JPH0617064Y2 - 硬度計の変位校正機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、被試験体表面に形成された薄膜等に圧子を押
し込んで硬度を測定する硬度計において、圧子の変位量
を検出する検出手段の校正機構に関するものである。

［従来の技術］ 圧子を所定荷重で試料表面に押圧し、生じた圧痕の深
さ、大きさ等によって試料の硬度を測定する硬度計とし
てマイクロビッカース、硬度計等の各種試験機があり、
これらの装置では圧子押圧により生じた圧痕の面積や深
さ等に基づいて試料硬度が求められている。従来、変位
の校正は圧子の下にマイクロメーターヘッドを設けて、
得られたマイクロメーターの移動量と変位表示から変位
の校正を行なう方法により行なわれていた。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、圧子に付設されたマイクロメーターの移
動量と、変位表示にもとづいて変位の校正を行い圧痕の
深さを知る従来の方式では、マイクロメータヘッドの誤
差分も含めて校正するので精度が充分ではなく、しかも
マイクロメーターヘッドの目盛りの合わせ方、読み方等
で結果が大きく変化するなど測定の個人差や目の疲労等
によって再現性のよい正確な値を得ることは困難である
とともに、作業能率も悪いという問題点があった。

そこで本考案は、前記測定の個人差がなく、かつ正確に
くぼみ深さをリアルタイムで測定することを可能にする
変位の校正を行う機構を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、上記問題点を解決するために、次にような構
成とした。

すなわち、本考案にかかる硬度計の変位校正機構は、任
意に荷重を加えることができる可変形負荷手段と、該可
変形負荷手段によって被試験体表面に押し付けられる圧
子と、該圧子の変位量を検出する圧子変位量検出手段と
を有する硬度計の変位校正機構であって、電流量により
前記圧子変位量を制御する手段と、該電流量に対応して
定まる圧子の予測変位量を演算する手段と、得られた予
測変位量と前記検出手段による変位測定値を比較、表示
する手段を備えてなることを特徴としている。

［作用］ 被試験物の無い状態で、可変形負荷手段により微小荷重
を負荷すると圧子が移動する。この時の圧子の変位量
は、障害物が無いため、発生する電磁力に比例して増加
するので、その予想変位量を演算手段によって算出する
ことができる。一方、実際の圧子の変位量が付設の変位
量検出手段によって検出される。これら予想変位量と実
際に検出される変位量とが比較され、実際の変位量を検
出する変位量検出手段の検出誤差が確認される。これに
より、圧子の変位量検出手段の校正を行うことができ
る。

［実施例］ 第１図は、本考案の変位校正機構を備えた超微小硬度計
の断面図であり、枠体20内の荷重装置１は、平衡させた
天秤２の片方の端に圧子６が取り付けられ、他方に電磁
コイル３が取り付けられた自動平衡型電子天秤タイプの
ものとして構成されている。すなわち電磁コイル３に計
測制御装置12から直流電流を流し、その流す向きの正、
逆により電磁コイル３の電磁力によって荷重を付加もし
くは減少させ、圧子６を介して試料台８のステージ９上
に載置された被試験体７への荷重を増加、減少すること
ができるようになっている。上記荷重は、電流量に対応
して電磁コイル３によって惹起される圧子の変位により
もたらされる。被試験体が存在しない時、該圧子の変位
量と電流量との間には、第２図に示すごとく直線関係が
成り立つ。すなわち電流量Ｉを増加し、圧子に変位を与
えるとき、該変位Ｄ_ＡはＤ_Ａ＝Ｋ・Ｉ（Ｋ：定数）で表
わされる。荷重装置１はこのように計測制御装置12から
の外部信号によって任意に前記変位を圧子に与えること
ができる。他方、制御装置12に内蔵されている記憶手段
は、圧子６の初期変位およびこの時の電磁コイル３に流
れる電流量を初期値（Ｄ_ｏ，Ｉ_ｏ）としてそれぞれ記憶
することができる。また制御装置12は、各電流値に対応
して生ずる前記変位を演算することが可能である。圧子
６上方には差動トランス式の変位検出器５が設けられて
おり、電磁コイルに電流を流している間の圧子６の変位
を検出する。変位検出器５によって検出された変位量、
すなわち圧子６の移動量は、変位測定器（アンプ）10に
よって定量的にとらえられて計測制御装置12へ変位情報
として送られる。変位測定器10は計測制御装置12に内蔵
されている。該変位測定器10でとらえられる変位（以下
変位測定値と記す）Ｄ_Ｍは、前記変位初期値Ｄ_ｏと該初
期値を考慮しない変位Ｄとの関係では、Ｄ_Ｍ＝Ｄ−Ｄ_ｏ
として演算される。前記の如く初期値Ｉ_ｏを考慮した前
記電流量に対応して定まる圧子の予測変位量Ｄ_Ａ′は、
Ｄ_Ａ′＝Ｋ・（Ｉ−Ｉ_ｏ）として演算され計測制御装置
に内蔵される。演算手段で変位測定値と前記予測変位量
との差異が誤差 として演算されて、前記制御装置12に内蔵されている表
示器に表示される。理想的にはＤ_Ａ′＝Ｄ_Ｍであるが現
実にはＤ_Ａ′≠Ｄ_Ｍであるので、本考案の変位校正機構
は前記表示器に表示された表示値Ｒを見ながら容易にリ
アルタイムで変位の調整を行うことができる構成となっ
ている。

