JP6199692B2 - 硬さ試験機、及び硬さ試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、硬さ試験機、及び硬さ試験方法に関する。

従来、所定の試験力で圧子を試料に押し付けて形成したくぼみの寸法に基づいて試料の硬さを計測する硬さ試験機が知られている。例えば、ビッカース硬さ試験機は、正四角錐の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長さを計測し、この計測したくぼみの対角線長さに基づいて、硬さを算出している。

一般に、周知の硬さ試験機では、金属材料の硬さ試験を行う際、撮像手段により撮像された試料表面の画像に対して、輝度値が所定の値（閾値）を下回ったか否かを判定することにより２値化処理を実行し、試料表面に形成されたくぼみ領域を抽出する処理が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０２９８３２号公報

しかしながら、上記従来の硬さ試験機では、撮像された画像全体にシェーディングなどの輝度変化が存在する。従って、従来の硬さ試験機は、画像全体に２値化処理を行う際、輝度変化の影響を受けて正しくくぼみを抽出できないことがある。特に、図１２に示すように、画像の背景が複雑な場合など画像の背景とくぼみＫ２との区別が付きにくい場合には、くぼみ計測用の頂点を正確に抽出することが困難である。

本発明は、くぼみ計測用の頂点を正確に抽出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。

請求項２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。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、
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４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬さ試験機において、
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５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、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。

本発明によれば、くぼみ計測用の頂点を正確に抽出することができる。

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。 圧子の形状を含むモデル画像の一例を示す図である。 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。 試料の表面の画像データに基づく画像の一例を示す図である。 本発明に係る硬さ試験機のくぼみ頂点抽出処理を示すフローチャートである。 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の一例を示す図である。 エッジ点のみを抽出した処理エッジ画像の一例を示す図である。 処理エッジ画像上でモデルエッジ画像を走査する様子の一例を示す図である。 画像の背景と形成されたくぼみとの区別が付きにくい場合の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る。硬さ試験機１００は、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、モニター８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る。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、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する。そして、ＣＣＤカメラ１２は、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ー１７を介して、取得した画像データを制御部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いる。対物レンズ１５は、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。ターレット１６は、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。

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、硬さ試験を行う際のユーザによる入力操作を受け付ける。そして、操作部７は、ユーザによる所定の入力操作を受け付けると、その入力操作に応じた所定の操作信号を生成して、制御部６へと出力する。
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。

モニター８は、例えば、ＬＣＤなどの表示装置により構成されている。モニター８は、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、モニター８は、本発明の表示手段として機能する。

制御部６は、図４に示すように、ＣＰＵ６１と、ＲＡＭ６２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。
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。

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。
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。

次に、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの表面の画像データを取得させる（ステップＳ２：撮像制御工程）。具体的には、まず、ＣＰＵ６１は、ターレット１６を回転させて、圧子軸１４の代わりに対物レンズ１５を試料Ｓに対向する所定の位置に配置させる。次いで、ＣＰＵ６１は、対物レンズ１５を介してＣＣＤカメラ１２により撮像された画像データに基づいて昇降機構部５及びＡＦステージ４を昇降させ、試料Ｓの表面に対する焦点合わせを行う。そして、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１２により試料Ｓの表面を撮像させて、試料Ｓの表面の画像データを取得させる。
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。

次に、ＣＰＵ６１は、くぼみ頂点抽出処理を行う（ステップＳ３：くぼみ頂点抽出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、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、…を抽出する処理を行う。
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。

より具体的には、図８のフローチャートに示すように、まず、ＣＰＵ６１は、モデルエッジ画像Ｍ２を生成する（ステップＳ３１）。具体的には、ＣＰＵ６１は、記憶部６３に記憶されているモデル画像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（図９参照）を生成する。
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。

次に、ＣＰＵ６１は、処理エッジ画像Ｇ２を生成する（ステップＳ３２：処理エッジ画像生成工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、図６のステップ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（図１０参照）を生成する。
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。

次に、ＣＰＵ６１は、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う（ステップＳ３３〜ステップＳ３９：パターンマッチング工程）。
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）。

より具体的には、まず、ＣＰＵ６１は、処理エッジ画像Ｇ２上の走査位置にてモデルエッジ画像Ｍ２と重なる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（ステップＳ３４）。領域内のエッジ点数が所定の閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）は、次のステップＳ３５へと移行する。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）は、ステップＳ３６へと移行する。

