JPH01162132A - Adhesion tester for film - Google Patents

Adhesion tester for film

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JPH01162132A
JPH01162132A JP32079487A JP32079487A JPH01162132A JP H01162132 A JPH01162132 A JP H01162132A JP 32079487 A JP32079487 A JP 32079487A JP 32079487 A JP32079487 A JP 32079487A JP H01162132 A JPH01162132 A JP H01162132A
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load
sensor
sample
axis direction
stage
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Tokuji Noura
野浦 徳治
Yoshioki Koike
小池 巧起
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Rhesca Co Ltd
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect a critical load accurately with one measurement, by providing a vertically relaxing device on a sample stage with the vertical movement of a load sensor and a measuring tool together to eliminate the need for using several kinds of weight. CONSTITUTION:A moving object 2 is allowed to be displayed vertically with a driving source 24. A load sensor 4 is allowed to detect a load in two ways, vertically and horizontally. A sample stage 6 is provided as opposed to a measuring tool 5 and made movable horizontally in a horizontal plane. A vertically relaxing device 8 relaxes a force applied vertically to the stage 6. A signal processing section makes the tool 5 abut a sample 7 placed on the stage 6 to process vertical and horizontal detection signals of the sensor 4 as obtained when the moving object 2 is displaced gradually. This eliminates the need for using several kinds of weight thereby enabling accurate detection of a critical load in one measurement.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、セラミックスコーティングを含む硬質被膜
の密着性のテストを行うのに適用される密着性試験装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an adhesion testing device that is applied to testing the adhesion of hard coatings including ceramic coatings.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

CVD、PVDなどによって形成された金属やセラミッ
クス材料の硬質被膜及び塗料等の高分子材料の軟質被膜
の密着性を、スクラッチ破壊方法によって試験すること
ができる。即ち、ダイヤモンドコーン等のスクラッチツ
ールを介して被膜面に垂直な荷重を徐々に加え、同時に
被膜面を水平方向に連続的に移動させると、成る箇所で
被膜面の剥離が生じる。この剥離が生じた時の荷重が密
着性の程度を示す臨界荷重として検出される。例えば、
特開昭57−86741号公報には、引っかき強度。
The adhesion of hard coatings of metals and ceramic materials formed by CVD, PVD, etc. and soft coatings of polymeric materials such as paints can be tested by a scratch destruction method. That is, when a vertical load is gradually applied to the coating surface using a scratch tool such as a diamond cone, and at the same time the coating surface is continuously moved in the horizontal direction, the coating surface peels off at the corresponding locations. The load at which this peeling occurs is detected as a critical load indicating the degree of adhesion. for example,
JP-A-57-86741 discloses scratch strength.

引っかき抵抗を測定する装置が示されている。An apparatus for measuring scratch resistance is shown.

この測定装置は、水平アームの一端に引っかき用の針が
取り付けられ、水平アームの他端に歪ゲージ形の変換器
が設けられ、針を試験片に当接させた後に、水平アーム
の一端に分銅によって所定の荷重を加え、試験片が載置
された移動台が所定方向に定速度で移動される。この移
動時に生じる変換器の出力信号から、試験片の引っかき
強度。
This measuring device has a scratching needle attached to one end of the horizontal arm and a strain gauge type transducer to the other end of the horizontal arm. A predetermined load is applied using a weight, and the moving table on which the test piece is placed is moved in a predetermined direction at a constant speed. The scratch strength of the specimen is determined from the transducer output signal generated during this movement.

引っかき抵抗が測定される。また、分銅を交換すること
によって、種々の荷重が印加される。
Scratch resistance is measured. Furthermore, various loads are applied by replacing weights.

上述の従来の密着性試験装置は、荷重をかけるために、
分銅を用い、非連続的に荷重を与えている。従って、前
述のように、臨界荷重の検出を行う場合には、種々の重
さの分銅を使用して測定を繰り返す必要があり、特に臨
界荷重の分解能を高くするためには、多数の分銅を用い
、何回も測定を繰り返さねばならない煩わしさがあった
。また、従来の密着性試験装置では、被膜面に徐々に荷
重をかけるための加圧部と、センサとが全く独立した構
成であるため、装置の大形化を招き、また、取り扱いが
複雑になる欠点があった。
The conventional adhesion test equipment described above requires
Load is applied discontinuously using weights. Therefore, as mentioned above, when detecting critical loads, it is necessary to repeat measurements using weights of various weights. In particular, in order to increase the resolution of critical loads, a large number of weights must be used. However, there was the trouble of having to repeat the measurements many times. In addition, in conventional adhesion test equipment, the pressurizing part that gradually applies a load to the coating surface and the sensor are completely independent, which leads to an increase in the size of the equipment and makes it complicated to handle. There was a drawback.

