JPH08201260A - Method for measuring hardness - Google Patents
Method for measuring hardnessInfo
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- JPH08201260A JPH08201260A JP1043195A JP1043195A JPH08201260A JP H08201260 A JPH08201260 A JP H08201260A JP 1043195 A JP1043195 A JP 1043195A JP 1043195 A JP1043195 A JP 1043195A JP H08201260 A JPH08201260 A JP H08201260A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の硬度測定方
法に関し、特にブリネル硬度等のごとく被測定物に圧子
を押し付け、被測定物の表面に形成された圧痕から硬度
を測定する硬度測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the hardness of an object to be measured, and in particular, hardness such as Brinell hardness in which an indenter is pressed against the object to be measured and the hardness is measured from an indentation formed on the surface of the object to be measured. Regarding measurement method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種の硬度測定では、被測定物
に形成された圧痕サイズを顕微鏡を用いて人為的に計測
することによって生じる計測時間の遅延や測定者の経験
の有無によって生じる個人誤差を除去するために、特公
昭６３−１０３７９号公報に記載された発明のように、
撮像機から得られた画像を灰調レベルに変換し、変換さ
れた画像の急激変化点を圧痕の端部として抽出して上記
圧痕の表面積を求め、圧子の押し付け荷重を上記表面積
で割って、被測定物の硬度を測定していた。2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of hardness measurement, a delay in measurement time caused by artificially measuring an indentation size formed on an object to be measured with a microscope and the presence or absence of experience of the measurer In order to eliminate the error, as in the invention described in Japanese Patent Publication No. 63-10379,
The image obtained from the imager is converted to a gray level, the sudden change point of the converted image is extracted as the end of the indentation to obtain the surface area of the indentation, and the pressing load of the indenter is divided by the surface area, The hardness of the measured object was measured.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記硬度測
定では、被測定物上の痕を圧痕としているため、被測定
物の測定面に実際の圧痕の他に大きな切削傷や腐蝕が存
在し、それが圧痕との明るさの違いが余りない場合に
は、圧痕と傷等の区別が難しく、被測定物の硬度測定に
正確さが欠けるという問題点があった。However, in the above hardness measurement, since the marks on the object to be measured are indentations, there are large cutting scratches and corrosion in addition to the actual indentations on the measurement surface of the object to be measured, If there is not much difference in brightness from the indentation, there is a problem that it is difficult to distinguish between the indentation and the scratch and the hardness measurement of the object to be measured lacks accuracy.
【０００４】本発明は、上記問題点を鑑みなされたもの
で、被測定物の硬度測定を誤差なく正確に行うことがで
きる硬度測定方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a hardness measuring method capable of accurately measuring the hardness of an object to be measured without error.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、灰調レベルに変換された画
像に対して任意に設定された閾値レベルに基づいて、前
記圧痕と背景部分の境界部を抽出する抽出工程と、前記
境界部の任意の複数点を所定回数選択し、該選択された
複数点の位置から円弧境界を推定する推定工程と、前記
推定された円弧境界の位置から当該円弧のサイズを測定
する円弧サイズ測定工程と、前記測定された円弧サイズ
と押込荷重に基づいて前記被測定物の硬度を測定する硬
度測定工程とからなる。In order to achieve the above object, according to claim 1 of the present invention, the indentation and the background are based on a threshold level arbitrarily set for an image converted into a gray level. An extraction step of extracting a boundary portion of the part; an estimation step of selecting an arbitrary plurality of points of the boundary portion a predetermined number of times and estimating an arc boundary from the positions of the selected plurality of points; and a step of estimating the estimated arc boundary. An arc size measuring step of measuring the size of the arc from the position and a hardness measuring step of measuring the hardness of the object to be measured based on the measured arc size and the pushing load.
【０００６】請求項２では、抽出工程は、前記所定の灰
調レベルに変換された画像に基づいて、前記圧痕と背景
部分の輝度を表す輝度ヒストグラムを求め、前記圧痕の
輝度ヒストグラムと背景部分の輝度ヒストグラムとの間
に発生する低い輝度を求める頻度検出工程と、前記頻度
検出工程で求めた輝度を閾値として前記画像を二値化す
る二値化工程とを含み、前記二値化工程によって得られ
た二値画像に基づいて、前記圧痕と背景部分の境界部を
抽出する。According to a second aspect of the present invention, in the extraction step, a luminance histogram representing the luminance of the indentation and the background portion is obtained based on the image converted to the predetermined gray level, and the luminance histogram of the indentation and the background portion are obtained. A frequency detection step of obtaining a low luminance generated between the luminance histogram and a binarization step of binarizing the image using the luminance obtained in the frequency detection step as a threshold value, and obtained by the binarization step. A boundary between the indentation and the background portion is extracted based on the obtained binary image.
【０００７】[0007]
【作用】請求項１では、灰調レベルに変換された画像に
対して任意に設定された閾値レベルに基づいて、圧痕と
背景部分の境界部を抽出し、その境界部の任意の複数点
を所定回数選択し、複数点の位置から円弧境界を推定
し、その円弧のサイズと押込荷重に基づいて被測定物の
硬度を測定する。According to the first aspect of the present invention, the boundary between the indentation and the background portion is extracted based on the threshold level arbitrarily set for the image converted into the gray level, and any plural points on the boundary are extracted. The arc boundary is estimated from the positions of a plurality of points by selecting a predetermined number of times, and the hardness of the measured object is measured based on the size of the arc and the pushing load.
