JP3029089B2 - 自動硬度計の自動焦点合わせ方法及び装置 - Google Patents
自動硬度計の自動焦点合わせ方法及び装置Info
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- JP3029089B2 JP3029089B2 JP8049959A JP4995996A JP3029089B2 JP 3029089 B2 JP3029089 B2 JP 3029089B2 JP 8049959 A JP8049959 A JP 8049959A JP 4995996 A JP4995996 A JP 4995996A JP 3029089 B2 JP3029089 B2 JP 3029089B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動硬度計の自動
焦点合わせ方法及び装置に係り、特に、溶接部のビッカ
ース硬さ試験に用いるのに好適な、所定荷重の圧子押圧
により生じた試料試験面の圧痕を、対物レンズで拡大し
てイメージセンサの受光面に結像せしめ、該イメージセ
ンサからの試料試験面画像データ（例えば顕微鏡で拡大
してＣＣＤカメラにより撮像し、該ＣＣＤカメラに写し
出された試料試験面の光学画像情報）をアナログ／デジ
タル変換処理して、前記圧痕寸法を計測することによ
り、当該試料試験面の硬度を測定する、いわゆる自動硬
度計又は自動微小硬度計で、試験片面の圧痕像を自動的
にイメージセンサの受光面上に結像させる自動焦点合わ
せ方法及び装置に関する。
焦点合わせ方法及び装置に係り、特に、溶接部のビッカ
ース硬さ試験に用いるのに好適な、所定荷重の圧子押圧
により生じた試料試験面の圧痕を、対物レンズで拡大し
てイメージセンサの受光面に結像せしめ、該イメージセ
ンサからの試料試験面画像データ（例えば顕微鏡で拡大
してＣＣＤカメラにより撮像し、該ＣＣＤカメラに写し
出された試料試験面の光学画像情報）をアナログ／デジ
タル変換処理して、前記圧痕寸法を計測することによ
り、当該試料試験面の硬度を測定する、いわゆる自動硬
度計又は自動微小硬度計で、試験片面の圧痕像を自動的
にイメージセンサの受光面上に結像させる自動焦点合わ
せ方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、鋼の高硬度部分は、各種の割れ
発生が懸念されるため、硬度の上限が設けられる。例え
ばＵＯＥパイプの場合、溶接部はパイプ全体の最高硬度
部分である可能性が高い熱影響部を含み、又、溶接で生
じた残留応力の影響もあり、割れ欠陥が発生し易い。更
に、溶接部には、熱影響部、母材部、溶融金属と様々な
熱履歴を持つ部分が集合している。これらの理由から、
溶接部の硬さ試験は、割れ発生に関して簡便に多くの情
報を与えるため、特にＵＯＥパイプでは必須の試験項目
となっている。
発生が懸念されるため、硬度の上限が設けられる。例え
ばＵＯＥパイプの場合、溶接部はパイプ全体の最高硬度
部分である可能性が高い熱影響部を含み、又、溶接で生
じた残留応力の影響もあり、割れ欠陥が発生し易い。更
に、溶接部には、熱影響部、母材部、溶融金属と様々な
熱履歴を持つ部分が集合している。これらの理由から、
溶接部の硬さ試験は、割れ発生に関して簡便に多くの情
報を与えるため、特にＵＯＥパイプでは必須の試験項目
となっている。
【０００３】ＵＯＥパイプの硬さ試験における硬さ測定
位置は、組織や試験片の輪郭を基準とするが、ＵＯＥパ
イプ断面試験片には、１つとして同じ形が存在しないた
め、測定位置は試験片毎に決定しなければならず、硬度
計の焦点位置も、その都度合わせ直す必要がある。
位置は、組織や試験片の輪郭を基準とするが、ＵＯＥパ
イプ断面試験片には、１つとして同じ形が存在しないた
め、測定位置は試験片毎に決定しなければならず、硬度
計の焦点位置も、その都度合わせ直す必要がある。
【０００４】一方、自動的に圧痕像を結像させる自動硬
度計の自動焦点装置は、例えば特開昭５９−２１６０３
８や特開平２−２５９５４５で提案され、実用化に至っ
ている。
度計の自動焦点装置は、例えば特開昭５９−２１６０３
８や特開平２−２５９５４５で提案され、実用化に至っ
ている。
【０００５】このうち特開平２−２５９５４５では、図
１に示す如く、試験機１２の試料ステージ１４上に載置
された試験片１０の表面に、所定の荷重で圧子１６を押
し付けて生じた圧痕１０ａが、顕微鏡１８で拡大された
画像をＣＣＤカメラ２０により撮像し、この光学画像情
報にＡ／Ｄ変換部２２でアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）
変換処理をした圧痕境界部分の灰色レベルの変化率を最
大にするように、自動焦点制御部２４により自動焦点機
