JPH06308004A

JPH06308004A - 硬度測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JPH06308004A
Application number: JP5298099A
Authority: JP
Inventors: Navas Garcia Jose M Las; マリアラスナヴァスガルシアホセ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷できる荷重の範囲が広く、かつ任意の荷
重を設定でき、測定作業を自動化できる硬度試験機を提
供することを目的としている。【構成】パーソナルコンピュータＣに制御されたステ
ップモータ１が、顕微鏡のステージ２を上昇させ、ロー
ドセル５に設けられた圧子４に試験片３を押し付ける。
パーソナルコンピュータはリアルタイムでステージ２に
加わる荷重を測定する。ロードセル５が予め設定された
荷重に達すると、ステップモータ１が逆転してステージ
を降下させる。形成されたくぼみが、自動電動テーブル
により顕微鏡Ｍの対物レンズの真下に持って来られる。
コンピュータの指示により、ビデオカメラによってくぼ
みの映像が撮影され、くぼみのサイズが測定される。パ
ーソナルコンピュータは、負荷された荷重とくぼみのサ
イズとの関数として硬度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硬度の測定方法と測定
装置に関する。特にこの方法と装置とは、ロードセルか
らの信号に対して応答を示すものであり、この信号は、
試験片にくぼみを形成する荷重を示し、その後、荷重は
除去される。

【０００２】

【従来の技術】現在、特に金属等の硬度、あるいは微小
硬度を測定するシステムとしては、ブリネル、ビッカー
ス、又はロックウェル等の方法が知られている。これら
の方法では、ボールやダイヤモンドの圧子に既知量の重
りを載せて、試験片にくぼみを形成する。重りと圧子と
が取り除かれ、試験片は光学計算装置に移動され、前記
重りと圧子とにより試験片に形成されたくぼみのサイズ
を計測し、硬度を算出している。

【０００３】

【発明の概要】本発明は、重りを使用しない押し込み装
置を提供し、さらには、自動化又は半自動化された硬度
測定方法及び装置を提供することを目的としている。

【０００４】上記の目的を達成するために、本発明は、
ロードセル装置に圧子を取り付ける方法を採用してい
る。ロードセルは圧子と試験片との間に加わる荷重が増
大するに連れ、荷重に比例した信号を発生する。この信
号により、圧子と試験片との間に予め予定された荷重が
加わったことが分かると、この信号に基づいて荷重の付
加は停止される。また、別の実施例では、荷重が予め設
定された値に達したときのみ、ロードセルからの信号を
得るようにしている。試験片には、圧子と荷重とによっ
てくぼみが形成され、くぼみは、そのサイズを、光学的
に測定され、サイズから硬度が算出される。

【０００５】

【実施例】以下に図面に基づいて本発明の好ましい実施
例を説明するが、これは本発明の範囲を限定するもので
はない。

【０００６】図１(a) のＭは、顕微鏡を示す。この顕微
鏡は、できれば（出願時に発明者が最良と判断したとこ
ろによると）、Union Optical 社製 Examet 型三眼ヘッ
ド保有の反射光顕微鏡（reflected light microscope)
を使用するとよい。顕微鏡Ｍにはノブ２Ａが備わってお
り、ノブが回転すると、顕微鏡のステージ２は顕微鏡の
光軸に沿って、つまり、図１(a) の上下方向に移動す
る。

【０００７】ステップモータ１が顕微鏡の側部に設けら
れ、ノブ２Ａとの間にベルト１Ａが掛けられている。ス
テップモータが回転すると、ベルトがステージ２を上述
したように昇降させ、ロードセル５に設けられた圧子４
に試験片３を押し付ける。ステップモータは、好ましく
は、Phytron 社製モデルZSS を使用する。ステップモー
タとノブ間に取り付けるベルト１Ａの配設については、
充分に公知のことであり、さらに説明する必要はないで
あろう。

