JPH06273302A - 試験片の特性を測定する方法、及び装置 - Google Patents

試験片の特性を測定する方法、及び装置

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JPH06273302A
JPH06273302A JP29809893A JP29809893A JPH06273302A JP H06273302 A JPH06273302 A JP H06273302A JP 29809893 A JP29809893 A JP 29809893A JP 29809893 A JP29809893 A JP 29809893A JP H06273302 A JPH06273302 A JP H06273302A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、重錘による押し込み形成装置を使
用しない硬度測定装置又は深さ測定装置を提供すること
を目的としている。 【構成】 二つのロードセルを図1(b) のように配置
し、ロードセル5には圧子4をロードセル8にはチュー
ブDを設ける。試験片3を(a) の下方から上昇させる
と、先ずチューブDと当接し、ロードセル8が荷重を検
知する。やがて、圧子4が試験片3と接触を開始する。
試験片にくぼみがあると、圧子4と試験片3とが接触す
るときのロードセル8の荷重が変化するので、これから
くぼみの深さを知ることができる。ロードセル5が所定
の荷重になるまで圧子4を試験片3に押しつけると、試
験片にくぼみが形成され、くぼみの深さから試験片の硬
度を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は深さの測定方法とこれに
関連する硬度測定装置に関する。特に、この方法と装置
は、試験片にくぼみを形成する道具に加わる力を表すロ
ードセルの信号を利用するものである。所定の力が加え
られると力は除去され、くぼみの深さ及び/又は硬度
は、光学的に、あるいは、本発明が使用する第2のロー
ドセルを使用することによって測定される。
【0002】
【従来の技術】特に金属試験片の硬度又は微小硬度の測
定装置としては、ブリネル、ビッカース、又はロックウ
ェル硬度測定装置が知られている。そのいずれの装置
も、試験片に接触して試験片内に一種の押し込みくぼみ
を形成する鋼球圧子、または、ダイヤモンド圧子の頂部
に一定の重錘を取り付ける必要がある。次に、この重錘
と圧子とを取り外し、試験片を光学計算装置に移動さ
せ、重錘と圧子により試験片に形成されたくぼみのサイ
ズを光学的に測定し、試験片の硬度を求めるようにして
いる。
【0003】本発明の目的は重錘作用による押し込み形
成装置を使用しないこと、及び、硬度の計算に光学計算
方式を用いないこと、硬度測定方法および装置を自動化
又は半自動化することにある。
【0004】この目的及びその他の目的を達成するため
に本発明では、ロードセル装置に圧子を取り付ける方法
を提供する。ロードセルは、圧子と試験片間の増大力に
比例した信号を発生する。予め設定した力を圧子と試験
片間に加えたことが信号で示されると、この信号に応じ
て荷重の印加が中断される。別の構成によれば、所定の
力に達したときにのみロードセルが信号を発する。圧子
と力により試験片に形成されたくぼみは、本発明の一構
成によれば、公知の光学的な方法により測定される。
【0005】本発明の他の構成によれば、二つのロード
セルが使用される。その内の一つに圧子が取り付けされ
る。ロードセルは、圧子と試験片間の増大力に比例した
信号を発生する。予め設定した力を圧子と試験片間に加
えたことが信号で示されると、この信号に応じて荷重の
印加が中断される。同時に、リングを有し圧子と接触状
態にない他方のロードセルが、試験片と接触し、ロード
セルと試験片間の増大力に比例した第2の信号を発生す
る。どのロードセルにも圧子を設けない場合には、二つ
の信号はお互いに同一となり、試験片の上下移動に関係
なく変わらないはずである。一方のロードセルに圧子を
取り付けた場合、試験片の上方移動に応じて圧子は試験
片内に押し込まれ、信号差は圧子で作られた深さに応じ
て変動する。この深さを測定することにより材料の硬度
を計算することができる。
【0006】したがって、本発明のさらなる目的は、試
験片に形成されたくぼみの深さ及び/又は硬度を測定す
