TWI777508B - 非接觸式硬度測量方法及非接觸式硬度測量設備 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種非接觸式硬度測量方法及一種非接觸式硬度測量設備。該非接觸式硬度測量方法包含下列步驟：對一待測物的一待測表面進行加工；獲得該待測表面的一金相圖片；確定該金相圖片的一選定區域中的複數個微組織各自的一類型、各該微組織在該選定區域中所佔的一比例及各該微組織的一硬度值；以及將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。

Description

非接觸式硬度測量方法及非接觸式硬度測量設備
本發明係關於硬度測量方法，特別是一種非接觸式硬度測量方法及一種非接觸式硬度測量設備。
對於金屬製品現行的硬度測量多採用凹痕硬度試驗，凹痕硬度試驗的檢測原理是利用硬度較高的檢測頭對測試物表面施加壓力(例如敲擊)，透過施壓後所留下的凹痕深度與凹痕面積來估算測試物的硬度。也因為這樣的檢測原理，凹痕硬度試驗必然會在測試物表面留下凹痕，而且鄰近凹痕的區域會不平整，使得鄰近凹痕的區域不適合再進行另一次的硬度測量。也因為檢測頭需要敲擊測試物表面，所以會耗損檢測頭，在經過一定次數的使用後就需要更換。
再來，為了讓檢測頭可以順利的在測試物表面留下凹痕，檢測頭多是採用鑽石或類鑽石等高硬度材料，使得檢測頭的使用成本高居不下。此外，凹痕硬度試驗對於測試物表面平整度需求就較高，不平整的測試物表面或是測試物表面水平面無法一致都會影響測量的結果，所以凹痕硬度試驗無法進行大面積的硬度測量。
故，有必要提供一種非接觸式硬度測量方法及一種非接觸式硬度測量設備，以解决習用技術所存在的問題。
本發明的目的在於提供可以大面積測量的非接觸式硬度測量方法及設備，藉此來避免在待測物的表面留下凹痕。也因為不會在表面留下凹痕，待測物可以進行多次測量，並且在多次測量之間不需要在進行額外的加工處理。
為了達成上述目的，本發明提供了一種非接觸式硬度測量方法，其包含下列步驟：對一待測物的一待測表面進行加工；獲得該待測表面的一金相圖片；確定該金相圖片的一選定區域中的複數個微組織各自的一類型、各該微組織在該選定區域中所佔的一比例及各該微組織的一硬度值；以及將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。
在本發明的一實施例中，該非接觸式硬度測量方法，更包含：獲取複數個待測表面各自的該金相圖片；合併該些金相圖片形成一合併後金相圖片；確定該合併後金相圖片的該選定區域中的該些微組織各自的該類型、各該微組織在該選定區域中所佔的該比例及各該微組織的該硬度值；以及將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的該估算硬度值。
在本發明的一實施例中，該選定區域為至少一個畫素、至少一該金相圖片或該合併後金相圖片。
在本發明的一實施例中，確定該金相圖片的該選定區域中的該些微組織各自的該類型、各該微組織在該選定區域中所佔的該比例及各該微組織的該硬度值，包含：將該金相圖片中的分為複數個區域，且該些區域各自對應該些微組織；分析該些區域各自的一灰度值與一面積；比對該些灰度值與一資料庫中的複數個已知灰度值，進而確定該些微組織各自的該類型；根據該類型在該資料庫中獲得對應的一已知硬度值，進而確定各該微組織的該硬度值；以及將該些區域各自的該面積除以該選定區域的面積，進而確定各該微組織在該選定區域中所佔的該比例。
在本發明的一實施例中，獲得該待測表面的該金相圖片，包含：使用一光學顯微鏡或一電子顯微鏡來獲得該金相圖片。
本發明還提供了一種非接觸式硬度測量設備，其包含：一表面加工模組，用以對一待測物的一待測表面進行加工；一影像擷取模組，用以獲得該待測表面的一金相圖片；一資料庫，用以儲存複數個已知灰度值及複數個已知硬度值；一影像分析模組，連接該影像擷取模組與該資料庫，用以確定該金相圖片的一選定區域中的複數個微組織各自的一類型、各該微組織在該選定區域中所佔的一比例及各該微組織的一硬度值；以及一判定模組，用以將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。
在本發明的一實施例中，該非接觸式硬度測量設備，更包括：一運送模組，用以將該待測物運送至該影像擷取模組。
