JP2011220790A - 硬さ試験機及び硬さ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の傾きや平面度の誤差に依存せず、自動試験を行うことのできる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供する。
【解決手段】試料台２と、圧子１４ａと、圧子１４ａを所定位置まで第１速度で降下させ、所定位置以降は第２速度で降下させる速度制御プログラム６３ｅと、ＣＣＤカメラ１２と、硬さを算出する硬さ算出プログラム６３ｇと、を備え、試料台２に載置される試料Ｓに対して複数のくぼみを形成する硬さ試験機１００において、くぼみを形成する前に、試料Ｓの表面の任意の点における高さを検出する検出手段（焦点合わせプログラム６３ａ、測定プログラム６３ｂ）と、検出した高さを記憶する移動量記憶部６３ｃと、くぼみを形成する際に、移動量記憶部６３ｃに記憶された任意の点における高さに基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台２の高さ調整を行う調整プログラム６３ｄと、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、硬さ試験機及び硬さ試験方法に関する。

従来、試料の表面に所定の荷重を負荷した圧子を押込んで形成されたくぼみに基づいて試料の硬さを評価する硬さ試験機が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
このような硬さ試験機において、例えば、マイクロビッカース試験機のように、試料と圧子の接触速度（圧子を押し込む速度）を小さくしなければならない試験機の場合には、圧子が待機位置から下降して試料に接触するまでの間も前記接触速度で下降させたとすると、測定作業が完了するまでの時間（タクトタイム）が不必要に長くなって効率が悪くなってしまう。例えば、待機時の圧子と試料の隙間が１ｍｍの試験機の場合、６０μｍ／ｓで降下させると約１７ｓの時間を要し、１０μｍ／ｓで降下させると１００ｓの時間を要する。
そこで、例えば、９８０μｍまでは比較的高速で圧子を降下させ、残り２０μｍを６０μｍ／ｓや１０μｍ／ｓで降下させるといった速度制御がなされている。

特開２００３−１６６９２３号公報 特開２００５−１８１０４７号公報

しかしながら、この速度制御を用いて連続してくぼみを形成する多点試験を行う場合、上記の例では、全ての試験を正常に実施するには、試料の傾きや平面度の誤差は２０μｍしか許されないことになる。
つまり、上記の速度制御を行おうとすると、硬さ試験機が許容する以上の傾きや段差などの高低差（上記の例では２０μｍ）が試料にあった場合に、自動試験が行えないという問題があった。

