JP4913609B2 - 硬さ試験機 - Google Patents

Description

本発明は、硬さ試験機に関する。

従来、所定の試料の表面に形成されたくぼみの寸法に基づいて前記試料の硬さを測定するブリネル硬さ試験機、ビッカース硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機等の各種硬さ試験機が提案され、実用化されている。例えば、ビッカース硬さ試験機は、正四角錘の圧子を有する硬さ測定部を備えており、圧子を試料の表面に押し込んで形成したくぼみの対角線の長さを光学顕微鏡等で計測し、この計測したくぼみの対角線の長さに基づいて硬さを算出している。

ところで、上記したような硬さ試験機においては、くぼみの寸法を計測する際に、くぼみが形成された試料の表面に対する焦点合わせを行っており、近年においては、撮像対象の画像からのコントラスト値をグラフィックインジケータに表示させ、これにより撮像対象に対してフォーカス調整作業を容易にするフォーカス調整装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−２８３０３５号公報

しかしながら、上記従来技術の場合、撮像対象である画像の所定の位置１点でしかフォーカス調整作業を行うことができなかった。

本発明の課題は、複数の焦点調整位置を指定して好適な焦点調整を行うことができる硬さ試験機を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
試料台に載置された試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの所定の特徴点間の距離を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記試料の表面に形成されたくぼみを撮像するための撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された前記くぼみの画像を表示する表示手段と、
前記くぼみが形成された試料における複数の焦点調整位置を指定する焦点調整位置指定手段と、
前記焦点調整位置指定手段により指定された焦点調整位置に合焦するように前記撮像手段を操作するための操作手段と、
前記焦点調整位置指定手段により指定された焦点調整位置において前記操作手段により操作された前記撮像手段により撮像された前記くぼみの合焦度を算出する合焦度算出手段と、
前記焦点調整位置毎に、前記合焦度算出手段により算出された合焦度を示すインジケータを前記表示手段に表示させるインジケータ表示制御手段と、
複数の前記焦点調整位置における前記合焦度のピーク値夫々における合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、所定のエラー情報を前記表示手段に表示するエラー情報表示制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記合焦度を示すインジケータのレンジを変更するインジケータレンジ変更手段を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の硬さ試験機において、
前記合焦度算出手段により算出された前記合焦度のピーク値を前記焦点調整位置毎に検出して保持するピークホールド手段を備え、
前記インジケータ表示制御手段は、
前記ピークホールド手段により保持された前記合焦度のピーク値を前記インジケータとともに前記表示手段に表示させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載の硬さ試験機において、
前記焦点調整位置毎の前記合焦度のピーク値に基づき、前記くぼみに対する合焦位置を設定する合焦位置設定手段を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、撮像手段によって、試料の表面に形成されたくぼみを撮像することができ、表示手段によって、撮像手段により撮像されたくぼみの画像を表示することができ、焦点調整位置指定手段によって、くぼみが形成された試料における複数の焦点調整位置を指定することができ、操作手段によって、焦点調整位置指定手段により指定された焦点調整位置に合焦するように撮像手段を操作することができ、合焦度算出手段によって、指定された焦点調整位置において操作手段により操作された撮像手段により撮像されたくぼみの合焦度を算出することができ、インジケータ表示制御手段によって、焦点調整位置毎に、合焦度算出手段により算出された合焦度を示すインジケータを表示手段に表示させることができ、複数の焦点調整位置における合焦度のピーク値夫々における合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、エラー情報表示制御手段によって、所定のエラー情報を表示手段に表示することができる。
従って、複数の焦点調整位置を指定して好適な焦点調整を行うことができる。
また、複数の焦点調整位置におけるピーク値夫々の値の差が所定の閾値を超えると判断された場合に、所定のエラー情報を表示して、ユーザに対処を促すことができることとなり、ユーザにとって使い勝手が良い。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、インジケータレンジ変更手段によって、合焦度を示すインジケータのレンジを変更することができる。
従って、試料の光学的性質により、合焦度のピーク値が低い場合でも、インジケータのレンジを変更できることにより、ユーザはインジケータ表示が見やすくなり、より好適に焦点調整を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、ピークホールド手段によって、合焦度算出手段により算出された合焦度のピーク値を検出して保持することができ、インジケータ表示制御手段によって、ピークホールド手段により保持された合焦度のピーク値を、インジケータとともに表示手段に表示することができる。
従って、ユーザによる焦点調整作業のばらつきを好適に低減することができることとなり、焦点調整作業の精度を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、合焦位置設定手段によって、焦点調整位置毎のピーク値に基づき、くぼみに対する合焦位置を設定することができる。
従って、焦点調整位置毎のピーク値に基づき、くぼみに対して適切な合焦位置を設定することができることとなり、ユーザにとって使い勝手が良い。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態における硬さ試験機１００について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、硬さ試験機として、ビッカース硬さ試験機を例に説明する。
図１に示すように、硬さ試験機１００は、試験機本体１と、この試験機本体１の上側に取り付けられ、試料Ｓに形成されたくぼみＸを観察し、撮像する撮像部２と、この撮像部２の下部に設けられ、回転することにより圧子３１と対物レンズ３２との切換が可能なターレット３と、試験機本体１の下部に上下移動可能に取り付けられ、ターレット３と対向配置された試料台４と、この試料台４の下側に設けられ、当該硬さ試験機１００の動作指示を行う操作パネル５等を備えている。
また、硬さ試験機１００は、試験機本体１の外部に制御手段として機能する制御部６と、撮像部２により撮像されたくぼみＸ等を表示する表示手段としてのモニタ７と、ユーザが各種条件等の設定や操作を行う入力部８となるキーボード８１、マウス８２等を備えている。