【０００８】抽出工程としては、請求項２に示したごと
く、圧痕と背景部分の輝度ヒストグラムとの間に発生す
る低い輝度を閾値として画像を二値化し、この二値画像
から圧痕と背景部分の境界部を抽出する。As the extracting step, as described in claim 2, the image is binarized by using the low luminance generated between the indentation and the luminance histogram of the background portion as a threshold value, and the indentation and the background portion are extracted from this binary image. Extract the boundary.
【０００９】[0009]
【実施例】本発明に係る硬度測定方法の実施例を図１乃
至図７に基づいて説明する。図１は、本発明に係る硬度
測定方法を用いた硬度測定装置の一実施例の構成を示す
構成図である。図において、硬度測定装置は、所定の押
込荷重で圧子１１を被測定物１０に押し付ける試験機１
２と、試験機１２の上部に設けられた撮像機１３と、撮
像機１３からの画像情報をデジタル変換し、変換された
画像情報を画像処理する画像処理装置１４と、画像処理
された画像情報と圧子１１の押込荷重量とに基づいて被
測定物の硬度を測定するホストコンピュータ１５と、測
定された被測定物の硬度を表示する表示装置１６とから
構成されている。EXAMPLE An example of the hardness measuring method according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of a hardness measuring device using a hardness measuring method according to the present invention. In the figure, the hardness measuring device is a tester 1 that presses an indenter 11 against an object to be measured 10 with a predetermined pushing load.
2, an image pickup device 13 provided on the upper part of the tester 12, an image processing device 14 for digitally converting image information from the image pickup device 13 and image processing the converted image information, and image processed image information And a display device 16 for displaying the measured hardness of the measured object, and a host computer 15 for measuring the hardness of the measured object based on the pushing load amount of the indenter 11.
【００１０】試験機１２は、例えばブリネル硬度試験機
からなり、所定の押込荷重で球状の圧子１１を被測定物
１０に押し付け、被測定物１０の測定面に圧痕を形成さ
せている。なお、ここでは、被測定物１０は、例えば機
械構造用炭素鋼（JIS S45C）を用い、球状の圧子１１の
直径は、１０（ｍｍ）とし、試験機１２による圧子１１
の押込み荷重は、２９．４ｋＮとする。The tester 12 comprises, for example, a Brinell hardness tester, and a spherical indenter 11 is pressed against the object to be measured 10 with a predetermined pushing load to form an indentation on the measurement surface of the object to be measured 10. In addition, here, the DUT 10 is, for example, carbon steel for machine structure (JIS S45C), and the diameter of the spherical indenter 11 is 10 (mm).
The indentation load of is 29.4 kN.
【００１１】撮像機１３は、例えば拡大機能を有するＣ
ＣＤカメラからなり、被測定物１０の測定面の像（図２
（ａ）参照）を拡大して撮影して、得られた画像情報を
画像処理装置１４に出力している。画像処理装置１４
は、ＣＰＵとメモリ等が搭載された画像処理ボードから
なり、この画像処理ボード上で全ての画像処理プログラ
ムを実行する。本発明に係る硬度測定方法の第１実施例
を用いる場合には、画像処理装置１４は、小さなノイズ
を除去して圧痕境界の画像の鮮明さを失わないようにす
るためにメディアンフィルタで入力する画像情報の平滑
化処理を行い、平滑化処理された画像情報を例えば所定
の階調の灰調レベル（２５６レベル）でアナログ／デジ
タル変換する変換機能と、上記変換された画像情報に対
して任意に設定された閾値の灰調レベルに基づいて圧痕
と背景部分の境界部を抽出する抽出機能と、上記境界部
の任意の複数点を所定回数選択し、選択された複数点の
位置から円弧境界を推定する推定機能と、推定された円
弧境界の位置から当該円弧のサイズを測定する円弧サイ
ズ測定機能と、測定された円弧サイズと押込荷重に基づ
いて被測定物１０の硬度を測定する硬度測定機能とを有
する。上記抽出機能は、デジタル変換された画像情報に
基づいて圧痕と背景部分の輝度を表す輝度ヒストグラム
を求め、上記輝度ヒストグラムから圧痕と背景部分の二
つの出現頻度の高い輝度の間の出現頻度の低い輝度を求
める頻度検出機能と、求めた低い出現頻度の輝度を閾値
として画像を二値化する二値化機能とを含んでいる。な
お、画像の解像度は、５１２×５１２ピクセルとし、マ
スクサイズは、３×３とした。The image pickup device 13 is, for example, a C having an enlargement function.
An image of the measurement surface of the DUT 10 (see FIG. 2).
(See (a)) is enlarged and photographed, and the obtained image information is output to the image processing device 14. Image processing device 14
Consists of an image processing board equipped with a CPU, memory, etc., and executes all image processing programs on this image processing board. When the first embodiment of the hardness measuring method according to the present invention is used, the image processing device 14 inputs with a median filter in order to remove small noise and not lose the sharpness of the image at the indentation boundary. A conversion function for performing smoothing processing on the image information and performing analog / digital conversion on the smoothed image information at, for example, a grayscale level (256 level) of a predetermined gradation, and an arbitrary function for the converted image information. Extraction function to extract the boundary between the indentation and the background based on the gray level of the threshold set in, and select any multiple points of the above boundary a predetermined number of times, and the arc boundary from the position of the selected multiple points. And an arc size measuring function that measures the size of the arc from the position of the estimated arc boundary, and a hardness of the DUT 10 based on the measured arc size and indentation load. And a hardness measurement function. The extraction function obtains a luminance histogram representing the luminance of the indentation and the background portion based on the digitally converted image information, and the appearance frequency between the indentation and the background portion of two luminances with high appearance frequency is low from the luminance histogram. It includes a frequency detection function for obtaining luminance and a binarization function for binarizing an image using the obtained luminance with a low appearance frequency as a threshold. The image resolution was 512 × 512 pixels and the mask size was 3 × 3.