る方法及び装置を提供することにある。この装置は、デ
ザインが簡素で、丈夫な構造を有し、安価に製造できる
ものである。
【0007】
【実施例】多様な特徴や利点は、特に、本明細書内及び
請求の範囲に記載している。発明のより良い理解のため
に、以下に図面によって幾つかの実施例を説明する。た
だし、これらの実施例は、本発明の範囲を限定するもの
ではない。
【0008】図1(a) は、一つの顕微鏡構成を示し、M
で表す顕微鏡は、できれば、UnionOptical 社製モデルE
xametタイプが望ましい。
【0009】顕微鏡にはノブ2Aが設けられ、このノブ
を回転させると、顕微鏡のステージ2は顕微鏡の光路
(光軸)に沿って、すなわち、図1(a) で示すように上
下に移動する。
【0010】ステップモータ1をベルト1Aとともに顕
微鏡の一側に設け、ノブ2Aとの間にベルト1Aが掛け
られている。ステップモータが回転すると、ベルトを介
してノブが回転しステージ2を上述したように昇降させ
る。ステップモータは、好ましくは、Phytron 社製モデ
ルZSS を使用する。ステップモータとノブ間に取り付け
るベルト1Aの配設については、充分に公知のことであ
り、さらに説明する必要はないであろう。
【0011】顕微鏡の光路中にある顕微鏡ステージ2の
表面、すなわち、図1のステージ上面には、電動式の可
動台6が設けられている。この電動式の可動台6は、こ
の移動台上でコンピュータプログラム操作により一つの
くぼみから次のくぼみへ、または、圧子4と整合する位
置から顕微鏡の光路上に試験片3を移動させる。好まし
くは、上記可動台6はMark houser 社製モデルMT MOT 5
0 ×50とする。
【0012】圧子4は、ロードセル5に取り付けるが、
この圧子はAlbert Ernehm 社製が望ましい。
【0013】ロードセル5では、顕微鏡のステージ2の
移動方向、すなわち、図1(a) の上下方向に圧子に加わ
る力に比例したアナログ信号が得られる。できれば、こ
のロードセルは、Huntlight 社製のモデル505H又は1030
を使用する。
【0014】図1(b) に示すように、ロードセル8は、
顕微鏡ステージ2の移動方向、すなわち、(a) の上下方
向にチューブDに加える力に比例したアナログ信号を発
生する。できればこのロードセルも、Huntlight 社製の
モデル505H又は1030を使用する。チューブ又はリングD
は試験片3の表面の大きな面積に当接し、くぼみを形成
しない。チューブDは試験片の表面に接触する表面接触
片を構成する。
【0015】顕微鏡Mはレンズと照明を取り付けた組立
体L構成とし、試験片の表面を観察できる。
【0016】ステップモータ1、電動式テーブル6、ロ
ードセル5及び8は、いずれも適当なケーブル線を使っ
て図1(c) に示すパーソナルコンピュータCに接続され
る。できればこのパーソナルコンピュータは、IBM 社製
のモデル386 を使用する。
【0017】本方法による装置を操作する場合、電動式
の移動台6上に試験片3を据え、この移動台6は必要に
応じ、ステージ2が上方に移動するとき、試験片3が圧
子4に当接するようにパーソナルコンピュータCの制御
操作により試験片の位置決めをする。その後、コンピュ
ータがステップモータを作動させ、ステージ2を上方に
移動させる。顕微鏡のステージ2が上方に移動すると、
試験片3が上昇してチューブDに当接するようになり、
試験片とチューブ間の圧接力は、ステップモータの運転
が継続されるにつれて増大し続ける。この後、試験片3
は圧子4と接触状態に入るはずである。両ロードセル
4,8の読みには、試験片3と圧子4との接触開始時点
が、きわめて正確に記録される。
【0018】ロードセル5からコンピュータに送られる
(荷重に)対応したアナログ信号は、圧接力が増大する
のに伴って増大し、最終的には信号値はコンピュータ内
の予定された設定値に見合うようになる。ロードセルか
らの信号を試験片と圧子及びチューブ間での応力値に換
算するデータは、ロードセルのメーカから提供される
が、応力対信号の換算技術は、当業者には充分公知であ
ることから、さらに詳しく説明する必要はないであろ
う。
【0019】ロードセル5からの信号がコンピュータに
予め設定された値に達すると、コンピュータのプログラ
ムによりステップモータを停止させる。さらに、パーソ
ナルコンピュータのプログラムによりステップモータは
