JP5910407B2

JP5910407B2 - Hardness tester and hardness test method in hardness tester

Info

Publication number: JP5910407B2
Application number: JP2012177052A
Authority: JP
Inventors: 岩永　幸満; 幸満岩永
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: JP2014035285A; CN103575607A; CN103575607B

Description

この発明は、試験片の硬さを測定する硬さ試験機および硬さ試験機における硬さ試験方法に関する。 The present invention relates to a hardness tester for measuring the hardness of a test piece and a hardness test method in the hardness tester.

このような硬さ試験機は、試験片を載置する載置台と、この載置台を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向（水平方向および鉛直方向）に移動させる移動機構と、試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、試験片における試験位置と対向する位置において圧子をＺ方向に移動させることにより圧子を試験片に押しつける負荷機構と、試験片の表面に形成された圧痕を撮影するためのカメラを備えた撮影機構と、載置台をＺ方向に移動させることにより撮影機構により撮影した試験片の画像の焦点合わせを行う焦点合わせ部とを備え、試験片の表面に形成された圧痕のサイズをカメラにより撮影した圧痕の画像に基づいて測定し、その圧痕のサイズを測定することにより、試験片の硬さを測定する構成となっている。 Such a hardness tester includes a mounting table for mounting a test piece, a moving mechanism for moving the mounting table in X, Y, and Z directions (horizontal direction and vertical direction) orthogonal to each other, and the surface of the test piece. Photographs the indenter for forming an indentation, a load mechanism for pressing the indenter against the test piece by moving the indenter in the Z direction at a position opposite to the test position on the test piece, and the indentation formed on the surface of the test piece And a focusing unit for focusing an image of the test piece taken by the shooting mechanism by moving the mounting table in the Z direction, and formed on the surface of the test piece. The size of the indentation is measured based on the image of the indentation photographed by the camera, and the size of the indentation is measured to measure the hardness of the test piece.

このような硬さ試験機においては、載置台の表面が正確に水平方向を向いていたとしても、試験片の表面が水平方向を向くとは限らない。このため、カメラにより試験片の表面を撮影して圧痕のサイズを測定する場合に、カメラにより撮影した画像を画像処理するとともに、この画像処理結果に基づいて試験片を載置台とともにＺ方向に移動させることにより、試験片の画像の焦点合わせ（オートフォーカス）を実行している。 In such a hardness tester, even if the surface of the mounting table is accurately oriented in the horizontal direction, the surface of the test piece is not always oriented in the horizontal direction. For this reason, when the surface of the test piece is photographed by the camera and the size of the impression is measured, the image photographed by the camera is subjected to image processing, and the test piece is moved in the Z direction together with the mounting table based on the image processing result. By doing so, focusing (autofocus) of the image of the test piece is executed.

特許文献１には、試料の傾きや平面度の誤差に依存せず自動試験を実行するために、試料の表面に焦点を合わせるためのＡＦ（Ｚ）ステージを備えた硬さ試験機が開示されている。 Patent Document 1 discloses a hardness tester equipped with an AF (Z) stage for focusing on the surface of a sample in order to perform an automatic test without depending on errors in the sample tilt and flatness. ing.

特開２０１１−２２０７９０号公報JP 2011-220790 A

このような硬さ試験機においては、載置台上に載置された試験片の表面が水平面と平行でない場合、試験位置毎に焦点合わせ動作を実行することが必要となる。このため、硬さ試験を行うために長い時間を要するという問題がある。このような問題は、硬さ試験を試験位置を変更して複数回連続して繰り返す自動試験を行う場合に、特に、顕著な影響を与える。 In such a hardness tester, when the surface of the test piece mounted on the mounting table is not parallel to the horizontal plane, it is necessary to perform a focusing operation for each test position. For this reason, there is a problem that it takes a long time to perform the hardness test. Such a problem has a significant effect particularly when an automatic test is performed in which the hardness test is repeated a plurality of times continuously by changing the test position.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、硬さ試験を迅速に実行することが可能な硬さ試験機および硬さ試験機における硬さ試験方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hardness tester capable of quickly executing a hardness test and a hardness test method in the hardness tester. .

請求項１に記載の発明は、試験片を載置する載置台と、前記載置台を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる移動機構と、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、前記試験片における試験位置と対向する位置において前記圧子をＺ方向に移動させることにより前記圧子を前記試験片に押しつける負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕を撮影するための撮影機構と、前記載置台をＺ方向に移動させることにより前記撮影機構により撮影した試験片の画像の焦点合わせを行う焦点合わせ部と、を備えた硬さ試験機において、前記載置台上に載置された試験片の表面における互いに異なる３点の位置で焦点合わせを行うことにより得た３点の位置のＺ座標値に基づいて、前記試験片の表面の方程式を演算する方程式演算部と、前記方程式演算部により演算した試験片の表面の方程式を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した試験片の表面の方程式に基づいて、前記試験片における試験位置のＸ、Ｙ座標位置から、その位置における前記試験片の表面のＺ座標位置を演算するＺ座標演算部と、を備え、前記移動機構は、Ｚ座標演算部により演算した前記試験片の表面のＺ座標位置に基づいて、前記載置台をＺ方向に移動させることを特徴とする。 In order to form an indentation on the surface of the test piece, the mounting base for mounting the test piece, the moving mechanism for moving the mounting base in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other The indenter, a load mechanism that presses the indenter against the test piece by moving the indenter in the Z direction at a position opposite to the test position of the test piece, and an indentation formed on the surface of the test piece. A hardness tester comprising: an imaging mechanism for focusing; and a focusing unit configured to focus an image of a test piece photographed by the imaging mechanism by moving the mounting table in the Z direction. Equation calculation unit for calculating the equation of the surface of the test piece based on the Z coordinate value of the position of the three points obtained by focusing at three different positions on the surface of the test piece placed on the surface From the X, Y coordinate position of the test position in the test piece based on the equation of the surface of the test piece stored in the storage unit, a storage unit that stores the equation of the surface of the test piece calculated by the equation calculation unit A Z coordinate calculation unit that calculates the Z coordinate position of the surface of the test piece at the position, and the moving mechanism is based on the Z coordinate position of the surface of the test piece calculated by the Z coordinate calculation unit, The mounting table is moved in the Z direction.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記移動機構は前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させて前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置するときに、前記載置台をＺ方向に移動させることにより、前記試験片における試験位置の表面を、前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に配置する。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the moving mechanism moves the mounting table in the X and Y directions to place a test position on the test piece at a position facing the indenter. Sometimes, by moving the mounting table in the Z direction, the surface of the test position of the test piece is placed at the focal point position of the image of the test piece taken by the photographing mechanism.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記移動機構は、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子と離隔する方向である場合には、前記載置台をＺ方向に移動させた後にＸ、Ｙ方向に移動させ、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子に近接する方向である場合には、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させた後にＺ方向に移動させる。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the moving mechanism is configured such that the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is separated from the indenter. Is moved in the X and Y directions after moving the mounting table in the Z direction, and when the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is close to the indenter, The mounting table is moved in the X direction after moving in the X and Y directions.

