JP6075253B2 - 硬さ試験機 - Google Patents

Description

この発明は、試験片の硬さを測定する硬さ試験機に関する。

硬さ試験機は、試験片を載置して試験片をＸＹ平面上に位置決めするＸＹステージと、試験片の表面にくぼみを形成するための圧子と、試験位置において圧子を試験片に押し付けることにより圧子に試験力を付与する負荷機構と、試験片の表面に形成されたくぼみを観察するための対物レンズと、対物レンズおよび圧子の何れか一つを試験位置と対向させるように切り替えるターレットとを備えている。そして、試験片の表面に形成されたくぼみの大きさを計測し、そのくぼみ大きさに基づいて試験片の硬さを求める構成となっている（特許文献１参照）。

このように、硬さ試験機では、試験片に試験力を付与する負荷系の負荷軸と、試験片に形成されたくぼみを観察するための光学系の光軸とを同軸とし、試験片に対して圧子と対物レンズを移動させることで、負荷系と光学系とを切り替える構成が採用されている。

このような硬さ試験機においてビッカース硬さ試験を行うときには、先ず、ステージ上に載置した試験片を低倍率対物レンズにより観察して、試験片の形状検出と圧子を押し付ける試験位置を決めている。そして、決められた試験位置に圧子を押し付ける動作を実行した後に、試験片の表面に形成されたくぼみを、くぼみの大きさの計測に適した倍率の対物レンズにより観察することで、くぼみ計測を実行している。

また、特許文献１に記載されたような硬さ試験機では、同一または類似形状の複数の試験片について試験を実行するときでも、一つの試験片ごとに、試験位置の設定と試験の実行およびくぼみ測定を行っている。

なお、複数の試験片への連続した試験の実行と測定が可能な硬さ試験機として、複数の試験片を固定する試料固定台が設けられた積載台を、ベルトコンベアー式の搬送部によりカメラの視野内となる測定部に搬送することにより、すべての試験片の各々について、試験位置の設定を先に行った後に、複数の試験片について連続して試験を実行するものが提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−１５１２８号公報 特開平１０−１４２１３３号公報

しかしながら、特許文献２に記載の硬さ試験機では、各試験片への試験位置の設定は、最初にくぼみを形成する試験位置の座標、連続してくぼみを形成させる方向、くぼみ間の距離、くぼみを形成する試験位置の数等の情報を、試験片ごとに個別に設定しなければならない。このため、試験を実行するまでに試験位置の設定に長い時間を費やすることになる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、複数の試験片に対して試験を行うときに、試験位置の設定をより短い時間で容易に行うことが可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の試験片に対して連続して試験を行う硬さ試験機であって、それぞれ１以上の試験片を保持した試料の固定部が複数設けられた固定具が配設され、前記固定具に固定された試料をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、前記ＸＹステージをＺ方向に移動させる昇降機構と、試験片の表面にくぼみを形成するための圧子と、試験位置において前記圧子を各試験片の表面に押し付けることにより前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、前記試料における試験片の形状および試験片の表面に形成されたくぼみを観察するための複数の対物レンズと、前記圧子および前記対物レンズを支持するとともに、前記圧子または前記対物レンズのいずれかを前記試料と対向する位置に移動させる切替部材と、前記対物レンズを介して取得した画像を表示する表示部と、複数の試験位置がパターン化された設定パターンを記憶する記憶部と、オペレータが入力装置により前記表示部に表示された画像上の位置を指定、および／または、前記記憶部に記憶された前記設定パターンを選択することにより、試験片に複数の試験位置を設定する試験位置設定手段と、を備え、前記記憶部は、前記ステージ上に載置された複数の試料における複数の試験片が少なくとも一部に同一形状を有するときに、当該同一形状部分の領域をグループ認識して、グループ認識された領域内に前記試験位置設定手段により設定された複数の試験位置の試験パターンの画像を記憶し、前記試験位置設定手段は、前記記憶部から読出した試験パターンの画像を、前記表示部に表示された他のグループ認識された領域の画像上に転写する転写手段と、前記転写手段により転写され、前記表示部に表示されたグループ認識された領域の画像上に重ね合わせて表示された試験パターンの画像を試験片の形状に関連付けられた方向がそろうように回転および／または上下左右に移動させる移動手段と、を有し、グループ認識された領域に対して、複数の試験位置の設定を一括して行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の試料の各々は、同一形状の試験片を樹脂モールドしたものであり、前記試験位置設定手段は、前記固定具に固定された位置ごとに前記試料の領域をグループ認識し、グループ認識された第１の試料に設定された複数の試験位置である試験パターンの画像を前記記憶部に記憶させる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記固定具には、２行２列に４個の固定部が設けられている。

