JPS6212851B2 - - Google Patents

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JPS6212851B2
JPS6212851B2 JP622479A JP622479A JPS6212851B2 JP S6212851 B2 JPS6212851 B2 JP S6212851B2 JP 622479 A JP622479 A JP 622479A JP 622479 A JP622479 A JP 622479A JP S6212851 B2 JPS6212851 B2 JP S6212851B2
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JP
Japan
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light
light beam
recess
indentation
measuring
Prior art date
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Japanese (ja)
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Kuriisatsuteru Kurausu
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Publication of JPS6212851B2 publication Critical patent/JPS6212851B2/ja
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/28Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • 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
    • G01N3/42Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体材料の表面につけられた硬さ試験
用のくぼみの大きさを測定する方法に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring the size of a hardness test depression made on the surface of a solid material.

硬さ試験機によりつけられたくぼみの大きさを
オプトエレクトロニツク装置によつて決定する原
理はよく知られている。たとえば、ドイツ特許No.
OS2331124によれば、くぼみをつけられている表
面が指定された向きの光ビームによつて照射され
る。光ビームのうちくぼみに入射する部分は、く
ぼみをつけられていない表面から反射される光の
向きとは異なる向きへ反射される。この現象はく
ぼみと、その周囲の部分の光像を発生するために
利用される。この光像を構成する画素の数を数え
る走査技術によつて光像は定量評価される。
The principle of determining the size of the indentation produced by a hardness tester by means of an optoelectronic device is well known. For example, German patent no.
According to OS2331124, the surface being indented is illuminated by a light beam in a specified direction. The portion of the light beam incident on the recess is reflected in a direction different from that of the light reflected from the unrecessed surface. This phenomenon is used to generate a light image of the depression and its surrounding area. The optical image is quantitatively evaluated using a scanning technique that counts the number of pixels that make up the optical image.

これらの走査法の1つの欠点は、それらの方法
がくぼみの拡大像に頼らなければならないことで
ある。したがつて、定量的に測定して得た結果は
拡大装置の拡大率に関係することになる。この拡
大率は既知でなければならず、また一定でなけれ
ばならない。更に、くぼみの拡大像を走査するた
めに走査面積が広くなるが、そのために走査の直
線性に問題が生ずる。レンズに収差があると光像
の形状はくぼみの形状と必ずしも一致しないか
ら、レンズの収差によつても測定誤差が生ずるこ
とになる。
One drawback of these scanning methods is that they must rely on magnified images of the depression. Therefore, the quantitatively measured results are related to the magnification rate of the magnifying device. This magnification factor must be known and must be constant. Furthermore, since the enlarged image of the depression is scanned, the scanning area becomes larger, which causes problems in the linearity of the scanning. If the lens has aberrations, the shape of the optical image will not necessarily match the shape of the depression, so measurement errors will also occur due to the aberrations of the lens.

本発明の目的は、硬さ試験機によりつけられた
くぼみを、光像を形成する光学装置を用いること
なしにくぼみを直接に測定でき、変化する光学的
パラメータがなく、くぼみをつける要素が全試験
荷重をかけられた状態で試験対象に押しつけられ
ている間に測定できる方法を提供することであ
る。この方法はくぼみをつける要素を照明光を透
過させて測定を行うものである。
It is an object of the present invention to be able to directly measure the indentation created by a hardness tester without using an optical device that forms a light image, without changing optical parameters, and in which all indentation elements are It is an object of the present invention to provide a method that allows measurement while being pressed against a test object under a test load. In this method, measurements are taken by transmitting illumination light through an element that is indented.

この目的を達成する方法が特許請求の範囲の第
1項に記述されている。それには本発明の方法の
重要な特徴も記述されている。
A method for achieving this object is described in claim 1. It also describes important features of the method of the invention.

試験対象の表面に照射される光ビームの直径は
測定するくぼみの面積に従つて選択される。適切
な測定確度を得るために、光点の直径とくぼみの
直径との比(光点の面積とくぼみの面積との比の
方が良い)は適切に選択せねばならない。一般
に、少なくとも1:100程度の面積比が十分な比
とされている。くぼみの面積がかなり小さい場合
には(0.01〜0.1mm2)、単色のコヒーレント光を発
生する光源、たとえばビーム拡大器と収束レンズ
とを有するレーザ、の使用が指示される。このよ
うなレーザを用いると、比較的長い焦点距離で直
径が50ミクロン以下、ビーム収束角度が2度の光
点を得ることが可能である。そのような光源を用
いるものとすると、収束レンズと試験対象との間
の距離はそれほど正確でなくともよい。この場合
には通常の焦点調節装置を用いずにすむ。
The diameter of the light beam irradiated onto the surface to be tested is selected according to the area of the depression to be measured. In order to obtain a suitable measurement accuracy, the ratio between the diameter of the light spot and the diameter of the depression (better the ratio between the area of the light spot and the area of the depression) must be chosen appropriately. Generally, an area ratio of at least about 1:100 is considered to be a sufficient ratio. If the area of the depression is quite small (0.01-0.1 mm 2 ), the use of a light source producing monochromatic coherent light is indicated, for example a laser with a beam expander and a converging lens. Using such a laser, it is possible to obtain a light spot with a diameter of less than 50 microns and a beam convergence angle of 2 degrees at a relatively long focal length. If such a light source is used, the distance between the converging lens and the test object may not be very precise. In this case, it is not necessary to use a normal focus adjustment device.

大きなくぼみ(1〜10mm2)を測定する場合に
は、十分に小さな光点を発生するためにコヒーレ
ントでない光で通常は十分である。
When measuring large depressions (1-10 mm2 ), non-coherent light is usually sufficient to generate a sufficiently small spot of light.

反射された光の強さを測定するためにホトセ
ル、光導電素子または通常のセレン光電池のよう
な適当な感光素子が用いられる。それらの感光素
子はくぼみから反射された光、またはくぼみを囲
む(所定の面積の)場所から反射された光を受け
るような大きさで、かつそれらの反射光を受ける
位置に配置される。この場合には、他の方向から
来る散乱光が感光素子に入射することをできるだ
け少なくするために注意せねばならない。
A suitable photosensitive element such as a photocell, photoconductive element or a conventional selenium photocell is used to measure the intensity of the reflected light. The photosensitive elements are sized and positioned to receive light reflected from the recess or from areas (of predetermined area) surrounding the recess. In this case, care must be taken to minimize the incidence of scattered light coming from other directions on the photosensitive element.

本発明による新規な測定技術を実施する場合に
は2種類の基本的な動作モードが可能である。
Two basic modes of operation are possible when implementing the novel measurement technique according to the invention.

() くぼみの1つかそれ以上の直径を測定し
て硬さを決定する。この第1の動作モードは比
較的大きな円錐形および球形のくぼみの測定に
主として応用できる。試験対象が異方性物質の
場合にはくぼみの直交する2つの直径を測定す
る方がよい。
() Measure the diameter of one or more of the depressions to determine hardness. This first mode of operation is primarily applicable to measuring relatively large conical and spherical depressions. If the test object is an anisotropic material, it is better to measure two orthogonal diameters of the depression.

() 第2の動作モードを実現する測定装置の
特に有用な構造においては、押込み硬さの周知
の基本的な定義は測定されるくぼみの面積を基
にしていることを強調しておく。ビツカースく
ぼみの場合には対角線の長さから計算した面積
と実際の面積との差は、くぼみの形が強いアス
トロイド形(ピン・クツシヨン形)の時には25
%にも達する。
() In a particularly useful construction of the measuring device realizing the second mode of operation, it is emphasized that the well-known basic definition of the indentation hardness is based on the area of the indentation to be measured. In the case of a Bitkers depression, the difference between the area calculated from the length of the diagonal and the actual area is 25 if the depression has a strong asteroid shape (pin cushion shape).
%.

本発明に従つて、面積はくぼみをつける要素を
試験対象から離した状態で、およびくぼみをつけ
る要素を試験対象に押しつけた状態で測定でき
る。
According to the invention, the area can be measured with the indenting element away from the test object and with the indenting element pressed against the test object.

本発明に従つて、面積はくぼみをつける要素を
試験対象から離した状態で、およびくぼみをつけ
る要素を試験対象に押しつけた状態で測定でき
る。
According to the invention, the area can be measured with the indenting element away from the test object and with the indenting element pressed against the test object.

本発明の別の目的は、特許請求の範囲の第8項
に記載されている諸特徴を有する技術を応用する
ための測定装置を提供することである。くぼみの
長さと面積との双方を測定するのに適当なそのよ
うな装置の種々の例が特許請求の範囲の第9項乃
至第22項に記載されている。
Another object of the invention is to provide a measuring device for applying the technology having the features set out in claim 8. Various examples of such devices suitable for measuring both the length and area of depressions are set out in claims 9 to 22.

以下に行う本発明の諸実施例の説明から、本発
明の方法を実施する装置は何らの較正を必要とし
ないことがわかるであろう。測定の結果得られる
数値は光学的倍率、増幅度、抵抗値または容量な
どのようなパラメータからは独立している。
From the description of embodiments of the invention that follows, it will be seen that the apparatus implementing the method of the invention does not require any calibration. The numerical value obtained as a result of the measurement is independent of parameters such as optical magnification, amplification, resistance or capacitance, etc.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

まず第1,2図を参照して、硬さ試験のために
つけられたくぼみの面積または直径を決定するた
めの原理について説明する。
First, with reference to FIGS. 1 and 2, the principle for determining the area or diameter of a depression made for hardness testing will be explained.