請求項４に記載の発明は、試験片を載置する載置台と、前記載置台を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる移動機構と、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、前記試験片における試験位置と対向する位置において前記圧子をＺ方向に移動させることにより前記圧子を前記試験片に押しつける負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕を撮影するための撮影機構と、前記載置台をＺ方向に移動させることにより前記撮影機構により撮影した試験片の画像の焦点合わせを行う焦点合わせ部と、を備えた硬さ試験機における硬さ試験方法において、前記載置台上に載置された試験片の表面における互いに異なる３点の位置で焦点合わせを行うことにより、前記３点の位置のＺ座標値を測定する座標値測定工程と、前記３点の位置のＺ座標値に基づいて、前記試験片の表面の方程式を演算する方程式演算工程と、前記方程式演算工程において演算した試験片の表面の方程式を記憶する方程式記憶工程と、前記方程式記憶工程において記憶した試験片の表面の方程式に基づいて、前記試験片における試験位置のＸ、Ｙ座標位置から、その位置における前記試験片の表面のＺ座標位置を演算するＺ座標演算工程と、前記移動機構により、Ｚ座標演算部により演算した前記試験片の表面のＺ座標位置に基づいて前記載置台をＺ方向に移動させることにより、試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を、前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に配置するとともに、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させることにより、前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置する移動工程と、前記圧子をＺ方向に移動させることにより前記圧子を前記試験片に押しつける圧痕形成工程と、前記撮影機構により前記試験片の表面に形成された圧痕を撮影するための圧痕撮影工程とを備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a mounting table for mounting the test piece, a moving mechanism for moving the mounting table in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other, and forming an indentation on the surface of the test piece. The indenter, a load mechanism that presses the indenter against the test piece by moving the indenter in the Z direction at a position opposite to the test position of the test piece, and an indentation formed on the surface of the test piece. In a hardness test method in a hardness tester comprising: an imaging mechanism for focusing; and a focusing unit that focuses an image of a test piece photographed by the imaging mechanism by moving the mounting table in the Z direction A coordinate value measuring step for measuring Z coordinate values of the three points by performing focusing at three different points on the surface of the test piece placed on the mounting table, and the three points In the equation calculation step of calculating the equation of the surface of the test piece based on the Z coordinate value of the position, the equation storage step of storing the equation of the surface of the test piece calculated in the equation calculation step, and the equation storage step Based on the stored equation of the surface of the test piece, from the X and Y coordinate positions of the test position of the test piece, the Z coordinate calculation step of calculating the Z coordinate position of the surface of the test piece at that position, and the moving mechanism By moving the mounting table in the Z direction based on the Z coordinate position of the surface of the test piece calculated by the Z coordinate calculation unit, the Z coordinate position of the surface of the test position in the test piece is The test position on the test piece is moved to the focal position of the image of the test piece to be photographed and the test position on the test piece is moved by moving the mounting table in the X and Y directions. A moving step of disposing the indenter at a position facing the child, an indentation forming step of pressing the indenter against the test piece by moving the indenter in the Z direction, and an indentation formed on the surface of the test piece by the imaging mechanism. And an indentation photographing process for photographing.

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記移動工程においては、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子と離隔する方向である場合には、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させて前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置する前に、前記載置台をＺ方向に移動させて前記試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に移動させ、前記載置台のＺ方への移動が、前記試験片の表面が前記圧子に近接する方向である場合には、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させて前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置した後に、前記載置台をＺ方向に移動させて前記試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に移動させる。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein, in the moving step, the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is separated from the indenter. Before moving the mounting table in the X and Y directions and placing the test position on the test piece at a position facing the indenter, the previous mounting table is moved in the Z direction to test the test position on the test piece. The Z coordinate position of the surface of the test piece is moved to the in-focus position of the image of the test piece photographed by the photographing mechanism, and the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is close to the indenter. In this case, after moving the mounting table in the X and Y directions to place the test position on the test piece at a position facing the indenter, the moving table is moved in the Z direction to change the test position on the test piece. The Z coordinate position of the surface of The shadow mechanism moves the focus position of the image of the specimen to be photographed.

請求項１、請求項２および請求項４に記載の発明によれば、硬さ試験を行う場合に、焦点合わせ動作を省略することができる。このため、硬さ試験を迅速に実行することが可能となる。また、試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を一定にすることができることから、試験片の表面が水平面に対して大きな交差角を有している場合においても、圧子を確実に試験片に押しつけることが可能となる。 According to the first, second, and fourth aspects of the invention, the focusing operation can be omitted when the hardness test is performed. For this reason, it is possible to quickly execute the hardness test. In addition, since the Z coordinate position of the surface of the test position in the test piece can be made constant, even when the surface of the test piece has a large crossing angle with respect to the horizontal plane, the indenter can be reliably used as a test piece. It can be pressed.

請求項３および請求項５に記載の発明によれば、載置台をＺ方向に移動するときの移動方向により、載置台のＸ、Ｙ方向の移動とＺ方向の移動のいずれを先に実行するかを選択することから、試験片の表面が水平面に対して大きな交差角を有している場合においても、試験片と圧子とが衝突することを未然に防止することが可能となる。 According to the third and fifth aspects of the invention, either the X or Y direction movement or the Z direction movement of the mounting table is executed first depending on the moving direction when the mounting table is moved in the Z direction. Therefore, even when the surface of the test piece has a large crossing angle with respect to the horizontal plane, it is possible to prevent the test piece and the indenter from colliding with each other.

この発明に係る硬さ試験機の概要図である。It is a schematic diagram of the hardness testing machine concerning this invention. 載置台１２を昇降する昇降機構の概要図である。It is a schematic diagram of the raising / lowering mechanism which raises / lowers the mounting base. レボルバ２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of the objective lens etc. which were supported by the revolver. 圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成された圧痕を観察するための光学系の概要図である。2 is a schematic diagram of a load mechanism for applying a test force to the indenter 19 and the indenter 21 and an optical system for observing an indentation formed on a test piece 100. FIG. 圧子２１により試験片１００に圧痕を形成する様子を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically a mode that indentation is formed in the test piece 100 with the indenter 21. FIG. 試験片１００に形成された圧痕を示す平面図である。3 is a plan view showing indentations formed on a test piece 100. FIG. この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main control systems of the hardness tester based on this invention. この発明に係る硬さ試験機における硬さ試験方法のフローチャートである。It is a flowchart of the hardness test method in the hardness tester which concerns on this invention. 試験片１００の表面の方程式の演算方法を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for calculating an equation of the surface of a test piece 100.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の概要図である。また、図２は、載置台１２を昇降するための昇降機構の概要図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a hardness tester according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of an elevating mechanism for elevating the mounting table 12.

