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技術 試験力自動演算式硬さ試験機

出願人 株式会社ミツトヨ
発明者 山田貴幸
出願日 1998年2月10日 (22年1ヶ月経過) 出願番号 1998-044321
公開日 1999年8月27日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 1999-230882
状態 特許登録済
技術分野 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 押込み型 CRT表示 ヌープ硬さ試験 JIS規格 自動演算 ヌープ硬さ 圧子軸 ビッカース硬さ試験機
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年8月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

ビッカース硬さ試験機において、試験力自動演算を可能にする。

解決手段

圧子2に所定の試験力Fを付与する試験力制御部13と、試験機機械的・電気コントロールを行なうマイクロコンピュータ20とをそなえたビッカース硬さ試験機10において、マイクロコンピュータ20に[数4]式を予め格納するとともに、試料の厚さh,想定される試料のビッカース硬さHVを入力して、試験力Fを演算できるようにした。

数4

概要

背景

図4において、符号10はビッカース硬さ試験機の本体を示しており、この本体10には、試料台1と、ダイヤモンド製四角錐の圧子2および対物レンズ5をそなえたレボルバー4とが設けられている。

圧子2の試料Sの表面への押し込みは、マイクロコンピュータ20の出力装置としての試験力制御部13の指令を受けて、マイクロコンピュータ20で設定された試験力が圧子2に付加されて下降することにより、なされるようになっている。

試料Sの表面にくぼみが付与された後、レボルバー4の切替えにより圧子2の位置に対物レンズ5が入れ替わりCCDカメラ6によって試料Sの表面のくぼみの光学画像が、例えば400倍くらいに拡大される。

CCDカメラ6の検出信号は、A/D変換器11によって濃淡階調段数が256段(8ビット)のディジタル信号に変換されてから、画像メモリ21に格納される。マイクロコンピュータ20には、画像メモリ21のほか演算装置23,主記憶装置22,制御装置24がそなえられている。

演算装置23では主記憶装置22に格納されている制御プログラムにしたがって、硬度計全体の機械的・電気的動きコントロールや、硬度演算に必要な信号処理計算処理などが行なわれる。符号29はCRT表示器を示しており、この表示器画面に画像メモリ21に記憶されているくぼみ画像や、設定・入力情報が表示される。

上述のビッカース硬さ試験機のような押込み型硬さ試験機では、試料の厚さが所定厚さ以上ないと、試料の表面の硬さと内部の硬さとが異なっている場合等において、正確な硬さ測定を行なうことができない。したがって、JISでは最小厚さが規定されている。

すなわち、図5(a),(b)に示すようにビッカース硬さ試験機でビッカース硬さ測定を行なう場合、JIS規格では、[数1]式に示すように、試料Sの厚さhは、くぼみDの対角線長さ(平均値)dの1.5倍以上必要であると定めている。

概要

ビッカース硬さ試験機において、試験力の自動演算を可能にする。

圧子2に所定の試験力Fを付与する試験力制御部13と、試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータ20とをそなえたビッカース硬さ試験機10において、マイクロコンピュータ20に[数4]式を予め格納するとともに、試料の厚さh,想定される試料のビッカース硬さHVを入力して、試験力Fを演算できるようにした。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

ビッカース硬さ試験機において、圧子と、同圧子に所定の試験力Fを付与する試験力制御部と、同試験機機械的・電気コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえ、同マイクロコンピュータに[数4]式が格納されるとともに、試料の厚さhおよび想定される上記試料のビッカース硬さHVの入力をうけて、上記試験力Fを演算可能なプログラムが上記マイクロコンピュータに格納されていることを特徴とする、試験力自動演算硬さ試験機

請求項

ID=000004HE=015 WI=045 LX=0375 LY=0850

請求項2

ヌープ硬さ試験機において、圧子と、同圧子に所定の試験力Fを付与する試験力制御部と、同試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえ、同マイクロコンピュータに[数8]式が格納されるとともに、試料の厚さhおよび想定される上記試料のヌープ硬さHKの入力をうけて、上記試験力Fを演算可能なプログラムが上記マイクロコンピュータに格納されていることを特徴とする、試験力自動演算式硬さ試験機。

請求項

ID=000005HE=015 WI=045 LX=0375 LY=1500

請求項3

上記試験力として、上記[数4]式または[数8]式により演算される数値のうちの最大値のものが算出されるように上記プログラムを構成したことを特徴とする、請求項1または2に記載の試験力自動演算式硬さ試験機。