逆転し、少なくとも、試験片3と圧子4及びチューブD
が接触しない充分な間隔に開くまで、顕微鏡のステージ
2を下降させる。パーソナルコンピュータのプログラム
により電動式の移動台6が駆動され、試験片は次の押し
込み位置に移動するか、又は顕微鏡の光路内に移動す
る。
【0020】圧子を備えたロードセルの読みが、コンピ
ュータ内の予定設定値に達すると、パーソナルコンピュ
ータのプログラムにより両ロードセルの読み取りが行わ
れる。パーソナルコンピュータのルーチンプログラム
で、両ロードセルの初期読み取り値及び予備荷重に達し
た場合の両ロードセルの読み取り値から試験片の硬度が
計算される。その数値差は試験片内で圧子により得られ
る深さに比例する。差動測定に準じた材料の硬度計算を
含むプログラムは、できれば、Servodata 社製のプログ
ラムを用いるとよい。
【0021】ロードセル5,8はそれぞれ基部5A,8
Aを有し、これらは顕微鏡Mに固定され、先端の作用端
は垂直に変位し、変位と同時にコンピュータCにロード
セルに加わる力に比例した信号を発生する。こうして試
験片の表面に加えられた力は、それが圧子によるくぼみ
形成の力であるか、チューブDによるくぼみを形成しな
い力であるかにかかわらず、正確に測定される。上述の
ように、両方のロードセル5,8が、チューブDを有し
ているとすれば、二つのロードセルからの信号は正確に
一致する。しかし、一方のロードセル5は実際には圧子
4を有しているので、両信号は等しくならず、その差は
圧子4が試験片3に押し込まれたくぼみの深さに比例す
る。圧子4を支持するロッド状の支持体をチューブD内
に同心に配置することにより、試験片3のほぼ同じ面積
に接触することができ、接触面積が相違することにより
生じる誤差の発生を防止している。本発明は、平面度、
丸み、粗さ、層厚や寸法の測定等に利用できるものであ
る。本発明が有する従来技術を越える重要な特徴は、重
錘よりも正確なロードセルを利用した力が圧子に印加さ
れることである。
【0022】深さの測定は、ロードセル5と8の信号の
差から測定でき、硬度の測定は、(上述のようにして測
定される)くぼみの深さと、(ロードセル8で測定され
る)荷重との間に成り立つ次の式により算出できる。 硬度=(荷重×1854)/(D1×D2) =(荷重×1854)/(7d×7d) ここで、D1,D2は、くぼみの対角線の長さ、dはく
ぼみの深さである。すなわち、くぼみの深さdは対角線
の1/7である。
【0023】図6は、本発明の装置のブロック図であ
る。同図において、パーソナルコンピュータPCは、シ
ステム全体を制御するもので、x,y,z軸にモータを
動かすステップモータ制御カード、ロードセルからの信
号を集めるA/Dカードを制御し、キーボードからのデ
ータを受け取ってプリンタやPCモニタに送る。
【0024】A/Dカードは、パーソナルコンピュータ
PCに制御され、ロードセルのアナログ信号をデジタル
信号に変換する。ステップモータ制御カードは、パーソ
ナルコンピュータPCに制御され、x−yテーブルを動
かして、くぼみが圧子によって測定される位置から顕微
鏡で観察される位置に移動する。くぼみ観察のために、
z軸方向にも移動できる。
【0025】x−yテーブルは、ステップモータ制御カ
ードにより制御され、コンピュータのプログラムにした
がって移動する。z軸モータは、ステップモータ制御カ
ードにより制御され、テーブルを動かし、試験片をコン
ピュータのプログラムに従って昇降させる。
【0026】プリアンプ+励起装置は、ロードセル5,
8からの信号を増幅した後、応力に比例したアナログ信
号をA/Dカードに送る。ロードセル5,8は検知した
応力に比例するアナログ信号を発生する。キーボード
は、データ入力のために使用する。プリンタは、結果や
グラフを印刷する。モニタPCは結果やグラフを表示す
る。
【0027】本発明は、本発明の記載された実施例に限
定されるものではなく、当業者が想定し得る変形を包含
することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) は本発明の試験機の構成を示す側面図、
(b) は(a) の丸で囲ったB部の拡大図、(c) はパーソナ
ルコンピュータの斜視図である。
【図2】本発明の装置のブロック図である。
【符号の説明】
1 ステップモータ 2 顕微鏡ステージ 3 試験片 4 チューブ 5,8 ロードセル 6 電動移動台 M 顕微鏡

