JP5955716B2

JP5955716B2 - 硬さ試験機、及び硬さ試験方法

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Inventors: 片岡　正信; 正信片岡
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Description

本発明は、硬さ試験機、及び硬さ試験方法に関する。

従来、ビッカース硬さ試験法、ヌープ硬さ試験法など、平面形状が多角形の圧子を試料の表面に押し付け、試料表面に生じる多角形のくぼみの対角線長さより硬さ値を測定する押し込み式の硬さ試験法はよく知られており、これは金属材料の機械的性質の評価に多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ビッカース硬さ試験法は、ダイヤモンド正四角錘による圧子を使用し、試料表面に生じる正四角錘形状のくぼみの二つの対角線長さの平均値と圧子の試料に対する押し付け荷重（試験力）との関係において硬さ値を示すものであり、ヌープ硬さ試験法は、ダイヤモンド長四角錘による圧子を使用し、試料表面に生じる長四角錘形状のくぼみの長い方の対角線長さと圧子の試料に対する試験力との関係において硬さ値を示すものである。

ここで、ビッカース硬さ試験機において、試験力をＦ、試料に形成されたくぼみの二つの対角線長さの平均値をｄとすると、硬さ値ＨＶは、数式１で算出することができる。
［数式１］
ＨＶ＝０．１８９１Ｆ／ｄ^２

特開２０１１−２２０７９０号公報

しかしながら、従来の硬さ試験機では、試料から圧子を引き抜いた後に残るくぼみの対角線長さに基づいて硬さ値を測定するので、例えば、弾性特性が異なる試料同士であっても同じ硬さ値が測定される場合がある。
従って、従来の硬さ試験機では、弾性特性を判別することができないという問題が生じていた。

本発明は、試料毎の弾性特性の違いを判別することが可能な硬さ試験機、及び硬さ試験方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
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、当該くぼみの寸法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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
前記くぼみ付け手段により前記圧子が前記試料の表面に押し付けられた状態で当該試料の表面に形成されている加圧状態のくぼみの面積を算出する第１の面積算出手段と、
撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御手段と、
前記圧子を前記試料の表面から退避させた後に前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、当該試料の表面に残るくぼみの面積を算出する第２の面積算出手段と、
前記第１の面積算出手段により算出された加圧状態のくぼみの面積と、前記第２の面積算出手段により算出されたくぼみの面積と、に基づいて前記試料の弾性指標値を算出する弾性指標値算出手段と、
前記試料の表面に残るくぼみに基づいて前記試料の硬さ値を算出する硬さ値算出手段と、
前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面の画像を表示手段に表示させる表示制御手段と、
を備え、
前記表示制御手段は、前記弾性指標値算出手段により算出された前記試料の弾性指標値と、前記硬さ値算出手段により算出された前記試料の硬さ値と、を前記表示手段に表示させるとともに、前記第１の面積算出手段により算出された加圧状態のくぼみの面積に基づいて、前記圧子が押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの形を、前記試料の表面の画像上のくぼみに重ねて表示させることを特徴とする。

請求項２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、当該くぼみの寸法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の硬さ試験方法において、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
前記くぼみ付け工程で前記圧子が前記試料の表面に押し付けられた状態で当該試料の表面に形成されている加圧状態のくぼみの面積を算出する第１の面積算出工程と、
撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御工程と、
前記圧子を前記試料の表面から退避させた後に前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、当該試料の表面に残るくぼみの面積を算出する第２の面積算出工程と、
前記第１の面積算出工程で算出された加圧状態のくぼみの面積と、前記第２の面積算出工程で算出されたくぼみの面積と、に基づいて前記試料の弾性指標値を算出する弾性指標値算出工程と、
前記試料の表面に残るくぼみに基づいて前記試料の硬さ値を算出する硬さ値算出工程と、
前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面の画像を表示手段に表示させる表示制御工程と、
を含み、
前記表示制御工程は、前記弾性指標値算出工程で算出された前記試料の弾性指標値と、前記硬さ値算出工程で算出された前記試料の硬さ値と、を前記表示手段に表示させるとともに、前記第１の面積算出工程で算出された加圧状態のくぼみの面積に基づいて、前記圧子が押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの形を、前記試料の表面の画像上のくぼみに重ねて表示させることを特徴とする。