第1図は筒状部材1より成る簡単な実施例を示
す。この筒状部材1は試験片Mの表面上に置か
れ、その表面には筒状部材1の軸線上またはその
近くにあたる位置にくぼみEがつけられている。
たとえば集束されたレーザビームのような鋭くわ
ずかに収束するビーム状の光が3本の光線A1
A2,A3によつて示されているように試験片の表
面Mへ照射される。この光ビームは筒状部材1の
下側部分に達する前に走査器(図示せず)の中を
通される。走査器は矢印で示されているX方向
と、このX方向と第1図が描かれている紙面とに
垂直なY方向との2つの方向にその光ビームを偏
向させる。光ビームは試験片の表面Mに直角に入
射し、その光ビームは角度のずれに基因する測定
誤差を避けるように、光ビームの入射方向を変え
ないようにして試験片の表面Mに平行に移動させ
られる。くぼみEの表面はほぼ鏡状と仮定してい
るから、光線Aはくぼみの表面からほぼ鏡により
反射されるようにして反射される。この状態はほ
とんどの金属において実現される。円錐形または
角錐形のくぼみの中に入射する光線A1,A2は横
方向へ反射されて、筒状部材1の開端部近くの内
壁に設けられている感光層2に入射する。この感
光層2はホトセル、光導電素子、光電池(たとえ
ばセレン光電池)で構成できる。くぼみの表面か
ら反射された光ビームを感光層2の広い面積にわ
たつて入射させるために、感光層2の表面に拡散
層3を設けることができる。感光層2は電子回路
と測定ユニツトに接続される。
FIG. 1 shows a simple embodiment consisting of a cylindrical member 1. FIG. This cylindrical member 1 is placed on the surface of a test piece M, and a depression E is formed on the surface at a position on or near the axis of the cylindrical member 1.
For example, a sharp and slightly converging beam of light, such as a focused laser beam, is formed by three rays A 1 ,
The surface M of the specimen is irradiated as indicated by A 2 and A 3 . This light beam is passed through a scanner (not shown) before reaching the lower part of the tubular member 1. The scanner deflects its light beam in two directions: an X direction, as indicated by the arrow, and a Y direction, which is perpendicular to this X direction and the plane of the paper in which FIG. 1 is drawn. The light beam is incident on the surface M of the test piece at right angles, and the light beam is parallel to the surface M of the test piece without changing the direction of incidence of the light beam to avoid measurement errors due to angular deviation. be moved. Since the surface of the depression E is assumed to be substantially mirror-like, the light ray A is reflected from the surface of the depression almost as if it were reflected by a mirror. This condition is achieved in most metals. The light rays A 1 , A 2 incident on the conical or pyramidal depressions are reflected laterally and impinge on a photosensitive layer 2 provided on the inner wall of the tubular member 1 near its open end. This photosensitive layer 2 can consist of a photocell, a photoconductive element, a photovoltaic cell (for example a selenium photovoltaic cell). A diffusion layer 3 can be provided on the surface of the photosensitive layer 2 in order to cause the light beam reflected from the surface of the depression to be incident over a wide area of the photosensitive layer 2. The photosensitive layer 2 is connected to an electronic circuit and a measuring unit.

試験片のくぼみ以外の表面に入射する光は、そ
の表面が十分に滑らかであれば入射方向と同じ方
向に反射される。したがつて、その光は筒状部材
1の軸線方向に平行に上向きに進んで、感光素子
2には入射しない。
Light incident on a surface of a test piece other than the indentation will be reflected in the same direction as the incident direction if that surface is sufficiently smooth. Therefore, the light travels upward parallel to the axial direction of the cylindrical member 1 and does not enter the photosensitive element 2.

試験片の表面Mに入射する光ビームが直径がD
の範囲内をX方向に一定の速度で動くことにより
光ビームは偏向させられる。反射された光の強さ
に応じて、感光層2は第2図の左側部分aに示さ
れているような電圧E(t)を発生する。光ビー
ムの移動距離Xを横座標上の時間tで置き換えて
もこの電圧の形は変らない。
The light beam incident on the surface M of the specimen has a diameter D
The light beam is deflected by moving at a constant speed in the X direction within the range of . Depending on the intensity of the reflected light, the photosensitive layer 2 generates a voltage E(t) as shown in the left part a of FIG. Even if the travel distance X of the light beam is replaced by the time t on the abscissa, the shape of this voltage does not change.

点P1,P2はくぼみEの2つの縁部に対応する。
くぼみEの横方向の寸法は、光ビームの偏向速度
が一定で既知の場合には、時間差△tから計算で
きる。光ビームがX方向に1回動かされるごとに
Y方向へ1本の線の幅だけ動かされるものとする
と、第2図に示されているようにパルス幅△tが
変化する一連の電圧パルスが発生されることにな
る。くぼみを含む領域全体がこのようにして走査
されると、くぼみの面積Aは次式で計算できる。
Points P 1 and P 2 correspond to the two edges of the depression E.
The lateral dimension of the depression E can be calculated from the time difference Δt if the deflection speed of the light beam is constant and known. Assuming that the light beam is moved by one line width in the Y direction for each movement in the will occur. When the entire area including the depression is scanned in this way, the area A of the depression can be calculated using the following equation.

A=byxΣ(△t) () ここに、byは走査線の幅である。光ビームの
偏向機構と電圧パルス処理装置とについては後で
詳しく説明する。
A=b y v x Σ(Δt) () where b y is the width of the scanning line. The light beam deflection mechanism and voltage pulse processing device will be explained in detail later.

以上説明した方法は円錐形または角錐形のくぼ
みばかりでなく、ブリネル硬さ試験機でつけられ
るような球状のくぼみにも原則として応用でき
る。球面状のくぼみを測定するための装置の一例
を第3図に示す。第3図にはこの装置のうち試験
片の表面Mの上に置かれるわずかに円錐形状の筒
形部材11だけが示されている。この部材11は
くぼみEBが部材11の中心軸上またはその近く
にくるように置かれ、XとYの両方向に偏向でき
る光ビームは部材11の上方から照射される。
The method described above can in principle be applied not only to conical or pyramidal depressions, but also to spherical depressions such as those made with a Brinell hardness tester. An example of an apparatus for measuring spherical depressions is shown in FIG. FIG. 3 shows only the slightly conically shaped cylindrical member 11 of the device, which is placed on the surface M of the specimen. This member 11 is placed so that the recess EB is on or near the central axis of the member 11, and a light beam that can be deflected in both the X and Y directions is irradiated from above the member 11.

記号A4,A5によつて入射する光ビームの中心
光線の2つの位置を示す。くぼみから反射される
光は、そのくぼみが球面状であるために比較的大
きな角度範囲に広がる。この角度範囲の限界はブ
リネル硬さ試験に対する規則に従う。その規則に
よればくぼみは0.25Dkより小さくてはならず、か
つ0.6Dkより大きくてはならない。なお、Dkは球
状のくぼみをつける要素の直径である。したがつ
て、拡散層13を有する感光層12はそれに対応
した形としなければならない。くぼみの中央部分
から直接反射された光は感光層12へは到達しな
いから、電圧カーブには「穴」が現われるが、そ
の「穴」は電子的処理回路でふさぐことができ
る。これ以外の測定操作は円錐形および角錐形の
くぼみの測定について説明した所と同様である。
The two positions of the central ray of the incident light beam are indicated by the symbols A 4 and A 5 . The light reflected from the depression is spread over a relatively large angular range due to the spherical shape of the depression. The limits of this angular range follow the rules for the Brinell hardness test. According to the rules, the depression should not be smaller than 0.25D k and should not be larger than 0.6D k . Note that D k is the diameter of the element forming the spherical depression. Therefore, the photosensitive layer 12 with the diffusion layer 13 must be shaped accordingly. Since the light directly reflected from the central part of the depression does not reach the photosensitive layer 12, a "hole" appears in the voltage curve, but this "hole" can be filled with an electronic processing circuit. The other measurement operations are the same as those described for measuring conical and pyramidal depressions.

以上説明した実施例は全く簡単で、多くの硬さ
試験を行うのに適している。しかし、一般に試験
片の表面は理想的な反射器の性質を有しないこと
に注意すべきである。通常は、入射光は入射面の
粗さ、または試験片が受けた機械加工および仕上
げ加工によつてその表面に生じた加工跡などのた
めに、1つの方向以上の方向へ反射される、すな
わち、散乱させられる。粗い表面から乱反射され
た光はコントラストが低くなる、すなわち、第2
図の電圧比Enax/Erが小さくなる。このコント
ラストの低下を防ぐために、そのような条件の下
でもその電圧比をできるだけ高くするための要素
を測定装置に用いることができる。
The embodiment described above is quite simple and suitable for carrying out many hardness tests. However, it should be noted that the surface of the specimen generally does not have ideal reflector properties. Typically, the incident light is reflected in more than one direction, i.e., due to the roughness of the input surface or the machining and finishing marks that the specimen has undergone on its surface. , scattered. Light that is diffusely reflected from a rough surface has low contrast, i.e., the second
The voltage ratio E nax /E r in the figure becomes smaller. In order to prevent this reduction in contrast, elements can be used in the measuring device to make the voltage ratio as high as possible even under such conditions.

その他に、試験片の表面から乱反射された光が
感光層に入射することがある。これに関連して、
くぼみの縁部は必ずしも常に鋭いものではないこ
とを述べておく。くぼみのそれらの縁部は、くぼ
みをつけられている間に移動させられた物質が集
まるために、第4図に記号Wで示されているよう
にある程度の丸みを持つことがしばしばある。そ
して試験片の表面MにつけられたくぼみEは、第
4図に誇張して示すように、周縁部が少し盛り上
ることになる。この盛り上つた部分へ入射する光
線A6はくぼみ自体から反射される光線とは異な
る方向へ反射される。たとえば光線A6とA7を比
較されたい。そのために、指定された角度範囲内
へ入射した光だけが感光層へ入射できるように、
方向性を持たせる要素を感光層に設けると有利で
ある。こうすることにより、別の角度で到達する
光は用いている角度制限要素の種類に応じて他の
方向へ偏向させられるか、吸収させられるか、あ
るいは単に反射させられる。
In addition, light that is diffusely reflected from the surface of the test piece may enter the photosensitive layer. In this connection,
It should be mentioned that the edges of the depressions are not always sharp. Those edges of the depressions often have some degree of rounding, as indicated by the symbol W in FIG. 4, due to the collection of material displaced during the depression. The periphery of the depression E formed on the surface M of the test piece is slightly raised as shown in an exaggerated manner in FIG. The light ray A6 incident on this raised ivy portion is reflected in a different direction than the light ray reflected from the depression itself. For example, compare rays A 6 and A 7 . For this purpose, only light incident within a specified angle range can enter the photosensitive layer.
It is advantageous to provide a directional element in the photosensitive layer. By doing this, light arriving at different angles is deflected in other directions, absorbed, or simply reflected, depending on the type of angle-limiting element used.