そこで、本願出願人は、特願昭62−60765号明細
書に記載されているように、コンパクトな構造で、取り
扱いが簡単で、また、高い分解能でもって、臨界荷重を
検出することができる被膜の密着性試験装置を提案して
いる。
Therefore, as described in Japanese Patent Application No. 62-60765, the applicant of the present application developed a coating that has a compact structure, is easy to handle, and can detect critical loads with high resolution. We are proposing an adhesion testing device.

この密着性試験装置では、荷重を垂直方向(Z軸方向)
に加える荷重印加部と、Z軸方向の荷重を検出する荷重
センサーとが、同軸的に設けられているので、装置の形
状がコンパクトになる。
In this adhesion test device, the load is applied in the vertical direction (Z-axis direction).
Since the load applying unit that applies the load to the load and the load sensor that detects the load in the Z-axis direction are coaxially provided, the shape of the device becomes compact.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

密着性を試験するのに、先に提案している装置は、Z軸
方向の荷重変化を検出するだけであった。
To test adhesion, the previously proposed device only detected changes in load in the Z-axis direction.

被膜の厚みが20〜30ミクロンのように厚い時には、
Z軸方向の荷重変化により、破壊が生じた時の荷重(臨
界荷重)を測定することができる。
When the coating is as thick as 20 to 30 microns,
The load at which fracture occurs (critical load) can be measured by changing the load in the Z-axis direction.

しかしながら、被膜の厚みが数ミクロンのように、薄い
ものとなると、Z軸方向の荷重変化から、臨界荷重の変
化を検出することが困難であった。
However, when the thickness of the coating is as thin as several microns, it is difficult to detect changes in critical load from changes in load in the Z-axis direction.

この発明の目的は、Z軸方向のみならず、X軸方向の荷
重変化をも検出することにより、感度が高く、応答が良
好な密着性試験装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an adhesion testing device with high sensitivity and good response by detecting changes in load not only in the Z-axis direction but also in the X-axis direction.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明では、モータ等の駆動源24により垂直方向に
変位可能とされた移動体2と、移動体2に取り付けられ
、垂直方向及び水平方向の2方向の荷重を検出可能とさ
れた荷重センサ4と、荷重センサ4に設けられた測定用
ツール5と、測定用ツール5と対向して設けられ、水平
面内の少なくとも水平方向に移動可能とされた試料ステ
ージ6と、試料ステージ6に対して垂直方向に加わる力
を緩和するための上下緩和装置8と、試料ステージ6上
に載置された試料7に対して測定用ツール5を当接させ
、移動体2を徐々に変位させた時の荷重センサ4の垂直
方向及び水平方向の検出信号を処理する信号処理部33
,34.49とが備えられている。
The present invention includes a moving body 2 that can be vertically displaced by a drive source 24 such as a motor, and a load sensor 4 that is attached to the moving body 2 and is capable of detecting loads in two directions, vertical and horizontal. , a measurement tool 5 provided on the load sensor 4 , a sample stage 6 provided opposite to the measurement tool 5 and movable at least horizontally in a horizontal plane, and a sample stage 6 perpendicular to the sample stage 6 A vertical relaxation device 8 for relieving the force applied in the direction, and a load when the measuring tool 5 is brought into contact with the sample 7 placed on the sample stage 6 and the movable body 2 is gradually displaced. A signal processing unit 33 that processes the vertical and horizontal detection signals of the sensor 4
, 34.49 are provided.