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験片の表面をロードセルに取り付けら
    れた圧子に向けて移動し、試験片と圧子との間に所定の
    力が加わるのを該ロードセルで検知し、前記所定の力に
    よって試験片の表面にくぼみを形成し、該試験片の表面
    のくぼみを測定して特性を測定することを特徴とする試
    験片の特性を測定する方法。
  2. 【請求項2】 前記圧子が所定の荷重を試験片に加えた
    後前記試験片の表面を圧子から移動し、該試験片を移動
    してくぼみを光学測定装置の測定領域に入れ、該光学測
    定装置でくぼみを測定することを特徴とする請求項1記
    載の試験片の特性を測定する方法。
  3. 【請求項3】 顕微鏡の少なくとも水平な一方向に移動
    自在な移動台に前記試験片を載置し、該移動台を顕微鏡
    の垂直に移動するステージ上で位置決めすることによっ
    て試験片の表面を圧子に対向させ、ロードセルをステー
    ジ及び移動台から独立した顕微鏡のフレームに固定する
    ことを特徴とする請求項2記載の試験片の特性を測定す
    る方法。
  4. 【請求項4】 前記くぼみの測定が、前記圧子に隣接し
    て設けられた表面接触片を有し、該表面接触片が別のロ
    ードセルに設けられ、試験片を移動すると表面接触片と
    圧子の双方に当接し、くぼみの測定が両ロードセルから
    の信号の差に応じてされることを特徴とする請求項1記
    載の試験片の特性を測定する方法。
  5. 【請求項5】 前記表面接触片が前記圧子と同心に配置
    されたチューブであることを特徴とする請求項4記載の
    試験片の特性を測定する方法。
  6. 【請求項6】 前記試験片の表面が最初に前記表面接触
    片に当接し、その後圧子に当接することを特徴とする請
    求項5記載の試験片特性の測定方法。
  7. 【請求項7】 試験片特性が試験片表面の硬度であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の試験片の特性を測定する
    方法。
  8. 【請求項8】 ロードセルと、 該ロードセルに取り付けられ、試験片に当接してくぼみ
    を形成する圧子と、 試験片の表面が圧子に対向するように試験片を移動する
    移動台と、 該移動台と結合し、試験片の表面を圧子に当接するよう
    に移動する駆動手段と、 該駆動手段と結合し、前記移動台を圧子に対して移動
    し、圧子が試験片の表面にくぼみを形成するために充分
    な所定の力を加えるための信号処理手段と、 くぼみを測定して特性を測定する手段と、を有すること
    を特徴とする、試験片の特性を測定する装置。
  9. 【請求項9】 前記くぼみ測定手段が、くぼみを光学的
    に測定する光学装置であることを特徴とする請求項8記
    載の試験片の特性を測定する装置。
  10. 【請求項10】 前記くぼみ測定手段が、第2のロード
    セルと、該第2のロードセルに設けられ前記圧子の近傍
    に位置する表面接触片とを有し、前記移動台が圧子に対
    して移動すると圧子と表面接触片の双方が試験片の表面
    に当接するようにされ、 前記信号処理手段がくぼみの測定をするために、前記第
    1,第2のロードセルからの信号の差を取る手段を備え
    ることを特徴とする、請求項8記載の試験片の特性を測
    定する装置。
  11. 【請求項11】 前記顕微鏡が前記第1,第2のロード
    セルを結合するサポートを有し、 前記移動台が、 顕微鏡支持部に対して垂直に移動する顕微鏡ステージ
    と、 該顕微鏡ステージを移動するために該顕微鏡ステージに
    結合されたモータからなる駆動手段と、を有することを
    特徴とする請求項10記載の試験片の特性を測定する装
    置。
JP29809893A 1993-03-01 1993-11-29 試験片の特性を測定する方法、及び装置 Withdrawn JPH06273302A (ja)

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EP93500025A EP0614066A1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Device to measure depth and hardness using two equal load cells
ES93500025/7 1993-03-01

Publications (1)

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JPH06273302A true JPH06273302A (ja) 1994-09-30

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JP (1) JPH06273302A (ja)

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