角度を制限する要素が第4図に示す装置に含ま
れている。第4図に示されている測定装置も筒形
部材21を有する。この筒形部材21はくぼみを
つけられた試験片の表面の上にのせられる。この
筒形部材21の上方からは偏向できる光ビームが
入射させられる。光線A6〜A9によつて光ビーム
の種々の位置が示されている。
An angle limiting element is included in the device shown in FIG. The measuring device shown in FIG. 4 also has a cylindrical member 21. The measuring device shown in FIG. This cylindrical member 21 is placed on top of the dimpled surface of the specimen. A deflectable light beam is incident from above the cylindrical member 21 . The various positions of the light beam are indicated by rays A 6 to A 9 .

筒形部材21の下側部分の挿入部材24のすぐ
下にはガラス質のボデー25が置かれる。このガ
ラス質のボデー25は中心部に穴が設けられ、外
面は円錐形である。この円錐形の頂角γは、くぼ
みEに入射した光線A7,A8の反射光線がガラス
質ボデー25の外面との間に成す角度αが臨界角
αkrit αkrit=arcsin1/ngk () に非常に近くなるような大きさである。なお、n
gkはガラス質ボデーを構成するガラスの屈折率で
ある。くぼみによつて反射された光線A7,A8
光拡散層23を通つて感光層22へ達する。くぼ
みの丸くなつている縁部Wから反射された光線
A6は、ガラス質ボデー25の外面に臨界角αkrit
より大きな角度αで入射して全反射され、ガラス
質ボデー25の上面にとりつけられている光吸収
層26によつて最後には吸収される。
Immediately below the insert 24 in the lower part of the cylindrical member 21 a vitreous body 25 is placed. This glass body 25 has a hole in the center and a conical outer surface. The apex angle γ of this conical shape is determined by the critical angle α krit α krit = arcsin1 / n gk ( ) is very close to . In addition, n
gk is the refractive index of the glass constituting the vitreous body. The light rays A 7 and A 8 reflected by the depressions pass through the light diffusion layer 23 and reach the photosensitive layer 22 . Rays of light reflected from the rounded edge W of the depression
A 6 is the critical angle α krit on the outer surface of the vitreous body 25
The light enters at a larger angle α, is totally reflected, and is finally absorbed by the light absorption layer 26 attached to the upper surface of the glass body 25.

原理的には、ガラス質ボデー25と筒形部材2
1との間の空間を入射光線が往復して感光層の無
数の点へ入射するように、多重反射パターンを構
成するために前記空間を利用することが可能であ
る。その場合には拡散層23は設けなくともよ
い。また、光検出素子が真空セル(ホトセル)よ
り成る時も拡散層を設ける必要はない。
In principle, the glass body 25 and the cylindrical member 2
It is possible to utilize said space to construct a multiple reflection pattern, such that an incident light beam travels back and forth through the space between the photosensitive layer 1 and impinges on an infinite number of points on the photosensitive layer. In that case, the diffusion layer 23 may not be provided. Further, when the photodetecting element is composed of a vacuum cell (photocell), there is no need to provide a diffusion layer.

散乱させられた光が感光層へ入射することを制
限する別の非常に効果的な方法は、狭い限られた
範囲内に入る光線だけを感光層へ入射させる角度
フイルタを設けることである。そのような角度フ
イルタを第5図に示す。図示を簡明にするために
第5図にはくぼみEをつけられている試験片の表
面Mと、感光層32と、拡散層33と、角度フイ
ルタ35と、何本かの光線などの説明に必要な要
素だけが示されている。
Another very effective way of limiting the incidence of scattered light into the photosensitive layer is to provide an angular filter that allows only the rays falling within a narrow limited range to be incident on the photosensitive layer. Such an angular filter is shown in FIG. In order to simplify the illustration, FIG. 5 shows the surface M of the test piece with the indentation E, the photosensitive layer 32, the diffusion layer 33, the angle filter 35, and some light rays. Only necessary elements are shown.

角度制限要素は環状のガラス体35で構成され
る。このガラス体の横断面形状は1つのポロプリ
ズムの横断面形状に類似する。ポロプリズムはそ
の底部(斜辺)へ直角またはほぼ直角に入射する
光線に対して透明である。それらの光線は2つの
短辺で2回全反射された後で、それらの光線がプ
リズムの底に入射した時の角度と同じ角度でプリ
ズムの底から出る。ある入射角より大きな入射角
でプリズムの底に入射した光線は、プリズムの短
辺の1つから出るからその光線はなくなる。光の
伝わる角度範囲は次式から計算できる。
The angle limiting element is composed of an annular glass body 35. The cross-sectional shape of this glass body is similar to that of a Porro prism. A Porro prism is transparent to light rays incident at right or nearly right angles to its base (hypotenuse). After being totally reflected twice by the two short sides, the rays exit the bottom of the prism at the same angle as they entered the bottom of the prism. A ray of light incident on the bottom of a prism at an angle of incidence greater than a certain angle of incidence will exit from one of the short sides of the prism and thus disappear. The angular range through which light travels can be calculated from the following equation.

±β=±(45゜−arcsin1/n) () ここにnはガラスの屈折率である。たとえば、
屈析率n=1.485であるガラスでプリズムが作ら
れる場合には、その光を伝える角度範囲はβ=±
2.7゜となる。また、n=1.603の時にはβ=±6.4
゜となる。
±β=±(45°−arcsin1/n) () where n is the refractive index of the glass. for example,
If a prism is made of glass with a refractive index n = 1.485, the angular range through which light is transmitted is β = ±
It becomes 2.7°. Also, when n=1.603, β=±6.4
It becomes ゜.

この角度制限の原理は第5図に示されている
「ポロリング(Porro ring)」で用いられている。
回転対称のガラスボデー35の横断面形状は三角
形である、すなわち、外側で交わる2つの円錐面
は直角であり、内側の円錐面と外側の円錐面とは
45度で交わる。拡散層33が設けられた環状の感
光層32が内側円錐面F3の上側部分にとりつけ
られる。くぼみEから反射された光線A10は表面
F3から出て感光層32に入射する。試験片の表
面MのうちくぼみE以外の部分に入射した光線
A11などは、たとえば散乱された光線B′,B″を生
ずる。それらの反射光線は、前記した式()に
より与えられる角度限界内に含まれないとする
と、ポロリングを出る時は表面F1,F2を通らな
い。
This angle limiting principle is used in the "Porro ring" shown in FIG.
The cross-sectional shape of the rotationally symmetrical glass body 35 is triangular, that is, the two conical surfaces that intersect on the outside are at right angles, and the inner conical surface and the outer conical surface are
Intersect at 45 degrees. An annular photosensitive layer 32 provided with a diffusion layer 33 is attached to the upper part of the inner conical surface F 3 . The ray A 10 reflected from the depression E is the surface
The light exits from F3 and enters the photosensitive layer 32. Light ray incident on the surface M of the test piece other than the depression E
A 11 etc. give rise to scattered rays B′, B″, for example. If these reflected rays are not contained within the angular limits given by the above equation (), then when leaving the Porro ring the surface F 1 , does not pass through F 2 .

試験片の表面Mに対して内側円錐面F3が成す
角度φ/2は、くぼみが円錐形の場合にはそのく
ぼみの円錐角φに関係し、あるいはくぼみがビツ
カースくぼみの場合にはビツカース角錐の頂角φ
に関係する。必要があれば、くぼみをつける要素
が試験片の表面から離された時に起る弾性復旧効
果を考慮に入れることができる。くぼみをつける
要素を試験片の表面から離した後のくぼみの頂角
はその要素を試験片の表面に押しつけている時の
くぼみの頂角より小さい。前記したように、本発
明の測定技術を用いて、くぼみをつける要素が試
験片の表面に押しつけられている間にくぼみの面
積を測定できる。これは下記のようないくつかの
理由から好適でより正確な技術である。
The angle φ/2 formed by the inner conical surface F 3 with respect to the surface M of the specimen is related to the cone angle φ of the indentation if the indentation is conical, or to the cone angle φ of the indentation if the indentation is a Bitkers indentation. Vertical angle φ
related to. If necessary, elastic recovery effects that occur when the indenting element is removed from the surface of the specimen can be taken into account. The apex angle of the indentation after the indentation element is removed from the surface of the test specimen is smaller than the apex angle of the indentation when the element is pressed against the surface of the test specimen. As mentioned above, the measurement technique of the present invention can be used to measure the area of an indentation while the indentation element is pressed against the surface of the specimen. This is the preferred and more accurate technique for several reasons, including:

1 くぼみ硬さの本来の定義に従つて、測定すべ
き量はくぼみをつける要素が試験片の表面に押
しつけられている間におけるくぼみの面積であ
る。金属に関する限りは、試験荷重が完全にか
かつている時のくぼみの面積と、無荷重、すな
わち、くぼみをつける要素が試験片の表面から
離された後のくぼみの面積との差は、せいぜい
数%である。しかし、プラスチツク材料の時は
その差は大きいことがある。
1 According to the original definition of indentation hardness, the quantity to be measured is the area of the indentation while the indenting element is pressed against the surface of the specimen. As far as metals are concerned, the difference between the area of the indentation when the test load is fully applied and the area of the indentation at no load, i.e. after the indenting element has been removed from the surface of the specimen, is at most a few %. However, when it comes to plastic materials, the difference can be large.

