JPH0257659B2 - - Google Patents

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JPH0257659B2
JPH0257659B2 JP16557184A JP16557184A JPH0257659B2 JP H0257659 B2 JPH0257659 B2 JP H0257659B2 JP 16557184 A JP16557184 A JP 16557184A JP 16557184 A JP16557184 A JP 16557184A JP H0257659 B2 JPH0257659 B2 JP H0257659B2
Authority
JP
Japan
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hardness
movement
amount
linear encoder
spindle
Prior art date
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Expired
Application number
JP16557184A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6144338A (en
Inventor
Kenhachi Mihashi
Kohei Akashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokohama Rubber Co Ltd
Original Assignee
Yokohama Rubber Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokohama Rubber Co Ltd filed Critical Yokohama Rubber Co Ltd
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Publication of JPS6144338A publication Critical patent/JPS6144338A/en
Publication of JPH0257659B2 publication Critical patent/JPH0257659B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ゴム等の弾性体の硬度を測定する定
荷重式硬さ計の改良に関し、特に弾性体の応力緩
和現象を考慮して弾性体の硬さを自動的に読み取
り、その測定値をデジタル表示することができる
定荷重デジタル式硬さ計に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an improvement of a constant force hardness tester for measuring the hardness of an elastic body such as rubber, and particularly takes into consideration the stress relaxation phenomenon of the elastic body. This invention relates to a constant force digital hardness tester that can automatically read the hardness of a material and display the measured value digitally.

〔従来の技術〕 JIS K6301第5.3項のオルゼン式硬さ計同じく
第5.4項のプセイ・ジヨンズ式硬さ計あるいは
ISO48−1979に規定された国際ゴム硬さ
(IRHD)の測定用として、一般に商品化されて
いる定荷重式硬さ計の何れかは、被測定試料の水
平な表面に押針を介して垂直方向にまず一次荷重
(押針の自重等も含む)負荷し、しかる後、規定
の二次荷重を負荷し、その間の押針の上下方向の
移動量を、ラツクとピニオン機構により回転量に
変換し、アナログゲージ盤上の指示針の動きより
ゲージ盤上の目盛を読みとるダイアルゲージ方式
がとられていた。
[Prior art] Olsen type hardness tester in Section 5.3 of JIS K6301, Pousey-Gyons type hardness tester in Section 5.4, or
For measuring international rubber hardness (IRHD) as specified in ISO48-1979, any of the commercially available constant force hardness testers are designed to measure the international rubber hardness (IRHD) specified by ISO 48-1979. First, a primary load (including the weight of the pusher needle, etc.) is applied in the direction, and then a specified secondary load is applied, and the amount of vertical movement of the pusher needle during that time is converted into rotation amount by the rack and pinion mechanism. However, a dial gauge system was used in which the scale on the gauge board was read by the movement of the indicator needle on the analog gauge board.

この方式の特徴は比較的、構造が簡単で、かつ
安価であるという点であるが、その反面、次のよ
うな欠点があつた。すなわち、 その一つは、一次荷重を負荷後、二次荷重を負
荷する前に、ダイアルゲージを、零位置にセツト
するための操作が必要であり、そのためにダイア
ルゲージの目盛板を回転移動しなければならない
という問題があつた。
This method is characterized by its relatively simple structure and low cost, but on the other hand, it has the following drawbacks. One of them is that after applying the primary load and before applying the secondary load, it is necessary to set the dial gauge to the zero position, and for this purpose, the scale plate of the dial gauge must be rotated. There was a problem that I had to do it.

また、通常これらの定荷重式硬さ計では、静荷
重負荷後、一定時間(例えば30秒)経過後の硬さ
を読みとるように規定されており、これは特に、
硬さの指示が時間と共に変化する応力緩和の大き
い材料の測定においては、一方で計時を行ないな
がら移動中の指針の位置を読みとらねばならない
という困難さを生ずることになり、その結果、測
定結果のばらつきが大きくなるという問題があつ
た。
In addition, these constant force hardness testers are usually specified to read the hardness after a certain period of time (for example, 30 seconds) has passed after applying a static load.
When measuring materials with large stress relaxation whose hardness indication changes over time, it is difficult to read the position of the moving pointer while keeping time, which results in inaccurate measurement results. There was a problem that the dispersion of the data became large.

さらに、押針の上下移動を回転運動に変換する
機構として、ラツクとピニオンを用いる従来の機
構では、ガタや摩擦が生じやすく、また小型であ
るため充分な回転量が得られず、測定精度を低下
させるという問題もあつた。
Furthermore, the conventional mechanism that uses a rack and pinion to convert the vertical movement of the indenter into rotational movement is prone to looseness and friction, and because it is small, it cannot obtain a sufficient amount of rotation, which reduces measurement accuracy. There was also the problem of lowering the

一方、ISO48で規定されている微少試験片用の
マイクロ硬さ試験機においては、押針の移動量が
フルスケールで0.3mmと少なく、押針の移動量か
ら硬さを読み取るには、ダイヤルゲージで直接精
度よく読み取ることが困難であり、押針の移動量
を拡大する機構などの工夫がなされているが((株)
平泉洋行カタログ・英国Wallace社製)これらの
機構は複雑で操作も煩雑で、かつ高価になるとい
う欠点もあつた。
On the other hand, in a micro hardness tester for micro test pieces specified by ISO48, the indenter travel distance is as small as 0.3 mm on a full scale, and in order to read the hardness from the indenter travel distance, a dial gauge is used. However, it is difficult to directly read the needle accurately, and efforts have been made to increase the amount of movement of the indenter (Co., Ltd.).
(Hiraizumi Yoko Catalog, manufactured by Wallace, UK) These mechanisms had the drawbacks of being complex, cumbersome to operate, and expensive.

