JPS6310379B2 - - Google Patents

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JPS6310379B2
JPS6310379B2 JP58080632A JP8063283A JPS6310379B2 JP S6310379 B2 JPS6310379 B2 JP S6310379B2 JP 58080632 A JP58080632 A JP 58080632A JP 8063283 A JP8063283 A JP 8063283A JP S6310379 B2 JPS6310379 B2 JP S6310379B2
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JP
Japan
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hardness
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indenter
digital image
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Application number
JP58080632A
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English (en)
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JPS59204741A (ja
Inventor
Osamu Furukimi
Makoto Imanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP8063283A priority Critical patent/JPS59204741A/ja
Publication of JPS59204741A publication Critical patent/JPS59204741A/ja
Publication of JPS6310379B2 publication Critical patent/JPS6310379B2/ja
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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
    • G01N3/42Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、硬度の自動測定装置に係り、特に、
ビツカース硬度、ブリネル硬度の如く、試験片の
表面を圧子で押付けて圧痕を形成し、この圧痕の
表面積と圧子の押付荷重とから硬度値を換算する
型式の、硬度を自動的に測定する装置に関する。
ビツカース硬度やブリネル硬度は、手軽に測定
できる特性として金属材料の機械的性質の判定に
非常に多く用いられている。例えばビツカース硬
度は、対面角136゜のダイヤモンド製の四角錐から
成る圧子を試験片の表面に押付け、この押付荷重
を、押付けてできた圧痕の表面積で割つた値とす
るとされている。この測定の為には、所定の荷重
で試験片の表面に圧子を押付けて圧痕を形成する
作業、圧痕のサイズを測定する作業、及び測定値
と押付荷重とにより硬度を演算する作業を行う必
要がある。
しかしながら、上記3つの作業のうち圧痕のサ
イズを測定する作業というのは、測定者が顕微鏡
で100倍〜400倍に拡大した圧痕を覗き、視野に入
つた略正方形の圧痕の対角線上にある頂点にカー
ソルを合わせてその間隔を測定するという所謂人
間の目に頼つた極めて手作業的なものであつた。
この為、測定者によつてカーソルの合わせ方に個
人差があることから、一連の試験片の測定につい
ては、同一人が行つて、所謂系統的誤差の1つと
される個人誤差を避ける必要があるなどの不便が
あつた。そして、それでも尚、測定者の疲労や、
一時的な感覚の変動によつて生じる偶然誤差の発
生は避け難かつた。又、このように1個1個を手
作業で測定することにより、1つの硬度値を測定
するのに数分かかり、単位時間当たりの測定数を
多くとれず、非効率的であるという問題点があつ
た。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為
されたものであつて、従来、人間の目によつて1
個ずつ手作業で測定していたものを自動化した装
置を提供し、個人誤差、或いは人間の疲労や不注
意に起因する偶然誤差を排すると共に、単位時間
当りの測定数を飛躍的に高めることをその目的と
している。
本発明は、硬度の自動測定装置に於いて、 所定の荷重で試験片の表面に圧子を押付け、圧
痕を形成可能な試験機と、 該試験機に備えた顕微鏡に接続された撮像機
と、 該撮像機に写し出された圧痕の光学画像情報
を、灰調レベルでアナログ/デジタル変換する
A/D変換部と、 該A/D変換部からの灰調レベルのデジタル画
像信号が急激に変化する点を圧痕の端部として抽
出するデジタル画像処理部と、 該デジタル画像処理部で得られた圧痕端部の位
置から圧痕のサイズを測定する圧痕サイズ測定部