この硬さ試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に配置され試験片１００を載置する載置台１２とを備える。載置台１２は、試験片１００をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させるためのものである。この載置台１２には、試験片１００をＸ方向に移動させるためのモータ１３と、試験片１００をＹ方向に移動させるためのモータ１４とが付設されている。また、載置台１２は、図２に示す昇降機構の作用により、上下方向（Ｚ方向）に昇降する構成となっている。すなわち、載置台１２を支持する支持部５１は、その側面にラック５３が形成された昇降部材５２により支持されている。この昇降部材５２におけるラック５３は、モータ１５の駆動により回転するピニオン５４と噛合している。このため、載置台１２は、モータ１５の駆動により昇降する。 The hardness tester includes a table 11 and a mounting table 12 that is placed on the table 11 and on which a test piece 100 is mounted. The mounting table 12 is for moving the test piece 100 in the X direction (left-right direction in FIG. 1) and Y direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). The mounting table 12 is provided with a motor 13 for moving the test piece 100 in the X direction and a motor 14 for moving the test piece 100 in the Y direction. Further, the mounting table 12 is configured to move up and down in the vertical direction (Z direction) by the action of the lifting mechanism shown in FIG. That is, the support portion 51 that supports the mounting table 12 is supported by a lifting member 52 having a rack 53 formed on the side surface thereof. The rack 53 in the elevating member 52 meshes with a pinion 54 that rotates by driving of the motor 15. For this reason, the mounting table 12 moves up and down by driving the motor 15.

また、この硬さ試験機は、試験片１００を目視により観察するための接眼レンズ１６と、試験片１００を撮影するためのカメラ１７と、圧子２１および対物レンズ２３、２４等を支持して回転するレボルバ２０とを備える。このレボルバ２０は、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く軸を中心に回転する。また、この硬さ試験機は、入力部および表示部としても機能するタッチパネル式の液晶表示部５９を備える。 The hardness tester also supports an eyepiece 16 for visually observing the test piece 100, a camera 17 for photographing the test piece 100, an indenter 21 and objective lenses 23 and 24, and the like. Revolver 20. The revolver 20 rotates around an axis that faces the vertical direction by operating the knob 26 or by driving a motor 30 described later. The hardness tester includes a touch panel type liquid crystal display unit 59 that also functions as an input unit and a display unit.

図３は、レボルバ２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of the objective lens and the like supported by the revolver 20.

レボルバ２０には、載置台１２上に載置された試験片１００に押し込まれる一対の圧子１９、２１と、５倍の対物レンズ２２、１０倍の対物レンズ２３、４０倍の対物レンズ２４および１００倍の対物レンズ２５とが配設されている。これらの圧子１９、２１および対物レンズ２２、２３、２４、２５は、レボルバ２０の回転中心を中心とした円上に配置されている。なお、対物レンズ２２、２３、２４、２５の倍率および配設個数はこれに限定されるものではない。 The revolver 20 includes a pair of indenters 19 and 21 pushed into the test piece 100 placed on the placing table 12, a 5 × objective lens 22, a 10 × objective lens 23, and a 40 × objective lens 24 and 100. A double objective lens 25 is provided. The indenters 19 and 21 and the objective lenses 22, 23, 24, and 25 are arranged on a circle around the rotation center of the revolver 20. Note that the magnification and the number of the objective lenses 22, 23, 24, and 25 are not limited thereto.

再度、図１を参照して、この材料試験機は、試験片１００の表面の像を表示するためのＣＲＴ等の表示部５５と、各種のデータを入力するための入力手段として機能するキーボード５７およびマウス５８と、本体５６とから構成されるコンピュータ５０と接続されている。 Referring to FIG. 1 again, this material testing machine includes a display unit 55 such as a CRT for displaying an image of the surface of the test piece 100, and a keyboard 57 functioning as an input means for inputting various data. The computer 50 includes a mouse 58 and a main body 56.

図４は、圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成された圧痕を観察するための光学系の概要図である。なお、図４は、図３において一点鎖線で示す位置における断面を示している。 FIG. 4 is a schematic diagram of a load mechanism for applying a test force to the indenter 19 and the indenter 21 and an optical system for observing the impression formed on the test piece 100. FIG. 4 shows a cross section at the position indicated by the alternate long and short dash line in FIG.

この硬さ試験機は、圧子１９、２１の先端を試験片１００に対して押し込むための試験力を圧子１９、２１に対して付与する負荷機構と、載置台１２上に載置された試験片１００を照明するとともに圧痕を観察するための光学系とを備える。 The hardness tester includes a load mechanism that applies a test force to the indenters 19 and 21 to push the tips of the indenters 19 and 21 into the test piece 100, and a test piece placed on the mounting table 12. And an optical system for illuminating 100 and observing the indentation.

図４に示すように、レボルバ２０は、軸筒２７がベアリング２９を介して回転軸２８に接続されており、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く回転軸２８を中心に回転する。図４においては、レボルバ２０の回転により負荷伝達軸３６を介して圧子２１に試験力が与えられる場合、すなわち、圧子２１が図１に示す試験片１００と対向する位置に配置されている場合を示している。圧子１９に対して試験力を付与する場合には、圧子１９が、図４に示す圧子２１の位置に配置される。 As shown in FIG. 4, the revolver 20 has a shaft cylinder 27 connected to a rotary shaft 28 via a bearing 29. The revolver 20 can be adjusted in the vertical direction by operating a knob 26 or by driving a motor 30 described later. It rotates about the rotating shaft 28 that faces it. In FIG. 4, when the test force is applied to the indenter 21 through the load transmission shaft 36 by the rotation of the revolver 20, that is, the case where the indenter 21 is arranged at a position facing the test piece 100 shown in FIG. Show. When a test force is applied to the indenter 19, the indenter 19 is disposed at the position of the indenter 21 shown in FIG.

負荷機構は、水平方向を向く軸３１を中心に揺動可能なレバー３２を備える。レバー３２の一端には、中空の押圧部３５が配設されている。この押圧部３５は、レバー３２の揺動に伴って、圧子２１に連結した負荷伝達軸３６の端部に付設された当接部３７を押圧する構成となっている。また、レバー３２の他端には、永久磁石３３が付設されている。この永久磁石３３の外部には、電磁コイル３４が配設されている。この永久磁石３３と電磁コイル３４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル３４に流れる電流を制御することにより、負荷伝達軸３６の先端に配設された圧子２１による試験片１００への試験力を制御することが可能となる。 The load mechanism includes a lever 32 that can swing around a shaft 31 that faces in the horizontal direction. A hollow pressing portion 35 is disposed at one end of the lever 32. The pressing portion 35 is configured to press a contact portion 37 attached to an end portion of the load transmission shaft 36 connected to the indenter 21 as the lever 32 swings. A permanent magnet 33 is attached to the other end of the lever 32. An electromagnetic coil 34 is disposed outside the permanent magnet 33. The permanent magnet 33 and the electromagnetic coil 34 constitute a voice coil motor. This voice coil motor serves as an electromagnetic load mechanism, and controls the test force applied to the test piece 100 by the indenter 21 disposed at the tip of the load transmission shaft 36 by controlling the current flowing through the electromagnetic coil 34. Is possible.

なお、この実施形態においては、この時の試験力を、例えば、２ｋｇｆ、１ｋｇｆ、０．５ｋｇｆ、０．３ｋｇｆ、０．２ｋｇｆ、０．１ｋｇｆ、０．０５ｋｇｆ、０．０２５ｋｇｆ、０．０１ｋｇｆと、段階的に変化させることができる構成となっている。 In this embodiment, the test force at this time is, for example, 2 kgf, 1 kgf, 0.5 kgf, 0.3 kgf, 0.2 kgf, 0.1 kgf, 0.05 kgf, 0.025 kgf, 0.01 kgf, It can be changed in stages.