2 くぼみをつける要素が試験片の表面に押しつ
けられている間に行う測定ははるかに短時間で
すむ。その理由は、かけられている荷重を除去
する作業、くぼみをつけられた表面からくぼみ
をつける要素を外す作業、くぼみの上に面積測
定装置を置く作業が全くないからである。した
がつて、硬さ試験で指定されている荷重をかけ
る時間が経過したら直ちに測定が行われる。多
数の部品を対象とする迅速な硬さ試験は現在産
業において広く用いられている。したがつて短
縮できるのであればどんなに短い時間でも重要
である。
2. Measurements made while the indenting element is pressed against the surface of the specimen take much less time. This is because there is no effort to remove the applied load, to remove the indenting element from the indented surface, or to place an area measuring device over the indentation. Therefore, measurements are taken immediately after the specified loading time for the hardness test has elapsed. Rapid hardness testing of large numbers of parts is currently widely used in industry. Therefore, no matter how short the time can be, it is important.

3 くぼみをつける要素が試験片の表面に押しつ
けられている時の方が、その要素が試験片の表
面から離された後の時よりも、くぼみの輪郭線
をよく見分けることができる。このことは、第
4図に示してあるように、くぼみの縁部が一定
の曲率半径を有するものと思つている場合には
理解できる。
3. The contour of the indentation is better discernible when the indenting element is pressed against the surface of the specimen than after it has been removed from the surface of the specimen. This can be understood if one assumes that the edges of the depression have a constant radius of curvature, as shown in FIG.

4 くぼみの面積を基にした正しい硬さ測定はプ
ラスチツクの場合でも可能である。
4 Correct hardness measurements based on the area of the depressions are also possible in the case of plastics.

5 荒れていない表面から散乱させられる光は測
定をあまり妨げない。これについてはくぼみ自
体がある程度のしやへい作用を行う。
5. Light scattered from unrough surfaces does not significantly interfere with measurements. In this regard, the depressions themselves have a certain degree of dampening effect.

6 荷重がかけられている限りはくぼみの深さの
弾性復旧は起り得ないから、装置の感光素子へ
到達させられる光線の許容角度に対して狭い限
度を設けることが可能となる。
6. Since no elastic recovery of the depth of the indentation can occur as long as the load is applied, narrow limits can be placed on the permissible angle of the light beam that can reach the photosensitive element of the device.

第6図にはくぼみをつける要素が試験片の表面
に押しつけられている状態でくぼみの面積を測定
するための実施例を示す。溶融アルミナ、石英ま
たは特殊ガラスのような強度の高い材料から作ら
れた透明で主面が平行なスラブ44が筒形部材4
1の下端部に挿入される。このスラブ44の下面
に向き合わせて透明なくぼみつけ要素48を配置
する。このくぼみつけ要素はダイヤモンド、サフ
アイヤまたは溶融アルミナのような透明で硬い材
料で作られる。その直径DEは測定部分の最大直
径DMに一致する。くぼみつけ要素の側面は別の
透明な物体45によつて囲まれる。この物体の外
面には光拡散層43がとりつけられ、この光拡散
層の表面に感光層42がとりつけられる。
FIG. 6 shows an embodiment for measuring the area of an indentation while the indentation element is pressed against the surface of the test piece. The cylindrical member 4 is a transparent slab 44 with parallel major surfaces made of a strong material such as fused alumina, quartz or special glass.
It is inserted into the lower end of 1. A transparent recessed element 48 is placed opposite the underside of this slab 44. This dimple element is made of a transparent hard material such as diamond, sapphire or fused alumina. Its diameter D E corresponds to the maximum diameter D M of the measuring part. The sides of the recessed element are surrounded by another transparent object 45. A light diffusion layer 43 is attached to the outer surface of this object, and a photosensitive layer 42 is attached to the surface of this light diffusion layer.

試験荷重Pは筒形部材41からスラブ44を介
してくぼみつけ要素48へ伝えられる。透明な物
体45へは力を伝えるべきでない。透明な物体4
5は透明なプラスチツクまたはガラスで作られ、
この物体45の中にくぼみつけ要素48が埋込み
成型される。くぼみつけ要素48の横断面が正方
形の場合に、必要があれば透明な物体45を4つ
の部分で構成することができる。組込む用意が整
つており、交換を容易に行うことができるサブア
センブリをくぼみつけ要素48と、その周囲を囲
むガラス物体45と、光拡散層43を伴つた感光
層42とを環状のサポートの中にとりつけること
によつて作ることができる。このサブアセンブリ
を硬さ試験機にねじ式にとりつけることができる
ように、環状サポートにはねじ溝を設けることが
できる。
The test load P is transmitted from the tubular member 41 via the slab 44 to the indentation element 48 . No force should be transmitted to the transparent object 45. transparent object 4
5 is made of transparent plastic or glass;
A recessing element 48 is molded into this object 45 . If the recessed element 48 has a square cross section, the transparent body 45 can be constructed in four parts if desired. A recessed subassembly ready for installation and easy to replace includes the element 48, the surrounding glass body 45 and the photosensitive layer 42 with the light diffusing layer 43 in an annular support. It can be made by attaching it to. The annular support can be provided with a threaded groove so that the subassembly can be threadedly attached to a hardness testing machine.

くぼみつけ要素48とそれを囲む物体45との
間の境界面における全反射器は、くぼみから反射
された後でガラス物体45へ公称角度α=φ−
90゜で入射する光線A12では起らない。その境界
面における全反射を防ぐための条件は次の通りで
ある。
The total reflector at the interface between the recessed element 48 and the object 45 surrounding it is directed to the glass object 45 after being reflected from the recess at a nominal angle α 2 =φ−
This does not occur with ray A 12 incident at 90°. The conditions for preventing total reflection at the interface are as follows.

α<αkrit=arcsin(n45/n48) () この式でn45とn48は物体45とくぼみつけ要素
のそれぞれの屈折率である。
α 2krit = arcsin(n 45 /n 48 ) () In this equation, n 45 and n 48 are the refractive indices of the object 45 and the indentation element, respectively.

光線A12はスラブ44とガラス物体45との間
に設けられている鏡面46で反射されてから感光
層42へ入射する。
The light ray A 12 is reflected by a mirror surface 46 provided between the slab 44 and the glass object 45 and then enters the photosensitive layer 42 .

ここで、くぼみEの外側の試験片表面に入射す
る光線A13について考えると、この光線がくぼみ
つけ要素と空気との境界面で全反射されることを
防ぐためには下記の条件を満さなければならな
い。
Now, considering the light ray A13 incident on the surface of the specimen outside the depression E, the following conditions must be met in order to prevent this light ray from being totally reflected at the interface between the depression element and the air. Must be.

α=1/2(180゜−φ)<αkrit () ビツカース角錐形くぼみつけ要素はダイヤモン
ドで作られる。ダイヤモンドの屈折率は2.415に
等しいから臨界角は()式に従つて24.46゜と
なる。角錐の頂角は136゜に等しいからα=22
゜である。したがつて入射光線は透過させられ、
試験片の表面Mで反射され、それから光線A13
含まれている光エネルギーのほとんどが筒状部材
41の黒い中心穴へ戻される向きでくぼみつけ要
素の中へ再び入射する。筒状部材41の黒い中心
穴へ戻された光エネルギーはそこで最終的には吸
収される。
α 1 =1/2(180°−φ)<α krit () The Bitkers pyramidal indentation element is made of diamond. Since the refractive index of diamond is equal to 2.415, the critical angle is 24.46° according to equation (). Since the apex angle of the pyramid is equal to 136°, α 1 = 22
It is ゜. Therefore, the incident ray is transmitted,
It is reflected from the surface M of the specimen and then re-enters the indentation element in such a way that most of the light energy contained in the ray A 13 is returned to the black central hole of the tubular member 41 . The light energy returned to the black center hole of the cylindrical member 41 is ultimately absorbed there.

透明な物体45の下側表面には不透明な光吸収
層47が被覆される。また、コントラストを低下
させる外部からの光が感光層42へ入ることを防
ぐために、筒状部材41の外側に動かすことがで
きる筒またはたとえばゴム製のスリーブをはめる
ことができる。これは第6図には示されていな
い。
The lower surface of the transparent object 45 is coated with an opaque light absorbing layer 47 . Furthermore, in order to prevent external light from entering the photosensitive layer 42, which would reduce the contrast, a movable tube or a sleeve made of rubber, for example, can be fitted on the outside of the cylindrical member 41. This is not shown in FIG.

試験片が透明である(たとえば透明ガラス、透
明プラスチツク)場合には特殊な条件が存在す
る。その場合にはα=0.5(180゜−φ)>αkrit
という条件を求めなければならない。そうすると
空気との境界を成すくぼみつけ要素の面において
全反射が起り、光はくぼみがつけられている部
分、すなわち、くぼみつけ要素が試験片の表面に
接触している領域を通つて伝えられる。そうする
と第2図に示されている電圧カーブは反転させら
れる。この場合には光が強くされている間の時間
の長さ△tを測定する代りに、光が弱くされる時
間の長さ△t′を測定する。この場合にはくぼみの
面積Aは(1)式の代りに式A=byxΣ(△t′)か
ら求められる。この測定方法はグラフアイトのよ
うな黒い色をした不透明な物体および黒くて不透
明なプラスチツクにも適用できる。
Special conditions exist if the specimen is transparent (eg transparent glass, transparent plastic). In that case, α 1 = 0.5 (180° − φ) > α krit
We have to find the conditions. Total internal reflection then occurs at the surface of the indentation element bordering the air, and the light is transmitted through the indentation, ie the area where the indentation element is in contact with the surface of the specimen. The voltage curve shown in FIG. 2 is then reversed. In this case, instead of measuring the length of time Δt during which the light is intensified, the length of time Δt' during which the light is weakened is measured. In this case, the area A of the depression can be found from the equation A=b y v x Σ(Δt') instead of equation (1). This measurement method can also be applied to black opaque objects such as graphite and black opaque plastics.

