JPH09126976A - 超音波硬度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検体の弾性特性がたとえ微小に変化しても
変化に対応して測定された硬度を自動的に補正して、硬
度測定精度を向上する。 【解決手段】 超音波硬度測定装置において、被検体５
を移動自在に支持する試料台４と、振動棒１４を被検体
５に押圧する振動棒駆動機構９と、被検体５内の各測定
点及び測定順序を記憶する測定条件記憶部２８と、測定
条件記憶部の記憶内容に従って試料台及び振動棒駆動機
構を順番に起動していく測定制御部２０とを備えてい
る。さらに、圧痕表面積Ａc を実測するための顕微鏡１
２と、この顕微鏡を被検体の押圧部分へ移動させる顕微
鏡移動機構９と、顕微鏡で実測された圧痕表面積Ａc と
算出された圧痕表面積Ａとの関係から補正情報ＣＯを算
出する補正情報算出手段２４と、算出された補正情報を
用いて各測定点２９の硬度を補正する硬度補正手段２２
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は硬度を測定する硬度
測定装置に係り、特に、共振周波数測定法（超音波コン
タクト・インピーダンス法）を採用した超音波硬度測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属を含む各種材料の硬さを示すビッカ
ース硬度の測定方法は、ＪＩＳ（日本工業規格）のＺ−
２２４４に規定されている。すなわち、ビッカース硬度
Ｈｖは、所定形状を有した試験棒を被検体に押圧した場
合の荷重Ｆと、この荷重Ｆで試験棒を被検体に押圧した
ときに押圧部分に生じる凹みを示す圧痕の表面積（圧痕
表面積）Ａとを用いて(1) 式で定義される。

【０００３】 Ｈｖ＝Ｆ／Ａ …(1) この圧痕表面積Ａは非常に小さいので、正確にその値を
測定するためには、その都度、顕微鏡を用いて操作員が
目視で測定する必要がある。したがって、測定作業が煩
雑化し、工場の生産工程における製品の品質検査に組込
むことができない。

【０００４】このようにな不都合を解消するために、共
振周波数測定法（超音波コンタクト・インピーダンス
法）が実用化されている。この共振周波数測定法を用い
た硬度測定法においては、先端にダイヤモンド圧子が取
付けられた振動棒をこの振動棒の材質や形状や定まる自
由共振周波数ｆ₀で振動させた状態で被検体に押圧す
る。そして、この押圧状態の振動棒の共振周波数ｆを求
める。この共振周波数ｆの該当振動棒の自由共振周波数
ｆ₀ からの変化量Δｆと、前記圧痕表面積Ａとの関係
は、(2) 式に示すように、２つの関数Ｇ，Ｈの積で示さ
れる。

【０００５】 Ａ＝Ｇ（Ｅ，ν，Ｅｄ，νｄ）・Ｈ（Δｆ／ｆ₀ ） …(2) 但し、 Ｅ ： 被検体のヤング率 ν ： 被検体のポアソン比 Ｅｄ： ダイヤモンド圧子のヤング率 νｄ： ダイヤモンド圧子のポアソン比 ２つの関数Ｇ，Ｈのうち先頭の関数Ｇは(2) 式で示すよ
うに、被検体及びこの被検体に押圧されるダイヤモンド
圧子の各弾性定数で定まる。また、減衰の影響や被検体
のリアクタンスを無視すると、同一材質の被検体を計測
する限りにおいては、関数Ｇは定数とみなすことが可能
である。また、振動棒の自由共振周波数ｆ₀ も振動棒に
固有の値である。

【０００６】したがって、共振周波数変化量Δｆと圧痕
表面積Ａとの関係を変換特性として予め求めておく。そ
して、実際の超音波硬度測定においては、得られた共振
周波数変化量Δｆから前記変換特性を用いて圧痕表面積
Ａを求める。圧痕表面積Ａが求まると、(1) 式を用いて
該当被検体のビッカース硬度Ｈｖを算出する。

【０００７】上述した測定方法においては、被検体のヤ
ング率Ｅやポアソン比νが変換特性を求めた場合の被検
体のそれとほとんど変化しないことが前提である。した
がって、変換特性を求めた被検体の弾性特性とほとんと
同じ弾性特性を有した被検体に対しては高い精度で硬度
Ｈｖが得られる。