と、 該圧痕サイズ測定部によつて測定された圧痕の
サイズと上記圧子の押付荷重とより、硬度を演
算・出力する硬度演算部と、 を備えることにより、上記目的を達成したもの
である。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
本実施例は、第1図に示す如く、 所定の荷重で試験片10の表面に圧子12を押
付け、圧痕13を形成可能な試験機14と、 該試験機14に備えた顕微鏡16に接続された
撮像機18と、 該撮像機18に写し出された圧痕13の光学画
像情報19を、例えば256の階調の灰調レベルで
アナログ/デジタル変換するA/D変換部20
と、 該A/D変換部20からの灰調レベルのデジタ
ル画像信号22が急激に変化する点を圧痕13の
端部として抽出するデジタル画像処理部26と、 該デジタル画像処理部26で得られた圧痕端部
の位置から圧痕のサイズを測定する圧痕サイズ測
定部28と、 該圧痕サイズ測定部28によつて測定された圧
痕13のサイズと圧子12の押付荷重とにより、
硬度を演算して、プリンタ31等に出力する硬度
演算部30とより主に構成される。
尚、第1図に於いて、11はオートステージ、
15は、撮像機18とオートステージ11とを制
御するコントロールユニツトである。
上記試験機14は、ビツカース、ブリネル等、
求めようとする硬度の種類の応じて定められてい
る圧子12を備え、試験片10の表面に所定の荷
重で圧痕13を形成するものであり、従来と同様
なものが採用できる。
上記撮像機18は、顕微鏡16にて100倍〜400
倍に拡大された圧痕13の像を、第2図の写真に
示す如く2次元的に撮像するもので、ITV(工業
用テレビジヨンカメラ)等が採用できる。尚、第
2図は、ナイタール溶液で腐食した鉄鋼材料に、
ビツカース試験機14で荷重10Kgの圧子12を打
刻したときの圧痕13をモニター上に撮像した原
画像である。
上記A/D変換部20は、撮像機18にて写し
出された圧痕13の光学画像情報19を灰調レベ
ルでアナログ/デジタル変換する。ここで「灰調
レベル」とは、各画素での黒から白へ到る灰色の
明るさを微小段階ごとに数値に置き換え絶対値化
したものを指す。この灰調レベルは、具体的には
黒から白までを、例えば64階調以上、好ましく
は、256階調程度に等分するとよい。これはマト
リツクス組識がエツチングによつて表われている
場合や、傷或いは腐食部が存在する場合に、これ
らと圧痕13とを正しく識別させることを考慮し
たものである。従来ならば測定者が自分の目で正
確にこれらを識別できたのであるが、自動化の際
にはこの対処が必須である。即ち、撮像機18に
写し出された圧痕13の光学画像情報19を、例
えば特開昭52−89368で開示されているように、
単に直接明暗のスレツシユホールドを設定し、2
値化処理した上で明るい(或いは暗い)圧痕部分
を抽出しようとすると、標準試料のようなノイズ
の少ない試験片は問題ないが、第2図のように、
マトリツクス組識や傷、腐食部に於いて圧痕13
と同程度の明るさの部分があると、第3図のよう
に、圧痕13の端部が不明瞭となつてしまうとい
う不都合が生じる。このことはその分が誤差とな
つて測定されるだけでなく、場合によつては第3
図の圧痕13の上部頂点の如く、これが閉じてお
らず測定ができないという事態も生じて来る。従
つて、本発明では、これを防止するために、灰調
レベルでアナログ/デジタル変換し、各画素での
明るさを数値に置き換えたデジタル画像として処
理するものである。
上記デジタル画像処理部26は、こうして灰調
レベルでアナログ/デジタル変換されたデジタル
画像信号22を処理・解析し、得られる灰調レベ
ル曲線26′が急激に変化する点P1,P2を第
4図に示す如く測定軸Aに沿つて探索し圧痕13
の端部として抽出する。第4図Bは同図Aを概略
トレースしたものであるが、同図中の線図の縦軸
が灰調レベル、横軸が位置である。尚、この際、
圧痕13の端部以外の要素、例えばマトリツクス
組識や傷などによる雑音の影響は、圧痕13の端
部を直線近似する等の方法でこれを極力排除する
のが望ましい。具体的には、「急激に変化した」
という識別をより確実ならしめる為に例えば、灰
調レベル曲線26′の変曲点を含む部分の曲線に
接する包絡線を求めたり、同曲線26′をローパ
スフイルタにかけて高周波雑音成分をカツトした
り、或いは同曲線26′の一定区間内の平均変化
率を求めて結果的に雑音成分を平滑化する手法等
が考えられる。尚、この場合、更にもう一歩進め
て、例えば測定軸Aに沿つて5単位間の平均変化
率が10以上であり、且つ、同じく20単位間の平均
変化率が8以上であることをもつて「急激に変化
した」と判断するというようにするなど、試験片
の性質によつて雑音が最も効率的に除去されるよ
うに工夫すると一層良好である。第5図に、急激
に変化した点P1,P2を抽出し、連結したもの
を示す。
上記圧痕サイズ測定部28は、このようにして
求められた、第6図に示すような圧痕13の端部
の位置から圧痕のサイズ、例えばその対角線のサ
イズを測定する。
上記硬度演算部30は、この求められた圧痕1
3のサイズを基に、圧子12の押付荷重を圧痕の
表面積で割り、ビツカース、或いはブリネル硬度
としてプリンタ31等に出力する。尚、このよう
に対角線のサイズを測定した場合のビツカース硬
