigid for the convenience of control.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a hardness tester having a highly rigid load arm, impact (step-like force) is likely to be applied to the sample at the moment when the sample is brought into contact with the indenter manually, and the force exceeding the initial test force can be easily applied to the sample. May be added to.
In such a case, there was a problem that the hardness test of the sample could not be performed properly.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is easy and accurate to alleviate an impact when contacting an indenter and a sample in an indentation forming mechanism having a highly rigid load arm and a hardness tester. The initial test force is given to the sample.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 measures the material properties of the sample based on forming an indentation on the sample surface with an indenter (3) as shown in FIGS. An indentation forming mechanism (10) used in a testing machine,
When the sample and the indenter are brought into contact with each other, an impact mitigating means (65: load arm operation control unit, 61: servo motor) that controls movement of one of the indenter and the sample in the same direction as the other,
By reducing the impulse at the time of contact, the impact generated between the sample and the indenter is mitigated.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, since the impact relaxation means is provided, the impulse that the indenter gives to the sample at the time of contact between the sample and the indenter can be reduced. That is, since the impact when the indenter contacts the sample is reduced, the problem of exceeding the initial test force at the time of contact can be solved.
[0009]
The invention according to claim 2
The indentation formation mechanism according to claim 1,
The impact relaxation means is
Load control means (65: load arm operation control unit) that calculates a predetermined load applied to the sample in accordance with the displacement of the indenter from a reference position when the sample is in contact with the indenter;
Moving means (61: servo motor) for moving the indenter in the same direction as the sample so as to give the sample a predetermined load calculated by the load control means;
It is characterized by having.
[0010]
According to the second aspect of the invention, since the load control means and the moving means are provided, a load corresponding to the displacement from the reference position of the indenter is given to the sample, and an operator who manually moves the sample is conventionally In the same manner as described above, a predetermined load can be applied to the sample more appropriately by simply operating the handle or the like.
[0011]
The invention described in claim 3
The indentation formation mechanism according to claim 1 or 2,
The impact relaxation means is
A distance detecting means for detecting a distance between the indenter and the sample;
When the indenter and the sample are close to each other by a predetermined distance, one of the indenter and the sample is controlled to move at a predetermined speed in the same direction as the other, and the impulse at the time of contact is reduced.
[0012]
According to the invention of claim 3, since the distance detecting means is provided, one can be moved in the same direction as the other immediately before the sample and the indenter contact each other, and the moment of contact between the sample and the indenter In addition, the impact can be further reduced.
[0013]
The invention described in claim 4 is characterized in that the indentation forming mechanism described in any one of claims 1 to 3 is provided.
[0014]
According to the invention described in claim 4, since the indentation forming mechanism according to any one of claims 1 to 3 is provided, when the sample and the indenter are contacted, the initial test force is not easily exceeded. This improves work efficiency. Moreover, since the initial test force is not exceeded at the time of contact, the reliability with respect to the result of the hardness test is improved.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an indentation forming mechanism and a hardness tester according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a main part configuration of a hardness tester according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a main part configuration of a load arm movement control unit of the present invention, and FIG. It is a block diagram which shows the principal part structure of the hardness calculation mechanism part which concerns on this invention.
[0016]
A hardness tester 1 shown in FIG. 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 a lower part of the indenter 3. In order to form an indentation on the surface of the sample provided on the test machine body 2 and 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. An indentation forming mechanism comprising 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 The arm position sensor 8 includes a unit 10 and measures the depth of the indentation formed by the indenter 3, and the hardness calculation unit 9 calculates the hardness based on the measurement by the arm position sensor 8 (see FIG. 3). ) Etc. It has a mechanism section 20. Moreover, although not shown in figure, the load input part which inputs a setting load is also provided.
