JPS5918651B2 - 硬さ計測表示方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、試料表面に形成された圧痕から試料の硬さを
計測して表示できるようにした方法および装置に関する
。

従来より、試料表面の圧痕の輪郭を認識して、この輪郭
から圧痕の大きさを計算して硬度値を求めるものがある
。

しかしながら、このような従来の手段では、演算の際に
圧痕の輪郭全体を認識してから硬度値を求めることが行
なわれるので、信号処理が煩雑になるという問題点があ
る。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、モニタ画面上に映し出された像の圧痕の輪郭全体を目
視により認識しながら、この輪郭にマーカを手動で合わ
せることによつて、圧痕の最大寸法を求め、この寸法値
を計算することによつて試料の硬さを求めるとともに、
寸法値、硬度およびマーカをモニタ画面上に表示できる
ようにした、硬さ計測表示方法およびその装置を提供す
ることを目的とする。

このため、本発明の硬さ計測表示方法は、試料表面に形
成された圧痕を固体素子カメラによつて撮像し、モニタ
画面上において、上記試料表面の圧痕像を映し出すとと
もに、同圧痕像にマーカを重畳させて映し出し、ついで
同モニタ画面上において上記マーカを手動によつて伸縮
移動させることにより上記圧痕像の最大寸法位置に重合
させて、上記圧痕の最大寸法値に基づき試料の硬さを表
示することを特徴としている。

また、本発明の硬さ計測表示装置は、試料表面に形成さ
れた圧痕を撮像して電気信号に変換する固体素子カメラ
と、同固体素子カメラからの電気信号を２値化する２値
化回路と、同２値化回路からの２値化された電気信号を
受けて圧痕像として映し出すモニタ画面と、同モニタ画
面上に水平方向または垂直方向のマーカ信号を出力する
マーカ発生回路どをそなえるとともに、同マーカ発生回
路からのマーカ信号を遅延させることにより上記マーカ
の長さと位置とを手動で調整しうる手動コントローラを
そなえ、上記手動コントローラにより調整されたマーカ
信号を受けて試料の圧痕の最大寸法値を演算する第１の
演算回路と、同第１の演算回路からの信号を受けて上記
試料の圧痕の最大寸法値を表示する第１の表示部とが設
けられるとともに、上記第１の演算回路からの信号に基
づいて試料の硬さを演算する第２の演算回路と、同第２
の演算回路からの信号を受けて上記試料の硬さを表示す
る第２の表示部と、上記２値化回路からの２値化された
電気信号および上記マーカ発生回路からのマーカ信号を
合成する合成器とが設けられて、上記モニタ画面が上記
の第１および第２の表示部を兼用していることを特徴と
している。

以下、図面により本発明の一実施例としての硬さ計測表
示方法およびその装置について説明する。添付図は、本
発明による硬さ計測表示装置を示すもので、第１図はそ
の全体構成図、第２，３図はいずれもその要部を示す電
気回路図、第４図はその試料表面の像と硬さの値とを表
示する一例を示す模式図、第５〜９図はいずれも圧痕か
ら試料の硬さを求める手段を示す説明図である。第１図
に示すごとく、圧痕１が形成された試料２の表面へ光を
照射する投光系３が設けられており、この投光系３は光
源としての照明ランプ４、集光レンズ５、ハーフミラー
６および対物レンズ７で構成されている。

また、集光レンズ５とハーフミラー６との間には、偏光
板８が着脱できるように介設されている。

投光系３を通じて試料表面へ照射された光は試料表面で
反射して、この反射光が対物レンズ７、ハーフミラー６
およびリレーレンズや接眼レンズから成るレンズ群９を
通じて導かれるようになつている。すなわち、これらの
対物レンズ７、ハーフミラー６およびレンズ群９で反射
系１０が構成される。なお、対物レンズ７とハーフミラ
ー６は投光系３と反射系１０とに共通な部材として構成
されている。

