JPS6126839A - 硬さ測定方法 - Google Patents

硬さ測定方法

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Publication number
JPS6126839A
JPS6126839A JP14791784A JP14791784A JPS6126839A JP S6126839 A JPS6126839 A JP S6126839A JP 14791784 A JP14791784 A JP 14791784A JP 14791784 A JP14791784 A JP 14791784A JP S6126839 A JPS6126839 A JP S6126839A
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JP
Japan
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hardness
measured
indenter
pressing
vibrating rod
Prior art date
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Pending
Application number
JP14791784A
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English (en)
Inventor
Susumu Moriya
進 守屋
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JFE Steel Corp
Kawatetsu Keiryoki KK
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Kawatetsu Keiryoki KK
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Publication date
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Priority to JP14791784A priority Critical patent/JPS6126839A/ja
Publication of JPS6126839A publication Critical patent/JPS6126839A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/405Investigating hardness or rebound hardness by determining the vibration frequency of a sensing element in contact with the specimen
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/12Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02827Elastic parameters, strength or force

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

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】 [産業上の利用分野1 本発明は可聴周波数より高い周波数で振動される圧子を
被測定物の測定対象面に押付けて被測定物の硬さを測定
する硬さ測定に関し、より詳細には測定者が上記圧子を
手で測定対象面に押付ける手持ち式硬さ測定に関する。
[従来技術1 所定の共振周波数で超音波振動される振動棒を・有する
プローブを測定者が手で把持し、振動棒の先端に設けら
れた圧子を被測定物の測定対象面に手で押付けて被測定
物の硬さを測定する手持ち式超音波硬さ測定法が従来よ
り知られている。すなわち、上記圧子を測定対象面に押
付けると、振動棒の一端が拘束されて共振周波数が次第
に変化し、やがて被測定物の硬さに応じた定常状態に達
するので、この押付は後の定常状態における共振周波数
と、予め設定した基準周波数との偏差を求めることによ
り被測定物の硬さを測定することができる。
この種の超音波硬さ測定法は、(i)測定部をコンパク
トに構成できる、(ii)電気的な測定のため測定時間
が短い、(iii)圧痕の大終さが小さく事実上非破壊
試験と見なせる等の利点を有し、運搬不可能な重量物の
硬さ測定や製品検査等多数の部品の短時間測定等に広く