請求項１に記載の発明によれば、試験位置設定手段は、ステージ上に載置された試料における複数の試験片が少なくとも一部に同一形状を有するときに、当該同一形状部分について、先に設定された試験パターンを記憶部から読出して、他の試験片の同一形状部分に適用して試験位置を設定することから、複数の試験片に対して連続して試験を行うときの各試験片への試験位置の設定を、容易かつ短時間で行うことができる。また、表示部に表示されたグループ認識された領域の画像上に、先に設定された試験パターンの画像を転写して、画像を見ながら試験片の形状に関連付けられた方向がそろうように試験パターンを回転および／または上下左右に移動させることができるため、より簡易に複数の試験位置を一括して設定することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、試験片の試験位置の情報を、記憶部に試験片を保持した試料ごとに登録できることから、同一形状の複数の試験片に連続して試験を行うときに、各試験片への複数の試験位置の設定をより速く行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、固定具には、２行２列に４個の固定部が設けられていることから、固定具への各試料の固定を容易に行うことができる。

この発明に係る硬さ試験機の概要図である。 ＸＹステージ１２に固定具７０が配設された状態を示す斜視図である。 固定具７０の平面図である。 固定具７０の右側面図である。 ＸＹステージ１２を昇降する昇降機構の概要図である。 ターレット２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。 圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。 圧子２１により試験片１００にくぼみを形成する様子を説明する模式図である。 試験片１００に形成されたくぼみを示す平面図である。 この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。 コンピュータ５０における主要な機能的構成を示すブロック図である。 固定具７０の各固定部７５に試料１０を固定した状態を示す平面図である。 試験位置の設定を説明する模式図である。 試験位置を設定する手順を説明するフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の概要図である。図２は、ＸＹステージ１２に固定具７０が配設された状態を示す斜視図である。さらに、図３は、固定具７０の平面図、図４はその右側面図である。なお、図４においては、試料１０を仮想線で示している。また、図５は、ＸＹステージ１２を昇降する昇降機構の概要図である。

この硬さ試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に配置され試験片１００を保持した試料１０を固定する固定具７０が配設されるＸＹステージ１２とを備える。ＸＹステージ１２は、試料１０をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させ、このＸＹ平面上において試料１０に保持された試験片１００を位置決めするためのものである。このＸＹステージ１２には、ＸＹステージ１２をＸ方向に水平移動させるためのモータ１３と、ＸＹステージ１２をＹ方向に移動させるためのモータ１４とが付設されている。

微小寸法の試験片１００に試験を行うときには、試験片１００の硬さに影響を及ぼさない方法で試験片１００を樹脂モールドしたものを試料１０とし、表面を材料の特性に適した研磨法により研磨して被検査面としている。この硬さ試験機では、図２および図３に示すように、試験片１００を樹脂モールドした円柱状の試料１０の外形に応じた４個の固定部７５を形成した固定具７０をＸＹステージ１２上にボルトにより固設している。

固定具７０は、４個の孔部が設けられた上板部材７１と、固定具７０をＸＹステージ１２上に固定するためのボルト孔７４が設けられた下板部材７２と、下板部材７２と上板部材７１を接続する柱部材７３と、試料１０の高さに応じて、試料１０を下から支える押さえネジ部７６とを備える。各固定部７５は、上板部材７１の孔部と、下板部材７２に配設された押さえネジ部７６により構成される。

押さえネジ部７６は、押さえネジ部７６に回転を加えることで、押さえネジ部７６側の雄ネジと下板部材７２側に形成された雌ネジ部の噛合作用により昇降する。上板部材７１には、試料１０の外径より若干径が小さい貫通孔が設けられ、この貫通孔の下面側から試料１０の外径より若干径が大きい座ぐり加工を施すことで、試料１０の被検査面をターレット２０側に向けて上板部材７１に対して固定するための固定ツメ部７８が形成されている。固定ツメ部７８は、押さえネジ部７６により下から試料１０を押す力に対して、試料１０が抜けることなく上板部材７１の所定の位置に固定できる幅と厚みがあればよく、試料１０の形状に応じて、孔部の形状およびサイズは適宜変更される。