【００１２】すなわち、被測定物１０の測定面が比較的
きれいに仕上げられている場合には、頻度検出機能によ
って求められる輝度ヒストグラムは、図３のように、圧
痕と背景部分を示す出現頻度の高い輝度を表す二つの山
ができるので、二値化機能によって上記山の間の谷の位
置に対応する輝度（図３では、灰調レベル７５程度）を
閾値として、上記画像情報の二値化を行えば、圧痕部分
を背景部分から分離することができて、図４に示すよう
な二値画像を得ることができる。That is, when the measurement surface of the object to be measured 10 is relatively clean, the luminance histogram obtained by the frequency detecting function has a high appearance frequency showing indentations and background portions as shown in FIG. Since two peaks representing brightness are created, the binarization function sets the brightness corresponding to the position of the valley between the peaks (in FIG. 3, a gray level of about 75) as a threshold for binarizing the image information. If done, the indented portion can be separated from the background portion, and a binary image as shown in FIG. 4 can be obtained.
【００１３】ホストコンピュータ１５は、上記二値化に
よって得られた二値画像（圧痕を分離した画像）の位置
情報を画像処理装置１４から取り込む。そして、ホスト
コンピュータ１５は、上記位置情報から圧痕部分の面積
を求め、これを円と考えて圧痕の直径を求め、上記圧痕
部分の直径と試験機１２の押込荷重に基づいて被測定物
１０の硬度を計算する。すなわち、測定した圧痕の直径
をｄ（ｍｍ）とすれば、ブリネル硬さの値ＨＢは、 ＨＢ＝０．１０２×２Ｆ／（πＤ2（１−√（１−ｄ2／Ｄ2））） …（１） 式（１）で計算することができる。ただし、式（１）に
おいて、Ｆは押込み荷重（実施例では２９．４ｋＮ）、
Ｄは圧子１１の直径（実施例では１０ｍｍ）である。The host computer 15 takes in the position information of the binary image (image in which the indentation is separated) obtained by the binarization from the image processing device 14. Then, the host computer 15 obtains the area of the indentation portion from the position information, considers this as a circle, and obtains the diameter of the indentation portion. Calculate the hardness. That is, if the measured diameter of the indentation is d (mm), the value HB of the Brinell hardness is HB = 0.102 × 2F / (πD 2 (1-√ (1-d 2 / D 2 ))) (1) It can be calculated by the equation (1). However, in the formula (1), F is a pushing load (29.4 kN in the embodiment),
D is the diameter of the indenter 11 (10 mm in the embodiment).
【００１４】表示装置１６は、例えば画像の解像度が５
１２×５１２ピクセルのＣＲＴ等からなり、ホストコン
ピュータ１５によって計算された被測定物１０の硬度を
表示することができる。ところで、圧痕の検出を行う被
測定物の測定面は、上述のごとく、きれいに仕上げられ
たものに限らず大きな切削傷や腐蝕が存在して圧痕との
明るさの違いがあまりない場合がある。このような場合
には、上記輝度ヒストグラムに明確な二つの山が現れ
ず、閾値を決定することができないので、圧痕部分のみ
を背景部分から完全に分離することができない。The display device 16 has, for example, an image resolution of 5
The CRT or the like of 12 × 512 pixels can be used to display the hardness of the DUT 10 calculated by the host computer 15. By the way, as described above, the measurement surface of the object to be measured for detecting the indentation is not limited to a cleanly finished one, but there may be large cutting scratches or corrosion and there is not much difference in brightness from the indentation. In such a case, two distinct peaks do not appear in the brightness histogram, and the threshold value cannot be determined. Therefore, only the indentation portion cannot be completely separated from the background portion.
【００１５】すなわち、圧痕の境界にかなり大きな汚れ
や欠陥等がある場合、例えば図２（ａ）の画像に人工的
に楕円形の汚れを付けた図２（ｂ）の場合を考える。こ
の場合には、汚れの明るさが圧痕部分とあまり変わらな
いので、圧痕部分のみを背景部分から完全に分離するこ
とは困難である。このような画像を二値化すれば、汚れ
部分も圧痕として検出してしまうので、境界は図５に示
すように認識されてしまう。That is, let us consider a case where there is a considerably large stain or defect on the boundary of the indentation, for example, the case of FIG. 2B in which the image of FIG. 2A is artificially provided with an elliptical stain. In this case, it is difficult to completely separate only the indented portion from the background portion because the brightness of the stain is not so different from that of the indented portion. If such an image is binarized, the soiled portion will also be detected as an indentation, and the boundary will be recognized as shown in FIG.