【０００８】一般に、材質がＪＩＳに定められた鋼材等
においては、このＪＩＳに定められたヤング率Ｅやポア
ソン比νを用いて前記関数Ｇを算出する。しかし、たと
えＪＩＳに定められた鋼材であっても、このＪＩＳの許
容範囲内でヤング率Ｅやポアソン比νが変動する場合が
ある。したがって、製品検査等の製造された鋼材の硬度
を精度よく測定する必要がある場合には、各被検体毎の
ヤング率Ｅやポアソン比νを正確に測定する必要があ
る。

【０００９】そこで、特開平２−２６４８４０号公報に
おいては、システム内に自動弾性測定装置を組込んで、
各被検体毎のヤング率Ｅやポアソン比νを測定して、超
音波硬度測定装置本体で求めた硬度Ｈｖの補正を実施し
ている。

【００１０】また、特表平２−５０４１８６号公報に記
載の「荷重を印加しながら硬さを測定するための硬さ測
定装置」においては、振動棒の個々のパラメータを記憶
素子に記憶させ、基本装置に内蔵された計算機により、
個々の振動棒毎に記憶されたパラメータ情報を用いて、
計測された共振周波数変化量Δｆ，共振振動周波数ｆの
偏差，振動周期の長さ等から硬度を計測することによ
り、振動棒固有のパラメータ差が、ゾンデ（測定プロー
ブ）を交換したときの硬度測定誤差となるのを防止して
いる。

【００１１】さらに、特表平５−５０６３０５号公報に
記載の「超音波コンタクト・インピーダンス方法におけ
る荷重印加の基での硬さまたは弾性材料特性の測定方
法」においては、少なくとも異なる２つの試験力（印加
荷重）のもとで、共振器で振動棒の共振周波数を測定
し、既知のヤング率Ｅとポアソン比νから硬さを算出し
ている。また、既知の硬さとポアソン比νからヤング率
Ｅを求めている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各超音波硬度測定手法においても、まだ解消すべき次
のような課題があった。すなわち、特開平２−２６４８
４０号公報記載のシステムにおいては、超音波硬度測定
装置の他に、自動弾性測定装置と演算装置との２つ高価
な装置が必要となり、設備費が大幅に上昇する。

【００１３】特表平２−５０４１８６号公報記載の装置
においては、振動棒が種々に変化した場合における対応
は実施されているが、試験材が変ったときの測定された
硬度の誤差に関しては、ヤング率Ｅやポアソン比νが一
致する鋼材に関しては問題がないと記述されているのみ
である。したがって、変換特性を求めるためのに用いた
鋼材のヤング率Ｅやポアソン比νと実際の被検体のヤン
グ率Ｅやポアソン比νとが微小でも異なる場合において
は、測定値に誤差が混入して、装置全体の硬度測定精度
が低下する。

【００１４】また、特表平５−５０６３０５号公報記載
の装置においても、校正に用いた試料と被検体のヤング
率Ｅやポアソン比νが微小でも異なる場合の対応策はな
にも記載されていない。

【００１５】このように、従来の各超音波硬度測定手法
においては、校正に用いた試料と実際の被検体のヤング
率Ｅやポアソン比νが異なっていた場合は、硬度の測定
精度が低下する問題がある。また、高い精度で被検体の
硬度を測定するためには、別途、被検体の各弾性特性を
測定する装置を組込む必要があった。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、被検体の振動棒で押圧された部分の圧痕表
面積を実測する顕微鏡を組込むことによって、たとえ、
被検体が変更になったとしても、測定された硬度を簡単
に正しい値に補正でき、常に高い測定精度を得ることが
でき、かつ被検体上の多くの測定点の硬度を自動的に順
番に測定でき、測定作業効率を向上できる超音波硬度測
定装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、先端に被検体
に当接するためのダイヤモンド圧子が取付けられた振動
棒を加振させた状態で被検体に規定時間だけ規定加重で
押圧し、押圧した状態における振動棒の共振周波数を測
定し、この測定された共振周波数の非押圧状態の自由共
振周波数からの変化量と、被検体及びダイヤモンドの弾
性特性情報とから、被検体の押圧部分の圧痕表面積を算
出し、この圧痕表面積と規定加重とから被検体の硬度を
算出する超音波硬度測定装置に適用される。