請求項4

上記マイクロコンピュータで演算された上記試験力が、当該硬さ試験機の設定可能な範囲外であるとき、試験不可能を表示する表示手段が設けられていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の試験力自動演算式硬さ試験機。

請求項5

上記試験不可能の表示が、上記硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるように構成されていることを特徴とする、請求項4に記載の試験力自動演算式硬さ試験機。

技術分野

(4) 上記表示が硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるため、別個に表示器を設ける必要がなく、コスト面で有利である。

背景技術

0001

本発明は、ビッカース硬さ試験ヌープ硬さ試験のように、試料(表面)に圧子押し付け、そのとき試料に形成されたくぼみ対角線長に基づいて当該試料の硬さを計測する形式の硬さ試験機(以下「押込み型硬さ試験機」と称する)に関し、特にフィルムのように試料厚さの薄い材料の硬さ試験の際の適正な試験力を自動的に演算できるようにした、試験力自動演算式硬さ試験機に関する。

0002

図4において、符号10はビッカース硬さ試験機の本体を示しており、この本体10には、試料台1と、ダイヤモンド製四角錐の圧子2および対物レンズ5をそなえたレボルバー4とが設けられている。

0003

圧子2の試料Sの表面への押し込みは、マイクロコンピュータ20の出力装置としての試験力制御部13の指令を受けて、マイクロコンピュータ20で設定された試験力が圧子2に付加されて下降することにより、なされるようになっている。

0004

試料Sの表面にくぼみが付与された後、レボルバー4の切替えにより圧子2の位置に対物レンズ5が入れ替わりCCDカメラ6によって試料Sの表面のくぼみの光学画像が、例えば400倍くらいに拡大される。

0005

CCDカメラ6の検出信号は、A/D変換器11によって濃淡階調段数が256段(8ビット)のディジタル信号に変換されてから、画像メモリ21に格納される。マイクロコンピュータ20には、画像メモリ21のほか演算装置23,主記憶装置22,制御装置24がそなえられている。

0006

演算装置23では主記憶装置22に格納されている制御プログラムにしたがって、硬度計全体の機械的・電気的動きコントロールや、硬度演算に必要な信号処理計算処理などが行なわれる。符号29はCRT表示器を示しており、この表示器の画面に画像メモリ21に記憶されているくぼみ画像や、設定・入力情報が表示される。

0007

上述のビッカース硬さ試験機のような押込み型硬さ試験機では、試料の厚さが所定厚さ以上ないと、試料の表面の硬さと内部の硬さとが異なっている場合等において、正確な硬さ測定を行なうことができない。したがって、JISでは最小厚さが規定されている。

0008

すなわち、図5(a),(b)に示すようにビッカース硬さ試験機でビッカース硬さ測定を行なう場合、JIS規格では、[数1]式に示すように、試料Sの厚さhは、くぼみDの対角線長さ(平均値)dの1.5倍以上必要であると定めている。

0009

符号2は圧子を示している。一方、ビッカース硬度HVは、[数2]式で表される。

0010

そこで、従来は、試料の厚さ(膜厚)および大凡の硬さが推定できるとき、[数2]式を変形した[数3]式で試験力を設定している。

0011

ヌープ硬さ測定を行なう場合、試料Sの厚さhは、[数5]式に示すように、くぼみDの対角線長の長い方の長さ(対角線長)dの0.3倍以上必要であると定めている。

0012

一方、ヌープ硬さHKは[数6]で表される。

発明が解決しようとする課題

0013

そこで従来は、試料の厚さ(膜厚)および大凡の硬さが推定できるとき、[数6]式を変形した[数7]式で試験力を設定している。

0014

上述のように、従来は、硬さ試験の都度、ユーザーが試験力を電卓等を用いて[数3]式や[数7]式に基づいて計算したり、あるいは図5(ビッカース硬さ試験の場合の試料の硬さと試験力に対する試料の最小厚さとの関係を示す表:JIS Z 2244−1992)または図6(ヌープ硬さ試験の場合の同様の表:JIS Z 2251−1992)を用いたりして算出し、それを試験機に内蔵の試験力制御部に当該硬さ試験の試験力として設定しているが、試験力の算出が複雑であり、手間がかかるという問題点がある。

0015

本発明は、従来技術におけるこのような問題点を解決しようとするもので、当該試験における適正な試験力を、硬さ試験機に内蔵したマイクロコンピュータで自動的に演算できるようにした、試験力自動演算式硬さ試験機を提供しようとするものである。

