JP5962287B2

JP5962287B2 - Hardness testing machine

Info

Publication number: JP5962287B2
Application number: JP2012160275A
Authority: JP
Inventors: 岩永　幸満; 幸満岩永
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: JP2014020943A; CN103575604A; CN103575604B

Description

この発明は、試験片の硬さを測定する硬さ試験機に関する。 The present invention relates to a hardness tester that measures the hardness of a test piece.

このような硬さ試験機は、試験片を載置する載置台と、試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、試験位置において圧子を試験片に押しつけることにより圧子に試験力を付与する負荷機構と、試験片の表面に形成された圧痕を観察するための対物レンズとを備え、試験片の表面に形成された圧痕のサイズに基づいて試験片の硬さを測定する構成となっている。 Such a hardness tester gives a test force to the indenter by placing the test piece on the surface, an indenter for forming an indentation on the surface of the test piece, and pressing the indenter against the test piece at the test position. And an objective lens for observing the indentation formed on the surface of the test piece, and measuring the hardness of the test piece based on the size of the indentation formed on the surface of the test piece. ing.

このような硬さ試験機においては、試験力の付与後に試験片の表面に形成された圧痕のサイズが過度に小さかった場合には、圧痕のサイズの測定を正確に実行することができず、硬さ試験の精度が低下するという問題がある、一方、試験力の付与後に試験片の表面に形成された圧痕のサイズが過度に大きかった場合には、圧痕が対物レンズの視野から外れることになり、圧痕のサイズを測定することができなくなる。従って、圧痕のサイズをその測定に適した大きさとするため、試験力の値を適切に選択する必要がある。 In such a hardness tester, when the size of the indentation formed on the surface of the test piece after application of the test force is excessively small, the measurement of the size of the indentation cannot be performed accurately, On the other hand, there is a problem that the accuracy of the hardness test is lowered. This makes it impossible to measure the size of the indentation. Therefore, in order to make the size of the indentation suitable for the measurement, it is necessary to appropriately select the value of the test force.

特許文献１には、圧子の押込深さを、試料を載置した基盤の影響が少ない深さに設定し、当該設定した深さまで圧子を押し込み、そのときの圧子に加えられている荷重と当該設定した深さとから試料の硬さを求める押込硬さ試験方法が開示されている。 In Patent Document 1, the indentation depth of the indenter is set to a depth that is less affected by the substrate on which the sample is placed, the indenter is pushed to the set depth, and the load applied to the indenter at that time and the load An indentation hardness test method for obtaining the hardness of a sample from a set depth is disclosed.

特開平９−１２６９７５号公報JP-A-9-126975

例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｇ０５５９：２２０８「鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法」においては、高周波焼入れ等による焼入硬化層深さを計測する場合について規定されている。この規定に則した検査においては、焼入れを行った後の試験片を硬化面に垂直に切断し、切断面を研磨仕上げして被検面とし、この被検面に対して複数の位置で硬さ試験を実行している。 For example, JIS (Japanese Industrial Standards) G0559: 2208 “Method of measuring the depth of hardened steel and induction hardening hardened layer of steel” specifies the case of measuring the depth of hardening hardened by induction hardening or the like. . In the inspection in accordance with this regulation, the test piece after quenching is cut perpendicularly to the hardened surface, the cut surface is polished and finished as a test surface, and hardened at a plurality of positions with respect to this test surface. Running tests.

このように焼入れを実行した後の試験片においては、焼入れがなされた表面付近では試験片が硬く、また、試験片の内部になるほど試験片が柔らかくなる。このため、このような試験片に対して一定の試験力で試験片の表面側から内部に至る位置まで連続的に硬さ試験を行った場合には、試験位置が試験片の内部に移動するに従って圧痕のサイズが大きくなるという現象が生ずる。 In the test piece after performing quenching in this way, the test piece is hard in the vicinity of the quenched surface, and the test piece becomes softer as it goes inside the test piece. For this reason, when a hardness test is continuously performed on such a test piece with a constant test force from the surface side to the inside of the test piece, the test position moves to the inside of the test piece. As a result, the size of the indentation increases.