用いられている。
ところが、上記の測定法においては、圧子を測定対象面
に押付けるに際して、圧子の押付は速度が一定せず、こ
の押付は速度がある上限値を超えると硬さ測定値に大幅
な測定誤差が生じる問題がある。すなわち、第3図には
種々の硬さを有する被測定物の測定対象面に種々の押付
は速度で圧子を押付けた場合の圧子の押付は速度と、押
付は後の定常状態における振動棒の共振周波数の標準偏
差との関係を示しており、この場合は押付は速度が25
mm/secを超えると振動棒の共振周波数に大幅なば
らつぎが生じ、それに伴って硬さ測定値にも大きなばら
つきが生じる。硬さ測定値にばらつきが生じ始める上限
の押付は速度は、被測定物の硬さによって変動するが、
いずれにしても圧子の押付は速度は比較的低速の所定範
囲内に維持する必要がある。
そこで、圧子の押付は速度を低速の一定値に保持するた
めに、モータを用いて圧子を押付ける方法が考えられる
。しかしながら、その場合は迅速な繰返し測定が困難に
なり、しかも測定器が大型化して重量も増大するという
問題がある。
又、圧子を所定の高さから測定対象面に落下させて押付
は速度を一定に保つことも考えられる。
ところが、その場合は圧子をばねによって測定対象面側
へ付勢する関係で押付は速度を低速に維持するためには
圧子の落下高さを極めて小さく設定せねばならず、特に
測定対象面が円筒面をなす場合等には落下高さを正確に
設定することが難しい。
しかもこの落下方式の場合は、圧子の押付は方向が限定
される問題もある。
[発明の目的1 本発明は上記の問題を解消すべく、簡単な構成で迅速な
繰返し測定が行なえ、しかも測定値の信頼性の高い硬さ
測定法を提供することを目的としている。
[発明の背景1 本発明者は、測定対象面に圧子を種々の押付は速度V=
■1−V4 (V l =0.75mm/sec 。
V2=  1 、1mm/sec SV3 = 3.5
mm/sec 。
■4≧ 5 、1 mm/sec )で押付けた場合の
押付は後の振動棒の共振周波数の時間的な変化を検出し
、上記押付は後の共振周波数と押付は前の振動棒の共振
周波数(一定)との偏差(電圧に変換されている。)を
求めて第2図に示すようなデータを得た。
同図から明らかなように、測定対象面に圧子を押付ける
と電圧が次第に上昇してやがて定常状態に達するが、押
付は速度■が大とくなるにつれて押付は直後の電圧の変
化速度が増大する。特に押付は速度V=V、においては
、押付は直後に電圧が急速に上昇しその後若干低下して
定常状態に達するという不安定な特性を示す。
この押付は直後の電圧、つまり共振周波数の変化速度と
硬さ測定値の信頼性との関係を調べるためロックウェル
硬さHRC= 60.3の基準片を用いて測定を行なっ
たところ、押付は速度 V二■1〜V、の場合は硬さ測
定値がHRCで60.3〜60.6の範囲に収まったが
、押付は速度V−■4においては硬さ測定値がHRCで
58.0〜59.4 となり、大幅な測定誤差を生じた
。この結果か呟圧子を測定対象面に押付けた直後の振動
棒の共振周波数の変化速度がある上限値より大きい場合
は、その回の硬さ測定値の信頼性が低いものと判定しう
るという結論に達した。
[発明の構成] このため、本発明では、微小振幅で軸方向に超音波振動
される振動棒の先端に設けた圧子を被測定物の測定対象
面に手で押付け、押付は後の定常状態における振動棒の
共振周波数と、予め設定した基準周波数との偏差を検出
して被測定物の硬さを測定する硬さ測定において、 上記圧子を測定対象面に押付けた直後の所定時間内にお
ける振動棒の共振周波数の変化速度を検出し、この変化
速度を設定値と比較して変化速度が設定値以下の場合に
のみその回の硬さ測定値を有効なデータとして採用する
ことにより、硬さ測定値の信頼性を向上させるようにし
ている。
[発明の効果1 本発明では、前述の如く圧子を測定対象面に押付けた直
後の共振周波数の変化速度が大きい場合は、その回の硬
さ測定値の測定精度が低下することに着目し、上記共振
周波数の変化速度を予め設定した設定値と比較して変化
速度が設定値以下の場合にのみその回の硬さ測定値を有
効なデータとして採用するようにしたので、手持ち式硬
さ測定の測定値の信頼性を大幅に向上させることができ
る。
[実施例] 次に添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
すなわち、第1図に示す如く、本発明に係る手持ち式超
音波硬さ測定計1は、磁歪効果によって微小振幅で軸方
向に超音波振動される振動棒2の先端に設けられたダイ
ヤモンド圧子3を被測定物4の測定対象面5に押付ける
プローブ6と、ダイヤモンド圧子3を測定対象面5に押
付けた状態での振動棒2の共振周波数と基準周波数との