本発明の課題は、試料の傾きや平面度の誤差に依存せず、自動試験を行うことのできる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
試料を載置する試料台と、
前記試料台の上方に位置し、前記試料台に載置された試料にくぼみを形成するための圧子と、
前記圧子を所定位置まで第１速度で降下させ、当該所定位置以降は前記第１速度よりも低速な第２速度で降下させる速度制御手段と、
前記圧子により形成されたくぼみの画像の画像データを取得する撮像手段と、
前記撮像手段により取得されたくぼみの画像の画像データからくぼみの寸法を求めて試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、を備え、
前記試料台に載置される試料に対して複数のくぼみを形成する硬さ試験機において、
くぼみを形成する前に、試料の表面の任意の点における高さを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出した前記任意の点における高さを記憶する記憶手段と、
くぼみを形成する際に、前記記憶手段に記憶された前記任意の点における高さに基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台の高さ調整を行う調整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記検出手段は、
前記試料の表面の前記任意の点を焦点合わせ点とし、くぼみを形成する前に、前記試料台を移動させることで前記焦点合わせ点において焦点合わせを行う焦点合わせ手段と、
前記焦点合わせ手段により前記焦点合わせ点において焦点が合った時点での、前記試料台の移動量を測定する測定手段と、を備え、
前記記憶手段は、前記検出手段により検出した前記試料台の移動量を記憶し、
前記調整手段は、くぼみを形成する際に、前記記憶手段に記憶された前記試料台の移動量に基づいて、当該試料台の高さ調整を行うことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記焦点合わせ点をユーザが設定するための設定手段を備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の硬さ試験機において、
前記測定手段が測定した前記試料の表面における複数の焦点合わせ点での前記試料台の移動量の値の差に基づいて、前記試料の傾斜を検出すると共に、前記値の差がなくなるように補正可能な傾斜調整機構を備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２〜４の何れか一項に記載の硬さ試験機において、
前記撮像手段によりくぼみの画像の画像データを取得する場合に、前記記憶手段に記憶された前記試料台の移動量に基づいて、当該試料台の高さ調整を行う第２調整手段を備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、
請求項１記載の硬さ試験機における硬さ試験方法であって、
前記検出手段により、くぼみを形成する前に、試料の表面の任意の点における高さを検出する検出工程と、
前記記憶手段により、前記検出手段により検出した前記任意の点における高さを記憶する記憶工程と、
前記調整手段により、くぼみを形成する際に、前記記憶手段に記憶された前記任意の点における高さに基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台の高さ調整を行う調整工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、くぼみを形成する前に、試料の表面の任意の点における高さを検出する検出手段と、検出手段により検出した任意の点における高さを記憶する記憶手段と、くぼみを形成する際に、記憶手段に記憶された任意の点における高さに基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台の高さ調整を行う調整手段と、を備えている。
このため、くぼみを形成する際に、試料台を適した高さに調整することが可能となるので、試料の傾きや平面度の誤差に依存せず、自動試験を行うことができる。

本発明の第１実施形態の硬さ試験機の全体構成示す模式図である。 図１の硬さ試験機における試験機本体を示す模式図である。 図１の硬さ試験機の要部の構成を示す模式図である。 図１の硬さ試験機の硬さ測定部を示す模式図である。 図１の硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。 試料台に搭載された試料を示す模式図である。 圧子の動作を説明するための図である。 図１の硬さ試験機を用いた測定処理を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の硬さ試験機の要部の構成を示す模式図である。 図９の硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。

以下、図を参照して、本発明に係る硬さ試験機について詳細に説明する。
なお、以下では、硬さ試験機の左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。

（第１実施形態）
硬さ試験機１００は、例えば、マイクロビッカース硬さ試験機であって、図１〜５に示すように、試験機本体１０と、制御部６と、操作部７と、モニタ８と、等を備えている。
この硬さ試験機１００は、例えば、図６に示すように、試料台２に載置される試料Ｓに対して複数のくぼみを形成する多点試験を実行可能な硬さ試験機である。
なお、試料台２に載置される試料Ｓの数は１つでも複数でも良い。即ち、多点試験として、１つの試料Ｓに対して複数のくぼみを形成しても良いし、複数の試料Ｓに対して全体として複数のくぼみを形成しても良い。

試験機本体１０は、例えば、図２、３に示すように、試料Ｓの硬さ測定を行う硬さ測定部１と、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２を移動させるＸＹステージ３と、試料Ｓの表面に焦点を合わせるためのＡＦ（Ｚ）ステージ４と、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を昇降する昇降機構部５と、等を備えている。

硬さ測定部１は、例えば、図４に示すように、試料Ｓの表面を照明する照明装置１１と、試料Ｓの表面を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１２と、圧子１４ａを備える圧子軸１４と対物レンズ１５を備え、回転することにより圧子軸１４と対物レンズ１５との切り替えが可能なターレット１６等により構成されている。

照明装置１１は、光を照射することにより試料Ｓの表面を照明するものであり、照明装置１１から照射される光は、レンズ１ａ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｅ、対物レンズ１５を介して試料Ｓの表面に到達する。