【００１６】本発明者らは、以下に示す実施例を用いて
圧痕境界を抽出して圧痕部分のみを背景部分から分離す
る。この実施例において、図２（ｂ）の画像から圧痕の
境界だけを分離するためには、きれいな円弧になった部
分だけを抽出すればよいことになる。そこで、本実施例
では、不完全な圧痕境界の画像から簡単に円弧境界を推
定するために、次のような方法を用いる。The present inventors extract the indentation boundary and separate only the indentation portion from the background portion by using the embodiment shown below. In this embodiment, in order to separate only the boundary of the indentation from the image of FIG. 2 (b), it is necessary to extract only the part having a clean arc. Therefore, in the present embodiment, the following method is used in order to easily estimate the arc boundary from the image of the incomplete boundary.
【００１７】すなわち、画像平面を図５に示すようにｘ
−ｙ座標で表せば、円弧の式は、 （ｘ−ａ）2＋（ｙ−ｂ）2＝ｒ2 …（２） で表される。この式（２）の３つの係数ａ，ｂ，ｒが定
まれば、円弧が決まることになる。画像処理装置１４で
は、図５の圧痕部分の境界に最もよく合う円弧の式を決
めるために次ぎのような方法を用いる。画像処理装置１
４では、推定機能によって図５の境界上の任意の３点を
とり、その座標を（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）、（ｘ
3，ｙ3）とし、これらの座標を用いて、連立方程式を解
けば、この３点を通る円弧の式（２）の３つの係数を決
めることができる。そして、順に境界上の異なる３点を
とり、係数ａ，ｂ，ｒを求めていく。もし、これらの点
が圧痕部分の境界上の点であれば、同じ円弧の上にある
から、それらの点から求めた係数の値は、ほぼ同じ値を
とることとなる。なお、順に境界上の異なる３点をとる
方法は、例えば乱数を用いて以下のごとく行う。That is, the image plane is represented by x as shown in FIG.
If expressed by −y coordinates, the arc formula is expressed by (x−a) 2 + (y−b) 2 = r 2 (2). If the three coefficients a, b, and r of this equation (2) are determined, the arc is determined. The image processing device 14 uses the following method in order to determine the expression of the arc that best fits the boundary of the indentation portion in FIG. Image processing device 1
In 4, the estimation function takes arbitrary three points on the boundary of FIG. 5, and their coordinates are (x1, y1), (x2, y2), (x
3 and y3), and by using these coordinates to solve the simultaneous equations, the three coefficients of the equation (2) of the arc passing through these three points can be determined. Then, three different points on the boundary are taken in order, and the coefficients a, b, and r are obtained. If these points are points on the boundary of the indentation portion, they are on the same arc, and therefore the values of the coefficients obtained from those points have almost the same values. A method of sequentially selecting three different points on the boundary is performed as follows using a random number, for example.
【００１８】本実施例では、画面上の境界の座標に、
（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）、…、（ｘn，ｙn）のよう
に順序を付けて画像処理装置１４内に配列して記憶し、
次に１〜ｎ（ｎは正の整数）までの３点の乱数を発生さ
せる。そして、その順番ｉ，ｊ，ｋを決め、それに対応
する３点の座標位置（ｘi，ｙi）、（ｘj，ｙj）、（ｘ
k，ｙk）を決めて、この３点から上記係数ａ，ｂ，ｒを
決定する。そして、この手順を後述するａ，ｂ，ｒのヒ
ストグラムのピーク位置が変化しなくなるまで繰り返
す。In this embodiment, the coordinates of the boundary on the screen are
(X1, y1), (x2, y2), ..., (xn, yn) are arranged and stored in the image processing device 14 in order,
Next, a random number of 3 points from 1 to n (n is a positive integer) is generated. Then, the order i, j, k is determined, and the coordinate positions (xi, yi), (xj, yj), (x
k, yk), and the coefficients a, b, r are determined from these three points. Then, this procedure is repeated until the peak positions of the histograms a, b, and r described later do not change.
【００１９】すなわち、画像処理装置１４では、推定機
能によって境界上の各点から求めたこれらの係数ａ，
ｂ，ｒについてのそれぞれのヒストグラムを図６のごと
く求める。このヒストグラムは、各係数について間隔
０．５づつの出現頻度を求めたものである。いずれの係
数についても変化しなくなるピーク位置があり、この時
の係数の値が最も多くの点が通る円弧の方程式の係数値
を表しており、求める圧痕境界の円を示す係数値と推定
される。なお、上記推定機能では、一度用いた座標を二
度と使用しない場合、何度も繰り返し使用する場合のい
ずれの場合でも安定した係数ａ，ｂ，ｒのピーク位置が
得られる。また、ここでは、出現頻度のピーク位置とそ
の前後±０．５の範囲に含まれる係数の平均値を求め
て、各係数の値とした。この各係数の値は、以下の表１
の一次元の欄に示すようになる。That is, in the image processing device 14, the coefficient a, which is obtained from each point on the boundary by the estimation function,
The respective histograms for b and r are obtained as shown in FIG. This histogram is obtained by calculating the appearance frequency at intervals of 0.5 for each coefficient. There is a peak position that does not change for any coefficient, and the coefficient value at this time represents the coefficient value of the arc equation through which the most points pass, and is estimated to be the coefficient value indicating the circle of the indentation boundary to be obtained. . The estimation function can obtain stable peak positions of the coefficients a, b, and r regardless of whether the once used coordinate is never used or the coordinate is repeatedly used many times. Further, here, the average value of the coefficients included in the peak position of the appearance frequency and within ± 0.5 before and after the peak position is obtained and set as the value of each coefficient. The value of each coefficient is shown in Table 1 below.
