JP6721306B2 - 硬さ試験機 - Google Patents
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Description
こうした硬さ試験機においては、圧子の押し込みを開始する前、押し込み位置(試料の試験ポイント)が圧子の真下になっているかを確認する必要がある。例えば、ロックウェル硬さ試験機やブリネル硬さ試験機の場合、押し込み機構部直下に配置された上下ステージを上昇させながら試験ポイントを圧子に近づけ目視にて確認する方法がある。また、ビッカース硬さ試験機の場合、試験機のくぼみ長さ測定用顕微鏡を用いて、試料表面全体を見渡しつつ試験ポイントを所定位置に合わせる方法がある。
しかしながら、目視で確認する方法の場合、押し込み方向に対して直上ではなく斜め側方から観察しつつ試料と圧子を接近させる作業を行うため、期待する位置に対してずれが生じる可能性があり、且つ調整に手間が掛かる。
また、顕微鏡で確認する方法の場合、まず低倍率の対物レンズを使用して、おおよその試料の試験位置を特定したうえで、高倍率の対物レンズに切り替えて試料の試験位置を特定する必要があり、調整に手間が掛かる。また、高倍率の対物レンズのみを使用することとすると、その視野が狭いため、試料の試験位置を特定するのは困難である。
請求項1に記載の発明は、
試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみを用いて試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記試料の表面に光を照射してスポットを有する照光パターンを形成する照光部と、
前記試料の表面における、前記照光部により形成された前記照光パターンのスポットの位置を試験ポイントとして、当該試験ポイントに前記圧子の頂点の垂線が重なった状態で
前記圧子を前記試料に接触させてくぼみを形成させる制御部と、
を備え、
前記照光部は、互いに近づく方向に向けて光を出射する二つの光源を備え、
前記二つの光源から出射された光が交差する点である前記スポットに前記圧子の頂点の垂線が位置するように構成され、
前記制御部は、予め記憶された試料の厚みに基づいて、前記二つの光源から出射された光が交差する点と試料の表面とが重なるように前記試料の高さ位置を制御することを特徴とする。
前記二つの光源から出射された光は、帯状であることを特徴とする。
前記照光部は、レーザ光を出射する光源を備えることを特徴とする。
以下、本発明の第1の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、第1の実施の形態に係る硬さ試験機の全体図である。
図2は、図1の硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。図3は、図2の硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。
かかる硬さ試験機100は、例えば、ロックウェル硬さ試験機である。なお、以下の説明において、図1、3におけるX方向を左右方向とし、Y方向を前後方向とし、Z方向を上下方向とする。また、X−Y面を水平面とする。
なお、装置構成を安価にする観点から、上記したように、光源11としてレーザ光を発生するものを用いることとするが、これ以外にも、例えば、ハロゲンやLED(Light Emitting Diode)などの光源を用いることもできる。
使用される圧子14aとしては、例えば、先端半径0.2mmで先端角120度の円錐のダイヤモンド圧子や、1/16インチ、1/8インチなどの鋼球を用いた圧子などが挙げられる。
例えば、記憶部173には、予め、試料載置部121の上面における、光源11からの光により照光パターンのスポットが形成される位置と、圧子14aの頂点の垂線が通る位置との相対位置座標が記憶されており、CPU171は、これに基づきXYステージ12を移動させる。
例えば、操作部18は、ユーザが、硬さ試験機100による硬さ試験を実施する際の試験条件を入力する操作を受け付ける。試験条件値とは、例えば、試料Sの材質、圧子14aにより試料Sに負荷される試験力(N)、光源11と圧子14aとの位置座標の値などである。
先ず、ユーザは、XYステージ12の上面に硬さ試験の対象となる試料Sを載置し、光源11から試料Sに対して光を照射させる。そして、光のスポット状の照光パターンを指標として、試料Sの所望の試験ポイントがこれに一致するように微調整を行う。これにより、スポットの位置が試験ポイントPとなる。
この状態において、ユーザが試験開始の指示を行うと、図4に示すように、制御部17はXYステージ12を記憶部173に記憶された位置座標に基づいて移動させる。これにより、試料Sの試験ポイントPが、圧子14aの頂点の垂線Lの位置に重なるようになる。
その後、制御部17は、圧子14aを動作させて試料S表面の試験ポイントにくぼみを形成させ、所定のデータ解析を実行して、試料Sの硬さを算出する。
このため、試料Sの所望の試験ポイントにスポット状の光を照射させて試験ポイントの確認を行った後、その確認した試験ポイントにくぼみを形成することで、簡単な調整作業でありながら、試験前に調節した試験ポイントからずれることなく、試験を実行することができる。
このため、光源11と圧子14aが重ならない装置構成のため、試験ポイントの確認を行いやすくすることができる。
このため、試験前に調節した試験ポイントからずれることなく、試験を実行することができる。
このため、装置構成を安価にすることができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
なお、第1の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図5は、第2の実施の形態に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。図6は、図5の硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。
