DE69030046T2

DE69030046T2 - Kugeldruckhärtetester

Info

Publication number: DE69030046T2
Application number: DE69030046T
Authority: DE
Inventors: Yohichi Fujikake; Takehiro Nishimura; Takao Sugimoto; Akiomi Yamaguchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2010-09-04
Also published as: EP0421606B1; JPH0392745A; EP0421606A3; EP0421606A2; DE69030046D1; US5146779A; JP2731864B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eindruckhärte- Prüfvorrichtung zum automatischen Messen der Eindruckhärte, wie beispielsweise der Vickershärte, der Brinelihärte oder anderer Härtenormen.
Die Vickershärte oder die Brineilhärte wird gemessen, um mechanische Kenngrößen oder Eigenschaften eines Metallmaterials zu bestimmen. Eine Vickershärtezahl wird durch Eindrücken der Oberfläche eines Probestücks durch einen pyramidenförmigen Diamantstempel mit Flankenwinkeln von 136 Grad und durch Teilen der Eindruckkraft durch die Oberfläche des durch den Stempel gebildeten pyramidenförmigen Eindrucks gemessen. Eine Brinellhärtezahl wird durch Teilen der Eindrückkraft durch die Oberfläche eines durch einen kugelförmigen Stempel gebildeten kugelförmigen Eindrucks gemessen.
Eine herkömmliche Eindruckhärte-Prüfvorrichtung ist beispielsweise in der JP-A-63-10379 beschrieben. Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Eindruckhärte-Prüfvorrichtung kann die Härtezahl automatisch messen und weist auf: eine Prüfmaschine zum Eindrücken einer Oberfläche eines Probestücks durch einen Stempel unter einer vorgegebenen Belastung, um Eindrücke zu erzeuegen, eine mit einem in der Prüfmaschine angeordneten Mikroskop verbundene Kamera, einen Analog/Digital- (A/D-) Umwandlungsabschnitt zum Umwandeln von durch die Kamera erhaltenen Bildinformationen in digitale Signale in der Form von Helligkeitspegeln, beispielsweise 256 Pegeln, einen Bildverarbeitungsabschnitt zum Extrahieren von Punkten, wo das digitale Signal vom A/D-Umwandlungsabschnitt sich abrupt ändert, als Ränder des Eindrucks, einen Abschnitt zum Messen der Eindruckgröße zum Berechnen der Eindruckgröße aus im Bildverarbeitungsabschnitt erhaltenen Positionsdaten der Ränder des Eindrucks und einen Abschnitt zum Berechnen der Härtezahl, durch den basierend auf der im Abschnitt zum Messen der Eindruckgröße berechneten Eindruckgröße und der Eindrücklast oder -kraft eine Härtezahl berechnet wird, um die Härtezahl einen Drucker oder einer anderen Einrichtung zuzuführen.
Die Randpositionen werden im Bildverarbeitungsabschnitt durch Abtasten des digitalen Bildsignals auf einer Meßachse erfaßt. Wenn eine Diagonallinie des Eindrucks nicht mit der Meßachse übereinstimmt, gibt daher der Abschnitt zum Messen der Eindruckgröße einen falschen Wert aus. Dieser Fall tritt aufgrund einer durch eine mikroskopische Bewegung verursachten Neigung des Eindrucks auf, wenn ein eingedrücktes Probestück vor der Messung bewegt wird.
Außerdem gibt, wenn die erhaltenen Bilder des Eindrucks aufgrund einer durch Korngrenzen, Defekte, Risse oder Sprünge, Rost und ähnlichen Mängeln verursachten mangelhaften Gleichmäßigkeit der Helligkeit des Hintergrundes nicht klar oder deutlich sind, der Abschnitt zum Messen der Eindruckgröße ähnlicherweise einen falschen Wert aus.
Diese Fehler beim Messen der Härtezahl verursachen ein ernsthaftes Problem, weil die Qualitätskennzeichnungen des Produktes fehlerhaft sein können.
Eine andere Eindruckhärte-Prüfvorrichtung ist in der US-A-4463600 beschrieben. Von einem Eindruck, der ausgeleuchtet wird, 50 daß er im Vrgleich zur Umgebungsfläche dunkel erscheint, wird durch eine Kamera ein Bild erzeugt, wobei die Kamera ein kontinuierliches Signal erzeugt, das eine Folge von Teilbildern oder Rahmen aufweist, die aus mehreren Zeilensignalen gebildet werden. Die Zeilensignale enthalten Informationen über das Bild des Eindrucks, ein Teil des Signals enthält Informationen über den Dunkelanteil des Bildes und der übrige Teil enthält Informationen über den Hellanteil des Bildes. Die größte horizontale Abmessung des Eindrucks wird durch Bestimmen des Zeilensignals mit dem größten Dunkelanteil berechnet. Wenn der Eindruck eine gleichmäßige Struktur hat und eine bestimmte Ausrichtung aufweist, ist die größte horizontale Abmessung die diagonale Länge des Bildes, wodurch die Härte berechnet werden kann.
