JPH10142133A - 硬度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の硬度を、連続して自動的に測定を行
い、ユーザの作業を軽減することことができる硬度測定
装置を提供する。 【解決手段】 先ず、試料５が搭載され基準位置用のマ
ーク４２を有する積載台４を測定位置に固定し、画像処
理手段１４，２によってその画像を撮影して画像処理を
施し、マークの基準位置を検出してそのマークの基準位
置および指定された打痕位置を位置記憶手段に記憶す
る。次に、再度、積載台を搬送して固定手段により硬度
測定器１の測定位置に固定する。固定された積載台上の
マーク４２の位置を画像処理手段１４，２によって検出
し、その検出したマーク４２の位置と位置記憶手段に記
憶された基準位置とのズレ量を測定し、その測定された
ズレ量に基づき硬度測定器１への打痕位置の指定を補正
した後に、試料の硬度測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は機械材料等の硬度を
測定する硬度測定装置に関し、特に、複数の試料が積載
された積載台について連続して自動的に硬度測定を行う
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、機械材料等の硬度を測定する
ときに硬度測定装置が用いられている。硬度測定装置に
はいくつかの方式があり、例えば押込形硬度測定装置
は、四角錘状や球状のダイヤモンド等の圧子を試料に付
（打痕）してできた圧痕の形状を測定することによって
その試料の硬度を測定する。打痕位置の指定を人が行う
と、装置が自動的にその位置に所定の圧力で圧子を押し
付け、その凹み具合を測定することによって試料の硬度
を測定する装置である。

【０００３】物質の硬度測定を行う場合、各試料間の硬
度の比較を行ったりするために、試料への打痕は決めら
れた方式で行われている。例えば、試料に一定間隔で打
痕を連続して打つ場合、その打痕開始位置、打痕方向等
を揃えておく。打痕位置等はμｍ単位で指定することが
通例である。従来、このような硬度測定装置によって多
数の試料について硬度測定を行う場合、先ず各試料毎に
人が画像を見ながら打痕位置、方向等を指定し、次に、
装置に硬度測定指令を与えると打痕、測定という作業が
行われる。１つの試料について測定が終了すると別の試
料に交換して測定を繰り返す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の硬度
測定装置は、打痕位置を決定したらすぐに打痕を開始
し、１台の積載台に載っている試料の打痕が終了すると
積載台を入れ換えて打痕位置決めからの作業を繰り返す
ことになる。試料が多数存在するときは、すべての試料
を積載台に積載して打痕位置等を指定後連続して測定を
行えば効率が良いが、各試料に対して打痕位置精度がμ
ｍ単位で指定されている上、角度等の指定があるため、
機械的に固定しただけでは正確な位置出しが困難であ
る。

【０００５】しかしながら、打痕は１つの試料に対して
数ヶ所から数千ヶ所に及ぶことがあり、その度にユーザ
は積載台を入れ換えて打痕位置を決定していた。このよ
うな方法では、ユーザは打痕の進行状況を監視している
必要があり他の作業を中断する必要があった。本発明
は、硬度測定装置において、連続して自動的に測定を行
い、ユーザの作業を軽減することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、試料の指定された位置に打痕し、その打
痕の形状から硬度測定する硬度測定器と、試料が搭載さ
れ基準位置用のマークを有するパレットを、硬度測定器
の測定位置に搬送し固定する固定手段と、前記パレット
の画像を撮影して画像処理を施し、前記マークの基準位
置を検出する画像処理手段と、固定手段に固定された前
記パレットを搬出する搬出手段と、固定されたパレット
上の試料の打痕位置を指定する打痕位置指定手段と、上
記画像処理手段によって検出したパレット上のマークの
基準位置および上記打痕位置指定手段により指定された
打痕位置を記憶する位置記憶手段と、上記固定手段に固
定された上記パレットについて、上記打痕位置指定手段
により指定されたパレット上の試料の打痕位置を上記検
出したマークの基準位置とともに各パレット毎に上記位
置記憶手段に記憶した後上記搬出手段により上記パレッ
トを搬出する制御を行う第一の制御手段と、上記パレッ
トを搬送して固定手段により硬度測定器の測定位置に固
定し、固定されたパレット上の上記マークの位置を上記
画像処理手段によって検出し、その検出したマークの位
置と上記位置記憶手段に記憶されたマークの基準位置と
のズレ量を測定し、その測定されたズレ量に基づき硬度
測定器への上記打痕位置の指定を補正する第二の制御手
段と、上記硬度測定器により上記第二の制御手段により
補正された位置について硬度測定を行った後、上記搬出
手段により上記パレットを搬出する制御を行う第三の制
御手段とを有することを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明を適応した硬
度測定装置の一実施形態である。本実施形態の硬度測定
装置は測定の対象物である試料を搬送する搬送部３と、
試料の硬度測定を行う測定部１とそれらを制御する制御
部２などから構成されている。図を解りやすくするため
に、搬送部３と測定部１はそれぞれ上面からみた平面図
で示し、制御部２のみ正面図としている。