在本發明的一實施例中，該運送模組為一機械手臂，且該機械手臂具有多個自由度。
在本發明的一實施例中，該影像擷取模組包含：一光學顯微鏡或一電子顯微鏡。
在本發明的一實施例中，該表面加工模組包含：一加工裝置，用以對該待測表面進行拋光處理，且該加工裝置依照該待測表面的一形貌來調整加工方向。
如上所述，本發明實施例所提供的非接觸式硬度測量方法及非接觸式硬度測量設備可以利用待測表面的金相圖片來確定選定區域中的微組織、微組織的硬度值及微組織所佔的比例，進而獲得估算硬度值。這樣一來，可以避免在待測物的表面留下凹痕，在多次測量之間不需要在進行額外的加工處理。此外，通過合併數個金相圖片就可以獲得的大範圍的估算硬度值，實現大面積的硬度測量。
爲了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參照第1圖及第2圖，其中第1圖是本發明實施例的一種非接觸式硬度測量方法的一步驟流程圖，而第2圖是本發明實施例中的一細部步驟流程圖。本實施例所提供的非接觸式硬度測量方法，其包含下列步驟S110 到步驟S140。
步驟S110，對一待測物的一待測表面進行加工。例如，對該待測表面進行鏡面拋光、金相腐蝕等加工處理。應當理解的是，步驟S110中的加工可以通過人工手動進行，也可以通過機械自動化進行。
步驟S120，獲得該待測表面的一金相圖片。步驟S120可以包含：使用一光學顯微鏡或一電子顯微鏡來獲得該金相圖片。應當理解的是，該光學顯微鏡或該電子顯微鏡可以在合適的倍率下獲得該金相圖片，例如利用光學顯微鏡在500x的倍率下獲得金相圖片。此外，應當理解的是，該電子顯微鏡可以是掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)、穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy, TEM)或是其他相似功能的電子顯微鏡。
步驟S130，確定該金相圖片的一選定區域中的複數個微組織各自的一類型、各該微組織在該選定區域中所佔的一比例及各該微組織的一硬度值。其中，步驟S130還可以包含：步驟S131，將該金相圖片中的分為複數個區域，且該些區域各自對應該些微組織；步驟S132，分析該些區域各自的一灰度值與一面積；步驟S133，比對該些灰度值與一資料庫中的複數個已知灰度值，進而確定該些微組織各自的該類型；步驟S134，根據該類型在該資料庫中獲得對應的一已知硬度值，進而確定各該微組織的該硬度值；以及步驟S135，將該些區域各自的該面積除以該選定區域的面積，進而確定各該微組織在該選定區域中所佔的該比例。應當理解的是，該選定區域可以是一個畫素或是多個畫素，該選定區域也可以是整個該金相圖片。
步驟S140，將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。如此一來，當該選定區域是是整個該金相圖片時，本實施例可以實現大面積的硬度測量；而當該選定區域為一個畫素時，可以確定尺寸為一個畫素大小的微組織與其硬度，可以大幅提高硬度測量的解析度。
請參照第3圖，第3圖是本發明另一實施例的一種非接觸式硬度測量方法的一步驟流程圖。本實施例所提供的非接觸式硬度測量方法，其包含下列步驟。
步驟S110，對一待測物的一待測表面進行加工。例如，對該待測表面進行鏡面拋光、金相腐蝕等加工處理。應當理解的是，步驟S110中的加工可以通過人工手動進行，也可以通過機械自動化進行。
步驟S120a，獲取複數個待測表面各自的該金相圖片，並且合併該些金相圖片形成一合併後金相圖片。在步驟S120a中，可以使用一光學顯微鏡或一電子顯微鏡來獲得該些金相圖片，並且使用合適的軟體來拼接該金相圖片進而形成該合併後金相圖片。應當理解的是，也可以使用其他可行的方式來形成該合併後金相圖片。此外，該電子顯微鏡可以是掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡或是其他相似功能的電子顯微鏡。