負荷伝達軸３６は、上下の板バネ６１を支持部材６２を介してレボルバ２０の軸筒２７に固定したロバーバル構造により支持されており、負荷機構により与えられた試験力に応じて昇降可能となっている。負荷伝達軸３６には、この負荷伝達軸３６の移動量を検出する差動トランス式の変位検出器６０が接続されている。この変位検出器６０は、支持部材６３を介してレボルバ２０の軸筒２７に接続され、レボルバ２０の回転により負荷伝達軸３６と同期して移動する。なお、この変位検出器６０は、試験片１００の表面の検出に使用される。すなわち、圧子２１を極めて小さい力で下降させたときの移動量を常に検出し、圧子２１の移動が停止したときに圧子２１が試験片１００の表面と当接したと判断している。 The load transmission shaft 36 is supported by a robust structure in which upper and lower leaf springs 61 are fixed to the shaft cylinder 27 of the revolver 20 via a support member 62, and can be moved up and down according to the test force applied by the load mechanism. ing. A differential transformer type displacement detector 60 for detecting the amount of movement of the load transmission shaft 36 is connected to the load transmission shaft 36. The displacement detector 60 is connected to the shaft cylinder 27 of the revolver 20 via a support member 63 and moves in synchronization with the load transmission shaft 36 by the rotation of the revolver 20. The displacement detector 60 is used for detecting the surface of the test piece 100. That is, the amount of movement when the indenter 21 is lowered with an extremely small force is always detected, and it is determined that the indenter 21 has come into contact with the surface of the test piece 100 when the movement of the indenter 21 is stopped.

光学系は、ＬＥＤ光源４１と、ＬＥＤ光源４１からの光を水平方向に導く光筒４２と、試験片１００を上から照明するために光筒４２により導かれた光を押圧部３５の中空部に導光するとともに、試験片１００の表面からの反射光をカメラ１７側に透過させるハーフミラー４３と、ハーフミラー４３を透過した試験片１００の表面からの反射光を接眼レンズ１６およびカメラ１７に分割するハーフミラー４４とを備える。対物レンズ２２が図４における負荷伝達軸３６の位置、すなわち試験片１００に形成された圧痕の観察位置に配置された場合には、試験片１００の表面からの反射光が、押圧部３５の中空部、対物レンズ２２、ハーフミラー４３、４４を介して、接眼レンズ１６およびカメラ１７に入射する。これにより、接眼レンズ１６により試験片１００の拡大像を観察することができるとともに、カメラ１７により撮影した拡大像をコンピュータ５０における表示部５５に表示することができる。その他の対物レンズ２３、２４、２５が圧痕の観察位置に配置された場合も、対物レンズ２２による場合と同様である。 The optical system includes an LED light source 41, a light tube 42 that guides light from the LED light source 41 in the horizontal direction, and light guided by the light tube 42 for illuminating the test piece 100 from above. The half mirror 43 that transmits the reflected light from the surface of the test piece 100 to the camera 17 side, and the reflected light from the surface of the test piece 100 that has passed through the half mirror 43 to the eyepiece 16 and the camera 17. And a half mirror 44 to be divided. When the objective lens 22 is arranged at the position of the load transmission shaft 36 in FIG. 4, that is, at the observation position of the impression formed on the test piece 100, the reflected light from the surface of the test piece 100 is hollow in the pressing portion 35. The light enters the eyepiece lens 16 and the camera 17 via the objective unit 22, the objective lens 22, and the half mirrors 43 and 44. Accordingly, an enlarged image of the test piece 100 can be observed by the eyepiece lens 16 and an enlarged image taken by the camera 17 can be displayed on the display unit 55 in the computer 50. The case where the other objective lenses 23, 24, 25 are arranged at the observation position of the indentation is the same as that by the objective lens 22.

図５は、圧子２１により試験片１００に圧痕を形成する様子を模式的に示す説明図であり、図６は、試験片１００に形成された圧痕を示す平面図である。 FIG. 5 is an explanatory view schematically showing how the indentation 21 forms an indentation on the test piece 100, and FIG. 6 is a plan view showing the indentation formed on the test piece 100.

一対の圧子１９、２１のうち、圧子２１は、硬さ試験としてのビッカース硬さ試験を実行するためのものであり、その先端は四角錐形状となっている。この圧子２１は、図５に示すように、図４に示す負荷機構の作用により試験片１００の表面に深さｈだけ押し込まれる。次に、その試験力を解除し、図１に示すレボルバ２０を回転させて所望の倍率の対物レンズを試験片１００と対向する位置に移動させる。そして、対物レンズおよびカメラ１７を介して得られた試験片１００の表面に形成された圧痕（くぼみ）の画像から、圧痕の対角線長さｄ［ｄ＝（ｄｘ＋ｄｙ）／２］を測定する（図６参照）。ビッカース硬さは、試験力を、底面が正方形で頂点の角度が圧子２１と同じ角錐であると仮定したくぼみの表面積で割って得られる値に比例する。そして、圧痕の対角線長さｄ（ｍｍ：ミリメートル）から求められたくぼみの表面積と試験力から、ビッカース硬さが算出される。 Of the pair of indenters 19 and 21, the indenter 21 is for executing a Vickers hardness test as a hardness test, and its tip has a quadrangular pyramid shape. As shown in FIG. 5, the indenter 21 is pushed into the surface of the test piece 100 by a depth h by the action of the load mechanism shown in FIG. Next, the test force is released, and the revolver 20 shown in FIG. 1 is rotated to move the objective lens having a desired magnification to a position facing the test piece 100. Then, the diagonal length d [d = (dx + dy) / 2] of the indentation is measured from the image of the indentation (indentation) formed on the surface of the test piece 100 obtained through the objective lens and the camera 17 (FIG. 6). The Vickers hardness is proportional to the value obtained by dividing the test force by the surface area of the indentation assuming that the bottom surface is square and the apex angle is the same pyramid as the indenter 21. Then, the Vickers hardness is calculated from the surface area of the indent and the test force obtained from the diagonal length d (mm: millimeter) of the indentation.

ここで、試験力をＦ（Ｎ：ニュートン）とした場合に、ビッカース硬さＨＶは、下記の式で表される。 Here, when the test force is F (N: Newton), the Vickers hardness HV is expressed by the following equation.

ＨＶ＝０．１８９１（Ｆ／ｄ^２）
なお、一対の圧子１９、２１のうち、他方の圧子１９としては、例えば、ヌープ硬さ試験に使用される菱形のピラミッド型の圧子が使用される。 HV = 0.1891 (F / d ² )
In addition, as the other indenter 19 of the pair of indenters 19 and 21, for example, a rhombus pyramid indenter used for the Knoop hardness test is used.

図７は、この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a main control system of the hardness tester according to the present invention.