本発明によれば、試料の硬さ値を算出するだけでなく、試料の弾性指標値を算出することができることとなって、試料毎の弾性特性の違いを判別することができる。

本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示す斜視図である。本発明に係る硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。本発明に係る硬さ試験機の硬さ測定部を示す模式図である。本発明に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。本発明に係る硬さ試験機の動作を示すフローチャートである。試料に対して所定の試験力で圧子が押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの面積を算出する方法を示す図である。所定の試験力で圧子が押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの形を試料の表面の画像上のくぼみに重ねて表示させた一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、図１におけるＸ方向を左右方向とし、Ｙ方向を前後方向とし、Ｚ方向を上下方向とする。また、Ｘ−Ｙ面を水平面とする。

硬さ試験機１００は、例えば、圧子１４ａ（図３参照）の平面形状が矩形状に形成されたビッカース硬さ試験機であり、図１〜図４に示すように、試験機本体１０と、制御部６と、操作部７と、モニタ８と、圧子軸変位検出部９と、を備えて構成されている。

試験機本体１０は、図２に示すように、試料Ｓの硬さ測定を行う硬さ測定部１と、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２を移動させるＸＹステージ３と、試料Ｓの表面に焦点を合わせるためのＡＦステージ４と、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦステージ４）を昇降する昇降機構部５と、を備えて構成されている。

硬さ測定部１は、図３に示すように、試料Ｓの表面を照明する照明装置１１と、試料Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１２と、圧子１４ａを備える圧子軸１４と対物レンズ１５を備え、回転することにより圧子軸１４と対物レンズ１５との切り替えが可能なターレット１６と、を備えて構成されている。

照明装置１１は、光を照射することにより試料Ｓの表面を照明するものであり、照明装置１１から照射される光は、レンズ１ａ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｅ、及び対物レンズ１５を介して試料Ｓの表面に到達する。

ＣＣＤカメラ１２は、試料Ｓの表面から対物レンズ１５、ミラー１ｅ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｇ、及びレンズ１ｈを介して入力された反射光に基づき、当該試料Ｓの表面や圧子１４ａにより試料Ｓの表面に形成されるくぼみを撮像して画像データを取得し、複数フレームの画像データを同時に蓄積、格納可能なフレームグラバ１７を介して、制御部６に出力する。
即ち、ＣＣＤカメラ１２は、本発明の撮像手段として機能する。

圧子軸１４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動される負荷機構部（図示省略）により、試料台２に載置された試料Ｓに向けて移動され、先端部に備えた圧子１４ａを試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。本実施形態では、圧子１４ａとして、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）を使用する。

対物レンズ１５は、それぞれ異なる倍率からなる集光レンズであって、ターレット１６の下面に複数保持されており、ターレット１６の回転により試料Ｓの上方に配置されることで、照明装置１１から照射される光を一様に試料Ｓの表面に照射させる。

ターレット１６は、下面に圧子軸１４と複数の対物レンズ１５を取り付け可能に構成されるとともに、Ｚ軸方向を中心に回転することにより、圧子軸１４及び複数の対物レンズ１５の中の何れか一つを試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。即ち、圧子軸１４を試料Ｓの上方に配置することで試料Ｓの表面にくぼみを形成することができ、対物レンズ１５を試料Ｓの上方に配置することで形成されたくぼみを観察することができるようになっている。