步驟S130a，確定該合併後金相圖片的該選定區域中的該些微組織各自的該類型、各該微組織在該選定區域中所佔的該比例及各該微組織的該硬度值。該選定區域為至少一個畫素、至少一該金相圖片或該合併後金相圖片。該選定區域可以是至少一個畫素、至少一張該金相圖片或整張該合併後金相圖片。此外，步驟S130a還可以包含：將該合併後金相圖片中的分為複數個區域，且該些區域各自對應該些微組織；步驟S132，分析該些區域各自的一灰度值與一面積；步驟S133，比對該些灰度值與一資料庫中的複數個已知灰度值，進而確定該些微組織各自的該類型；步驟S134，根據該類型在該資料庫中獲得對應的一已知硬度值，進而確定各該微組織的該硬度值；以及步驟S135，將該些區域各自的該面積除以該選定區域的面積，進而確定各該微組織在該選定區域中所佔的該比例。上述步驟與步驟S131至步驟S135相似，故沒有另行繪示。
步驟S140a，將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的該估算硬度值。如此一來，因為該合併後金相圖片合併了複數張金相圖片，因此本實施例可以連續的輸出多個金相圖片(多個位置)、多個點或整個面的硬度值，實現了大面積的硬度測量。此外，本實施例可以大幅縮短硬度測量的時間，特別是測量點數量龐大的待測物。
請參照第4圖，第4圖是本發明實施例中的一金相圖片。以第4圖為例來說明，可以發現在第4圖中的金相圖片具有多個區域B、W、G，其中區域B為黑色、區域W為白色、區域G為介於黑色與白色之間的灰色，也就是說區域B、區域W及區域G各自具有不同的灰度值。區域B在第4圖中所佔的比例為34.59％，區域W在第4圖中所佔的比例為32.4％，並且區域G在第4圖中所佔的比例為32.11％。經過與資料庫中的已知灰度值進行比對後，就可以確定區域B、區域W及區域G各自的微組織，例如確定區域B為波來鐵、區域W為肥粒鐵、區域G為麻田散鐵。在確定區域B、區域W及區域G各自的微組織後就可以在資料庫中獲得對應的硬度值。將區域B的硬度值乘以34.59％加上區域W的硬度值乘以32.4％加上區域G的硬度值乘以32.11％，就可以獲得估算硬度值280.4。而實際測量的硬度值為284，誤差僅1.26％。本發明實施例確實可以提供一種精準的非接觸式硬度測量方法。
請參照第5圖，第5圖是本發明實施例的一種非接觸式硬度測量設備的一示意圖。本實施例所提供的接觸式硬度測量設備100，其包含：一表面加工模組110、一運送模組115、一影像擷取模組120、一資料庫125、一影像分析模組130及一判定模組140。
該表面加工模組110用以對一待測物的一待測表面進行加工。例如，對該待測表面進行鏡面拋光、金相腐蝕等加工處理。該表面加工模組還可以包含：一加工裝置(未繪示)，用以對該待測表面進行拋光處理，且該加工裝置依照該待測表面的一形貌來調整加工方向。通過該加工裝置可以實現自動化拋光該待測表面。該表面加工模組110還可以包含：一蝕刻裝置(未繪示)，用以對該待測表面進行金相腐蝕，並且該蝕刻裝置可以儲備有合適的蝕刻液，以利於進行金相腐蝕。應當理解的是，該表面加工模組110還可以依照需求設置各類型的裝置來對該待測表面進行加工處理。
該運送模組115用以將該待測物運送至該影像擷取模組120。該運送模組115可以是一機械手臂，且該機械手臂具有多個自由度。應當理解的是，該運送模組115也可以是具有多個自由度的機構，以利於運送該待測物。
該影像擷取模組120用以獲得該待測表面的一金相圖片。該影像擷取模組120可以包含：一光學顯微鏡或一電子顯微鏡。該光學顯微鏡或該電子顯微鏡可以在合適的倍率下獲得該金相圖片，例如利用電子顯微鏡在500x的倍率下獲得金相圖片。此外，應當理解的是，該電子顯微鏡可以是掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)、穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy, TEM)或是其他相似功能的電子顯微鏡。
該資料庫125用以儲存複數個已知灰度值及複數個已知硬度值。該資料庫125可以通過先前的硬度測量來獲得該些已知灰度值及該些已知硬度值。應該理解的是，也可以通過類神經網路演算法、基因演算法、機器學習演算法等人工智慧技術來建立該資料庫125。
該影像分析模組130連接該影像擷取模組120與該資料庫125，用以確定該金相圖片的一選定區域中的複數個微組織各自的一類型、各該微組織在該選定區域中所佔的一比例及各該微組織的一硬度值。該影像分析模組130的細部運作可以參照上述步驟S131至步驟S135，在此不再贅述。應當理解的是，該選定區域是一個畫素，也可以是整個該金相圖片，或者更可以是複數個金相圖片合併後的一合併後金相圖片。