代表的な硬さ試験であるビッカース硬さ試験においては、正四角錐の圧子を試験片に押し込み、それにより形成された圧痕の対角線長さの平均値を測定することにより試験片の硬さを測定している。この場合に、互いに隣接する圧痕間の距離が小さくなった場合には、それらが互いに影響する。このため、圧痕の中心間隔を圧痕の対角線長さの３倍以上とすることが要求されている。従って、圧痕のサイズが過度に大きくなった場合には、上記の条件が満たされないことになり、硬さ試験をやり直す必要が生ずる。 In the Vickers hardness test, which is a typical hardness test, the hardness of the test piece is measured by pressing a square pyramid indenter into the test piece and measuring the average diagonal length of the indentation formed thereby. doing. In this case, when the distance between the indentations adjacent to each other becomes small, they influence each other. For this reason, it is requested | required that the center space | interval of an indentation shall be 3 times or more of the diagonal length of an indentation. Therefore, when the size of the indentation becomes excessively large, the above condition is not satisfied, and the hardness test needs to be repeated.

また、このようにサイズが異なる圧痕を、同一の倍率を有する対物レンズで測定した場合には、圧痕のサイズが小さかった場合には、圧痕のサイズの測定を正確に実行することができず硬さ試験の精度が低下し、一方、圧痕のサイズが大きかった場合には、圧痕が対物レンズの視野から外れて圧痕のサイズを測定することができなくなるという問題も生ずる。 In addition, when indentations with different sizes are measured with an objective lens having the same magnification, if the size of the indentation is small, the measurement of the size of the indent cannot be performed accurately and the indentation is hard. However, when the indentation size is large, there is a problem that the indentation is out of the field of view of the objective lens and the indentation size cannot be measured.

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、試験位置に応じて試験力を適切に選択することにより、正確な硬さ試験を実行することが可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a hardness tester capable of executing an accurate hardness test by appropriately selecting a test force according to a test position. For the purpose.

請求項１に記載の発明は、試験片を載置する載置台と、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、試験位置において前記圧子を前記試験片に押しつけることにより前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕を観察するための対物レンズと、を備えた硬さ試験機において、前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係を記憶する記憶部と、試験が実行される試験位置に基づいて前記記憶部に記憶された試験力を読み出し、前記負荷機構を制御することにより、読み出された試験力で前記圧子を前記試験片に押しつける制御部とを備え、前記試験片は位置により硬さが連続的に変化するものであり、前記記憶部に試験位置と関係づけて記憶される試験力は、前記試験片に対して適切な大きさの圧痕を形成するための試験力であることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a mounting table for mounting the test piece, an indenter for forming an indentation on the surface of the test piece, and pressing the indenter against the test piece at a test position. In a hardness tester comprising a load mechanism for applying a test force and an objective lens for observing an indentation formed on the surface of the test piece, the test position and the test force applied to the indenter, And the test force stored in the storage unit based on the test position at which the test is performed, and the load mechanism is controlled so that the indenter is moved with the read test force. A controller that presses against the test piece, the hardness of the test piece varies continuously depending on the position, and the test force stored in relation to the test position in the storage unit is stored in the test piece. For the right size Characterized in that it is a test force to form a scar.

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、前記記憶部に記憶される前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係は、オペレータにより予め入力される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter is input in advance by an operator.

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記記憶部に記憶される前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係は、前記試験位置と前記試験片の硬さとの関係を示す関係式に基づいて決定される。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter is the relationship between the test position and the test piece. It is determined based on a relational expression showing a relation with hardness.

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記試験片は、焼入れによる硬化層深さ測定がなされる鋼である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the test piece is a steel whose hardened layer depth is measured by quenching.

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、前記記憶部に記憶される前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係は、前記焼入れがなされた鋼の表面からの距離と、その位置における前記鋼の硬さとの関係を示す硬さ推移曲線に基づいて決定される。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter is the surface of the steel that has been quenched. Is determined based on a hardness transition curve showing the relationship between the distance from the steel and the hardness of the steel at that position.