撮像部２は、顕微鏡部２１と、顕微鏡部２１に取り付けられたＣＣＤカメラ２２と、試料Ｓの観察位置を照らす照明装置２３と、対物レンズ３２等を備えている。

制御部６は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１，ＲＡＭ（Random Access Memory）６２，記憶部６３等を備えて構成され、記憶部６３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、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（各硬さ試験用の動作条件）に基づくくぼみ形成のための各部の動作制御を行う機能を有し、圧子３１をＺ方向に駆動させる圧子駆動部３１Ａや試料台４をＸ方向及びＹ方向に駆動させる試料台駆動部４Ａ等とバスＢを介して接続されている。

ＣＰＵ６１は、記憶部６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。

記憶部６３は、例えば、プログラムやデータ等が予め記憶されている記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、例えば、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部６３は、ＣＰＵ６１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ，各種処理プログラム，これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。より具体的には、記憶部６３は、例えば、図２に示すように、合焦度算出プログラム６３ａ、インジケータ表示制御プログラム６３ｂ、インジケータレンジ変更プログラム６３ｃ、ピークホールドプログラム６３ｄ、合焦位置設定プログラム６３ｅ、エラー情報表示制御プログラム６３ｆ等を格納している。

合焦度算出プログラム６３ａは、ＣＰＵ６１に、撮像部２により撮像されたくぼみＸの合焦度を算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６１は、合焦度算出プログラム６３ａを実行することにより、入力部８により入力された試料Ｓにおける複数の焦点調整位置夫々において、試料Ｓ表面の高さ位置を変える度に得られるくぼみＸの画像に対する合焦度合いを既知の算出方法を用いて算出する。
ＣＰＵ６１は、かかる合焦度算出プログラム６３ａを実行することで、合焦度算出手段として機能する。

インジケータ表示制御プログラム６３ｂは、ＣＰＵ６１に、焦点調整位置毎に、合焦度算出プログラム６３ａの実行により算出された合焦度を示すインジケータをモニタ７に表示する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、図３に示すように、ＣＰＵ６１がインジケータ表示制御プログラム６３ｂを実行することにより、合焦度算出プログラム６３ａの実行により算出された現在の合焦度を示すインジケータをモニタ７に表示させるとともに、ＣＰＵ６１が後述するピークホールドプログラム６３ｄを実行することによりＲＡＭ６２に保持された合焦度のピーク値をモニタ７に表示させる。
なお、例えば、モニタ７において、インジケータとともに表示される合焦度のピーク値は、図４に示すように、デフォーカスの状態からフォーカス状態になるに従い、インジケータのフォーカスレベルメータは上昇し、これに伴い、ピーク値も上昇する。そして、再び、フォーカス状態からデフォーカス状態になるに従い、インジケータのフォーカスレベルメータは下降するが、このとき、ＣＰＵ６１が後述するピークホールドプログラム６３ｄを実行することによりＲＡＭ６２にフォーカス位置での合焦度のピーク値を保持しているので、ピーク値は、フォーカス位置で検出された合焦度のピーク値を表示することができる。
ＣＰＵ６１は、かかるインジケータ表示制御プログラム６３ｂを実行することで、インジケータ表示制御手段として機能する。