全反射くぼみつけ要素たとえば120゜のダイヤ
モンド円錐も金属の硬さ試験に用いることができ
る。これが可能となる理由は、ほとんど全ての金
属が入射光の一部だけを反射することである。鏡
面仕上げをした鋼板の表面は600nmの波長範囲の
光の59%を反射し、300nmの波長範囲の光(紫外
線)を45%反射する。そのような全反射くぼみつ
け要素を鋼鉄の表面の中へ押し込むと、(ダイヤ
モンドと空気との境界面における全反射に起因す
る)明るい周縁部と、(ダイヤモンドと鋼鉄との
境界面における鏡面反射に起因する)比較的暗い
中央部分とが見られる。この場合には光の散乱が
生じないから測定条件は特に良好である。
Totally reflective dimpled elements, such as 120° diamond cones, can also be used for hardness testing of metals. This is possible because almost all metals reflect only a portion of the incident light. The mirror-finished steel surface reflects 59% of light in the 600nm wavelength range and 45% of light (ultraviolet radiation) in the 300nm wavelength range. Pushing such a totally reflective dimple element into the steel surface results in a bright edge (due to total internal reflection at the diamond-air interface) and a specular reflection at the diamond-steel interface. A relatively dark central area (due to the glaucoma) can be seen. In this case, the measurement conditions are particularly good because no light scattering occurs.

これと匹敵する光反射条件が120゜ダイヤモン
ド円錐を用いて半透明または不透明なプラスチツ
クを試験する時に存在する。
Comparable light reflection conditions exist when testing translucent or opaque plastics using a 120° diamond cone.

第6図に示す例を改めたもので測定を行うと有
利な場合がある。その改めた例は図示していな
い。その改めた例は頂角が136゜のダイヤモンド
製のくぼみつけ要素を用いる。そうすると()
式によつてガラス物体45の屈折率n45>1.744が
得られる。物体45を作るのに適当な材料はn=
1.923のけい酸ジルコニウム(ZrO2SiO3)であ
る。けれども、屈折率の差が更に大きいために、
光線A12は比較的小さな入射角で鏡面46へ入射
する。したがつて、感光層42は物体45の外面
でなくて下面にとりつけることができる。更に、
この場合には試験片の表面Mから反射された光線
A13は筒形部材41の穴へ戻らず物体45の下面
のどこかでくぼみつけ要素48から出るまでにく
ぼみつけ要素48の中で多重反射させられる。
It may be advantageous to carry out measurements with a modification of the example shown in FIG. The revised example is not shown. The modified example uses a diamond indentation element with an apex angle of 136°. Then ()
The formula gives the refractive index n 45 >1.744 of the glass object 45. The material suitable for making the object 45 is n=
1.923 zirconium silicate (ZrO 2 SiO 3 ). However, because the difference in refractive index is even larger,
Ray A 12 is incident on mirror surface 46 at a relatively small angle of incidence. Therefore, the photosensitive layer 42 can be attached to the bottom surface of the object 45 rather than the outer surface. Furthermore,
In this case, the light ray reflected from the surface M of the test piece
A 13 is subjected to multiple reflections within the dimple element 48 before it returns to the hole in the tubular member 41 and exits the dimple element 48 somewhere on the underside of the object 45 .

第7,8,10図はくぼみの面積を測定するた
めの本発明の完全な実施例を示すもので、技術的
観点から見て特に好適なようである走査装置を強
調してある。この実施例では、互いに直角な2つ
の方向へ偏向させられる光ビームはその横方向へ
動く距離をくぼみの直径の大きさ程度に制限され
る。1mm2程度の面積のくぼみを測定するために作
られた試験装置には約4mm2の走査面積を取扱うの
に適する。走査面積をそのように小さくすること
によつて直線性の問題は実際上なくなる。それと
同時に、機械−光学的な走査機構によつて、光ビ
ームは平行移動させられる。これによつて、回転
鏡走査機構を利用する走査装置で生ずることがあ
る、数値測定に入る角度誤差が避けられる。
7, 8 and 10 show a complete embodiment of the invention for measuring the area of a depression, highlighting a scanning device which seems particularly suitable from a technical point of view. In this embodiment, a light beam deflected in two mutually perpendicular directions is limited in its lateral movement distance to the order of the diameter of the depression. A test device designed to measure depressions with an area of about 1 mm 2 is suitable for handling a scanning area of about 4 mm 2 . By reducing the scan area to such a small size, linearity problems are virtually eliminated. At the same time, the light beam is translated by a mechanical-optical scanning mechanism. This avoids angular errors entering the numerical measurements that can occur with scanning devices that utilize rotating mirror scanning mechanisms.

第7図と第8図は光ビームを偏向させるための
機械−光学的走査装置の主要な部品を示す。この
走査装置は細くてわずかに収束する光ビームAを
発生するレーザのような光源52を有する。モー
タ53の軸の一端はガラス板54に直接連結さ
れ、他方の端部は減速歯車55,56,57を介
して第2のガラス板58に連結される。互いに直
角な回転軸を有する2枚のガラス板54,58は
1台の同じモータによつて回転させられるから、
それらのガラス板の回転速度比は一定である。減
速歯車55,56,57のために第2のガラス板
58の回転速度は第1のガラス板54の回転速度
よりはるかに低い。以上説明した部品はフレーム
59に固定される。このフレームの底はストツプ
51に接触し、ストツプ51の穴Fによつて走査
領域の広さが制限される。
7 and 8 show the main components of a mechanical-optical scanning device for deflecting a light beam. The scanning device has a light source 52, such as a laser, which produces a narrow, slightly convergent light beam A. One end of the shaft of the motor 53 is directly connected to a glass plate 54, and the other end is connected to a second glass plate 58 via reduction gears 55, 56, 57. Since the two glass plates 54 and 58 having rotation axes perpendicular to each other are rotated by one and the same motor,
The rotational speed ratio of the glass plates is constant. Due to the reduction gears 55, 56, 57, the rotational speed of the second glass plate 58 is much lower than the rotational speed of the first glass plate 54. The parts described above are fixed to the frame 59. The bottom of this frame contacts the stop 51, and the hole F in the stop 51 limits the scanning area.

光源52から発生された光ビームAは2枚のガ
ラス板54,58と、ストツプ51の穴Fとを通
つて、くぼみEを含む試験片Mに入射する。スト
ツプ51と試験片の表面Mとの間には筒形部材
1,11,21または41が設けられる。それら
の筒形部材には感光層と、反射された光線を偏光
させるための光学素子とが設けられる。光検出器
と電子装置との間の接続は第7,8図には示して
いない。
A light beam A generated from a light source 52 passes through two glass plates 54 and 58 and a hole F in a stop 51, and enters a test piece M including a depression E. A cylindrical member 1, 11, 21 or 41 is provided between the stop 51 and the surface M of the specimen. The cylindrical members are provided with a photosensitive layer and an optical element for polarizing the reflected light beam. The connections between the photodetector and the electronics are not shown in FIGS.

面平行なガラス板によつて光線は次式で与えら
れる値だけ偏向させられる。
A plane-parallel glass plate deflects the light beam by a value given by:

ここに、npはガラス板の屈折率、φは入射角
に等しい回転角、tpはガラス板の厚さである。
()式からa=0の時の偏向速度が得られる。
Here, n p is the refractive index of the glass plate, φ is the rotation angle equal to the angle of incidence, and t p is the thickness of the glass plate.
The deflection speed when a=0 can be obtained from equation ().

x(y)=(1−1/np1(2))2πn1(2)tp1(2)(
) ここに、n1は回転速度(rpm)、np1は屈折
率、tp1は第1のガラス板すなわちビームをX方
向へ偏向させる要素の厚さである。ガラス板が厚
くなれば、そしてその屈折率が高くなれば、第7
図に示されている走査領域Fにより決定される与
えられた偏向距離aFに対する直線性の要求が満
される。
V x(y) = (1-1/n p1 (2))2πn 1 (2)t p1 (2)(
) where n 1 is the rotational speed (rpm), n p1 is the refractive index, and t p1 is the thickness of the first glass plate, ie, the element that deflects the beam in the X direction. The thicker the glass plate and the higher its refractive index, the seventh
The linearity requirement is met for a given deflection distance a F determined by the scanning area F shown in the figure.

2枚のガラス板54,58は走査領域Fの広さ
により定められた限度内で直線偏向ax(t)と
y(t)を行う。一定の回転速度n1≫n2のため
に一定の偏向速度vx,vyも得られる。2枚のガ
ラス板54,58が自転させられている時は、光
ビームAにより試験片の表面Mに発生させられた
光点はくぼみEを含む走査領域Fを横切る。その
結果、測定装置に組込まれている光検出器によつ
て第2図に示す波形の電圧E(t)を発生する。
The two glass plates 54, 58 perform linear deflections a x (t) and a y (t) within the limits determined by the width of the scanning area F. Due to constant rotational speed n 1 >>n 2 constant deflection speeds v x , v y are also obtained. When the two glass plates 54, 58 are rotated, a light spot generated on the surface M of the specimen by the light beam A traverses the scanning area F including the depression E. As a result, a photodetector built into the measuring device generates a voltage E(t) having the waveform shown in FIG.

