JPS6034699B2 - 硬さ試験機 - Google Patents
硬さ試験機Info
- Publication number
- JPS6034699B2 JPS6034699B2 JP9905176A JP9905176A JPS6034699B2 JP S6034699 B2 JPS6034699 B2 JP S6034699B2 JP 9905176 A JP9905176 A JP 9905176A JP 9905176 A JP9905176 A JP 9905176A JP S6034699 B2 JPS6034699 B2 JP S6034699B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- indentation
- image
- sample
- image plane
- image sensor
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- Expired
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、複数個のィメ−ジセンサを用いて試料の硬
度を高精度に測定できるようにしたビツカース硬さ試験
機に関する。
度を高精度に測定できるようにしたビツカース硬さ試験
機に関する。
金属材料等の硬さ試験に、代表的なものの一つとして「
ビッカース硬さ試験」が広く採用されている。
ビッカース硬さ試験」が広く採用されている。
これは、例えばダイヤモンド圧子等を用いて、金属材料
等の試料に荷重を加えてくぼみ（以下、圧痕とする）を
つくり、荷重を除去した後に残った圧痕の表面積で荷重
を除した商をもって表わされる。従来、このビッカース
硬さの試験は目視測定によって行なわれていた。すなわ
ち、ダイヤモンド圧子等により試料面上に形成された圧
痕パターンを計測顕微鏡により結像し、この圧痕像の形
状を像面におかれるガラスに刻まれた標線によって測定
するのである。ところが、測定者が顕微鏡の視野内で、
例えば圧痕像のエッジと標線のエッジとを合致させると
き、標線の形状、圧痕の大きさ、測定者の体調等により
、測定するごとに合致位置が変化し易いため、試料の硬
さ試験の精度上に問題があった。
等の試料に荷重を加えてくぼみ（以下、圧痕とする）を
つくり、荷重を除去した後に残った圧痕の表面積で荷重
を除した商をもって表わされる。従来、このビッカース
硬さの試験は目視測定によって行なわれていた。すなわ
ち、ダイヤモンド圧子等により試料面上に形成された圧
痕パターンを計測顕微鏡により結像し、この圧痕像の形
状を像面におかれるガラスに刻まれた標線によって測定
するのである。ところが、測定者が顕微鏡の視野内で、
例えば圧痕像のエッジと標線のエッジとを合致させると
き、標線の形状、圧痕の大きさ、測定者の体調等により
、測定するごとに合致位置が変化し易いため、試料の硬
さ試験の精度上に問題があった。
そこで、上記試料面上の圧痕像の形状を２次元、すなわ
ち、Ｘ方向とＹ方向の走査によって検出するデバイス等
を採用して、目視測定による測定誤差を排除する方法も
あるが、複数の異なった走差万向の検出が必要な場合、
走査方向が固定されている上記デバイスでは検出するこ
とができなかつた。この発明は、上記の点点に盗みなさ
れたものであって、圧子を用いて試料表面上に所定形状
の圧痕を形成し、試料の硬さを検出する硬さ試験機にお
いて、上記圧痕部の明暗像を光学的に複数分割し、これ
を各像面部に結像すると共に、上記各像面部には帯状の
イメージセンサをそれぞれ別個に設置して上記圧痕の形
状を相加平均によって求めるようにし、上記圧痕の形状
測定を高精度にすると共に、目視測定によって個人誤差
を減少して試料の硬さ試験をより正確にし、かつ測定者
の作業負担を軽減する硬さ試験機を提供しようとするも
のである。
ち、Ｘ方向とＹ方向の走査によって検出するデバイス等
を採用して、目視測定による測定誤差を排除する方法も
あるが、複数の異なった走差万向の検出が必要な場合、
走査方向が固定されている上記デバイスでは検出するこ
とができなかつた。この発明は、上記の点点に盗みなさ
れたものであって、圧子を用いて試料表面上に所定形状
の圧痕を形成し、試料の硬さを検出する硬さ試験機にお
いて、上記圧痕部の明暗像を光学的に複数分割し、これ
を各像面部に結像すると共に、上記各像面部には帯状の
