JPS5822938A - ブリネル硬度計の自動読取装置 - Google Patents

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】 本発明はプリネル硬度針の自動読取装置に関するもので
ある。

プリネル硬度計において硬度を測定する方法は第１図に
示すように鋼球に荷重を負荷しそこにできる圧痕イ径を
光学系を用いてスクリーン上に拡大しその像の圧痕イの
縁のコントラストを人が計るために人差や疲れが大変で
ある。

そこでテレビカメラを用いて画像計測による方法が試ら
れたが試料表面はグラインダ仕上程度の粗い面をしてい
るので圧痕の縁を検出する処理が大変で実用に到らない
。

これは圧痕を打つ前の面を正反射法で画像を作っている
ためにグラインダでできた凹凸もコントラストとして現
われて信号の一部となっている為である。

すなわち、従来は第２図に示すように光源ａからレンズ
ｂｔ介して八−フミラーＣに入射した光を試料ｄの表面
の圧痕部Ｃに当て、この圧痕部ｅからの反射光を集光レ
ンズｆを介してスクリーンｇ上に画偉りを作っていた。

この場合、圧痕部・に照射される光■は圧痕面１で破線
方向に主軸をもつ散乱光となるが正反射光は多い。

そｏ−＋め集光し／ズｆには一部しか入らないのでスク
リーンｇ上では暗くなる。

また、■の光はバージン面ｊに照射され第３図のような
反射分布となり、その内の一部が集光レンズｆを過ル結
鍬する。

そこで８／Ｊ（Ｓは圧痕面の情報、Ｎはバージン情報）
が良くない（面積が大きく違わない）。

今、現想レンズ（第３図に破線で示す＞１人Ｓ れれば／Ｎは良くなると思われるがブリネル硬度針に取
付けることはできない。

ブリネル硬度針では負荷軸を中空にしその中に光学系を
取付でいるので大きくすることはで色ない。

しかし、レンズ開口を大きくしなければＮが小さくなら
ないのでへは大きくならない。

今までは平均的なＮを記したがξクロ的に視るとＮは大
きく変動幅をもっているが、８／Ｎは極端に悪いのでビ
デオ信号を単純にしきい値でコンパレートして２値化す
ると圧痕部６以外も検出することＫなシ、正確に圧痕の
面積を計測することはできない。

本発明は上記の事情に鎌みなされたものであって、その
目的とするところは集光レンズが小さくて４８への良い
画質を作ることができて簡単な画像島理系で精度の高い
計測ができＨ３値の精［を良くすることができるブリネ
ル硬度針の自動読取装置を提供することにある。

以下、本発明ｆ：第４図以下を参照して説明す図面中＋
Ｆｉ集光レンズ、２ｔｉテレビカメラ、３は光学部、４
＃′ｉ試料、５は圧痕、６はスクリーンである。

光学部３はランプのような光源１５とレンズ１６とファ
イバ１７と球レンズ７とより構成されていて球レンズ７
と７アイパ１７とけ透明な支持板８により支持されてい
る。

図面中１０は２値回路、１１はゲート、１２は計数器、
Ｓ３はパルス信号発生器、１４は演算器、１Ｂは受像器
である。

前記球レンズ７の焦点は圧痕面５ａを放物面の一部と考
えた時の焦点Ｆに一致させセットする。このことは放物
面焦点Ｆに点光源が有ると同じで圧痕５からの反射光は
ほとんど平行に上の方に進む。

そして、集光レンズ１でテレビカメラ２の撮像面に結像
する〇 光通路にあるファイバ６は集光レンズ１に入る一部の光
を遮断するがレンズ全体の一部でらるので影響力は非常
に少ない。

得られた画像＝ｉＴＶ走査で電気信号に変換するのはテ
レビカメラ２の役目となる。

第５図はテレビカメラ２の画偉であり、点線で囲まれた
部分が計測範囲（マスク）である。

しきい値２０でビデオ信号２１を２値化（しきい値２０
より大きい時−１１また小さい時−〇）すると白黒の像
となる。

この時、□同時に計測範囲（マスク）も決めると計測範
囲がＩで２値化信号が１であることでゲー）１作りパル
ス信号発生器１３からの信号２２をゲートすると出力は
パルスの数になるので計数器Ｉ２で計数できる。