As shown in the one-dimensional column.
【００２０】[0020]
【表１】 以上の実施例では、係数ａ，ｂ，ｒについてそれぞれ単
独でヒストグラムを求めているが、これらの係数は別個
に得られるものではなく、それぞれ３点の座標から一つ
の組み合わせとして得られたものである。従って、ヒス
トグラムを考える場合には、係数ａ，ｂ，ｒを別々に考
えるのではなく、組み合わせて考えることが好ましい。[Table 1] In the above embodiment, the histograms are individually obtained for the coefficients a, b, and r, but these coefficients are not separately obtained, but are obtained as a combination from the coordinates of three points. is there. Therefore, when considering the histogram, it is preferable to consider the coefficients a, b, and r in combination rather than separately.
【００２１】そこで、本実施例では、図７に示すような
三次元のヒストグラムを考える。なお、このヒストグラ
ムは、出現頻度を各点の明るさの違いによって表したも
のであり、点が多いほど出現頻度が高いことを示してい
る。また、各係数ａ，ｂ，ｒについて出現頻度を求めた
間隔は、図６の場合と同様いずれも０．５であり、出現
頻度のピーク位置を図７中では直線で示す。このピーク
位置とその前後±０．５の係数の平均値を求めれば、表
１の三次元の欄に示すような各係数の値が得られる。Therefore, in this embodiment, a three-dimensional histogram as shown in FIG. 7 is considered. It should be noted that this histogram represents the appearance frequency by the difference in brightness of each point, and the more points, the higher the appearance frequency. The intervals at which the appearance frequencies are obtained for the respective coefficients a, b, and r are 0.5 as in the case of FIG. 6, and the peak position of the appearance frequency is shown by a straight line in FIG. 7. By obtaining the average value of the peak position and the coefficients of ± 0.5 before and after the peak position, the values of the respective coefficients shown in the three-dimensional column of Table 1 can be obtained.
【００２２】ここで、表１の一次元と三次元の２つの場
合の係数の計算値を比較してみると、その違いは、最も
大きいものでも０．２であり、差が非常に小さいことが
わかる。画像の座標は、もともと整数値で表されている
ことを考えれば、この差は極めて小さいといえる。例え
ば係数ｒで０．２の違いは、後述する硬さの計算値で
０．６の違いに過ぎず、ほとんど無視することができ
る。この程度の違いであれば、処理の複雑な三次元のヒ
ストグラムを考えるまでもなく、各係数ａ，ｂ，ｒにつ
いてそれぞれ単独でヒストグラムを求める前者の方法を
用いれば、十分であるといえる。Now, comparing the calculated values of the coefficients in the two-dimensional case of one-dimensional and three-dimensional in Table 1, the largest difference is 0.2, and the difference is very small. I understand. Considering that the coordinates of the image are originally represented by integer values, this difference can be said to be extremely small. For example, a difference of 0.2 in the coefficient r is only a difference of 0.6 in the calculated value of hardness described later and can be almost ignored. With such a difference, it can be said that it is sufficient to use the former method of individually obtaining the histogram for each coefficient a, b, and r without considering a three-dimensional histogram in which processing is complicated.
【００２３】この前者の方法によって推定した円弧と元
のブリネル圧痕の画像とを比較しても推定した円弧は圧
痕の境界部分と良く一致していることが確認された。ま
た、楕円形の汚れが２〜３個ある場合についても、上記
と同様の結果を得ることができた。ホストコンピュータ
１５は、画像処理装置１４で求められた圧痕境界の円の
半径ｒを取り込み、上記半径ｒから圧痕の直径ｄを求
め、式（１）に基づいてブリネル硬さの値ＨＢを計算
し、この計算結果である被測定物１０の硬度を表示装置
１６に表示させる。Comparing the arc estimated by the former method with the original image of the Brinell indentation, it was confirmed that the estimated arc was in good agreement with the boundary portion of the indentation. In addition, the same results as above could be obtained even in the case where there were a few oval-shaped stains. The host computer 15 takes in the radius r of the circle of the indentation boundary obtained by the image processing device 14, obtains the diameter d of the indentation from the radius r, and calculates the Brinell hardness value HB based on the equation (1). The hardness of the DUT 10 as the calculation result is displayed on the display device 16.
【００２４】これにより、本実施例の硬度測定方法で
は、画像の変化点又は該変換された画像に対して任意に
設定された閾値レベルに基づいて、圧痕と背景部分の境
界部を抽出し、その境界部の任意の複数点を所定回数選
択し、複数点の位置情報と円弧を求める式（１）から円
弧境界を推定し、その円弧の直径と押込荷重に基づいて
被測定物の硬度を測定するので、測定面に大きな切削傷
や腐蝕がある場合にも、誤差のない正確な被測定物の硬
度測定が可能となる。Thus, in the hardness measuring method of this embodiment, the boundary between the indentation and the background portion is extracted based on the changing point of the image or the threshold level arbitrarily set for the converted image, Arbitrary multiple points on the boundary are selected a predetermined number of times, the arc boundary is estimated from the equation (1) for obtaining the position information and arc of the multiple points, and the hardness of the object to be measured is determined based on the diameter of the arc and the pushing load. Since the measurement is performed, even if there is a large cutting scratch or corrosion on the measurement surface, it is possible to accurately measure the hardness of the measured object without error.