これらの問題点を解決するための手段として
は、押針の移動量を電気的に検出し、さらにデジ
タル信号化することが考えられる。この為の手段
として、すでにスプリング式硬さ計の測定値のデ
ジタル化として特公昭55−20191号公報、特開昭
56−153235号公報、特開昭57−184949号公報、特
開昭58−9044号公報、特開昭58−72032号公報、
実開昭59−20146号公報等が報告されているが、
これらの方法はロータリーエンコーダを用いる方
法、可変抵抗器を用いる方法、差動トランスによ
る方法あるいは一枚のスリツト板を使用したリニ
アスケールを用いる方法であり、いずれも問題点
を有している。
A conceivable way to solve these problems is to electrically detect the amount of movement of the indenter and convert it into a digital signal. As a means for this purpose, digitization of the measured values of spring-type hardness meters has already been published in Japanese Patent Publication No. 55-20191 and Japanese Patent Application Laid-Open No.
56-153235, JP 57-184949, JP 58-9044, JP 58-72032,
Utility Model Application Publication No. 59-20146 has been reported,
These methods include a method using a rotary encoder, a method using a variable resistor, a method using a differential transformer, and a method using a linear scale using a single slit plate, all of which have problems.

例えば、ロータリーエンコーダ方式ではラツ
ク・ピニオン機構等を用いて上下移動を回転運動
に変換しなければならないので、従来のダイアル
ゲージ式と同様にこの変換する部分で測定精度に
問題を生じ、その後コンピユータ等をいかに駆使
して解析しても被測定試料の硬さを正確に測定し
たことにはならず、従来の問題を解決したことに
はならないのである。
For example, in the rotary encoder method, vertical movement must be converted into rotational movement using a rack-and-pinion mechanism, so similar to the conventional dial gauge method, this converting part causes measurement accuracy problems, and then a computer etc. No matter how well the analysis is carried out, the hardness of the sample being measured cannot be accurately measured, and the conventional problems have not been solved.

一方、可変抵抗器によりデジタルに変換する方
法は、押針の上下移動量を抵抗器に接触させてそ
の変化量を電気信号に変換させる方法であるが、
この方法では押針のわずかな上下移動量を接触に
よる摩擦で正確に検出できないだけでなく、検出
した電気抵抗はアナログ値であり、それをアナロ
グ/デジタル変換しなくてはデジタル計にはなら
ず、そのため硬さ計の構成部品が多くなり、測定
精度が悪いのみならず大型で高価な硬さ計になる
という大きな問題を有している。
On the other hand, the method of digital conversion using a variable resistor involves contacting the resistor with the amount of vertical movement of the push needle and converting the amount of change into an electrical signal.
This method not only cannot accurately detect the small amount of vertical movement of the indenter due to the friction caused by contact, but also the detected electrical resistance is an analog value, and it cannot be converted into a digital meter without converting it from analog to digital. As a result, the hardness meter has a large number of components, which poses a major problem: not only is the measurement accuracy poor, but the hardness meter is large and expensive.

また、差動トランス方式は電気量をアナログ/
デジタル変換する必要があり、可変抵抗器方式と
同様に硬さ計そのものが大型で高価になるという
問題を有しているのである。そして、これら大型
の硬さ計は電力を必要とする所から電池による電
源投入ができないので、どこにでも持ち運びがで
きるというわけにはいかず、さらに電源変動や電
気ノイズを受けやすくなる別種の問題点も有して
いる。
In addition, the differential transformer method converts electrical quantities into analog/
It requires digital conversion, and like the variable resistor method, the hardness meter itself has the problem of being large and expensive. These large hardness testers cannot be powered by batteries from the point where they require power, so they cannot be carried anywhere, and they also have other problems such as being susceptible to power fluctuations and electrical noise. have.

また、一枚のスリツト板によるリニアスケール
を使用した装置では、1枚のスリツト板を挟んで
光学センサーにてスリツトの移動を読み取るよう
にしているので、押針の微少変位を検出するため
の拡大装置を必要とし、硬さ計自体が大型化にな
り、高価になる問題点又は拡大装置を使用しない
場合は、精度が悪いという問題点を有している。
In addition, in devices that use a linear scale with a single slit plate, the movement of the slit is read by an optical sensor across the single slit plate, so magnification is required to detect minute displacements of the indenter. This method requires a device, and the hardness tester itself becomes large and expensive, or if a magnifying device is not used, the accuracy is poor.

また、定荷重式硬さ計の測定値のデジタル化に
ついても、ビツカース硬さやブリネル硬さの自動
測定として差動トランスを使用する特公昭57−
12455号公報やテレビカメラや光学顕微鏡を用い
て圧痕の面積を自動測定して該材料の硬さを求め
る特開昭57−20642号公報、特開昭57−148233号
公報、実開昭57−177157号公報あるいは特開昭59
−18651号公報が報告されているが、これらはい
ずれも押針の移動量から硬さを求める方法ではな
い。
In addition, regarding the digitalization of the measured values of constant force hardness testers, we have developed a system using a differential transformer for automatic measurement of Bitkers hardness and Brinell hardness.
12455, JP-A-57-20642, JP-A-57-148233, Utility Model Application, JP-A-57-14823, which determines the hardness of the material by automatically measuring the area of the indentation using a television camera or an optical microscope. Publication No. 177157 or JP-A-59
-18651 has been reported, but none of these is a method for determining hardness from the amount of movement of the indenter.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述した問題点を解消すべく検討の結
果、導かれたものである。
The present invention was developed as a result of studies to solve the above-mentioned problems.