【００１８】そして、上記課題を解消するために本発明
においては、被検体を２次元平面内に移動自在に支持す
る試料台と、振動棒を被検体に押圧する振動棒駆動機構
と、被検体内の各測定点及び測定順序を記憶する測定条
件記憶部と、この測定条件記憶部の記憶内容に従って試
料台及び振動棒駆動機構を順番に起動していく測定制御
部とを備えている。

【００１９】さらに、圧痕表面積を実測するための顕微
鏡と、この顕微鏡の対物レンズを試料台に支持された被
検体の押圧部分の対向位置へ移動させる顕微鏡移動機構
と、顕微鏡で実測された圧痕表面積と算出された圧痕表
面積との関係から硬度に対する補正情報を算出する補正
情報算出手段と、この補正情報算出手段で算出された補
正情報を用いて算出された各測定点の硬度を補正する硬
度補正手段とを備えている。

【００２０】このように構成された超音波硬度測定装置
においては、通常の測定モード時においては、被検体は
試料台に支持されている。また、被検体内の各測定点及
び測定順序は測定条件記憶部に記憶されている。そし
て、この装置が起動されると、測定制御部によって、測
定条件記憶部に記憶されている測定点及び測定順序に従
って、被検体を搭載した試料台が移動し、かつ振動棒が
駆動制御される。したがって、測定条件記憶部内に記憶
されている各測定点の硬度が自動的に測定され、測定作
業能率を大幅に向上できる。

【００２１】また、圧痕表面積を実測するための顕微鏡
が設けられている。そして、例えば校正モード時におい
ては、顕微鏡移動機構によって顕微鏡の対物レンズが試
料台に支持された被検体の押圧部分の対向位置へ自動的
に移動される。この状態で、操作者が、押圧部分の圧痕
表面積を読取って操作入力すると、この実測された圧痕
表面積と先に同一測定点における算出された圧痕表面積
との関係に基づいて硬度に対する補正情報が自動的に算
出される。

【００２２】そして、この算出された補正情報に基づい
て先に算出された各測定点の各硬度が補正される。した
がって、たとえヤング率Ｅやポアソン比νが微小に異な
る複数種類の被検体の硬度を測定する場合であっても、
それぞれの硬度を精度よく測定できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を図面を
用いて説明する。図１は実施形態の超音波硬度測定装置
の外観図である。この超音波硬度測定装置は、大きく分
けて測定装置本体１と例えばパーソナルコンピュータ等
で構成された制御装置２とで構成されている。

【００２４】測定装置本体１において、ベース３上に試
料台としてのＸＹテーブル４が取付けられ、このＸＹテ
ーブル４の上面４ａに被検体５が取付けられる。ＸＹテ
ーブル４はテーブル駆動機構６で水平面内に移動制御さ
れる。また、ベース３の前面には操作パネル７が設けら
れている。

【００２５】下端がベース３に固定されたアーム８の上
端には、例えばモータ等にて上下に移動制御されるスラ
イド機構９が取付けられ、このスライド機構９の前面に
切換テーブル１０が取付けられている。そして、切換テ
ーブル１０の前面に、この切換テーブル１０対して左右
に切換え移動可能に支持部材１１が取付けられている。
そして、この支持部材１１に対して顕微鏡１２及び測定
プローブ１３が取付けられている。

【００２６】支持部材１１を手動で左右に移動させるこ
とによって、顕微鏡１２及び測定プローブ１３のいずれ
かを規定の測定位置に位置させる。その結果、いずれか
一方が被検体５の測定点２９に対向する。

【００２７】測定プローブ１３においては、図２に示す
ように、円柱状の振動棒１４の下端にダイヤモンド圧子
１７が取付けられている。さらに、振動棒１４の上端近
傍にこの振動棒１４を振動させるための例えば圧電素子
等で構成された加振素子１５が取付けられている。さら
に、この振動棒１４の中間部にはこの振動棒１４の振動
を検出する圧電素子等で構成された受信素子１６が取付
けられている。

【００２８】そして、通常の測定モード時においては、
操作者は、測定プローブ１３を被検体５の測定点２９に
対向させる。そして、図２に示すように、顕微鏡１２の
下部の対物レンズ１２ａの下端位置は測定プローブ１３
の下端１３ａ位置に比較して約４〜５ｍｍ高い位置に設
定する。

【００２９】また、校正モード時においては、操作者
は、顕微鏡１２を被検体５の測定点２９に対向させる。
そして、測定プローブ１３の取付け位置を変更して、下
端１３ａが顕微鏡１２の対物レンズ１２ａの下端より上
方に位置させる。