【００２５】なお、本実施例では、ホストコンピュータ
がブリネル硬度を測定したが、本発明はこれに限らず、
画像処理装置がブリネル硬度を測定するように構成する
ことも可能である。この場合には、ホストコンピュータ
は、表示装置に対して測定結果の表示制御を行う。次
に、図２（ａ）に示した被測定物１０に対して、本実施
例による硬さの測定実験の結果を以下の表２に示す。In this embodiment, the Brinell hardness was measured by the host computer, but the present invention is not limited to this.
It is also possible that the image processing device is configured to measure Brinell hardness. In this case, the host computer controls the display of the measurement result on the display device. Next, Table 2 below shows the result of the hardness measurement experiment according to the present example with respect to the DUT 10 shown in FIG.
【００２６】[0026]
【表２】 なお、表２中、マニュアルとは、被測定物に形成された
圧痕部分の直交する２方向の直径を、測定者が人為的に
読み取って求めた従来の方法を示している。[Table 2] In Table 2, "manual" indicates a conventional method in which the measurer artificially reads the diameters of two indentations formed in the object to be measured in two orthogonal directions.
【００２７】表２を参照すると、本実施例による一次
元、三次元のいずれの場合の結果ＨＢについても、マニ
ュアルによる結果ＨＢと非常に良く合っており、この結
果から本実施例の方法によっても十分に正確に圧痕部分
の境界を推定し得ると考えられる。また、以下に示す表
３は、圧痕の境界部分に楕円形の汚れを付けたものに対
して本実施例を適用した場合についての実験結果であ
る。Referring to Table 2, the results HB in the one-dimensional and three-dimensional cases according to the present embodiment are in very good agreement with the results HB according to the manual. From these results, the method according to the present embodiment is also obtained. It is considered that the boundary of the indented portion can be estimated with sufficient accuracy. Further, Table 3 shown below is an experimental result in the case where the present example is applied to the case where the boundary portion of the indentation is provided with an elliptical stain.
【００２８】[0028]
【表３】 表３を参照すると、汚れの数が３個までであれば、一次
元、三次元のいずれの方法の場合であっても、測定結果
は汚れのない場合（表２の本実施例の結果参照）と比べ
ても、その差は４以内であり、十分に正確に境界推定が
できると考える。上述のように汚れが３個ある場合に
は、従来のＪＩＳによる方法で直交する２方向に対して
直径を測定しようとすれば、測定位置に必ず汚れがくる
ことになり、測定が困難になるが、そのような場合に対
しても本実施例の境界推定方法を用いれば、硬さの値Ｈ
Ｂを正確に求めることができる。[Table 3] With reference to Table 3, if the number of stains is up to 3, no matter whether the measurement result is one-dimensional or three-dimensional, the measurement result shows no stain (see the results of this Example in Table 2). ), The difference is within 4 and it is considered that the boundary can be estimated sufficiently accurately. As described above, when there are three stains, if the diameter is measured in two directions orthogonal to each other by the conventional JIS method, the measurement position is always stained, which makes the measurement difficult. However, even in such a case, if the boundary estimation method of the present embodiment is used, the hardness value H
B can be accurately determined.
【００２９】また、表４は、上記と同じ素材の試料に対
して１０カ所にブリネル圧痕を付け、それぞれの測定方
法による測定結果の平均値及び標準偏差値を比較した実
験結果である。Further, Table 4 shows the experimental results in which the Brinell impressions were made at 10 locations on the sample of the same material as above, and the average values and standard deviation values of the measurement results by the respective measuring methods were compared.
【００３０】[0030]
【表４】 なお、本実験に用いた試料の表面は、旋盤で切削したの
みで表面仕上げを行っていない。[Table 4] The surface of the sample used in this experiment was only cut by a lathe and not surface-finished.
【００３１】表４を参照すると、マニュアルの場合に
は、２人の測定者Ａ，Ｂによって人為的測定を行った
が、測定者による個人誤差がかなり大きいことがわか
る。この原因は、使用の表面が表面仕上げを行っていな
いために、圧痕の境界に少し凹凸が存在するので、この
凹凸のどの部分を境界と見るかによって個人誤差が現れ
たものと考えられる。本発明に係る方法では、いずれの
実施例の場合でも、平均値の誤差は非常に少ないことが
わかる。Referring to Table 4, it can be seen that in the case of the manual, two measuring persons A and B performed the artificial measurement, but the individual error by the measuring persons was considerably large. It is considered that this is because the surface of the surface to be used has not been surface-finished, and therefore there are some irregularities at the boundaries of the indentations, and therefore individual errors appear depending on which part of the irregularities is regarded as the boundary. It can be seen that in the method according to the present invention, the error of the average value is very small in any of the examples.
【００３２】測定者Ａの平均値は、本実施例にかなり近
いことがわかるが、標準偏差の値は、人間の目による測
定の方が画像処理を使用した場合よりもわずかに小さい
ようである。しかし、硬さの標準偏差の値４というの
は、圧痕の直径で約０．０３ｍｍの違いに相当する。従
来のブリネル硬度試験用の読取り顕微鏡の最小目盛は、
０．０５ｍｍであり、０．０３ｍｍの精度を実現するの
は困難である。以上の理由からマニュアルによる測定の
標準偏差が非常に小さくなっているものと推定される。Although it can be seen that the average value of the measurer A is quite close to that of this example, the value of the standard deviation seems to be slightly smaller in the measurement by the human eye than in the case where the image processing is used. . However, the hardness standard deviation value of 4 corresponds to a difference of about 0.03 mm in the diameter of the indentation. The minimum scale of a conventional reading microscope for Brinell hardness test is
It is 0.05 mm, and it is difficult to realize the accuracy of 0.03 mm. For the above reasons, it is estimated that the standard deviation of manual measurement is extremely small.