この硬さ試験機は、装置全体を制御する制御部８０を備える。この制御部８０は、後述するように、載置台１２をＺ方向に移動させることによりカメラ１７により撮影した試験片１００の画像の焦点合わせを行う焦点合わせ部８２と、載置台１２上に載置された試験片１００の表面における互いに異なる３点の位置で焦点合わせを行うことにより得た３点の位置のＺ座標値に基づいて、試験片１００の表面の方程式を演算する方程式演算部８３と、この試験片１００の表面の方程式に基づいて、試験片１００における試験位置のＸ、Ｙ座標位置から、その位置における試験片１００の表面のＺ座標位置を演算するＺ座標演算部８４とを備える。 This hardness tester includes a control unit 80 that controls the entire apparatus. As will be described later, the control unit 80 moves the mounting table 12 in the Z direction to focus the image of the test piece 100 photographed by the camera 17, and mounts on the mounting table 12. An equation calculation unit 83 for calculating an equation of the surface of the test piece 100 based on the Z coordinate values of the three points obtained by focusing at three different positions on the surface of the test piece 100, And a Z coordinate calculation unit 84 for calculating the Z coordinate position of the surface of the test piece 100 at the position from the X and Y coordinate positions of the test position of the test piece 100 based on the equation of the surface of the test piece 100. .

また、この制御部８０は、上述したカメラ１７、液晶表示部５９、ＬＥＤ光源４１、変位検出器６０、電磁コイル３４、コンピュータ５０、レボルバ２０を回転させるためのモータ３０および載置台１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるためのモータ１３、１４、１５と接続されている。さらに、この制御部８０は、方程式演算部８３により演算した試験片１００の表面の方程式を記憶する記憶部８１とも接続されている。 In addition, the control unit 80 includes the above-described camera 17, liquid crystal display unit 59, LED light source 41, displacement detector 60, electromagnetic coil 34, computer 50, motor 30 for rotating the revolver 20, and mounting table 12 as X, It is connected to motors 13, 14, and 15 for moving in the Y and Z directions. Further, the control unit 80 is also connected to a storage unit 81 that stores an equation of the surface of the test piece 100 calculated by the equation calculation unit 83.

なお、上述した焦点合わせ部８２は、試験片１００を載置台１２とともにＺ方向に移動させ、そのときにカメラ１７により撮影した試験片１００の表面の画像を画像処理することにより、合焦点となる試験片１００の表面の位置を認識するものである。この焦点合わせ部８２は、最初に試験片１００を高速広範囲でＺ方向に移動させて焦点の粗位置合わせをした後、試験片１００を低速狭範囲で移動させて焦点の精密位置合わせを行う構成を有している。これにより、高速かつ高精度に焦点合わせを実行することが可能となる。 The focusing unit 82 described above moves the test piece 100 together with the mounting table 12 in the Z direction, and performs image processing on the image of the surface of the test piece 100 taken by the camera 17 at that time, thereby achieving a focal point. The position of the surface of the test piece 100 is recognized. The focusing unit 82 is configured to first perform coarse positioning of the focal point by moving the test piece 100 in the Z direction over a wide range at high speed, and then perform precise positioning of the focal point by moving the test piece 100 in a narrow range of low speed. have. This makes it possible to perform focusing at high speed and with high accuracy.

次に、以上のような構成を有する硬さ試験機を使用して、硬さ試験を行う場合の動作について説明する。図８は、この発明に係る硬さ試験機における硬さ試験方法のフローチャートである。 Next, an operation when a hardness test is performed using the hardness tester having the above-described configuration will be described. FIG. 8 is a flowchart of a hardness test method in the hardness tester according to the present invention.

硬さ試験を行う場合には、最初に、載置台１２上に試験片１００を載置する。そして、焦点合わせ部８２の作用により載置台１２上に載置された試験片１００の表面における互いに異なる３点の位置で焦点合わせを行うことにより、これらの３点の位置のＺ座標値を測定する（ステップＳ１）。このときには、対物レンズ２２、２３、２４、２５のいずれかを試験片１００と対向する位置に配置する。そして、載置台１２をＸ、Ｙ方向に移動させて３点の測定点のうちのいずれかを対物レンズ２２、２３、２４、２５と対向する位置に配置する。しかる後、載置台１２をＺ方向に移動させてカメラ１７により撮影した試験片１００の画像の焦点が合う位置に試験片１００の表面を配置することにより、焦点合わせを行う。この焦点合わせは、焦点合わせ部８２の作用により実行される。そして、そのときのＺ座標値が記憶部８１に記憶される。この動作は、測定点を変更して、合計３回実行される。 When performing a hardness test, first, the test piece 100 is mounted on the mounting table 12. Then, by performing the focusing at three different positions on the surface of the test piece 100 placed on the mounting table 12 by the action of the focusing section 82, the Z coordinate values of these three positions are measured. (Step S1). At this time, any one of the objective lenses 22, 23, 24, and 25 is disposed at a position facing the test piece 100. Then, the mounting table 12 is moved in the X and Y directions, and any one of the three measurement points is arranged at a position facing the objective lenses 22, 23, 24, and 25. After that, focusing is performed by moving the mounting table 12 in the Z direction and placing the surface of the test piece 100 at a position where the image of the test piece 100 taken by the camera 17 is in focus. This focusing is performed by the action of the focusing unit 82. Then, the Z coordinate value at that time is stored in the storage unit 81. This operation is executed a total of three times by changing the measurement point.

次に、座標測定工程（ステップＳ１）で求めた３点の位置のＺ座標値に基づいて、試験片１００の表面の方程式を演算する（ステップＳ２）。 Next, an equation of the surface of the test piece 100 is calculated based on the Z coordinate values of the three positions obtained in the coordinate measurement step (step S1) (step S2).

図９は、試験片１００の表面の方程式の演算方法を示す説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing a method for calculating the equation of the surface of the test piece 100.

この図に示すように、座標測定工程で求めた３点の測定点Ａ、Ｂ、Ｃの座標がＡ（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）、Ｂ（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）、Ｃ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）であったとする。また、このときの試験片１００の表面の方程式が下記の式（１）で表され、ベクトルＡＢとベクトルＡＣの外積が下記の式（２）で表されるものとする。 As shown in this figure, the coordinates of the three measurement points A, B, and C obtained in the coordinate measurement process are A (Ax, Ay, Az), B (Bx, By, Bz), C (Cx, Cy, Cz). In addition, the equation of the surface of the test piece 100 at this time is represented by the following formula (1), and the outer product of the vector AB and the vector AC is represented by the following formula (2).

ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０・・・（１）
ベクトルＡＢ×ベクトルＡＣ＝（ａ，ｂ，ｃ）・・・（２）
このときには、ベクトルＡＢおよびベクトルＡＣは、下記の式（３）および式（４）で表される。 ax + by + cz + d = 0 (1)
Vector AB × Vector AC = (a, b, c) (2)
At this time, the vector AB and the vector AC are expressed by the following equations (3) and (4).