イメージセンサをそれぞれ別個に設置して上記圧痕の形
状を相加平均によって求めるようにし、上記圧痕の形状
測定を高精度にすると共に、目視測定によって個人誤差
を減少して試料の硬さ試験をより正確にし、かつ測定者
の作業負担を軽減する硬さ試験機を提供しようとするも
のである。
以下、この発明を、ビッカース硬さ試験機に応用した場
合の一実施例を、図面に基づき詳細に説明する。
合の一実施例を、図面に基づき詳細に説明する。
第１図は、この発明に係るビッカース硬さ試験機の原理
図である。
図である。
同図において、１は金属材料等の試料であって、この試
料１の表面上には、硬さ試験機の負荷機構に連動するダ
イヤモンド圧子の押圧による正四角錐の圧痕２が形成さ
れており、この試料１は、圧痕部の拡大像を得るための
対物鏡３の直下にセットされている。４は上記試料面上
における圧痕部分とその周囲面との間に、大きな明暗差
をつくり出す照明系で、この照明系４は、タングステン
ランプ５、レンズ６，７、プリズム８、ハーフミラー９
等から構成されており、タングステンランプ５から放出
された可視光線は、レンズ６、プリズム８、レンズ７を
経てハーフミラー９で反射し、対物鏡３を経て試料面上
に形成された圧痕部分とその周囲面に照射される。
料１の表面上には、硬さ試験機の負荷機構に連動するダ
イヤモンド圧子の押圧による正四角錐の圧痕２が形成さ
れており、この試料１は、圧痕部の拡大像を得るための
対物鏡３の直下にセットされている。４は上記試料面上
における圧痕部分とその周囲面との間に、大きな明暗差
をつくり出す照明系で、この照明系４は、タングステン
ランプ５、レンズ６，７、プリズム８、ハーフミラー９
等から構成されており、タングステンランプ５から放出
された可視光線は、レンズ６、プリズム８、レンズ７を
経てハーフミラー９で反射し、対物鏡３を経て試料面上
に形成された圧痕部分とその周囲面に照射される。
また、圧痕２およびその周囲面２ａからの反射光は、再
び対物鏡３を経てハーフミラー９を透過してハーフミラ
ー１０１こ導入され、このハーフミラー１０で反射した
光は接眼鏡１１に導入される。また、ハーフミラー１０
を透過した光は、次のハーフミラー１２に導入され、こ
のハーフミラー１２で反射した光は第１の像面部１３に
導入されると共に、透過した光は第２の像面部１４に導
入される。これにより、圧痕２の傾斜面の階と、圧痕２
の周囲面２ａの明とに、くっきりと分けられた圧痕像が
像面部１３と１４にそれぞれ結像されると共に、この圧
痕像を俵眼鏡１１で目視することができる。１５と１６
は、上記像面部１３及び１４に配置されたイメージセン
サであって、フオトダィオードアレイあるいは電荷結合
素子等からなり、その受光面は第２図に示すように、幅
の狭いたんざく状の素子１７が多数その幅方向に所定の
間隔で直線的に配列されて構成されている。
び対物鏡３を経てハーフミラー９を透過してハーフミラ
ー１０１こ導入され、このハーフミラー１０で反射した
光は接眼鏡１１に導入される。また、ハーフミラー１０
を透過した光は、次のハーフミラー１２に導入され、こ
のハーフミラー１２で反射した光は第１の像面部１３に
導入されると共に、透過した光は第２の像面部１４に導
入される。これにより、圧痕２の傾斜面の階と、圧痕２
の周囲面２ａの明とに、くっきりと分けられた圧痕像が
像面部１３と１４にそれぞれ結像されると共に、この圧
痕像を俵眼鏡１１で目視することができる。１５と１６
は、上記像面部１３及び１４に配置されたイメージセン
サであって、フオトダィオードアレイあるいは電荷結合
素子等からなり、その受光面は第２図に示すように、幅
の狭いたんざく状の素子１７が多数その幅方向に所定の
間隔で直線的に配列されて構成されている。
このイメージセンサ１５は、その受光面に上記圧痕部の
明暗像が投影されるように上記像面部１３に配置されて
いるが、素子配列線そ（第２図のように各素子の中心を
その配列方向に結んだ想像′′線）と接眼鏡１１の焦点
面におかれるガラスに刻まれた標線との方向性は予め対
応させてある。すなわち、測定者が鞍眼鏡１１をのぞい
て圧痕像１８の対角線と上記標線との位置合わせを行な
えば、第１の像面部１３においては、ここに結像された
圧痕像１８のＸ方向の対角線ｄ，がイメージセンサ１５
の上記素子配列線夕と一致する（第３図ａ参照）。また
、同時に第２の像面部１４においては、これに結像され
