JPH0749298A - 微小押込み試験機 - Google Patents
微小押込み試験機Info
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- JPH0749298A JPH0749298A JP21217793A JP21217793A JPH0749298A JP H0749298 A JPH0749298 A JP H0749298A JP 21217793 A JP21217793 A JP 21217793A JP 21217793 A JP21217793 A JP 21217793A JP H0749298 A JPH0749298 A JP H0749298A
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- load
- indenter
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- hardness
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
験荷重の影響を受ける変位測定系の誤差とを適切に補正
できるようにして、微小な試験荷重による押込み試験を
正確に行なえるようにしたものである。 【構成】 圧子1に対する試験荷重の負荷手段2と、圧
子変位量検出手段3とそなえるとともに、演算手段5を
そなえ、同演算手段5が、試験荷重fと、同荷重fに対
応して検出される圧子1の変位dと、真の押込み深さd
0、荷重負荷時の変位荷重比例定数k、零点補正量cお
よび圧子形状による定数αとを用いる硬度Hの計算式
[数16]式 【数16】H=αf/d0 2 =αf/(d+c−kf)2 に基づいて、誤差率ε=(c−kf)/d0の自乗和が
最小になるように上記零点補正量cおよび上記変位荷重
比例定数kを算出し、試料の硬度Hを演算するように構
成されている。
Description
みにより硬さを計測できるようにした押込み試験機に関
し、特に微小荷重により素材等の表面硬さを計測するの
に適した微小押込み試験機に関する。
子を押込むとき、圧子の変位はくぼみ深さxに試料の試
験荷重fによる変形kf(kは試料の変形率のばね定
数)を加えた値となることとし、くぼみの深さxと荷重
fとの関係を、Aを定数として2次式f=Ax2に基づ
き数式処理することにより、k,Aを求めることが行な
われている。
ような従来の微小押込み試験機における数式処理では、
単なる想定式の当てはめだけで、誤差の解析が行なわれ
ていないため、必要とする低い試験荷重での誤差が大き
くなるという問題点がある。また、変位測定系における
零点誤差の補正が行なわれていないので、測定誤差がま
すます大きくなるという不具合がある。
するもので、圧子変位測定系の零点誤差と試験荷重の影
響を受ける変位測定系の誤差とを適切に補正できるよう
にすることにより、微小な試験荷重による押込み試験を
正確に行えるようにした微小押込み試験機を提供するこ
とを目的とする。
め、本発明の微小押込み試験機は、圧子と、同圧子に試
験荷重を負荷する負荷手段と、圧子の変位を検出する圧
子変位量検出手段とをそなえ、上記負荷手段によって圧
子に加えられる荷重をf、この荷重に対応して検出され
る圧子の変位をd、真の押込み深さをd0、荷重負荷時
の変位荷重比例定数をk、零点補正量をc、圧子の形状
によって決定される定数をα、硬度をHとするとき、
/d0 の自乗和が最小になるように上記零点補正量cお
よび上記変位荷重比例定数kを算出し、試料の硬度Hを
演算する演算手段が設けられていることを特徴としてい
る。
段によって圧子に試験荷重fが加えられると、この荷重
に対応して圧子の変位dが検出され、これらの値fおよ
びdと、真の押込み深さd0、荷重負荷時の変位荷重比
例定数k、零点補正量c、圧子の形状によって決定され
る定数αとを用いて、前述の式により硬度Hが求められ
るが、その際誤差ε=(c−kf)/d0 の自乗和が最
小になるように上記の零点補正量cおよび変位荷重比例
定数kの算出が演算手段により自動的に行なわれて、こ
れにより正確な硬度Hが求められる。
小押込み試験機について説明すると、図1はその概略構
成を示す模式図、図2はその圧子の押込みによる試料表
面の変形を示す断面図、図3はその誤差処理を説明する
ためのグラフ、図4はその表示部に表示される圧痕の深
さと荷重の平方根との関係を示すグラフ、図5はその表
示部に表示される圧痕の深さと硬さとの関係を示すグラ
フ、図6はその表示部に表示される圧痕の深さと荷重と
の関係を示すグラフである。図1に示すように、この微
小押込み試験機は、圧子1と同圧子1に試験荷重を負荷
する負荷手段2とを機枠A上にそなえるとともに、圧子
1の変位を検出する圧子変位量検出手段としての変位計
3をそなえている。また負荷手段2に試験荷重の負荷指