ベクトルＡＢ＝（Ｂｘ−Ａｘ，Ｂｙ−Ａｙ，Ｂｚ−Ａｚ）・・・（３）
ベクトルＡＣ＝（Ｃｘ−Ａｘ，Ｃｙ−Ａｙ，Ｃｚ−Ａｚ）・・・（４）
従って、上記ａ、ｂ、ｃ、ｄは、以下の式（５）、式（６）、式（７）、式（８）のとおりとなる。 Vector AB = (Bx−Ax, By−Ay, Bz−Az) (3)
Vector AC = (Cx−Ax, Cy−Ay, Cz−Az) (4)
Therefore, a, b, c, and d are as shown in the following formulas (5), (6), (7), and (8).

ａ＝（Ｂｙ−Ａｙ）（Ｃｚ−Ａｚ）−（Ｃｙ−Ａｙ）（Ｂｚ−Ａｚ）・・・（５）
ｂ＝（Ｂｚ−Ａｚ）（ｃｘ−Ａｘ）−（Ｃｚ−Ａｚ）（Ｂｘ−Ａｘ）・・・（６）
ｃ＝（Ｂｘ−Ａｘ）（Ｃｙ−Ａｙ）−（Ｃｘ−Ａｘ）（Ｂｙ−Ａｙ）・・・（７）
ｄ＝−（ａＡｘ＋ｂＡｙ＋ｃＡｚ）・・・（８）
これにより、試験片１００の表面の方程式を特定することが可能となる。この方程式は、記憶部８１に記憶される（ステップＳ３）。なお、この方程式に基づいて、試験片１００における試験位置のＸ、Ｙ座標が設定された場合には、その試験位置のＺ座標は、下記の式（９）により表されることになる。 a = (By-Ay) (Cz-Az)-(Cy-Ay) (Bz-Az) (5)
b = (Bz-Az) (cx-Ax)-(Cz-Az) (Bx-Ax) (6)
c = (Bx-Ax) (Cy-Ay)-(Cx-Ax) (By-Ay) (7)
d = − (aAx + bAy + cAz) (8)
Thereby, it becomes possible to specify the equation of the surface of the test piece 100. This equation is stored in the storage unit 81 (step S3). When the X and Y coordinates of the test position in the test piece 100 are set based on this equation, the Z coordinate of the test position is expressed by the following equation (9).

Ｚ＝−（ａｘ＋ｂｙ＋ｄ）／ｃ・・・（９）
この状態で試験片１００における試験位置のＸ座標およびＹ座標が入力されるのを待つ（ステップＳ４）。この場合、異なる試験位置において複数回の硬さ試験を実行する場合には、複数の試験位置が予め記憶部８１に記憶されており、この試験位置のＸ座標およびＹ座標が制御部８０により読み出される。 Z = − (ax + by + d) / c (9)
In this state, it waits for the X coordinate and Y coordinate of the test position in the test piece 100 to be input (step S4). In this case, when a plurality of hardness tests are executed at different test positions, a plurality of test positions are stored in advance in the storage unit 81, and the X and Y coordinates of the test positions are read out by the control unit 80. It is.

試験片１００における試験位置のＸ座標およびＹ座標が入力されれば、このＸ座標値およびＹ座標値が上記の式（９）に入力され、その試験位置における試験片１００の表面のＺ座標値が演算される（ステップＳ５）。 If the X coordinate and the Y coordinate of the test position in the test piece 100 are input, the X coordinate value and the Y coordinate value are input to the above equation (9), and the Z coordinate value of the surface of the test piece 100 at the test position is input. Is calculated (step S5).

次に、モータ１５の駆動により載置台１２を試験片１００とともにＺ方向に移動させ、試験片１００の表面を先に演算したＺ座標値の高さに配置するとともに、モータ１３およびモータ１４の駆動により、載置台１２を試験片１００とともにＸ方向およびＹ方向に移動させ、試験片１００における試験位置を圧子１９または圧子２１と対向する位置に配置する。なお、このときには、モータ３０の駆動によりレボルバ２０が回転し、対物レンズ２２、２３、２４、２５のいずれかにかえて圧子１９または圧子２１が、予め、試験片１００における試験位置と対向し得る位置に配置されている。 Next, the mounting table 12 is moved in the Z direction together with the test piece 100 by driving the motor 15, and the surface of the test piece 100 is arranged at the height of the previously calculated Z coordinate value, and the motor 13 and the motor 14 are driven. Thus, the mounting table 12 is moved in the X direction and the Y direction together with the test piece 100, and the test position on the test piece 100 is arranged at a position facing the indenter 19 or the indenter 21. At this time, the revolver 20 is rotated by driving the motor 30, and the indenter 19 or the indenter 21 can be opposed to the test position in the test piece 100 in advance instead of any of the objective lenses 22, 23, 24, and 25. Placed in position.

この場合においては、試験片１００の表面のＺ方向の移動が圧子１９または圧子２１に近接する方向の移動であるのか離隔する方向の移動であるのかにより、Ｚ方向の移動とＸ、Ｙ方向の移動とのいずれを先に実行するかが異なる。 In this case, the movement in the Z direction and the movement in the X and Y directions depend on whether the movement in the Z direction on the surface of the test piece 100 is a movement in the direction close to or away from the indenter 19 or 21. Which of the move and the move is executed first is different.

すなわち、試験片１００の表面を圧子１９または圧子２１から離隔する方向に移動させる必要がある場合においては（ステップＳ６）、最初に試験片１００を載置台１２とともにＺ方向に移動させた後（ステップＳ７１）、Ｘ、Ｙ方向に移動させる（ステップＳ７２）。一方、試験片１００の表面を圧子１９または圧子２１に近接する方向に移動させる必要がある場合においては（ステップＳ６）、最初に試験片１００を載置台１２とともにＸ、Ｙ方向に移動させた後（ステップＳ７３）、Ｚ方向に移動させる（ステップＳ７４）。 That is, when it is necessary to move the surface of the test piece 100 away from the indenter 19 or the indenter 21 (step S6), the test piece 100 is first moved in the Z direction together with the mounting table 12 (step S6). S71), moving in the X and Y directions (step S72). On the other hand, when it is necessary to move the surface of the test piece 100 in the direction close to the indenter 19 or the indenter 21 (step S6), the test piece 100 is first moved together with the mounting table 12 in the X and Y directions. (Step S73), it is moved in the Z direction (Step S74).

これにより、試験片１００の表面と圧子１９または圧子２１とが衝突することを防止することが可能となる。すなわち、試験片１００の表面が水平面に対して大きな交差角を有している場合においては、載置台１２を試験片１００とともにＸ、Ｙ方向に移動させたときに、圧子１９または圧子２１の下端部と試験片１００の表面とが衝突する可能性がある。しかしながら、この硬さ試験機においては、試験片１００がＺ方向に移動するときの移動方向に応じて,試験片１００を先にＺ方向に移動させるか、Ｘ、Ｙ方向に移動させるかを選択することができることから、試験片１００の表面が水平面に対して大きな交差角を有している場合においても、試験片１００と圧子１９または圧子２１とが衝突することを未然に防止することが可能となる。 Thereby, it becomes possible to prevent the surface of the test piece 100 and the indenter 19 or the indenter 21 from colliding with each other. That is, when the surface of the test piece 100 has a large crossing angle with respect to the horizontal plane, the lower end of the indenter 19 or the indenter 21 is moved when the mounting table 12 is moved in the X and Y directions together with the test piece 100. And the surface of the test piece 100 may collide with each other. However, in this hardness tester, depending on the direction of movement when the test piece 100 moves in the Z direction, it is possible to select whether to move the test piece 100 in the Z direction first or in the X and Y directions. Therefore, even when the surface of the test piece 100 has a large crossing angle with respect to the horizontal plane, it is possible to prevent the test piece 100 and the indenter 19 or the indenter 21 from colliding with each other. It becomes.