固定具７０の各固定部７５に試料１０を固定するときは、柱部材７３の長さによって規定される上板部材７１と下板部材７２との間の空間に側面から、試料１０を押さえネジ部７６の上に挿入する。しかる後、試料１０を支持した押さえネジ部７６を回転させて上昇させることにより、試料１０の上端部の縁を、固定ツメ部７８に当接させて、試料１０をＸＹステージ１２上に固定する（図４参照）。この固定具７０のように、上板部材７１と下板部材７２との間の空間に側面から、試料１０を押さえネジ部７６の上に挿入する場合には、固定部７５が２行２列に４個（２×２＝４）配設された形態が、どの押さえネジ部７６に対しても、作業者の操作に支障をきたすことがなく、試料１０を固定具７０に装着することができる。すなわち、固定具７０の正面、右側面、左側面の３面から作業者が各固定部７５にアクセスできる。また、固定部７５が２行２列に４個配設した形態では、ターレット２０に支持された最も低倍率の対物レンズ（後述する対物レンズ２２）によって、同一視野内に４個の試料１０の画像を収めることも可能である。

なお、固定具７０に設けられる固定部７５の数および配置は、この実施形態に示す２×２＝４個に限定されない。すなわち、固定具７０の外側から試料１０を装着できる構成であればよく、例えば、固定具７０における固定部７５の配置は、３×２＝６個であってもよい。

また、ＸＹステージ１２は、図５に示す昇降機構の作用により、上下方向（Ｚ方向）に移動する構成となっている。すなわち、ＸＹステージ１２を支持する支持部５１は、その側面にラック５３が形成された昇降部材５２により支持されている。この昇降部材５２におけるラック５３は、モータ１５の駆動により回転するピニオン５４と噛合している。このため、ＸＹステージ１２は、モータ１５の駆動により昇降する。

また、この硬さ試験機は、試験片１００を目視により観察するための接眼レンズ１６と、試験片１００を撮影するためのカメラ１７と、圧子２１および対物レンズ２３、２４等を支持して回転するターレット２０とを備える。このターレット２０は、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く軸を中心に回転する。また、この硬さ試験機は、入力部および表示部としても機能するタッチパネル式の液晶表示部５９を備える。

図６は、ターレット２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。

ターレット２０には、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００に押し込まれる圧子１９、２１と、２倍の対物レンズ２２、５倍の対物レンズ２３、４０倍の対物レンズ２４および５０倍の対物レンズ２５とが配設されている。これらの圧子１９、２１および対物レンズ２２、２３、２４、２５は、ターレット２０の回転中心Ｃを中心とした円上に配置されている。なお、対物レンズ２２、２３、２４、２５の倍率および配設個数はこれに限定されるものではない。

再度、図１を参照して、この材料試験機は、試験片１００の表面の像を表示するための液晶モニタ等の表示部５５と、各種のデータを入力するための入力手段として機能するキーボード５７およびマウス５８と、本体５６とから構成されるコンピュータ５０と接続されている。このコンピュータ５０は、本体５６内にＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置と論理演算を実行するＣＰＵを備える。

図７は、圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。なお、図７は、図６において一点鎖線で示す位置における断面を示している。

この硬さ試験機は、圧子１９、２１の先端を試験片１００に対して押し込むための試験力を圧子１９、２１に対して付与する負荷機構と、ＸＹステージ１２上に固定具７０を介して載置された試験片１００を照明するとともにくぼみを観察するための光学系とを備える。

図７に示すように、ターレット２０は、軸筒２７がベアリング２９を介して回転軸２８に接続されており、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く回転軸２８を中心に回転する。図７においては、ターレット２０の回転により負荷伝達軸３６を介して圧子２１に試験力が与えられる場合、すなわち、圧子２１が試験片１００と対向する位置に配置されている場合を示している。圧子１９に対して試験力を付与する場合には、圧子１９が、図７に示す圧子２１の位置に配置される。