令を発信する荷重制御部4が設けられている。
受けるとともに荷重制御部4から試験荷重fの情報を受
けて、これらの値d,fを含む[数3]式に基づいて硬
度Hの演算を行なう演算手段5が設けられている。
重比例定数、cは零点補正量、αは圧子の形状によって
決定される定数である。演算手段5では、後述の説明に
従って、誤差率ε=(c−kf)/d0 の自乗和が最小
になるように上記零点補正量cおよび上記変位荷重比例
定数kを算出するための演算が行なわれ、これにより
[数3]式に基づいて試料の硬度Hが求められるように
なっている。
き各種のグラフや数値の表示を行なうための表示部6が
設けられている。本実施例の微小押込み試験機では、機
枠Aに設けられた試料支持台8の上の試料7における厚
さ数μm以下の表層の硬さ試験として、角錐圧子1によ
る押込み試験が行なわれるが、試料面のうねり、表面粗
さ、試料の弾性、変位系の試験荷重による変形の影響な
ど各種の誤差要因を排除しながら圧子先端の試料表面か
らの正確な侵入深さを求めるため、特に低荷重域(収集
データ内での低荷重域)での圧子1の侵入深さの正確さ
を高めるデータ処理が、演算手段5で行なわれる。
からの深さに対して一様ではない。ビッカース硬さのよ
うに角錐圧子を用いると試料の表面と内部とが一様な硬
さであるならば、圧子の侵入深さは試験荷重の平方根に
比例する。即ち図4の直線グラフとなる。ところが図5
のように表面付近と内部とで硬さの異なる試料の場合に
は、図4の曲線グラフのように原点から離れるにつれて
直線からのズレeを生じる。試料表面の硬さを正確に求
めることを目標にするならば、低荷重で微小変位を示す
範囲で誤差の少ないデータ処理方式を工夫する必要があ
る。
明する。まず、図3のように、一般に想定式Y=mXか
らのズレが原点から離れるにしたがって大きくなる場
合、原点近傍における誤差eを少なくするため、次のよ
うな計算処理が行なわれる。はじめに、比例式をXとY
の実験データに対して適用するとき、図3のように実験
データと想定式との誤差をe=Y−mXとして、最小二
乗法を適用すると、Σe2を最小にする条件では、m1=
ΣXY/ΣX2となる。一方誤差率ε=e/XとしてΣ
ε2を最小にする条件では、nをデータの組数とする
と、m2=Σ(Y/X)/nとなる。この両者を次の表
のデータの場合(図3のように想定式からXが大きく
なるにつれてズレる場合)に対して用いると、次表の
のようになる。
ための計算,が係数m1,m2を適用したときの誤差率
である。この表から原点に近い部分の誤差率を小さくす
るためには、誤差の二乗ではなく、誤差率の二乗を最小
にするように想定式の係数を定めるのがよいことがわか
る。
侵入深さd0と試験荷重fとは、原点近傍ではaを定数
とするとd0=√f/aとして表わせる。ただし、試験
荷重が大きくなると定数aは徐々に変る。(表面の硬さ
と内部の硬さとが異なる場合) (2)変位計の見掛けの変位dは、真の圧子の侵入量d
0に対して、変位計の零点誤差および試料の表面状況
(うねりと表面粗さ)の影響を受ける。 (3)変位係、試料共に試験荷重fが加わることによる
機械的歪kfを生じる。すなわち、[数4],[数5]
式の成立を前提とする。
正量、kfは試験荷重補正量を示している。
を少なくする計算処理法を[数4]および[数5]式に
適用する。P点(図4)に対して、誤差eおよび誤差率
εは、[数6],[数7]式で求められる。
kで微分した値が零となることが条件であるから、[数
8],[数9],[数10]式がそれぞれ成り立つ。なおn
は図4上で計算処理を適用する点の数を示している。
り立つ。
s2k2+2s6c−2s1k−2nck)
つ。
s1〜s8で与えられる)となるから、[数14],[数1
5]式を[数11]式に代入し、さらに整理すると、[数1
1]式はaに関する2次方程式となる。aの2根のう
ち、プラスの値であって、硬さの実態に合致する値を選
ぶ。aの値が決まればc,kの値もそれぞれ計算でき
る。相対誤差の自乗和の最小化による[数3]式の確定
の後、図5および図6のような、測定目的に合わせた図
形表示を表示部6に行なわせる。即ち、見掛け変位につ
いて零点補正と荷重による変形補正とを行なった後に、
全データを修正して、より正しい硬さ曲線(図5)また
は押込み曲線(図6)を求めることができ、これらは表
示部6に表示される。
み試験機によれば、変位測定系の零点誤差と試験荷重の
影響を受ける変位測定系の誤差とを適切に補正できるよ
うになり、微小な試験荷重による圧子の押込み試験を正
確に行なえるようになる効果がある。
概略構成を示す模式図である。
変形を示す断面図である。
のグラフである。
と荷重の平方根との関係を示すグラフである。
と硬さとの関係を示すグラフである。
と荷重との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 圧子と、同圧子に試験荷重を負荷する負