た圧痕像１９のＹ方向に対角線もがイメージセンサ１６
の素子配列線夕と一致するようになっている。また、イ
メージセンサ１５と１６は、制御回路２川こよって同時
に制御され、イメージセンサ１５と１６のそれぞれの受
光面の各素子に照射された光量に対応した出力が制御回
路２０からのクロック信号に同期して順次直列的にそれ
ぞれ出力される。これらのビデオ出力、すなわちイメー
ジセンサ１５から出力される×方向の対角線ｄ，に対応
した出力信号と、イメージセンサ１６から出力されるＹ
方向の対角線ｄ２に対応した出力信号は、ミニコンピュ
ータのごとき演算装置２１に入力されて、後述のような
演算が行なわれる。以上の構成において、照明系４によ
ってつくり出された圧痕の像が、例えば、第１の綾面部
１３に結像された場合の説明をすると、イメージセンサ
１５の受光面の各素子１７，１７……の出力は、第４図
に示すように、像面上の明暗に対応した出力波形となる
。
明暗像が投影されるように上記像面部１３に配置されて
いるが、素子配列線そ（第２図のように各素子の中心を
その配列方向に結んだ想像′′線）と接眼鏡１１の焦点
面におかれるガラスに刻まれた標線との方向性は予め対
応させてある。すなわち、測定者が鞍眼鏡１１をのぞい
て圧痕像１８の対角線と上記標線との位置合わせを行な
えば、第１の像面部１３においては、ここに結像された
圧痕像１８のＸ方向の対角線ｄ，がイメージセンサ１５
の上記素子配列線夕と一致する（第３図ａ参照）。また
、同時に第２の像面部１４においては、これに結像され
た圧痕像１９のＹ方向に対角線もがイメージセンサ１６
の素子配列線夕と一致するようになっている。また、イ
メージセンサ１５と１６は、制御回路２川こよって同時
に制御され、イメージセンサ１５と１６のそれぞれの受
光面の各素子に照射された光量に対応した出力が制御回
路２０からのクロック信号に同期して順次直列的にそれ
ぞれ出力される。これらのビデオ出力、すなわちイメー
ジセンサ１５から出力される×方向の対角線ｄ，に対応
した出力信号と、イメージセンサ１６から出力されるＹ
方向の対角線ｄ２に対応した出力信号は、ミニコンピュ
ータのごとき演算装置２１に入力されて、後述のような
演算が行なわれる。以上の構成において、照明系４によ
ってつくり出された圧痕の像が、例えば、第１の綾面部
１３に結像された場合の説明をすると、イメージセンサ
１５の受光面の各素子１７，１７……の出力は、第４図
に示すように、像面上の明暗に対応した出力波形となる
。
すなわち、暗く結像された圧痕像１８上に素子１７全体
が入った場合、その素子１７，１７・・・・・・の出力
波形は小さく、また圧痕像１８から外れた位置にある素
子１７，１７・・・・・・の出力波形は大きい。そして
、圧痕像１８の角部近傍上に位置する素子１７，１７・
・・・・・の出力波形は暗く結像された圧痕像１８と、
この圧痕像１８の周囲の明るい部分とがつくる明暗の中
間に相当した出力波形となる。そこで、この世力を一定
の閥値で明と階の２値に分類し、所定の演算を施せば暗
部の幅、すなわち圧痕の対角線の長さを一応求めること
ができる。また、さらに高精度に対角線の長さを求めよ
うとする場合、第５図に示すように、後面部１３に結像
された圧痕像１８の角部近傍上に位置する素子１７，１
７・・・・・・の出力波形の懐きを利用する。すなわち
、圧痕像１８の角部近傍上に位置する素子１７，１７・
・・・・・の出力波形は、暗く結像される圧痕像１８と
、その周囲の明るい部分とがつくる明暗の中間に相当し
た出力が光露変換される。従って、圧痕像１８の角部近
傍上に位置する素子１７，１７・・…・の出力波形の波
高は、ある傾斜をつくり出す。そこで、例えば出力波形
の波高が傾斜をなす素子１７のいくつかを適当に選出し
、この頃斜に基づき所定の演算処理を施せば傾斜の終了
点、すなわち圧痕像１８の角部の頂点を求めることがで
き、これによって圧痕像１８の対角線の長さを極めて高
精度に求めることができる。従って、何らかの理由で、
圧痕像１８の角部が欠けていたり、あるいは角部の頂点
が素子１７間の間隔部分に重なった場合においても、圧
痕像１８の対角線の長さを正確に算出することができる
のである。なお、上記実施例においては、像面部におけ
るイメージセンサの設置位置を、圧痕像の対角線上に一
