JP4958754B2 - 硬さ試験機及び硬さ試験機の校正方法 - Google Patents
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Description
そして、従来の硬さ試験機において力校正を行う場合には、メカストロークの中間位置の一箇所で行うようになっており、その一箇所における校正によって品質の維持、管理が行われていた。
具体的には、ロードセルを目的の水準で校正できるようにセットするには、基準片を用いた押し込み深さ計測や、ロードセルの歪量の計測を行って、手計算により試料台の移動量を決定しなければならなかった。また、硬さ試験機の機枠歪など、機種による個体差があるために、その都度基準片の計測を行う必要があった。
また、試料のセット位置にて試験力(荷重)を付加するシーケンスが実現されている従来の硬さ試験機では、試験力の除荷後、初試験力が負荷された状態となるので、一度上下装置を操作して試料台を下げて、試験力の解放を行わなければならなかった。そのため、複数回のデータ取得を行う際に、試験力の解放後に再度ロードセルの高さ位置合わせを行う必要があった。
圧子を試料の表面に押し付けることに基づいて試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子または平圧子が配設される荷重負荷部と、
前記荷重負荷部を移動させる駆動部と、
前記圧子または前記平圧子が押し付けられる対象物が載置される試料台と、
前記試料台の高さ位置を調整する試料台高さ調整部と、
前記荷重負荷部を基準位置から移動させて、前記試料台に載置された所定の硬さを有する基準片に前記圧子を所定の荷重で押し付けた際の押し込み深さ量を測定して、前記押し込み深さ量を記憶する押込深さ量記憶手段と、
前記荷重負荷部を基準位置から移動させて、前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際の前記荷重測定器の変形量を測定して、前記変形量を記憶する変形量記憶手段と、
前記変形量記憶手段に記憶されている前記変形量と、前記押込深さ量記憶手段に記憶されている前記押し込み深さ量との差分を算出することに基づき、前記基準片の硬さに応じた前記試料台の高さ位置を取得する高さ位置取得手段と、
前記高さ位置取得手段により取得された前記試料台の高さ位置となるように、前記試料台高さ調整部により調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器により測定された荷重の値と所定の荷重の値とを比較することによって、前記荷重に関する校正を行う校正手段と、
を備えることを特徴とする。
前記試料台に載置された荷重測定器に十分小さい力を平圧子が与えた状態で前記高さ位置取得手段により取得された前記試料台の高さ位置となるように前記試料台高さの調整を行う試料台高さ位置調整手段を備え、
前記校正手段は、前記試料台高さ位置調整手段により調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器により測定された荷重の値と所定の荷重の値とを比較することによって、前記荷重に関する校正を行うことを特徴とする。
前記押込深さ量記憶手段は、前記試料台に載置された硬さの異なる複数の基準片に、前記圧子を所定の荷重でそれぞれ押し付けた際のそれぞれの押し込み深さ量を測定して記憶し、
前記高さ位置取得手段は、前記変形量記憶手段に記憶されている前記変形量と、前記押込深さ量記憶手段に記憶されている前記複数の基準片の硬さに応じた押し込み深さ量との差分を算出することに基づき、前記複数の基準片に対応する硬さに応じた前記試料台の高さ位置を取得し、
前記校正手段は、前記複数の基準片に応じた前記試料台の高さ位置となるように調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器が所定の荷重を測定しているか否か検証することによって、前記複数の基準片の硬さ毎に校正を行うことを特徴とする。
前記荷重負荷部は前記駆動部によって、前記試料台から離間する退避位置に移動可能に備えられていることを特徴とする。
圧子または平圧子が配設される荷重負荷部と、
前記荷重負荷部を移動させる駆動部と、
前記圧子または前記平圧子が押し付けられる対象物が載置される試料台と、
前記試料台の高さ位置を調整する試料台高さ調整部と、を備える硬さ試験機を校正する硬さ試験機の校正方法であって、
前記試料台に載置された硬さの異なる複数の基準片に前記圧子をそれぞれ接触させた状態で、前記試料台の高さ位置を調整することで前記荷重負荷部を基準位置に配し、その基準位置から前記荷重負荷部を移動させて、所定の荷重で前記圧子をそれぞれの基準片に押し付けた際のそれぞれの押し込み深さ量を測定して、前記押し込み深さ量を記憶部に記憶する押込深さ量記憶工程と、
前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を接触させた状態で、前記試料台の高さ位置を調整することで前記荷重負荷部を基準位置に配し、その基準位置から前記荷重負荷部を移動させて、所定の荷重で圧子を前記荷重測定器に押し付けた際の、前記荷重測定器の変形量を測定して、前記変形量を記憶部に記憶する変形量記憶工程と、