試料台２は、上面に載置される試料Ｓを、試料固定部２ａで固定する。
ＸＹステージ３は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料台２を圧子１４ａの移動方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動させる。
ＡＦステージ４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、ＣＣＤカメラ１２が撮像した画像データに基づき試料台２を微細に昇降させ、試料Ｓの表面に焦点を合わせる。
昇降機構部５は、制御部６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、ＡＦステージ４）をＺ方向に移動させることで、試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離を変化させる。

操作部７は、キーボード７１と、マウス７２と、を備えて構成されており、硬さ試験を行う際のユーザによる入力操作を実行させる。そして、操作部７により所定の入力操作がなされると、その入力操作に応じた所定の操作信号が制御部６に出力される。
具体的には、操作部７は、キーボード７１やマウス７２を介して、くぼみの合焦位置を決定する条件をユーザに選択させることができる。
また、操作部７は、ユーザに、試料台２（昇降機構部５及びＡＦステージ４）の移動する範囲（試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離の範囲）を指定させることができる。
また、操作部７は、ユーザに、当該硬さ試験機１００による硬さ試験を実施する際の試験条件値を入力させることができる。入力された試験条件値は、制御部６に送信される。ここで、試験条件値とは、例えば、試料Ｓの材質、圧子１４ａにより試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、対物レンズ１５の倍率、等の値である。
また、操作部７は、ユーザに、くぼみの合焦位置の決定を手動で行う手動モード又は自動で行う自動モードの何れかを選択させることができる。

モニタ８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７において入力された硬さ試験の設定条件、硬さ試験の結果、及びＣＣＤカメラ１２が撮像した試料Ｓの表面や試料Ｓの表面に形成されるくぼみの画像等を表示する。
即ち、モニタ８は、本発明の表示手段として機能する。

圧子軸変位検出部９は、例えば、所定の間隔の目盛が刻まれて圧子軸１４に備えられたスケールと、そのスケールの目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダと、からなり、圧子軸１４が試料Ｓにくぼみを形成する際に移動した変位量、即ち、試料Ｓに圧子１４ａが押し込まれた進入量を検出し、その検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を制御部６に出力する。

制御部６は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２と、記憶部６３と、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の動作制御等を行う機能を有する。

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を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、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。

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、試料Ｓに対する圧子１４ａのアプローチ処理を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ターレット１６の回転により対物レンズ１５が試料Ｓの上方に配置された状態で、試料Ｓの表面の所定領域が対物レンズ１５の真下に位置するようにＸＹステージ３を移動させる。次に、ＣＰＵ６１は、硬さ測定部１のＣＣＤカメラ１２によって得られる画像データに基づいてＡＦステージ４を昇降させ、試料Ｓの表面に対する自動合焦を行う。そして、ＣＰＵ６１は、ターレット１６の回転により圧子軸１４が試料Ｓの上方に配置された状態で、当該圧子軸１４を先端部に備えられた圧子１４ａが試料Ｓの表面に接触するまで移動させる。

次に、試料Ｓに対して試験力を負荷する処理を行う（ステップＳ２：くぼみ付け工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの表面に圧子１４ａを所定の試験力になるまで徐々に力を加えながら押し付けていき、試料Ｓの表面に加圧状態のくぼみを形成させる。そして、ＣＰＵ６１は、試料Ｓに対して圧子１４ａを所定の試験力で押し付けた状態を保持させる。

次に、ステップＳ２で試料Ｓに対して所定の試験力で圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの面積を算出する（ステップＳ３：第１の面積算出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、圧子軸変位検出部９により検出された試料Ｓに対する圧子１４ａの進入量ｈに基づいて、加圧状態のくぼみの一辺の長さＤを算出する（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。ここで、加圧状態のくぼみの一辺の長さＤは、数式２で算出することができる。
［数式２］
Ｄ＝ｔａｎ（１３６°／２）×ｈ×２
そして、ＣＰＵ６１は、ビッカース用の圧子１４ａにより形成される加圧状態のくぼみの平面形状が正方形であることに鑑みて、算出された加圧状態のくぼみの一辺の長さＤを平方し、当該加圧状態のくぼみの面積Ｍ１（＝Ｄ×Ｄ）を算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、圧子１４ａが試料Ｓの表面に押し付けられた状態で当該試料Ｓの表面に形成されている加圧状態のくぼみの面積Ｍ１を算出する本発明の第１の面積算出手段として機能する。