従つて本発明の目的は、押針の上下移動量をそ
のままリニアエンコーダを用いて検出し得るよう
に工夫することにより、高精度の硬さ測定値は勿
論のこと、試料の分散度をも得られる優れたデジ
タル式硬さ計を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to obtain not only highly accurate hardness measurements but also the degree of dispersion of the sample by devising a way to directly detect the amount of vertical movement of the indenter using a linear encoder. Our goal is to provide an excellent digital hardness meter that can

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

すなわち本発明は、柔軟な材料の表面に、一定
形状の押針を介して、一定の荷重を作用させ、そ
のときの押針の材料へのくい込み深さ(移動量)
を、その材料の硬さとする硬さ計において、その
押針の移動量を検出するリニアエンコーダを設
け、このリニアエンコーダは、前記押針に連動す
る可動スリツト板と、これに対向する位置に取り
付けられた固定スリツト板と、これらを挟んで対
向する位置に設けられた発光素子と受光素子とか
ら構成して、前記可動スリツト板の移動による遮
光度合の変化または前記可動スリツト板の移動に
より発生するモアレ縞の移動に伴う明暗変化を電
気信号に変換して検出できるようにし、さらに前
記リニアエンコーダには、前記電気信号をパルス
化して前記押針の移動量をデジタル表示可能な制
御回路を接続したことを特徴とする定荷重デジタ
ル式硬さ計を、その要旨とするものである。
In other words, the present invention applies a constant load to the surface of a flexible material via an indenter of a certain shape, and determines the depth of penetration (amount of movement) of the indenter into the material at that time.
is the hardness of the material, and is provided with a linear encoder for detecting the amount of movement of the indenter, and this linear encoder is attached to a movable slit plate that interlocks with the indenter, and to a position opposite to the movable slit plate. A light-emitting element and a light-receiving element are provided at positions opposite to each other with a fixed slit plate placed between them. A change in brightness caused by the movement of the moire stripes is converted into an electrical signal so that it can be detected, and a control circuit is connected to the linear encoder that can convert the electrical signal into a pulse and digitally display the amount of movement of the presser needle. The gist of this invention is a constant force digital hardness tester characterized by the following characteristics.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を実施例により図面を参照しつつ具
体的に説明する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples with reference to the drawings.

第1図〜第7図は本発明の実施例からなる定荷
重デジタル式硬さ計を示し、第1図は要部を切欠
した正面視説明図、第2図は同上外観を示す正面
視説明図、第3図は同上要部すなわちリニアエン
コーダの内部構成を示す縦断面説明図、第4図は
同上横断面説明図、第5図はリニアエンコーダの
スリツト板に生ずるモアレ縞の部分拡大説明図、
第6図は本デジタル式硬さ計に用いられる方向判
別回路の動作波形説明図、第7図は本デジタル式
硬さ計の構成を示すブロツク説明図である。
FIGS. 1 to 7 show a constant force digital hardness tester according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory front view with main parts cut away, and FIG. 2 is an explanatory front view showing the external appearance of the same. 3 is a vertical cross-sectional explanatory view showing the main parts of the same as above, that is, the internal structure of the linear encoder, FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of the same as above, and FIG. ,
FIG. 6 is an explanatory diagram of operating waveforms of the direction determining circuit used in the present digital hardness meter, and FIG. 7 is a block explanatory diagram showing the configuration of the present digital hardness meter.

図において1はベースで、このベース1の上面
一側に垂直に立てられた支柱2には昇降アーム3
が取付けられている。そして、この昇降アーム3
には(例えばラツク・ピニオンを用いた)昇降機
構が組込まれており、ハンドル4を手回しするこ
とにより支柱2に沿つて上下方向に移動できるよ
うになつている。
In the figure, 1 is a base, and a vertical arm 3 is attached to a column 2 erected vertically on one side of the upper surface of the base 1.
is installed. And this lifting arm 3
is equipped with a lifting mechanism (using a rack and pinion, for example), so that it can be moved up and down along the column 2 by turning the handle 4 by hand.

なお、上記昇降アーム3は、ハンドル4をモー
ター等により回転させて自動的に作動させること
もできる。
Note that the lifting arm 3 can also be automatically operated by rotating the handle 4 using a motor or the like.

また、昇降アーム3の前方には保持管5が設け
られており、この保持管5の内部に、これと同軸
にスピンドル6、荷重7および加圧脚8が組込ま
れている。そして、このスピンドル6の下端には
押針9があり、その中間部および頂部には円形状
の突起61,62がそれぞれ固定されており、この
両突起にはさまれるかたちで荷重7が設けられて
いる。
Further, a holding tube 5 is provided in front of the lifting arm 3, and a spindle 6, a load 7, and a pressure leg 8 are installed coaxially inside the holding tube 5. There is a pusher needle 9 at the lower end of the spindle 6, and circular projections 6 1 and 6 2 are fixed to the middle and top parts of the pusher needle 9, respectively, and a load 7 is applied between the two projections. It is provided.

前記保持管5、スピンドル6、荷重7、加圧脚
8は、それぞれ相互に上下方向に自由に摺動でき
るようになつており、また上記スピンドル6と加
圧脚8の間には、リニアエンコーダ10が組込ま
れている。
The holding tube 5, the spindle 6, the load 7, and the pressure leg 8 are configured to be able to freely slide vertically relative to each other, and a linear encoder is provided between the spindle 6 and the pressure leg 8. 10 is included.

なお、試料11を載せる試料台12は、スピン
ドル6の直下に位置せしめ前記ベース1と一体と
なつて設けてある。
The sample stage 12 on which the sample 11 is placed is located directly below the spindle 6 and is provided integrally with the base 1.