前記記憶部に記憶されている前記変形量と、前記記憶部に記憶されている前記基準片の硬さに応じた前記押し込み深さ量との差分を算出することに基づき、前記複数の基準片に対応する硬さに応じた前記試料台の高さ位置を取得する高さ位置取得工程と、
前記試料台に載置された荷重測定器に十分小さい力を平圧子が与えた状態で前記高さ位置取得工程において取得された前記試料台の高さ位置となるように前記試料台高さの調整を行う試料台高さ位置調整工程と、
前記試料台高さ位置調整工程において調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器により測定された荷重の値と所定の荷重の値とを比較することによって、前記荷重に関する校正を行う校正工程と、
を備えることを特徴とする。
そして、その算出して得られた高さ位置となるように試料台を調整することによって、基準片に所定の荷重を負荷した状態における圧子の先端部分に対応する高さ位置で、平圧子が荷重測定器を押し込むことが可能となり、適正な高さ位置で荷重を測定することができるので、その基準片の硬さに応じた荷重の校正をより容易に行うことができる。
このアーム11に取り付けられる各種圧子には、試料表面に圧痕を形成するための圧子1と、所定の対象物を傷付けることなく押圧するための平圧子(図示省略)などがある。
また、駆動部12は、アーム11を試料台15から離間する方向に回動させて、アーム11を所定の退避位置に移動させる。なお、この退避位置とは、各種圧子と試料台15との間に距離をとって、圧子や試料台15上の対象物を交換したり、所定の測定準備を行ったりするための配置である。
この操作部17の表示部17aには、各種データや操作スイッチなどが表示される。この表示部17aに表示される操作スイッチ等をタッチ操作することにより、例えば、電磁誘導式、磁気歪式、感圧式等の位置読み取り原理で、入力部17bがタッチ指示された位置を検出し、その検出した位置に応じて、各種データの入力や操作指示の入力等を行うことが可能になっている。なお、操作部17において、タッチ指示されて入力された信号等は、制御部19に出力される。
この操作部17は、図3に示すように、ロードセル歪量表示枠17a、押し込み深さ量表示枠17b、試料台高さ調整量表示枠17c、校正水準切替スイッチ17d、アーム退避スイッチ17e、試料台高さ調整スイッチ17f、押し込み深さ量測定スイッチ17g、ロードセル歪量測定スイッチ17h、力校正開始スイッチ17i、終了スイッチ17j、押し込み深さ量数値入力スイッチ17k、アーム位置表示枠17l、試験力選択スイッチ17m等を備えている。
また、記憶部18は、変形量記憶領域182に記憶されている変形量と、押し込み深さ量記憶領域181に記憶されている押し込み深さ量との差分を算出することに基づき取得した、基準片の硬さに応じた試料台15の高さ位置に関する高さ位置データを記憶する高さ位置データ記憶領域183を有している。
つまり、CPU19aが押し込み深さ量測定プログラム191を実行することにより、駆動部12を駆動させることに伴いアーム11を移動させて、所定の硬さを有する基準片に圧子1を所定の荷重で押し付けて圧痕を形成した際の押し込み深さ量を測定するとともに、測定して得られた押し込み深さ量を押し込み深さ量記憶領域181に記憶する押込深さ量記憶手段の一部として機能する。
なお、押込深さ量記憶手段としてのCPU19aは、試料台15に載置された硬さの異なる複数の基準片に、圧子1を所定の荷重でそれぞれ押し付けた際のそれぞれの押し込み深さ量を測定して、複数の基準片に応じた押し込み深さ量を押し込み深さ量記憶領域181に記憶する。つまり、押し込み深さ量記憶領域181は、異なる硬さの複数の基準片に応じた複数の押し込み深さ量を記憶する。
つまり、CPU19aが変形量測定プログラム192を実行することにより、駆動部12を駆動させることに伴いアーム11を移動させて、荷重測定器に平圧子を所定の荷重で押し付けた際の荷重測定器の変形量を測定するとともに、測定して得られた変形量を変形量記憶領域182に記憶する変形量記憶手段の一部として機能する。
つまり、CPU19aが高さ位置算出プログラム193を実行することにより、変形量と押し込み深さ量との差分を算出して、基準片の硬さ毎に校正を行うための試料台15の高さ位置に関する高さ位置データを取得して、記憶部18の高さ位置データ記憶領域183に記憶する高さ位置取得手段として機能する。
つまり、CPU19aが校正処理プログラム194を実行することにより、基準片の硬さ毎に校正を行うために高さ位置が調整された試料台15に載置された荷重測定器に平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、荷重測定器が所定の荷重を測定しているか否か検証して、所定の荷重が測定されていることが検証された場合に、その硬さ試験機100は所定の荷重(試験力)精度を有しているものと判定する校正手段として機能する。