【０００８】搬送部３は試料を測定部１に搬送したり、
測定部１で測定を実行しているときに別の試料を一時的
に保管しておくもので、ベルトコンベアー式の構造をし
ている。図１に於いて、ベルトコンベアー３１は図中矢
印Ａ方向に往復動作する。測定部１付近（図中破線部）
に試料が搬送されると図示しないハンドリング装置で図
中矢印Ｂの方向に試料を移動して測定部１に引渡した
り、逆に引き取る動作をする。ベルトコンベアー３１
や、ハンドリング装置の動作は制御用のインターフェー
ス２１を介して制御部２で制御される。

【０００９】図２は、ベルトコンベアー３１上ので試料
を搬送するための積載台４の一例を示す斜視図である。
積載台４は略直方体の板状の台で、その一部の角が面取
りされている。これは測定部１での固定を考慮したもの
でその機能は後述する。積載台４上には、硬度測定の対
象物である試料５を固定するための試料固定台４１が備
えられている。試料固定台４１は図２では１台の積載台
４上に１つ備えられているが、１つに限るものではな
く、スペースに合わせて複数装備できる。また、試料固
定台４１は、試料５が例えば鉄であれば、マグネット式
の固定台とすれば、脱着が容易でなおかつ安定性が高ま
る。

【００１０】図２の試料固定台４１には試料５が２つ固
定されている。このように、試料５もスペースに合わせ
て複数固定して構わない。積載台４にはまた、マーク４
２が２つ備えられている。マーク４２は積載台４上に不
動状態で形成されている必要があるが、形状は問わな
い。つまり、積載台４表面に、十の字を描いたものや、
突起状のものでもよいが、重要なのは、少なくとも２点
設けることと、後述する画像処理を行う際にカメラで捉
えるので、識別性の高いものが好ましい。

【００１１】この実施の形態のマーク４２は円筒形の直
立したパイプ状のものである。マーク４２を直立したパ
イプ形状にすると、積載台４表面に描かれた場合と比較
して、カメラに対する相対距離が近いのでより鮮明な画
像を取り込むことができる。また、円柱状にして、上面
に十の字等を描いてマーク４２にしても良いが、汚れが
つくことによってマーク４２が正確に取り込めない可能
性がある。パイプ状のマーク４２は、画像処理を施す
と、中央の空洞部分と、筒の厚み部分とでコントラスト
が高く保つことができるので、識別性が高い。

【００１２】次に測定部１について説明する。図１にお
いて、測定部１は搬送部３の脇に備えられていて、搬送
部３と同様に制御部２と接続されて制御されている。搬
送部３で搬送されて測定部１に移された積載台４は押し
付け機構１１でストッパー１２に押し付けられて固定さ
れる。図３は測定部１をより詳細に示す図で、図１の搬
送部３側から見た側面図である。基台１３上に搬送され
た積載台４が移されると、押し付け機構１１が矢印Ｃ方
向に動作して積載台４を斜め上方向から押し付ける。積
載台４には前述のように、面取りがしてあり、斜め上方
向から押し付けやすくなっている。斜め上方向から押し
付けるのは、押し付けた力によって積載台４が浮き上が
ってしまうことを防ぐためで、積載台４には押し付け機
構１１とは対面側にも面取りが施されてストッパー１２
のオーバーハングの形状に押し付けられることによって
も浮き上りを防止している。図３では積載台４と、押し
付け機構１１、およびストッパー１２との間に隙間が空
いているが、押し付け機構１１で押し付けられるとこの
隙間が埋まり積載台４は固定される。