Erfindungsgemäß wird eine Eindruckhärte-Prüfvorrichtung bereitgestellt, mit: einer Prüfmaschine zum Erzeugen eines Eindrucks auf einem Probestück durch einen pyramidenförmigen Stempel bei einer vorgegebenen Eindrucklast, einer an einem Mikroskop befestigten Kamera zum Aufnehmen eines zweidimensionalen Bildes des Eindrucks, einer Einrichtung zum Bestimmen einer linearen Abmessung des Eindrucks aus dem Bild und einer Einrichtung zum Berechnen einer Härtezahl basierend auf der linearen Abmessung und der vorgegebenen Eindrucklast, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der linearen Abmessung aufweist: eine Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln des zweidimensionalen Bildes in ein binäres Bild des Eindrucks und eine Einrichtung zum Bestimmen von Eckpunkten des Eindrucks zum Bestimmen zweidimensionaler Positionen von Eckpunkten des Eindrucks basierend auf dem binären Bild, wobei die Positionen der Eckpunkte verwendet werden, um die Abmessungen der Diagonalen des Eindrucks zu bestimmen, die zum Berechnen der Härtezahl verwendet werden.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein Diagramm zum Darstellen einer herkömmlichen Eindruckhärte-Prüfvorrichtung;
Figuren 2A und 2B Diagramme zum Darstellen eines Beispiels eines schrägen Bildes eines Eindrucks;
Figuren 3A und 3B Diagramme zum Darstellen eines Beispiels eines Bildes eines Eindrucks mit einem unklaren Eckpunkt;
Figur 4 ein Diagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Eindruckhärte-Prüfvorrichtung;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer in einem in Figur 4 dargestellten Fokussierungssteuerungsabschnitt 11 ausgeführten Verarbeitung;
Figuren 6A bis 6C und 7A bis 7C Diagramme zum Erläutern der im Fokussierungssteuerungsabschnitt 11 ausgeführten Verarbeitung;
Figur 8 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer in einem in Figur 4 dargestellten Binärumwandlungsabschnitt 13 ausgeführten Verarbeitung;
Figuren 9, 10, 11A, 11b und 12A bis 12C Diagramme zum Erläutern der im Binärumwandlungsabschnitt 13 ausgeführten Verarbeitung;
Figuren 13, 14A, 14B, 15A, 15B, 16, 17A bis 17D, 18, 19A, 19B, 20A, 20B, 21 und 22A bis 22D Diagramme zum Erläutern von in einem in Figur 4 dargestellten Abschnitt zum Erfassen von Eckpunkten eines Eindrucks ausgeführten Verarbeitungen;
Figuren 23A und 23B Diagramme zum Erläutern einer in einem in Figur 4 dargestellten Abschnitt 16 zum Auswählen von Eckpunkten eines Eindrucks ausgeführten Verarbeitung;
Figur 24 ein Diagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Eindruckhärte-Prüfvorrichtung;
Figur 25 ein Diagramm zum detaillierten Darstellen eines Aufbaus eines in Figur 24 dargestellten Mikroskops 5';
Figuren 26A und 26B Diagramme zum Erläutern eines Dunkelfeldbildes eines Eindrucks; und
Figur 27 ein Diagramm zum Erläutern einer in einem in Figur 24 dargestellten Bildsteuerungsabschnitt 51 ausgeführten Bildausrichtungsverarbeitung.
Bevor die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden, werden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Beispiele der vorstehend erwähnten herkömmlichen Vorrichtungen beschrieben.
Figur 1 zeigt eine in der JP-B-63-10379 beschriebene Eindruckhärte-Prüfvorrichtung zum automatischen Messen einer Eindruckhärte.