【０００８】顕微鏡の光路中にある顕微鏡ステージ２の
表面、すなわち、図１のステージ上面には、電動式の可
動台６が設けられている。この電動式の可動台６で、そ
のテーブル上の試験片３を、圧子４と整合する位置から
顕微鏡の光路上に移動させる。好ましくは、上記可動台
６はMark houser 社製モデルMT MOT 50 ×50とする。圧
子４は、ロードセル５に取り付けるが、この圧子はAlbe
rt Ernehm 社製が望ましい。ロードセル５では、顕微鏡
のステージ２の移動方向、すなわち、図１(a)の上下方
向に圧子に加わる力に比例した信号が得られる。できれ
ば、このロードセルは、Huntlight 社製のモデル505-H
を使用する。

【０００９】顕微鏡はレンズと照明を取り付けた組立体
Ｌ構成とし、この組立体を使って顕微鏡の光軸に沿った
観察ができる。顕微鏡はビデオカメラ７を有し、顕微鏡
の視野を観察し、くぼみのサイズを測定する。このビデ
オカメラはHitachi 社製を使用した。

【００１０】ステップモータ１、電動式テーブル６、ロ
ードセル５及びビデオカメラ７はいずれも適当なケーブ
ル線を使ってパーソナルコンピュータＣに接続される。
このパーソナルコンピュータには、IBM 社製のモデル38
6 を使用した。

【００１１】本方法による装置を操作する場合、電動式
の移動台６上に試験片３を据え、この移動台６は必要に
応じ、ステージ２が上方に移動するとき、試験片３が圧
子４に当接するようにパーソナルコンピュータＣの制御
操作により試験片の位置決めをする。その後、コンピュ
ータがステップモータを作動させ、ステージ２を上方に
移動させる。

【００１２】顕微鏡のステージ２が上方に移動すると、
試験片３が上昇して圧子４に当接するようになり、試験
片と圧子間の圧接力は、ステップモータの運転が継続さ
れるにつれて増大し続ける。ロードセルからコンピュー
タに搬送される対応デジタル信号は、圧接力が増大する
のに伴って増大し、最終的には信号値はコンピュータ内
の予定された設定値に見合うようになる。ロードセルか
らの信号を試験片と圧子間での応力値に換算するデータ
は、ロードセルのメーカから提供されるが、応力対信号
の換算技術は、当業者には充分公知であることから、さ
らに詳しく説明する必要はないであろう。

【００１３】ロードセルからの信号がコンピュータに予
め設定された値に達すると、コンピュータのプログラム
によりステップモータを停止させる。さらに、パーソナ
ルコンピュータのプログラムによりステップモータは逆
転し、少なくとも、試験片３と圧子４とが接触しない充
分な間隔に開くまで、顕微鏡のステージ２を下降させ
る。パーソナルコンピュータのプログラムにより電動式
の移動台６が駆動され、試験片は顕微鏡の光路内に移動
する。試験片は、こうしてレンズＬにより観察され、く
ぼみのサイズが測定される。

【００１４】パーソナルコンピュータのプログラムは、
ビデオカメラにも指示を出して、試験片の観察をさせ
る。プログラムにより電動式移動台に試験片を移動さ
せ、最終的にビデオカメラを用いて、圧子と試験片間の
力により試験片内に生じたくぼみを鮮明に示す視野を観
察する。パーソナルコンピュータのプログラムの視野把
握のためのルーチン操作で、ビデオカメラのくぼみ観察
データから、材料試験片の硬度が測定（計算）される。
ビデオカメラのくぼみ観察と、これから材料硬度を得る
ための視野把握については、Servodata 社製のプログラ
ムを使用した。

【００１５】パーソナルコンピュータは、好ましくは、
IBM 社製モデル386 を採用する。上記方法と装置による
該パーソナルコンピュータプログラムのフローシートを
図２に示す。