【００１３】カメラ１４は、マーク４２の画像を捉え位
置測定を行うことと、試料５を観察して硬度測定を行う
ためのものである。図３では、カメラ１４は１台しか設
けていないが、使用する目的毎に複数設けても構わな
い。硬度測定の方法の１つとして、四角錘状や球状のダ
イヤモンド等の圧子を試料に付（打痕）してできた圧痕
の形状を測定することによってその試料の硬度を測定す
る方法がある。打痕装置１５は試料５に硬度測定のため
の圧痕を付けるための装置である。試料への打痕開始位
置と、方向、ピッチ、個数等を指定して制御部２から制
御して打痕を行う。例えば四角錘状の圧子で形成された
圧痕であれば、カメラ１４で撮影すると四角い形状が映
し出され、その対角線の大きさなどから硬度の判定がで
きる。

【００１４】次に本実施の形態の硬度測定装置の動作を
説明する。本実施の形態の硬度測定装置は、複数の積載
台４上に複数の試料５が固定されていて、まず、すべて
の打痕位置を設定した後、連続してすべての打痕を行う
ことが可能な硬度測定装置である。打痕作業は自動的に
連続して行われるため、ユーザは装置を監視している必
要はない。

【００１５】図６は打痕位置を設定する作業のフローチ
ャートである。まず、搬送部３から搬送された積載台４
は測定部１の基台１３に載せられ（ステップ１）、押し
付け機構１１で固定されて位置決めを行う（ステップ
２）。位置が決まると、現在の位置を記憶させておくた
めにまずカメラ１４でマーク４２の画像をとらえる（ス
テップ３）。図４はカメラ１４で捉えた積載台４の略図
である。

【００１６】次にカメラ１４で捉えた画像に画像処理等
を加えてマークの位置を測定する（ステップ４）。図４
（ａ）で明らかなように、カメラ１４で捉えた画像に
は、積載台４上に設けられたマーク４２が２つ映し出さ
れる。マーク４２は前述の通り、パイプ形状をしている
ので、画像処理を行うことによりその画像メモリ上での
マーク４２の中心座標が算出できる。これを仮にマーク
４２の基準位置と呼び、（Ｘ１１，Ｙ１１）と、（Ｘ１
２，Ｙ１２）の２点とする。この座標は画像メモリ上で
の座標である。

【００１７】マーク４２の基準位置が決定すると次に実
際に打痕装置１５で打痕する打痕情報を入力する（ステ
ップ５）。打痕情報は打痕を開始する点の座標と、直線
的に連続して打痕する方向、打痕する点の間隔、および
打痕する数からなる。図４（ａ）で、打痕を開始する点
は（Ｘ１３，Ｙ１３）である。打痕する方向は、画像メ
モリ上のＸ軸或はＹ軸からの角度θ１である。例えば、
図４に示したような歯車の一部の場合、歯の高さの１／
２の位置におけるエッジ部の法線方向に打痕することが
多い。また、別の部分を打痕するにしても、その方向性
は重要で、各試料の硬度を比較するには同じ点で同じ方
向に打痕しなければならない。

【００１８】打痕する点の間隔、打痕する数は、前述の
角度θ１に従って打痕装置１５が連続的に打痕する点ど
うしの間隔と、その点をいくつ打つかを規定している。
これら打痕情報は、基本的にはユーザが画面を見ながら
入力するが、打痕開始点の算出、法線方向の決定等はコ
ンピュータによる画像処理で求めてもよい。打痕は１つ
の試料について一ヶ所とは限らない。また、１つの試料
固定台４１に複数の試料５が固定され、更に１つの積載
台４に複数の試料固定台４１が載っている場合がある
が、その場合にはすべての打痕情報を採取する（ステッ
プ６）。

【００１９】１台の積載台４上の打痕情報がすべて採取
できたら、積載台４の１つ１つに割り当てられている積
載台情報と、マーク基準位置および全打痕情報を制御部
２の図示しない記憶装置に例えば図４（ｂ）のような形
態で記憶する（ステップ７）。これらの情報が記憶され
ると、積載台４は一時的に搬送部３にもどされ（ステッ
プ８）、別の積載台４が測定部１に搬送されて、すべて
の積載台４の情報が入力されるまで繰り返される（ステ
ップ９）。

【００２０】このようにして例えば、１０台の積載台４
があれば、まず、１０台すべての積載台４上のすべての
打痕情報が確定する。次に図７のフローチャートを用い
て測定時の動作の流れを説明する。マーク基準位置およ
び全打痕情報を採取されてベルトコンベアー３１上に一
時的に保管されている積載台４について一台ずつ打痕を
行い、続いて硬度測定を行う。