【００３０】このような測定プローブ１３において、加
振素子１５に交流電圧を印加すると、振動棒１４は自己
の材質や形状等で定まる共振周波数ｆ₀ （自由共振周波
数）で振動する。

【００３１】このような構成の測定装置本体１におい
て、制御装置２からの操作指令に基づいて、ＸＹテーブ
ル駆動機構６が起動して、ＸＹテーブル４上に取付けら
れた被検体５の測定点２９を水平面内において任意のｘ
ｙ座標位置へ移動可能である。また、制御装置２からの
操作指令に基づいて、モータが回転して、スライド機構
９の前面の切換テーブル１０を移動させて、この切換テ
ーブル１０に支持部材１１を介して取付けられた測定プ
ローブ１３及び顕微鏡１２の上下位置を任意に制御でき
る。

【００３２】さらに、前記測定プローブ１３内には、こ
の測定プローブ１３が被検体５に押圧された場合の荷重
を測定する荷重センサが組込まれている。この検出され
た荷重は制御装置２へ入力される。

【００３３】したがって、制御装置２は被検体５の任意
の測定点２９に対して振動棒１４の先端のダイヤモンド
圧子１７を任意の時間だけ押圧することかができる。ま
た、顕微鏡１２内には、は測定プローブ１３の振動棒１
４の先端のダイヤモンド圧子１７が被検体５の測定点２
９を規定荷重Ｆで例えは１０秒等の規定時間Ｔだけ押圧
した後に、該当測定点２９に残る圧痕の実際の圧痕表面
積Ａc を操作員が読取るためのスケールが刻まれてい
る。

【００３４】図３は超音波硬度測定装置の概略構成を示
すブロック図である。測定装置本体１内のテーブル駆動
機構６は、被検体５を支持するＸＹテーブル４を測定制
御部２０からの指令に基づいて移動制御する。また、荷
重検出部１９は。被検体５に印加される荷重を荷重セン
サ１８を介して検出して、測定制御部２０へ送出する。
スライド機構９は測定制御部２０からの指令に基づいて
切換テーブル１０を上下移動させる。また、測定制御部
２０は測定プローブ１３の加振素子１５へ交流電圧を送
出する。

【００３５】測定プローブ１３の受信素子１６で検出さ
れた振動信号は制御装置２内の受信部２１へ入力され
る。この受信部２１は入力した振動信号から振動棒１４
の共振周波数ｆを検出して、硬度算出部２２へ送出す
る。

【００３６】変換特性記憶部３０内には、図４の点線で
示す、共振周波数変化量Δｆと圧痕表面積Ａとの関係を
示す変換特性ＣＨ₀ が記憶されている。そして、この例
においては、それぞれヤング率Ｅ及びポアソン比νが大
きく異なるＡ，Ｂ，Ｃの３種類の基準試料（被検体５）
を用いて実際に測定された変換特性ＣＨ₀ が記憶されて
いる。

【００３７】操作員は顕微鏡１３で実測した圧痕表面積
Ａc を制御装置２へキーボード２６を介して入力する
と、この圧痕表面積Ａc は補正特性算出部２４へ送出さ
れる。補正特性算出部２４は、硬度算出部２２で算出さ
れた該当測定点の圧痕表面積Ａを取込み、補正特性Ｃ０
を算出して、補正特性記憶部２５へ書込む。

【００３８】硬度算出部２２は、受信部２１から入力さ
れた共振周波数ｆの前記振動棒１４の自由共振周波数ｆ
₀ からの周波数変化量Δｆを算出して、この周波数変化
量Δｆに対応する圧痕表面積Ａを変換特性記憶部３０の
変換特性ＣＨ₀ から読取る。そして、規定荷重Ｆをこの
読取った圧痕表面積Ａで除算して硬度Ｈｖを算出する。

【００３９】硬度算出部２２は、この算出された硬度Ｈ
ｖを補正特性記憶部２５に記憶された補正特性Ｃ０で補
正して（Ｈｖｏ＝ＣＯ・Ｈｖ）、補正後の硬度Ｈｖｏを
記憶部２３へ書込む。

【００４０】一方、操作者がキーボード２６を介して入
力した各被検体５上の寸法，形状，厚さ，材質，各測定
点，印加荷重Ｆ，荷重印加時間Ｔ等の各被検体５毎の測
定条件は測定条件設定部２７を介して測定条件記憶部２
８に記憶保持される。