負荷機構は、水平方向を向く軸３１を中心に揺動可能なレバー３２を備える。レバー３２の一端には、中空の押圧部３５が配設されている。この押圧部３５は、レバー３２の揺動に伴って、圧子２１に連結した負荷伝達軸３６の端部に付設された当接部３７を押圧する構成となっている。また、レバー３２の他端には、永久磁石３３が付設されている。この永久磁石３３の外部には、電磁コイル３４が配設されている。この永久磁石３３と電磁コイル３４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル３４に流れる電流を制御することにより、負荷伝達軸３６の先端に配設された圧子２１による試験片１００への試験力を制御することが可能となる。

なお、この実施形態においては、この時の試験力を、例えば、２ｋｇｆ、１ｋｇｆ、０．５ｋｇｆ、０．３ｋｇｆ、０．２ｋｇｆ、０．１ｋｇｆ、０．０５ｋｇｆ、０．０２５ｋｇｆ、０．０１ｋｇｆと、段階的に変化させることができる構成となっている。

負荷伝達軸３６は、上下の板バネ６１が支持部材６２を介してターレット２０の軸筒２７に固定されたロバーバル構造により支持されており、負荷機構により与えられた試験力に応じて昇降可能となっている。負荷伝達軸３６には、この負荷伝達軸３６の移動量を検出する差動トランス式の変位検出器６０が接続されている。この変位検出器６０は、支持部材６３を介してターレット２０の軸筒２７に接続され、ターレット２０の回転により負荷伝達軸３６と同期して移動する。なお、この変位検出器６０は、試験片１００の表面の検出に使用される。すなわち、圧子２１を極めて小さい力で下降させたときの移動量を常に検出し、圧子２１の移動が停止したときに圧子２１が試験片１００の表面と当接したと判断している。

光学系は、ＬＥＤ光源４１と、ＬＥＤ光源４１からの光を水平方向に導く光筒４２と、試料１０を上から照明するために光筒４２により導かれた光を押圧部３５の中空部に導光するとともに、試料１０の表面からの反射光をカメラ１７側に透過させるハーフミラー４３と、ハーフミラー４３を透過した試料１０の表面からの反射光を接眼レンズ１６およびカメラ１７に分割するハーフミラー４４とを備える。対物レンズ２２が図４における負荷伝達軸３６の位置、すなわち試料１０に保持された試験片１００に形成されたくぼみの観察位置に配置された場合には、試料１０および試験片１００の表面からの反射光が、押圧部３５の中空部、対物レンズ２２、ハーフミラー４３、４４を介して、接眼レンズ１６およびカメラ１７に入射する。これにより、接眼レンズ１６により試験片１００の拡大像を観察できるとともに、カメラ１７により撮影した拡大像をコンピュータ５０における表示部５５に表示することができる。その他の対物レンズ２３、２４、２５がくぼみの観察位置に配置された場合も、対物レンズ２２による場合と同様である。

図８は、圧子２１により試験片１００にくぼみを形成する様子を模式的に示す説明図であり、図９は、試験片１００に形成されたくぼみを示す平面図である。

圧子１９、２１のうち、圧子２１は、硬さ試験としてのビッカース硬さ試験を実行するためのものであり、その先端は四角錐形状となっている。この圧子２１は、図８に示すように、図７に示す負荷機構の作用により試験片１００の表面に深さｈだけ押し込まれる。そして、その試験力を解除し、図１に示すターレット２０を回転させて所望の倍率の対物レンズを試験片１００と対向する位置に移動させる。対物レンズ、カメラ１７を介して得られた試験片１００の表面に形成されたくぼみの画像から、くぼみの対角線長さｄ［ｄ＝（ｄｘ＋ｄｙ）／２］を測定する（図９参照）。ビッカース硬さは、試験力を、底面が正方形で頂点の角度が圧子２１と同じ角錐であると仮定したくぼみの表面積で割って得られる値に比例する。そして、くぼみの対角線長さｄ（ｍｍ：ミリメートル）から求められたくぼみの表面積と試験力から、ビッカース硬さが算出される。

ここで、試験力をＦ（Ｎ：ニュートン)とした場合に、ビッカース硬さＨＶは、下記の式（１）で表される。

ＨＶ ＝ ０．１８９１（Ｆ／ｄ^２） ・・・・・（１）
なお、圧子１９、２１のうち、他方の圧子１９としては、例えば、ヌープ硬さ試験に使用される菱形のピラミッド型の圧子が使用される。