0016

すなわち、本発明は、ビッカース硬さ試験において、[数1]式と[数3]式とから[数4]式を得、[数4]式を試験機に内蔵のマイクロコンピュータに格納させておき、硬さ試験時に、試料の厚さ(膜厚)h(ミリメートル)と、想定される硬さHV(経験値)とを入力して、当該試験に適した試験力F(ニュートン)を自動的に演算し、演算された試験力でビッカース硬さ試験が行なえるようにしようとするものである。

課題を解決するための手段

0017

またヌープ硬さ試験において、[数5]式と[数7]式とから[数8]式を算出し、[数8]式を試験機に内蔵のマイクロコンピュータに格納しておき、硬さ試験時に、試料厚さ(膜厚)h(ミリメートル)と、想定されるヌープ硬さHK(経験値)とを入力して、当該試験に適した試験力F(ニュートン)を自動的に演算し、その演算された試験力でヌープ硬さ試験が行なえるようにしようとするものである。

0018

本発明は、圧子と、同圧子に所定の試験力Fを付与する試験力制御部と、同試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえたビッカース硬さ試験機において、同マイクロコンピュータに[数4]式を格納しておくとともに、試料の厚さhおよび想定されるビッカース硬さHVの入力をうけて、上記試験力を演算可能なプログラムを上記マイクロコンピュータに格納して課題解決の手段としている。

0021

さらにまた、上記マイクロコンピュータで演算された上記試験力が当該硬さ試験機の設定可能な範囲外であるとき、試験不可能を表示する表示手段を設けて課題解決の手段としている。

0022

また、上記試験不可能の表示を、上記硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるように構成して課題解決の手段としている。

0023

本発明では、硬さ試験機に内蔵のマイクロコンピュータに、試料の厚さhおよび想定されるビッカース硬さHVあるいはヌープ硬さHKを入力することにより、自動的に当該試験に適した試験力が自動的に演算されるため、試験力の算出が簡単となる。

0024

また、試験力として、[数4]式または[数8]式により演算される数値のうち最大値のものが算出されるので、硬さ試験の精度が向上する。

0025

さらに、当該試験機による硬さ試験が不可能な場合、その旨の表示が硬さ試験に先立ってなされるため、硬さ試験を効率良く実施できる。また、上記表示が硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるため、別個に表示器を設ける必要がなく、コスト面で有利である。

0026

以下、図面により本発明の一実施形態としての試験力自動演算式硬さ試験機を主としてビッカース硬さ試験機を例にして説明すると、図1はその模式構成図、図2はそのマイクロコンピュータにおける演算手順を示すフローチャート図3はその変形例を示す模式構成図である。なお図1,3中図4と同じ符号はほぼ同一の部材を示している。

発明を実施するための最良の形態

0027

この実施形態のビッカース硬さ試験機も、図4に示した硬さ試験機と同様に、本体10をそなえ、この本体10には、試料台1と、ダイヤモンド製の四角錐の圧子2および対物レンズ5をそなえたレボルバー4とが設けられている。

0028

圧子2の試料Sの表面への押し込みは、マイクロコンピュータ20の出力装置としての試験力制御部13の指令を受けて、マイクロコンピュータ20で設定された試験力が圧子軸に付加されて圧子2を下降することにより、なされるようになっている。

0029

試料Sの表面にくぼみが付与された後、レボルバー4の切替えにより圧子2の位置に対物レンズ5が入れ替わり、CCDカメラ6によって試料Sの表面のくぼみの光学画像が、例えば400倍くらいに拡大される。CCDカメラ6の検出信号は、A/D変換器11によって濃淡階調段数が256段(8ビット)のディジタル信号に変換されてから、画像メモリ21に格納される。

0030

マイクロコンピュータ20には、画像メモリ21のほか、演算装置23,主記憶装置22,制御装置24がそなえられている。演算装置23では主記憶装置22に格納されている制御プログラムにしたがって、硬度計全体の機械的・電気的動きのコントロールや、硬度演算に必要な信号処理,計算処理などが行なわれる。

0031

符号30は操作パネルを示しており、この操作パネル30には表示器31,操作装置32がそなえられている。表示器としては、CRT表示器のほかLED式のものやLCD(液晶表示盤)などが用いられる。そして表示器に、(画像メモリ21に記憶されているくぼみ画像や)、設定・入力情報などの情報が表示される。