【００３３】本実施例の画像処理による測定結果の標準
偏差は、いずれも約５．５でほとんど同じである。この
値は、圧痕の直径で０．０４ｍｍに相当し、画像の上で
は２ピクセルに対応しており、十分に精度が良いといえ
る。従って、本実施例では、コンピュータによる画像処
理を用いて誤差のない正確な硬度の自動測定が可能とな
った。また、人為的な測定では個人誤差が生じる可能性
があるが、本実施例のごとくコンピュータの画像処理を
用いれば、個人誤差の影響はなくなり、安定した精度で
硬度測定を行うことができるとともに、処理時間がわず
か数秒ですむので、極めて短時間で硬度測定を行うこと
ができる。さらに、本実施例では、境界上の全てのデー
タを用い、その平均値から円弧の直径を求めるので、デ
ータを有効に利用することができ、測定精度を向上する
ことができる。The standard deviations of the measurement results obtained by the image processing of this embodiment are about 5.5, which are almost the same. This value corresponds to 0.04 mm in the diameter of the indentation and corresponds to 2 pixels on the image, which can be said to be sufficiently accurate. Therefore, in this embodiment, it is possible to automatically measure the hardness without error by using the image processing by the computer. Further, there is a possibility that an individual error may occur in the artificial measurement, but by using the image processing of the computer as in the present embodiment, the influence of the individual error is eliminated, and the hardness measurement can be performed with stable accuracy, Since the processing time is only a few seconds, hardness can be measured in an extremely short time. Further, in this embodiment, since all the data on the boundary is used and the diameter of the arc is obtained from the average value, the data can be effectively used and the measurement accuracy can be improved.
【００３４】本実施例では、圧痕の境界上に比較的大き
な汚れ等がある場合、圧痕の境界に最も良く合う円弧を
求め、その円弧境界を推定するので、圧痕部分のみを分
離することができ、測定結果は汚れのない場合の測定結
果と良く合っており、高い測定精度を得ることができ
る。In this embodiment, when there is relatively large dirt on the boundary of the indentation, the arc that best fits the boundary of the indentation is obtained and the arc boundary is estimated, so that only the indentation part can be separated. The measurement result is in good agreement with the measurement result when there is no stain, and high measurement accuracy can be obtained.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
では、所定の押込荷重で球体の圧子を被測定物に押し付
け、該被測定物の表面に形成された圧痕を撮像手段で撮
影し、得られた画像を所定の灰調レベルに変換し、該変
換された画像から前記被測定物の硬度を測定する硬度測
定方法において、前記変換された画像に基づいて、前記
圧痕と背景部分の境界部を抽出する抽出工程と、前記境
界部の任意の複数点を所定回数選択し、該選択された複
数点の位置から円弧境界を推定する推定工程と、前記推
定された円弧境界の位置から当該円弧のサイズを測定す
る円弧サイズ測定工程と、前記測定された円弧サイズと
押込荷重に基づいて前記被測定物の硬度を測定する硬度
測定工程とからなるので、測定面に大きな切削傷や腐蝕
がある場合でも、被測定物の硬度測定を誤差なく正確に
行うことができる。As described above, according to the first aspect of the present invention.
Then, the spherical indenter is pressed against the object to be measured with a predetermined pushing load, the indentation formed on the surface of the object to be measured is photographed by the imaging means, and the obtained image is converted into a predetermined gray level, In a hardness measuring method for measuring the hardness of the object to be measured from a converted image, based on the converted image, an extraction step of extracting a boundary portion between the indentation and the background portion, and an arbitrary plurality of the boundary portions. An estimating step of selecting a point a predetermined number of times and estimating an arc boundary from the positions of the selected plural points; an arc size measuring step of measuring the size of the arc from the position of the estimated arc boundary; Since it consists of a hardness measurement process that measures the hardness of the measured object based on the circular arc size and the indentation load, even if there is a large cutting scratch or corrosion on the measurement surface, the hardness measurement of the measured object can be performed accurately without error. It can be carried out
【００３６】請求項２では、抽出工程は、前記変換され
た画像に基づいて、前記圧痕と背景部分の輝度を表す輝
度ヒストグラムを求め、前記圧痕の輝度ヒストグラムと
背景部分の輝度ヒストグラムとの間に発生する低い輝度
を求める頻度検出工程と、前記頻度検出工程で求めた輝
度を閾値として前記画像を二値化する二値化工程とを含
むので、二値化工程によって得られた二値画像に基づい
て、容易に圧痕と背景部分の境界部を抽出できる。According to a second aspect of the present invention, the extracting step obtains a luminance histogram representing the luminance of the indentation and the background portion based on the converted image, and the luminance histogram is obtained between the luminance histogram of the indentation and the luminance histogram of the background portion. Since it includes a frequency detection step of obtaining a low luminance that occurs, and a binarization step of binarizing the image with the luminance obtained in the frequency detection step as a threshold, the binary image obtained by the binarization step Based on this, the boundary between the indentation and the background can be easily extracted.