インジケータレンジ変更プログラム６３ｃは、合焦度を示すインジケータのレンジを変更する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、図３に示すように、モニタ７に表示されたインジケータのレンジを変更するためのスライダやアップダウンボタンを操作することにより、入力部８からインジケータのレンジを変更するための指示入力があると、ＣＰＵ６１は、インジケータレンジ変更プログラム６３ｃを実行することによって、図５に示すように、合焦度を示すインジケータのレンジが大きくなるように設定する。
ＣＰＵ６１は、かかるインジケータレンジ変更プログラム６３ｃを実行することで、インジケータレンジ変更手段として機能する。

ピークホールドプログラム６３ｄは、ＣＰＵ６１に、合焦度算出プログラム６３ａの実行により算出された合焦度のピーク値を検出してＲＡＭ６２に保持する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１は、ピークホールドプログラム６３ｄを実行することによって、合焦度算出プログラム６３ａの実行により合焦度の算出を開始してから、現在までの算出時間内に検出した合焦度のピーク値をＲＡＭ６２に保持する。
なお、合焦度のピーク値が保持される時間は任意であり、例えば、図３に示すように、ピークホールドリセット機能を備え、ユーザ所望の時点でピーク値をリセットしたり、または、ＣＰＵ６１が、ピークホールドプログラム６３ｄを実行してから所定の時間が経過することにより自動的にピーク値をリセットするリセット時間設定可能なピークホールドリセット機能を備える設計であっても良い。
ＣＰＵ６１は、かかるピークホールドプログラム６３ｄを実行することで、ピークホールド手段として機能する。

合焦位置設定プログラム６３ｅは、ＣＰＵ６１に、焦点調整位置毎のピーク値に基づき、くぼみＸに対する合焦位置を設定する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６１がピークホールドプログラム６３ｄを実行することにより、例えば、菱形のくぼみの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々において、合焦度のピーク値がＲＡＭ６２に保持されている場合、ＣＰＵ６１は、合焦位置設定プログラム６３ｅを実行することにより、菱形のくぼみの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々における合焦度のピーク値に基づく合焦位置の平均値を算出し、算出された平均値を当該菱形のくぼみの合焦位置に設定する。
ＣＰＵ６１は、かかる合焦位置設定プログラム６３ｅを実行することで、合焦位置設定手段として機能する。

エラー情報表示制御プログラム６３ｆは、ＣＰＵ６１に、複数の焦点調整位置におけるピーク値夫々における合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、所定のエラー情報をモニタ７に表示する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ６１がピークホールドプログラム６３ｄを実行することにより、例えば、菱形のくぼみの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々において、合焦度のピーク値がＲＡＭ６２に保持されている場合、ＣＰＵ６１は、エラー情報表示制御プログラム６３ｆを実行することにより、菱形のくぼみの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々におけるピーク値夫々から合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、図３に示すように、モニタ７に、「試料Ｓ表面が平坦でない虞があります。」等のメッセージ（エラー情報）を表示する。
ＣＰＵ６１は、かかるエラー情報表示制御プログラム６３ｆを実行することで、エラー情報表示制御手段として機能する。

次に、上記硬さ試験機１００におけるくぼみＸに対する焦点調整方法について説明する。
まず、ユーザが試料台４に硬さ試験の対象となる試料Ｓを載置し、固定する。次いで、ユーザは、入力部８から硬さ試験の指示を行い、ＣＰＵ６１が圧子駆動部３１Ａを駆動することにより、圧子３１が下降し、試料ＳにくぼみＸを形成する。なお、硬さ試験機１００は、ビッカース硬さ試験機であるため、図３に示すように、くぼみＸは菱形状に形成される。
次いで、撮像部２が試料Ｓに形成されたくぼみＸを撮像し、制御部６がそのくぼみＸをモニタ７に表示する。

次いで、制御部６は、モニタ７の中心座標を算出するとともに、例えば、焦点調整位置として、入力部８から、モニタ７に表示された菱形のくぼみの頂点Ｔ１〜Ｔ４が指定入力されると、制御部６は、モニタ７の中心座標に基づき、夫々の座標を抽出して、記憶部６３に記憶する。