図１０は、この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。

この硬さ試験機は、装置全体を制御する制御部８０を備える。この制御部８０は、上述したカメラ１７、液晶表示部５９、ＬＥＤ光源４１、変位検出器６０、電磁コイル３４、コンピュータ５０、ターレット２０を回転させるためのモータ３０およびＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるためのモータ１３、１４、１５と接続されている。さらに、この制御部８０は、硬さ試験機を動作させるための各種情報を記憶する記憶部８１と接続されている。

図１１は、コンピュータ５０における主要な機能的構成を示すブロック図である。

コンピュータ５０は、本体５６内に、試験片１００に試験位置を設定するための試験位置設定手段８５と、設定された複数の試験位置を表す試験パターンを記憶するための記憶部８９を備える。さらに、試験位置設定手段８５は、複数の試験位置が所定の条件に従ってパターン化された設定パターンを利用して試験片１００に試験位置を設定するときに所望の設定パターンを選択する設定パターン選択手段８６と、先に試験片１００に複数の設定パターンを組み合わせて設定された試験パターンを他の試験片１００に適用するときに、試験パターンを一時的に保存させた記憶部８９から試験パターンの画像を読み出して試験片１００の画像上に転写する転写手段８７と、転写された試験パターンの画像を試験片１００の形状に関連付けられた方向がそろうように移動させるための移動手段８８を備える。

次に、以上のような構成を有する硬さ試験機を使用して、硬さ試験を行う場合の、試験位置の設定動作について説明する。図１２は、固定具７０の各固定部７５に試料１０を固定した状態を示す平面図である。図１３は、試験位置の設定を説明する模式図である。なお、図１３では、試験片１００の一部の領域（後述する歯車の先端部分）のみを抽出し、簡略化して図示している。また、図１４は、試験位置を設定する手順を説明するフローチャートである。

微小寸法の試験片１００に試験を行うときには、試験片１００の硬さに影響を及ぼさない方法で樹脂モールドした試料１０を、試験中にズレないように固定具７０の各固定部７５に固定することで、ＸＹステージ１２上に載置する。図１２に示すように、この実施形態では、歯車の一部である鋼製の同一形状の試験片１００を各々保持させた試料１０を固定部７５に固定して、連続して試験をおこなうときの試験位置を設定する動作について説明する。

まず、ターレット２０を回転させて、低倍率の対物レンズ２２を試料１０と対向する位置に移動させ、対物レンズ２２を介して取得された画像を、表示部５５に表示させるとともに、パーソナルコンピュータ５０により試験片１００の形状を読み取る（ステップＳ１）。なお、この実施形態では、試料１０には同一形状の試験片１００が、各１個保持されていることから、固定部７５の領域単位ごとに、試験片１００の形状を１〜４のグループに分けたグループ認識を行っている（ステップＳ２）。すなわち、図１２に示す上板部材７１に形成された各試料１０の円形状の領域内での試験片１００の形状と配置に関する情報を、紙面左上の試料１０の円形状の領域をグループ１、紙面右上の試料１０の円形状の領域をグループ２、紙面左下の試料１０の円形状の領域をグループ３、紙面右下の試料１０の円形状の領域をグループ４として、１〜４のグループごとに記憶させる。

このようなグループ認識は、試料１０の中での試験片１００の配置および形状に関連付けられた複数の試験位置等の情報の管理単位を設定するものである。この実施形態では、上板部材７１に形成された各試料１０の円形状の各領域、言い換えると試料１０ごとにグループ分けして１つの情報管理単位とすることで、表示部５５の画面上に示される複数の試験位置のうち、１つの試験パターンとして記憶させる範囲を予め画定している。また、この実施形態では１つのグループは試料１０のほぼ全体としているが、グループは試料全体とは限られず試料の一部と設定してもよい。なお、試験パターンは、表示部５５の画面上に示される複数の試験位置を、各試験位置の位置関係を維持した状態で１つの操作対象として取り扱うことが可能なものである。