構部２６を制御することが記載されている。
１に示す如く、試験機１２の試料ステージ１４上に載置
された試験片１０の表面に、所定の荷重で圧子１６を押
し付けて生じた圧痕１０ａが、顕微鏡１８で拡大された
画像をＣＣＤカメラ２０により撮像し、この光学画像情
報にＡ／Ｄ変換部２２でアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）
変換処理をした圧痕境界部分の灰色レベルの変化率を最
大にするように、自動焦点制御部２４により自動焦点機
構部２６を制御することが記載されている。
【０００６】前記試料ステージ１４は、自動焦点機構部
２６によって上下に可動し、更に横方向に移動可能とさ
れている。
２６によって上下に可動し、更に横方向に移動可能とさ
れている。
【０００７】前記自動焦点制御部２４は、図２に示す如
く、スレッシュホールドレベルを高い方としてＳＨ、低
い方としてＳＬとして２つ設定しておき、灰色レベルを
採取する線Ａ上の画素レベル値が、前記スレッシュホー
ルドＳＨ及びＳＬをそれぞれ横切ったときの画素の位置
をＸ１、Ｘ２とすると、次式で計算される灰色レベルの
変化率Ｂの大きさが最大となる駆動高さを焦点位置とし
ている。
く、スレッシュホールドレベルを高い方としてＳＨ、低
い方としてＳＬとして２つ設定しておき、灰色レベルを
採取する線Ａ上の画素レベル値が、前記スレッシュホー
ルドＳＨ及びＳＬをそれぞれ横切ったときの画素の位置
をＸ１、Ｘ２とすると、次式で計算される灰色レベルの
変化率Ｂの大きさが最大となる駆動高さを焦点位置とし
ている。
【０００８】 Ｂ＝｜（ＳＨ−ＳＬ）／（Ｘ２−Ｘ１）｜ …（１）
【０００９】図において、３０は、前記自動焦点制御部
２４で焦点が調整されたデジタル画像信号について、圧
痕と背景とを区別するスレッシュホールドレベルを求
め、自動的に２値化する２値化処理部、３２は、該２値
化処理部３０からの２値画像信号で作成した２値画像に
より、圧痕の辺の画素の直線近似式の交点より圧痕頂点
を検出する機能、及び、圧痕の中心付近から直接圧痕角
部を探索して圧痕頂点を検出する機能を有する圧痕頂点
検出部、３４は、該圧痕頂点検出部３２で求めた２種類
の圧痕頂点のうち、それぞれの頂点について、２つのう
ち適切な１つを選択する圧痕頂点選択部、３６は、該圧
痕頂点選択部３４で選択された４つの頂点の座標を結ぶ
四角形の２つの対角線を求める圧痕サイズ測定部、３８
は、該圧痕サイズ測定部３６によって測定された圧痕の
２つの対角線長さの平均値と、前記圧子１６の押付荷重
により、硬度を演算・出力する硬度演算部である。
２４で焦点が調整されたデジタル画像信号について、圧
痕と背景とを区別するスレッシュホールドレベルを求
め、自動的に２値化する２値化処理部、３２は、該２値
化処理部３０からの２値画像信号で作成した２値画像に
より、圧痕の辺の画素の直線近似式の交点より圧痕頂点
を検出する機能、及び、圧痕の中心付近から直接圧痕角
部を探索して圧痕頂点を検出する機能を有する圧痕頂点
検出部、３４は、該圧痕頂点検出部３２で求めた２種類
の圧痕頂点のうち、それぞれの頂点について、２つのう
ち適切な１つを選択する圧痕頂点選択部、３６は、該圧
痕頂点選択部３４で選択された４つの頂点の座標を結ぶ
四角形の２つの対角線を求める圧痕サイズ測定部、３８
は、該圧痕サイズ測定部３６によって測定された圧痕の
２つの対角線長さの平均値と、前記圧子１６の押付荷重
により、硬度を演算・出力する硬度演算部である。
【００１０】又、特開昭５９−２１６０３８には、特開
平２−２５９５４５と同様な自動硬度計において、図３
に示す如く、ＣＣＤカメラのイメージセンサ２０ａから
の試験面画像データを入力して、当該画像における黒色
部分と灰色部分とのレベル差を検出し、このレベル差が
最大となる位置で、顕微鏡の対物レンズ１８ａを収容す
る鏡筒１８ｂを停止することが記載されている。
平２−２５９５４５と同様な自動硬度計において、図３
に示す如く、ＣＣＤカメラのイメージセンサ２０ａから
の試験面画像データを入力して、当該画像における黒色
部分と灰色部分とのレベル差を検出し、このレベル差が
最大となる位置で、顕微鏡の対物レンズ１８ａを収容す
る鏡筒１８ｂを停止することが記載されている。
【００１１】図３において、４０は、試験片１０の試験
面を照明するための光源、４２は、イメージセンサ２０
ａの出力を増幅するアンプ、４４は、ＣＰＵ４４ａ、Ｒ
ＯＭ４４ｂ、ＲＡＭ４４ｃ及びキーボード４４ｄを含
み、図１の自動焦点制御部２４の機能と、画像を取り込
むために前記イメージセンサ２０ａを駆動する機能を有
するマイクロコンピュータ、４６は、該マイクロコンピ
ュータ４４の出力により前記イメージセンサ２０ａを駆
動するイメージセンサ駆動回路、２６ａは、図１の自動
焦点機構部２６の一部を構成するパルスモータ駆動回