【図１】本発明に係る硬度測定方法を用いた硬度測定装
置の一実施例の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of a hardness measuring device using a hardness measuring method according to the present invention.
【図２】図１に示したＣＣＤカメラで撮影され被測定物
の測定面の像を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an image of a measurement surface of an object to be measured, which is taken by the CCD camera shown in FIG.
【図３】本発明の実施例によって求められる輝度ヒスト
グラムである。FIG. 3 is a luminance histogram obtained according to an embodiment of the present invention.
【図４】同じく本実施例によって画像情報を二値化して
得られる二値画像を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a binary image obtained by binarizing image information according to the present embodiment.
【図５】汚れと圧痕によって形成される境界部分の座標
図である。FIG. 5 is a coordinate diagram of a boundary portion formed by dirt and an impression.
【図６】同じく本実施例の一次元によって求められる係
数ａ，ｂ，ｒのヒストグラムである。FIG. 6 is a histogram of coefficients a, b, and r, which are also obtained one-dimensionally in this embodiment.
【図７】同じく本実施例の三次元によって求められる係
数ａ，ｂ，ｒのヒストグラムである。FIG. 7 is a histogram of coefficients a, b, and r similarly obtained by three dimensions in this embodiment.
１０ 被測定物 １１ 圧子 １２ 試験機 １３ 撮像機 １４ 画像処理装置 １５ ホストコンピュータ １６ 表示装置 10 Object to be Measured 11 Indenter 12 Tester 13 Imager 14 Image Processing Device 15 Host Computer 16 Display Device
Claims (2)
に押し付け、該被測定物の表面に形成された圧痕を撮像
手段で撮影し、得られた画像を所定の灰調レベルに変換
し、該変換された画像から前記被測定物の硬度を測定す
る硬度測定方法において、 前記変換された画像に基づいて、前記圧痕と背景部分の
境界部を抽出する抽出工程と、 前記境界部の任意の複数点を所定回数選択し、該選択さ
れた複数点の位置から円弧境界を推定する推定工程と、 前記推定された円弧境界の位置から当該円弧のサイズを
測定する円弧サイズ測定工程と、 前記測定された円弧サイズと押込荷重に基づいて前記被
測定物の硬度を測定する硬度測定工程とからなることを
特徴とする硬度測定方法。1. An indenter of a sphere is pressed against an object to be measured with a predetermined pushing load, an indentation formed on the surface of the object to be measured is photographed by an imaging means, and the obtained image is converted into a predetermined gray level. Then, in the hardness measuring method of measuring the hardness of the object to be measured from the converted image, based on the converted image, an extraction step of extracting a boundary portion between the indentation and the background portion, An estimation step of selecting an arbitrary plurality of points a predetermined number of times, estimating an arc boundary from the positions of the selected plurality of points, and an arc size measuring step of measuring the size of the arc from the position of the estimated arc boundary, A hardness measuring method comprising: a hardness measuring step of measuring hardness of the object to be measured based on the measured arc size and the indentation load.
基づいて、前記圧痕と背景部分の輝度を表す輝度ヒスト
グラムを求め、前記圧痕の輝度ヒストグラムと背景部分
の輝度ヒストグラムとの間に発生する低い輝度を求める
頻度検出工程と、 前記頻度検出工程で求めた輝度を閾値として前記画像を
二値化する二値化工程とを含み、 前記二値化工程によって得られた二値画像に基づいて、
前記圧痕と背景部分の境界部を抽出することを特徴とす
る請求項１に記載の硬度測定方法。2. The extracting step obtains a luminance histogram representing the luminance of the indentation and the background portion based on the converted image, and occurs between the luminance histogram of the indentation and the luminance histogram of the background portion. A frequency detection step of obtaining a low luminance, and a binarization step of binarizing the image with the luminance obtained in the frequency detection step as a threshold value, based on the binary image obtained by the binarization step. ,
The hardness measuring method according to claim 1, wherein a boundary portion between the indentation and the background portion is extracted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1043195A JPH08201260A (en) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | Method for measuring hardness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP1043195A JPH08201260A (en) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | Method for measuring hardness |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201260A true JPH08201260A (en) | 1996-08-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1043195A Pending JPH08201260A (en) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | Method for measuring hardness |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08201260A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100328795B1 (en) * | 1998-07-22 | 2002-03-15 | 미즈노 마사루 | Bar-like specimen inspection device |
| CN104198312A (en) * | 2014-07-22 | 2014-12-10 | 安徽金星预应力工程技术有限公司 | Tooling for measuring hardness of clamping piece |
| JP2018165638A (en) * | 2017-03-28 | 2018-10-25 | 株式会社ミツトヨ | Hardness testing machine and program |
| CN109724890A (en) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 株式会社三丰 | Hardness tester and program |
| JP2022514370A (en) * | 2018-12-20 | 2022-02-10 | エスエスアーベー テクノロジー アーベー | Systems and methods for measuring and calculating the hardness of materials |
-
1995
- 1995-01-26 JP JP1043195A patent/JPH08201260A/en active Pending
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| JP2019082364A (en) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社ミツトヨ | Hardness tester and program |
| JP2022514370A (en) * | 2018-12-20 | 2022-02-10 | エスエスアーベー テクノロジー アーベー | Systems and methods for measuring and calculating the hardness of materials |
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