次に、オペレータがキーボード５７およびマウス５８を利用して表示部５５に表示された１の試験片１００に対して圧子２１を押し込んで硬さを計測すべき試験位置を設定する。この実施形態では、図１２において紙面左上に配置された試料１０をグループ１（第１のグループ）と認識し、まず、このグループ１の試験片１００の試験位置を設定する（ステップＳ３）。このときには、パーソナルコンピュータ５０の本体５６内に機能として保持させた画像処理機能を用いて、図１２において左上に配置された試料１０の試験片１００の画像を表示部５５に拡大して表示させてもよく、ステージ１２を移動させるとともに、ターレット２０を回転させて対物レンズ２３を図１２において左上に配置された試料１０の試験片１００の表面と対向する位置に移動させ、対物レンズ２３を介して取得された試験片１００の表面の画像を、表示部５５に表示させてもよい。

グループ１の試験片１００に対する試験位置の設定は、以下の手順により実行される。図１３（ａ）は、グループ１の試験片１００の一部領域に試験位置を設定した様子を示している。歯車は互いに噛み合う歯面の耐摩耗性を確保するために焼入れが行われる。試験位置とこれに対応する試験力等の試験条件は、焼入れによる硬化層深さに応じて、試験片１００内の位置によって異なる。このため、複数の試験位置がパターン化された設定パターンを、予めパーソナルコンピュータ５０の記憶装置（例えばＲＯＭ）または制御部８０に接続された記憶部８１に記憶させている。そして、所望の設定パターンをオペレータが入力手段を介して選択することにより、複数の試験位置を試験片１００に設定できるようにしている。設定パターンは、試験片１００の材質や形状に応じて複数用意されており、設定パターンの試験片１００への適用は、所望の設定パターンに対するオペレータのマウス５８等を用いた選択信号の入力を受けて、試験片１００の端縁からの距離やくぼみ中心間の距離等、試験規格に定められた条件を充足する位置を試験位置として設定するプログラムの実行により実現される。

図１３（ａ）では、各試験位置を白丸で示すように、硬化層の硬さを計測するために、試験片１００の外縁（エッジ）に沿って複数の試験位置を設定する設定パターンと、試験片１００の焼入れがされていない部分での硬さを計測するために、試験片１００の外縁（エッジ）から垂直な方向に複数の試験位置を設定する設定パターンを適用した例を示している。なお、設定パターンを適用した後に、オペレータが表示部５５に表示された画像上の位置をマウス５８で指定すること等により、試験位置を１点ずつ削除および／または追加することも可能である。しかる後、グループ１の試験片１００に設定された全ての試験位置を、グループ１の試験パターンとしてパーソナルコンピュータ５０の本体５６内の記憶部８９に記憶させる（ステップＳ４）。

従来は、複数の試験片１００がＸＹステージ１２上に載置された複数の試験片１００について連続して試験を行う場合には、各試験片１００に設定パターンを適用する動作や、オペレータが表示部５５に表示された画像上の位置をマウス５８で指定する動作が、全ての試験片１００に対して繰り返し行なわれていた。

これに対し、この発明を適用した材料試験機においては、１の試験片１００について異なる複数の設定パターンを適用して設定した全ての試験位置を、試験パターンとしてパーソナルコンピュータ５０の本体５６内の記憶部８９に記憶させる。そして、他の試験片１００の試験位置を設定するときには、この記憶された試験パターンを読出して適用することにより、他の試験片１００への試験位置の設定を一括して行えるようにしている。この実施形態では、グループ１の試験パターンを、他のグループ２〜４に適用して、グループ２〜４の試験片１００に対する試験位置の設定にかかる時間を短縮している。

図１３（ｂ）および（ｃ）は、他の試験片１００に対して、１の試験片１００に設定した試験位置の試験パターンを適用する様子を示している。図１２に示すように、同一形状の複数の試験片１００に対して試験を行うとしても、樹脂モールドする時に、全ての試験片１００が試料１０の同じ位置に保持されるものではなく、固定部７５に試料１０を固定するときも、試験片１００の形状の向きを全ての試料１０で同一にすることはできない。このため、図１３（ｂ）に示すように、図１３（ａ）の試験パターンを複写した後に、図１３（ｃ）に示すように、試験片１００の形状の向きに対して、回転させることにより、所望の位置に各試験位置を設定している。