路、２６ｂは、同じく、鏡筒１８ｂを上下に駆動するた
めのパルスモータ、２６ｃは、同じく、該パルスモータ
２６ｂによって回転駆動されるピニオンギヤ、２６ｄ
は、同じく該ピニオンギヤ２６ｃと噛合するラック、４
８は、鏡筒１８ｂが最下端に到来したことを検知するた
めの原点検出用センサである。
面を照明するための光源、４２は、イメージセンサ２０
ａの出力を増幅するアンプ、４４は、ＣＰＵ４４ａ、Ｒ
ＯＭ４４ｂ、ＲＡＭ４４ｃ及びキーボード４４ｄを含
み、図１の自動焦点制御部２４の機能と、画像を取り込
むために前記イメージセンサ２０ａを駆動する機能を有
するマイクロコンピュータ、４６は、該マイクロコンピ
ュータ４４の出力により前記イメージセンサ２０ａを駆
動するイメージセンサ駆動回路、２６ａは、図１の自動
焦点機構部２６の一部を構成するパルスモータ駆動回
路、２６ｂは、同じく、鏡筒１８ｂを上下に駆動するた
めのパルスモータ、２６ｃは、同じく、該パルスモータ
２６ｂによって回転駆動されるピニオンギヤ、２６ｄ
は、同じく該ピニオンギヤ２６ｃと噛合するラック、４
８は、鏡筒１８ｂが最下端に到来したことを検知するた
めの原点検出用センサである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、完全に人手を介さずに自動焦点機能を発揮でき
るのは、極めて限定された条件下に過ぎず、真の自動焦
点装置とは言えなかった。金属試験片面には、金属組織
を現出させるため、意図的に腐食処理が行われているこ
とが多いが、腐食処理面は撮影画像を直接に変化させる
ため、圧痕境界部分の灰色レベルの変化率や、白色部分
と黒色部分のレベル差が最大になる駆動高さを変化させ
てしまい、従来の自動焦点装置では、誤った焦点位置を
検出する場合があった。更に、仮にある一定の条件の腐
食処理面において、焦点が合うようにスレッシュホール
ドレベル等を校正できたとしても、他の組織では焦点が
合わない。例えば硬度測定が頻繁に行われる溶接部試験
片では、１試験片面に種々の金属組織が混在しており、
現実的には自動焦点装置を人手を要することなく完全自
動運用するのは不可能であった。又、従来技術では、圧
痕周縁部の画像を焦点合わせに利用しているため、周縁
部に汚れが付着している場合には、全く焦点合わせがで
きない。
術では、完全に人手を介さずに自動焦点機能を発揮でき
るのは、極めて限定された条件下に過ぎず、真の自動焦
点装置とは言えなかった。金属試験片面には、金属組織
を現出させるため、意図的に腐食処理が行われているこ
とが多いが、腐食処理面は撮影画像を直接に変化させる
ため、圧痕境界部分の灰色レベルの変化率や、白色部分
と黒色部分のレベル差が最大になる駆動高さを変化させ
てしまい、従来の自動焦点装置では、誤った焦点位置を
検出する場合があった。更に、仮にある一定の条件の腐
食処理面において、焦点が合うようにスレッシュホール
ドレベル等を校正できたとしても、他の組織では焦点が
合わない。例えば硬度測定が頻繁に行われる溶接部試験
片では、１試験片面に種々の金属組織が混在しており、
現実的には自動焦点装置を人手を要することなく完全自
動運用するのは不可能であった。又、従来技術では、圧
痕周縁部の画像を焦点合わせに利用しているため、周縁
部に汚れが付着している場合には、全く焦点合わせがで
きない。
【００１３】ある金属組織を背景とする圧痕の境界部分
の灰色レベルの変化率をステージ駆動高さに対して表示
すると、図４のようになるが、従来技術、特に特開平２
−２５９５４５が焦点位置の根拠とする変化率の大きさ
の最大位置は、図５に示す如くあいまいで、目視による
焦点位置の許容範囲Ｃを逸脱する場合があり、従来技術
は、自動焦点装置の制御には常用できなかった。即ち、
図４において、走査１で検出した焦点位置Ｒ１は、焦点
位置の許容範囲Ｃ内に入っているが、走査１とは別の金
属組織に対して行った走査２で検出した焦点位置Ｒ２
は、焦点位置の許容範囲Ｃを外れており、焦点位置とし
ては不適当である。
の灰色レベルの変化率をステージ駆動高さに対して表示
すると、図４のようになるが、従来技術、特に特開平２
−２５９５４５が焦点位置の根拠とする変化率の大きさ
の最大位置は、図５に示す如くあいまいで、目視による
焦点位置の許容範囲Ｃを逸脱する場合があり、従来技術
は、自動焦点装置の制御には常用できなかった。即ち、
図４において、走査１で検出した焦点位置Ｒ１は、焦点
位置の許容範囲Ｃ内に入っているが、走査１とは別の金
属組織に対して行った走査２で検出した焦点位置Ｒ２
は、焦点位置の許容範囲Ｃを外れており、焦点位置とし
ては不適当である。
【００１４】従って、従来は、焦点位置合わせを人手で
行わなければならず、特にＵＯＥパイプ断面試験片のよ
うに、測定位置の移動を曲線状の１試験片で１００回程