この複数(3つ)の基準片に応じた押し込み深さ量(hI)が、押込深さ量記憶手段としてのCPU19aにより測定され、押し込み深さ量記憶領域181に記憶される。
このロードセルLの変形量(hL)が変形量記憶手段としてのCPU19aにより測定され、変形量記憶領域182に記憶される。
この基準片の硬さ毎の試料台15の高さ位置の差異(C)は、以下のように算出することができる。
(試料台の高さ位置の差異;C)=(hL)−(hI)=(真のロードセル変形量;B)−(真の押し込み量;A)
つまり、図4(b)に示すように、ロードセルLの変形量(hL)と基準片に応じた押し込み深さ量(hI)との差分を算出して得られた試料台15の高さ位置の差異(C)に基づき調整された高さ位置の試料台15に載置されたロードセルLに平圧子1aを押し付けることで、基準片に所定の荷重(1471[N])を負荷した状態における圧子1の先端部分に対応する高さ位置で、平圧子1aがロードセルLを押し込むことが可能となり、適正な高さ位置で荷重を測定することができるので、その基準片の硬さに応じた荷重の校正を行うことができる。
なお、算出された試料台の高さ位置の差異(C)には、機枠歪量(D)が含まれていないので、より正確に荷重の校正を行うことができる。
まず、試験力選択スイッチ17mを操作して、校正する試験力を設定する(ステップS101)。
次いで、校正を行う3水準の位置を決める(ステップS102)。例えば、3水準は、硬い基準片(HRC60)、中間の硬さの基準片(HRC40)、軟らかい基準片(HRC20)とする。
次いで、硬さ試験機100のアーム2に圧子1を取り付け、基準片を試料台15に載せる(ステップS103)。
そして、力校正開始スイッチ17iを押下する(ステップS104)。
次いで、ハンドル部16bを回して試料台15を上昇させ、圧子1と基準片とを接触させるとともに、アーム位置表示枠17lの表示が水平を示す「0.0」になるまで、調整する(ステップS105)。
そして、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS106)。
次いで、校正水準切替スイッチ17dを操作して、セットした基準片のレベルを表示枠に表示させる(ステップS107)。なお、L(軟らかい)→M(中間)→H(硬い)の繰り返しで、硬さレベルは変更される。
そして、押し込み深さ量測定スイッチ17gを押下することで、アーム2を動作させ、圧子1を基準片に押し込み、全試験力を負荷して押し込み深さ量を測定する(ステップS108)。
そして、5秒間(JIS全試験力保持時間)待ち、クリープ現象を回避した後、アーム退避スイッチ17eを押下し、アーム2を退避させる(ステップS109)。このとき、全試験力負荷時の押し込み深さ量(hI)はアーム位置表示枠17lに表示されており、この値(hI)が記憶部18に記憶され、押し込み深さ量表示枠17bに表示される。
そして、ハンドル部16bを操作して試料台15を下げ、終了スイッチ17jを押下することで、この基準片に関する押し込み深さ量の測定を終了する(ステップS110)。
このステップS101からステップS110が、押込深さ量記憶工程(ステップS1)である。
なお、このステップS101〜S110を、3水準(HRC60、HRC40、HRC20)分、繰り返してそれぞれの押し込み深さ量を測定し、記憶する。
まず、硬さ試験機100のアーム2に平圧子を取り付け、ロードセルを試料台15にセットする(ステップS201)。
そして、力校正開始スイッチ17iを押下する(ステップS202)。
次いで、ハンドル部16bを回して試料台15を上昇させ、平圧子とロードセルとを接触させるとともに、アーム位置表示枠17lの表示が水平を示す「0.0」になるまで、調整する(ステップS203)。
そして、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS204)。
次いで、ロードセル歪量測定スイッチ17hを押下することで、アーム2を動作させ、平圧子をロードセルに押し込むように、全試験力を負荷して変形量を測定する(ステップS205)。
そして、30秒間(JISの力計の使用手順)待ち、クリープ現象を回避した後、アーム退避スイッチ17eを押下して、アーム2を退避させる(ステップS206)。このとき、全試験力負荷時のロードセル変形量(hL)はアーム位置表示枠17lに表示されており、この値(hL)が記憶部18に記憶され、ロードセル歪量表示枠17aに表示される。
このステップS201からステップS206が、変形量記憶工程(ステップS2)である。
まず、校正水準切替スイッチ17dを操作して、校正する基準片の硬さレベルを表示枠に表示させる(ステップS301)。なお、L(軟らかい)→M(中間)→H(硬い)の繰り返しで、硬さレベルは変更される。
そして、表示枠に表示された硬さレベルに対応する試料台15の高さ位置が算出されて
(試料台の高さ位置の差異(C)=(hL)−(hI))、その取得された高さ位置の値(C)が、試料台高さ調整量表示枠17cに表示される(ステップS302)。なお、この値(C)は、記憶部18に記憶される。