[0017]
The testing machine main body 2 includes the load arm operating unit 6 and an electrical unit 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 or a rolling bearing, and an indenter 3 is detachably attached to a free end portion. The load arm 4 is integrated with the leaf spring 7. In the initial state, the load arm 4 is maintained by the servo motor 61 at a position rotated downward by a predetermined amount from the horizontal.
A groove 7a is provided along the longitudinal direction between the leaf spring 7 and the load arm 4, and its tip on the side of the indenter 3 is open.
[0018]
The sample stage 5 is provided with a square screw 51 on its lower surface, and is attached to the testing machine 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 also provided.
The load arm actuating unit 6 includes a servo motor 61 as a moving 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. Yes. Accordingly, 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 deformation of the leaf spring 7. For example, a thin plate, a wire such as a piano wire, or a combination of a knife edge and a cross spring, a universal joint, or the like.
[0019]
The operation of the load arm 4 is controlled by a spring displacement sensor 64 that is attached to the load arm 4 and the leaf spring 7 and measures the amount of spring deformation, and the amount of spring deformation measured by the spring displacement sensor 64 is input. The load arm operation control unit 65 as load control means for controlling the operation of the ball screw 62 based on the amount of spring deformation is performed.
The spring displacement sensor 64 includes, for example, a displacement sensor unit (linear scale) that optically reads a glass scale, and the leaf spring 7 and the groove 7 a of the load arm 4 are opened by the downward operation of the ball screw 62. The amount of spring displacement is measured from the amount, and the spring displacement amount signal is A / D converted and then output to the load arm operation control unit 65.
As shown in FIG. 2, the load arm operation control unit 65 includes a servo gain calculation circuit 651, an automatic load calculation circuit 652, a load control circuit 653, a servo gain calculation circuit 654, a target position calculation circuit 655, and a load arm position control circuit. 656, a D / A converter 657, a servo motor drive circuit 658, and the like.
[0020]
The servo gain calculation circuit 651 receives an A / D converted spring displacement amount signal and an arm position signal when an operator brings the indenter 3 and the sample s into contact and gives an initial test force. Then, the servo gain calculation circuit 651 performs control for simulating a state in which a load is gradually applied by a spring from the time when the indenter 3 and the sample s are in contact, that is, after bringing the sample s into contact with the indenter 3, A value for controlling the rotation of the load arm 4 (hereinafter referred to as spring control) so that a load is applied from the indenter 3 to the sample s gradually according to the displacement is calculated.
[0021]
The servo gain calculation circuit 651 receives the A / D converted spring displacement signal and the arm position signal in the process of applying the test force to the sample s, and detects the load change amount and the sample deformation amount change. Calculate the spring constant to determine the initial servo gain (Gain).
Further, the servo gain calculation circuit 651 increases the servo gain when there is no change in error (Err) during a predetermined number of feedback steps, and restores it when the servo gain exceeds a predetermined value. Take control. The determined servo gain is output to the load control circuit 652.
The servo gain calculation circuit 651 is provided with a memory (not shown) for storing calculation results.
[0022]
The automatic load calculation circuit 652 receives the arm position signal and outputs the result of calculating the target load applied to the sample in the spring control or a preset target load to the load control circuit 653 as a target load signal.
[0023]
The load control circuit 653 compares the A / D converted spring displacement signal with the target load signal (servo motor command data) output from the automatic load calculation circuit 652, and calculates a servo gain calculation circuit as a load control signal corresponding to the difference. The servo gain calculated in 651 is added and output to the D / A converter 657.
[0024]
The servo gain calculation circuit 654 receives the A / D-converted spring displacement signal and the arm position signal when the worker brings the indenter 3 and the sample s into contact and gives the initial test force, and performs spring control. The value for is calculated.
The target position calculation circuit 655 receives the spring displacement amount signal and outputs the result of calculating the target position of the load arm 4 in the spring control or a preset target position to the load arm position control circuit 656 as a target position signal.
The load arm position control circuit 656 receives the arm position signal from the arm position sensor, compares the arm position signal with the target position signal, adds a servo gain to the position control signal corresponding to the difference, and performs D / A conversion. To the device 657.
