JPH01195339A

JPH01195339A - 硬度測定装置

Info

Publication number: JPH01195339A
Application number: JP16435888A
Authority: JP
Inventors: Katao Nakajima; 中島　堅雄; Takefumi Watabe; 渡部　武文
Original assignee: Lossev Technology Corp
Current assignee: Lossev Technology Corp
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1989-08-07
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2684384B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、試料の圧痕を光学的に拡大し、画像処理の分
野でブリネル圧痕直径やビッカース対角線を高積度で測
定する装置に関する。

従来技術材料の硬度は、ブリネル硬度であれば試料に円形の圧痕
を形跡し、その直径を測定することにより、またビッカ
ース硬度であれば、試料に菱形の圧痕を形成し、その対
角線を測定し、それぞれ固有の計算式によって求められ
る。このような試料が通常の顕微鏡のように、試料台の
上に載せられると、試料の高さが変わると、そのたびに
合焦操作が必要となるため、焦点合わせが繁雑であり、
また時間的な処理能力に限界がある。

一方、試料の圧痕は、通常測定用の顕微鏡などの光学的
な手段によって全体的に拡大され、撮像カメラによって
電気的な信号に変換される。ところが、その拡大過程で
、常に圧痕の全体が光学的な視野に収まるように拡大さ
れるため、固定的な倍率での拡大に限界があり、読み取
り誤差が発生し易く、高精度の測定が困難である。

発明の目的したがって、本発明の第１の目的は、硬度測定用の試料
を常に合焦位置に設定することにより、焦点合わせ操作
を不要とすることである。

また、第２の目的は、描像対象の圧痕を必要な部分だけ
光学的に取り出し、圧痕の直径または対角線の読み取り
誤差を少なくすることである。

発明の解決手段そこで、本発明は、上記第１の目的と対応し、試料を測
定光学系に対し、常に合焦位置に設置することにより、
測定過程で合焦操作を省略できるようにしている。この
ため、圧痕の形成位置を下向きとして、測定対象の試料
を試料台の上に載せるか、または試料の圧痕形成面と光
学系との間に合焦規制体を介在させることによって、画
像の結像状態を実際に観測しな（ても、節単に合焦状態
が得られる。

また、本発明は、上記第２の目的と対応し、試料の圧痕
部分の画像を二分割し、一方の撮像位置で圧痕画像の全
体を撮像するとともに、他方の撮像位置で光学系内のプ
リズムによって、圧痕の像を対角線方向に四分割し、硬
度の計算に必要な部分のみを部分的に拡大しながら取り
出すことによって、測定誤差を未然に防止するようにし
ている。

発明の構成まず、第１図は、本発明の硬度測定装置１の構成を示し
ている。測定対象の試料２は、公知の搬送手段によって
、試料台３の上まで運ばれてくる。

この搬送過程で、試料２の上面に円形または菱形の圧痕
４が形成される。そして、この形成後に、試料台２は、
ハンドリング装置などによって反転され、圧痕４を下向
きの状態として試料台３の上に載せられる。この結果、
圧痕４は、下向き状態となり、試料台３の開口５に臨ん
でいる。

そして、この試料２の圧痕４は、光学系６により、光学
像として拡大され、かつ二方向に分割されて、２台の撮
像カメラ７．８の部分に導かれる。

この撮像カメラ７．８は、ビデオスイッチ９および画像
メモリ１０を介し画像処理装置１１に接続されている。

なお、この画像処理装置１１は、コンピュータによって
構成されており、圧痕４の測定に必要な画像処理のプロ
グラムや、硬度の演算に必要なプログラムを備えており
、また必要に応じ、上記画像メモリ１０の内容をモニタ
ー１２によって観測できる状態とする。

次に、第２図は光学系６の構成を示している。

この光学系６は、試料台３の上面すなわち圧痕４の位置
からそれぞれの描像カメラ７．８の合焦位置に設置され
ており、圧痕４を含む光軸上で、対物レンズ１３、ハー
フミラ−１４、分光プリズム１５．２つの四角錐状のプ
リズム１６．１７を備えており、またそれぞれのプリズ
ム１６．１７の各角錐面と対応する４箇所の位置で、直
角プリズム１８、Ｉ９を収納するとともに、ハーフミラ
−１４、分光プリズム１５と対応する位置で、レンズ２
０．２１および照明用のランプ２２を収納している。そ
して、前記撮像カメラ７は、対物レンズ１３、プリズム
１６．１７を含む光軸上の撮像位置に組み込まれており
、また撮像カメラ８は、分光プリズム１５、レンズ２０
と対応する撮像位置に組み込まれている。これらの撮像
カメラ７．８は、光学系６を通じ、試料台３の上の圧痕
４を焦点合わせ走査なしで撮像できる状態で、光学系の
鏡筒部分に一体的に組み込まれている。