次いで、試料台高さ調整スイッチ17fを押下することで、アーム2を動作させ、ロードセルに全試験力に比して十分小さい力を平圧子が与えた状態で、そのアーム2の位置を維持する(ステップS303)。
次いで、ハンドル部16bを回し、アーム位置表示枠17lに表示される値が、試料台高さ調整量表示枠17cに表示されている値になるように、試料台15の高さ位置を調整する(ステップS304)。
そして、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS305)。
このステップS301からステップS305が、高さ位置取得工程(ステップS3)である。
まず、力校正開始スイッチ17iを押下することで、アーム2を動作させ、平圧子をロードセルに押し込むように、全試験力を負荷する(ステップS401)。
そして、30秒間(JISの力計の使用手順)待ち、クリープ現象を回避した後、ロードセルにおいて測定された荷重の値が所定の荷重値(1471〔N〕)であるか否かを検証するように、ロードセルにおいて測定された荷重の値と、所定の荷重値(1471〔N〕)とを比較して検証することによって、荷重に関する校正を行う(ステップS402)。このとき、アーム位置表示枠17lに表示されている値と、押し込み深さ量表示枠17bに表示されている値とが、ほぼ同じ値であることがわかる。完全に一致しないのは、基準位置設定時の操作誤差と、試験機における遊びやヒステリシスによるものである。
次いで、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS403)。
このステップS401からステップS403が、校正工程(ステップS4)である。
なお、このステップS401〜S403を、3水準(HRC60、HRC40、HRC20)分、繰り返してそれぞれの水準における校正を行う。
そして、その算出して得られた高さ位置に試料台15を調整することによって、硬さの異なる複数の基準片に応じた、異なる水準での荷重に関する校正を容易に行うことができる。つまり、その算出して得られた高さ位置となるように試料台15を調整することによって、基準片に所定の荷重を負荷した状態における圧子1の先端部分に対応する高さ位置で平圧子がロードセルを押し込むことが可能となり、適正な高さ位置で荷重を測定することができるので、その基準片の硬さに応じた荷重の校正をより容易に、より正確に行うことができる。
特に、アーム2は試料台15から離間する退避位置に移動可能に備えられているので、複数回行うデータ取得をより好適に行うことができる。
次いで、硬さ試験機100のアーム2に平圧子を取り付け、ロードセルを試料台15にセットする(ステップS502)。
そして、力校正開始スイッチ17iを押下する(ステップS503)。
次いで、ハンドル部16bを回して試料台15を上昇させ、平圧子とロードセルとを接触させるとともに、アーム位置表示枠17lの表示が水平を示す「0.0」になるまで、調整する(ステップS504)。
そして、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS505)。
次いで、ハンドル部16bを回し、アーム位置表示枠17lの表示が水平を示す「0.0」になるまで、調整する(ステップS507)。
そして、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS508)。
そして、30秒間(JISの力計の使用手順)待ち、クリープ現象を回避した後、ロードセルにおいて測定された荷重の値が、初試験力に応じた荷重であるか否かを検証することによって、初試験力の校正を行う(ステップ510)。このとき、アーム位置表示枠17lに表示されている値と、押し込み深さ量表示枠17bに表示されている値とが、ほぼ同じ値であることがわかる。完全に一致しないのは、基準位置設定時の操作誤差と、試験機における遊びやヒステリシスによるものである。
次いで、アーム退避スイッチ17eを押下することで、アーム2を退避させる(ステップS511)。
このようにして、初試験力に関する校正を行うことができる。
11 アーム(荷重負荷部)
12 駆動部
13 バネ変位センサ
14 アーム位置センサ
15 試料台
16 試料台高さ調整部(試料台高さ位置調整手段)
17 操作部
18 記憶部
181 押し込み深さ量記憶領域(押込深さ量記憶手段)
182 変形量記憶領域(変形量記憶手段)
183 高さ位置データ記憶領域
19 制御部
19a CPU(押込深さ量記憶手段、変形量記憶手段、高さ位置取得手段、校正手段)
19b RAM
19c ROM
191 押し込み深さ量測定プログラム
192 変形量測定プログラム
193 高さ位置算出プログラム
194 校正処理プログラム
100 硬さ試験機
Claims (5)
- 圧子を試料の表面に押し付けることに基づいて試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子または平圧子が配設される荷重負荷部と、
前記荷重負荷部を移動させる駆動部と、
前記圧子または前記平圧子が押し付けられる対象物が載置される試料台と、
前記試料台の高さ位置を調整する試料台高さ調整部と、