そして、このような構成を採用することに起因して、試験片１００における試験位置の表面のＺ座標位置を一定にすることができることから、圧子１９または圧子２１を確実に試験片１００に押しつけることが可能となる。すなわち、試験片１００の表面が水平面に対して大きな交差角を有している場合においては、圧子１９または圧子２１を下降させても、そのストロークが小さな場合には、圧子１９または圧子２１の先端が試験片１００の表面に到達しない可能性もある。しかしながら、この硬さ試験機においては、試験片１００における試験位置の表面のＺ座標位置を一定にすることができることから、試験片１００の表面が水平面に対して大きな交差角を有している場合においても、圧子１９または圧子２１を確実に試験片１００に押しつけることが可能となる。 And since the Z coordinate position of the surface of the test position in the test piece 100 can be made constant by adopting such a configuration, the indenter 19 or the indenter 21 is surely pressed against the test piece 100. Is possible. That is, when the surface of the test piece 100 has a large crossing angle with respect to the horizontal plane, even if the indenter 19 or the indenter 21 is lowered, if the stroke is small, the tip of the indenter 19 or the indenter 21 May not reach the surface of the test piece 100. However, in this hardness tester, since the Z coordinate position of the surface of the test position in the test piece 100 can be made constant, the surface of the test piece 100 has a large crossing angle with respect to the horizontal plane. In this case, the indenter 19 or the indenter 21 can be reliably pressed against the test piece 100.

試験片１００の移動が完了すれば、図４に示す負荷機構の作用により、圧子１９または圧子２１をＺ方向に移動させ、圧子１９または圧子２１を試験片１００に押しつける。これにより、試験片１００の表面に圧痕が形成される（ステップＳ８）。 When the movement of the test piece 100 is completed, the indenter 19 or the indenter 21 is moved in the Z direction by the action of the load mechanism shown in FIG. 4, and the indenter 19 or the indenter 21 is pressed against the test piece 100. Thereby, an indentation is formed on the surface of the test piece 100 (step S8).

そして、カメラ１７により試験片１００の表面に形成された圧痕を撮影する（ステップＳ９）。このときには、試験片１００の表面のＺ軸座標値は、既に合焦点位置と一致していることから、焦点合わせ動作を実行することなく、圧痕を撮影することが可能となる。これにより、硬さ試験を効率的に実行することができる。 And the impression formed on the surface of the test piece 100 is image | photographed with the camera 17 (step S9). At this time, since the Z-axis coordinate value on the surface of the test piece 100 is already coincident with the in-focus position, it is possible to photograph the indentation without performing the focusing operation. Thereby, a hardness test can be performed efficiently.

但し、焦点をより高精度に合わせるために、再度、焦点合わせ動作を実行するようにしてもよい。この場合においても、試験片１００の表面のＺ軸座標値を合焦点位置に合わせていることから、試験片１００のＺ軸方向の移動量は極めて小さなものとなり、焦点合わせ動作を短時間で完了することができる。このときには、上述した試験片１００を高速広範囲でＺ方向に移動させて焦点の粗位置合わせを行う動作と、試験片１００を低速狭範囲で移動させて焦点の精密位置合わせを行う動作のうち、精密位置合わせ動作のみを実行すればよい。 However, the focusing operation may be executed again in order to adjust the focus with higher accuracy. Even in this case, since the Z-axis coordinate value of the surface of the test piece 100 is adjusted to the in-focus position, the amount of movement of the test piece 100 in the Z-axis direction is extremely small, and the focusing operation is completed in a short time. can do. At this time, of the above-described operation of moving the test piece 100 in the Z direction over a wide range at a high speed and performing a coarse focus alignment, and the operation of moving the test piece 100 in a low speed and a narrow range for performing a fine focus alignment, Only the precision alignment operation needs to be performed.

試験片１００の表面に形成された圧痕の撮影が完了すれば、この圧痕のサイズを測定することにより、試験片１００の硬さを演算する（ステップＳ１０）。 When imaging of the indentation formed on the surface of the test piece 100 is completed, the hardness of the test piece 100 is calculated by measuring the size of the indentation (step S10).

１１テーブル
１２載置台
１３モータ
１４モータ
１５モータ
１６接眼レンズ
１７カメラ
１９圧子
２０レボルバ
２１圧子
２２対物レンズ
２３対物レンズ
２４対物レンズ
２５対物レンズ
２６つまみ
２７軸筒
２８回転軸
２９ベアリング
３０モータ
３１軸
３２レバー
３３永久磁石
３４電磁コイル
３５押圧部
３６負荷伝達軸
４１ＬＥＤ光源
４２光筒
４３ハーフミラー
４４ハーフミラー
５０コンピュータ
５３ラック
５４ピニオン
５５表示部
５６本体
５７キーボード
５８マウス
５９液晶表示部
６０変位検出器
６１板バネ
６２支持部材
６３支持部材
８０制御部
８１記憶部
８２焦点合わせ部
８３方程式演算部
８４Ｚ座標演算部
１００試験片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Table 12 Mounting table 13 Motor 14 Motor 15 Motor 16 Eyepiece 17 Camera 19 Indenter 20 Revolver 21 Indenter 22 Objective lens 23 Objective lens 24 Objective lens 25 Objective lens 26 Knob 27 Shaft cylinder 28 Rotating shaft 29 Bearing 30 Motor 31 Axis 32 Lever DESCRIPTION OF SYMBOLS 33 Permanent magnet 34 Electromagnetic coil 35 Press part 36 Load transmission axis 41 LED light source 42 Light tube 43 Half mirror 44 Half mirror 50 Computer 53 Rack 54 Pinion 55 Display part 56 Main body 57 Keyboard 57 Mouse 59 Liquid crystal display part 60 Displacement detector 61 Plate Spring 62 Support member 63 Support member 80 Control unit 81 Storage unit 82 Focusing unit 83 Equation calculation unit 84 Z coordinate calculation unit 100 Test piece