このように、グループ１の試験片１００に設定した複数の試験位置の情報である試験パターンを記憶部８９から読出して、グループ２の試料１０の画像上に転写する（ステップＳ６）。そして、グループ２の試料１０の円形状の領域における試験片１００の位置および向きに合わせて複写された試験パターンを上下左右（表示部５５に表示された画像平面におけるＸ−Ｙ方向）に移動および／または回転させる（ステップＳ７）。これにより、グループ２の試験片１００に複数の試験位置が一括して設定される。そして、グループ１の試験パターンを移動させたことで変換された各試験位置の座標を、グループ２に設定された試験位置としてコンピュータ５０の本体５６内の記憶部８９に保存する（ステップＳ８）。さらに、複数の試験位置の座標は、グループ２におけるＸＹステージの移動に対応付けられた座標系に変換され、制御部８０を介して記憶部８１に記憶され、後に試験が実行されるときに、ＸＹステージ１２の移動量の算出に利用される。

グループ３およびグループ４の試験片１００についても同様に、グループ１の試験パターンの画像の他のグループの画像上への転写と移動により、一括して複数の試験位置を設定する。すなわち、第１のグループであるグループ１の試験パターンを適用可能な他のグループに対して、試験位置を設定する場合には（ステップＳ５）、上述したステップＳ６からＳ８を繰り返す。そして、全てのグループへの試験パターンの適用が終わると、先の試験パターンを利用した他の試験片１００への試験位置の設定は終了する。

なお、上述した実施形態では、試料１０に保持されている試験片１００の形状が全て同じものについて説明しているが、この発明においては、このような試験片１００に対する試験位置の設定に限定されるものではない。すなわち、各試験片１００の少なくとも一部が同一形状であれば、その同一形状部分について、図１３を参照して説明した試験パターンを利用して複数の試験位置を容易に設定することが可能である。すなわち、同一形状部分について先に設定された複数の試験位置を試験パターンとして記憶させておき、他の試験片１００の同一形状部分にそれぞれ適用すればよい。この場合には、オペレータがマウス５８などを使用して画定した表示部５５の画面上の領域内での複数の試験位置の相互の位置関係を固定して１つの操作対象（オブジェクト）とすることで、試験パターンとして記憶させる。したがって、図１３に示すように、試験パターンの画像は、個々の試験位置の位置関係を維持した状態で移動する。

また、上述した実施形態では、４個の固定部７５に全て同一形状の試験片１００を保持する試料１０を固定した例を示しているが、同一形状の試験片１００を保持した試料１０が少なくとも２個、固定具７０に配置されていれば、先に設定して記憶されたグループの試験パターンを他のグループに適用することで、試験位置の設定時間を従来よりも短縮することができる。例えば、形状が異なる試験片１００を保持する２種類の試料１０を２個ずつ、４個の固定部７５に配置した場合には、図１４を参照して説明したステップＳ１からＳ８の手順を試料１０の種類ごとに実行させればよい。

ＸＹステージ１２上に載置された全ての試験片１００の全ての試験位置の設定が完了すると、全ての試験片１００に対して、順次試験が実行される。このとき、制御部８０は、モータ３０を駆動してターレット２０を回転させ、圧子２１を試験片１００の表面に対向配置させるとともに、モータ１３およびモータ１４を駆動して設定された試験位置と圧子２１の負荷軸の軸心が一致するように、ＸＹステージ１２を移動させる。そして、ＸＹステージ１２の移動が完了すると、制御部８０は、負荷機構を制御することにより、所定の試験力で圧子２１を試験片１００の表面に押し付ける。

また、試験片１００の表面へのくぼみの形成が終わると、表示部５５に表示される画像の視野範囲を、くぼみの計測に適した視野範囲に切り替えるため、制御部８０は、モータ３０を駆動してターレット２０を回転させることにより、対物レンズ２４を試験片１００の表面に対向する位置に移動させる。制御部８０は、図９に示すように、対物レンズ２４を介して得られた画像を用いて、くぼみの対角線長さｄを計測し、ビッカース硬さを算出する。