Eine Prüfmaschine 4 weist auf: einen Stempel 2 zum Eindrücken einer Oberfläche eines Probestücks 1, um einen Eindruck 3 zu erzeugen, ein Mikroskop 5 und eine am Mikroskop 5 befestigte Kamera. Ein A/D-Umwandlungsabschnitt 8 wandelt durch die Kamera 6 erhaltene Bildinformationen in digitale Signale in der Form von Helligkeitspegeln, beispielsweise 256 Pegel, um. Ein Bildverarbeitungsabschnitt 20 erfaßt Punkte, wo das vom A/D-Umwandlungsabschnitt 8 erhaltene digitale Bildsignal 9 sich an Rändern des Eindrucks abrupt ändert. Ein Abschnitt 21 zum Messen der Eindruckgröße berechnet die Größe des Eindrucks aus im Bildverarbeitungsabschnitt 20 erhaltenen Positionsdaten der Ränder des Eindrucks. Ein Abschnitt 18 zum Berechnen der Härtezahl berechnet eine Härtezahl aus der im Abschnitt 21 zum Messen der Eindruckgröße berechneten Eindruckgröße und einer Eindrücklast, um die Härtezahl an einen Drucker 22 auszugeben.
Wie vorstehend erwähnt, tritt, wenn ein eingedrücktes Probestück vor dem Meßvorgang bewegt wird, aufgrund mikroskopischer Bewegungen eine Neigung des Eindrucks auf, wie in Figur 2A dargestellt. Dann ist, wie in Figur 2B dargestellt, eine Diagonale B des Eindrucks 3 nicht mit einer Meßachse A ausgerichtet, so daß der Abschnitt 21 zum Messen der Eindruckgröße einen falschen Wert l1&sub1;' ausgibt, obwohl der wahre Wert l&sub1; beträgt.
Außerdem gibt, wie in Figur 3A dargestellt, wenn Bilder von Ecken des Eindrucks aufgrund einer durch Korngrenzen, Rissen oder Sprüngen, Rost oder ähnlichen Erscheinungen verursachten mangelnden Gleichmäßigkeit der Helligkeit des Hintergrunds nicht klar sind, der Abschnitt zum Messen der Eindruckgröße einen falschen Wert l&sub2;' aus, obwohl der wahre Wert l&sub2; beträgt.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für Komponenten, die denjenigen in Figur 1 ähnlich sind, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, so daß ihre Beschreibung weggelassen wird. Ein Fokussierungssteuerungsabschnitt 11 steuert einen Autofokussierungsabschnitt 10 so, daß der Gradient des Helligkeitspegels in der Nähe einer Grenze des Eindrucks maximal wird. Ein Binärumwandlungsabschnitt 13 bestimmt in einem digitalen Bildsignal 12, das im Fokussierungssteuerungsabschnitt 11 eingestellt wurde, automatisch einen Schwellenpegel, um den Eindruck vom Hintergrund zu unterscheiden, und wandelt das digitale Bildsignal 12 binär um, um ein binäres Bildsinal 14 auszugeben. Ein Abschnitt 15 zum Erfassen von Eindruckeckpunkten weist eine Funktion zum Erfassen des Eindruckeckpunktes aus einem Schnittpunkt zweier Näherungslinien zweier Seiten des Eindrucks im durch das binäre Bildsignal 14 gebildeten binären Bild und eine Funktion zum direkten Erfassen des Eindruckeckpunktes durch Abtasten des binären Bildes von der Nähe der Mitte des Eindrucks auf. Ein Abschnitt 16 zum Auswählen eines Eindruckeckpunktes wählt eine von zwei Arten von Eckpunkten aus, die durch die beiden Funktionen des Abschnitts 15 zum Erfassen eines Eindruckeckpunktes erfaßt wurden, wobei jeder Eckpunkt des Eindrucks gemäß einer vorgegebenen Regel berücksichtigt wird. Ein Abschnitt 17 zum Berechnen der Eindruckgröße berechnet die Länge zweier Diagonallinien eines Vierecks, das durch Verbinden der im Abschnitt 16 zum Auswählen von Eindruckeckpunkten ausgewählten vier Eckpunkte gebildet wird. Ein Probentisch 19 kann durch den Autofokussierungsabschnitt 10 nach oben und nach unten und horizontal bewegt werden.