請求項１に記載の発明によれば、記憶部に記憶した試験位置と圧子に付与される試験力との関係に基づいて決定される試験力で圧子を試験片に押しつけることから、試験位置に応じた適切な試験力で硬さ試験を実行することができる。このため、圧痕の大きさを適切に維持して、硬度試験を正確に実行することが可能となる。すなわち、位置により硬さが連続的に変化する試験片に対して、圧痕間の距離が小さくなりすぎるという問題と、圧痕のサイズが小さすぎてサイズの測定を正確に実行でになかったり圧痕のサイズが大きすぎて対物レンズの視野から外れることでサイズの測定が実行できないという問題との二つの問題を解消することができる適切な大きさの圧痕を形成するための試験力によって、硬さ試験を実行することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the indenter is pressed against the test piece with the test force determined based on the relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter. The hardness test can be executed with an appropriate test force. For this reason, it is possible to accurately execute the hardness test while appropriately maintaining the size of the indentation. That is, for the test piece whose hardness changes continuously depending on the position, the distance between the indentations becomes too small, and the size of the indentation is too small to measure the size accurately. Hardness test with test force to form indentation of appropriate size that can solve the two problems of the size being too large and out of the field of view of the objective lens to make size measurement impossible Can be executed.

請求項２に記載の発明によれば、オペレータが試験位置と圧子に付与されるべき適切な試験力との関係を設定することが可能となる。 According to the second aspect of the invention, the operator can set the relationship between the test position and the appropriate test force to be applied to the indenter.

請求項３に記載の発明によれば、試験位置と試験片の硬さとの関係を示す関係式に基づいて、試験位置と圧子に付与される試験力との関係を容易かつ適切に決定することが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, the relationship between the test position and the test force applied to the indenter is easily and appropriately determined based on the relational expression indicating the relationship between the test position and the hardness of the test piece. Is possible.

請求項４に記載の発明によれば、鋼に対する焼入れによる硬化層深さ測定を正確に実行することが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to accurately execute the hardened layer depth measurement by quenching the steel.

請求項５に記載の発明によれば、焼入れがなされた鋼の表面からの距離とその位置における鋼の硬さとの関係を示す硬さ推移曲線に基づいて、試験位置と圧子に付与される試験力との関係を容易かつ適切に決定することが可能となる。 According to the invention described in claim 5, based on the hardness transition curve showing the relationship between the distance from the surface of the quenched steel and the hardness of the steel at that position, the test applied to the test position and the indenter It becomes possible to easily and appropriately determine the relationship with force.

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. ＸＹステージ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 XY stage. 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 an 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. 歯車の一部を構成する鋼製の試験片１００に対して焼入れによる硬化層深さ測定を実行するために圧痕が形成された状態を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the state in which the impression was formed in order to perform the hardened layer depth measurement by hardening with respect to the steel test piece 100 which comprises some gears. 図８の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 硬さ推移曲線を示すグラフである。It is a graph which shows a hardness transition curve.

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、ＸＹステージ１２を昇降する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 that elevates and lowers the XY stage 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を載置する載置台としてのＸＹステージ１２とを備える。ＸＹステージ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ＸＹステージ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、ＸＹステージ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、ＸＹステージ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、ＸＹステージ１２は、モータ１５の駆動により昇降する。 This hardness tester includes a table 11 and an XY stage 12 as a mounting table placed on the table 11 and on which a test piece 100 is mounted. The XY stage 12 is for moving the test piece 100 in the X direction (left-right direction in FIG. 1) and the Y direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). The XY stage 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. The XY stage 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 XY stage 12 is supported by the elevating 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 XY stage 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、ＸＹステージ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 to be pushed into the test piece 100 placed on the XY stage 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、ＸＹステージ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。 This hardness tester includes a load mechanism that applies a test force to the indenters 19 and 21 for pushing the tips of the indenters 19 and 21 into the test piece 100, and a test piece placed on the XY stage 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。そして、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と対向するに移動させる。対物レンズ、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. Then, 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 face the test piece 100. 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 (see 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（１）で表される。 Here, when the test force is F (N: Newton), the Vickers hardness HV is expressed by the following formula (1).