〔作用〕[Effect]

荷重センサ4と測定用ツール5とが一体に駆動源35に
よって変位され、試料7に対して荷重がかけられる。荷
重をかける部分と荷重検出部とが同軸的に配置されるの
で、装置をコンパクトにできると共に、取り扱いが簡単
となる。また、試料ステージ6に対して上下緩和装置8
が設けられているので、移動体2を変位させた時に、連
続的に荷重をかけることができる。従って、多種類の分
銅を使用する必要がなく、1回の測定により、臨界荷重
を正確に検出することができる。また、荷重センサ4は
、垂直方向のみならず、水平方向の荷重変化をも検出可
能とされているので、試料7の被膜が薄い時でも、高感
度に且つ速い応答で、被膜の破壊を確実に検出すること
ができる。
The load sensor 4 and the measurement tool 5 are displaced together by the drive source 35, and a load is applied to the sample 7. Since the load applying section and the load detection section are arranged coaxially, the device can be made compact and easy to handle. Also, the vertical relaxation device 8 is connected to the sample stage 6.
Since this is provided, a load can be applied continuously when the movable body 2 is displaced. Therefore, it is not necessary to use many types of weights, and the critical load can be accurately detected by one measurement. In addition, the load sensor 4 is capable of detecting load changes not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, so even when the coating on the sample 7 is thin, it has high sensitivity and quick response, ensuring that the coating is destroyed. can be detected.

C実施例〕 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第1図及び第2図は、この一実施例の機構部の構
成を示すもので、第1図において、1がケースを示し、
このケース1内には、Z(上下方向)駆動モータ及びX
駆動モータが配設されている。これらのZ駆動モータ及
びX駆動モータは、パルスモータであり、ZR駆動モー
タ送りピッチは、極めて細かいものとされている。2駆
動モータによって、アーム2が上下動される。アーム2
は、ケース1の開口3から水平方向に突出される。
C Embodiment] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show the structure of the mechanism of this embodiment. In FIG. 1, 1 indicates a case;
Inside this case 1, there is a Z (vertical direction) drive motor and an
A drive motor is provided. These Z drive motors and X drive motors are pulse motors, and the ZR drive motor feed pitch is extremely fine. The arm 2 is moved up and down by two drive motors. Arm 2
protrudes from the opening 3 of the case 1 in the horizontal direction.

このアーム2の先端には、第2図にも示されるように、
後述するように、X軸方向及びX軸方向の両方向の荷重
変化を検出できる荷重センサ4が取り付けられている。
At the tip of this arm 2, as shown in FIG.
As will be described later, a load sensor 4 is attached that can detect changes in load in both the X-axis direction and the X-axis direction.

荷重センサ4の作動部に対してスクラッチ用のツールと
してのダイヤモンドコーン5が設けられている。従って
、アーム2と一体に荷重センサ4及びダイヤモンドコー
ン5が上下動する。ダイヤモンドコーン5の下方には、
ダイヤモンドコーン5と対向する試料ステージ6が設け
られ、試料ステージ6上に試料7が固定される。試料7
は、例えば金属のベース上にセラミックスが被覆された
ものである。荷重センサ4は、試料7の被膜の硬度に応
じて交換可能とされている。
A diamond cone 5 as a scratching tool is provided to the operating portion of the load sensor 4. Therefore, the load sensor 4 and the diamond cone 5 move up and down together with the arm 2. Below the diamond cone 5,
A sample stage 6 facing the diamond cone 5 is provided, and a sample 7 is fixed on the sample stage 6. Sample 7
For example, a metal base is coated with ceramics. The load sensor 4 is replaceable depending on the hardness of the coating of the sample 7.