次に、試料Ｓに押し付けられている圧子１４ａを、所定の待機位置に退避させる処理を行う（ステップＳ４）。具体的には、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの表面に圧子１４ａを押し付けた状態から圧子軸１４を徐々にＺ方向上方に引き上げていき、所定の待機位置まで退避させた後、当該待機位置で待機させる。これにより、試料Ｓの表面にくぼみを形成させる。
即ち、ＣＰＵ６１は、圧子１４ａを試料Ｓの表面に押し付けることにより、当該試料Ｓの表面にくぼみを形成させる本発明のくぼみ付け手段として機能する。

次に、ステップＳ４で圧子１４ａが引き上げられた後に試料Ｓの表面に残るくぼみの面積を算出する（ステップＳ５：撮像制御工程、第２の面積算出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ターレット１６の回転により対物レンズ１５が試料Ｓの上方に配置された状態で、ＣＣＤカメラ１２により試料Ｓの表面を撮像させて画像データを取得させる。そして、ＣＰＵ６１は、取得された画像データを解析して試料Ｓの表面に形成されたくぼみの対角線長さを計測し、当該計測された対角線長さに基づいてくぼみの面積Ｍ２を算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１２を制御して試料Ｓの表面を撮像させ、当該試料Ｓの表面の画像データを取得させる本発明の撮像制御手段として機能する。
また、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１２により取得された画像データに基づいて、圧子１４ａを試料Ｓの表面から退避させた後に当該試料Ｓの表面に残るくぼみの面積Ｍ２を算出する本発明の第２の面積算出手段として機能する。

次に、試料Ｓの弾性指標値を算出する（ステップＳ６：弾性指標値算出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ５で算出された試料Ｓの表面に残るくぼみの面積Ｍ２を、ステップＳ３で算出された圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの面積Ｍ１で除することにより、試料Ｓの弾性指標値Ａ（＝Ｍ２／Ｍ１）を算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、ステップＳ３で算出された圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの面積Ｍ１と、ステップＳ５で算出された試料Ｓの表面に残るくぼみの面積Ｍ２と、に基づいて試料Ｓの弾性指標値Ａを算出する本発明の弾性指標値算出手段として機能する。

次に、試料Ｓの硬さ値を算出する（ステップＳ７：硬さ値算出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ５で画像データを解析することにより計測されたくぼみの対角線長さに基づいて、試料Ｓの硬さ値ＨＶ（＝０．１８９１Ｆ／ｄ^２）を算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの表面に残るくぼみに基づいて試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する本発明の硬さ値算出手段として機能する。

次に、試料Ｓの弾性指標値Ａをモニタ８に表示させる（ステップＳ８）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ６で算出された試料Ｓの弾性指標値Ａをモニタ８に表示させる。

次に、所定の試験力で圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの形を、試料Ｓの表面の画像上のくぼみに重ねてモニタ８に表示させる（ステップＳ９）。具体的には、ＣＰＵ６１は、図７に示すように、ステップＳ５で取得された画像データに基づいて、圧子１４ａが引き上げられた後に試料Ｓの表面に残されたくぼみＫ１を含む試料Ｓの表面の画像をモニタ８に表示させるとともに、ステップＳ３で取得された加圧状態のくぼみの情報（一辺の長さＤや面積Ｍ１等）に基づいて、所定の試験力で圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみＫ２の形を、上記試料Ｓの表面の画像上に重ねて表示させる。これにより、ユーザは、試料Ｓの表面に残されたくぼみＫ１と圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみＫ２とを視覚的に比較することができるので、くぼみの弾性変形の様子を容易に認識することができる。
即ち、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１２により取得された画像データに基づいて、試料Ｓの表面の画像をモニタ８に表示させる本発明の表示制御手段として機能し、ステップＳ３で算出された加圧状態のくぼみの面積Ｍ１に基づいて、圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみＫ２の形を、試料Ｓの表面の画像上のくぼみＫ１に重ねて表示させる。

