JP6199692B2 - 硬さ試験機、及び硬さ試験方法 - Google Patents
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Description
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、
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、
前記撮像制御手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出手段と、
前記くぼみ頂点抽出手段により抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成手段と、
を備え、
前記くぼみ頂点抽出手段は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成手段と、
前記処理エッジ画像生成手段により生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング手段と、
を備え、
前記パターンマッチング手段は、前記モデルエッジ画像生成手段により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査し、前記モデルエッジ画像内のエッジ点と、前記処理エッジ画像上の各走査位置でのエッジ点と、に基づいて、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度が最大となる走査位置でのエッジ点に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出し、
前記パターンマッチング手段は、前記各走査位置でのエッジ点数が所定の閾値未満であると判定した場合に、前記適合度を0として算出することを特徴とする。
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、
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、
前記撮像制御手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出手段と、
前記くぼみ頂点抽出手段により抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成手段と、
を備え、
前記くぼみ頂点抽出手段は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成手段と、
前記処理エッジ画像生成手段により生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング手段と、
を備え、
前記パターンマッチング手段は、前記モデルエッジ画像生成手段により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査して、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出することを特徴とする。
前記パターンマッチング手段は、前記モデルエッジ画像内のエッジ点と、前記処理エッジ画像上の各走査位置でのエッジ点と、に基づいて前記適合度を算出し、当該適合度が最大となる走査位置でのエッジ点に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出することを特徴とする。
前記硬さ算出手段により算出された試料の硬さを表示手段に表示させる表示制御手段を備えることを特徴とする。
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、
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、
前記撮像制御工程で取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出工程と、
前記くぼみ頂点抽出工程で抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成工程と、
を含み、
前記くぼみ頂点抽出工程は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成工程と、
前記処理エッジ画像生成工程で生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング工程と、
を含み、
前記パターンマッチング工程は、前記モデルエッジ画像生成工程により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査し、前記モデルエッジ画像内のエッジ点と、前記処理エッジ画像上の各走査位置でのエッジ点と、に基づいて、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度が最大となる走査位置でのエッジ点に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出し、
前記パターンマッチング工程は、前記各走査位置でのエッジ点数が所定の閾値未満であると判定した場合に、前記適合度を0として算出することを特徴とする硬さ試験方法である。
請求項6に記載の発明は、
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、
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、
前記撮像制御工程で取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出工程と、
前記くぼみ頂点抽出工程で抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成工程と、
を含み、
前記くぼみ頂点抽出工程は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成工程と、
前記処理エッジ画像生成工程で生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング工程と、
を含み、
前記パターンマッチング工程は、前記モデルエッジ画像生成工程により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査して、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出することを特徴とする硬さ試験方法である。
即ち、CCDカメラ12は、本発明の撮像手段として機能する。
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を微細に昇降させることで、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。