試料ステージ6は、上下緩和装置8を介してXYステー
ジ9上に支持されている。このXYステージ9は、試料
7の長手方向(X軸方向)に、X駆動モータによって自
動的に所定iF(例えば5〜20(mm))、定速移動
される。一方、試料7の幅方向(Y軸方向)に関しては
、調整ネジ10によって手動で移動される。更に、押釦
スイッチ11により、X軸方向及びX軸方向に任意の量
の変位を生じさせることが可能とされている。上下緩和
装置8は、円筒状のハウジング12と、このハウジング
12に摺動自在に嵌合され、上部に試料ステージ6が固
着されたスライダ13と、スライダ13に対して上方向
への偏倚力を与えるためのスプリング14と、係止用の
リング15とから構成されている。この係止用のリング
15は、脱着自在とされ、スプリング14の交換が可能
とされている。 この上下緩和装R8は、−例であって
、スライダ13を設けずに、スプリング以外のダンパー
手段を使用しても良い。
The sample stage 6 is supported on an XY stage 9 via a vertical relaxation device 8. This XY stage 9 is automatically moved at a constant speed by a predetermined iF (for example, 5 to 20 (mm)) in the longitudinal direction (X-axis direction) of the sample 7 by an X drive motor. On the other hand, the width direction (Y-axis direction) of the sample 7 is manually moved using the adjustment screw 10. Further, the pushbutton switch 11 can cause an arbitrary amount of displacement in the X-axis direction and in the X-axis direction. The vertical relaxation device 8 includes a cylindrical housing 12, a slider 13 that is slidably fitted into the housing 12 and has a sample stage 6 fixed to its upper part, and applies an upward biasing force to the slider 13. It is composed of a spring 14 for applying and a ring 15 for locking. This locking ring 15 is removable and allows the spring 14 to be replaced. This vertical relaxation device R8 is an example, and the slider 13 may not be provided and damper means other than the spring may be used.

上下緩和装置8によって、アナログ的に変化する荷重を
ダイヤモンドコーン5を介して試料7に対して加えるこ
とができる。この発明と異なり、試料ステージ6が極め
て固い台上に置かれていると仮定すると、Z駆動モータ
によりダイヤモンドコーン5が試料7に当接した瞬間に
(ステップ的に)大きな荷重が発生し、破壊が生じた場
合に、臨界荷重を正確に検出することができない問題が
生じる。この問題を避けるために、極めて低速でダイヤ
モンドコーン5を下方に変位させることが考えられるが
、そのための構成が複雑となり、また、測定時間が長く
なる。この発明では、上下緩和装置8が設けられている
ので、Z駆動モータによってダイヤモンドコーン5を徐
々に下方に移動させた時に、連続的に増大する荷重を発
生することができる。
The vertical relaxation device 8 allows a load that changes analogously to be applied to the sample 7 via the diamond cone 5. Unlike this invention, assuming that the sample stage 6 is placed on an extremely hard table, a large load (in steps) is generated at the moment when the diamond cone 5 contacts the sample 7 by the Z drive motor, causing breakage. When this occurs, a problem arises in that the critical load cannot be detected accurately. In order to avoid this problem, it is conceivable to displace the diamond cone 5 downward at an extremely low speed, but this would complicate the configuration and lengthen the measurement time. In this invention, since the vertical relaxation device 8 is provided, when the diamond cone 5 is gradually moved downward by the Z drive motor, a continuously increasing load can be generated.

第3図は、荷重センサ4の一例を示す。第3図において
、21がX軸方向の荷重Fz及びX軸方向の荷重Fxを
受けるシャフトを示す。シャフト21は、1次ダイヤフ
ラム22及び2次ダイヤフラム23により支持され、シ
ャフト21の先端部が両端固定はり型のZ軸ビーム24
に固定されている。これらの1次ダイヤフラム22及び
2次ダイヤフラム23は、円板状のものである。Z軸ビ
ーム24は、2次ダイヤフラム23により支持され、Z
軸ビーム24の中心部にZ軸センサ25が取り付けられ
る。また、シャフト21の先端と対向してZ軸ストッパ
26が設けられ、シャフト21のX軸方向の変位量が規
制されている。1次ダイヤフラム22及び2次ダイヤフ
ラム23の周辺部がマウント部27に固定される。28
は、ケースである。
FIG. 3 shows an example of the load sensor 4. In FIG. 3, 21 indicates a shaft that receives a load Fz in the X-axis direction and a load Fx in the X-axis direction. The shaft 21 is supported by a primary diaphragm 22 and a secondary diaphragm 23, and the tip of the shaft 21 is connected to a Z-axis beam 24 having both ends fixed.
is fixed. These primary diaphragm 22 and secondary diaphragm 23 are disk-shaped. The Z-axis beam 24 is supported by a secondary diaphragm 23 and
A Z-axis sensor 25 is attached to the center of the axial beam 24. Further, a Z-axis stopper 26 is provided opposite the tip of the shaft 21, and the amount of displacement of the shaft 21 in the X-axis direction is regulated. The peripheral portions of the primary diaphragm 22 and the secondary diaphragm 23 are fixed to the mount portion 27 . 28
is the case.