【００１６】図３は、本発明の装置のブロック図であ
る。同図において、パーソナルコンピュータＰＣは、シ
ステム全体を制御するもので、ｘ，ｙ，ｚ軸にモータを
動かすステップモータ制御カード、ロードセルからの信
号を集めるＡ／Ｄカードを制御し、キーボードからのデ
ータを受け取ってプリンタやＰＣモニタに送る。

【００１７】Ａ／Ｄカードは、パーソナルコンピュータ
ＰＣに制御され、ロードセルのアナログ信号をデジタル
信号に変換する。ステップモータ制御カードは、パーソ
ナルコンピュータＰＣに制御され、ｘ−ｙテーブルを動
かして、くぼみが形成される位置から顕微鏡で観察され
る位置に移動する。くぼみ観察のために、ｚ軸方向にも
移動できる。

【００１８】ｘ−ｙテーブルは、ステップモータ制御カ
ードにより制御され、コンピュータのプログラムにした
がって移動する。Ｚ軸モータは、ステップモータ制御カ
ードにより制御され、テーブルを動かし、試験片をコン
ピュータのプログラムに従って昇降させる。

【００１９】プリアンプ＋励起装置は、ロードセルから
の信号を増幅した後、応力に比例したアナログ信号をＡ
／Ｄカードに送る。ロードセルは検知した応力に比例す
るアナログ信号を発生する。キーボードは、データ入力
のために使用する。プリンタは、結果やグラフを印刷す
る。モニタＰＣは結果やグラフを表示する。

【００２０】本発明は、本発明の記載された実施例に限
定されるものではなく、当業者が想定し得る変形を包含
することは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】本発明は次のような多数の利点を有す
る。 (1) 荷重を任意に設定することができ、たとえば、従来
の微小硬度試験機では１０，２５，５０，１００，２０
０，５００，１０００ｇという具合に、たった６〜９種
の重錘しか使用できないのに対し、本発明のロードセル
では５〜２０００ｇの荷重を任意に負荷することがで
き、市販のどの製品よりも荷重範囲が広い。 (2) また、硬度測定を自動的に行うことができる。 (3) 従来のどの試験機よりも短時間で測定できる。一回
の測定で８〜１０秒短縮できる。 (4) 現在利用可能な装置のどのタイプよりも、安価に製
造できる。 (5) 本発明の装置を顕微鏡に組み込んだ場合、（適当な
ソフトウェアの使用により）顕微鏡の利用範囲を拡げ、
金属構造体の映像解析を可能とする。 (6) 連続測定の際、一回毎に異なる重量を自動的に圧子
に負荷することができる。このことは従来の試験機では
不可能なことであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の試験機の構成を示す側面図、
(b) は(a) の丸で囲ったＢ部の拡大図、(c) はパーソナ
ルコンピュータの斜視図である。

【図２】本発明の作用を示すフローシートである。

【図３】本発明の装置のブロック図である。

【符号の説明】

１ステップモータ２顕微鏡ステージ３試験片４圧子５ロードセル６電動移動台７ビデオカメラＭ顕微鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】材料の試験片とロードセルに取付けられ
た圧子とを相互に充分に圧接し、圧子で試験片にくぼみ
を形成する工程と、ロードセルからの信号により、試験片と圧子との間に所
定の力が加わったのを確認する工程と、該所定の力が加わった時点で圧接を停止する工程と、該試験片に形成されたくぼみを光学的に測定して前記材
料の硬度を求める工程と、を有することを特徴とする材
料の硬度測定方法。
【請求項２】材料の試験片とロードセルに取付けられ
た圧子とを相互に充分に圧接し、圧子で試験片にくぼみ
を形成する手段と、ロードセルからの信号により、試験片と圧子との間に所
定の力が加わったのを確認する手段と、該所定の力が加わった時点で圧接を停止する手段と、該試験片に形成されたくぼみを光学的に測定して前記材
料の硬度を求める手段と、を有することを特徴とする材
料の硬度測定。