Nachstehend wird eine Arbeitsweise des Fokussierungssteuerungs abschnitts 11 unter Bezug auf die Figuren 5 bis 7 beschrieben.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Arbeitsweise des Fokussierungssteuerungsabschnitts 11. Figur 6A zeigt ein Bild des Eindrucks 3 in einem Fall, bei dem das Bild des Eindrucks 3 so aufgenommen wird, daß Seiten des Eindrucks unter einem Winkel von etwa 45º auf dem Bildschirm erscheinen. Die Figuren 6B und 6C zeigen Helligkeitspegel von Bildpunkten oder Pixeln auf einer Linie A (Figur 6A) vor bzw. nach dem Fokussieren. Die Figuren 7A bis 7C sind den Figuren 6A bis 6C ähnlich und zeigen einen Fall, bei dem das Bild des Eindrucks durch eine um 45º gedrehte Kamera 6 aufgenommen wird. In diesem Fall kann die durch die Kamera 6 erhaltene Bildinformation 7 effektiver genutzt werden als in vorangehenden Fall. Gemäß Figur 5 werden Schwellenpegel SHi und SLo als hoher bzw. niedriger Pegel vorgegeben (Schritt 200). Positionen x&sub1;, x&sub2;, wo Bildpunkte die Pegel SLo bzw. SHi aufweisen, werden erfaßt (Schritt 201). Wenn ein Absolutwert einer Differenz zwischen x&sub1; und x&sub2; nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert δ (Schritt 202), wird der Probentisch 19 durch den Autofokussierungsabschnitt 10 nach oben oder nach unten bewegt (Schritt 203), woraufhin Schritt 201 erneut ausgeführt wird.
Nachstehend wird eine Arbeitsweise des Binärumwandlungsabschnitts 13 unter Bezug auf die Figuren 8 bis 12 beschrieben.
Figur 8 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen der Arbeitsweise des Binärumwandlungsabschnitts 13. Die Prüfmaschine 4 speichert eine Eindruckposition und stellt das Mikroskop für einen Meßvorgang auf diese Position ein. Daher ist das Bild des Eindrucks 3, wie in Figur 9 oder 10 dargestellt, etwa in der Mitte 90 des Sehfeldes 91 der Kamera 6 angeordnet.
Daher können durch Auslesen von Helligkeitspegeldaten mehrerer (in diesem Fall 3) horizontaler und vertikaler Linien 31 oder 32, die in der Nähe der Mitte 90 des Sehfeldes 91 liegen, Daten erhalten werden, die sowohl Werte des Eindrucks als auch Werte des Hintergrunds enthalten (Schritt 300).
Aus den ausgelesenen Daten wird eine Häufigkeitsverteilung (nachstehend als Histogramm bezeichnet) der Helligkeitspegel erstellt (Schritt 301). Ein Histogramm, das durch Gruppieren mehrerer aufeinanderfolgender Helligkeitspegel gebildet wird, ist geeigneter als ein Histogramm für alle Helligkeitspegel. Figur 11 zeigt Beispiele eines durch Gruppieren von fünf aufeinanderfolgenden Pegeln gebildeten Histogramms.
Figur 11A zeigt ein Beispiel, bei dem die Oberfläche einer Probe spiegelnd oder glänzend ist, und Figur 11B zeigt ein anderes Beispiel, bei dem die Oberfläche einer Probe eine matrixförmig angeordnete Oberfläche ist. Der Peak an der linken Seite entspricht dem Eindruck, und der Peak an der rechten Seite entspricht dem Hintergrund. Allgemein ist der (Hintergrund-) Peak an der rechten Seite zu weißen Pegeln hin angeordnet und im Fall einer spiegelnden oder glänzenden Probe scharf und im Fall einer matrixförmig angeordneten Oberfläche aufgrund ihres Oberflächenmusters verbreitert. Daher wird, wie in Figur 12A dargestellt, ein Abstand S zwischen zwei Peaks basierend auf einer vorgegebenen Schwellenhäufigkeit N berechnet, und (bei Schritt 302) festgestellt, ob der Abstand S größer ist als eine vorgegebene Schwellenpegeldifferenz C oder nicht. Wenn der Abstand 5 größer ist als der Wert C, wie in Figur 12B dargestellt, wird ein Schwellenpegel für eine Binärumwandlung basierend auf einer empirisch bestimmten Konstanten d auf eine Position zwischen den Peaks festgelegt (Schritt 303). Die Konstante d definiert die Position des Helligkeitsschwellenpegels, die in Figur 12B von einer Position konstant beabstandet ist, wo ein Peak die Schwellenhäufigkeit N kreuzt. Wenn der Abstand S kleiner ist als der Wert C, wird der Schwellenpegel für eine Binärumwandlung auf eine Minimumposition zwischen den Peaks festgelegt (Schritt 304). Dann wird unter Verwendung dieses Schwellenpegels das digitale Bildsignal binär umgewandelt, um ein binäres Bild zu erzeugen (Schritt 305). Geeignete Werte der vorstehenden Konstanten N, S, C und d werden für jede Härte-Prüfvorrichtung festgelegt, weil die Werte geändert werden müssen, wenn die Helligkeit einer Lichtquelle oder die Empfindlichkeit der Kamera verschieden ist.