第9図は電圧E(t)を測定するための電子装
置の回路構成の一例を示す。電圧Eはゲート回路
61を制御する。このゲート回路は計数回路68
に結合される。感光素子、たとえばホトセルとそ
の補助回路によつて発生された電圧E(t)は増
幅されてから、しきい値電圧ESを設定するため
の要素を有するトリガ回路64へ与えられる。E
(t)>ESである限りはゲート回路61は開かれ
て、パルス発生器67から発生された周波数が
zであるパルスを通過させる。ゲート回路61を
通過するパルスの数はN=zdとなる。このt
dはゲート回路61が開かれていた時間で、td
Σ(△t)である。したがつてNはくぼみの面積
Aに比例することになる。
FIG. 9 shows an example of a circuit configuration of an electronic device for measuring voltage E(t). Voltage E controls gate circuit 61. This gate circuit is a counting circuit 68
is combined with The voltage E(t) generated by a photosensitive element, e.g. a photocell and its auxiliary circuitry, is amplified and then applied to a trigger circuit 64 having elements for setting a threshold voltage E S . E
As long as (t)> ES , the gate circuit 61 is open and the frequency generated from the pulse generator 67 is
Pass a pulse that is z . The number of pulses passing through the gate circuit 61 is N= ztd . This t
d is the time that the gate circuit 61 is open, and t d =
Σ(Δt). Therefore, N is proportional to the area A of the depression.

周波数がzのパルスは次のようにして発生さ
れる。主周波数g=μ1n1の信号が発生されるよ
うにモータ53(第7,8図)が発電機65を回
転速度n1で駆動する。発電機65から発生された
信号は倍率がμの周波数逓倍器66へ与えられ
る。最後に、周波数がμ gの信号がパルス整
形回路網67へ与えられる。そうすると、パルス
整形回路網67の出力は周波数がz=μ g
μμ2n1=mn1の一連の短いパルスより成る。
それらのパルスはゲート61を通つて計数回路6
8へ与えられる。Nが計数されたパルスの数に等
しいものとすると、くぼみの対応する面積はA=
kNとなる。この面積は読出し装置69によつて
表示される。くぼみの面積Aを求める式中の係数
kが10のべきに等しいように第9図に示す電子装
置を構成するとよい。小型コンピユータ回路70
を付加することによつて、希望のかたさの値を直
接に指示したり、その値をプリントアウトでき
る。
A pulse of frequency z is generated as follows. A motor 53 (FIGS. 7 and 8) drives a generator 65 at a rotational speed n 1 so that a signal with a main frequency g = μ 1 n 1 is generated. The signal generated by the generator 65 is applied to a frequency multiplier 66 with a multiplication factor of μ2 . Finally, a signal of frequency μ 2 g is applied to pulse shaping circuitry 67 . Then, the output of the pulse shaping network 67 has a frequency z = μ 2 g =
It consists of a series of short pulses μ 1 μ 2 n 1 =mn 1 .
These pulses pass through a gate 61 to a counting circuit 6
given to 8. If N is equal to the number of pulses counted, the corresponding area of the indentation is A=
kN. This area is displayed by the readout device 69. It is preferable to configure the electronic device shown in FIG. 9 so that the coefficient k in the formula for determining the area A of the depression is equal to a power of 10. small computer circuit 70
By adding , you can directly specify the desired hardness value or print out the value.

くぼみの面積Aを求める式()と、偏向速度
x,vyを求める式()および走査線の幅を表
す式by=vy/p1n1とを組合わせることによつて
くぼみの面積Aを求めることができる。なお、走
査線の幅byを表す式において、p1は光ビームを
X方向へ偏向させるために用いられる回転ガラス
体54の平らな面の数である。第7,8図に示す
実施例ではp1=2である。平面平行なガラス板の
代りに六角プリズムを用いた場合にはp1=6であ
る。数p1はガラス体54の1回転中にX方向の走
査が何回行われるかも示す。ここで、vx,vy
一定、n1≫n2と仮定すると、td=N/zz
mn1であるから次のようにしてくぼみの面積Aを
求めることができる。
By combining the formula ( ) for calculating the area A of the recess, the formula () for calculating the deflection speed v The area A of can be found. Note that in the equation representing the width b y of the scanning line, p 1 is the number of flat surfaces of the rotating glass body 54 used to deflect the light beam in the X direction. In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, p 1 =2. When a hexagonal prism is used instead of a plane-parallel glass plate, p 1 =6. The number p 1 also indicates how many times the scanning in the X direction is performed during one rotation of the glass body 54. Here, v x , v y =
Assuming constant, n 1 ≫ n 2 , t d = N/ z , z =
Since mn is 1 , the area A of the depression can be found as follows.

A=v/mn・N =4π/pnm(1−1/np1) (1−1/np2)tp1p2N=kN ガラス板の厚さtp1,tp2は不変で、正確に測
定できること、ガラス板に用いられているガラス
の屈折率np1,np2は既知であつて変えることが
できないこと、歯車が用いられる場合には回転速
度比n2/n1は固定されること、面の数p1は固定さ
れた数であること、周波数の増倍係数mも不変で
あることに注意すべきである。この周波数増倍係
数mは2のべきである。したがつて、前記したよ
うにくぼみの面積A=kNと書くことができる。
この係数kは計算可能な不変数である。
A=v x b y /mn 1・N =4π 2 n 2 /p 1 nm 1 (1-1/n p1 ) (1-1/n p2 )t p1 t p2 N=kN Thickness t of glass plate p1 and t p2 are unchangeable and can be measured accurately, the refractive indices n p1 and n p2 of the glass used in the glass plate are known and cannot be changed, and if gears are used, the rotational speed ratio It should be noted that n 2 /n 1 is fixed, the number of surfaces p 1 is a fixed number, and the frequency multiplication factor m is also unchanged. This frequency multiplication factor m is a power of two. Therefore, as mentioned above, the area of the depression can be written as A=kN.
This coefficient k is a computable invariable.

第9図に示す電子装置にはオツシロスコープ7
1が組合わされている。このオツシロスコープは
くぼみの形を表示するもので、その形から試験片
の性質についていくつかの結論を出すことができ
る。
The electronic device shown in Figure 9 includes an oscilloscope 7.
1 are combined. This oscilloscope displays the shape of the indentation, which allows us to draw some conclusions about the properties of the specimen.

第9図に示されている電子装置には更に1つの
変数が残されている。この変数はトリガしきい値
電圧ESである。試験片の表面から散乱させられ
た光によりひき起される残留電圧をFrとする
と、平均電圧は1/2(Er+Enax)に等しくなる。
One additional variable remains in the electronic device shown in FIG. This variable is the trigger threshold voltage E S . If the residual voltage caused by the light scattered from the surface of the specimen is F r , then the average voltage is equal to 1/2 (E r +E nax ).

トリガしきい値電圧ESがこの平均電圧に常にほ
ぼ等しいようにESを電子装置により自動的に調
節することが可能である。これは「電子的補間」
と呼ばれる。このようにして、電圧E(t)カー
ブの有限なこう配によりひき起される不確定性は
大幅になくされる。くぼみに照射される光点の直
径が有限であることと、くぼみの縁部の曲率が有
限であるために、E(t)カーブの立上りと立下
りの角度が90度以下であることが第2図からわか
るであろう。
It is possible to automatically adjust E S by electronics so that the trigger threshold voltage E S is always approximately equal to this average voltage. This is "electronic interpolation"
It is called. In this way, the uncertainty caused by the finite slope of the voltage E(t) curve is largely eliminated. Because the diameter of the light spot irradiated on the depression is finite and the curvature of the edge of the depression is finite, it is important that the rising and falling angles of the E(t) curve are less than 90 degrees. This can be seen from Figure 2.

最後に、荷重をかけられている状態のくぼみの
直径を測定するための簡単な実施例を第10図に
示す。試験荷重Pが円筒形部材80にかけられ
る。この円筒部材の円筒壁81は、試験片の表面
Mに接触しているくぼみつけ要素88を保持する
板で終端する。光源(レーザ)82が円筒部材8
0の内側に設けられる。この光源はマイクロメー
タねじ84によつてX方向へ移動させることがで
きる。光源82から発生された光ビームAはくぼ
みつけ要素88を通つて試験片の表面Mに達す
る。光源82がX方向へ動かされても光ビームA
がくぼみつけ要素88の頂点を通るように光ビー
ムの向きを制御することによつて、光ビームAは
くぼみつけ要素88の中心を通らされる。
Finally, a simple example for measuring the diameter of a recess under load is shown in FIG. A test load P is applied to the cylindrical member 80. The cylindrical wall 81 of this cylindrical member terminates in a plate carrying an indentation element 88 in contact with the surface M of the specimen. A light source (laser) 82 is a cylindrical member 8
It is provided inside 0. This light source can be moved in the X direction by means of a micrometer screw 84. A light beam A generated from a light source 82 passes through an indentation element 88 to a surface M of the specimen. Even if the light source 82 is moved in the X direction, the light beam A
Light beam A is directed through the center of recessed element 88 by controlling the direction of the light beam so that it passes through the apex of recessed element 88 .

くぼみから反射された光は、第6図を参照して
説明したのと同様にして感光層(図示せず)へ入
射する。その結果として発生された電圧E(x)
は増幅されてから電圧計85へ与えられる。電圧
計に加えて、または電圧計の代りにXYレコーダ
を用いることができる。E(x)カーブの形は第
2図aの左側に示されているのと同じである。
Light reflected from the depressions is incident on the photosensitive layer (not shown) in the same manner as described with reference to FIG. The resulting voltage E(x)
is amplified and then applied to the voltmeter 85. An XY recorder can be used in addition to or instead of a voltmeter. The shape of the E(x) curve is the same as shown on the left side of Figure 2a.

この測定目的のためにどのような種類のマイク
ロメータを利用するかは選択の問題である。この
測定装置はその最も簡単な構造では標準的なネジ
式のマイクロメータが用いられる。より複雑で高
価な装置の場合にはデジタル読取装置が組合わさ
れたモータ駆動マイクロメータが用いられる。
It is a matter of choice what type of micrometer is utilized for this measurement purpose. In its simplest construction, this measuring device uses a standard screw-type micrometer. For more complex and expensive devices, a motor-driven micrometer combined with a digital reader is used.