ＣＣＤカメラ１２は、試料Ｓの表面から対物レンズ１５、ミラー１ｅ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｇ、及びレンズ１ｈを介して入力された反射光に基づき、当該試料Ｓの表面や圧子１４ａにより試料Ｓの表面に形成されるくぼみを撮像して、画像データを取得し、複数フレームの画像データを同時に蓄積、格納可能なフレームグラバ１７を介して、制御部６に出力する。
これにより、ＣＣＤカメラ１２は、撮像手段として機能する。

圧子軸１４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動される負荷機構部（図示省略）により、試料台２に載置された試料Ｓに向け移動され、先端部に備えた圧子１４ａが試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。
ここで、待機時における圧子１４ａから試料Ｓの表面までの距離は、予め設定された所定の寸法となっている。以下の説明においては、当該距離を１ｍｍとして説明する。なお、当該距離は設計時に適宜変更可能であり、発明の範囲を１ｍｍに限定するものではない。
そして、圧子軸１４は、後述の速度制御プログラム６３ｅの実行により、くぼみの形成時には、２段階の速度で降下するよう制御される。このため、圧子１４ａは、例えば、図７に示すように、所定位置（速度切り替わり点）まで第１速度で降下し、当該所定位置以降は前記第１速度よりも低速な第２速度で降下する。
具体的には、圧子１４ａは、０．９８ｍｍまでは第１速度（高速）で下降し、０．９８ｍｍ以降の０．０２ｍｍは第１速度よりも低速な第２速度で降下する。
なお、第１速度、第２速度、及び速度切り替わり点は、操作部７により設定される。

対物レンズ１５は、それぞれ異なる倍率からなる集光レンズ１５ａ、１５ｂを備え、ターレット１６の下面に複数保持されており、ターレット１６の回転により試料Ｓの上方に配置されることで、照明装置１１から照射される光を一様に試料Ｓの表面に照射させる。

ターレット１６は、下面に圧子軸１４と複数の対物レンズ１５を取り付け、Ｚ軸方向の軸周りに回転することにより、当該圧子軸１４と複数の対物レンズ１５の中の、何れか一つを切り替えて試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。つまり、圧子軸１４を試料Ｓの上方に配置した状態で圧子軸を降下させることで試料Ｓの表面にくぼみを形成し、対物レンズ１５を試料Ｓの上方に配置することで、当該形成されたくぼみを観察することが可能となる。

試料台２は、上面に載置される試料Ｓを固定する試料固定部２ａを備えている。
ＸＹステージ３は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料台２を圧子１４ａの移動方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸，Ｙ軸方向）に移動させる。
ＡＦ（Ｚ）ステージ４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、ＣＣＤカメラ１２が撮像した画像データに基づき試料台２を微細に昇降させ、試料Ｓの表面に焦点を合わせる。
昇降機構部５は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を上下方向に移動させることで、試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離を変化させる。

操作部７は、キーボード７１、マウス７２等により構成されており、硬さ試験を行う際のユーザによる入力操作を実行させる。そして、操作部７により所定の入力操作がなされると、その入力操作に応じた所定の操作信号が制御部６に出力される。
具体的に、操作部７は、後述の焦点合わせプログラム６３ａの実行時に、試料の表面の任意の点を、焦点合わせの対象となる焦点合わせ点としてユーザが指定する際に利用される。
この焦点合わせ点としては、１つの試料Ｓに対して一点でも良いし、１つの試料Ｓに対して複数点指定しても良い。これにより、操作部７は、設定手段として機能する。
なお、特に指定がない場合には、各試料Ｓで最初に形成されるくぼみの位置が、焦点合わせ点として設定されている。
また、操作部７は、当該硬さ試験機１００による硬さ試験を実施する際の各種の条件の設定を、ユーザが行う際に利用される。
ここで、各種の条件の設定とは、例えば、試験条件（試料Ｓの材質、圧子１４ａにより試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、対物レンズ１５の倍率、等の値）や、試験開始点、行・列数、ピッチ等の設定である。
また、操作部７は、２段階の速度で降下する圧子軸１４の２つの降下速度と、２つの降下速度が切り替わる速度切り替わり点を、ユーザが設定する際に利用される。なお、２つの降下速度や切り替わり点は、試料Ｓの材質や試験力の大きさなどに応じて設定される。