領域内のエッジ点数が所定の閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、この走査位置にてモデルエッジ画像Ｍ２と重なる領域において、モデルエッジ画像Ｍ２との適合度を算出する（ステップＳ３５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、モデルエッジ画像Ｍ２内のエッジ点Ｅ１、…と一致する点数を、領域内の全てのエッジ点数で除することにより、この領域におけるモデルエッジ画像Ｍ２との適合度を算出する。
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）。

ステップＳ３５又はステップＳ３６で適合度を算出した後、ＣＰＵ６１は、処理エッジ画像Ｇ２上の全ての領域を走査したか否かを判定する（ステップＳ３７）。全ての領域を走査したと判定した場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）は、モデルエッジ画像Ｍ２との適合度が最大となる走査位置を、くぼみ位置として抽出する（ステップＳ３８）。一方、全ての領域を走査していないと判定した場合（ステップＳ３７：ＮＯ）は、ステップＳ３４へと移行し、残りの領域において、モデルエッジ画像Ｍ２との適合度を算出する。

そして、ＣＰＵ６１は、ステップＳ３８で抽出されたくぼみ位置に基づいて、くぼみ計測用の頂点Ｋ２、…を抽出する（ステップＳ３９）。
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。

次いで、図６のステップＳ４では、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの硬さを算出する（ステップＳ４：硬さ算出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ３のくぼみ頂点抽出処理で抽出されたくぼみ計測用の頂点Ｋ２、…の座標値を参照してくぼみの対角線長さを計測し、計測された対角線長さに基づいて試料Ｓの硬さを算出する。
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。

次に、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの硬さを表示する（ステップＳ５）。具体的には、ＣＰＵ６１は、モニター８を制御してステップＳ４で算出された試料Ｓの硬さを表示させる。
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。

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００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Ｋ１を形成させるくぼみ付け手段（ＣＰＵ６１）と、ＣＣＤカメラ１２を制御して試料Ｓの表面を撮像させ、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、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（ＣＰＵ６１）と、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（ＣＰＵ６１）と、を備える。
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。

特に、本実施形態に係る硬さ試験機１００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（ＣＰＵ６１）を更に備える。また、本実施形態に係る硬さ試験機１００のパターンマッチング手段は、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。
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、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、パターンマッチング手段は、処理エッジ画像Ｇ２上の各走査位置でのエッジ点数が所定の閾値以上であると判定した場合に、モデルエッジ画像Ｍ２内のエッジ点と、処理エッジ画像Ｇ２上の各走査位置でのエッジ点Ｅ１、…と、に基づいて適合度を算出し、所定の閾値未満であると判定した場合に、適合度を０として算出し、適合度が最大となる走査位置でのエッジ点Ｅ１、…に基づいて、くぼみ計測用の頂点Ｋ２、…を抽出するので、適合度を算出する処理を高速化することができ、くぼみ計測用の頂点Ｋ２、…の抽出処理をさらに高速化することができる。

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、適合度を算出する方法として、モデルエッジ画像Ｍ２内のエッジ点と一致する点数を、走査位置にてモデルエッジ画像Ｍ２と重なる領域内の全てのエッジ点数で除する方法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。例えば、モデルエッジ画像Ｍ２の頂点位置を予め定められた所定の範囲内で変動させて変形モデルエッジ画像を生成し、この変形モデルエッジ画像を用いて適合度を算出するようにしてもよい。この場合、変形モデルエッジ画像の変形度に応じて、変形して適合した部分に関してはペナルティーとして適合度を減算することで、適合度を算出することとなる。

また、上記実施形態では、記憶部６３に記憶されているモデル画像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、予めモデル画像Ｍ１に基づいてモデルエッジ画像Ｍ２を生成し、生成したモデルエッジ画像Ｍ２を記憶部６３に記憶しておくようにしてもよい。この場合、くぼみ頂点抽出処理において、モデルエッジ画像Ｍ２を生成する工程（図８のステップＳ３１）を省略することができるので、くぼみ計測用の頂点Ｋ２、…の抽出処理をさらに高速化することができる。

また、上記実施形態では、走査位置にてモデルエッジ画像Ｍ２と重なる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に、適合度を「０」として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い。即ち、くぼみ位置であると誤判定することのない程に十分小さな値であれば、いかなる値として算出するようにしてもよい。
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。

また、上記実施形態では、算出された試料Ｓの硬さをモニター８に表示させる（図６のステップＳ５）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備えるようにして、モニター８に表示させる代わりに、スピーカから音声出力させるようにしてもよい。或いは、モニター８に表示させると同時に、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各装置の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
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
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。