ところで、レンズ群９に近接して固体素子カメラ１１が
設けられており、この固体素子カメラ１１は、レンズ群
９と対向する位置に設けられて多数の光電変換素子がマ
トリツクス状に配列されて構成された光電変換素子群１
２をそなえている。

これによりこの光電変換素子群１２で反射光を電気信号
に変換することができる。なお、光電変換素子群１２は
、光電変換素子が例えば９．７ｍｍ×１２．７ｉ１のス
ペースに４９０×４０８個程度マトリツクス状に集積化
されて設けられたものである。

また、光電変換素子群１２からの電気信号を２値化する
２値化回路１３が設けられている。

この２値化回路１３は光電変換素子群１２の各光電変換
素子からの電気信号と所定のしきい値とを比較して、こ
のしきい値よりも入力電気信号が大きいときは「１」に
相当する出力信号を、逆に小さいときは「Ｏ」に相当す
る出力信号を出すものである。一般に、圧痕１の部分へ
照射された光の反射光は、試料２の他の表面へ照射され
た光の反射光に比べ、反射系１０に導かれる光量が少な
いため、２値化回路１３により得られる２値化信号は、
圧痕１の部分は「０」に相当する信号となり、圧痕１以
外の部分は「１」に相当する信号となる。

この２値化回路１３からの２値化電気信号は、マトリツ
クスの配列順序に従つて遂次第１，２の表示部としての
ブラウン管１４へ合成器１５を介して供給され、これに
より第４図に示すごとく、そのモニタ画面としてのスク
リーン１４ａ上に圧痕１の像１′７５Ｓ映し出される。
これら、固体素子カメラ１１，２値化回路１３、合成器
１５およびブラウン管１４で圧痕像表示系が構成されて
いる。

なお、合成器１５は、多入力加算回路である。

また、２値化回路１３からの２値化電気信号は、同様に
マトリツクスの配列順序に従つて遂次マイクロコンピユ
ータのごとき第２の演算回路１６へ供給される。第１〜
３図に示すように、第１の演算回路としての水平方向演
算器１７を含む水平方向マーカ発生回路１８と、第１の
演算回路としての垂直方向演算器１９を含む垂直方向マ
ーカ発生回路２０とが設けられており、それぞれ水平方
向マーカ信号ＭＨと垂直方向マーカ信号Ｍとを合成器１
５へ供給するようになつている。

水平方向マーカ発生回路１８を構成する遅延回路２１は
、第２図に示すように、水平ブランキング信号ＢＨを入
力して手動コントローラとしての可変抵抗２２を調整つ
まみ４７ａ〔第４図参照〕で調整することによつて、ブ
ラウン管１４上の符号Ａ〔第４図参照〕で示される水平
方向マーカＭＫＨの開始点を決める信号をパルス発生回
路２３へ供給するようになつている。

このパルス発生回路２３は、手動コントｏ−ラとしての
可変抵抗２４で、すなわちこれに連結する調整つまみ４
７ｂ〔第４図参照〕でパルス幅を調整し、ブラウン管１
４上の符号Ｂ〔第４図参照〕で示される水平方向マーカ
ＭＫＨの終了点を決定したパルス幅信号ＰＨをアンド回
路２５へ供給するようになつている。

さらに、遅延回路２６が設けられており、この遅延回路
２６は垂直ブランキング信号ＢＶを入力して、可変抵抗
２７で水平方向マーカＭＫＨの垂直幅Ｗ，〔第４図参照
〕の上端を決定するようになつており、この上端を決定
した信号はパルス発生回路２８へ供給される。

パルス発生回路２８は、可変抵抗２９でパルス幅を調整
し、水平方向マーカＭＫＨの垂直幅Ｗ，の下端を決定す
るようになつており、この上端・下端の決定された信号
をアンド回路２５へ供給するようになつている。

アンド回路２５は、パルス発生回路２３，２８からのパ
ルス幅信号を受けて、第４図に示す水平方向マーカＭＫ
Ｈを生成する水平方向マーカ信号ＭＨを合成器１５へ供
給するようになつている。