度繰り返す場合には、１時間程度の連続作業となって、
作業者の負担が非常に大きかった。又、測定結果に個人
差が生じるという問題もあった。
行わなければならず、特にＵＯＥパイプ断面試験片のよ
うに、測定位置の移動を曲線状の１試験片で１００回程
度繰り返す場合には、１時間程度の連続作業となって、
作業者の負担が非常に大きかった。又、測定結果に個人
差が生じるという問題もあった。
【００１５】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、腐食処理を施した試験片の表面に対
しても、自動焦点合わせの精度を向上することを課題と
する。
くなされたもので、腐食処理を施した試験片の表面に対
しても、自動焦点合わせの精度を向上することを課題と
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定荷重の圧
子押圧により生じた試料試験面の圧痕を、対物レンズで
拡大してイメージセンサの受光面に結像せしめ、該イメ
ージセンサからの試料試験面画像データをアナログ／デ
ジタル変換処理して、前記圧痕寸法を計測することによ
り、当該試料試験面の硬度を測定する自動硬度計の自動
焦点合わせ方法において、前記試料を載置した試料ステ
ージ、もしくは前記対物レンズとイメージセンサを収容
する鏡筒を駆動し、前記試料試験面と対物レンズとの間
の距離をステップ状に変化させて、前記デジタル画像の
圧痕境界部分の輝度（灰調レベルや灰色レベル）の変化
度合（増加又は減少度合、変化率、傾き、微分値等）が
最大となるような試料ステージもしくは鏡筒の第１の位
置を求める第１の段階と、前記輝度の最大値が最小とな
る試料ステージもしくは鏡筒の第２の位置を求める第２
の段階と、前記第１の位置と第２の位置との差を求め、
該位置差を予め設定した閾値と比較する第３の段階と、
前記位置差が前記閾値以下の場合は、前記第１の位置を
焦点位置であるとして前記試料ステージもしくは鏡筒を
位置せしめる段階と、前記位置差が前記閾値を超えた場
合は、前記第１〜第３の段階を繰り返し、予め定めた繰
り返し回数Ｎ以内に、前記位置差が前記閾値以下になっ
た場合に、前記第１の位置を焦点位置であるとして前記
試料ステージもしくは鏡筒を位置せしめる段階と、前記
位置差が前記閾値を超えた場合で、前記第１〜第３の段
階を繰り返しても、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内に、
前記位置差が前記閾値以下にならなかった場合に、繰り
返し回数Ｎ回目に求めた前記第１の位置と第２の位置と
の平均位置が焦点位置であるとして前記試料ステージも
しくは鏡筒を位置せしめる段階とを含むことにより、前
記課題を解決したものである。
子押圧により生じた試料試験面の圧痕を、対物レンズで
拡大してイメージセンサの受光面に結像せしめ、該イメ
ージセンサからの試料試験面画像データをアナログ／デ
ジタル変換処理して、前記圧痕寸法を計測することによ
り、当該試料試験面の硬度を測定する自動硬度計の自動
焦点合わせ方法において、前記試料を載置した試料ステ
ージ、もしくは前記対物レンズとイメージセンサを収容
する鏡筒を駆動し、前記試料試験面と対物レンズとの間
の距離をステップ状に変化させて、前記デジタル画像の
圧痕境界部分の輝度（灰調レベルや灰色レベル）の変化
度合（増加又は減少度合、変化率、傾き、微分値等）が
最大となるような試料ステージもしくは鏡筒の第１の位
置を求める第１の段階と、前記輝度の最大値が最小とな
る試料ステージもしくは鏡筒の第２の位置を求める第２
の段階と、前記第１の位置と第２の位置との差を求め、
該位置差を予め設定した閾値と比較する第３の段階と、
前記位置差が前記閾値以下の場合は、前記第１の位置を
焦点位置であるとして前記試料ステージもしくは鏡筒を
位置せしめる段階と、前記位置差が前記閾値を超えた場
合は、前記第１〜第３の段階を繰り返し、予め定めた繰
り返し回数Ｎ以内に、前記位置差が前記閾値以下になっ
た場合に、前記第１の位置を焦点位置であるとして前記
試料ステージもしくは鏡筒を位置せしめる段階と、前記
位置差が前記閾値を超えた場合で、前記第１〜第３の段
階を繰り返しても、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内に、
前記位置差が前記閾値以下にならなかった場合に、繰り
返し回数Ｎ回目に求めた前記第１の位置と第２の位置と
の平均位置が焦点位置であるとして前記試料ステージも
しくは鏡筒を位置せしめる段階とを含むことにより、前
記課題を解決したものである。
【００１７】又、同様な自動硬度計の自動焦点合わせ装
置において、前記試料を載置した試料ステージ、もしく
は前記対物レンズとイメージセンサを収容する鏡筒を駆
動し、前記試料試験面と対物レンズとの間の距離をステ