致させているが、この発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば金属材料等の試料に部分的な硬度のむら等
があって圧痕の形状が不均一となった場合には、各像面
部に設置されているイメージセンサの設置位置を測定に
最適な位置に適宜変更できる。
が入った場合、その素子１７，１７・・・・・・の出力
波形は小さく、また圧痕像１８から外れた位置にある素
子１７，１７・・・・・・の出力波形は大きい。そして
、圧痕像１８の角部近傍上に位置する素子１７，１７・
・・・・・の出力波形は暗く結像された圧痕像１８と、
この圧痕像１８の周囲の明るい部分とがつくる明暗の中
間に相当した出力波形となる。そこで、この世力を一定
の閥値で明と階の２値に分類し、所定の演算を施せば暗
部の幅、すなわち圧痕の対角線の長さを一応求めること
ができる。また、さらに高精度に対角線の長さを求めよ
うとする場合、第５図に示すように、後面部１３に結像
された圧痕像１８の角部近傍上に位置する素子１７，１
７・・・・・・の出力波形の懐きを利用する。すなわち
、圧痕像１８の角部近傍上に位置する素子１７，１７・
・・・・・の出力波形は、暗く結像される圧痕像１８と
、その周囲の明るい部分とがつくる明暗の中間に相当し
た出力が光露変換される。従って、圧痕像１８の角部近
傍上に位置する素子１７，１７・・…・の出力波形の波
高は、ある傾斜をつくり出す。そこで、例えば出力波形
の波高が傾斜をなす素子１７のいくつかを適当に選出し
、この頃斜に基づき所定の演算処理を施せば傾斜の終了
点、すなわち圧痕像１８の角部の頂点を求めることがで
き、これによって圧痕像１８の対角線の長さを極めて高
精度に求めることができる。従って、何らかの理由で、
圧痕像１８の角部が欠けていたり、あるいは角部の頂点
が素子１７間の間隔部分に重なった場合においても、圧
痕像１８の対角線の長さを正確に算出することができる
のである。なお、上記実施例においては、像面部におけ
るイメージセンサの設置位置を、圧痕像の対角線上に一
致させているが、この発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば金属材料等の試料に部分的な硬度のむら等
があって圧痕の形状が不均一となった場合には、各像面
部に設置されているイメージセンサの設置位置を測定に
最適な位置に適宜変更できる。
以上の説明から明らかなように、この発明に係る硬さ試
験機は、試料面上に形成された圧痕部の明暗像を光学的
に複数分割し、これを各像面部に結像させると共に、上
記各後面部には帯状のィメージセンサをそれぞれ別個に
設簿して、上記圧痕の形状を平均して得るよう構成して
あるので、上記圧痕の測定誤差が極めて少なく、高精度
の硬さ試験を実施することができる。
験機は、試料面上に形成された圧痕部の明暗像を光学的
に複数分割し、これを各像面部に結像させると共に、上
記各後面部には帯状のィメージセンサをそれぞれ別個に
設簿して、上記圧痕の形状を平均して得るよう構成して
あるので、上記圧痕の測定誤差が極めて少なく、高精度
の硬さ試験を実施することができる。
また、従釆の目視測定によるビッカース硬さ試験機にみ
られるような、測定者の個人偏差や測定者間の相互差に
よる測定誤差を減少させることができると共に、測定者
の作業負担を軽減させることができる等の効果を奏する
。
られるような、測定者の個人偏差や測定者間の相互差に
よる測定誤差を減少させることができると共に、測定者
の作業負担を軽減させることができる等の効果を奏する
。
第１図は、この発明に係る硬さ試験機の原理図、第２図
は、像面部における圧痕像とイメージセンサとの位置関
係を示す平面図、第３図ａは、Ｘ方向にイメージセンサ
を設置した像面部を示す平面図、第３図ｂは、Ｙ方向に
イメージセンサを設置した像面部を示す平面図、第４図
は、圧痕部の明暗優に対応したイメージセンサの出力波
形図、第５図は、圧痕角部の明暗像に対応したイメージ
センサの出力波形図である。 １・…・・試料、２……圧痕、４・・・…照明系、１３
，１４・・・・・・像面部、１５，１６・・・・・・イ
メージセンサ、１７・・・・・・素子。 第２図 第４図 第１図 第３図 第５図
は、像面部における圧痕像とイメージセンサとの位置関
係を示す平面図、第３図ａは、Ｘ方向にイメージセンサ
を設置した像面部を示す平面図、第３図ｂは、Ｙ方向に
イメージセンサを設置した像面部を示す平面図、第４図