第10図に示す装置の変形例では光源を固定す
ることができる。その場合には光ビームは回転で
きる平面平行なガラス板によつて偏向させられ
る。そのガラス板の回転軸には透明なドラムがと
りつけられる。そのドラムの面には光学格子線が
設けられる。その格子線と同じ線間隔で作られた
固定光学格子がガラスドラムの外側に設けられ
る。固定光源から発生された光ビームはそれらの
光学格子を通つて送られる。送られた光ビームは
ホトセルによつて受けられる。このホトセルは増
幅器とトリガ回路およびパルスカウンタを含む電
子装置に接続される。ドラムが回転させられる
と、光ビームの偏向距離△xに比例する数のパル
スが発生される。ドラムは手で回すことができ、
前記したようにE(x)カーブにより与えられる
範囲内でパルスの数をかぞえることによつて、く
ぼみの直径を非常に正確に決定することが可能と
なる。
In a variant of the device shown in FIG. 10, the light source can be fixed. In that case the light beam is deflected by a rotatable plane-parallel glass plate. A transparent drum is attached to the rotating shaft of the glass plate. The surface of the drum is provided with optical grating lines. A fixed optical grating made with the same line spacing as the grating lines is provided on the outside of the glass drum. Light beams generated from fixed light sources are directed through these optical gratings. The transmitted light beam is received by a photocell. The photocell is connected to electronic equipment including an amplifier and trigger circuit and pulse counter. As the drum is rotated, a number of pulses is generated that is proportional to the deflection distance Δx of the light beam. The drum can be turned by hand,
By counting the number of pulses within the range given by the E(x) curve as described above, it is possible to determine the diameter of the depression very precisely.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はくぼみの面積を測定する本発明の方法
の第1の実施例を実施する測定装置の部品が試験
片の表面上に置かれている状態の縦断面図、第2
図はホトセルの出力電圧を時間の関数として示す
波形図、第3図はくぼみの面積を測定する本発明
の方法の第2の実施例を実施する装置の部品の第
1図と同様な図、第4図は本発明の方法の第3の
実施例を実施する装置の部品の第1図と同様な
図、第5図はくぼみの面積を測定する装置のうち
反射光がホトセルへ到達できる角度を制限する環
状の光学部品を示す縦断面図、第6図は本発明の
方法の第4の実施例を実施する装置の部品を示す
第1図と同様な図、第7図は硬さ試験器によつて
つけられたくぼみの面積を測定するのに有用な装
置の機械−光学部(走査機構)の略図、第8図は
第7図に示されている走査機構の一部を示す略
図、第9図は電子部を含む測定装置の全体を示す
概略ブロツク図、第10図はくぼみの直径の測定
に応用できる装置の一実施例の一部の縦断面図で
ある。 1,11,21……筒形部材、2,12,2
2,32,43……感光層、13,23,33…
…光拡散層、45……透明物体、48,88……
くぼみつけ要素、50……モータ、52,82…
…光源、54,58……ガラス板、61……ゲー
ト回路、64……トリガ回路、65……発電機、
66……周波逓倍器、67……パルス発生器、6
8……計数回路、69……読出し装置。
1 is a longitudinal sectional view of the measuring device for carrying out a first embodiment of the method of the invention for measuring the area of a depression, with parts of the measuring device placed on the surface of a test piece; FIG.
FIG. 3 is a waveform diagram showing the output voltage of the photocell as a function of time; FIG. 3 is a diagram similar to FIG. FIG. 4 is a view similar to FIG. 1 of parts of an apparatus for carrying out the third embodiment of the method of the present invention, and FIG. 5 is an angle at which reflected light can reach the photocell in an apparatus for measuring the area of a depression. FIG. 6 is a view similar to FIG. 1 showing parts of an apparatus for carrying out a fourth embodiment of the method of the invention; FIG. 7 is a hardness test 8 is a schematic diagram of the mechano-optical part (scanning mechanism) of an apparatus useful for measuring the area of a depression made by a device; FIG. 8 is a schematic diagram showing a portion of the scanning mechanism shown in FIG. 7; , FIG. 9 is a schematic block diagram showing the entire measuring device including the electronic part, and FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a part of an embodiment of the device applicable to measuring the diameter of a recess. 1, 11, 21... Cylindrical member, 2, 12, 2
2, 32, 43... photosensitive layer, 13, 23, 33...
...Light diffusion layer, 45...Transparent object, 48,88...
Recessing element, 50... Motor, 52, 82...
...Light source, 54, 58... Glass plate, 61... Gate circuit, 64... Trigger circuit, 65... Generator,
66...Frequency multiplier, 67...Pulse generator, 6
8...Counting circuit, 69...Reading device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 固体表面上にくぼみつけ要素により形成の硬
度試験用くぼみの大きさを測定する方法であつ
て、前記くぼみの直径に較べて小さい直径を有す
る収束した光ビームを前記固体表面にそれに直角
な方向に投射する工程と、この光ビームを少なく
とも一度は前記くぼみを横断する大きさだけ少な
くとも一方向に向つて、横に平行移動させる工程
と、投射される前記光ビームの方向に対し角度を
なす方向へと前記くぼみから反射される反射光に
ついてその強度を測定する工程と、前記くぼみの
縁部を前記光ビームが横切る時に生ずる反射光の
強さの変化を利用して前記光ビームの横方向移動
径路の始点、終点を記録する工程からなり、この
二点間の距離は前記くぼみの二つの縁部間の距離
に対応し、これによつて前記移動径路の長さが決
定されることを特徴とする硬度試験用くぼみの大
きさを測定する方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
前記光ビームは一定速度で移動され、前記二点間
の距離に対応する時間を計測し、この時間の総計
が決定されることを特徴とする方法。 3 固体表面上に透明なくぼみつけ要素により形
成の硬度試験用くぼみの大きさを測定する方法で
あつて、前記透明なくぼみつけ要素への加重を継
続する工程と、前記くぼみの直径に較べて小さい
直径を有する収束した光ビームを前記固体表面に
それに直角な方向に前記透明なくぼみつけ要素を
通して投射する工程と、この光ビームを少なくと
も一度は前記くぼみを横断する大きさだけ少なく
とも一方向に向つて、横に平行移動させる工程
と、投射される前記光ビームの方向に対し角度を
なす方向へと前記くぼみから反射される反射光に
ついてその強度を測定する工程と、前記くぼみの
縁部を前記光ビームが横切る時に生ずる反射光の
強さの変化を利用して前記光ビームの横方向移動
径路の始点、終点を記録する工程からなり、この
二点間の距離は前記くぼみの二つの縁部間の距離
に対応し、これによつて前記移動径路の長さが決
定されることを特徴とする硬度試験用くぼみの大
きさを測定する方法。 4 固体表面上にくぼみつけ要素により形成の硬
度試験用くぼみの大きさを測定する装置であつ
て、光ビームを発生する光源52と、前記光ビー
ムが被測定の固体表面Mに直角に入射するように
焦点および方向を合せるための装置と、前記光ビ
ームの進行方向に直角な平面内で前記光ビームを
偏向させるための偏向装置54,58と、前記く
ぼみの表面で反射される反射光のみを主に受ける
ように構成されていて受けた光の強度を測るため
の光検出装置2,12,22,32と、この光検
出装置内の感光素子62からの信号を増幅する増
幅器63と、調整可能なしきい電圧レベルES
もつトリガ回路64にして、パルス生成回路67
からのパルスの流れについて前記増幅器63から
の増幅された信号に応動して前記パルスの流れの
通過許容又は通過阻止の機能を果すゲート回路6
1に対す制御を行うトリガ回路64と、前記偏向
装置の偏向動作に同期した駆動をされて信号を生
じる信号発生器65にして、生じる信号に周波数
逓倍器66による逓倍操作を加えて得られる周波
数が前記パルス生成回路67からのパルスに比例
している信号発生器65と、前記ゲート回路61
を通過したパルスを計数する計数回路68とを備
え、前記くぼみに対する走査に対応している、通
過したパルスの総計情報が与えられる、前記くぼ
みの面積の表示用の読出し装置69、または内蔵
の演算装置により算出の硬度数の表示用の読出し
装置70と、前記信号発生器65からの信号に同
期しかつ前記トリガ回路64により輝度が変化さ
せられて前記くぼみに対する走査を可視化する映
像表示管71とに表示が行える硬度試験用くぼみ
の大きさを測定する装置。 5 特許請求の範囲第4項に記載の装置におい
て、筒状に形成された部材を含んでおり、この筒
状部材は被測定面Mに当接させることが可能であ
り、前記光ビームを通すこの筒状部材の内径は被
測定の前記くぼみの最大径よりも大きく形成され
ていて、この筒状部材1,11,21,41,8
1の内部には同軸に設けられた環状部が形成され
この環状部には前記光ビームの通る領域の外側に
配置された感光素子2,12,22,32,42
が含まれていて、この素子は前記増幅器63に結
合されていることを特徴とする装置。 6 特許請求の範囲第5項に記載の装置におい
て、前記感光素子2,12,22,32,42の
受光面には光散乱または光拡散を生ずる拡散層が
設けられていることを特徴とする装置。 7 特許請求の範囲第5項または第6項に記載の
装置において、前記筒状部材21,41はその内
部に光学作用を有する装置25,26,35,4
5,47を有し、感光素子に向う不要の光を偏向
または遮断するようにしたことを特徴とする装
置。 8 特許請求の範囲第4項、第5項、第6項、第
7項に記載の装置において、光ビームは少なくと
も二つの平行平面を有する二つの回転ガラス板5
4,58またはプリズムを横断するように構成さ
れ、この二つの回転ガラス板またはプリズムの各
回転軸は光の進行方向に直角で、かつ相互に直角
をなし、回転は少なくとも一つのモータ53によ
つて与えられ、また、被測定面M上の光スポツト
の動きはダイアフラム51によつて制限されてい
て、光スポツトの一方向の偏向速度はそれに直角
な第2の方向の偏向速度より大きくなつているこ
とを特徴とする装置。 9 固体表面上に透明なくぼみつけ要素により形
成の硬度試験用くぼみの大きさを測定する装置で
あつて、透明な材料製のくぼみつけ要素と、測定
中にこのくぼみつけ要素を介して前記固体表面へ
加重を与える装置と、光ビームを発生する光源5
2と、前記光ビームが被測定の固体表面に直角に
前記くぼみつけ要素を通して入射するように焦点
および方向を合せるための装置と、前記光ビーム
の進行方向に直角な平面内で前記光ビームを偏向
させるための偏向装置54,58と、前記くぼみ
の表面で反射される反射光のみを主に受けるよう
に構成されていて受けた光の強度を測るための光
検出装置42と、この光検出装置内の感光素子6
2からの信号を増幅する増幅器63と、調整可能
なしきい電圧レベルESをもつトリガ回路64に
して、パルス生成回路67からのパルスの流れに
ついて前記増幅器63からの増幅された信号に応
動して前記パルスの流れの通過許容又は通過阻止
の機能を果すゲート回路61に対す制御を行うト
リガ回路64と、前記偏向装置の偏向動作に同期
した駆動をされて信号を生じる信号発生器65に
して、生じる信号に周波数逓倍器66による逓倍
操作を加えて得られる周波数が前記パルス生成回
路67からのパルスに比例している信号発生器6
5と、前記ゲート回路61を通過したパルスを計
数する計数回路68とを備え、前記くぼみに対す
る走査に対応している、通過したパルスの総計情
報が与えられる、前記くぼみの面積の表示用の読
出し装置69、または内蔵の演算装置により算出
の硬度数の表示用の読出し装置70と、前記信号
発生器65からの信号に同期しかつ前記トリガ回
路64により輝度が変化させられて前記くぼみに
対する走査を可視化する映像表示管71とに表示
が行える硬度試験用くぼみの大きさを測定する装
置。 10 特許請求の範囲第9項に記載の装置におい
て、前記くぼみつけ要素は透明な筒状光通過体4
4と接していて、光ビームはその光通過体を通過
することができ、かつ試験加重は光通過体44の
上面に当接した押棒を介して与えられることを特
徴とする装置。 11 特許請求の範囲第9項または第10項に記
載の装置において、ビームは少なくとも二つの平
行平面を有する二つの回転ガラス板54,58ま
たはプリズムを横断するように構成され、この二
つの回転ガラス板またはプリズムの各回転軸は光
の進行方向に直角で、かつ相互に直角をなし、回
転は少なくとも一つのモータ53によつて与えら
れ、また、被測定面M上の光スポツトの動きはダ
イアフラム51によつて制限されていて、光スポ
ツトの一方向の偏向速度はそれに直角な第2の方
向の偏向速度より大きくなつていることを特徴と
する装置。
[Claims] 1. A method for measuring the size of a hardness testing depression formed by an indentation element on a solid surface, the method comprising: directing a focused light beam having a diameter smaller than the diameter of the depression into the solid surface; projecting onto a surface in a direction perpendicular thereto; translating the light beam laterally in at least one direction by an amount that traverses the recess at least once; and the direction of the projected light beam. measuring the intensity of reflected light reflected from the recess in a direction at an angle to the recess, and utilizing changes in the intensity of the reflected light that occur when the light beam crosses the edge of the recess; It consists of recording the start and end points of the lateral travel path of the light beam, the distance between these two points corresponding to the distance between the two edges of the recess, thereby determining the length of the travel path. A method for measuring the size of a hardness test indentation, characterized in that: 2. In the method described in claim 1,