マウント部27の上方に円柱状のX軸ビーム29が配さ
れ、このX軸ビーム29に対してX軸センサ30が取り
付けられている。2軸センサ25及びX軸センサ30の
出力信号が回路基板に設けられたアンプ及びコードを介
して外部に取り出される。
A cylindrical X-axis beam 29 is arranged above the mount section 27, and an X-axis sensor 30 is attached to this X-axis beam 29. Output signals from the two-axis sensor 25 and the X-axis sensor 30 are taken out to the outside via an amplifier and a cord provided on the circuit board.

上述のように、シャフト21は、平行に設けられた1次
ダイキフラム22及び2次ダイヤフラム23によって支
持されているので、X軸方向には自由度を持つが、X軸
方向には、高い剛性を持つ。
As mentioned above, the shaft 21 is supported by the primary diaphragm 22 and the secondary diaphragm 23 that are provided in parallel, so it has a degree of freedom in the X-axis direction, but has high rigidity in the X-axis direction. have

従って、X軸方向の荷重Fxは、1次ダイヤフラム22
及び2次ダイヤフラム23を通じてマウント部27に伝
えられ、マウント部27によりX軸ビーム29がX軸方
向に偏心され、X軸方向に接着されたX軸センサ30に
より、荷重Fxに比例した検出信号が得られる。ここで
、X軸ビーム29のZ軸方向の剛性が非常に大きいので
、荷重F2の影響がX軸センサ30の出力信号に及ぶこ
とはない。
Therefore, the load Fx in the X-axis direction is
and is transmitted to the mount part 27 through the secondary diaphragm 23, the X-axis beam 29 is decentered in the X-axis direction by the mount part 27, and the X-axis sensor 30 glued in the X-axis direction generates a detection signal proportional to the load Fx. can get. Here, since the rigidity of the X-axis beam 29 in the Z-axis direction is very large, the output signal of the X-axis sensor 30 is not affected by the load F2.

また、Z軸方向の荷重Fzは、シャフト21により2軸
ビーム24に直接伝えられ、Z軸ビーム24の表面に接
着されたZ軸センサ25により荷重Fzに比例した検出
信号が得られる。この場合、荷重Fxは、1次ダイヤフ
ラム22及び2次ダイヤフラム23の特性によりZ軸ビ
ーム24の軸方向に変位を与えないので、荷重Fxの影
響は、荷重Fzの検出信号に影響を与えない。
Further, the load Fz in the Z-axis direction is directly transmitted to the biaxial beam 24 by the shaft 21, and a detection signal proportional to the load Fz is obtained by the Z-axis sensor 25 bonded to the surface of the Z-axis beam 24. In this case, the load Fx does not displace the Z-axis beam 24 in the axial direction due to the characteristics of the primary diaphragm 22 and the secondary diaphragm 23, so the influence of the load Fx does not affect the detection signal of the load Fz.

この荷重センサ4の2軸センサ25及びX軸センサ30
は、ピエゾ抵抗効果を利用した小型半導体センサである
。荷重センサ4は、ストレインゲージに比してより小型
、より高感度、より広い周波数特性を有している。従っ
て、CVD、PVD等で形成された薄膜被膜面の硬質の
破壊によって生じる瞬時的且つ微小な荷重の変動を正確
に検出することができる。
The two-axis sensor 25 and the X-axis sensor 30 of this load sensor 4
is a small semiconductor sensor that utilizes the piezoresistive effect. The load sensor 4 is smaller, has higher sensitivity, and has wider frequency characteristics than a strain gauge. Therefore, it is possible to accurately detect instantaneous and minute fluctuations in load caused by hard destruction of a thin film surface formed by CVD, PVD, or the like.

なお、荷重センサ4として、AE(アコースティック・
エミッシロン)センサを使用することもできるが、AE
センサの有効性は、臨界荷重時に起こる被膜面のAEが
AEセンサの周波数特性に等しい場合に限られる。即ち
、臨界荷重時の被膜面のAEの周波数は、材料、密着性
等に依存して異なるために、種々の周波数特性を持った
AEセンサを必要とする問題がある。バンド幅が広いA
Eセンサを用いることが考えられるが、このタイプのA
Eセンサは、高価となり、また、大型となり、更に、感
度が低く、S/Nが悪いのが普通である。
In addition, as the load sensor 4, an AE (acoustic
Emissilon) sensors can also be used, but
The effectiveness of the sensor is limited if the AE of the coating surface that occurs at critical loads is equal to the frequency response of the AE sensor. That is, since the frequency of AE on the coating surface under critical load varies depending on the material, adhesion, etc., there is a problem in that AE sensors with various frequency characteristics are required. Wide band A
It is possible to use an E sensor, but this type of A
E-sensors are expensive, large, and typically have low sensitivity and poor S/N.