ップ状に変化させる試料ステージもしくは鏡筒駆動装置
と、各試料ステージ位置もしくは各鏡筒位置において、
前記デジタル画像信号の最大値及び前記圧痕境界部分の
デジタル画像信号の変化度合を求め、これらを試料ステ
ージもしくは鏡筒位置と共に記憶する画像処理・記憶装
置と、前記記憶された各視野の試料ステージ位置もしく
は各鏡筒位置における前記デジタル画像信号の変化度合
を比較して、この値が最大となるような試料ステージも
しくは鏡筒の第１の位置を検出する第１の位置検出手段
と、前記記憶された各視野の試料ステージ位置もしくは
各鏡筒位置における前記デジタル画像信号の最大値を比
較して、該最大値が最小となる第２の位置を検出する第
２の位置検出手段と、前記第１及び第２の位置検出手段
により検出された位置情報に基づき焦点位置を求める焦
点位置演算・判定手段と、該焦点位置演算・判定手段に
より求められた焦点位置に前記試料ステージもしくは鏡
筒が位置するように、前記試料ステージもしくは鏡筒駆
動装置を制御する駆動制御手段とを備えることにより、
同じく前記課題を解決したものである。
置において、前記試料を載置した試料ステージ、もしく
は前記対物レンズとイメージセンサを収容する鏡筒を駆
動し、前記試料試験面と対物レンズとの間の距離をステ
ップ状に変化させる試料ステージもしくは鏡筒駆動装置
と、各試料ステージ位置もしくは各鏡筒位置において、
前記デジタル画像信号の最大値及び前記圧痕境界部分の
デジタル画像信号の変化度合を求め、これらを試料ステ
ージもしくは鏡筒位置と共に記憶する画像処理・記憶装
置と、前記記憶された各視野の試料ステージ位置もしく
は各鏡筒位置における前記デジタル画像信号の変化度合
を比較して、この値が最大となるような試料ステージも
しくは鏡筒の第１の位置を検出する第１の位置検出手段
と、前記記憶された各視野の試料ステージ位置もしくは
各鏡筒位置における前記デジタル画像信号の最大値を比
較して、該最大値が最小となる第２の位置を検出する第
２の位置検出手段と、前記第１及び第２の位置検出手段
により検出された位置情報に基づき焦点位置を求める焦
点位置演算・判定手段と、該焦点位置演算・判定手段に
より求められた焦点位置に前記試料ステージもしくは鏡
筒が位置するように、前記試料ステージもしくは鏡筒駆
動装置を制御する駆動制御手段とを備えることにより、
同じく前記課題を解決したものである。
【００１８】本発明の特徴とするところは、図２中に示
した灰色レベルの最大値Ｄを用いて、図６に示すよう
に、各々のステージ駆動高さで比較した場合に、焦点位
置では、前記灰色レベルの最大値Ｄが最小となること
を、自動焦点位置の検出に使用することにある。発明者
等は、通常のハードウェアにより、この現象を捕えられ
ることを確認し、この原理を自動焦点装置として構成で
きることを確認し、種々の金属組織が混在している場合
においても、完全に人手を介さずに自動焦点させること
を実現した。この方法のみを用いても、硬度測定に十分
な焦点合わせは可能であるが、現状の技術レベルをもっ
てしても、予期できぬ原因により、焦点位置が誤って検
出されることがある。そのため、図５に示した如く、従
来からの圧痕境界部分の灰色レベルの変化率Ｂを最大に
する位置を自動焦点位置とする方法と併用して、例え
ば、前記灰色レベルの最大値Ｄが最小となる位置との平
均を演算して焦点位置とするような方法により、焦点位
置検出の誤りを皆無とすることができる。
した灰色レベルの最大値Ｄを用いて、図６に示すよう
に、各々のステージ駆動高さで比較した場合に、焦点位
置では、前記灰色レベルの最大値Ｄが最小となること
を、自動焦点位置の検出に使用することにある。発明者
等は、通常のハードウェアにより、この現象を捕えられ
ることを確認し、この原理を自動焦点装置として構成で
きることを確認し、種々の金属組織が混在している場合
においても、完全に人手を介さずに自動焦点させること
を実現した。この方法のみを用いても、硬度測定に十分
な焦点合わせは可能であるが、現状の技術レベルをもっ
てしても、予期できぬ原因により、焦点位置が誤って検
出されることがある。そのため、図５に示した如く、従
来からの圧痕境界部分の灰色レベルの変化率Ｂを最大に
する位置を自動焦点位置とする方法と併用して、例え
ば、前記灰色レベルの最大値Ｄが最小となる位置との平
均を演算して焦点位置とするような方法により、焦点位
置検出の誤りを皆無とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本実施形態は、図１に示したよう
な自動硬度計の自動焦点制御部２４内の制御に適用され
る。図７は、前記自動焦点制御部２４内の本発明による
ステージ駆動制御用プログラムを示す流れ図である。
な自動硬度計の自動焦点制御部２４内の制御に適用され