Claims

試験片を載置する載置台と、前記載置台を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる移動機構と、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、前記試験片における試験位置と対向する位置において前記圧子をＺ方向に移動させることにより前記圧子を前記試験片に押しつける負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕を撮影するための撮影機構と、前記載置台をＺ方向に移動させることにより前記撮影機構により撮影した試験片の画像の焦点合わせを行う焦点合わせ部と、を備えた硬さ試験機において、
前記載置台上に載置された試験片の表面における互いに異なる３点の位置で焦点合わせを行うことにより得た３点の位置のＺ座標値に基づいて、前記試験片の表面の方程式を演算する方程式演算部と、
前記方程式演算部により演算した試験片の表面の方程式を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶した試験片の表面の方程式に基づいて、前記試験片における試験位置のＸ、Ｙ座標位置から、その位置における前記試験片の表面のＺ座標位置を演算するＺ座標演算部と、
を備え、
前記移動機構は、Ｚ座標演算部により演算した前記試験片の表面のＺ座標位置に基づいて、前記載置台をＺ方向に移動させることを特徴とする硬さ試験機。 A mounting table for mounting the test piece, a moving mechanism for moving the mounting table in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other, an indenter for forming an indentation on the surface of the test piece, and a test on the test piece A load mechanism for pressing the indenter against the test piece by moving the indenter in a Z direction at a position opposite to the position; an imaging mechanism for photographing an indentation formed on the surface of the test piece; In a hardness tester comprising: a focusing unit that performs focusing of an image of a test piece photographed by the photographing mechanism by moving in the Z direction,
The surface equation of the test piece is calculated based on the Z coordinate values of the three points obtained by focusing at three different points on the surface of the test piece placed on the mounting table. An equation calculator to
A storage unit for storing an equation of the surface of the test piece calculated by the equation calculation unit;
Based on the equation of the surface of the test piece stored in the storage unit, from the X and Y coordinate positions of the test position in the test piece, a Z coordinate calculation unit that calculates the Z coordinate position of the surface of the test piece at that position; ,
With
The movement mechanism moves the mounting table in the Z direction based on the Z coordinate position of the surface of the test piece calculated by the Z coordinate calculation unit.

請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記移動機構は前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させて前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置するときに、前記載置台をＺ方向に移動させることにより、前記試験片における試験位置の表面を、前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に配置する硬さ試験機。 The hardness tester according to claim 1,
The moving mechanism moves the mounting table in the X and Y directions and moves the mounting table in the Z direction when the test position of the test piece is arranged at a position facing the indenter. The hardness tester which arrange | positions the surface of the test position in in the focus position of the image of the test piece image | photographed with the said imaging mechanism.

請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記移動機構は、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子と離隔する方向である場合には、前記載置台をＺ方向に移動させた後にＸ、Ｙ方向に移動させ、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子に近接する方向である場合には、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させた後にＺ方向に移動させる硬さ試験機。 In the hardness tester according to claim 2,
When the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is separated from the indenter, the moving mechanism moves the mounting table in the Z direction and then moves the mounting table in the X and Y directions. When the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is close to the indenter, the mounting table is moved in the X and Y directions and then moved in the Z direction. Hardness tester.

試験片を載置する載置台と、前記載置台を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させる移動機構と、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、前記試験片における試験位置と対向する位置において前記圧子をＺ方向に移動させることにより前記圧子を前記試験片に押しつける負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕を撮影するための撮影機構と、前記載置台をＺ方向に移動させることにより前記撮影機構により撮影した試験片の画像の焦点合わせを行う焦点合わせ部と、を備えた硬さ試験機における硬さ試験方法において、
前記載置台上に載置された試験片の表面における互いに異なる３点の位置で焦点合わせを行うことにより、前記３点の位置のＺ座標値を測定する座標値測定工程と、
前記３点の位置のＺ座標値に基づいて、前記試験片の表面の方程式を演算する方程式演算工程と、
前記方程式演算工程において演算した試験片の表面の方程式を記憶する方程式記憶工程と、
前記方程式記憶工程において記憶した試験片の表面の方程式に基づいて、前記試験片における試験位置のＸ、Ｙ座標位置から、その位置における前記試験片の表面のＺ座標位置を演算するＺ座標演算工程と、
前記移動機構により、Ｚ座標演算部により演算した前記試験片の表面のＺ座標位置に基づいて前記載置台をＺ方向に移動させることにより、試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を、前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に配置するとともに、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させることにより、前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置する移動工程と、
前記圧子をＺ方向に移動させることにより前記圧子を前記試験片に押しつける圧痕形成工程と、
前記撮影機構により前記試験片の表面に形成された圧痕を撮影するための圧痕撮影工程と、
を備えたことを特徴とする硬さ試験機における硬さ試験方法。 A mounting table for mounting the test piece, a moving mechanism for moving the mounting table in the X, Y, and Z directions orthogonal to each other, an indenter for forming an indentation on the surface of the test piece, and a test on the test piece A load mechanism for pressing the indenter against the test piece by moving the indenter in a Z direction at a position opposite to the position; an imaging mechanism for photographing an indentation formed on the surface of the test piece; In a hardness test method in a hardness tester equipped with a focusing unit that performs focusing of an image of a test piece photographed by the photographing mechanism by moving in the Z direction,
A coordinate value measuring step of measuring the Z coordinate value of the three points by performing focusing at three different points on the surface of the test piece placed on the mounting table;
An equation calculation step of calculating an equation of the surface of the test piece based on the Z coordinate value of the position of the three points;
An equation storage step for storing an equation of the surface of the test piece calculated in the equation calculation step;
Based on the equation of the surface of the test piece stored in the equation storage step, the Z coordinate calculation step of calculating the Z coordinate position of the surface of the test piece at that position from the X and Y coordinate positions of the test position in the test piece When,
By moving the mounting table in the Z direction based on the Z coordinate position of the surface of the test piece calculated by the Z coordinate calculation unit by the moving mechanism, the Z coordinate position of the surface of the test position in the test piece is A moving step of arranging the test position on the test piece at a position facing the indenter by moving the mounting table in the X and Y directions while arranging the focal position of the image of the test piece taken by the photographing mechanism. When,
An indentation forming step of pressing the indenter against the test piece by moving the indenter in the Z direction;
An indentation imaging step for imaging the indentation formed on the surface of the test piece by the imaging mechanism;
A hardness test method in a hardness tester, comprising:

請求項４に記載の硬さ試験機において、
前記移動工程においては、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子と離隔する方向である場合には、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させて前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置する前に、前記載置台をＺ方向に移動させて前記試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に移動させ、前記載置台のＺ方向への移動が、前記試験片の表面が前記圧子に近接する方向である場合には、前記載置台をＸ、Ｙ方向に移動させて前記試験片における試験位置を前記圧子と対向する位置に配置した後に、前記載置台をＺ方向に移動させて前記試験片における試験位置の表面のＺ座標位置を前記撮影機構により撮影する試験片の画像の合焦点位置に移動させる硬さ試験機における硬さ試験方法。
The hardness tester according to claim 4,
In the moving step, when the movement of the mounting table in the Z direction is a direction in which the surface of the test piece is separated from the indenter, the mounting table is moved in the X and Y directions to move the testing table. Before placing the test position at the position opposite to the indenter, move the mounting table in the Z direction, and the Z coordinate position of the surface of the test position on the test piece is imaged by the imaging mechanism. When the movement of the mounting table in the Z direction is the direction in which the surface of the test piece is close to the indenter, the testing table is moved in the X and Y directions. After the test position of the test piece is arranged at a position facing the indenter, the Z-coordinate position of the surface of the test position of the test piece is taken by the imaging mechanism by moving the mounting table in the Z direction. Move to focus position Hardness test method in hardness tester to.