は、圧痕部の明暗優に対応したイメージセンサの出力波
形図、第５図は、圧痕角部の明暗像に対応したイメージ
センサの出力波形図である。 １・…・・試料、２……圧痕、４・・・…照明系、１３
，１４・・・・・・像面部、１５，１６・・・・・・イ
メージセンサ、１７・・・・・・素子。 第２図 第４図 第１図 第３図 第５図
Claims (1)
- １ 圧子を用いて試料表面上に所定形状の圧痕を形成し
、この圧痕の形状を測定することによつて試料の硬さを
検出する硬さ試験機であつて、上記圧痕部の明暗像を光
学的に複数分割し、これを各像面部に結像すると共に、
上記各像面部には多数の光電変換素子を直線的に配列し
てなるイメージセンサをそれぞれ別個に設置し、上記圧
痕角部近傍の像面から得られる上記イメージセンサの出
力電圧を演算装置により演算し、上記圧痕の対角線形状
を平均によつて求められるようにした硬さ試験機。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9905176A JPS6034699B2 (ja) | 1976-08-19 | 1976-08-19 | 硬さ試験機 |
| GB34186/77A GB1563570A (en) | 1976-08-19 | 1977-08-15 | Hardness tester |
| US05/825,398 US4147052A (en) | 1976-08-19 | 1977-08-17 | Hardness tester |
| CH1015677A CH617772A5 (ja) | 1976-08-19 | 1977-08-18 | |
| DE19772737554 DE2737554A1 (de) | 1976-08-19 | 1977-08-19 | Vorrichtung zur haertepruefung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9905176A JPS6034699B2 (ja) | 1976-08-19 | 1976-08-19 | 硬さ試験機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5324884A JPS5324884A (en) | 1978-03-08 |
| JPS6034699B2 true JPS6034699B2 (ja) | 1985-08-10 |
Family
ID=14236771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9905176A Expired JPS6034699B2 (ja) | 1976-08-19 | 1976-08-19 | 硬さ試験機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6034699B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5956148A (ja) * | 1982-09-25 | 1984-03-31 | Matsuzawa Seiki Kk | 押込型硬度計 |
| EP0126776B1 (en) * | 1982-09-25 | 1988-11-17 | Matsuzawa Seiki Kabushikikaisha | Indentation hardness tester |
| JPS59122546U (ja) * | 1983-02-04 | 1984-08-17 | 住友金属工業株式会社 | 硬度測定装置 |
| JPS59216037A (ja) * | 1983-05-23 | 1984-12-06 | Shimadzu Corp | 自動硬度計 |
| JPS59200941A (ja) * | 1983-12-26 | 1984-11-14 | Matsuzawa Seiki Kk | 押込型硬度計 |
-
1976
- 1976-08-19 JP JP9905176A patent/JPS6034699B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5324884A (en) | 1978-03-08 |
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