【００２１】まず、搬送部３から積載台４を測定部１の
基台１３に載せて（ステップ１０）、同時に制御部２の
図示しない記憶装置からその積載台４のマーク基準位置
および全打痕情報を読み出す（ステップ１１）。基台１
３に載せられた積載台４は打痕位置設定のときと同様
に、押し付け機構１１で押し付けられて機械的に位置決
めを行う（ステップ１２）。この位置決めによっておお
よそ打痕位置設定のときと同じ位置に固定される。しか
しながら打痕位置設定のときに設定した位置情報はμｍ
単位で行っており、完全にはこれを再現していない。

【００２２】つぎに、カメラ１４でこの積載台４の画像
を入力する（ステップ１３）。入力された画像を元に、
打痕位置設定のときと同様に２つのマーク４２の位置
（Ｘ２１，Ｙ２１）、（Ｘ２２，Ｙ２２）を測定する
（ステップ１４）。図５（ｂ）はカメラ１４で捉えたマ
ーク４２（Ｘ２１，Ｙ２１）、（Ｘ２２，Ｙ２２）と試
料５の位置、および打痕位置設定のときのマーク４２の
位置（Ｘ１１，Ｙ１１）、（Ｘ１２，Ｙ１２）を示して
いる。以下、マーク４２については座標のみで記載す
る。図５（ｂ）では、（Ｘ１１，Ｙ１１）、（Ｘ１２，
Ｙ１２）と（Ｘ２１，Ｙ２１）、（Ｘ２２，Ｙ２２）と
で比較する（ステップ１５）と座標がずれている（ステ
ップ１６）。この打痕の基準となるマーク４２の位置が
ずれているとこれから打痕する打痕位置がずれてしま
い、正確な測定が行えなくなる。そこで、画像情報を用
いてこのずれを修正して、最初に設定した打痕位置を再
現する（ステップ１７）。図８はマーク位置修正のフロ
ーチャート、図５はそれを説明する略図である。まず図
５（ａ）および（ｂ）のように最初のマーク４２の位置
（Ｘ１１，Ｙ１１）と（Ｘ１２，Ｙ１２）を結んだ直線
１（実線）と、いま入力されたマーク４２の位置（Ｘ２
１，Ｙ２１）と（Ｘ２２，Ｙ２２）を結んだ直線２（破
線）の方程式を求める（ステップ２４、ステップ２
５）。直線１と直線２とでは図５（ｂ）でも明らかなと
おり、θ２の角度傾きがある。そこでこの角度θ２の大
きさを求めて（ステップ２６）、ついでこの角度θ２が
０（ゼロ）になるように現在の入力画像情報を回転する
（ステップ２７）。画像の回転処理は例えばアフィン変
換で簡単に行うことができる。この回転角θ２は制御部
２のメモリ等に一時的に記憶しておく。図５（ｃ）は回
転を行い角度θ２が０になったときの図である。

【００２３】傾きのずれが無くなったところで次に、Ｘ
方向、Ｙ方向のずれを修正する（ステップ２８）。図５
（ｃ）では、Ｘ方向にΔＸ、Ｙ方向にΔＹのずれが残っ
ている。それぞれずれている量だけ各軸方向に平行移動
してそれぞれに対応するマーク位置を一致させる。この
ときΔＸ、ΔＹをθ２同様に制御部２のメモリ等に一時
的に記憶しておく。

【００２４】ずれが完全に無くなったら次に打痕を開始
するが、上記のマーク位置の修正は制御部２内でのデー
タ修正であって、実際の積載台４を動かして修正したわ
けではない。従ってこのまま打痕を開始するとずれた座
標に基づいて圧痕が形成されてしまう。そこで、制御部
２のメモリ等に一時的に記憶されているθ２、ΔＸ、Δ
Ｙを読み出し、その情報を打痕装置１５の動作を制御す
る制御部２内の打痕装置の制御機構に与える。打痕装置
の制御機構では各ずれ量を算出して、最初に設定された
打痕開始座標、打痕方向に打痕が行えるようにする（ス
テップ２９）。