る。図７は、前記自動焦点制御部２４内の本発明による
ステージ駆動制御用プログラムを示す流れ図である。
【００２０】前記自動焦点制御部２４により自動焦点合
わせの開始（スタート）が指令されると、試料ステージ
１４は、予め設定したステージ駆動高さ最下端に下降す
る（ステップ１００）。
わせの開始（スタート）が指令されると、試料ステージ
１４は、予め設定したステージ駆動高さ最下端に下降す
る（ステップ１００）。
【００２１】その高さにおいてＣＣＤカメラ２０による
撮影画像データ（光学画像情報）を記録する（ステップ
１１０）と、試料ステージ１４は上方へ１ステップ移動
し（ステップ１２０）、再度撮像画像データを記録する
（ステップ１１０）。この操作が、予め設定したステー
ジ駆動高さ最上端に試料ステージ１４が移動するまで繰
り返される（ステップ１３０）。
撮影画像データ（光学画像情報）を記録する（ステップ
１１０）と、試料ステージ１４は上方へ１ステップ移動
し（ステップ１２０）、再度撮像画像データを記録する
（ステップ１１０）。この操作が、予め設定したステー
ジ駆動高さ最上端に試料ステージ１４が移動するまで繰
り返される（ステップ１３０）。
【００２２】ステージ駆動高さ最上端に到達した段階
で、自動焦点制御部２６により、前出（１）式の演算が
行われ、灰色レベル変化率Ｂが最大のステージ駆動高さ
１が検出され（ステップ１４０）、同時に、各ステージ
の灰色レベル最大値Ｄが最小となるステージ駆動高さ２
が検出される（ステップ１５０）。
で、自動焦点制御部２６により、前出（１）式の演算が
行われ、灰色レベル変化率Ｂが最大のステージ駆動高さ
１が検出され（ステップ１４０）、同時に、各ステージ
の灰色レベル最大値Ｄが最小となるステージ駆動高さ２
が検出される（ステップ１５０）。
【００２３】更に、ステージ駆動高さ１及び２から、焦
点位置に対応すべきステージ駆動高さ３が決定される
（ステップ１６０）。具体的には、例えばステージ駆動
高さ１と２の差を求め、該位置差を予め設定した閾値と
比較し、該位置差が前記閾値以下の場合は、ステージ駆
動高さ１をステージ駆動高さ３とする。又、前記位置差
が前記閾値を超えた場合は、ステップ１００乃至１５０
を繰り返し、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内に、前記位
置差が前記閾値以下となった場合に、前記ステージ駆動
高さ１をステージ駆動高さ３とする。一方、前記位置差
が前記閾値を超えた場合で、前記ステップ１００から１
５０を繰り返しても、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内
に、前記位置差が前記閾値以下にならなかった場合に
は、最後の繰り返し回数Ｎ回目に求めたステージ駆動高
さ１と２の平均値をステージ駆動高さ３とすることがで
きる。
点位置に対応すべきステージ駆動高さ３が決定される
（ステップ１６０）。具体的には、例えばステージ駆動
高さ１と２の差を求め、該位置差を予め設定した閾値と
比較し、該位置差が前記閾値以下の場合は、ステージ駆
動高さ１をステージ駆動高さ３とする。又、前記位置差
が前記閾値を超えた場合は、ステップ１００乃至１５０
を繰り返し、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内に、前記位
置差が前記閾値以下となった場合に、前記ステージ駆動
高さ１をステージ駆動高さ３とする。一方、前記位置差
が前記閾値を超えた場合で、前記ステップ１００から１
５０を繰り返しても、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内
に、前記位置差が前記閾値以下にならなかった場合に
は、最後の繰り返し回数Ｎ回目に求めたステージ駆動高
さ１と２の平均値をステージ駆動高さ３とすることがで
きる。
【００２４】このようにして、ステージ駆動高さ１とス
テージ駆動高さ２の差が予め設定した閾値よりも大きい
場合に、ステップ１００〜１５０を繰り返すことによっ
て、高精度の焦点位置合わせを行うことができる。な
お、ステージ駆動高さ１及び２からステージ駆動高さ３
を決定する方法は、これに限定されない。
テージ駆動高さ２の差が予め設定した閾値よりも大きい
場合に、ステップ１００〜１５０を繰り返すことによっ
て、高精度の焦点位置合わせを行うことができる。な
お、ステージ駆動高さ１及び２からステージ駆動高さ３
を決定する方法は、これに限定されない。
【００２５】ステップ１６０終了後、ステップ１７０に
進み、ステップ１６０で決定されたステージ駆動高さ３
となるように、自動焦点機構部２６により試料ステージ
１４を移動して、このプログラムを終了する。
進み、ステップ１６０で決定されたステージ駆動高さ３
となるように、自動焦点機構部２６により試料ステージ