The D / A converter 657 performs D / A conversion on the load control signal and the position control signal and outputs them to the servo motor drive circuit 658.
The servo motor drive circuit 658 receives the D / A converted load control signal and position control signal, amplifies them with a current amplifier 658 a taking into account differential and integral elements, and then outputs them to the servo motor 61.
[0025]
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, like the spring displacement sensor 64.
As shown in FIG. 3, the hardness calculator 9 includes an amplifier 91, an A / D converter 92, an arithmetic circuit 93, an output circuit 94, and the like.
[0026]
The amplifier 91 amplifies the arm position signal measured 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 signal and outputs it to the arithmetic circuit 93.
The arithmetic circuit 93 calculates the hardness by calculating the A / D converted arm position signal in accordance with a built-in arithmetic program, and outputs the hardness to the output circuit 94. The output circuit 94 processes the calculated hardness data 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 displays hardness data on a screen, or a printing device that prints and outputs hardness data on paper.
[0027]
Then, the load control signal or arm position control signal amplified by the servo motor drive circuit 658 is output to the servo motor 61, and the servo motor 61 is driven based on the load control signal or arm position control signal. Then, when the servo motor 61 is driven, the ball screw 62 rotates and operates upward. At that time, the leaf spring 7 attached to the ball screw 62 and the load arm 4 integrated therewith are pivoted upward, while the indenter 3 attached to the free end of the load arm 4 is raised by the operator. Contact with the prepared sample s.
At this time, the opening amount of the groove portion 7a between the leaf spring 7 and the load arm 4 is measured by the spring displacement amount sensor 64 as a spring displacement amount signal, and this spring displacement amount signal is amplified and is sent to the servo gain calculation circuit 651. Is output.
[0028]
Next, the autobrake control operation by the hardness tester will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, when the autobrake process is started, the load arm 4 is initialized in step S1. That is, the neutral position is detected, and the load arm 4 rotates downward by a predetermined amount from the neutral position.
Next, in step S <b> 2, the spring displacement amount sensor 64 and the arm position sensor 8 are reset, and initial setting is performed so as to control the load arm 4.
Next, in step S3, when the sample s raised by the worker contacts the indenter 3, spring control is started.
Next, in step S4, reading values of the spring displacement sensor 64 and the arm position sensor 8 in the current state are input.
Next, in step S5, the load arm position control circuit 656 generates an error (Err) based on the equation (1),
Err = Gain × arm position (1)
The arm position control signal based on the error is D / A converted and then output to the servo motor 61 via the servo motor drive circuit 658.
[0029]
Next, in step S6, with the displacement of the load arm 4, a target load is set to the load based on the spring control.
Next, in step S7, it is determined whether or not the position detected by the arm position sensor 8 is a position below the horizontal by a predetermined amount (hereinafter referred to as an autobrake position), and is determined to be an autobrake position. If it is, the process proceeds to step S8, the autobrake is activated (on), the force control is switched to the force control at the time when the brake is applied (step S9), and then the process proceeds to step S10. On the other hand, if it is determined in step S5 that the position detected by the spring displacement sensor 64 is not the predetermined position, the process proceeds to step S10 as it is. Here, the predetermined position of the load arm 4 is a position where the test force falls within an appropriate accuracy range when the initial test force is applied to the load arm 4 from the position.
[0030]
In step S10, it is determined whether or not the force value detected by the spring displacement sensor 64 is a force for checking accuracy. Specifically, it is determined whether or not the force value is larger than a predetermined ratio of the initial test force. If it is determined that the force value is large, the process proceeds to step S11, but if it is determined that the force value is small, The process proceeds to step S12.
When the process proceeds to step S11, it is determined here whether or not the position of the load arm 4 is within a range in which the test force accuracy can be guaranteed. That is, it is determined whether or not the deviation of the load arm from the horizontal position is within a preset test force accuracy range. If the position of the load arm is not within the test force accuracy range, the process proceeds to step S13, where the servo motor 61 is stopped and the processing is stopped.