前記荷重負荷部を基準位置から移動させて、前記試料台に載置された所定の硬さを有する基準片に前記圧子を所定の荷重で押し付けた際の押し込み深さ量を測定して、前記押し込み深さ量を記憶する押込深さ量記憶手段と、
前記荷重負荷部を基準位置から移動させて、前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際の前記荷重測定器の変形量を測定して、前記変形量を記憶する変形量記憶手段と、
前記変形量記憶手段に記憶されている前記変形量と、前記押込深さ量記憶手段に記憶されている前記押し込み深さ量との差分を算出することに基づき、前記基準片の硬さに応じた前記試料台の高さ位置を取得する高さ位置取得手段と、
前記高さ位置取得手段により取得された前記試料台の高さ位置となるように、前記試料台高さ調整部により調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器により測定された荷重の値と所定の荷重の値とを比較することによって、前記荷重に関する校正を行う校正手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。 - 前記試料台に載置された荷重測定器に十分小さい力を平圧子が与えた状態で前記高さ位置取得手段により取得された前記試料台の高さ位置となるように前記試料台高さの調整を行う試料台高さ位置調整手段を備え、
前記校正手段は、前記試料台高さ位置調整手段により調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器により測定された荷重の値と所定の荷重の値とを比較することによって、前記荷重に関する校正を行うことを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。 - 前記押込深さ量記憶手段は、前記試料台に載置された硬さの異なる複数の基準片に、前記圧子を所定の荷重でそれぞれ押し付けた際のそれぞれの押し込み深さ量を測定して記憶し、
前記高さ位置取得手段は、前記変形量記憶手段に記憶されている前記変形量と、前記押込深さ量記憶手段に記憶されている前記複数の基準片の硬さに応じた押し込み深さ量との差分を算出することに基づき、前記複数の基準片に対応する硬さに応じた前記試料台の高さ位置を取得し、
前記校正手段は、前記複数の基準片に応じた前記試料台の高さ位置となるように調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器が所定の荷重を測定しているか否か検証することによって、前記複数の基準片の硬さ毎に校正を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の硬さ試験機。 - 前記荷重負荷部は前記駆動部によって、前記試料台から離間する退避位置に移動可能に備えられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の硬さ試験機。
- 圧子または平圧子が配設される荷重負荷部と、
前記荷重負荷部を移動させる駆動部と、
前記圧子または前記平圧子が押し付けられる対象物が載置される試料台と、
前記試料台の高さ位置を調整する試料台高さ調整部と、を備える硬さ試験機を校正する硬さ試験機の校正方法であって、
前記試料台に載置された硬さの異なる複数の基準片に前記圧子をそれぞれ接触させた状態で、前記試料台の高さ位置を調整することで前記荷重負荷部を基準位置に配し、その基準位置から前記荷重負荷部を移動させて、所定の荷重で前記圧子をそれぞれの基準片に押し付けた際のそれぞれの押し込み深さ量を測定して、前記押し込み深さ量を記憶部に記憶する押込深さ量記憶工程と、
前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を接触させた状態で、前記試料台の高さ位置を調整することで前記荷重負荷部を基準位置に配し、その基準位置から前記荷重負荷部を移動させて、所定の荷重で圧子を前記荷重測定器に押し付けた際の、前記荷重測定器の変形量を測定して、前記変形量を記憶部に記憶する変形量記憶工程と、
前記記憶部に記憶されている前記変形量と、前記記憶部に記憶されている前記基準片の硬さに応じた前記押し込み深さ量との差分を算出することに基づき、前記複数の基準片に対応する硬さに応じた前記試料台の高さ位置を取得する高さ位置取得工程と、
前記試料台に載置された荷重測定器に十分小さい力を平圧子が与えた状態で前記高さ位置取得工程において取得された前記試料台の高さ位置となるように前記試料台高さの調整を行う試料台高さ位置調整工程と、
前記試料台高さ位置調整工程において調整された前記試料台に載置された荷重測定器に前記平圧子を所定の荷重で押し付けた際に、前記荷重測定器により測定された荷重の値と所定の荷重の値とを比較することによって、前記荷重に関する校正を行う校正工程と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機の校正方法。
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