モニタ８は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置により構成されており、操作部７において入力された硬さ試験の設定条件、硬さ試験の結果、ＣＣＤカメラ１２が撮像した試料Ｓの表面や試料Ｓの表面に形成されるくぼみの画像等を表示する。

制御部６は、図５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、記憶部６３等を備えて構成され、記憶部６３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うための動作制御等を行う機能を有する。

ＣＰＵ６１は、記憶部６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。

記憶部６３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部６３は、ＣＰＵ６１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。

より具体的には、記憶部６３は、例えば、焦点合わせプログラム６３ａ、測定プログラム６３ｂ、移動量記憶部６３ｃ、調整プログラム６３ｄ、速度制御プログラム６３ｅ、第２調整プログラム６３ｆ、硬さ算出プログラム６３ｇ、等を格納している。

焦点合わせプログラム６３ａは、くぼみを形成する前に、試料台２を移動させることで試料Ｓの表面の任意の焦点合わせ点において焦点合わせを行う機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１は、焦点合わせプログラム６３ａを実行すると、昇降機構部５を駆動させて試料台２（ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を上下方向（Ｚ軸方向）に所定量ずつ（例えば、制御部６の制御信号により指定される量）移動させ、ＣＣＤカメラ１２により試料Ｓの表面を連続画像として撮像する。そして、得られた各画像に対してＡＦ値の算出を行い、得られたＡＦ値が所定値となった場合、その時点を焦点位置（焦点の合った時点）とする。
ここで、焦点位置は、圧子１４ａが第２速度で降下する範囲内に位置している。つまり、ＣＰＵ６１は、操作部７を介してユーザが２つの降下速度や切り替わり点を指定すると、これに基づいて、ＡＦ値を算出する範囲を決定しており、圧子１４ａが第２速度で降下する範囲内において、焦点が合うようになっている。
また、「ＡＦ値」とは、所定の評価関数による合焦度合いを示す値である。
上記ＡＦ値の算出方法は、例えば、画像の任意の点に着目したとき、当該任意の点の画素とその画素から所定画素数離間した位置にある画素との光強度の差（微分画像）の評価により行う。
ＣＰＵ６１は、くぼみを形成する前に、焦点合わせ点の全てに対して、このような焦点合わせを実行する。
ＣＰＵ６１は、かかる焦点合わせプログラム６３ａを実行することで、ＡＦ（Ｚ）ステージ４及びＣＣＤカメラ１２と共に、焦点合わせ手段として機能する。

測定プログラム６３ｂは、ＣＰＵ６１に、焦点合わせプログラム６３ａの実行により焦点合わせ点において焦点が合った時点での、試料台２の移動量を検出する機能を実現させるプログラムである。
具体的に、例えば、ＣＰＵ６１は、焦点合わせプログラム６３ａを実行することによって焦点合わせ点において焦点が合うと、試料台２（ＡＦ（Ｚ）ステージ４）の上下方向（Ｚ軸方向）の移動量を検出する。
ＣＰＵ６１は、くぼみを形成する前に、焦点合わせ点の全てに対して、このような試料台２の移動量の検出を実行する。
ＣＰＵ６１は、かかる測定プログラム６３ｂを実行することで、測定手段として機能する。

また、上記焦点合わせ手段及び測定手段により、くぼみを形成する前に試料Ｓの表面の任意の点における高さを検出する検出手段が構成されている。

移動量記憶部６３ｃは、ＣＰＵ６１が測定プログラム６３ｂを実行することにより検出した、焦点合わせ点毎の試料台２の上下方向（Ｚ軸方向）の移動量を記憶する。
これにより、移動量記憶部６３ｃは、記憶手段として機能する。