Nachstehend wird eine Arbeitsweise des Abschnitts 15 zum Erfassen von Eindruckeckpunkten unter Bezug auf die Figuren 13 bis 23 beschrieben.
Figur 13 zeigt ein binäres Bild 3' eines Eindrucks 3, eine gekrümmte Linie SGx, die durch Darstellen akkumulierter Werte binärer Bildpunkte auf Linien parallel zu einer Y- Achse erhalten wird, und eine gekrümmte Linie SGy, die durch Darstellen akkumulierter Werte binärer Bildpunkte auf Linien parallel zu einer X-Achse erhalten wird. Die Abmessungen Dx und Dy der Eindrücke können durch SGx und SGy unter Verwendung vorgegebener Schwellenpegel Tx und Ty bestimmt werden. Durch eine gerade Linie Cx, die durch einen Mittelpunkt der Abmessung Dx und parallel zur Y-Achse verläuft, wird der Eindruck in gleiche Teile geteilt, und durch eine gerade Linie Cy, die durch einen Mittelpunkt der Abmessung Dy und parallel zur X-Achse verläuft, wird der Eindruck ebenfalls in gleiche Teile geteilt.
Daher werden, wie in Figur 14A dargestellt, der Grenze des Eindrucks entsprechende Bildpunkte durch Abtasten der Binärbilddaten von Bildpunkten auf der linie Cx nach links und nach rechts und durch Auswählen erster Bildpunkte mit einem Wert von "1" oder von Bildpunkten gefunden werden, die einen Bildpunkt vor diesen Bildpunkten angeordnet sind. Außerdem werden, wie in Figur 14B dargestellt, der Grenze des Eindrucks entsprechende Bildpunkte durch Abtasten der Binärbilddaten von Bildpunkten auf der Linie Cy nach oben und nach unten und durch Auswählen erster Bildpunkte mit einem Wert von "1" oder von Bildpunkten gefunden, die um einen Bildpunkt vor diesen Bildpunkten angeordnet sind. Wie in Figur 15A dargestellt, werden durch diese Verarbeitungen der Grenze des Eindrucks entsprechende Bildpunkte erhalten. Wie in Figur 15B dargestellt, werden diese Bildpunkte durch gerade Linien Cx und Cy in vier Bildpunktgruppen unterteilt, wobei Bildpunkte in der Nähe der Linien Cx und Cy ausgenommen sind. Durch Anwenden einer Methode der kleinsten Quadrate auf jede Bildpunktgruppe werden vier Linien (beispielsweise gerade Linien) A, B, C, D erhalten, durch die die Seiten des Eindrucks angenähert werden, wie in Figur 16 dargestellt. Koordinaten der Schnittpunkte H1a, H1b, H1c und H1d werden aus Gleichungenn berechnet, die die Linien A, B, C und D annähern. Die Schnittpunkte H1a, H1b, H1c und H1d entsprechen den Eckpunkten des Eindrucks. Ein Schnittpunkt O einer Linie, die H1a und H1b verbindet und einer Linie, die H1c und H1d verbindet, entspricht der Mitte des Eindrucks.
Nachstehend werden, wie in Figur 17A dargestellt, die Binärbilddaten von einem Anfangspunkt O in die X-Richtung abgetastet, um einen ersten Bildpunkt mit dem Wert "1" oder einen Bildpunkt, der einen Bildpunkt vor diesem Bildpunkt angeordnet ist, als Endpunkt zu finden, und die Länge (Anzahl von Bildpunkten) eines Linienabschnitts vom Anfangspunkt zum Endpunkt wird berechnet. Ahnliche Verarbeitungen werden m-mal nacheinander ausgeführt, wobei die Y-Koordinate in eine positive und eine negative Richtung geändert wird. Der längste Linienabschnitt wird aus 2m+1 Linienabschnitten ausgewählt, und am Endpunkt des längsten Linienabschnitts wird ein anderer Eckpunkt H2a des Eindrucks bestimmt.
Eckpunkte H2b, H2c und H2d können durch eine ähnliche Verarbeitung bestimmt werden, wie in den Figuren 17B bis 17D dargestellt.
Die Zahl m ist unter Berücksichtigung der Prüfbedingungen, wie beispielsweise der Art der Probe, der Eindrücklast und den Eigenschaften des optischen Systems vorgegeben. Der vorstehend erwähnte Schnittpunkt von Cx und Cy kann außerdem als Referenzpunkt O verwendet werden. Daher werden zwei Arten von Eindruckeckpunkten, H1a bis H1d und H2a bis H2d, bestimmt. Wenn das Bild durch eine um 45º gedrehte Kamera aufgenommen wird, können die Eindruckeckpunkte H1a bis H1d und H2a bis H2d durch ein ähnliches Verfahren erhalten werden wie in den Figuren 18 bis 22 dargestellt, in denen ähnliche Diagramme dargestellt sind wie in den Figuren 13 bis 17.