0032

この実施形態の試験力自動演算式硬さ試験機では、さらに主記憶装置21に予め[数4]式が入力(格納)されている。[数4]式の入力は操作装置32を介して行なわれる。すなわち操作装置32を介して、試料Sの厚さh,想定される試料のビッカース硬さHVに関する情報(信号)がマイクロコンピュータ20に入力され、そして[数4]式に基づいてマイクロコンピュータ20において当該硬さ試験における適性試験力の演算が行なわれる。

0035

マイクロコンピュータ20において、その膜厚が、当該試験機がその膜厚の試料を計測できる能力をそなえているかどうかの判断が行なわれる(ステップA2)。ここで、試験機の能力(試験可能範囲)は、当該試験機の製造段階で設定されていて、入力された膜厚がその範囲外のときは試験不可能として、その旨の表示が表示器31になされる。なお試験可能な場合、その旨を表示するようにしてもよい。

0036

ステップA2における判断結果が「YES」の場合、想定されるビッカース硬さ(HV)を操作装置32を操作して、マイクロコンピュータ20に入力する(ヌープ硬さ試験の場合はヌープ硬さHKを入力する)(ステップA3)と、マイクロコンピュータ20において[数4]式または[数8]式から適正な試験力Fが演算され(ステップA4)、試験力が設定される(ステップA6)。ステップA6の前段階で演算された試験力Fが当該試験機の能力範囲内かどうかの比較が行なわれ、範囲外のとき、試験不可能の表示が表示器31になされる(ステップA5)。なお演算された試験力Fが当該試験機の能力範囲内のとき、試験可能を表示するようにしてもよい。

0037

一般に、ビッカース硬さ試験やヌープ硬さ試験では、試験力は大きければ大きいほど試験精度が向上するとされている。したがって、この実施形態ではマイクロコンピュータ20において演算される数値(試験力)のうちの最大値のものが算出されるようにプログラムが構成されている。

0038

ステップA6で試験力の自動設定は終了するが、試料台1に試料Sを載置しておくとき、ステップA6に引き続いて試料の硬さ試験を行なうことができる。すなわち、ステップA6で設定された試験力Fが試験力制御部13を介して圧子2に加えられ硬さ試験を開始するステップA7をプログラムに組み込んでおくとき、試験力の自動設定に続いて硬さ試験を行なうことができる。なお、硬さ試験の結果は、試験機にそなえられている表示器31に表示される。

0039

図4に示した変形例では、硬さ試験機の本体10に接眼レンズ7が設けられていて、対物レンズ5で捕らえられた試料Sの表面のくぼみの寸法を直接計測できるようになっている。

0040

この変形例の装置は、図1に示した装置からCCDカメラ、A/D変換器などが取り外されている(その分低コストとなる)が、マイクロコンピュータ20,操作盤30は図1の装置と同様に設けられていて、同様の操作で試験力の自動演算が行われる点は図1の装置と同様である。なお表示器31にくぼみ形状の表示は行なえない。

0041

以上詳述したように、本発明の試験力自動演算式硬さ試験機によれば次のような効果が得られる。
(1) 硬さ試験機に内蔵のマイクロコンピュータに、試料の厚さhおよび想定されるビッカース硬さHVあるいはヌープ硬さHKを入力することにより、当該試験に適した試験力が自動的に演算されるため、試験力の算出が簡単となる。
(2) 試験力として、[数4]式あるいは[数8]式より演算される数値のうち最大値のものが算出されるので、押込み型硬さ試験機の精度が向上する。
(3) 当該試験機による硬さ試験がを不可能な場合、その旨の表示が硬さ試験に先立ってなされるため、硬さ試験を効率良く実施できる。

0042

図1本発明の一実施形態としての試験力自動演算式硬さ試験機を示す模式構成図。
図2同マイクロコンピュータにおける演算手順を示すフローチャート。
図3同変形例を示す模式構成図。
図4従来の試験力自動演算式硬さ試験機を示す模式構成図。
図5(a)押込み型硬さ試験機の原理を示す模式図。
(b)同くぼみの形状を示す平面図。
図6ビッカース硬さ試験において、試料の硬さと試験力に対する試料の最小厚さとの関係を規定したグラフ
図7ヌープ硬さ試験において、試料の硬さと試験力に対する試料の最小厚さとの関係を規定したグラフ。

0043

1試料台
2圧子
4レボルバー
5対物レンズ
6CCDカメラ
10硬さ試験機の本体
11 A/D変換器
12操作装置
13試験力制御部
20マイクロコンピュ−タ
21画像メモリ
22主記憶装置
23演算装置
24制御装置
Dくぼみ
d1,d2 くぼみの対角線寸法
S 試料

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