荷重装置１で発生させる荷重は、電磁コイル３に流れる
電流量に対する圧子への荷重量の予め作成した校正曲線
に基づき計測制御装置12で判別される。また被試験体の
硬度は、前もって作成された変位測定値Ｄ_Ｍに対する硬
度校正曲線に基づき、演算、判別させるようにして、被
試験体の硬度をリアルタイムで前記変位校正を行いつつ
表示させることもできる。

計測制御装置12は、これら得られたデータをもとに演算
処理し、必要な測定結果を図示ないしレコーダ等の記録
装置13へ出力する。

第１図に示した実施例装置には、上記した本考案の変位
校正機構をもつ硬度計としての重要な構成部分の他に、
補助装置として光学モニタ15、試料台８が設けられてい
る。光学モニタ15は対物レンズ17と接眼レンズ16とを備
え被試験体７の表面で試験を行う位置を測定したり、圧
子６によって付けられたくぼみの状態を作業者が観察す
るために用いられるものである。試料台８は昇降可能な
ステージ９が着脱自在に設けられ、ステージ９の上面に
は被試験体７を固定するバイスが取り付けられる。試料
台８を操作して、圧子６と被試験体７を近づけたり、任
意の試験位置に移動させることができる。上記のように
校正された実施例装置による硬度の測定は次のようにし
て行われる。

被試験体７を試料台８に固定し、対物レンズ17の中心に
位置させる。接眼レンズ16をのぞきながら試料台８を上
下させ被試験体７の表面を見つけ硬度測定をする位置を
その同一水平面上を保ちながら圧子６の中心へ移動させ
る。計測制御装置12には、予め測定条件が決められてお
り、所定のシーケンスで測定が進むようになっている。
測定開始の合図とともに電磁コイル３には負荷方向の電
流が流れ、圧子６は下方へ押される。圧子６先端と被試
験体７表面との間に空間があるうちは、表面に傷がつか
ないが空間がなくなれば圧子６先端は表面にへこみ傷を
つける。空間がなくなったことが適当な判別手段によっ
て判別され、このときの圧子６の移動量が前記の変位初
期値Ｄ_ｏとして計測制御装置12に内蔵されている記憶手
段にて記憶される。該初期値Ｄ_ｏの位置から圧子が移動
した距離を前記の変位Ｄ_Ｍ＝Ｄ−Ｄ_ｏとして前記記憶手
段が記憶する。

Ｄ_Ｍと試験荷重から硬度を求める。所定の試験が終了す
れば電磁コイル３には除荷方向の電流を流して圧子６を
上方へ移動させる。被試験体７を対物レンズ17中心下の
元の位置へ戻し、接眼レンズ16をのぞいて被試験体７表
面のくぼみを観察する。

なお、上記実施例では圧子変位検出手段として差動トラ
ンス式のものについて示したが、差動トランス式のもの
に限定されず他のタイプのものであってよい。

［考案の効果］ 上記説明から明らかなように、本考案にかかる硬度計の
変位校正機構は、微小荷重下の圧子の変位測定値と該圧
子に変位を与えるべく設けられた負荷手段に流れる電流
量に対応して定まる予測変位量との差を求め、リアルタ
イムで実際に検出される圧子の変位を校正しつつ、容易
かつ正確に所定測定条件下での荷重−圧子変位量の関係
を測定することが可能となり、所定の測定点で測定され
た荷重−変位曲線から被試験体の硬度を多角的に評価す
ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の校正機構が組込まれた硬度計の断面
図、第２図は、電磁コイル３に流れる電流量と無負荷時
の圧子の変位量（予測変位量）との関係を示すグラフ、
第３図は動作をあらわすフローチャートである。 １……荷重装置、５……変位検出器 ６……圧子、７……試験体 12……計測制御装置、13……記録装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】任意に荷重を加えることができる可変形負
   荷手段と、該可変形負荷手段によって被試験体表面に押
   し付けられる圧子と、該圧子の変位量を検出する圧子変
   位量検出手段とを有する硬度計の変位校正機構であっ
   て、電流量により前記圧子変位量を制御する手段と、該
   電流量に対応して定まる圧子の予測変位量を演算する手
   段と、得られた予測変位量と前記検出手段による変位測
   定値を比較、表示する手段を備えてなることを特徴とす
   る硬度計の変位校正機構。