１４を移動して、このプログラムを終了する。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
表１に示すように、従来方法で苦手とした金属組織の混
在した試験片や圧痕周辺が汚染した場合にも、自動焦点
合わせの成功率を著しく向上できる。従って、作業者の
負担を大幅に軽減すると共に、測定の個人差を解消する
ことができる。
表１に示すように、従来方法で苦手とした金属組織の混
在した試験片や圧痕周辺が汚染した場合にも、自動焦点
合わせの成功率を著しく向上できる。従って、作業者の
負担を大幅に軽減すると共に、測定の個人差を解消する
ことができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１において、各欄中の数字は、焦点合わ
せの実行総数に対する成功数の比を表わしたものであ
る。
せの実行総数に対する成功数の比を表わしたものであ
る。
【図１】特開平２−２５９５４５に記載された、自動焦
点装置を備えた押込型硬度計の全体構成を示す、一部ブ
ロック線図を含む側面図
点装置を備えた押込型硬度計の全体構成を示す、一部ブ
ロック線図を含む側面図
【図２】特開平２−２５９５４５で自動焦点合わせに用
いられている灰色レベル変化率の概念を示す線図
いられている灰色レベル変化率の概念を示す線図
【図３】特開昭５９−２１６０３８に記載された、自動
硬度計における自動焦点装置の構成を示すブロック線図
硬度計における自動焦点装置の構成を示すブロック線図
【図４】特開平２−２５９５４５に記載された方法で焦
点合わせを行った場合の問題点を示す線図
点合わせを行った場合の問題点を示す線図
【図５】従来例と本発明における焦点合わせの原理を比
較して示す線図
較して示す線図
【図６】本発明による灰色レベル最大値が最小となる位
置を使用した焦点位置決定の原理を示す概念図
置を使用した焦点位置決定の原理を示す概念図
【図７】本発明の実施形態における、自動焦点制御部内
のステージ駆動制御用プログラムを示す流れ図
のステージ駆動制御用プログラムを示す流れ図
１０…試験片 １０ａ…圧痕 １２…試験機 １４…試料ステージ １６…圧子 １８…顕微鏡 １８ａ…対物レンズ １８ｂ…鏡筒 ２０…ＣＣＤカメラ ２０ａ…イメージセンサ ２２…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部 ２４…自動焦点制御部 ２６…自動焦点機構部 Ｂ…灰色レベル変化率 Ｄ…灰色レベル最大値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62
Claims (2)
- 【請求項１】所定荷重の圧子押圧により生じた試料試験
面の圧痕を、対物レンズで拡大してイメージセンサの受
光面に結像せしめ、該イメージセンサからの試料試験面
画像データをアナログ／デジタル変換処理して、前記圧
痕寸法を計測することにより、当該試料試験面の硬度を
測定する自動硬度計の自動焦点合わせ方法において、 前記試料を載置した試料ステージ、もしくは前記対物レ
ンズとイメージセンサを収容する鏡筒を駆動し、前記試
料試験面と対物レンズとの間の距離をステップ状に変化
させて、前記デジタル画像の圧痕境界部分の輝度の変化
度合が最大となるような試料ステージもしくは鏡筒の第
１の位置を求める第１の段階と、 前記輝度の最大値が最小となる試料ステージもしくは鏡
筒の第２の位置を求める第２の段階と、 前記第１の位置と第２の位置との差を求め、該位置差を
予め設定した閾値と比較する第３の段階と、 前記位置差が前記閾値以下の場合は、前記第１の位置を
焦点位置であるとして前記試料ステージもしくは鏡筒を
位置せしめる段階と、 前記位置差が前記閾値を超えた場合は、前記第１〜第３
の段階を繰り返し、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内に、
前記位置差が前記閾値以下になった場合に、前記第１の
位置を焦点位置であるとして前記試料ステージもしくは
鏡筒を位置せしめる段階と、 前記位置差が前記閾値を超えた場合で、前記第１〜第３
の段階を繰り返しても、予め定めた繰り返し回数Ｎ以内
に、前記位置差が前記閾値以下にならなかった場合に、
繰り返し回数Ｎ回目に求めた前記第１の位置と第２の位
置との平均位置が焦点位置であるとして前記試料ステー
ジもしくは鏡筒を位置せしめる段階と、 を含むことを特徴とする自動硬度計の自動焦点合わせ方
法。 - 【請求項２】所定荷重の圧子押圧により生じた試料試験
面の圧痕を、対物レンズで拡大してイメージセンサの受
光面に結像せしめ、該イメージセンサからの試料試験面
画像データをアナログ／デジタル変換処理して、前記圧
痕寸法を計測することにより、当該試料試験面の硬度を