第4図は、この一実施例のシステム全体の構成を示し、
破線で囲んで示す31が機構部、32が駆動部、33及
び34が測定信号処理部、49がコンピュータである。
FIG. 4 shows the overall system configuration of this embodiment,
Reference numeral 31 shown surrounded by a broken line is a mechanism section, 32 is a drive section, 33 and 34 are measurement signal processing sections, and 49 is a computer.

機構部31は、前述のように、2駆動モータ35によっ
て上下動される荷重センサ4及びダイヤモンドコーン5
と、試料7が載置される試料ステージ6と、上下緩和装
置8と、XYステージ9とから構成され、XYステージ
9と関連してX駆動モータ36が設けられている。Z駆
動モータ35に対する駆動信号を発生するX駆動ドライ
バ37とX駆動モータ36に対する駆動信号を発生する
X駆動ドライバ38とが駆動部32に設けられている。
As described above, the mechanism section 31 includes a load sensor 4 and a diamond cone 5 that are moved up and down by two drive motors 35.
, a sample stage 6 on which the sample 7 is placed, a vertical relaxation device 8, and an XY stage 9, and an X drive motor 36 is provided in association with the XY stage 9. The drive unit 32 is provided with an X drive driver 37 that generates a drive signal for the Z drive motor 35 and an X drive driver 38 that generates a drive signal for the X drive motor 36.

荷重センサ4の2軸センサ25からのZ軸方向の検出信
号が測定信号処理部33のセンサアンプ41を介してオ
ートゼロ回路42に供給される。
A detection signal in the Z-axis direction from the two-axis sensor 25 of the load sensor 4 is supplied to the auto-zero circuit 42 via the sensor amplifier 41 of the measurement signal processing section 33.

このオートゼロ回路42は、荷重センサ4のドリフトを
キャンセルして、電気的零調を行う回路である。オート
ゼロ回路42の出力信号が記録用信号として出力端子4
3に取り出されると共に、絶対値回路44に供給される
。出力端子43には、例えばXYレコーダが接続される
。絶対値回路44によって、荷重センサ4のZ軸方向の
検出信号が正の電気信号に変換される。この絶対値回路
44の出力信号がピークホールド回路45.ピーク検出
回路46及びタッチ検出回路47に夫々供給される。
This auto-zero circuit 42 is a circuit that cancels the drift of the load sensor 4 and performs electrical zero adjustment. The output signal of the auto-zero circuit 42 is sent to the output terminal 4 as a recording signal.
3 and is also supplied to the absolute value circuit 44. For example, an XY recorder is connected to the output terminal 43. The absolute value circuit 44 converts the detection signal of the load sensor 4 in the Z-axis direction into a positive electrical signal. The output signal of this absolute value circuit 44 is output to the peak hold circuit 45. The signal is supplied to a peak detection circuit 46 and a touch detection circuit 47, respectively.

ピークホールド回路45は、絶対値回路44の出力信号
のピーク値を検出し、ホールドする。このピークホール
ド回路45の出力信号がA/Dコンバータ48によって
ディジタル信号に変換され、コンピュータ49に供給さ
れる。ピーク検出回路46の出力信号及びタッチ検出回
路47の出力信号もコンピュータ49に供給される。コ
ンピュータ49は、例えば16ビツトパーソナルコンピ
ユータであって、一連の測定のシーケンスを制御すると
共に、臨界荷重等の測定データをCRT表示装置(図示
せず)に表示する。A/Dコンバータ48からのディジ
タルデータが測定データとしてコンピュータ49に取り
込まれる。タッチ検出回路47の出力信号からダイヤモ
ンドコーン5の先端が試料7に接触したことが検出され
、ピーク検出回路46の出力信号から試料7の2軸方向
のスクラッチ破壊が検出される。
The peak hold circuit 45 detects and holds the peak value of the output signal of the absolute value circuit 44. The output signal of this peak hold circuit 45 is converted into a digital signal by an A/D converter 48 and supplied to a computer 49. The output signal of the peak detection circuit 46 and the output signal of the touch detection circuit 47 are also supplied to the computer 49 . The computer 49 is, for example, a 16-bit personal computer, which controls the sequence of measurements and displays measurement data such as critical load on a CRT display (not shown). Digital data from the A/D converter 48 is taken into the computer 49 as measurement data. From the output signal of the touch detection circuit 47, it is detected that the tip of the diamond cone 5 has contacted the sample 7, and from the output signal of the peak detection circuit 46, scratch breakage of the sample 7 in two axial directions is detected.