第３図に示すように、垂直方向マーカ発生回２０が設け
られており、この発生回路２０の遅延回路３０は、垂直
ブランキング信号Ｂを入力して手動コントローラとして
の可変抵抗３１を調整つまみ４７ｃ〔第４図参照〕で調
整することによつて、ブラウン管１４上の符号Ｃ〔第４
図参照〕で示される垂直方向マーカＭＫＶの開始点を決
める信号をパルス発生回路３２へ供給するようになつて
いる。このパルス発生回路３２は、手動コントローラと
しての可変抵抗３３で、すなわちこれに連結する調整つ
まみ４７ｄ〔第４図参照〕でパルス幅を調整し、ブラウ
ン管１４上の符号Ｄ〔第４図参照〕で示される垂直方向
マーカＭＫＶの終了点を決定したパルス幅信号ＰＶをア
ンド回路３４へ供給するようになつている。

さらに、遅延回路３５が設けられており、この遅延回路
３５は水平ブランキング信号ＢＨを入力して、可変抵抗
３６で垂直方向マーカＭＫＶの水平幅Ｗ２〔第４図参照
〕の左端を決定するようになつており、この左端を決定
した信号はパルス発生回路３７へ供給される。

パルス発生回路３７は、可変抵抗３８でパルス幅を調幣
し、水平方向マーカＭＫＨの水平幅Ｗ２の右端を決定す
るようになつており、この左端・右端の決定された信号
をアンド回路３４へ供給するようになつている。

アンド回路３４は、パルス発生回路３２，３７からのパ
ルス幅信号を受けて、第４図に示す垂直方向マーカＭＫ
Ｖを生成する垂直方向マーカ信号ＭＶを合成器１５へ供
給するようになつている。

これら、水平、垂直方向マーカ発生回路１８，２０、合
成器１５およびブラウン管１４でマーカ表示系を構成し
ている。さらに、第２図に示すように、水平方向マーカ
発生回路１８を構成する水平方向演算器１７が設けられ
ており、パルス発生回路２３からの水平方向パルス幅信
号ＰＨをカウンタ３９へ入力し、この信号ＰＨが入力し
ている間だけクロツク発生回路４０からの調整されたク
ロツク信号をカウントするようになつている。

このカウンタ４０は、水平ブランキング信号ＢＨをクリ
ア信号として用いており、第４図に示す水平方向マーカ
ＭＫＨの試料２上での水平方向の長さに対応する長さを
カウントして、その出力をラツチ回路４１へ供給する。
ラツチ回路４１は、カウンタ３９からの出力を入力して
、１画面ないし数画面分の間保持する回路であり、この
ラツチ回路４１の出力は第２の演算回路１６へ供給され
るようになつている。また、垂直方向マーカ発生回路２
０を構成する垂直方向演算器１９が設けられており、パ
ルス発生回路３２からの垂直方向パルス幅信号ＰＶをカ
ウンタ４２へ入力し、この信号ＰＶが入力している間だ
けクロツク発生回路４３からの調整されたクロツク信号
をカウントするようになつている。このカウンタ４２は
、垂直ブランキング信号ＢＶをクリア信号として用いて
おり、第４図に示す垂直方向マーカＭＫＶの試料２上で
の垂直方向の長さに対応する長さをカウントして、その
出力をラツチ回路４４へ供給する。ラツチ回路４４は、
カウンタ４２からの出力を入力して、１画面ないし数画
面分の間保持する回路であり、このラツチ回路４４の出
力は第２の演算回路１６へ供給されるようになつている
。

ところで、試料の硬さを示すものとして、ブリネル硬さ
、ビツカース硬さ、ヌープ硬さ等があるが、これらの硬
さは圧痕作成の試験荷重をＦとすると、次のようにして
求められる。ブリネル硬さＨＢを求めるには、第５図に
示すように、圧痕１における所定の２方向の最大寸法Ｄ
ｘ＋ＤｙｄＸ，ｄｙを求め丁をＤｍとすればよく、これ
によりブリネル硬さＨＢは次のようになる。