[0031]
On the other hand, when the position of the load arm 4 is within the preset test force accuracy range, after applying the force to the initial test force in step S14, the test force is applied in step S15, and after a predetermined time has elapsed, In step S16, the force is returned to the initial test force again, and after the hardness value is calculated in step S17, the hardness value is displayed.
Further, when the process proceeds to step S12 as a result of step S10, it is determined here whether or not the automatic brake is operating. If it is determined that the automatic brake is not operating, the process proceeds to step S4, and the processes after step S4 are performed again. On the other hand, if it is determined that the autobrake is operating, the process proceeds to step S18.
In step S18, it is determined whether or not it is within the brake holding time. If it is determined that it is not within the brake holding time, the process proceeds to step S4, and the processes after step S4 are performed again. On the other hand, if it is determined that it is within the brake holding time, the brake is turned off (step S19), the target load is set to the initial load (step S20), the process proceeds to step S4, and the process proceeds to step S4. Processing is performed again.
[0032]
Here, the operation of the load arm 4 in the spring control will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the position of the load arm 4 and the load applied to the sample s in the spring control. In FIG. 6, the solid line indicates the load applied to the sample s, and the dotted line indicates the position of the load arm 4.
[0033]
In FIG. 6, first, the load arm 4 is maintained at a predetermined position (a position below the horizontal by a predetermined amount), and the sample s is not in contact with the indenter 3 (time t0). When the sample s is raised and contacts the indenter 3 (time t1), the load arm 4 rotates upward in a state where the indenter 3 is in contact with the sample s. At this time, as the load arm 4 is displaced from the predetermined position, the load applied from the indenter 3 to the sample s increases (time t1 → t2). If it is determined in step S7 that the position of the load arm 4 has reached the auto brake position, the auto brake is activated (time t2), and the load arm 4 operates to maintain the load at this time. . Then, after step S9, step S11, and step S14, the load arm 4 is rotated again (time t3), and the initial test force is applied to the sample s in the horizontal position (time t4).
[0034]
When the above-described spring control is performed, the impact at the time of contact between the indenter 3 and the sample s is reduced compared to the conventional method in which the load arm 4 is fixed, and the initial test force is exceeded at the time of contact. This is particularly effective in the case of a hardness test in which a small test force is applied to a sample, such as a superficial type hardness tester. FIG. 7 is a diagram showing a load applied to the sample when the indenter and the sample are in contact with each other. FIG. 7A shows the case of the conventional hardness tester, and FIG. 7B shows the case of the hardness tester 1. FIG. In FIG. 7A, at the moment (time t1) when the indenter contacts the sample, the sample is impacted and reaches the vicinity of the initial test force. On the other hand, in FIG. 7B, at the moment (time t1) when the indenter 3 and the sample s contact each other, no impact is applied to the sample s, and a load is gradually applied to the sample s.
[0035]
Next, the test load control operation by the hardness tester will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, when the power is turned on, each variable is initialized in step S21. Specifically, values such as servo gain (Gain), error (Err), arm position (DIFP), and load (DIFF) are initialized. A target load is input to a load input unit (not shown).
Next, in step S22, the values of the spring displacement amount (load) sensor 64 and the arm position sensor 8 in the current state are input to the servo gain calculation circuit 651, and these values are stored in a memory (not shown) built in the servo gain calculation circuit 651. (Step S23). This is for use in load control in the next routine.
[0036]
Next, in step S24, a preset preliminary test load is applied to the sample to determine the initial servo gain. When the arm position at that time is input to the servo gain calculation circuit 651, the initial servo gain is determined by the equation (2).
Gain = A x (DIFF-load value) / (DIFP-arm position) (2)
Here, A is an arbitrary constant.