【００４１】例えば、この測定条件記憶部２８内には、
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、各被検体５毎
に、それぞれ固有の複数の測定点２９が設定されてい
る。例えば、図５（ａ）に示す被検体５においては９個
の測定点２９が設定され、図５（ｃ）に示す被検体５に
おいては１５３個の測定点２９が設定されている。

【００４２】次に、制御装置２における測定制御部２８
及び硬度算出部２２の通常の測定モード時における硬度
測定処理を図６に示す流れ図に従って実行する。先ず測
定対象の被検体５をＸＹテーブル４上の基準位置に取付
け、装置を起動する。すると、流れ図が開始され、Ｐ
（プログラム・ステップ）１にて、測定条件記憶部２８
から該当被検体５の先頭の測定点２９の座標を読出し
て、ＸＹテーブル４を移動させて、該当測定点２９を測
定位置に移動させる。

【００４３】次に、測定プロープ１３の加振素子１５に
交流電圧を印加して、振動棒１４を振動させる（Ｐ
２）。つぎに、振動棒１４を先端のダイヤモンド圧子１
７が被検体５の測定点２９に当接するまで下降させる
（Ｐ３）。そして、荷重センサ１８の値を監視しなが
ら、規定荷重Ｆで振動棒１４を被検体５の測定点２９へ
押圧開始する（Ｐ４）。そして、この状態で受信部２１
で加振棒１４の振動信号を受信する（Ｐ５）。

【００４４】そして、規定時間Ｔが経過すると（Ｐ
６）、振動棒１４を上昇させる（Ｐ７）。次に、受信部
２１は振動信号に含まれる共振周波数ｆを検出し（Ｐ
８）、予め測定されている該当振動棒１４の自由共振周
波数ｆ₀ との間の周波数変化量Δｆを算出する（Ｐ
９）。

【００４５】 Δｆ＝ｆ₀ −ｆ …(3) そして、この周波数変化量Δｆに対応する圧痕表面積Ａ
を変換特性記憶部３０の変換特性ＣＨ₀ から読取る（Ｐ
１０）。そして、規定荷重Ｆをこの読取った圧痕表面積
Ａで除算して硬度Ｈｖを算出する（Ｐ１１）。

【００４６】 Ｈｖ＝Ｆ／Ａ …(4) さらに、算出された硬度Ｈｖを補正特性記憶部２５に記
憶された補正特性Ｃ０で補正して（Ｐ１２）、補正後の
硬度Ｈｖｏを記憶部２３へ書込む。同時に、例えば図７
に示す印字フォーマットで該当測定点２９の硬度Ｈｖｏ
を硬度データ表３１に印字出力する（Ｐ１３）。

【００４７】そして、測定条件記憶部２８に該当被検体
５にまだ未測定の測定点２９が存在すれば（Ｐ１４）、
Ｐ１へ戻り、該当被検体５の次の未測定の測定点２９を
読出す。

【００４８】そして、測定条件記憶部２８内に未測定の
測定点２９が無くなると、該当被検体５に対する一連の
各硬度の測定処理を終了する。次に、この装置の校正モ
ード時における補正特性ＣＯの算出処理動作を説明す
る。

【００４９】説明を簡単にするために、前述した複数の
測定点が測定条件記憶部２８に記憶された被検体５を用
いて補正特性ＣＯを算出するとする。まず、図６に示す
前述した手順で各測定点２９における共振周波数変化量
ΔＦから変換特性ＣＨ₀ を用いて各圧痕表面積Ａを読取
り、各圧痕表面積Ａから補正前の各硬度Ｈｖを算出す
る。同時に各測定点２９における各圧痕表面積Ａを補正
特性算出部２４へ送出する。

【００５０】次に、操作者は、顕微鏡１２を測定位置に
移動させ、この顕微鏡１２の対物レンズ１２ａを被検体
５の測定点２９に対向させる。測定制御部２０は、スラ
イド機構９を駆動して顕微鏡１２の対物レンズ１２ａを
被検体５の所定の観察位置まで降下させる。そして、測
定制御部２０は、ＸＹテーブル４を駆動制御して、測定
条件記憶部２８に記憶されている該当被検体５の各測定
点２９を順番に対物レンズ１２ａに対向する測定位置へ
移動していく。