調整プログラム６３ｄは、ＣＰＵ６１に、くぼみを形成する際に、移動量記憶部６３ｃに記憶された試料台２の移動量に基づいて、当該試料台２の高さ調整を行う機能を実現させるプログラムである。
具体的に、例えば、ＣＰＵ６１は、くぼみを形成する場合、調整プログラム６３ｄを実行し、移動量記憶部６３ｃに格納された値を参照する。そして、昇降機構部５を駆動させて試料台２（ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を上下方向（Ｚ軸方向）に所定量移動させる。
つまり、試料Ｓは、焦点位置においてくぼみの形成が行われることとなる。
なお、複数のくぼみが形成される一の試料Ｓに対して、１つのくぼみ位置が焦点合わせ点として指定されていた場合、当該一の試料Ｓに形成される全てのくぼみに対して、前記１つの焦点合わせ点に対して検出された移動量が参照される。
ＣＰＵ６１は、かかる調整プログラム６３ｄを実行することで、昇降機構部５と共に調整手段として機能する。

速度制御プログラム６３ｅは、ＣＰＵ６１に、圧子１４ａを所定位置まで第１速度で降下させ、当該所定位置以降は前記第１速度よりも低速な第２速度で降下させる機能を実現させるプログラムである。
具体的に、例えば、ＣＰＵ６１は、試料Ｓにくぼみを形成する際、速度制御プログラム６３ｅを実行することによって圧子軸１４が２段階の速度で降下するよう制御する。
より具体的には、圧子１４ａと試料Ｓとの隙間が１ｍｍである場合、０．９８ｍｍまでは第１速度（高速）で、０．９８ｍｍ以降の０．０２ｍｍは第１速度よりも低速な第２速度で降下する。
なお、圧子１４ａは、第２速度で降下している間に試料Ｓの表面とぶつかり、圧子１４ａは試料Ｓの表面に押し込まれ、くぼみが形成される。
ＣＰＵ６１は、かかる速度制御プログラム６３ｅを実行することにより速度制御手段として機能する。

第２調整プログラム６３ｆは、ＣＰＵ６１に、ＣＣＤカメラ１２によりくぼみの画像の画像データを取得する場合に、移動量記憶部６３ｃに記憶された試料台２の移動量に基づいて、当該試料台２の高さ調整を行う機能を実現させるプログラムである。
具体的に、例えば、ＣＰＵ６１は、くぼみの形成後にこれを撮像する際に、第２調整プログラム６３ｆを実行し、移動量記憶部６３ｃに格納された値を参照する。そして、昇降機構部５を駆動させて試料台２（ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を上下方向（Ｚ軸方向）に所定量移動させる。つまり、試料Ｓは、焦点位置に移動することとなる。
そして、その後、ＣＣＤカメラ１２により試料Ｓの表面の撮像が行われる。
ＣＰＵ６１は、かかる第２調整プログラム６３ｆを実行することにより、昇降機構部５と共に第２調整手段として機能する。

硬さ算出プログラム６３ｇは、ＣＰＵ６１に、ＣＣＤカメラ１２により取得されたくぼみの画像の画像データからくぼみの寸法を求めて試料の硬さを算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ６１は、くぼみ４辺の画面内の概略位置を検出して４つのくぼみ頂点を特定し、それら４つの頂点の座標上の位置から互いに交差する２本の対角線長さ（くぼみ寸法）を取得し、くぼみ寸法を演算してくぼみ面積（くぼみの大きさ）（Ａ）を算出する。
次に、ＣＰＵ６１は、そのくぼみの形成時にかかっていた試験力（Ｆ）を、算出したくぼみ面積（Ａ）で除すことで、硬さ（ＨＶ）を算出する。即ち、下記式（１）により、硬さ（ＨＶ）を算出する。
ＨＶ＝Ｆ／Ａ （１）
ＣＰＵ１１は、かかる硬さ算出プログラム６３ｇを実行することによって、硬さ算出手段として機能する。