Next, in step S25, an error, that is, the difference between the actual load value and the target load value is calculated by equation (3).
Err = Gain × Load value-TargetF (3)
In step S26, it is determined whether an error remains. That is, it is determined whether or not the difference between the comparison error (Err1) obtained in the previous feedback routine and the current error (Err) is “0”. If “0”, the process proceeds to step S27. If it is not “0”, the process proceeds to step S28.
Here, when determining whether or not an error remains, it is determined that an error remains when the error difference continuously becomes “0” in a predetermined number of times (for example, five times) of the feedback routine. May be. The servo gain may be increased step by step.
[0037]
In step S27, a process for increasing the servo gain by a predetermined value is performed, and then the process proceeds to step S28.
Next, in step S28, it is determined whether or not the servo gain exceeds the allowable upper limit value. If the servo gain exceeds the allowable upper limit value, the process proceeds to step S29 to perform a process of lowering the servo gain by a predetermined value. The process proceeds to step S30. On the other hand, if the allowable upper limit is not exceeded, the process proceeds to step S30 as it is.
[0038]
Next, in step S30, it is determined whether or not the test force is being held. If it is determined that the test force is being held, the process proceeds to step S31, but if it is determined that the test force is not being held. Shifts to Step S32.
When the process proceeds to step S32, it is determined whether or not the target test force is reached. When the target test force is not reached, the process returns to step S22 and the process is repeated again. In the case of power, after starting the timer in step S33, the process returns to step S22 to continue the process of step S22.
On the other hand, as a result of the determination in step S30, when the process proceeds to step S31, it is determined whether or not the timer has reached the holding time. If the holding time has not been reached, the process returns to step S22 to continue the process. When the holding time is reached, the test load loading and holding ends.
[0039]
After the end of the test load control operation, the indentation depth is measured by the arm position sensor 8 as an arm position signal. The arm position signal is amplified by an amplifier 91 and is converted into an A / D converter 92 by an A / D converter 92. It is converted and output to the arithmetic circuit 93.
Next, the A / D converted arm position signal is calculated by the calculation circuit 93 according to a built-in calculation program to calculate the hardness. The calculated hardness data is output from the predetermined output device 11 via the output circuit 94.
[0040]
According to the indentation forming mechanism 10 and the hardness tester 1 according to the present invention described above, when the indenter 3 and the sample s are brought into contact, the spring control of the load arm 4 is performed from the moment of contact. That is, after the sample s is brought into contact with the indenter 3, the rotation of the load arm 4 is controlled so that a load is gradually applied from the indenter 3 to the sample s according to the displacement from the reference position.
[0041]
Therefore, when the sample s is brought into contact with the indenter 3, a load can be gradually applied without giving an impact to the sample s, and the problem of applying a load exceeding the initial test force at the moment of contact is solved. Is done.
[0042]
Further, since the operation related to the spring control of the load arm 4 is controlled by the servo motor 61 or the like, the operation of various spring constants can be simulated, and the sample s can be compared with a case where an elastic body such as a spring is actually used. An appropriate spring constant according to various conditions such as hardness can be easily realized.
[0043]
Furthermore, since the worker can raise the sample stage 5 and perform the operation of the handle etc. when bringing the indenter 3 and the sample s into contact with each other with the same feeling as before, a more appropriate work result can be obtained. A substantial improvement in operability can be realized.
[0044]
In the above embodiment, the timing for starting the spring control is the moment when the indenter 3 and the sample s are in contact with each other. However, distance detection means (a distance sensor or the like) for detecting the distance between the indenter 3 and the sample s is provided The load arm 4 may be rotated at an appropriate speed when the indenter 3 and the sample s approach each other by a predetermined distance. In this case, the impact generated at the moment when the indenter 3 and the sample s come into contact with each other can be further reduced.
[0045]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the impact relaxation means is provided, the impulse that the indenter gives to the sample at the time of contact between the sample and the indenter can be reduced. That is, since the impact when the indenter contacts the sample is reduced, the problem of exceeding the initial test force at the time of contact can be solved.