また、ビツカ一ろ硬さＨＶを求めるには、第６図に示す
ように、圧痕１における所定の２方向の脣杢茅曽？ち対
角線の長さＤＸ′，Ｄｙ′を求め、？をＤｍとすればよ
く、これによりピツカース硬さＨは次のようになる。

ここで、ｋは定数である。

さらに、ヌープ硬さＨＫを求めるには、第８図に示すよ
うに、圧痕１における所定方向の最大寸法２を求めれば
よく、これによりヌープ硬さＨＫは次のようになる。

ここでＫ′は定数である。

応じ上記の演算式を適宜選択して、試料２の硬さを演算
する。

例えば、ビツカース硬さＨＶを求める場合は、上記（２
）式を第２の演算回路１６内においてセツトし、第７図
に斜線で示すごとく圧痕の対角線を含むように中央部に
おける十文字の範囲にマーカを伸縮移動させ、輪郭１ａ
〜１Δにこれらマーカを合わせることにより得られる２
値化電気信号から対角線の長さＤｘ′，Ｄｙ′を求め、
これをデータとして予じめ記憶されているＦやｋの値と
ともに、（２）式を演算して、ビツカース硬さＨＶに相
当する出力を出す。

なお、ブリネル硬さＨＢを求める場合も、前述のビツカ
ース硬さＨＶを求める場合とほぼ同様にして、十文字の
範囲にマーカを伸縮移動させ、輪郭１ａ〜１ｄにこれら
マーカを合わせることによつて得られた信号に基づいて
圧痕１の最大寸法を計測することにより、試料２の硬さ
を求めることが行なわれ、さらにヌープ硬さＨＫを求め
る場合は、第９図に斜線で示すごとく圧痕１の対角線を
含むように中央部分のみにマーカを伸縮移動させ、輪郭
１ａ，１ｂにマーカを合わせることにより得られる信号
に基づいて試料２の硬さを求めることが行なわれる。

そして、この第２の演算回路１６からの出力は図示しな
い適宜のインターフエースを介して第１，第２の表示部
としてのブラウン管１４やプリンタ４５へ入力され、こ
れにより第４図に示すごとく、ブラウン管１４のスクリ
ーン１４ａ上に、水平方向の試料の圧痕の最大寸法Ｌ（
ここでは１２３４），垂直方向の試料の圧痕の最大寸法
Ｌ２（ここでは５６．７）および硬さの値（ここでは８
．９）が表示されたり、プリンタ４５でこれらの値が印
字されたりする。

また、第２の演算回路１６からの出力を計算機４６へ入
力して、この計算機４６で硬さの値に基づき更に所望の
演算処理を行なうこともできる。

ブラウン管１４は第１，第２の表示部を兼用しており、
そのスクリーン１４ａ上には、第４図に示すごとく、圧
痕像Ｖと試料２の硬さの値とが同時に表示され更には圧
痕の水平、垂直方向の長さも表示されるようになつてい
るが、第１，第２の表示部を別々に設けて、例えば圧痕
像１′はブラウン管１４で表示し、試料２の硬さは液晶
素子や二キシ一管によつてデイジタル表示するようにし
てもよい。上述の構成により試料の硬さを計測して表示
するには、投光系３によつて光が試料２の表面に照射さ
れ、試料表面からの反射光が固体素子カメラ１１の光電
変換素子群１２により電気信号に変換されて、この電気
信号が２値化回路１３で２値化されたのち、この２値化
電気信号に基づき、ブラウン管１４のスクリーン１４ａ
上に試料表面の圧痕像Ｖが表示される。

また、上記２値化電気信号に基づき第２の演算回路１６
によつて圧痕１の最大寸法を計測するだけで迅速に試料
２の硬さが計測されて、この硬さの値がブラウン管１４
のスクリーン１４ａ上に圧痕像Ｖとほぼ同時に表示され
るとともにプリンタ４５で印字される。