具体的には、操作部7は、ユーザが、くぼみの合焦位置を決定する条件を選択する操作を受け付ける。
また、操作部7は、ユーザが、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)を指定する操作を受け付ける。
また、操作部7は、ユーザが、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する操作を受け付ける。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、ユーザが、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する操作を受け付ける。
また、操作部7は、ユーザが、硬さ試験を実施する際の試験位置をプログラミングする操作を受け付ける。
即ち、モニター8は、本発明の表示手段として機能する。
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。
また、記憶部63は、圧子14aの形状、即ち、試料Sの表面に形成されるくぼみの形状を含む画像をモデル画像M1(図5参照)として記憶する。
まず、CPU61は、圧子14aにより試料Sの表面にくぼみを形成させる(ステップS1:くぼみ付け工程)。具体的には、まず、ユーザは、試料台2の上面に硬さ試験の対象となる試料Sを載置して試料固定部2aで固定する。次に、CPU61は、ターレット16を回転させて圧子軸14を試料Sに対向する所定の位置に配置させる。そして、CPU61は、負荷機構部(図示省略)を駆動することにより圧子軸14を下降させ、圧子軸14の先端部に備えられた圧子14a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、試料Sの表面にくぼみを形成させるくぼみ付け手段として機能する。
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、試料Sの表面の画像データを取得させる撮像制御手段として機能する。
なお、図7に、ステップS2で取得された試料Sの表面の画像データに基づく画像G1の一例を示す。図7中のK1は、試料Sの表面に形成されたくぼみを、図7中のK2、…は、くぼみK1の寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を、それぞれ示している。
即ち、CPU61は、撮像制御手段により取得された試料Sの表面の画像データに基づいて、試料Sの表面に形成されたくぼみK1の寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点K2、…を抽出するくぼみ頂点抽出手段として機能する。
即ち、CPU61は、圧子14aに対応するくぼみ形状を含むモデル画像M1に基づいて、試料Sの表面に形成されるくぼみK1のエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像M2を生成するモデルエッジ画像生成手段として機能する。
即ち、CPU61は、試料Sの表面の画像データに基づく画像G1に基づいて、エッジ点E1、…のみを抽出した処理エッジ画像G2を生成する処理エッジ画像生成手段として機能する。
具体的には、まず、CPU61は、処理エッジ画像G2上でモデルエッジ画像M2を走査する(ステップS33)。より具体的には、CPU61は、図11に示すように、ステップS32で生成された処理エッジ画像G2上で、ステップS31で生成されたモデルエッジ画像M2を走査する。
そして、CPU61は、処理エッジ画像G2上でモデルエッジ画像M2を走査しながら処理エッジ画像G2上の各走査位置でモデルエッジ画像M2との適合度を算出し、モデルエッジ画像M2との適合度が最大となる走査位置にくぼみK1が含まれると判定し、くぼみ位置として抽出する(ステップS34〜ステップS38)。
一方、領域内のエッジ点数が所定の閾値未満であると判定した場合(ステップS34:NO)、CPU61は、この領域におけるモデルエッジ画像M2との適合度を0として算出する(ステップS36)。
即ち、CPU61は、処理エッジ画像生成手段(ステップS32)により生成された処理エッジ画像G2に対してパターンマッチング処理を行い、くぼみ計測用の頂点K2、…を抽出するパターンマッチング手段として機能する。具体的には、CPU61は、パターンマッチング手段として、モデルエッジ画像生成手段により生成されたモデルエッジ画像M2を処理エッジ画像G2上で走査して、モデルエッジ画像M2と各走査位置における処理エッジ画像G2との適合度を算出し、算出された適合度に基づいて、くぼみ計測用の頂点K2、…を抽出する。
即ち、CPU61は、くぼみ頂点抽出手段により抽出されたくぼみ計測用の頂点K2、…に基づいて、試料Sの硬さを算出する硬さ算出手段として機能する。
即ち、CPU61は、硬さ算出手段により算出された試料Sの硬さをモニター8に表示させる表示制御手段として機能する。
また、本実施形態に係る硬さ試験機100のくぼみ頂点抽出手段は、試料Sの表面の画像データに基づく画像G1に基づいて、エッジ点E1、…のみを抽出した処理エッジ画像G2を生成する処理エッジ画像生成手段(CPU61)と、処理エッジ画像生成手段により生成された処理エッジ画像G2に対してパターンマッチング処理を行い、くぼみ計測用の頂点K2、…を抽出するパターンマッチング手段(CPU61)と、を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機100によれば、画像の背景とくぼみとの区別が付きにくい場合であっても、エッジ点E1、…のみを抽出した処理エッジ画像G2を生成してパターンマッチング処理を行うことでくぼみを抽出することができるので、くぼみ計測用の頂点K2、…を正確に抽出することができる。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機100によれば、モデルエッジ画像M2を利用して高速で処理エッジ画像G2を走査することができるので、くぼみ計測用の頂点K2、…の抽出処理を高速化することができる。
また、領域内のエッジ点数が所定の閾値以上であるか否かを判定することなく、全ての場合において、適合度を算出するようにしてもよい。
10 試験機本体
1 硬さ測定部
11 照明装置
12 CCD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 フレームグラバー
2 試料台
3 XYステージ
4 AFステージ
5 昇降機構部
6 制御部
61 CPU(くぼみ付け手段、撮像制御手段、くぼみ頂点抽出手段、モデルエッジ画像生成手段、処理エッジ画像生成手段、パターンマッチング手段、硬さ算出手段、表示制御手段)
62 RAM
63 記憶部
7 操作部
8 モニター(表示手段)
S 試料
G1 画像
G2 処理エッジ画像
K1 くぼみ
K2 くぼみ計測用の頂点
M1 モデル画像
M2 モデルエッジ画像
Claims (6)