上述したように、この発明に係る硬さ試験機においては、少なくとも一部に同一形状を有する複数の試験片１００に、複数の試験位置を設定して連続して試験を行うときに、１の試験片１００の他の試験片１００と共通する形状部分に設定した複数の試験位置を試験パターンとして記憶させ、その他の試験片１００に試験位置を設定するときには、試験パターンを読出して適用することで、複数の試験片１００に対する複数の試験位置の設定作業を容易化している。このため、この発明に係る硬さ試験機では、試験位置の設定に多くの時間を割く必要がなくなり、複数の試験片１００に対して試験を行うときの、試験位置の設定から試験開始までの時間を大幅に短縮することが可能となる。

１０ 試料
１１ テーブル
１２ ＸＹステージ
１３ モータ
１４ モータ
１５ モータ
１６ 接眼レンズ
１７ カメラ
１８ 表示部
１９ 圧子
２０ ターレット
２１ 圧子
２２ 対物レンズ
２３ 対物レンズ
２４ 対物レンズ
２５ 対物レンズ
２６ つまみ
２７ 軸筒
２８ 回転軸
２９ ベアリング
３０ モータ
３１ 軸
３２ レバー
３３ 永久磁石
３４ 電磁コイル
３５ 押圧部
３６ 負荷伝達軸
３８ ネジ
４１ ＬＥＤ光源
４２ 光筒
４３ ハーフミラー
４４ ハーフミラー
５０ コンピュータ
５３ ラック
５４ ピニオン
５５ 表示部
５６ 本体
５７ キーボード
５８ マウス
５９ 液晶表示部
６０ 変位検出器
６１ 板バネ
６２ 支持部材
６３ 支持部材
７０ 固定具
７１ 上板部材
７２ 下板部材
７３ 柱部材
７４ ボルト孔
７５ 固定部
７６ 押さえネジ部
７８ 固定ツメ部
８５ 試験位置設定手段
８６ 設定パターン選択手段
８７ 転写手段
８８ 移動手段
８９ 記憶部
１００ 試験片

Claims (3)

1. 複数の試験片に対して連続して試験を行う硬さ試験機であって、
   それぞれ１以上の試験片を保持した試料の固定部が複数設けられた固定具が配設され、前記固定具に固定された試料をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、
   前記ＸＹステージをＺ方向に移動させる昇降機構と、
   試験片の表面にくぼみを形成するための圧子と、
   試験位置において前記圧子を各試験片の表面に押し付けることにより前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、
   前記試料における試験片の形状および試験片の表面に形成されたくぼみを観察するための複数の対物レンズと、
   前記圧子および前記対物レンズを支持するとともに、前記圧子または前記対物レンズのいずれかを前記試料と対向する位置に移動させる切替部材と、
   前記対物レンズを介して取得した画像を表示する表示部と、
   複数の試験位置がパターン化された設定パターンを記憶する記憶部と、
   オペレータが入力装置により前記表示部に表示された画像上の位置を指定、および／または、前記記憶部に記憶された前記設定パターンを選択することにより、試験片に複数の試験位置を設定する試験位置設定手段と、
   を備え、
   前記記憶部は、
   前記ステージ上に載置された複数の試料における複数の試験片が少なくとも一部に同一形状を有するときに、当該同一形状部分の領域をグループ認識して、グループ認識された領域内に前記試験位置設定手段により設定された複数の試験位置の試験パターンの画像を記憶し、
   前記試験位置設定手段は、
   前記記憶部から読出した試験パターンの画像を、前記表示部に表示された他のグループ認識された領域の画像上に転写する転写手段と、
   前記転写手段により転写され、前記表示部に表示されたグループ認識された領域の画像上に重ね合わせて表示された試験パターンの画像を試験片の形状に関連付けられた方向がそろうように回転および／または上下左右に移動させる移動手段と、を有し、
   グループ認識された領域に対して、複数の試験位置の設定を一括して行うことを特徴とする硬さ試験機。
2. 請求項１に記載の硬さ試験機において、
   前記複数の試料の各々は、同一形状の試験片を樹脂モールドしたものであり、
   前記試験位置設定手段は、前記固定具に固定された位置ごとに前記試料の領域をグループ認識し、グループ認識された第１の試料に設定された複数の試験位置である試験パターンの画像を前記記憶部に記憶させる硬さ試験機。
3. 請求項１または請求項２に記載の硬さ試験機において、
   前記固定具には、２行２列に４個の固定部が設けられている硬さ試験機。

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