Nachstehend wird unter Bezug auf Figur 23 eine Arbeitsweise des Abschnitts 16 zum Auswählen von Eindruckeckpunkten beschrieben. Die Auswahl im Abschnitts 16 zum Auswählen von Eindruckeckpunkten wird gemäß den folgenden Regeln getroffen:
(1) Wenn eine mittlere Abweichung bei der vorstehend erwähnten Bestimmung der Näherungslinien A, B, C und D (Figur 16) unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate größer ist als ein vorgegebener Wert, wird H&sub2; verwendet.
(2) Wenn der Abstand zwischen O und H&sub1; größer ist als der Abstand zwischen O und H&sub2;, wird H&sub2; verwendet (Figur 23A).
(3) Wenn der Abstand zwischen O und H&sub1; kleiner ist als der Abstand zwischen O und H&sub2; und der Abstand 1 zwischen H&sub1; und H&sub2; größer ist als ein vorgegebener Wert (1 > 1?', wird H&sub1; verwendet, und andernfalls (1< 1') wird H&sub2; verwendet (Figur 23B);
Die Eindruckeckpunkte (Ha, Hb, Hc, Hd), die durch Auswählen jedes Eckpunktes aus zwei Arten von Eckpunkten (H1a, H1b, H1c, H1d) bzw. (H2a, H2b, H2c, H2d) ausgewählt werden, liegen sehr nahe an den Positionen, die durch eine Person durch visuelle Beobachtung erhalten werden.
Der Abschnitt 17 zum Messen der Eindruckgröße mißt die Länge der Diagonalen l&sub1;, l&sub2; eines Vierecks Ha-Hb-Hc-Hd basierend auf den im Abschnitt 16 zum Auswählen der Eindruckeckpunkte bestimmten Koordinaten Ha, Hb, Hc und Hd.
Der Abschnitt 18 zum Berechnen einer Härtezahl berechnet beispielsweise die Vickershärtezahl Hv aus der Eindrucklast P und dem Mittelwert 1 der Länge l&sub1; und l&sub2; gemäß der folgenden Gleichung:
Hv = 2P sin 68º/l² = 1,854 P/l² [kg/mm²]
In der vorstehenden Gleichung wird ein Schätzwert der Länge 1 zum Bestimmen der Oberfläche des Eindrucks verwendet, weil die tatsächliche Oberfläche nicht einfach bestimmt werden kann.
Figur 24 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 4 verwendet, um die gleichen Komponenten wie in Figur 4 zu bezeichnen, so daß eine Beschreibung davon weggelassen wird. Figur 25 zeigt einen detaillierten Aufbau des Mikroskops 5'.
Das Mikroskop 5' weist eine Objektivlinse 65 und eine die Objektivlinse 65 umgebende ringförmige Beleuchtungsoder Belichtungslinse 65 auf.
Lichtstrahlen von einer Lichtquelle 67 werden durch einen ringförmigen Spiegel 68 reflektiert und der Beleuchtungslinse 66 zugeführt und in der Beleuchtungslinse 66 gebrochen, um eine Oberfläche eines Probestücks 1 unter einem vorgegebenen Winkel schräg auszuleuchten.
Wenn die Vickershärtezahl unter Verwendung eines Stempels mit einem Flankenwinkel von 136º gemessen wird, wie in Figur 26A dargestellt, beträgt der Bestrahlungswinkel α bezüglich einer Normalenlinie n der Oberfläche 1a des Probestücks 1 idealerweise 44º und kann für einen tatsächlichen Meßvorgang 44º ± 8º betragen. Wenn der Bestrahlungswinkel α in diesem Bereich liegt, werden die auf die geneigte Fläche des Eindrucks fallenden Lichtstrahlen in Richtung der Normalenlinie n reflektiert und treten in die Objektivlinse 65 des Mikroskops 5' ein, und durch jeden anderen Bereich reflektierte Lichtstrahlen dringen kaum in die Objektivlinse ein, wie in Fig. 26B dargestellt. Ein vorteilhafterer Bereich für den Beleuchtungswinkel α beträgt 44º ± 6º.