ＨＶ＝０．１８９１（Ｆ／ｄ^２）・・・・・（１）
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 ) (1)
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、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ＸＹステージ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、後述するように、試験位置と圧子２１に付与される試験力との関係を記憶する記憶部８１と接続されている。なお、この制御部８０を、硬さ試験機の装置本体内に配設する代わりに、この制御部８０をコンピュータ５０における本体５６内に配設してもよい。 This hardness tester includes a control unit 80 that controls the entire apparatus. 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 the XY stage 12 as X, Y, It is connected to motors 13, 14, and 15 for moving in the Z direction. Further, the control unit 80 is connected to a storage unit 81 that stores the relationship between the test position and the test force applied to the indenter 21, as will be described later. The control unit 80 may be disposed in the main body 56 of the computer 50 instead of being disposed in the apparatus main body of the hardness tester.

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。以下の実施形態においては、歯車の一部を構成する鋼製の試験片１００に対して、焼入れによる硬化層深さ測定を実行する場合の硬さ試験の動作について説明する。 Next, an operation when a hardness test is performed using the hardness tester having the above-described configuration will be described. In the following embodiments, the operation of a hardness test when performing hardened layer depth measurement by quenching on a steel test piece 100 constituting a part of a gear will be described.

図８は、歯車の一部を構成する鋼製の試験片１００に対して焼入れによる硬化層深さ測定を実行するために圧痕が形成された状態を示す概要図である。また、図９は、図８の部分拡大図である。なお、これらの図に記載された正方形は、試験片１００に形成された圧痕を示している。 FIG. 8 is a schematic view showing a state in which an indentation is formed in order to execute hardening layer depth measurement by quenching on a steel test piece 100 constituting a part of a gear. FIG. 9 is a partially enlarged view of FIG. In addition, the square described in these figures has shown the indentation formed in the test piece 100. FIG.

焼入れによる硬化層深さ測定を実行する場合においては、焼入れがなされた試験片１００を、その表面（硬化面）Ｓに垂直に切断し、切断面を研磨仕上げして被検面とする。そして、図９に示す距離Ｄ（例えば、１．５ｍｍ）の範囲内において、表面に垂直な一対の直線上に形成された圧痕に基づいて順次硬さを測定し、それらの硬さから硬さ推移曲線を作成する。ここで、９に示す各圧痕の表面Ｓからの距離の差異（Ｌ４−Ｌ３、Ｌ３−Ｌ２、Ｌ２−Ｌ１）は、０．１ｍｍ以下となっている。 When performing the measurement of the depth of the hardened layer by quenching, the test piece 100 that has been quenched is cut perpendicularly to the surface (cured surface) S, and the cut surface is polished and finished as a test surface. Then, within the range of the distance D (for example, 1.5 mm) shown in FIG. 9, the hardness is sequentially measured based on the indentations formed on a pair of straight lines perpendicular to the surface, and the hardness is determined from these hardnesses. Create a transition curve. Here, the difference (L4-L3, L3-L2, L2-L1) of the distance from the surface S of each indentation shown in 9 is 0.1 mm or less.

このように焼入れがなされた試験片１００においては、焼入れがなされた表面Ｓ付近では試験片が硬く、また、試験片１００の内部になるほど試験片１００が柔らかくなる。このため、このような試験片１００に対して一定の試験力で試験片１００の表面Ｓ側から内部に至る位置まで連続的に硬さ試験を行った場合には、試験位置が試験片の内部に移動するに従って圧痕のサイズが大きくなるという現象が生ずる。このような現象が発生した場合には、上述したように、圧痕の中心間隔を圧痕の対角線長さの３倍以上とすることができず、また、圧痕が対物レンズの視野から外れてしまうという問題が生ずる。 In the test piece 100 thus hardened, the test piece is hard in the vicinity of the hardened surface S, and the test piece 100 becomes softer toward the inside of the test piece 100. For this reason, when a hardness test is continuously performed on such a test piece 100 from the surface S side to the inside of the test piece 100 with a constant test force, the test position is the inside of the test piece. A phenomenon occurs in which the size of the indentation increases with the movement. When such a phenomenon occurs, as described above, the center distance between the indentations cannot be set to be not less than three times the diagonal length of the indentations, and the indentations are out of the field of view of the objective lens. Problems arise.