[0046]
According to the second aspect of the invention, since the load control means and the moving means are provided, a load corresponding to the displacement from the reference position of the indenter is given to the sample, and an operator who manually moves the sample is conventionally In the same manner as described above, a predetermined load can be applied to the sample more appropriately by simply operating the handle or the like.
[0047]
According to the invention of claim 3, since the distance detecting means is provided, one can be moved in the same direction as the other immediately before the sample and the indenter contact each other, and the moment of contact between the sample and the indenter In addition, the impact can be further reduced.
[0048]
According to the invention described in claim 4, since the indentation forming mechanism according to any one of claims 1 to 3 is provided, when the sample and the indenter are contacted, the initial test force is not easily exceeded. This improves work efficiency. Moreover, since the initial test force is not exceeded at the time of contact, the reliability with respect to the result of the hardness test is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a main part of a hardness tester according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a load arm movement control unit according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a main configuration of a hardness calculation mechanism according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an autobrake control operation.
FIG. 5 is a flowchart showing a test load control operation.
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the load arm 4 in spring control.
7 is a diagram showing a load applied to a sample when the indenter and the sample are in contact with each other. FIG. 7A shows a case of a conventional hardness tester, and FIG. 7B shows a case of a hardness tester 1. FIG.
FIG. 8 is a side view showing a main configuration of a conventional hardness tester.
[Explanation of symbols]
1 Hardness tester
2 Body
3 Indenter
4 Load arm
5 Sample stage
6 Load arm working part
7 leaf spring
8 Arm position sensor
9 Hardness calculation part
10 Indentation formation mechanism
11 Hardness calculation mechanism
61 Servo motor
62 Ball screw
64 Spring displacement sensor
65 Load arm operation controller
s sample

Claims (4)

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に用いられる圧痕形成機構であって、
前記試料と前記圧子を接触させる際に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に移動制御する衝撃緩和手段を備え、
接触時の力積を減少することによって、前記試料と前記圧子の間に生じる衝撃を緩和することを特徴とする圧痕形成機構。
An indentation forming mechanism used in a testing machine for measuring material properties of a sample based on forming an indentation on a sample surface with an indenter,
When the sample and the indenter are brought into contact with each other, provided with an impact relaxation means for controlling movement of one of the indenter and the sample in the same direction as the other,
An indentation formation mechanism that reduces an impact generated between the sample and the indenter by reducing an impulse upon contact.
前記衝撃緩和手段は、
前記試料が前記圧子に接触された場合に、前記圧子の基準位置からの変位に応じて、前記試料に与える所定の荷重を算出する荷重制御手段と、
前記荷重制御手段により算出された所定の荷重を前記試料に与えるように、前記圧子を前記試料と同方向に移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の圧痕形成機構。
The impact relaxation means is
A load control means for calculating a predetermined load applied to the sample in accordance with a displacement from a reference position of the indenter when the sample is in contact with the indenter;
Moving means for moving the indenter in the same direction as the sample so as to give the sample a predetermined load calculated by the load control means;
The indentation formation mechanism according to claim 1, comprising:
前記衝撃緩和手段は、
前記圧子と前記試料の距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
前記圧子と前記試料が所定距離接近した場合に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に所定速度で移動制御し、接触時の力積を減少することを特徴とする請求項1または2記載の圧痕形成機構。
The impact relaxation means is
A distance detecting means for detecting a distance between the indenter and the sample;
2. When the indenter and the sample approach each other by a predetermined distance, one of the indenter and the sample is controlled to move at a predetermined speed in the same direction as the other to reduce the impulse at the time of contact. 2. Indentation formation mechanism according to 2.
請求項1〜3の何れかに記載の圧痕形成機構を備えたことを特徴とする硬さ試験機。A hardness tester comprising the indentation forming mechanism according to claim 1.
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