Bei diesem Beispiel eines Mikroskops kann ein Hellfeldbild erhalten werden. Um dieses zu erhalten, ist im Mikroskop 5' ein halbdurchlässiger Spiegel 69 angeordnet. Der halbdurchlässige Spiegel 69 ist so angeordnet, daß er zwischen einer Betriebsposition auf der optischen Hauptachse des Mikroskops 5' und einer von der optischen Hauptachse entfernten Nichtbetriebsposition durch eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung durch einen in Fig. 24 dargestellten Hellfeld/Dunkelfeld-Schaltabschnitt 50 verstellbar ist Außerdem wird, wenn der halbdurchlässige Spiegel an der durch eine gestrichelte Linie in Figur 25 dargestellten Betriebsposition angeordnet ist, der durch den ringförmigen Spiegel 68 verlaufende vorstehend erwähnte optische Weg durch eine (nicht dargestellte) Absperreinrichtung blokkiert, so daß nur durch den halbdurchlässigen Spiegel 69 reflektierte Lichtstrahlen die Objektivlinse 65 durchlaufen und die Oberfläche 1a des Probestücks 1 in Richtung der Normalenlinie n ausleuchten. Nur durch die Oberfläche 1a senkrecht reflektierte Lichtstrahlen treten in die Objektivlinse 65 des Mikroskops 5' ein.
Bei diesem Beispiel werden ein Ausrichtungsprozeß und ein Fokussierungsprozeß für ein Bild unter Verwendung eines Hellfeldbildes ausgeführt. Anfangs wird der Hellfeld/Dunkelfeld-Schaltabschnitt 50 auf die Hellfeldseite geschaltet. Daraufhin wird ein Hellfeldbild erhalten, wie in Figur 2A oder 3A dargestellt. Ein Bildsteuerungsabschnitt 51 führt eine Bildausrichtungsfunktion und eine Bildfokussierungsfunktion unter Verwendung dieses Hellfeld- Digitalbildsignals aus.
Nachstehend wird die im Bildsteuerungsabschnitt 51 ausgeführte Bildausrichtungsfunktion unter Bezug auf Figur 27 beschrieben.
Die Bildausrichtungsfunktion wird ausgeführt, um das Bild des Eindrucks in der Mitte des Sehfeldes 91 der Kamera 6 anzuordnen, so daß ein deutliches Dunkelfeldbild erhalten wird. Der Probentisch 19 wird so angeordnet, daß er in der X-Y-Ebene senkrecht zur optischen Hauptachse des Mikroskops 5' bewegt werden kann.
Wie in Figur 27 dargestellt, werden in der X- bzw. in der Y-Richtung Schwellenpegel Sx und Sy festgelegt. Helligkeitspegel von Bildpunkten auf den beiden Mittellinien, die parallel zur X- bzw. Y-Richtung verlaufen, werden abgetastet, um Längen Lx, Ly von Intervallen von Bildpunkten mit einem geringeren Helligkeitspegel als Sx bzw. Sy und Längen Lx1, Lx2, Ly1, Ly2 von Abschnitten än beiden Seiten der Intervalle zu bestimmen, wie in Figur 27 dargestellt. Wenn Lx1 - Lx2 > ΔLx ist, wird der Probentisch 19 zur Seite von Lx1 bewegt, und wenn Lx2 - Lx1 > ΔLx ist, wird der Probentisch zur Seite von Lx2 bewegt, wobei ΔLx als zulässige Abweichung vorgegeben ist. Eine ähnliche Verarbeitung wird auch in der Y-Richtung ausgeführt. Die Bildausrichtungsverarbeitung ist abgeschlossen, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
Lx1 - Lx2 < ΔLx
Ly1 - Ly2 < ΔLy
Die im Bildsteuerungsabschnitt 51 ausgeführte Bildfokussierungsverarbeitung ist der unter Bezug auf die Figuren 5 bis 7 beschriebenen, im Fokussierungssteuerungsabschnitt 11 ausgeführten Verarbeitung ähnlich, so daß ihre Beschreibung weggelassen wird.
Nachdem die Bildausrichtungsverarbeitung und die Bildfokussierungsverarbeitung abgeschlossen sind, wird der Hellfeld/Dunkelfeldschaltabschnitt 50 auf die Dunkelfeldseite umgeschaltet.
Durch die Kamera wird das Dunkelfeldbild aufgenommen, im A/D-Wandlerabschnitt 8 umgewandelt und im Binärumwandlungsabschnitt 13 binär umgewandelt. Die Verarbeitung des Binärbildverarbeitungsabschnitts 53 ist ähnlich wie die Verarbeitungen des Abschnitts 15 zum Erfassen von Eindruckeckpunkten und des Abschnitts 16 zum Auswählen von Eindruckeckpunkten.
Im Dunkelfeldbild wird ein deutlicheres Bild des Eindrucks erhalten als im Hellfeldbild, wie vorstehend beschrieben. Dadurch kann die Bildverarbeitung im Binärumwandlungsabschnitt 13 oder im Bildverarbeitungsabschnitt 53 vereinfacht werden. Beispielsweise kann an Stelle des aus einem Histogramm bestimmten Wertes, wie unter Bezug auf die Figuren 11 und 12 beschrieben, ein vorgegebener Wert für den Schwellenwert verwendet werden, um ein binäres Bild zu erhalten, und aus dem Schnittpunkt zweier Näherungslinien bestimmte Koordinaten von Eckpunkten H1a bis H1d können direkt als Eckpunkte Ha bis Hd zum Bestimmen der Eindruckgröße verwendet werden.