このため、この発明に係る硬さ試験機においては、試験位置と圧子２１に付与される試験力との関係を記憶部８１に予め記憶しておき、制御部８０が、試験片１００に対して試験が実行される試験位置に基づいて、記憶部８１に記憶された試験力を読み出し、負荷機構を制御することにより、読み出された試験力で圧子２１を試験片１００に押しつける構成を採用している。 For this reason, in the hardness tester according to the present invention, the relationship between the test position and the test force applied to the indenter 21 is stored in advance in the storage unit 81, and the control unit 80 controls the test piece 100. Based on the test position at which the test is performed, the test force stored in the storage unit 81 is read out, and the load mechanism is controlled so that the indenter 21 is pressed against the test piece 100 with the read test force. ing.

ここで、第１の実施形態においては、記憶部８１に記憶される試験位置と圧子２１に付与される試験力との関係は、オペレータにより予め入力される。すなわち、オペレータが硬さ試験を開始するに先立ち、試験位置に対して表面Ｓからの距離毎に、その位置における試験力を入力する。この場合においては、表面Ｓ付近の試験位置においては、大きな試験力が入力され、表面Ｓから離隔するほど小さな試験力が入力される。この入力は、例えば、コンピュータ５０におけるキーボード５７およびマウス５８を使用して実行される。これにより、記憶部８１に、試験位置と圧子２１に付与される試験力との関係が記憶されることになる。 Here, in the first embodiment, the relationship between the test position stored in the storage unit 81 and the test force applied to the indenter 21 is input in advance by an operator. That is, before the operator starts the hardness test, the test force at that position is input for each distance from the surface S with respect to the test position. In this case, at the test position near the surface S, a large test force is input, and a test force that is small enough to be separated from the surface S is input. This input is performed using, for example, the keyboard 57 and the mouse 58 in the computer 50. Thereby, the relationship between the test position and the test force applied to the indenter 21 is stored in the storage unit 81.

硬さ試験を実行するときには、制御部８０がモータ１３、１４の回転を制御してＸＹステージ１２をＸ−Ｙ方向に移動させ、試験片１００における試験位置と圧子２１とが対向する位置に試験片１００を移動させる。そして、制御部８０がそのときの試験位置に基づいて、記憶部８１に記憶された試験力を読み出す。しかる後、制御部８０が負荷機構を制御することにより、読み出された試験力で圧子２１を試験片１００に押しつける。これにより、試験片１００に対して適切な大きさの圧痕を形成することが可能となる。 When executing the hardness test, the control unit 80 controls the rotation of the motors 13 and 14 to move the XY stage 12 in the XY direction, so that the test position on the test piece 100 and the indenter 21 face each other. The piece 100 is moved. And the control part 80 reads the test force memorize | stored in the memory | storage part 81 based on the test position at that time. Thereafter, the control unit 80 controls the load mechanism to press the indenter 21 against the test piece 100 with the read test force. Thereby, it is possible to form an indentation having an appropriate size with respect to the test piece 100.

一方、第２の実施形態においては、記憶部８１に記憶される試験位置と圧子２１に付与される試験力との関係は、試験片１００の表面Ｓからの距離と、その位置における試験片１００の硬さとの関係を示す関係式である硬さ推移曲線に基づいて決定される。すなわち、同様の構成を有する複数の試験片１００に対して連続して硬さ試験を実行するときには、予め求められた硬さ推移曲線に基づいて、試験片１００の表面Ｓからの距離と、その位置における試験片１００の硬さとの関係を求めることが可能となる。 On the other hand, in the second embodiment, the relationship between the test position stored in the storage unit 81 and the test force applied to the indenter 21 is the distance from the surface S of the test piece 100 and the test piece 100 at that position. It is determined on the basis of a hardness transition curve which is a relational expression showing the relationship with the hardness. That is, when a hardness test is continuously performed on a plurality of test pieces 100 having the same configuration, the distance from the surface S of the test piece 100 based on the hardness transition curve obtained in advance, It becomes possible to obtain the relationship with the hardness of the test piece 100 at the position.