発明の作用試料２の上面に圧痕４が形成された後、この試料２は、
反転されながら、試料台３の上に置かれる。このとき、
圧痕４は、開口５の部分に臨み、照明用のランプ２２に
よって撮像可能な明るさとなり、また撮像カメラ７．８
によってそのまま撮像できる状態となる。ここで、一方
の撮像カメラ８は、第３図に示すように、円または菱形
の圧痕４の全体をそのままｔ最像している。これに対し
、撮像カメラｔは、圧痕４の硬度計算に必要な部分すな
わちエツジのみを対角線上で分割し、かつ拡大した状態
でＩ最像する。この場合の拡大状況は、プリズム１６．
１８を光軸の方向に変位させることによって任意に設定
できる。そして、これらの光学的な圧痕像は、撮像カメ
ラ７．８によって走査され、ディジタル的な画像信号に
変換され、画像メモリ１０に記憶される。このあと、画
像処理装置１１は、画像処理のプログラムに基づいて、
光学系６の倍率を考慮しながら、↑最像カメラ７の画像
信号から圧痕画像の直径または対角線の長さを画像処理
によって測定し、その測定結果から硬度演算を自動的に
求め、モニター１２で表示するか、またはプリンタなど
に記録していく。

一方、この測定過程で、測定者は、ビデオスイッチ９を
切り換えることによって、圧痕像の全体部分を視覚的に
確認することにより、観測状況を確認できる。

このように、資料２が資料台３の上に圧痕４の形成部分
を下面として置かれるため、圧痕４は、常に光学系６お
よび２台の撮像カメラ７．８に対し、合焦状態で設置さ
れることになる。したがって、試料２の厚みが変化した
としても、光学系６および２台の１最像カメラ７．８は
、初期の設置状態のままで観測できることになる。

ここで、例えば、２Ｘ３インチ（８，８Ｘ６．６〔龍〕
）の↑最像カメラを使用して、圧痕径５〔１１１１〕と
すれば、全体像の撮像時は、光学的倍率が１倍となり、
そのときの分解能は、画像メモリ１０が２４０分割とす
れば、６．６÷２４０＝２８　Ｃμｍ］程度である。し
かし、光学系６のプリズムの変位によって、圧痕像のエ
ツジ部分が１０倍に光学的に拡大されれば、そのときの
分解能は２．８〔μｍ〕まで高められ、その結果その測
定精度は１０倍程度高められることになる。

発明の他の実施例上記実施例は、試料２を試料台３の上に下向きの状態、
で設置しているが、第４図に示す通り、この試料２を反
転しないで、試料台３の上にそのまま置き、光学系６と
一体的な撮像カメラ７．８を光学系６のケーシング部分
に設けられた遮光兼用の距離規制体２３によって合焦状
態に設定するようにしてもよい。この場合、光学系６と
一体的な撮像カメラ７．８は、自動的な上下運動機構に
より、または測定者の操作によって、試料２の上面に当
てがわれ、距離規制体２３によって試料２の上面と光学
系６との距離が合焦距離に設置される。

発明の効果本発明では、次の効果が得られる。

まず、測定対象の試料と光学系およびＩ最像カメラとの
距離が試料の厚みにかかわらず、常に合焦距離に設定さ
れるため、試料毎の合焦操作が必要とされず、それだけ
測定速度が早められる。

また、試料の圧痕が光学系によって測定に必要なエツジ
部分だけ光学的に取り出されるため、撮像過程や画像処
理過程での読み取り誤差が少なくなり、その分、硬度の
測定精度が高められる。

さらに、このような測定過程で、圧痕の全体像と部分像
とが必要に応じ切り換えられるため、実際の測定過程が
視覚的に確認できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は硬度測定装置の全体的な側面図、第２図は光学
系の構成図、第３図は２つの撮像カメラの画像の説明図
、第４図は他の実施例の要部の断面図である。ｌ・・硬度測定装置、２・・試料、３・・試料台、４・
・圧痕、５・・開口、６・・光学系、７．８・・撮像カ
メラ、９・・ビデオスイッチ、１０・・画像メモリ、１
１・・画像処理装置、１２・・モニター。特　許　出　願　人　株式会社ロゼフ・テクノロジーｌ
”１丁フ代　　　理　　　人　弁理士　中　川　國　男　　″・
１、ビ第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料の圧痕形成位置に合焦距離で対向し、圧痕を
光学的に拡大しながら２つの撮像位置に導く光学系と、
各撮像位置に設けられ圧痕の像を走査してディジタル的
な画像信号に変換する２台の撮像カメラと、この２台の
撮像カメラからの画像信号を選択的に切り換えるビデオ
スイッチと、上記画像信号を１フレームとして記憶する
画像メモリと、上記画像メモリの圧痕画像から圧痕の測
定長さを画像処理により求め、所定の計算式から硬度を
演算により求める画像処理装置と、上記画像信号を確認
可能な状態で写し出すモニターとからなることを特徴と
する硬度測定装置。
（２）上記光学系に圧痕を対角線方向に四分割するプリ
ズムを組み込んでなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の硬度測定装置。
（３）上記プリズムの一部を光軸方向に変位可能な状態
で組み込んでなることを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の硬度測定装置。
（４）試料を測定台の上に下向き状態で置き、この測定
台とそれぞれの撮像カメラとの距離を合焦距離に設定し
てなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の硬度測定装置。
（５）上記の光学系、および２台の撮像カメラを一体化
し、これらを試料の方向に変位自在に配置するとともに
、試料の圧痕形成面と光学系との間に合焦距離を規制す
る距離規制体を設けてなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の硬度測定装置。