以上の構造において、押針9の先端が試料11
から離れた状態において本硬さ計の各構成部材の
位置関係は、第1図に示すようになる。すなわ
ち、 (a) 前記荷重7の上部に形成されたフランジ71
の下面が保持管5の上面に接して載つている。
In the above structure, the tip of the indenter 9 is connected to the sample 11.
The positional relationship of each component of this hardness tester when separated from the hardness meter is as shown in FIG. That is, (a) the flange 7 1 formed on the upper part of the load 7;
The lower surface of the holding tube 5 rests in contact with the upper surface of the holding tube 5.

(b) また、スピンドル6はその頂部に位置した突
起62の下面が荷重7の上面に接して載つてい
る。
(b) Further, the lower surface of the protrusion 6 2 located at the top of the spindle 6 rests on the upper surface of the load 7 .

(c) さらに、加圧脚8はその中間部フランジ13
の下面が保持管5の下部フランジ51の上面に
載つている。
(c) Furthermore, the pressure leg 8 has its intermediate flange 13
The lower surface of the holding tube 5 rests on the upper surface of the lower flange 51 of the holding tube 5.

(d) このときスピンドル6の先端の押針9は加圧
脚8の下面中心穴81よりわずかに下方に突出
している。
(d) At this time, the pusher needle 9 at the tip of the spindle 6 projects slightly downward from the center hole 8 1 on the lower surface of the pressure leg 8 .

この状態から、ハンドル4を操作して昇降アー
ム3を下方へ下げていくと、先ず、押針9の先端
が試料11の上面11aに接し、荷重7の上面と
頂部突起62の下面は離れる。さらに昇降アーム
3を下げていくと、加圧脚8の下面82が試料1
1の上面11aに接触し、加圧脚8の中間部フラ
ンジ13と保持管5の下部フランジ51は離れる。
When the lifting arm 3 is lowered from this state by operating the handle 4, the tip of the indenter 9 first comes into contact with the upper surface 11a of the sample 11, and the upper surface of the load 7 and the lower surface of the top protrusion 62 are separated. . When the lifting arm 3 is further lowered, the lower surface 8 2 of the pressure leg 8 touches the sample 1.
1, and the intermediate flange 13 of the pressurizing leg 8 and the lower flange 51 of the holding tube 5 are separated from each other.

この状態で、試料11の上面11aの測定点に
はスピンドル6と押針9の自重による静荷重が、
一次荷重として作用し、同時に測定点周囲の環状
面に加圧脚8の自重による加圧面荷重が作用し、
測定点周囲の条件を一定にしている。
In this state, a static load due to the weight of the spindle 6 and pusher needle 9 is applied to the measurement point on the upper surface 11a of the sample 11.
It acts as a primary load, and at the same time a pressure surface load due to the weight of the pressure leg 8 acts on the annular surface around the measurement point.
The conditions around the measurement point are kept constant.

昇降アーム3をさらに下方へ下げると、荷重7
の下面72が中間突起61の上面に接触し、この結
果、荷重7の上部フランジ71の下面外周部は保
持管5の上面から離れる。この状態において試料
11の測定点には、前記一次荷重に加えて、荷重
7の自重による静荷重が二次荷重として作用す
る。
When the lifting arm 3 is further lowered, the load 7
The lower surface 7 2 of the load member 7 contacts the upper surface of the intermediate projection 6 1 , and as a result, the outer periphery of the lower surface of the upper flange 7 1 of the load 7 separates from the upper surface of the holding tube 5 . In this state, in addition to the primary load, a static load due to the weight of the load 7 acts as a secondary load at the measurement point of the sample 11.

つまり、上述した行程において、一次荷重をか
けた状態を初期状態とし、その後二次荷重をかけ
たときにスピンドル6が下方へ移動する量は試料
11の硬さに応じて変るので、この移動量を読み
とることで、試料11の硬さを測ることができ
る。
In other words, in the above-mentioned process, the initial state is the state in which the primary load is applied, and the amount by which the spindle 6 moves downward when the secondary load is applied thereafter varies depending on the hardness of the sample 11, so this amount of movement By reading this, the hardness of the sample 11 can be measured.

前記リニアエンコーダ10には、前記スピンド
ル6の移動量をデジタル信号として取出すための
機構、回路が組込まれており、このデジタル信号
は第2図に示す表示操作部14に組込まれた回路
で処理され、硬さ表示器15に硬さ値として表示
される。
The linear encoder 10 has a built-in mechanism and circuit for extracting the amount of movement of the spindle 6 as a digital signal, and this digital signal is processed by a circuit built into the display/operation section 14 shown in FIG. , is displayed on the hardness display 15 as a hardness value.

つづいて、第3図および第4図を参照しつつ前
記リニアエンコーダ10の構成を説明する。
Next, the configuration of the linear encoder 10 will be explained with reference to FIGS. 3 and 4.

このリニアエンコーダ10は、スピンドル6に
固定され、スピンドル6の軸方向に直線運動する
可動スリツト板16と、リニアエンコーダ10の
本体に固定された固定スリツト板17と、可動ス
リツト板16と固定スリツト板17の前後に置い
た2組の発光素子18,18′と、受光素子19,
19′と、電圧比較器20により構成されている。
This linear encoder 10 includes a movable slit plate 16 fixed to a spindle 6 and moving linearly in the axial direction of the spindle 6, a fixed slit plate 17 fixed to the main body of the linear encoder 10, a movable slit plate 16 and a fixed slit plate. Two sets of light emitting elements 18, 18' placed before and after 17, and light receiving elements 19,
19' and a voltage comparator 20.