測定する自動硬度計の自動焦点合わせ装置において、 前記試料を載置した試料ステージ、もしくは前記対物レ
ンズとイメージセンサを収容する鏡筒を駆動し、前記試
料試験面と対物レンズとの間の距離をステップ状に変化
させる試料ステージもしくは鏡筒駆動装置と、 各試料ステージ位置もしくは各鏡筒位置において、前記
デジタル画像信号の最大値及び前記圧痕境界部分のデジ
タル画像信号の変化度合を求め、これらを試料ステージ
もしくは鏡筒位置と共に記憶する画像処理・記憶装置
と、 前記記憶された各視野の試料ステージ位置もしくは各鏡
筒位置における前記デジタル画像信号の変化度合を比較
して、この値が最大となるような試料ステージもしくは
鏡筒の第１の位置を検出する第１の位置検出手段と、 前記記憶された各視野の試料ステージ位置もしくは各鏡
筒位置における前記デジタル画像信号の最大値を比較し
て、該最大値が最小となる第２の位置を検出する第２の
位置検出手段と、 前記第１及び第２の位置検出手段により検出された位置
情報に基づき焦点位置を求める焦点位置演算・判定手段
と、 該焦点位置演算・判定手段により求められた焦点位置に
前記試料ステージもしくは鏡筒が位置するように、前記
試料ステージもしくは鏡筒駆動装置を制御する駆動制御
手段と、 を備えたことを特徴とする自動硬度計の自動焦点合わせ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8049959A JP3029089B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 自動硬度計の自動焦点合わせ方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8049959A JP3029089B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 自動硬度計の自動焦点合わせ方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243539A JPH09243539A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3029089B2 true JP3029089B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=12845579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8049959A Expired - Fee Related JP3029089B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 自動硬度計の自動焦点合わせ方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3029089B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101814457B1 (ko) * | 2017-01-13 | 2018-01-05 | 주식회사 스마트로봇 | 수중파괴 및 탈출장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191387A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Fujitsu Ltd | 撮像素子試験方法及び装置 |
| JP5258678B2 (ja) * | 2009-06-16 | 2013-08-07 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機 |
| JP5840431B2 (ja) | 2011-09-15 | 2016-01-06 | 株式会社ミツトヨ | 硬さ試験機、及び硬さ試験方法 |
-
1996
- 1996-03-07 JP JP8049959A patent/JP3029089B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101814457B1 (ko) * | 2017-01-13 | 2018-01-05 | 주식회사 스마트로봇 | 수중파괴 및 탈출장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09243539A (ja) | 1997-09-19 |
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|---|---|---|---|
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