次いで、ＣＰＵ６１は、合焦度算出プログラム６３ａを実行することにより、くぼみＸの各頂点Ｔ１〜Ｔ４において、試料Ｓ表面の高さ位置を変える度に得られるくぼみＸの画像に対する合焦度合いを既知の算出方法を用いて算出し、ＣＰＵ６１は、インジケータ表示制御プログラム６３ｂを実行することにより、くぼみＸの各頂点Ｔ１〜Ｔ４において、合焦度算出プログラム６３ａの実行により算出された合焦度を示すインジケータをモニタ７に表示するとともに、ピークホールドプログラム６３ｄを実行することによりＲＡＭ６２保持された合焦度のピーク値をモニタ７に表示させる。
なお、図５（ａ）に示すように、試料Ｓ表面の高さ位置を変えても、インジケータが示すフォーカスレベルメータのレンジが小さい場合には、図３に示すように、モニタ７に表示されたインジケータのレンジを変更するためのスライダやアップダウンボタンを操作して、入力部８からインジケータのレンジを変更するための指示入力を行うことにより、ＣＰＵ６１は、インジケータレンジ変更プログラム６３ｃを実行し、図５（ｂ）に示すように、合焦度を示すインジケータのレンジが大きくなるように設定する。

次いで、菱形のくぼみＸの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々において、合焦度のピーク値がＲＡＭ６２に保持された場合、ＣＰＵ６１は、合焦位置設定プログラム６３ｅを実行することにより、菱形のくぼみＸの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々における合焦度のピーク値に基づく合焦位置の平均値を算出し、算出された平均値を当該菱形のくぼみＸの合焦位置に設定する。

また、菱形のくぼみＸの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々において、合焦度のピーク値が保持されている場合、ＣＰＵ６１は、エラー情報表示制御プログラム６３ｆを実行することにより、菱形のくぼみＸの頂点Ｔ１〜Ｔ４夫々におけるピーク値夫々から合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、モニタ７に、「試料Ｓ表面が平坦ではない虞があります。」等のメッセージ（エラー情報）を表示する。

これにより、本発明に係る硬さ試験機１００によれば、撮像部２によって、試料Ｓの表面に形成されたくぼみＸを撮像することができ、モニタ７によって、撮像部２により撮像されたくぼみＸの画像を表示することができ、入力部８によって、くぼみＸが形成された試料Ｓにおける複数の焦点調整位置を指定することができ、操作パネル５による操作によって、入力部８により指定された焦点調整位置に合焦するように撮像部２を操作することができ、ＣＰＵ６１が、合焦度算出プログラム６３ａを実行することによって、指定された焦点調整位置において操作パネル５により操作された撮像部２により撮像されたくぼみＸの合焦度を算出することができ、インジケータ表示制御プログラム６３ｂを実行することによって、焦点調整位置毎に、合焦度算出プログラム６３ａの実行により算出された合焦度を示すインジケータをモニタ７に表示させることができる。
従って、複数の焦点調整位置を指定して好適な焦点調整を行うことができる。
また、ＣＰＵ６１が、インジケータレンジ変更プログラム６３ｃを実行することによって、合焦度を示すインジケータのレンジを変更することができる。
従って、試料Ｓの光学的性質により、合焦度のピーク値が低い場合でも、インジケータのレンジを変更できることにより、ユーザはインジケータ表示が見やすくなり、より好適な焦点調整を行うことができる。
また、ＣＰＵ６１が、ピークホールドプログラム６３ｄを実行することによって、合焦度算出プログラム６３ａの実行により算出された合焦度のピーク値を検出して保持することができ、インジケータ表示制御プログラム６３ｂの実行によって、ピークホールドプログラム６３ｄの実行により保持された合焦度のピーク値を、インジケータとともにモニタ７に表示することができる。
従って、ユーザによる焦点調整作業のばらつきを好適に低減することができることとなり、焦点調整作業の精度を向上させることができる。
また、ＣＰＵ６１が、合焦位置設定プログラム６３ｅを実行することによって、焦点調整位置毎のピーク値に基づき、くぼみＸに対する合焦位置を設定することができる。
従って、焦点調整位置毎のピーク値に基づき、くぼみＸに対して適切な合焦位置を設定することができることとなり、ユーザにとって使い勝手が良い。
また、ＣＰＵ６１が、エラー情報表示制御プログラム６３ｆを実行することによって、複数の焦点調整位置におけるピーク値夫々における合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、所定のエラー情報をモニタ７に表示することができる。
従って、複数の焦点調整位置におけるピーク値夫々の値の差が所定の閾値を超えると判断された場合に、所定のエラー情報を表示して、ユーザに対処を促すことができることとなり、ユーザにとって使い勝手が良い。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、硬さ試験機は、くぼみ観察型の硬さ試験機であればよく、ビッカース硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機等に利用することができる。また、焦点調整位置指定手段は、入力部により、入力する場合に限らず、当該硬さ試験機において、試料への圧子の侵入量を計測する侵入量計測手段を備え、当該侵入量計測手段により計測された侵入量と圧子の幾何学的形状に基づき、くぼみの所定の特徴点間の距離を算出し、算出されたくぼみの所定の特徴点間の距離と所定の基準位置の座標に基づいてくぼみの大きさと位置を推定し、推定されたくぼみの大きさと位置により、所定の焦点調整位置を指定することができる設計であっても良い。
その他、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で自由に変更、改良が可能である。