前記スリツト板16,17は、透明な板に細い
一定間隔の不透明な線が印刷されたもので、スピ
ンドル6の上下によつて可動スリツト板16と固
定スリツト板17の線同士が重なつたり、全く重
なり合わなかつたりするようになつている。そし
て、前記線同士の重なり合いの程度による明暗の
変化を受光素子19,19′により近似正弦波3
0の電気信号に変換して取り出した後、さらに電
圧比較器20で矩形波31に波形整形する。
The slit plates 16 and 17 are transparent plates with thin opaque lines printed at regular intervals, and the lines of the movable slit plate 16 and the fixed slit plate 17 overlap each other depending on the upper and lower positions of the spindle 6. They no longer overlap at all, but rather overlap. Then, changes in brightness and darkness due to the degree of overlap between the lines are detected using an approximate sine wave 3 by the light receiving elements 19 and 19'.
After converting it into a zero electrical signal and extracting it, the voltage comparator 20 further shapes the waveform into a rectangular wave 31.

なお、前記可動スリツト板16と固定スリツト
板17の両スリツトが完全に平行でなく、両者の
間に僅かな傾きがあつても良い。(この場合、両
者が共に水平線に対して逆方向に傾かせてもよい
が、どちらか一方を水平にし、他方を水平線に対
して傾かせてもよい。) この場合、スピンドル6を動かして可動スリツ
ト板16を上下方向に移動させると、第5図に示
すようなモアレ縞と呼ばれる濃淡じまが左右に移
動する。この場合でもモアレ縞のピツチが受光素
子の直径よりも大きければ、前記モアレ縞の濃淡
の移動による明暗の変化を受光素子19,19′
により近似正弦波30の電気信号に変換して取り
出した後に、更に電圧比較器20で矩形波31に
波形整形する。
Note that the slits of the movable slit plate 16 and the fixed slit plate 17 may not be completely parallel, and there may be a slight inclination between them. (In this case, both may be tilted in opposite directions with respect to the horizontal line, but one of them may be made horizontal and the other tilted with respect to the horizontal line.) In this case, the spindle 6 can be moved to make it movable. When the slit plate 16 is moved in the vertical direction, dark and light stripes called moiré stripes as shown in FIG. 5 move left and right. Even in this case, if the pitch of the moire fringes is larger than the diameter of the light-receiving element, the change in brightness due to the movement of the shading of the moire fringes can be detected by the light-receiving elements 19, 19'.
After converting it into an electrical signal of an approximate sine wave 30 and extracting it, the voltage comparator 20 further shapes the waveform into a rectangular wave 31.

この場合の両スリツト板間の僅かな傾斜は、例
えば、受光素子の寸法が4mmφの場合、モアレ縞
の間隔Sは4mm以上ないと1個の素子の中に2本
の縞を検出してしまう。
In this case, the slight inclination between both slit plates means that, for example, if the size of the light receiving element is 4 mmφ, two stripes will be detected in one element unless the interval S between the moiré fringes is 4 mm or more. .

また、一般にスリツトのピツチをd、傾斜角度
をαとすると、モアレ縞の間隔SはS≒d/αで
与えられるところから、前記オルゼン式硬さ計で
硬さを0.05の単位まで読み取る場合は、スリツト
線の間隔dは0.005mmとなり、モアレ縞の間隔を
5mmとする場合、傾斜角度α=d/s=0.005
mm/5mm=0.001rad(1rad=57度)となり、同様
に硬さ1単位まで読み取る場合は、0.1/5=
0.02radとなる。
Generally, if the pitch of the slit is d and the angle of inclination is α, the interval S of the moiré fringes is given by S≒d/α, so when reading the hardness to the nearest 0.05 using the Olsen hardness meter , the interval d between the slit lines is 0.005 mm, and when the interval between moire fringes is 5 mm, the inclination angle α = d/s = 0.005
mm/5mm=0.001rad (1rad=57 degrees), and similarly when reading up to 1 unit of hardness, 0.1/5=
It becomes 0.02rad.

これらの数字は素子の寸法によるが、通常測定
精度に合わせて0.001〜0.02radの範囲でスリツト
の傾斜角度を選ぶ。なお、前記スリツト線の間隔
dは硬さ値を0.05度単位で読み取るには、後述す
る4倍パルスを利用して0.00125mm×4=0.005mm
のピツチ間隔(d)とすることが必要でである。
These numbers depend on the dimensions of the element, but the inclination angle of the slit is usually selected in the range of 0.001 to 0.02 rad according to the measurement accuracy. In addition, in order to read the hardness value in units of 0.05 degrees, the interval d between the slit lines is set to 0.00125 mm x 4 = 0.005 mm using the quadruple pulse described later.
It is necessary to set the pitch interval (d) to .

また、前述したマイクロ硬さ試験機においても
同様に4倍パルスを利用すれば硬さ値を0.5度単
位まで読み取ることができる。
Further, in the micro hardness tester mentioned above, hardness values can be read to the nearest 0.5 degree by using the quadruple pulse.

このようにして得られた矩形波の数を計数する
ことによりスピンドル6の移動量を計測すること
ができるのである。
By counting the number of rectangular waves obtained in this manner, the amount of movement of the spindle 6 can be measured.

またスピンドル6の移動方向を認識するために
素子18,19からなる組と素子18′,19′か
らなる組とは、ある程度距離を離して位置させ、
その出力位相が互いに90度異なるように、一方の
組の素子間に挟まれたどちらかのスリツト板の線
を他方の素子間の前の同じスリツト板の線とずら
せておく。
Furthermore, in order to recognize the moving direction of the spindle 6, the set of elements 18 and 19 and the set of elements 18' and 19' are positioned at a certain distance apart.
The line of one of the slit plates sandwiched between the elements of one set is shifted from the line of the same slit plate in front of the other set of elements so that their output phases differ by 90 degrees from each other.