Claims

1. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung mit:

einer Prüfmaschine (4) zum Erzeugen eines Eindrucks (3) auf einem Probestück (1) durch einen pyramidenförmigen Stempel (2) bei einer vorgegebenen Eindrucklast;

einer an einem Mikroskop (5, 5') befestigten Kamera zum Aufnehmen eines zweidimensionalen Bildes des Eindrucks (3);

einer Einrichtung (17) zum Bestimmen einer linearen Abmessung des Eindrucks (3) aus dem Bild; und

einer Einrichtung (18) zum Berechnen einer Härtezahl basierend auf der linearen Abmessung und der vorgegebenen Eindrucklast;

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der linearen Abmessung aufweist:

eine Umwandlungseinrichtung (13) zum Umwandeln des zweidimensionalen Bildes in ein binäres Bild des Eindrucks; und

eine Einrichtung (15, 16) zum Bestimmen von Eckpunkten des Eindrucks zum Bestimmen zweidimensionaler Positionen von Eckpunkten des Eindrucks basierend auf dem binären Bild;

wobei die Positionen der Eckpunkte verwendet werden, um die Abmessungen der Diagonalen des Eindrucks (3) zu bestimmen, die zum Berechnen der Härtezahl verwendet werden.

2. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (15, 16) zum Bestimmen von Eckpunkten des Eindrucks aufweist:

eine Einrichtung (15) zum Erfassen von Eckpunkten des Eindrucks zum Erfassen eines Satzes erster Koordinaten (H1a, H1b, Hic, H1d) von Eckpunkten des Eindrucks (3) basierend auf Schnittpunkten von Linien, durch die Seiten des Eindrucks (3) angenähert werden, und zum Erfassen eines zweiten Satzes von Koordinaten (H2a, H2b, H2c, H2d) von Eckpunkten des Eindrucks (3) basierend auf dem längsten Linienabschnitt unter mehreren Linienabschnitten, die sich in einem vorgegebenen Satz von Richtungen parallel zueinander von der Nähe der Mitte des Eindrucks (3) zum Rand des Eindrucks (3) erstrecken; und

eine Einrichtung (16) zum Auswählen von Eckpunkten des Eindrucks zum Auswählen eines Satzes von Koordinaten aus dem ersten und dem zweiten Satz von Koordinaten, durch den jeder Eckpunkt des Eindrucks am besten angenähert wird, und zum Ausgeben des ausgewihlten Satzes von Koordinaten, die die zweidimensionalen Positionen der Eckpunkte des Eindrucks (3) darstellen.

3. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung (15) zum Bestimmen von Eckpunkten des Eindrucks die Linien, durch die die Seiten des Eindrucks (3) angenähert werden, durch Anwenden einer Methode der kleinsten Quadrate auf vier Gruppen von Bildelementen bestimmt, die einem Rand des Eindrucks (3) entsprechen.

4. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung (16) zum Auswählen von Eckpunkten des Eindrucks den ersten Satz von Koordinaten (H1a, H1b, H1c, H1d) auswählt, wenn eine mittlere Abweichung der genäherten Linien kleiner ist als ein vorgegebener Wert, der Abstand zwischen der Mitte des Eindrucks (3) und dem ersten Satz von Koordinaten (H1a, H1b, H1c, H1d) kleiner ist als der Abstand zwischen der Mitte des Eindrucks (3) und dem zweiten Satz von Koordinaten (H2a, H2b, H2c, H2d) und der Abstand zwischen dem ersten Satz (H1a, H1b, H1c, H1d) und dem zweiten Satz (H2a, H2b, H2c, H2d) von Koordinaten größer ist als ein vorgegebener Wert, und ansonsten den zweiten Satz von Koordinaten (H2a, H2b, H2c, H2d) auswählt.

5. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Fokussierungssteuerungseinrichtung (10, 11) zum automatischen Steuern des Fokus des Bildes des Eindrucks (3).

6. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit:

einer Hellfeld/Dunkelfeld-Umschalteinrichtung (50) zum Steuern des Mikroskops (5'), um ein Hellfeldbild und ein Dunkelfeldbild zu erhalten; und

einer Bildsteuerungseinrichtung (51) zum Ausrichten und Fokussieren eines Bildes unter Verwendung des Hellfeldbildes, wobei die Binärumwandlungseinrichtung das Dunkelfeldbild in ein binäres Bild umwandelt.

7. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung zum Bestimmen von Eckpunkten des Eindrucks Koordinaten der Eckpunkte des Eindrucks (3) aus Schnittpunkten von Linien bestimmt, durch die die Seiten des Eindrucks (3) angenähert werden.

8. Eindruckhärte-Prüfvorrichtung nach einem der vorahgehenden Ansprüche, wobei das Sehfeld (91) der Kamera (6) größer ist als das Bild des Eindrucks (3).