【００５１】操作者は、各測定点２９に形成された圧痕
の実際の各圧痕表面積Ａc を内部に設けられたスケール
を用いて読取って、順番にキーボード２６へ入力してい
く。キーボード２６へ入力された各測定点２９の各圧痕
表面積Ａc は補正特性算出部２４へ入力される。

【００５２】補正特性算出部２４は各測定点２９の変換
特性ＣＨ₀ から求めた各圧痕表面積Ａと顕微鏡１２で実
測された各圧痕表面積Ａc との各比Ｃを求める。 Ｃ＝Ａ／Ａc …(4) そして、この各比Ｃを全ての測定点２９に亘って算術平
均を算出して、この平均値を該当被検体５に対する補正
特性ＣＯとする。そして、この補正特性Ｃ0 を該当被検
体５に対する補正特性ＣＯとして補正特性記憶部２５へ
書込む。

【００５３】したがって、次回移行、同一材質の被検体
５の硬度を測定する場合は、変換特性記憶部３０から読
出した圧痕表面積Ａを用いて算出された補正前の硬度Ｈ
ｖに対して補正特性記憶部２５から読出した該当被検体
５に対する補正特性ＣＯを乗算することによって、正し
い補正後の硬度Ｈｖｏが得られる。

【００５４】 Ｈｖｏ＝Ｆ／Ａc ＝ＣＯ・Ｆｖ …(5) 実際の装置においては、各被検体５の材質の種類毎に、
各補正特性ＣＯが補正特性記憶部２５に記憶されてい
る。したがって、測定モード時には各被検体５の材質の
種類を指定して、測定を実施すれば、自動的に対応する
補正特性ＣＯを用いて測定硬度が補正されて、正しい硬
度Ｈｖｏが出力される。

【００５５】このように構成された超音波硬度測定装置
においては、図４に示すように、変換特性記憶部３０内
に記憶されている変換特性ＣＨ₀ は前述したように、
Ａ，Ｂ，Ｃの３種類の基準試料（被検体５）を用いて作
成している。しかし、例えば、ヤング率Ｅとポアソン比
νとの組合わせが異なる別のＤ，Ｅ，Ｆの３種類の試料
（被検体５）を用いて作成された変換特性ＣＨ₁ は元の
変換特性ＣＨ₀ と完全に一致しない場合がある。

【００５６】したがって、厳密には、被検体５の材質毎
に変換特性を作成する必要がある。本実施形態において
は、新たらな材質の被検体５を測定するに先だって、該
当被検体５の材質の変換特性の基準となる変換特性ＣＨ
₁ に対する補正特性ＣＯを算出して、記憶保持して、こ
の補正特性ＣＯを用いて測定された硬度を補正してい
る。なお、材質が定まれば、硬度の取り得る範囲は狭い
ので、同一材質に対して同一補正特性ＣＯを採用しても
支障はない。

【００５７】図８は、同一種類の被検体５に対して２０
個の測定点２９に対して硬度の測定を実施した実験結果
を示す図である。図８（ａ）は顕微鏡１２を用いて測定
された圧痕表面積Ａc を用いて算出した正しい各硬度と
補正なしの各測定値との対比を示す。補正がない場合
は、測定値と正しい硬度との間の誤差は最大１１で最小
８であった。

【００５８】これに対して、図８（ｂ）は顕微鏡１２を
用いて測定された圧痕表面積Ａc を用いて算出した正し
い各硬度と補正を実施した各測定値との対比を示す。補
正ありの場合は、測定値と正しい硬度との間の誤差は最
大３で最小０であった。

【００５９】また、図９は、材質の異なるＪ，Ｋ，Ｌの
３種類の被検体５に対して、硬度測定を実施した場合に
おける顕微鏡を用いた正しい硬度と、補正を実施した場
合の測定硬度と補正を実行しない場合の測定硬度との対
比を示すグラフである。このグラフでも、補正を実行す
ることによって、測定精度が向上することが理解でき
る。

【００６０】このように、補正を実施することによっ
て、正しい硬度からの誤差を低減できると共に、測定値
の変動量（バラツキ）を大幅に抑制できる。したがっ
て、装置全体の測定精度を大幅に向上できる。

【００６１】また、図１に示すように、硬度を測定する
測定プローブ１３と正しい硬度を得るための顕微鏡１２
を同一の装置に組込んで、通常の測定モード時には、測
定プローブ１３のみを用いて測定制御部２０で自動的に
各測定点２９の硬度測定を実施している。