次に、試料Ｓの硬さ値ＨＶをモニタ８に表示させる（ステップＳ１０）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ７で算出された試料Ｓの硬さ値ＨＶをモニタ８に表示させる。

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、圧子１４ａを試料Ｓの表面に押し付けることにより、当該試料Ｓの表面にくぼみを形成させるくぼみ付け手段（ＣＰＵ６１）と、くぼみ付け手段により圧子１４ａが試料Ｓの表面に押し付けられた状態で当該試料Ｓの表面に形成されている加圧状態のくぼみの面積Ｍ１を算出する第１の面積算出手段（ＣＰＵ６１）と、ＣＣＤカメラ１２を制御して試料Ｓの表面を撮像させ、当該試料Ｓの表面の画像データを取得させる撮像制御手段（ＣＰＵ６１）と、圧子１４ａを試料Ｓの表面から退避させた後にＣＣＤカメラ１２により取得された画像データに基づいて、当該試料Ｓの表面に残るくぼみの面積Ｍ２を算出する第２の面積算出手段（ＣＰＵ６１）と、第１の面積算出手段により算出された加圧状態のくぼみの面積Ｍ１と、第２の面積算出手段により算出されたくぼみの面積Ｍ２と、に基づいて試料Ｓの弾性指標値Ａを算出する弾性指標値算出手段（ＣＰＵ６１）と、試料Ｓの表面に残るくぼみに基づいて試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出する硬さ値算出手段（ＣＰＵ６１）と、を備えるので、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出するだけでなく、試料Ｓの弾性指標値Ａを算出することができることとなって、試料毎の弾性特性の違いを判別することができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、ＣＣＤカメラ１２により取得された画像データに基づいて、試料Ｓの表面の画像をモニタ８に表示させる表示制御手段（ＣＰＵ６１）を更に備え、表示制御手段は、弾性指標値算出手段により算出された試料Ｓの弾性指標値Ａと、硬さ値算出手段により算出された試料Ｓの硬さ値ＨＶと、をモニタ８に表示させるので、ユーザは試料Ｓの弾性指標値Ａと硬さ値ＨＶとを容易に認識することができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、表示制御手段は、第１の面積算出手段により算出された加圧状態のくぼみの面積Ｍ１に基づいて、圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみＫ２の形を、試料Ｓの表面の画像上のくぼみＫ１に重ねて表示させるので、ユーザは、試料Ｓの表面に残されたくぼみＫ１と圧子１４ａが押し付けられた状態における加圧状態のくぼみＫ２とを視覚的に比較することができることとなって、くぼみの弾性変形の様子を容易に認識することができる。

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上記実施形態では、図５のステップＳ６で試料Ｓの弾性指標値Ａを算出した後、ステップＳ７で試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、ステップＳ６の処理とステップＳ７の処理の順番を入れ替えるようにしてもよい。また、例えば、ステップＳ７の処理を、試料Ｓの硬さ値ＨＶをモニタ８に表示させるステップＳ１０の処理の直前に行うようにしてもよい。また、例えば、試料Ｓの硬さ値ＨＶを算出してモニタ８に表示した後に、試料Ｓの弾性指標値Ａを算出してモニタ８に表示させるようにしてもよいし、算出された硬さ値ＨＶと弾性指標値Ａをモニタ８に同時に表示させるようにしてもよい。
即ち、弾性指標値Ａと硬さ値ＨＶを算出する順序は順不同であり、弾性指標値Ａ及び硬さ値ＨＶは、算出後であれば任意のタイミングでモニタ８に表示させることが可能である。