このずれにより、素子18,19の組からA
相、素子18′,19′の組からはB相の、互いに
位相が90度異なつた信号を出力することにより移
動方向の判別が可能となる。
Due to this deviation, A from the pair of elements 18 and 19
The moving direction can be determined by outputting B-phase signals whose phases are different from each other by 90 degrees from the pair of phase elements 18' and 19'.

第6図はスピンドル6の移動方向を判別する回
路の動作手順を示す波形図である。リニアエンコ
ーダ10からは90度位相のずれた2つの信号(A
相およびB相)が出力される。スピンドル6を上
昇させたときと降下させた時の波形を第6図1に
示す。
FIG. 6 is a waveform diagram showing the operating procedure of a circuit for determining the moving direction of the spindle 6. The linear encoder 10 outputs two signals (A
phase and B phase) are output. FIG. 6 shows waveforms when the spindle 6 is raised and lowered.

次に微分回路を用いて第6図2に示すA相の立
上りタイミングパルスAt及びA相の立下りタイ
ミングパルスを作る。第6図3にタイミング
パルスAtとB相の論理積At×B…と、タイミ
ングパルスとB相との論理積×B…を示
す。この論理積、の両信号をRSフリツプフ
ロツプの入力とするとその出力は第6図4のよう
になるので、スピンドル6の上昇降下の方向を判
別することができる。
Next, a differentiating circuit is used to generate an A-phase rising timing pulse At and an A-phase falling timing pulse shown in FIG. FIG. 6 shows the logical product At×B of the timing pulse At and the B phase, and the logical product×B of the timing pulse and the B phase. If both signals of this logical product are inputted to an RS flip-flop, the output will be as shown in FIG. 6, so that the direction of rise and fall of the spindle 6 can be determined.

また、論理積、の論理和をとると、第6図
5に示す計数用パルスを取り出すことができる。
Further, by taking the logical sum of the logical product and the logical product, the counting pulse shown in FIG. 6 can be extracted.

さらにB相の反転を用いて第6図2のAt、
と合成すれば、2倍のパルスが得られる。またこ
の2倍のパルスとB相の立上がり、立下がりパル
スとA相及びA相の反転を用いて得られた2倍パ
ルスとを合成すれば4倍パルスが得られる。
Furthermore, using the inversion of the B phase, At in Fig. 6 2,
If you combine it with , you will get twice as many pulses. Further, by combining this double pulse, the rising and falling pulses of the B phase, and the double pulse obtained by inverting the A phase and the A phase, a quadruple pulse can be obtained.

第7図は第1図に示した実施例の回路系統図で
ある。第7図に示すようにリニアエンコーダ10
から出力する変位信号は表示操作部14において
方向判別回路21、可逆カウンタ22、時間制御
回路23、表示器制御回路24を経て硬さ表示器
15で表示される。
FIG. 7 is a circuit diagram of the embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 7, the linear encoder 10
The displacement signal outputted from the display operating section 14 is displayed on the hardness display 15 through a direction discrimination circuit 21, a reversible counter 22, a time control circuit 23, and a display control circuit 24.

方向判別回路21ではリニアエンコーダ10か
らのA相、B相の2つの信号を入力してスピンド
ル6の上昇、降下の判別信号と併せてスピンドル
6の変位、即ち移動量に比例した数のパルスを出
力して次の可逆カウンタ22へ送る。
The direction discrimination circuit 21 inputs the two signals of A phase and B phase from the linear encoder 10, and generates a number of pulses proportional to the displacement of the spindle 6, that is, the amount of movement, along with a discrimination signal for raising or lowering the spindle 6. It is output and sent to the next reversible counter 22.

可逆カウンタ22ではこのパルス数を計数して
スピンドル6の移動量を例えば2進数の形で出力
するとともに、方向判別信号に応じて計数出力信
号を増加あるいは減少させる。時間制御回路23
は被測定試料の硬さ測定において通常みられる応
力緩和現象、すなわち二次荷重を試料に作用させ
た直後に最高値を示した後、硬さ値が徐々に低下
し最終的にはほぼ安定した値となる現象に対し、
前記最高値を保持するピークホールド回路と、ど
の時期の値を被測定試料の硬さ値とするかを決め
る回路とを有し、たとえば最高値を指示したり、
又は何秒後かを設定し、設定時間経過後に硬さ表
示器15の表示がその時の値を保持するよう動作
するものである。この場合、時間信号設定器25
であらかじめ設定時間を入力しておくと、硬さの
最高値が得られた後、設定時間経過時の硬さ値を
保持し表示することができる。
The reversible counter 22 counts the number of pulses and outputs the amount of movement of the spindle 6 in the form of a binary number, for example, and increases or decreases the count output signal depending on the direction discrimination signal. Time control circuit 23
is a stress relaxation phenomenon that is usually observed when measuring the hardness of a measured sample, that is, the hardness value shows the highest value immediately after applying a secondary load to the sample, and then the hardness value gradually decreases and finally becomes almost stable. For a phenomenon that is a value,
It has a peak hold circuit that holds the maximum value, and a circuit that determines which period of time the value is to be the hardness value of the sample to be measured, and for example, indicates the maximum value,
Alternatively, after the set time has elapsed, the display on the hardness indicator 15 maintains the value at that time. In this case, the time signal setter 25
If you enter a set time in advance in , after the maximum hardness value is obtained, the hardness value after the set time has elapsed can be held and displayed.