次に、硬さ試験機１００における測定処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。
先ず、ステップＳ１において、ユーザは、試料のセットを行う。
次いで、ステップＳ２において、ユーザは、各種条件の設定（試験条件、試験開始点、具行・列数、ピッチ等の指定）を行う。
次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ１１は、測定を開始する。
次いで、ステップＳ４において、ＣＰＵ１１は、焦点合わせ点に対して、試料台２を移動させることで焦点合わせを行う（検出工程）。
次いで、ステップＳ５において、ＣＰＵ１１は、焦点合わせ点において焦点が合った時点での、試料台２の移動量を測定（検出）する（検出工程）。
次いで、ステップＳ６において、ＣＰＵ１１は、検出した試料台２の移動量を記憶する（記憶工程）。
次いで、ステップＳ７において、ＣＰＵ１１は、指定された全ての点において焦点合わせが終わっているか否かを判断し、終わっていない場合には（ステップＳ７：NO）、上記ステップＳ４に戻って以降の処理を繰り返す。
一方、指定された全ての点において焦点合わせが終わっている場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、続くステップＳ８において、ＣＰＵ１１は、形成するくぼみの位置に応じて試料台２の移動量を参照し、当該試料台２の高さ位置の調整を行う（調整工程）。
次いで、ステップＳ９において、ＣＰＵ１１は、試料台の水平位置が所定の位置となるように試料台の水平位置の調整を行う。
次いで、ステップＳ１０において、ＣＰＵ１１は、試料台上の試料に対してくぼみの形成を行う。
次いで、ステップＳ１１において、ＣＰＵ１１は、設定された全ての点においてくぼみの形成が終わっているか否かを判断し、終わっていない場合には（ステップＳ１１：NO）、上記ステップＳ８に戻って以降の処理を繰り返す。
一方、設定された全ての点においてくぼみの形成が終わっている場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、続くステップＳ１２において、画像を取得するくぼみの位置に応じて試料台２の移動量を参照し、当該試料台２の高さ位置の調整を行う。
次いで、ステップＳ１３において、ＣＰＵ１１は、試料台の水平位置が所定の位置となるように試料台の水平位置の調整を行う。
次いで、ステップＳ１４において、ＣＰＵ１１は、くぼみの画像を取得する。
次いで、ステップＳ１５において、ＣＰＵ１１は、全てのくぼみについて画像の取得が終わっているか否かを判断し、終わっていない場合には（ステップＳ１５：NO）、上記ステップＳ１２に戻って以降の処理を繰り返す。
一方、全てのくぼみについて画像の取得が終わっている場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、続くステップＳ１６において、ＣＰＵ１１は、くぼみの画像の画像データからくぼみの寸法を求めて試料の硬さを算出し、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態の硬さ試験機１００によれば、くぼみを形成する前に、試料Ｓの表面の任意の点（焦点合わせ点）における高さを検出する検出手段（焦点合わせ手段及び測定手段）と、検出手段により検出した任意の点における高さを記憶する移動量記憶部６３ｃと、くぼみを形成する際に、移動量記憶部６３ｃに記憶された任意の点における高さ（焦点合わせ点における試料台２の移動量）に基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台２の高さ調整を行う調整手段（調整プログラム６３ｄ、昇降機構部５）と、を備えている。
このため、くぼみを形成する際に、試料台２を適した高さに調整することが可能となるので、試料Ｓの傾きや平面度の誤差に依存せず、自動試験を行うことができる。

また、本実施形態の硬さ試験機１００は、焦点合わせ点をユーザが設定するための操作部７を備えている。
このため、試料Ｓの特性に合わせて焦点合わせを行う位置やタイミングをユーザが自由に設定でき、効率よく測定を行うことができる。