図１０は、硬さ推移曲線を示すグラフである。 FIG. 10 is a graph showing a hardness transition curve.

この図において、縦軸はビッカース硬さＨＶを示し、横軸は試験片１００における表面（硬化面）Ｓからの距離（ｍｍ）を示している。この硬さ推移曲線は、図１０において黒四角で示す測定点に基づき、例えば、１から１０次の回帰曲線を選択して最小二乗近似により作成される。この硬さ推移曲線は、予め実験的に測定および作成され、記憶部８１に記憶されている。 In this figure, the vertical axis represents the Vickers hardness HV, and the horizontal axis represents the distance (mm) from the surface (cured surface) S of the test piece 100. This hardness transition curve is created by, for example, least square approximation by selecting a 1st to 10th order regression curve based on the measurement points indicated by black squares in FIG. This hardness transition curve is experimentally measured and created in advance and stored in the storage unit 81.

この第２の実施形態において硬さ試験を実行する場合には、制御部８０がモータ１３、１４の回転を制御してＸＹステージ１２をＸ−Ｙ方向に移動させ、試験片１００における試験位置と圧子２１とが対向する位置に試験片１００を移動させる。そして、制御部８０がそのときの試験位置に基づいて、記憶部８１に記憶した硬さ推移曲線から、その位置における想定硬さを求める。さらに、上述した式（１）に、そのときの想定硬さと、この硬さ試験機において選択可能な試験力（２ｋｇｆ、１ｋｇｆ、０．５ｋｇｆ、０．３ｋｇｆ、０．２ｋｇｆ、０．１ｋｇｆ、０．０５ｋｇｆ、０．０２５ｋｇｆ、０．０１ｋｇｆ）とを入力し、そのときの対角線長さｄを求める。そして、求められた対角線長さｄのうち、そのときに使用する対物レンズの視野の中に入る最大の対角線長さｄに対応する試験力を選択する。しかる後、このようにして求められた試験力により硬さ試験を実行する。 When a hardness test is executed in the second embodiment, the control unit 80 controls the rotation of the motors 13 and 14 to move the XY stage 12 in the XY direction, and determines the test position on the test piece 100. The test piece 100 is moved to a position facing the indenter 21. And based on the test position at that time, the control part 80 calculates | requires the assumed hardness in the position from the hardness transition curve memorize | stored in the memory | storage part 81. FIG. Further, the above-described formula (1) includes the assumed hardness and the test force selectable in this hardness tester (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), and obtain the diagonal length d at that time. Then, the test force corresponding to the maximum diagonal length d that falls within the field of view of the objective lens used at that time is selected from the obtained diagonal length d. Thereafter, the hardness test is executed with the test force thus obtained.

この第２の実施形態によれば、焼入れがなされた試験片１００の表面からの距離とその位置における試験片１００の硬さとの関係を示す硬さ推移曲線に基づいて試験力を決定することから、試験力の設定を容易かつ正確に実行することが可能となる。 According to the second embodiment, the test force is determined based on the hardness transition curve indicating the relationship between the distance from the surface of the quenched test piece 100 and the hardness of the test piece 100 at that position. It is possible to easily and accurately set the test force.