表示器制御回路24は時間制御回路23からの
硬さデータ信号(例えば2進数のデータ信号)を
表示器で表示できる形に変換するものでこれには
デコーダ、マルチプレクサ等が含まれる。
The display control circuit 24 converts the hardness data signal (for example, a binary data signal) from the time control circuit 23 into a form that can be displayed on a display, and includes a decoder, a multiplexer, and the like.

硬さ表示器15は、例えば3〜4桁の7セグメ
ント発光ダイオード〔LED〕(あるいは液晶
〔LED〕)数字表示器で構成される。なお、この
表示器は先に述べた時間信号設定器25の入力信
号表示器として、また後述する合否判定基準設定
器27の入力信号表示器としても切換えて使用す
ることも可能である。
The hardness display 15 is composed of, for example, a 7-segment light emitting diode (LED) (or liquid crystal [LED]) numeric display with 3 to 4 digits. Note that this display can be switched and used as an input signal display for the time signal setting device 25 described above, or as an input signal display for the pass/fail criterion setting device 27 described later.

表示操作部14にはこの他に測定した硬さ値が
あらかじめ設定された許容範囲内に含まれている
か否かを判断する合否判定回路26がある。これ
は測定した硬さ値と、あらかじめ合否判定基準設
定器27に入力された基準硬さ値との比較を行
い、その結果を合否判定表示器28へ出力するも
のである。この場合、基準硬さ値には上限、下限
および上下限のそれぞれを目的に応じて設定する
ことができる。合否判定表示器28の一例として
は、測定結果が許容範囲の上限、あるいは下限を
越えた場合に、それぞれ別個に点灯するLEDを
設けるような手段を用いても良い。
In addition, the display operation section 14 includes a pass/fail determination circuit 26 that determines whether the measured hardness value is within a preset tolerance range. This compares the measured hardness value with a reference hardness value inputted in advance to the pass/fail judgment standard setter 27, and outputs the result to the pass/fail judgment display 28. In this case, an upper limit, a lower limit, and an upper and lower limit can be set for the reference hardness value depending on the purpose. As an example of the pass/fail judgment indicator 28, a means may be used in which LEDs are individually lit to light up when the measurement result exceeds the upper limit or lower limit of the allowable range.

さらに表示操作部14には測定結果を外部のデ
ータ処理装置(例えばプリンタ、マイクロコンピ
ユータ等)へ送り出す機能を持たせることもでき
る。この場合、必要に応じ信号変換器29によ
り、例えば測定結果を2進化10進数〔BCD〕に
変換することによつて汎用性を持たせると良い。
Furthermore, the display/operation section 14 can be provided with a function of sending measurement results to an external data processing device (for example, a printer, a microcomputer, etc.). In this case, it is preferable to provide versatility by, for example, converting the measurement results into binary coded decimal numbers (BCD) using the signal converter 29, if necessary.

なお、第7図の時間制御回路23以降は図のよ
うにハードウエアで構成することもできるが、マ
イクロコンピユータを用いたソフトウエアで構成
することも可能である。
Note that the time control circuit 23 and subsequent parts in FIG. 7 can be configured by hardware as shown in the figure, but they can also be configured by software using a microcomputer.

表示操作部14は、本発明の硬さ計より離し、
外部のデータ処理装置と組み合わせて外部機能と
して保有してもよい。その場合、外部のデータ処
理結果と同時に硬さ値を得ることができる利点が
ある。さらに、表示操作部14を本体から離す場
合は、第7図のリニアエンコーダ10以外のすべ
てを外部機能として保有することになる。
The display operation unit 14 is separated from the hardness meter of the present invention,
It may also be held as an external function in combination with an external data processing device. In that case, there is an advantage that the hardness value can be obtained simultaneously with the external data processing results. Furthermore, if the display operation section 14 is separated from the main body, all functions other than the linear encoder 10 shown in FIG. 7 will be retained as external functions.

以上のような本発明のデジタル式硬さ計を使用
して押針の上下移動量をそのままリニアエンコー
ダにより検出すれば、上下移動を回転運動に変換
する機構がなくなり、そのため各部品のガタや摩
擦の影響がなくなつて高精度な測定結果を得るこ
とができる。
If the digital hardness meter of the present invention as described above is used to directly detect the amount of vertical movement of the indenter using a linear encoder, there will be no mechanism to convert the vertical movement into rotational movement, and this will prevent backlash and friction of each part. Since the influence of

特に、リニアエンコーダのスリツトにガラスを
使用し、ガラスにクロームを蒸着してスケールを
作製した場合等では、1μm程度の変位まで光学
的に検出できるので、極めて誤差の少ない精度の
高い変位の検出が可能になる。
In particular, when glass is used for the slit of a linear encoder and the scale is made by vapor-depositing chromium on the glass, it is possible to optically detect displacements up to about 1 μm, making it possible to detect displacements with extremely low error and high precision. It becomes possible.