荷重センサ4のX軸センサ3oがらのX軸方向の検出信
号が測定信号処理部34に供給される。
A detection signal in the X-axis direction from the X-axis sensor 3o of the load sensor 4 is supplied to the measurement signal processing section 34.

前述の測定信号処理部33と同様の構成を測定信号処理
部34が有している。即ち、X軸方向の検出信号かセン
サアンプ51及びオートゼロ回路52を介して出力端子
53に取り出されると共に、絶対値回路54に供給され
る。この絶対値回路54の出力信号がピークホールド回
路55及びピーク検出回路56に供給される。A/Dコ
ンバータ58によってディジタル信号に変換されたピー
クホールド回路55の出力信号及びピーク検出回路56
の出力信号がコンピュータ49に供給される。
The measurement signal processing section 34 has the same configuration as the measurement signal processing section 33 described above. That is, the detection signal in the X-axis direction is taken out to the output terminal 53 via the sensor amplifier 51 and the auto-zero circuit 52, and is also supplied to the absolute value circuit 54. The output signal of this absolute value circuit 54 is supplied to a peak hold circuit 55 and a peak detection circuit 56. The output signal of the peak hold circuit 55 converted into a digital signal by the A/D converter 58 and the peak detection circuit 56
The output signal of is supplied to the computer 49.

ピーク検出回路56の出力信号から試料7のX軸方向の
スクラッチ破壊が検出される。
Scratch breakage of the sample 7 in the X-axis direction is detected from the output signal of the peak detection circuit 56.

コンピュータ49のプログラムによって、連続的に荷重
を変化させると共に、試料7を移動させるスクラッチテ
ストの他に、試料7が固定される硬度テスト又は硬質皮
膜の密着強度の分布のテスト等の種々のテストが可能と
されている。
In addition to the scratch test in which the sample 7 is moved while changing the load continuously, various tests such as a hardness test in which the sample 7 is fixed or a test for the distribution of adhesion strength of the hard coating are carried out by the program of the computer 49. It is considered possible.

前述の測定信号処理部33及び34の出力端子43及び
53からの記録信号により得られた測定結果の一例を第
5図に示す、第5図は、荷重をOから連続的に増大する
と共に、試料7を所定速度でX軸方向に移動した結果を
示す。第5図において、51zがX軸方向の荷重変化を
示し、51XがX軸方向の荷重変化を示す、試料7の硬
質被膜が破壊されると、52で示すように、荷重が瞬時
的に下降する。この荷重の瞬時的な低下がピーク検出回
路56によって検出され、また、ピークホールド回路4
5の出力信号から臨界荷重が求められる。
An example of the measurement results obtained from the recording signals from the output terminals 43 and 53 of the measurement signal processing units 33 and 34 mentioned above is shown in FIG. 5. The results are shown when sample 7 was moved in the X-axis direction at a predetermined speed. In Fig. 5, 51z indicates the load change in the X-axis direction, and 51X indicates the load change in the X-axis direction.When the hard coating of sample 7 is destroyed, the load drops instantaneously, as shown at 52. do. This instantaneous drop in load is detected by the peak detection circuit 56, and the peak hold circuit 4
The critical load is determined from the output signal of 5.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明では、荷重センサと測定用ツールとが一体で上
下動されると共に、試料ステージに上下緩和装置が設け
られている。従って、従来の構成とは異なり、分銅を何
種類も使用する必要がなく、連続的に変化する荷重を試
料に対して与えることができ、1回の測定で正確に臨界
荷重を検出することができ、また、測定シーケンスのプ
ログラム制御が可能となる。更に、荷重を試料にかける
ための加圧部と、センサとが一体化されるので、装置の
小形化及び取り扱いの簡便化が実現できる。
In this invention, the load sensor and the measurement tool are moved up and down together, and the sample stage is provided with a vertical relaxation device. Therefore, unlike conventional configurations, there is no need to use multiple types of weights, a continuously changing load can be applied to the sample, and the critical load can be accurately detected in a single measurement. It also enables program control of the measurement sequence. Furthermore, since the pressure section for applying a load to the sample and the sensor are integrated, the device can be made smaller and easier to handle.