【００６２】さらに、校正モード時には、測定制御部２
０で自動的に圧痕が形成された各測定点２９へ顕微鏡１
２へ移動させて各圧痕表面積Ａc を操作者が読取るよう
にしている。そして、読取られた各圧痕表面積Ａc を用
いて自動的に補正特性ＣＯを算出している。

【００６３】したがって、従来装置に比較して、硬度の
測定作業能率を大幅に向上でき、かつ校正作業の能率的
に実施できる。すなわち、工場の品質検査等の大量の試
験を短時間に実施する装置として使用することができ
る。さらに、従来の自動弾性率測定装置を用いずに正確
な硬度が得られるので、装置全体の製造費を低減でき
る。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波硬
度測定装置においては、装置内に被検体の振動棒で押圧
された部分の圧痕表面積を実測する顕微鏡を組込んでい
る。したがって、たとえ、被検体が変更になったとして
も、測定された硬度を簡単に正しい値に補正でき、常に
高い測定精度を得ることができる。

【００６５】さらに、被検体及び振動棒や顕微鏡の移動
を予め記憶された測定条件に従って自動的に実行させて
いる。したがって、被検体上の多くの測定点の硬度を自
動的に順番に測定でき、測定作業効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の超音波硬度測定装置の
外観図

【図２】 同実施形態の測定プローブと顕微鏡との位置
関係を示す図

【図３】 同実施形態の概略構成を示すブロック図

【図４】 同実施形態の変換特性記憶部に記憶された変
換特性を示す図

【図５】 各被検体上に設定された各測定点を示す図

【図６】 同実施形態の測定モード時の測定動作を示す
流れ図

【図７】 同実施形態の測定硬度の測定データ図

【図８】 同実施形態で測定された硬度の補正ありと補
正なしの各測定値と顕微鏡で測定された正しい硬度との
対比を示す図

【図９】 同じく同実施形態で測定された硬度の補正あ
りと補正なしの各測定値と顕微鏡で測定された正しい硬
度との対比を示す図

【符号の説明】

１…測定装置本体、２…制御装置、４…ＸＹテーブル、
５…被検体、６…テーブル駆動機構、９…スライド機
構、１０…切換テーブル、１１…支持部材、１２…顕微
鏡、１３…測定プローブ、１４…振動棒、１５…加振素
子、１６…受信素子、１７…ダイヤモンド圧子、１８…
荷重センサ、１９…荷重検出部、２０…測定制御部、２
１…受信部、２２…硬度算出部、２３…記憶部、２４…
補正特性算出部、２５…補正特性記憶部、２６…キーボ
ード、２７…測定条件設定部、２８…測定条件記憶部、
２９…測定点、３０…変換特性記憶部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 恵 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 高橋 弘幸 東京都渋谷区道玄坂２丁目10番12号 日本 クラウトクレーマー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に被検体に当接するためのダイヤモ
   ンド圧子が取付けられた振動棒を加振させた状態で前記
   被検体に規定時間だけ規定加重で押圧し、押圧した状態
   における前記振動棒の共振周波数を測定し、この測定さ
   れた共振周波数の非押圧状態の自由共振周波数からの変
   化量と、前記被検体及びダイヤモンドの弾性特性情報と
   から、前記被検体の押圧部分の圧痕表面積を算出し、こ
   の圧痕表面積と前記規定加重とから前記被検体の硬度を
   算出する超音波硬度測定装置において、 前記被検体を２次元平面内に移動自在に支持する試料台
   と、前記振動棒を前記被検体に押圧する振動棒駆動機構
   と、前記被検体内の各測定点及び測定順序を記憶する測
   定条件記憶部と、この測定条件記憶部の記憶内容に従っ
   て前記試料台及び振動棒駆動機構を順番に起動していく
   測定制御部とを備え、 かつ、前記圧痕表面積を実測するための顕微鏡と、この
   顕微鏡の対物レンズを前記試料台に支持された被検体の
   前記押圧部分の対向位置へ移動させる顕微鏡移動機構
   と、前記顕微鏡で実測された圧痕表面積と前記算出され
   た圧痕表面積との関係から硬度に対する補正情報を算出
   する補正情報算出手段と、この補正情報算出手段で算出
   された補正情報を用いて前記算出された各測定点の硬度
   を補正する硬度補正手段とを備えたことを特徴とする超
   音波硬度測定装置。