このような高精度リニアエンコーダを定荷重式
硬さ計に使用し、さらに測定時の温度等を一定に
する手段を用いれば、従来硬さ値の最少単位とし
て±1度をアナログ値から読み取つていたのが、
硬さ計の種類によつて異なるが±0.5度から±
0.05度の硬さ値までデジタル値として正確に得る
ことができ、20倍まで精度を上げることができ
る。もちろん目的によつて精度を下げるのは容易
である。
If such a high-precision linear encoder is used in a constant force hardness meter, and if a means is used to keep the temperature etc. constant during measurement, it will be possible to read ±1 degree from the analog value, which is the minimum unit of hardness values. What I was doing was
It varies depending on the type of hardness meter, but from ±0.5 degrees to ±
Hardness values up to 0.05 degrees can be accurately obtained as digital values, increasing accuracy by up to 20 times. Of course, it is easy to lower the accuracy depending on the purpose.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は上述したように構成したから、試料の
硬さを高精度に、しかも極めて容易に測定するこ
とができる。この結果、従来の硬さ計では測定不
可能であつた、例えば、加硫ゴムの加硫状態の分
布や、混合されている配合剤の分散状態を容易に
調べることができる。
Since the present invention is configured as described above, the hardness of a sample can be measured with high accuracy and extremely easily. As a result, it is possible to easily examine, for example, the distribution of the vulcanization state of vulcanized rubber and the dispersion state of mixed ingredients, which could not be measured with conventional hardness meters.

また本発明は、リニアエンコーダによるパルス
信号を、そのままデジタル値としてカウントでき
るので、A/Dコンバータ等の電気的変換手段を
必要とせず、さらに前述した機械的変換手段、例
えばISO48で規定されている微少試験片用のマイ
クロ硬さ試験機において、押針の移動量を拡大機
構を用いることなく試料の硬さを正確に検出する
ことができる。この結果、硬さ計本体を小型化、
軽量化することができて持ち運びが容易であり、
しかも電源として電池を使用することができるの
で、電気的ノイズにより測定結果に異常が生じる
心配がなく何処ででも安心して使用することがで
きる。
Furthermore, since the present invention can directly count pulse signals from a linear encoder as digital values, there is no need for electrical conversion means such as an A/D converter, and furthermore, the above-mentioned mechanical conversion means, such as those specified by ISO48, are not required. In a micro hardness tester for micro test pieces, the hardness of a sample can be accurately detected without using a mechanism to magnify the amount of movement of the indenter. As a result, the hardness meter body has been made smaller and
It is lightweight and easy to carry,
Moreover, since a battery can be used as a power source, there is no fear that the measurement results will be abnormal due to electrical noise, and it can be used anywhere with peace of mind.

なお、本定荷重デジタル式硬さ計は、その荷重
負荷装置を自動化したり、押針の先端を延長して
恒温槽内部試料の測定を可能にしたり、測定結果
と基準硬さ値との比較において合否を判定する機
能を使用したりすることにより、デジタル表示や
プリントアウト機能と相俟つて、従来のものと比
較して大幅に使用し易すく、試料の開発研究用や
工場内等において有効に使用することができる。
In addition, this constant force digital hardness tester can automate its load loading device, extend the tip of the indenter to enable measurement of samples inside a thermostatic oven, and compare measurement results with standard hardness values. By using the pass/fail judgment function in the test, combined with the digital display and printout function, it is much easier to use than conventional ones, and is effective for sample development research and in factories. It can be used for.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第7図は本発明の実施例からなる定荷
重デジタル式硬さ計を示し、第1図は要部を切欠
した正面視説明図、第2図は同上外観を示す正面
視説明図、第3図は同上要部すなわちリニアエン
コーダの内部構成を示す縦断面説明図、第4図は
同上横断面説明図、第5図はリニアエンコーダの
スリツト板に生ずるモアレ縞の部分拡大説明図、
第6図は本デジタル式硬さ計に用いられる方向判
別回路の動作波形説明図、第7図は本デジタル式
硬さ計の構成を示すブロツク説明図である。 9……押針、10……リニアエンコーダ、16
……可動スリツト板、17……固定スリツト板、
18,18′……発光素子、19,19′……受光
素子。
FIGS. 1 to 7 show a constant force digital hardness tester according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory front view with main parts cut away, and FIG. 2 is an explanatory front view showing the external appearance of the same. 3 is a vertical cross-sectional explanatory view showing the main parts of the same as above, that is, the internal structure of the linear encoder, FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of the same as above, and FIG. ,
FIG. 6 is an explanatory diagram of operating waveforms of the direction determining circuit used in the present digital hardness meter, and FIG. 7 is a block explanatory diagram showing the configuration of the present digital hardness meter. 9... Push needle, 10... Linear encoder, 16
...Movable slit plate, 17...Fixed slit plate,
18, 18'... Light emitting element, 19, 19'... Light receiving element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 柔軟な材料の表面に、一定形状の押針を介し
て、一定の荷重を作用させ、そのときの押針の材
料へのくい込み深さ(移動量)を、その材料の硬
さとする硬さ計において、その押針の移動量を検
出するリニアエンコーダを設け、このリニアエン
コーダは、前記押針に連動する可動スリツト板
と、これに対向する位置に取り付けられた固定ス
リツト板と、これらを挟んで対向する位置に設け
られた発光素子と受光素子とから構成して、前記
可動スリツト板の移動による遮光度合の変化また
は前記可動スリツト板の移動により発生するモア
レ縞の移動に伴う明暗変化を電気信号に変換して
検出できるようにし、さらに前記リニアエンコー
ダには、前記電気信号をパルス化して前記押針の
移動量をデジタル表示可能な制御回路を接続した
ことを特徴とする定荷重デジタル式硬さ計。
1. Hardness when a fixed load is applied to the surface of a flexible material through a pusher needle of a certain shape, and the depth (amount of movement) of the pusher needle into the material at that time is the hardness of the material. A linear encoder is provided to detect the amount of movement of the indenter. The light-emitting element and the light-receiving element are arranged opposite to each other, and the light-emitting element and the light-receiving element are arranged to face each other. The constant force digital hard drive is configured such that the linear encoder is connected to a control circuit capable of converting the electric signal into a pulse and digitally displaying the amount of movement of the pusher needle. Total.
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