なお、試験機本体20のそれ以外の構成は、第1の実施の形態の試験機本体10と同一である。
本実施の形態の記憶部273においては、予め、試料載置部22aの上面における、光源11からの光により照光パターンのスポットが形成される位置と、圧子14aの頂点の垂線が通る位置とのX方向の相対距離が記憶されており、CPU271は、これに基づき移動ステージ22bを駆動させることで、試料Sの表面における試験ポイントに、圧子14aの頂点の垂線が位置するように、試料Sを水平方向に移動させることができる。
先ず、ユーザは、試料台22の試料載置部22aの上面に試料Sを載置し、光源11から試料Sに対して光を照射させた状態で、光のスポット状の照光パターンと試料Sの所望の試験ポイントが一致するように微調整を行う。これにより、スポットの位置が試験ポイントとなる。
この状態において、ユーザが試験開始の指示を行うと、制御部27は移動ステージ22bを記憶部273に記憶された距離だけ移動させることで試料載置部22aを移動させ、試料Sの所望の試験ポイントと圧子14aとを対向させる。
その後、制御部27は、圧子14aを動作させて試料S表面の試験ポイントにくぼみを形成させ、所定のデータ解析により、試料Sの硬さを算出する。
このため、試料Sの所望の試験ポイントに光を照射させて試験ポイントの確認を行った後、その確認した試験ポイントに正確にくぼみを形成できることとなる。
かかる構成の場合、先ず、ユーザは、試料載置部22aを一のストッパーに当接させて試料載置部22aに試料Sを載置し、光源11から試料Sに対して光を照射させた状態で、光の照光パターンと試料Sの所望の試験ポイントが一致するように微調整を行う。次いで、ユーザは、試料載置部22aをステージ上でスライド移動させて他のストッパーに当接させる。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
なお、第1の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図8は、第2の実施の形態に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。図9は、図8の硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。図10は、本実施の形態の試験機本体の要部構成を示す図である。
図10に示すように、2つの光源31,32は、その下端が互いに近づく方向に傾いて設置され、2つの光源31,32から出射された光は、互いに近づく方向に延びて圧子14aの真下、即ち、圧子14aの頂点の垂線上で交わるように設定されている。
本実施の形態の記憶部373には、試験前に、予め試料S表面の高さ(試料Sの厚み)が記憶されており、CPU371は、これに基づき上下ステージ34の高さを調節することで、試料S表面上にスポット状の照光パターンを表示させる。
先ず、ユーザは、試料台33の上面に試料Sを載置する。
次いで、ユーザの指示により、制御部37は、2つの光源31,32から試料Sに対して光を照射させ、上下ステージ34により試料台33をZ方向に移動させて、試料台33に載置された試料Sの一点にスポット状の照光パターンを表示させる。
その状態においてユーザは、光の照光パターンと試料Sの所望の試験ポイントが一致するように微調整を行う。
その後、ユーザの指示により、制御部37は、圧子14aを動作させて試料S表面の試験ポイントにくぼみを形成させ、所定のデータ解析により、試料Sの硬さを算出する。
このため、試料Sの所望の試験ポイントにスポット状の光を照射させて試験ポイントの確認を行った後、その確認した試験ポイントにくぼみを形成できるので、簡単な調整作業でありながら、試験前に調節した試験ポイントからずれることなく、試験を実行することができる。
このように構成することで、高さの制限が緩和され、高さ方向においてある幅の区間で光のラインが交わり、その交点(スポット)を試験ポイントとすることができる。
10、20、20A、30 試験機本体
11、31、32 光源(照光部)
121、22a、28 試料載置部
12 XYステージ(移動部)
22b 移動ステージ(移動部)
29 ターレット(移動部)
14a 圧子
14 圧子軸
17、27、37 制御部
S 試料
P 試験ポイント
Claims (3)
- 試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみを用いて試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記試料の表面に光を照射してスポットを有する照光パターンを形成する照光部と、
前記試料の表面における、前記照光部により形成された前記照光パターンのスポットの位置を試験ポイントとして、当該試験ポイントに前記圧子の頂点の垂線が重なった状態で前記圧子を前記試料に接触させてくぼみを形成させる制御部と、
を備え、
前記照光部は、互いに近づく方向に向けて光を出射する二つの光源を備え、
前記二つの光源から出射された光が交差する点である前記スポットに前記圧子の頂点の垂線が位置するように構成され、
前記制御部は、予め記憶された試料の厚みに基づいて、前記二つの光源から出射された光が交差する点と試料の表面とが重なるように前記試料の高さ位置を制御することを特徴とする硬さ試験機。 - 前記二つの光源から出射された光は、帯状であることを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。
- 前記照光部は、レーザ光を出射する光源を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の硬さ試験機。
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