本発明に係る硬さ試験機の斜視図である。 本発明に係る硬さ試験機の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る硬さ試験機におけるモニタの表示例を示す図である。 本発明に係る硬さ試験機におけるモニタへのピーク値の表示例を示す図である。 本発明に係る硬さ試験機におけるインジケータのレンジの変更を説明する図である。

符号の説明

１００ 硬さ試験機
２ 撮像部（撮像手段）
３１ 圧子
３１Ａ 圧子駆動部
４ 試料台
４Ａ 試料台駆動部
５ 操作パネル（操作手段）
６ 制御部
６１ ＣＰＵ（合焦度算出手段、インジケータ表示制御手段、インジケータレンジ変更手段、ピークホールド手段、合焦位置設定手段、エラー情報表示制御手段）
６２ ＲＡＭ
６３ 記憶部
６３ａ 合焦度算出プログラム（合焦度算出手段）
６３ｂ インジケータ表示制御プログラム（インジケータ表示制御手段）
６３ｃ インジケータレンジ変更プログラム（インジケータレンジ変更手段）
６３ｄ ピークホールドプログラム（ピークホールド手段）
６３ｅ 合焦位置設定プログラム（合焦位置設定手段）
６３ｆ エラー情報表示制御プログラム（エラー情報表示制御手段）
７ モニタ（表示手段）
８ 入力部（焦点調整位置指定手段）
Ｓ 試料
Ｘ くぼみ

Claims (4)

1. 試料台に載置された試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの所定の特徴点間の距離を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
   前記試料の表面に形成されたくぼみを撮像するための撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された前記くぼみの画像を表示する表示手段と、
   前記くぼみが形成された試料における複数の焦点調整位置を指定する焦点調整位置指定手段と、
   前記焦点調整位置指定手段により指定された焦点調整位置に合焦するように前記撮像手段を操作するための操作手段と、
   前記焦点調整位置指定手段により指定された焦点調整位置において前記操作手段により操作された前記撮像手段により撮像された前記くぼみの合焦度を算出する合焦度算出手段と、
   前記焦点調整位置毎に、前記合焦度算出手段により算出された合焦度を示すインジケータを前記表示手段に表示させるインジケータ表示制御手段と、
   複数の前記焦点調整位置における前記合焦度のピーク値夫々における合焦位置の値の差を算出し、その差が所定の閾値を超える場合、所定のエラー情報を前記表示手段に表示するエラー情報表示制御手段と、
   を備えたことを特徴とする硬さ試験機。
2. 前記合焦度を示すインジケータのレンジを変更するインジケータレンジ変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
3. 前記合焦度算出手段により算出された前記合焦度のピーク値を前記焦点調整位置毎に検出して保持するピークホールド手段を備え、
   前記インジケータ表示制御手段は、
   前記ピークホールド手段により保持された前記合焦度のピーク値を前記インジケータとともに前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項１又は２に記載の硬さ試験機。
4. 前記焦点調整位置毎の前記合焦度のピーク値に基づき、前記くぼみに対する合焦位置を設定する合焦位置設定手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の硬さ試験機。

Images