度Hvは、押付荷重をP、圧痕の表面積をS、圧
痕の対角線の長さをlとすると、次式で求められ
る。
Hv=P/S =2Psin68゜/l2 =1.854P/l2[Kg/mm2] ところで本発明にあつては、圧痕13のサイズ
を測定する場合に、測定軸Aを順に上から下へ移
動させ、圧痕13の全体の端部の位置から、積算
によつて直接的に表面積Sを求めることが可能で
ある。このようにすることにより、従来対角線の
サイズから計算によつて推定せざるを得なかつた
表面積Sを実測できることになり、それだけ信頼
性のある硬度を得ることができる。
尚、約60Kgf/mm2の強度を有する調質鋼につい
て押付荷重10Kgf/mm2の条件で、本発明に係る装
置を用いて20回測定したビツカース硬度と、同じ
く従来の手法で20回測定したビツカース硬度とを
比較したグラフを第7図に示す。同図に示す如く
ばらつきの少ない高信頼性が確認できた。
以上説明して来た如く、本発明によれば、従来
人間の目に頼つて1個1個カーソルを動かして測
定していたものの自動化が可能となり、人的コス
トや緊張労働の低減が図れると共に、単位時間当
たりの測定数を飛躍的に高めることができる。そ
してこの結果、従来避け難かつた個人のカーソル
合わせの不備やくせに伴う個人誤差や、疲労、不
注意に起因する隅然誤差等を排除できるようにな
るものである。更には、撮像機に写し出された圧
痕の光学画像情報を、灰調レベルで処理すること
にしたため、このように自動化したにもかかわら
ず、例えばマトリツクス組識及び傷などの雑音要
素と圧痕の端部との識別のように、単なる2値化
処理では極めて困難な識別でも容易且つ的確に行
うことができ、正確な硬度値を得ることができる
という効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す、一部に装
置の概略正面図を含むブロツク線図、第2図〜第
4図A及び第5図、第6図は、試験片の金属組識
を示す写真で、第2図はナイタール溶液で腐食し
た鉄鋼試験片にビツカース試験機で荷重10Kgの圧
子を押付けたときの圧痕を撮像したもの、第3図
は第2図の撮像を2値化処理したもの、第4図A
は圧痕と試験片の圧調レベルを、測定軸Aに沿つ
て256段階でアナログ/デジタル変換したもの、
同図Bはその概略トレース図、第5図は灰調レベ
ル処理で測定すべき端部を抽出し、連結させたと
きのもの、第6図は抽出された圧痕の全体図、第
7図は、本発明に係る装置を用いてビツカース硬
度を測定したときのばらつきを従来のそれと比較
した分布図である。 10……試験片、12……圧子、13……圧
痕、14……試験機、16……顕微鏡、18……
撮像機、19光学画像情報、20……A/D変換
部、22……デジタル画像信号、26……デジタ
ル画像処理部、28……圧痕サイズ測定部、30
……硬度演算部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の荷重で試験片の表面に圧子を押付け、
    圧痕を形成可能な試験機と、 該試験機に備えた顕微鏡に接続された撮像機
    と、 該撮像機に写し出された圧痕の光学画像情報
    を、灰調レベルでアナログ/デジタル変換する
    A/D変換部と、 該A/D変換部からの灰調レベルのデジタル画
    像信号が急激に変化する点を圧痕の端部として抽
    出するデジタル画像処理部と、 該デジタル画像処理部で得られた圧痕端部の位
    置から圧痕のサイズを測定する圧痕サイズ測定部
    と、 該圧痕サイズ測定部によつて測定された圧痕の
    サイズと上記圧子の押付荷重とより、硬度を演
    算・出力する硬度演算部と、 を備えたことを特徴とする硬度の自動測定装
    置。
JP8063283A 1983-05-09 1983-05-09 硬度の自動測定装置 Granted JPS59204741A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8063283A JPS59204741A (ja) 1983-05-09 1983-05-09 硬度の自動測定装置

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JP8063283A JPS59204741A (ja) 1983-05-09 1983-05-09 硬度の自動測定装置

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JPS59204741A JPS59204741A (ja) 1984-11-20
JPS6310379B2 true JPS6310379B2 (ja) 1988-03-07

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ID=13723734

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JP8063283A Granted JPS59204741A (ja) 1983-05-09 1983-05-09 硬度の自動測定装置

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