該判定模組用以將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。因為該選定區域可以小至一個畫素，本實施例所提供的接觸式硬度測量設備100可以對細小範圍進行硬度測量及分析，如此一來大幅提高了硬度測量的解析度。再加上該選定區域是整個該金相圖片或該合併後金相圖片，因此本實施例所提供的接觸式硬度測量設備100可以實現大面積的硬度測量。
如上所述，本發明實施例所提供的非接觸式硬度測量方法及非接觸式硬度測量設備可以利用待測表面的金相圖片來確定選定區域中的微組織、微組織的硬度值及微組織所佔的比例，進而獲得估算硬度值。這樣一來，可以避免在待測物的表面留下凹痕，在多次測量之間不需要在進行額外的加工處理。此外，通過合併數個金相圖片就可以獲得的大範圍的估算硬度值，實現大面積的硬度測量。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。
100:接觸式硬度測量設備 110:表面加工模組 115:運送模組 120:影像擷取模組 125:資料庫 130:影像分析模組 140:判定模組 S110～S140:步驟 S120a～S140a:步驟 B:區域 W:區域 G:區域
第1圖是本發明實施例的一種非接觸式硬度測量方法的一步驟流程圖。 第2圖是本發明實施例中的一細部步驟流程圖。 第3圖是本發明另一實施例的一種非接觸式硬度測量方法的一步驟流程圖。 第4圖是本發明實施例中的一金相圖片。 第5圖是本發明實施例的一種非接觸式硬度測量設備的一示意圖。
S110~S140:步驟

Claims (9)

  1. 一種非接觸式硬度測量方法，其包含下列步驟：對一待測物的一待測表面進行加工；獲取複數個待測表面各自的該金相圖片，並且合併該些金相圖片形成一合併後金相圖片；確定該合併後金相圖片的該選定區域中的該些微組織各自的該類型、各該微組織在該選定區域中所佔的該比例及各該微組織的該硬度值；以及將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。
  2. 如請求項1所述之非接觸式硬度測量方法，其中該選定區域為至少一個畫素、至少一該金相圖片或該合併後金相圖片。
  3. 如請求項1所述之非接觸式硬度測量方法，其中確定該金相圖片的該選定區域中的該些微組織各自的該類型、各該微組織在該選定區域中所佔的該比例及各該微組織的該硬度值，包含：將該金相圖片中的分為複數個區域，且該些區域各自對應該些微組織；分析該些區域各自的一灰度值與一面積；比對該些灰度值與一資料庫中的複數個已知灰度值，進而確定該些微組織各自的該類型；根據該類型在該資料庫中獲得對應的一已知硬度值，進而確定各該微組織的該硬度值；以及將該些區域各自的該面積除以該選定區域的面積，進而確定各該微組織在該選定區域中所佔的該比例。
  4. 如請求項1所述之非接觸式硬度測量方法，其中獲得該待測表面的該金相圖片，包含：使用一光學顯微鏡或一電子顯微鏡來獲得該金相圖片。
  5. 一種非接觸式硬度測量設備，其包含：一表面加工模組，用以對一待測物的一待測表面進行加工；一影像擷取模組，用以獲得該待測表面的一金相圖片；一資料庫，用以儲存複數個已知灰度值及複數個已知硬度值；一影像分析模組，連接該影像擷取模組與該資料庫，用以確定該金相圖片的一選定區域中的複數個微組織各自的一類型、各該微組織在該選定區域中所佔的一比例及各該微組織的一硬度值；以及一判定模組，用以將各該微組織的該硬度值與各該微組織的該比例的乘積相加，進而獲得該選定區域的一估算硬度值。
  6. 如請求項5所述之非接觸式硬度測量設備，更包括：一運送模組，用以將該待測物運送至該影像擷取模組。
  7. 如請求項6所述之非接觸式硬度測量設備，其中該運送模組為一機械手臂，且該機械手臂具有多個自由度。
  8. 如請求項5所述之非接觸式硬度測量設備，其中該影像擷取模組包含：一光學顯微鏡或一電子顯微鏡。
  9. 如請求項5所述之非接觸式硬度測量設備，其中該表面加工模組包含：一加工裝置，用以對該待測表面進行拋光處理，且該加工裝置依照該待測表面的一形貌來調整加工方向。
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