また、この発明では、X軸方向のみならず、X軸方向の
荷重変化をも検出しているので、検出感度を高くできる
と共に、応答を速くでき、被膜が薄い場合でも、被膜が
破壊される臨界荷重を確実に検出することができる。更
に、X軸方向の荷重変化から臨界荷重を測定する時には
、センサの出力信号を微分回路に供給し、変化分を強調
する必要があった。しかしながら、試料の被膜の厚み等
に応じて、微分回路の定数を設定することが煩わしかっ
た。この発明に依れば、微分回路を不要とできる。
In addition, since this invention detects load changes not only in the X-axis direction but also in the X-axis direction, the detection sensitivity can be increased, the response can be made faster, and even if the coating is thin, the coating will not be destroyed. Critical loads can be detected reliably. Furthermore, when measuring the critical load from the load change in the X-axis direction, it was necessary to supply the output signal of the sensor to a differentiating circuit to emphasize the change. However, it is troublesome to set the constants of the differential circuit depending on the thickness of the coating of the sample. According to this invention, a differentiation circuit can be made unnecessary.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例における機構部の外観を示
す斜視図、第2図はこの一実施例における機構部のより
詳細な斜視図、第3図は荷重センサの一例の断面図、第
4図はこの一実施例のシステム全体のブロック図、第5
図はこの一実施例により得られた測定データの一例を示
すグラフである。 図面における主要な符号の説明 2:アーム、 4:荷重センサ、  5:ダイヤモント
コーン、 7:試料、 6:試料ステージ、8:上下緩
和装置、 9:XYステージ。 代理人   弁理士 杉 浦 正 知 第5図 第2図
FIG. 1 is a perspective view showing the external appearance of a mechanism section in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a more detailed perspective view of the mechanism section in this embodiment, and FIG. 3 is a sectional view of an example of a load sensor. FIG. 4 is a block diagram of the entire system of this embodiment, and FIG.
The figure is a graph showing an example of measurement data obtained by this example. Explanation of main symbols in the drawings 2: Arm, 4: Load sensor, 5: Diamond cone, 7: Sample, 6: Sample stage, 8: Vertical relaxation device, 9: XY stage. Agent Patent Attorney Masato Sugiura Figure 5 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] モータ等の駆動源により垂直方向に変位可能とされた移
動体と、上記移動体に取り付けられ、上記垂直方向及び
水平方向の2方向の荷重を検出可能とされた荷重センサ
と、上記荷重センサに設けられた測定用ツールと、上記
測定用ツールと対向して設けられ、水平面内の少なくと
も上記水平方向に移動可能とされた試料ステージと、上
記試料ステージに対して垂直方向に加わる力を緩和する
ための緩和手段と、上記試料ステージ上に載置された試
料に対して上記測定用ツールを当接させ、上記移動体を
徐々に変位させた時の上記荷重センサの上記垂直方向及
び上記水平方向の夫々の検出信号を処理する信号処理部
とを備えたことを特徴とする被膜の密着性試験装置。
A moving body capable of vertical displacement by a drive source such as a motor, a load sensor attached to the moving body and capable of detecting loads in two directions, the vertical direction and the horizontal direction, and the load sensor a measurement tool provided, a sample stage provided opposite the measurement tool and movable at least in the horizontal direction in a horizontal plane, and a force applied in a vertical direction to the sample stage. and the vertical direction and the horizontal direction of the load sensor when the measuring tool is brought into contact with the sample placed on the sample stage and the movable body is gradually displaced. 1. A coating adhesion testing device comprising: a signal processing section that processes each detection signal.
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