また、本実施形態の硬さ試験機１００は、ＣＣＤカメラ１２によりくぼみの画像の画像データを取得する場合に、移動量記憶部６３ｃに記憶された試料台２の移動量に基づいて、当該試料台２の高さ調整を行う第２調整手段（第２調整プログラム６３ｆ、昇降機構部５）を備えている。
このため、くぼみの画像を取得する際に、焦点合わせの制御を行うことなしにピント位置の調整を行うことができる。

また、本実施形態の硬さ試験方法は、検出工程と、記憶工程と、調整工程と、を有している。
このため、くぼみを形成する際に、試料台を適した高さに調整することが可能となるので、試料の傾きや平面度の誤差に依存せず、自動試験を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の硬さ試験機２００は、表面の傾斜が大きい試料Ｓに対して、当該表面を水平にする傾斜調整機構を備えている。
具体的に、硬さ試験機２００は、図９、１０に示すように、試験機本体１０Ａと、制御部６Ａと、操作部７と、モニタ８と、等を備えている。
試験機本体１０Ａは、硬さ測定部１と、試料台２と、ＸＹステージ３と、ＡＦ（Ｚ）ステージ４と、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を昇降する昇降機構部５の他、傾斜ステージ９を備えている。
この傾斜ステージ９は、ＣＰＵ６１Ａの制御信号に応じて一辺を支点として他片を上下（Ｚ）に駆動することで、その上面の傾斜を調整するものである。

制御部６Ａは、ＣＰＵ６１Ａ、ＲＡＭ６２Ａ、傾斜検出プログラム６３ｈの格納された記憶部６３Ａ等を備えている。
傾斜検出プログラム６３ｈは、ＣＰＵ６１Ａに、測定プログラム６３ｂが測定した試料Ｓの表面における複数の焦点合わせ点での試料台２の移動量の値の差に基づいて、試料Ｓの傾斜を検出する機能を実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ６１Ａは、一の試料Ｓの２つ以上の焦点合わせ点で試料台２の移動量を測定した場合、その値の差が所定以上であった場合には試料Ｓの表面が傾いていると判断することで、試料Ｓの傾斜を検出し、傾斜ステージ９を駆動させて、前記値の差がなくなるように制御する。
つまり、傾斜ステージ９は、傾斜検出プログラム６３ｈの実行によって、試料Ｓの表面が圧子１４ａの移動方向（Ｚ方向）に対して垂直となるように傾斜角度が補正される。
ＣＰＵ６１Ａは、かかる傾斜検出プログラム６３ｈを実行することにより、傾斜ステージ９とともに傾斜調整機構として機能する。

以上にように、本実施形態の硬さ試験機２００によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、傾斜が大きい試料について、傾斜調整機構により表面を水平にすることができるので、より多くの試料に対して適性なくぼみの形成を行うことが可能となる。

なお、上記第１、２実施形態においては、くぼみの形成後（撮像時）には、移動量記憶部６３ｃを参照して焦点合わせを行うこととして説明しているが、くぼみを撮像する段階で、再度、焦点合わせを行うこととしても良い。
このような制御は、例えば、試料の材質などに依存して、くぼみの形成前後で表面の高さが異なる場合などに有効である。

また、上記第１、２実施形態においては、くぼみを形成する前に試料Ｓの表面の任意の点における高さを検出する検出手段が、焦点合わせ手段と測定手段とからなる構成を例示して説明したが、検出手段はこれに限定されるものではなく、例えば、試料台２のＺ軸方向の高さを検出するスケールを用いたり、或いは、レーザー測長装置等により構成することとしても良い。