【００２５】こうして正確な打痕情報が確定するとその
情報に従って打痕が開始される（図７ステップ１８）。
１つの積載台４上に設定されている打痕情報すべてにつ
いて打痕を行ったら（ステップ２１）、つぎに別の積載
台４と入れ換えて同様に打痕を繰り返す（ステップ２
２）。このように、すべての積載台４上のすべての打痕
を完了させた後、まとめてすべての積載台４について連
続して硬度測定を行う。各試料の測定結果は、制御部２
の記憶部に記憶して、必要であれば画面や紙面上に出力
する。

【００２６】なお、上記の測定の流れでは、すべての積
載台４上の打痕を終了させてから、積載台４を入れ換え
て硬度測定を行っているが、１つの積載台４について打
痕が終了したら、その積載台４上の圧痕について測定を
行った後、別の積載台４に入れ替えるという手順の測定
でも構わない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前記の構成によって、複数の積載台上に複数の試料が積
載されている場合に、すべての打痕位置について指定し
た後、再度打痕するために積載台を入れ換えてその試料
の位置がずれても、打痕位置情報を修正することによ
り、最初に指定した打痕位置に正確に打痕することがで
き、途中でユーザが手を加えることなく連続的、自動的
に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である硬度測定装置の概略
図である。

【図２】本発明の硬度測定装置に用いる積載台の一例を
示す斜視図である。

【図３】本発明の硬度測定装置に用いる測定部の一例を
示す概略図である。

【図４】（ａ）はカメラで捉えた積載台の画面イメージ
であり、（ｂ）は記憶装置に記憶した情報を示す図であ
る。

【図５】カメラで捉えた積載台の画面イメージである。

【図６】打痕情報を支持する手順を説明するフローチャ
ートである。

【図７】測定手順を説明するフローチャートである。

【図８】打痕情報を修正する手順を説明するフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 測定部 ２ 制御部 ３ 搬送部 ４ 積載台 ５ 試料 １１ 押し付け機構 １２ ストッパー １３ 基台 １４ カメラ １５ 打痕装置 ２１ 制御用インターフェース ３１ ベルトコンベアー ４１ 試料固定台 ４２ マーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の指定された位置に打痕し、その打
   痕の形状から硬度測定する硬度測定器と、 試料が搭載され基準位置用のマークを有するパレット
   を、硬度測定器の測定位置に搬送し固定する固定手段
   と、 前記パレットの画像を撮影して画像処理を施し、前記マ
   ークの基準位置を検出する画像処理手段と、 固定手段に固定された前記パレットを搬出する搬出手段
   と、 固定されたパレット上の試料の打痕位置を指定する打痕
   位置指定手段と、 上記画像処理手段によって検出したパレット上のマーク
   の基準位置および上記打痕位置指定手段により指定され
   た打痕位置を記憶する位置記憶手段と、 上記固定手段に固定された上記パレットについて、上記
   打痕位置指定手段により指定されたパレット上の試料の
   打痕位置を上記検出したマークの基準位置とともに各パ
   レット毎に上記位置記憶手段に記憶した後上記搬出手段
   により上記パレットを搬出する制御を行う第一の制御手
   段と、 上記パレットを搬送して固定手段により硬度測定器の測
   定位置に固定し、固定されたパレット上の上記マークの
   位置を上記画像処理手段によって検出し、その検出した
   マークの位置と上記位置記憶手段に記憶されたマークの
   基準位置とのズレ量を測定し、その測定されたズレ量に
   基づき硬度測定器への上記打痕位置の指定を補正する第
   二の制御手段と、 上記硬度測定器により上記第二の制御手段により補正さ
   れた位置について硬度測定を行った後、上記搬出手段に
   より上記パレットを搬出する制御を行う第三の制御手段
   とを有することを特徴とする硬度測定装置。
2. 【請求項２】 上記第三の制御手段により、一つのパレ
   ットについて硬度測定が終了した後、次のパレットと交
   換する制御を行う第４の制御手段を有することを特徴と
   する請求項１記載の硬度測定装置。
3. 【請求項３】 試料を積載する積載台上に位置検出用の
   マークを少なくとも２つ有し、検出された前記マークの
   位置情報に基づいて硬度測定手段の打痕位置情報を設定
   し、設定された打痕位置情報に従って打痕を行うことを
   特徴とする硬度測定装置。
4. 【請求項４】 前記マークは、前記積載台上に直立した
   パイプ形状であることを特徴とする請求項１又は３記載
   の硬度測定装置。