A method characterized in that the light beam is moved at a constant speed, the time corresponding to the distance between the two points is measured, and the sum of this time is determined. 3. A method for measuring the size of a hardness test depression formed by a transparent indentation element on a solid surface, the method comprising: continuing to apply a load to the transparent indentation element; and comparing the diameter of the indentation. projecting a focused light beam having a small diameter through the transparent indentation element in a direction perpendicular thereto to the solid surface; and directing the light beam in at least one direction by an amount that traverses the indentation at least once. measuring the intensity of reflected light reflected from the recess in a direction at an angle to the direction of the projected light beam; The process consists of recording the start and end points of the lateral movement path of the light beam by using changes in the intensity of reflected light that occur when the light beam crosses, and the distance between these two points is determined by the distance between the two edges of the recess. A method for measuring the size of a hardness test indentation, characterized in that the length of the travel path is determined by the distance between the indentations. 4. A device for measuring the size of a hardness test depression formed by an indentation element on a solid surface, comprising a light source 52 that generates a light beam, and the light beam is incident at right angles to the solid surface M to be measured. a device for focusing and directing the light beam, a deflection device 54, 58 for deflecting the light beam in a plane perpendicular to the direction of travel of the light beam, and only the reflected light reflected by the surface of the recess. a photodetecting device 2, 12, 22, 32 configured to mainly receive the light and measuring the intensity of the received light; and an amplifier 63 that amplifies the signal from the photosensitive element 62 in this photodetecting device. A trigger circuit 64 with an adjustable threshold voltage level E S and a pulse generation circuit 67
a gate circuit 6 which performs the function of allowing or blocking passage of the pulse flow in response to the amplified signal from the amplifier 63;
1, and a signal generator 65 that is driven in synchronization with the deflection operation of the deflection device and generates a signal, and a frequency multiplier 66 multiplies the generated signal to obtain a frequency. is proportional to the pulse from the pulse generation circuit 67, and the gate circuit 61.
a counting circuit 68 for counting the pulses that have passed through the recess, and a readout device 69 for displaying the area of the recess, which corresponds to the scanning of the recess, and is given information on the total number of pulses that have passed, or a built-in calculation device; a reading device 70 for displaying the hardness number calculated by the device; and a video display tube 71 synchronized with the signal from the signal generator 65 and whose brightness is changed by the trigger circuit 64 to visualize the scanning of the depression. A device that measures the size of indentations for hardness testing. 5. The apparatus according to claim 4, which includes a cylindrical member, which can be brought into contact with the surface to be measured M, and which allows the light beam to pass through. The inner diameter of this cylindrical member is larger than the maximum diameter of the recess to be measured, and the cylindrical member 1, 11, 21, 41, 8
A coaxial annular portion is formed inside the photosensitive element 1, and the photosensitive elements 2, 12, 22, 32, 42 are disposed outside the area through which the light beam passes through the annular portion.
, which element is coupled to said amplifier 63. 6. The device according to claim 5, characterized in that the light-receiving surfaces of the photosensitive elements 2, 12, 22, 32, and 42 are provided with a diffusion layer that causes light scattering or light diffusion. Device. 7. In the device according to claim 5 or 6, the cylindrical member 21, 41 has an optical function inside the device 25, 26, 35, 4.
5, 47, and is adapted to deflect or block unnecessary light directed toward the photosensitive element. 8. In the device according to claims 4, 5, 6 and 7, the light beam passes through two rotating glass plates 5 having at least two parallel planes.
4, 58 or a prism, the rotational axes of the two rotating glass plates or prisms are perpendicular to the direction of propagation of the light and perpendicular to each other, and the rotation is caused by at least one motor 53. Furthermore, the movement of the light spot on the surface to be measured M is restricted by the diaphragm 51, and the deflection speed of the light spot in one direction is greater than the deflection speed in the second direction perpendicular to it. A device characterized by: 9 A device for measuring the size of a hardness test depression formed by a transparent indentation element on the surface of a solid, the indentation element being made of a transparent material and the indentation element through the indentation element during the measurement. A device that applies weight to the surface and a light source 5 that generates a light beam
2; a device for focusing and directing the light beam so that it is incident through the indentation element at right angles to the solid surface to be measured; and a device for focusing and directing the light beam in a plane perpendicular to the direction of travel of the light beam. Deflection devices 54 and 58 for deflecting, a photodetector 42 configured to mainly receive only the reflected light reflected on the surface of the recess and for measuring the intensity of the received light, and this photodetector. Photosensitive element 6 in the device
2 and a trigger circuit 64 with an adjustable threshold voltage level E S in response to the amplified signal from said amplifier 63 for the flow of pulses from a pulse generating circuit 67. a trigger circuit 64 that controls the gate circuit 61 that functions to allow or block the passage of the pulse flow; and a signal generator 65 that generates a signal by being driven in synchronization with the deflection operation of the deflection device. A signal generator 6 whose frequency obtained by multiplying the generated signal by a frequency multiplier 66 is proportional to the pulse from the pulse generation circuit 67.
5 and a counting circuit 68 for counting the pulses that have passed through the gate circuit 61, the readout for displaying the area of the recess, which is provided with information on the total number of pulses that have passed, corresponding to the scanning of the recess. A device 69 or a readout device 70 for displaying the hardness number calculated by a built-in arithmetic device, and a reading device 70 for displaying the hardness number calculated by the built-in arithmetic device, and the brightness is changed by the trigger circuit 64 in synchronization with the signal from the signal generator 65 to scan the recess. A device for measuring the size of a depression for hardness testing that can be displayed on a visual display tube 71. 10. The device according to claim 9, wherein the recessing element is a transparent cylindrical light-transmitting body 4.
4, the light beam can pass through the light passage, and the test load is applied via a push rod abutting the upper surface of the light passage. 11. In the device according to claim 9 or 10, the beam is configured to traverse two rotating glass plates 54, 58 or prisms having at least two parallel planes, the two rotating glass plates 54, 58 or prisms having at least two parallel planes. The rotational axes of the plates or prisms are perpendicular to the direction of propagation of the light and perpendicular to each other, the rotation is provided by at least one motor 53, and the movement of the light spot on the surface to be measured M is controlled by the diaphragm. 51, characterized in that the speed of deflection of the light spot in one direction is greater than the speed of deflection in a second direction perpendicular thereto.
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