荷手段と、圧子の変位を検出する圧子変位量検出手段と
をそなえ、上記負荷手段によって圧子に加えられる荷重
をf、この荷重に対応して検出される圧子の変位をd、
真の押込み深さをd0、荷重負荷時の変位荷重比例定数
をk、零点補正量をc、圧子の形状によって決定される
定数をα、硬度をHとするとき、 【数1】H=αf/d0 2 =αf/(d+c−kf)2 [数1]の計算式に基づいて、誤差率ε=(c−kf)
/d0 の自乗和が最小になるように上記零点補正量cお
よび上記変位荷重比例定数kを算出し、試料の硬度Hを
演算する演算手段が設けられていることを特徴とする、
微小押込み試験機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21217793A JP2671096B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | 微小押込み試験機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21217793A JP2671096B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | 微小押込み試験機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0749298A true JPH0749298A (ja) | 1995-02-21 |
JP2671096B2 JP2671096B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=16618191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21217793A Expired - Fee Related JP2671096B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | 微小押込み試験機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2671096B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009085737A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | 破面解析方法及び装置 |
JP2010145290A (ja) * | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Shimadzu Corp | センサ特性補正装置および材料試験機 |
KR102031195B1 (ko) * | 2019-02-18 | 2019-10-11 | (주)프론틱스 | 로드셀 변형량을 고려한 압입시험 수행방법 |
-
1993
- 1993-08-04 JP JP21217793A patent/JP2671096B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009085737A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | 破面解析方法及び装置 |
JP4686522B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2011-05-25 | 株式会社日立製作所 | 破面解析方法及び装置 |
JP2010145290A (ja) * | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Shimadzu Corp | センサ特性補正装置および材料試験機 |
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WO2020171503A1 (ko) * | 2019-02-18 | 2020-08-27 | (주)프론틱스 | 로드셀 변형량을 고려한 압입시험 수행방법 |
US11921089B2 (en) | 2019-02-18 | 2024-03-05 | Frontics, Inc. | Method for performing press-fitting test in consideration of amount of deformation of load cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2671096B2 (ja) | 1997-10-29 |
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