偏差を検出することにより被測定物4の硬さを測定する
測定回路7と、各回の測定における硬さ測定値の信頼性
を評価して信頼性の低い測定値を異常値と判定する異常
値伴定回路8とにより構成されている。
上記プローブ6は、大略円筒状の本体10と、本体10
の中径部10aに嵌合固定されると共に本体10の小径
部10bの径方向外方に間隔を置いて配置された円筒状
ガイド部材11と、〃イドベアリング12.12を介し
てその下部が本体10内に上下動自在に嵌合する円筒状
スライド軸13からなり、測定対象面5に当接するアタ
ッチメント14を備えている。
上記スライド軸13はプローブ本体10により荷重設定
ばね15を介して弾性的に支持され、荷重設定ばね15
によって常時下方へ付勢されている。又アタッチメント
14は、プローブ本体10の小径部10bの外周とガイ
ド部材11の内周とに摺動自在に嵌合する筒状部14a
と、測定対象面5に当接してプローブ6を位置決めする
環状7ランジ部141)とを有し、筒状部14aとプロ
ーブ本体10間には戻しばね16が縮装されている。
上記振動棒2の上部及び軸方向中間部はスライド軸13
内に、又下部はプローブ本体10の小径部10b内に軸
方向の微小振幅可能に収容されており、振動棒2は上下
1対の支点部41.42を介してスライド軸13の段部
に支持されている。
振動棒2下端に固着されたダイヤモンド圧子3の下部は
プローブ本体10の小径部10bの下端面10cから僅
かに下方へ突出される。
スライド軸13の上部には振動棒2の上部を囲繞する状
態でコイル17が収容されている。上記測定回路7内の
発振増幅器18がらコイル17に電気信号を供給すると
、振動棒2は磁歪効果によって変形し、上下方向に振動
する。
振動棒2の上記支点部41の直下方の一側には長溝43
が形成され、この長溝43内に2枚の電極21.22に
挟持されれなチタン酸バリウム層20(圧電性を有する
。)が設けられている。振動棒2が振動すると、このチ
タン酸バリウム層2゜も振動し、それによって電極21
.22間に電圧が発生する。
この電圧は発振用増幅器18にフィードバックされ、増
幅器18で充分増幅された後、再びコイル17に供給さ
れる。すなわち、発振用増幅器18−コイル17−振動
棒2−チタン酸バリウム層2〇−発振用増幅器18が1
つの正帰環ループを構成しており、振動棒2はその機械
的特性で定まる周波数で自励振動を起こしている。
いま、振動棒2をかくの如き自励振動状態にして、測定
者が手でプローブ本体10を把持し戻しばね16の弾力
に抗して下方へ移動させると、プローブ本体10の小径
部10bの下端面10cが測定対象面5に当接する。こ
の際、ダイヤモンド圧子3は、プローブ本体10と共に
下動して測定対象面5に押付けられ、測定対象面5に圧
痕を形成する。圧痕の大きさは荷重設定ばね15のばね
定数と、被測定物4の硬さとにより決定される。
ダイヤモンド圧子3が測定対象面5に押付けられると、
振動棒2の自由端が拘束されて振動棒2の共振周波数が
次第に変化し、第2図に示す如くやがて定常状態に達す
る。前述の如く、押付は後の定常状態における共振周波
数は、被測定物4の硬さに依存するので、この定常状態
における振動棒2の共振周波数と、予め設定した基準周
波数(例えば押付は前の自由振動時における振動棒2の
共振周波数)との偏差を求めることにより被測定物4の
硬さを測定することができる。
すなわち:振動棒2の共振周波数f1は発振用増幅器1
8から混合器24に入力される。又、混合器24には基
準発振器25から基準周波数f2が入力され、基準周波
数f2に対する共振周波数f1の偏差△f = f2−
f、が算出される。
この偏差△fは波形整形器26及び波幅整形器27で波
形及び波幅を整形された後、CR充放電回路28で周波
数f−主電圧の変換を施され、引続き増幅器30で増幅
及び電圧V−主電流の変換を施され、偏差Δfつまり被
測定物4の硬さか電流計31上に電流値として表示され
る。
次に、硬さ測定値の信頼性の判別手順を説明する。
すなわち、ダイヤモンド圧子3を測定対象面5に押付け
た直後に振動棒2の共振周波数f、と基準周波数r2と
の偏差△fは次第に増大し、やがて定常状態に達する。
本実施例では、ダイヤモンド圧子3を測定対象面に押付
けた直後の所定時間内における振動棒2の共振周波数f
1の変化速度、つまり単位時間当りの共振周波数11の
変化量を求めて設定値と比較することにより、その回の
硬さ測定値の信頼性を評価し、上記変化速度が設定値よ
り大きい場合は、その回の硬さ測定値が異常値である旨
を表示するようにしている。なお、上記共振周波数f1
の変化速度によって硬さ測定値の信頼性の有無を判定で
外る理由については前述したので、ここでは説明を省略
する。