- 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、
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、
前記撮像制御手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出手段と、
前記くぼみ頂点抽出手段により抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成手段と、
を備え、
前記くぼみ頂点抽出手段は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成手段と、
前記処理エッジ画像生成手段により生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング手段と、
を備え、
前記パターンマッチング手段は、前記モデルエッジ画像生成手段により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査し、前記モデルエッジ画像内のエッジ点と、前記処理エッジ画像上の各走査位置でのエッジ点と、に基づいて、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度が最大となる走査位置でのエッジ点に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出し、
前記パターンマッチング手段は、前記各走査位置でのエッジ点数が所定の閾値未満であると判定した場合に、前記適合度を0として算出することを特徴とする硬さ試験機。 - 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、
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、
前記撮像制御手段により取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出手段と、
前記くぼみ頂点抽出手段により抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成手段と、
を備え、
前記くぼみ頂点抽出手段は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成手段と、
前記処理エッジ画像生成手段により生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング手段と、
を備え、
前記パターンマッチング手段は、前記モデルエッジ画像生成手段により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査して、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出することを特徴とする硬さ試験機。 - 前記パターンマッチング手段は、前記モデルエッジ画像内のエッジ点と、前記処理エッジ画像上の各走査位置でのエッジ点と、に基づいて前記適合度を算出し、当該適合度が最大となる走査位置でのエッジ点に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出することを特徴とする請求項2に記載の硬さ試験機。
- 前記硬さ算出手段により算出された試料の硬さを表示手段に表示させる表示制御手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬さ試験機。
- 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、
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、
前記撮像制御工程で取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出工程と、
前記くぼみ頂点抽出工程で抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成工程と、
を含み、
前記くぼみ頂点抽出工程は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成工程と、
前記処理エッジ画像生成工程で生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング工程と、
を含み、
前記パターンマッチング工程は、前記モデルエッジ画像生成工程により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査し、前記モデルエッジ画像内のエッジ点と、前記処理エッジ画像上の各走査位置でのエッジ点と、に基づいて、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度が最大となる走査位置でのエッジ点に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出し、
前記パターンマッチング工程は、前記各走査位置でのエッジ点数が所定の閾値未満であると判定した場合に、前記適合度を0として算出することを特徴とする硬さ試験方法。 - 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、
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、
前記撮像制御工程で取得された画像データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの寸法を計測するためのくぼみ計測用の頂点を抽出するくぼみ頂点抽出工程と、
前記くぼみ頂点抽出工程で抽出されたくぼみ計測用の頂点に基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
前記圧子に対応するくぼみ形状を含むモデル画像に基づいて、前記試料の表面に形成されるくぼみのエッジ部分のみを抽出したモデルエッジ画像を生成するモデルエッジ画像生成工程と、
を含み、
前記くぼみ頂点抽出工程は、
前記画像データに基づく画像に基づいて、エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像を生成する処理エッジ画像生成工程と、
前記処理エッジ画像生成工程で生成された処理エッジ画像に対してパターンマッチング処理を行い、前記くぼみ計測用の頂点を抽出するパターンマッチング工程と、
を含み、
前記パターンマッチング工程は、前記モデルエッジ画像生成工程により生成されたモデルエッジ画像を前記処理エッジ画像上で走査して、前記モデルエッジ画像と各走査位置における前記処理エッジ画像との適合度を算出し、当該算出された適合度に基づいて、前記くぼみ計測用の頂点を抽出することを特徴とする硬さ試験方法。
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