計数値の較正は板面積の物を撮して計測範囲【作りその
計測範囲の計数をパルス信号発生器１３の発振数を変え
ることで変化させ合わせると直読できる（第６図参照）
。

すると圧痕５の面積がわかるので計算し直径ｄを求める
。

投影面積んは πｄ冨 入＝　　　であるから Ｅ ｄ＝＝２　ｆ−となる。

直径ｄからＨＢｔ−求める計算を実施する。

Ｐ ＨＢ、＝　　□ πＤ（Ｄ−誓ＦτＦ） ＨＢ：ブリネル硬度 Ｐ：負荷荷重（ＫＩ） Ｄ：鋼球の直径（謳） ｄ；圧１［５の直径（１） 本発明に係るブリネル硬度針の自動読取装置において　
４９の良い画質が得られるのであるが、その理由は次の
通りである。

（！）　　圧痕５の形状を利用することで開口の太きい
レンズを用いた時と等価な結果が得られること。

（２）　　圧痕５ｔ−打つ前の表面粗さより圧痕面５ａ
の粗さが小さいので反射率が高くなり反射光の強度分布
が狭くなった。この点を利用すること。

試料のバージン面２５における乱反射光強度分布２６は
第７図のようになり、圧痕面５厳における乱反射光強度
分布２７はＭ８図のようになる。

バージン面２５を拡大してみると第９図のようであり、
圧痕面５星を拡大してみると第１０図のようである。

バージン面２５は凹凸の直接反射光の方向を決めるので
第７図に示すごとく広範囲に広がる（散゛乱光が多くな
る）が、圧痕面５ａでは平らな部分が増加するために正
反射光が多くなる）ことになる。

圧痕５の深さが浅い時は圧痕面５１を放物面の一部と考
えても良い。

放物面には焦点Ｆがあシ、平行光が入射すると焦点Ｆに
光は集まる。（第１１図参照）。また反対に焦点Ｆから
発光すると平行光が出て行く（第１２図参照）。

今一定の開口の集光レンズ１で平行入射゛と点光源での
４を比べると第１３図乃至第１５図のようになる。

第１３図は平行光源タイプ（従来技術）であり、第１４
図は点光源タイプ（本発明）である。

平行光源タイプの場合の出力は第１５図に示す実線のよ
うになり、１＊点光源タイプの場合の出力は第１５図に
示す点線のようになり８７食値は点光源タイプの方が良
い。

本発明は以上詳述し念ようになり、圧痕面５ｍを放物面
と仮定した場合の焦点Ｆに、ファイバ６に入射された光
を球レンズ７で取出して成る点光源を設けたことを特徴
とするものである。

したがって、集光レンズが小さくても８楡の良い画質を
作ることができるし、−が良いので簡単な画像処理系で
精度の高い計測（圧痕面積）ができるのでＨＢ値の精度
が良い。

また圧痕部が白いので画像としては真値より犬きくなる
傾向にあるために硬度値として低い方の誤差となるので
安全サイドの結果となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプリネル硬度計において硬度を測定する一般の
方法の説明図、第２図は従来のブリネル硬度針の読取装
置の構成説明図、第３図は従来の読取装置における圧痕
面の清報８とツク−ジン面の情報Ｎとの説明図、第４図
は本発明一実施例の構成説明図、第５図はテレビ受像面
の画像の説明図、第６図は信号処理の説明図、第７図は
バージン面の乱反射光強度分布の説明図、第６図は圧痕
面の乱反射光強度分布の説明図、第９図はバージン面の
拡大図、第１０図は圧痕面の拡大図、第１１図は圧痕面
に平行光線を入射した場合の説明図、第１２図は圧痕面
の焦点に点光源を置いた場合の説明図、第１３図は平行
光源のタイプの情報８、Ｈの説明図、第１４図は点光源
タイプの情報８、Ｎの説明図、第１５図は情報Ｓ％Ｎの
説＠図である。 ５鳳は圧痕面、６はファイバ、７ｔ′ｉ球レンズ、Ｆは
焦点。 出願人　株式会社　小松製作所 代通人　弁理士米　原　正　章 弁理士浜　本　　忠 第９図 第１１図 第１０図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧痕面５ａｔ−放物面と仮定し九場合の焦点Ｆに、ファ
   イバ６に入射された光を球レンズ７で取出して成る点光
   源を設けたごと′ｆ：ｆｉＰ徴とするプリネル硬度計の
   自動読取装置。