なお、上述した実施形態においては、試験片１００として焼入れによる硬化層深さ測定がなされる鋼を使用し、試験片１００の表面からの距離とその位置における試験片１００の硬さとの関係に基づいて試験力を決定している。しかしながら、この発明は、このような態様に限定されるものではない。例えば、互いに異なる金属を溶接により接合した試験片に対して連続して硬さ試験を行う場合には、金属毎に硬さが異なり、また、特に溶接部分は金属部分より硬さが小さくなる。このような場合においても、この発明を適用することにより、圧痕の大きさを適切に維持して、硬度試験を正確に実行することが可能となる。 In the above-described embodiment, steel whose hardened layer depth is measured by quenching is used as the test piece 100, and based on the relationship between the distance from the surface of the test piece 100 and the hardness of the test piece 100 at that position. The test power is determined. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, when a hardness test is continuously performed on test pieces in which different metals are joined by welding, the hardness differs for each metal, and in particular, the welded portion is less hard than the metal portion. Even in such a case, by applying the present invention, it is possible to accurately execute the hardness test while appropriately maintaining the size of the indentation.

１１テーブル
１２ＸＹステージ
１３モータ
１４モータ
１５モータ
１６接眼レンズ
１７カメラ
１８表示部
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
３８ネジ
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
１００試験片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Table 12 XY stage 13 Motor 14 Motor 15 Motor 16 Eyepiece 17 Camera 18 Display part 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 Shaft 32 Lever 33 Permanent magnet 34 Electromagnetic coil 35 Press part 36 Load transmission shaft 38 Screw 41 LED light source 42 Optical tube 43 Half mirror 44 Half mirror 50 Computer 53 Rack 54 Pinion 55 Display part 56 Main body 57 Keyboard 58 Mouse 59 Liquid crystal display part 60 Displacement detector 61 Leaf spring 62 Support member 63 Support member 100 Test piece

Claims

試験片を載置する載置台と、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、試験位置において前記圧子を前記試験片に押しつけることにより前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕を観察するための対物レンズと、を備えた硬さ試験機において、
前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係を記憶する記憶部と、
試験が実行される試験位置に基づいて前記記憶部に記憶された試験力を読み出し、前記負荷機構を制御することにより、読み出された試験力で前記圧子を前記試験片に押しつける制御部と、を備え、
前記試験片は位置により硬さが連続的に変化するものであり、
前記記憶部に試験位置と関係づけて記憶される試験力は、前記試験片に対して適切な大きさの圧痕を形成するための試験力であることを特徴とする硬さ試験機。 A mounting table for mounting the test piece; an indenter for forming an indentation on the surface of the test piece; a load mechanism for applying a test force to the indenter by pressing the indenter against the test piece at a test position; In a hardness tester comprising an objective lens for observing an indentation formed on the surface of the test piece,
A storage unit for storing a relationship between the test position and a test force applied to the indenter;
A control unit that reads the test force stored in the storage unit based on a test position at which a test is performed, and controls the load mechanism to press the indenter against the test piece with the read test force; equipped with a,
The test piece is one whose hardness changes continuously depending on the position,
The hardness tester characterized in that the test force stored in relation to the test position in the storage unit is a test force for forming an indentation of an appropriate size with respect to the test piece .

請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記記憶部に記憶される前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係は、オペレータにより予め入力される硬さ試験機。 The hardness tester according to claim 1,
The relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter is a hardness tester input in advance by an operator.

請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記記憶部に記憶される前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係は、前記試験位置と前記試験片の硬さとの関係を示す関係式に基づいて決定される硬さ試験機。 The hardness tester according to claim 1,
The relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter is determined based on a relational expression indicating the relationship between the test position and the hardness of the test piece. .

請求項１から請求項３のいずれかに記載の硬さ試験機において、
前記試験片は、焼入れによる硬化層深さ測定がなされる鋼である硬さ試験機。 In the hardness tester according to any one of claims 1 to 3,
The test piece is a hardness tester which is a steel whose hardened layer depth is measured by quenching.

請求項４に記載の硬さ試験機において、
前記記憶部に記憶される前記試験位置と前記圧子に付与される試験力との関係は、前記焼入れがなされた鋼の表面からの距離と、その位置における前記鋼の硬さとの関係を示す硬さ推移曲線に基づいて決定される硬さ試験機。 The hardness tester according to claim 4,
The relationship between the test position stored in the storage unit and the test force applied to the indenter is a hardness indicating the relationship between the distance from the surface of the quenched steel and the hardness of the steel at that position. Hardness tester determined based on the length transition curve.