以下異常値判定回路8の構成、作用を具体的に説明する
すなわち、異常値判定回路8内の比較器32はCR充放
電回路28に接続され、CR充放電回路28の電圧\?
1を基準電圧回路33から供給される基準電圧V、と比
較する。そして■; 〉\72 となった時点でダイヤ
モンド圧子3が測定対象面5に押付けられたものと見な
し、それと同時に基準時間カウント回路34をオンする
この基準時間カウント回路34は、ダイヤモンド圧子3
が測定対象面5に押付けられた後所定の基準時間tをカ
ウントし、基準特開経過後電圧ホールド回路35をオン
させる。
上記電圧ホールド回路35は、基準時間し経過後のCR
充放電回路28の電圧V1をホールドし、ホールドされ
た電圧■)を比較器36に入力する。
比較器36は電圧■(を基準電圧回路37の基準電圧\
13 と比較し、■!>V3の時は押イ」け直後の振動
棒2の共振周波数f1の変化速度が大きく、従ってその
回の硬さ測定値の信頼性が低いものと見なして異常値判
定表示回路38に異常値信号を表示する。基準電圧■3
は被測定物4の材質等に応じて予め設定される。なお、
押付は直後の振動棒2の共振周波数「1の変化速度を検
出するに際して、CR充放電回路28の電圧v1を微分
する微分回路を設け、この微分回路によって共振周波数
F、の変化速度を求めるようにしてもよい。
本実施例では、ダイヤモンド圧子3を測定対象面に押付
けた直後の振動棒2の共振周波数f1の変化速度を検出
し、この変化速度の大きさからその回の硬さ測定値の信
頼性を判定し、信頼性が低いと判定された場合は異常値
信号を表示するようにしたので、信頼性の高い測定値の
みを有効なデータとして採用することがでとる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る手持ち式超音波硬さ測定計を測定
回路及び異常値伴走回路と共に示す垂直断面略図、第2
図は圧子を測定対象面に押付けた直後の振動棒の共振周
波数の変化を電圧に変換して示す図、第3図は押付は速
度と押付は後の定常状態における振動棒の共振周波数の
標準偏差との関係を示す図である。 2・・・振動棒、 3・・・圧子、 4・・・被測定物
、訃・・測定対象面。 特許出願人 川崎製鉄株式会社はか1名代 理 人 弁
理士 青 山  葆 はが2名第2図 時間 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)微小振幅で軸方向に超音波振動される振動棒の先
    端に設けた圧子を被測定物の測定対象面に手で押付け、
    押付け後の定常状態における振動棒の共振周波数と、予
    め設定した基準周波数との偏差を検出して被測定物の硬
    さを測定する硬さ測定において、 上記圧子を測定対象面に押付けた直後の所定時間内にお
    ける振動棒の共振周波数の変化速度を検出し、この変化
    速度を設定値と比較して変化速度が設定値以下の場合に
    のみその回の硬さ測定値を有効なデータとして採用する
    ようにしたことを特徴とする硬さ測定方法。
JP14791784A 1984-07-16 1984-07-16 硬さ測定方法 Pending JPS6126839A (ja)

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JP14791784A JPS6126839A (ja) 1984-07-16 1984-07-16 硬さ測定方法

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JPS6126839A true JPS6126839A (ja) 1986-02-06

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JP (1) JPS6126839A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0381641A (ja) * 1988-11-02 1991-04-08 Sadao Omata 物質の硬さ特性測定方法及び装置
JP2007211402A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Shikoku Chem Corp 簡易構築物のアンカー部材

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0381641A (ja) * 1988-11-02 1991-04-08 Sadao Omata 物質の硬さ特性測定方法及び装置
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