また、上記第１、２実施形態においては、多点試験を行う場合を例示して説明したが、本発明の硬さ試験によって一点のくぼみを形成する硬さ試験を行えるのは勿論である。

１ 硬さ測定部
２ 試料台
２ａ 試料固定部
３ ＸＹステージ
４ ＡＦ（Ｚ）ステージ（焦点合わせ手段、検出手段）
５ 昇降機構部（調整手段、第２調整手段）
６ 制御部
７ 操作部（設定手段）
８ モニタ
９ 傾斜ステージ（傾斜調整機構）
１０ 試験機本体
１１ 照明装置
１２ ＣＣＤカメラ（撮像手段、焦点合わせ手段、検出手段）
１４ 圧子軸
１４ａ 圧子
１５ 対物レンズ
１６ ターレット
１７ フレームグラバ
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＡＭ
６３ 記憶部
６３ａ 焦点合わせプログラム（焦点合わせ手段、検出手段）
６３ｂ 測定プログラム（測定手段、検出手段）
６３ｃ 移動量記憶部（記憶手段）
６３ｄ 調整プログラム（調整手段）
６３ｅ 速度制御プログラム（速度制御手段）
６３ｆ 第２調整プログラム（第２調整手段）
６３ｇ 硬さ算出プログラム（硬さ算出手段）
６３ｈ 傾斜検出プログラム（傾斜調整機構）
７１ キーボード
７２ マウス
１００、２００ 硬さ試験機
Ｓ 試料

Claims (6)

1. 試料を載置する試料台と、
   前記試料台の上方に位置し、前記試料台に載置された試料にくぼみを形成するための圧子と、
   前記圧子を所定位置まで第１速度で降下させ、当該所定位置以降は前記第１速度よりも低速な第２速度で降下させる速度制御手段と、
   前記圧子により形成されたくぼみの画像の画像データを取得する撮像手段と、
   前記撮像手段により取得されたくぼみの画像の画像データからくぼみの寸法を求めて試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、を備え、
   前記試料台に載置される試料に対して複数のくぼみを形成する硬さ試験機において、
   くぼみを形成する前に、試料の表面の任意の点における高さを検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出した前記任意の点における高さを記憶する記憶手段と、
   くぼみを形成する際に、前記記憶手段に記憶された前記任意の点における高さに基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台の高さ調整を行う調整手段と、
   を備えることを特徴とする硬さ試験機。
2. 前記検出手段は、
   前記試料の表面の前記任意の点を焦点合わせ点とし、くぼみを形成する前に、前記試料台を移動させることで前記焦点合わせ点において焦点合わせを行う焦点合わせ手段と、
   前記焦点合わせ手段により前記焦点合わせ点において焦点が合った時点での、前記試料台の移動量を測定する測定手段と、を備え、
   前記記憶手段は、前記検出手段により検出した前記試料台の移動量を記憶し、
   前記調整手段は、くぼみを形成する際に、前記記憶手段に記憶された前記試料台の移動量に基づいて、当該試料台の高さ調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
3. 前記焦点合わせ点をユーザが設定するための設定手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の硬さ試験機。
4. 前記測定手段が測定した前記試料の表面における複数の焦点合わせ点での前記試料台の移動量の値の差に基づいて、前記試料の傾斜を検出すると共に、前記値の差がなくなるように補正可能な傾斜調整機構を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の硬さ試験機。
5. 前記撮像手段によりくぼみの画像の画像データを取得する場合に、前記記憶手段に記憶された前記試料台の移動量に基づいて、当該試料台の高さ調整を行う第２調整手段を備えることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の硬さ試験機。
6. 請求項１記載の硬さ試験機における硬さ試験方法であって、
   前記検出手段により、くぼみを形成する前に、試料の表面の任意の点における高さを検出する検出工程と、
   前記記憶手段により、前記検出手段により検出した前記任意の点における高さを記憶する記憶工程と、
   前記調整手段により、くぼみを形成する際に、前記記憶手段に記憶された前記任意の点における高さに基づいて、当該任意の点における高さが所定の高さとなるように当該試料台の高さ調整を行う調整工程と、
   を有することを特徴とする硬さ試験方法。

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