また、上記実施形態では、試料Ｓの弾性指標値Ａや硬さ値ＨＶをモニタ８に表示させる（図５のステップＳ８及びステップＳ１０参照）ことにより、ユーザに報知させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、音声を出力可能なスピーカ等を設けるようにし、算出された試料Ｓの弾性指標値Ａや硬さ値ＨＶを当該スピーカから音声出力させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、硬さ試験機１００としてビッカース硬さ試験機を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。圧子の形状が既知のものであればいかなる硬さ試験機に適用してもよく、例えば、ダイヤモンド長四角錘による圧子を備えるヌープ硬さ試験機等に適用することも可能である。

その他、硬さ試験機１００を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００硬さ試験機
１０試験機本体
１硬さ測定部
１１照明装置
１２ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１４圧子軸
１４ａ圧子
１５対物レンズ
１６ターレット
１７フレームグラバ
２試料台
３ＸＹステージ
４ＡＦステージ
５昇降機構部
６制御部
６１ＣＰＵ（くぼみ付け手段、第１の面積算出手段、撮像制御手段、第２の面積算出手段、弾性指標値算出手段、硬さ値算出手段、表示制御手段）
６２ＲＡＭ
６３記憶部
７操作部
８モニタ（表示手段）
９圧子軸変位検出部
Ｓ試料

Claims

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、当該くぼみの寸法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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
前記くぼみ付け手段により前記圧子が前記試料の表面に押し付けられた状態で当該試料の表面に形成されている加圧状態のくぼみの面積を算出する第１の面積算出手段と、
撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御手段と、
前記圧子を前記試料の表面から退避させた後に前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、当該試料の表面に残るくぼみの面積を算出する第２の面積算出手段と、
前記第１の面積算出手段により算出された加圧状態のくぼみの面積と、前記第２の面積算出手段により算出されたくぼみの面積と、に基づいて前記試料の弾性指標値を算出する弾性指標値算出手段と、
前記試料の表面に残るくぼみに基づいて前記試料の硬さ値を算出する硬さ値算出手段と、
前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面の画像を表示手段に表示させる表示制御手段と、
を備え、
前記表示制御手段は、前記弾性指標値算出手段により算出された前記試料の弾性指標値と、前記硬さ値算出手段により算出された前記試料の硬さ値と、を前記表示手段に表示させるとともに、前記第１の面積算出手段により算出された加圧状態のくぼみの面積に基づいて、前記圧子が押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの形を、前記試料の表面の画像上のくぼみに重ねて表示させることを特徴とする硬さ試験機。
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、当該くぼみの寸法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の硬さ試験方法において、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
前記くぼみ付け工程で前記圧子が前記試料の表面に押し付けられた状態で当該試料の表面に形成されている加圧状態のくぼみの面積を算出する第１の面積算出工程と、
撮像手段を制御して前記試料の表面を撮像させ、当該試料の表面の画像データを取得させる撮像制御工程と、
前記圧子を前記試料の表面から退避させた後に前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、当該試料の表面に残るくぼみの面積を算出する第２の面積算出工程と、
前記第１の面積算出工程で算出された加圧状態のくぼみの面積と、前記第２の面積算出工程で算出されたくぼみの面積と、に基づいて前記試料の弾性指標値を算出する弾性指標値算出工程と、
前記試料の表面に残るくぼみに基づいて前記試料の硬さ値を算出する硬さ値算出工程と、
前記撮像手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面の画像を表示手段に表示させる表示制御工程と、
を含み、
前記表示制御工程は、前記弾性指標値算出工程で算出された前記試料の弾性指標値と、前記硬さ値算出工程で算出された前記試料の硬さ値と、を前記表示手段に表示させるとともに、前記第１の面積算出工程で算出された加圧状態のくぼみの面積に基づいて、前記圧子が押し付けられた状態における加圧状態のくぼみの形を、前記試料の表面の画像上のくぼみに重ねて表示させることを特徴とする硬さ試験方法。