なお、第２の演算回路１６からの信号は、計算機４６へ
も必要に応じて供給され、所望の演算処理を施される。

このとき、投光系３の光は偏光板８を通じて試料表面へ
照射されているので、圧痕１が例えば２０μｍ以下の微
小な場合でも圧痕１の最大寸法を明確に確認でき、微小
圧痕１を形成された試料２の硬さをも正確に計測して表
示できるのである。

このように偏光板８を通じて光を照射することによつて
圧痕１を明瞭に認識できるのは次の理由による。一般に
圧痕１が微小になると、対・物レンズ７の倍率を４０〜
１００というように高くする必要があり、これにより対
物レンズ７の開口数が大きくなる。

これに伴い、圧痕１の内部からの反射光が多くなり、試
料２の表面からの反射光との差が少なくなるため、圧痕
１の輪郭が不明瞭になるのであるが、偏光板８を投光系
３に介装することにより、投光系３の光を偏光させるこ
とができ、これにより圧痕内部からの反射光と試料２の
表面からの反射光との差を十分大きくできるからである
。

さらに、上述のごとく手動で試料の水平および垂直方向
に計測する手段のほかに、自動化された演算手段をそな
えて併用すれば、この演算手段によつて計測された数値
を、前述の手動手段により得られた数値と照合してこれ
を認識することができる。なお、実施例はマーカが結合
している例を示しているが、水平方向のマーカにおいて
、マーカが左右一対として構成されてもよく、この場合
はパルス発生回路３２および町変抵抗３３と同等のもの
をパルス発生回路３２の後段に設け、別途アンド回路を
設けることにより達成できる。

この一対のマーカの場合も第１〜４図に示した実施例と
ほぼ同様な効果を奉する。垂直方向のマーカにおいても
同様である。以上詳述したように、本発明の硬さ計測表
示方法およびその装置によれば、次のような効果ないし
利点が得られる。

（１）試料表面の圧痕周辺に傷や摸様等この圧痕とまぎ
られしいものがあるような場合等自動計測が困難な場合
にでも、手動によりマーカを伸縮移動させて圧痕像の最
大寸法位置に重ね合わせることができるので、正確な硬
さを測定することができる。

（２）自動計測機能を有する装置においては、自動計測
が正しく行なわれているかどうかのチエツクも行なえる
。

（３）モニタ画面上において、圧痕像と試料の硬さとを
同時に表示することができる。

（４）モニタ画面上におけるマーカにより、圧痕像の現
在計測している最大寸法位置を確認することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての硬さ計測表示方法を実施
するための装置を示すもので、第１図はその全体構成図
、第２，３図はいずれもその要部を示す電気回路図、第
４図はその試料表面の像と硬さの値とを表示する一例を
示す模式図、第５〜９図はいずれも圧痕から試料の硬さ
を求める手段を示す説明図である。 １・・・・・・圧痕、１ｔ・・・・・圧痕像、２・・・
・・・試料、３・・・・・・投光系、４・・・・・・照
明ランプ、５・・・・・・集光レンズ、６・・・・・・
ハーフミラー、７・・・・・・対物レンズ、８・・・・
・・偏光板、９・・・・・・レンズ群、１０・・・・・
・反射系、１１・・・・・・固体素子カメラ、１２・・
・・・・光電変換素子群、１３・・・・・・２値化回路
、１４・・・・・・第１，第２の表示部を兼ねるブラウ
ン管、１４ａ・・・・・・モニタ画面としてのスクリー
ン、１５・・・・・・合成器、１６・・・・・・第２の
演算回路、１７・・・・・・第１の演算回路としての水
平方向演算器、１８・・・・・・水平方向マーカ発生回
路、１９・・・・・・第１の演算回路としての垂直方向
演算器、２０・・・・・・垂直方向マーカ発生回路、２
１・・・・・・遅延回路、２２・・・・・・可変抵抗、
２３・・・・・・パルス発生回路、２４・・・・・・可
変抵抗、２５・・・・・・アンド回路、２６・・・・・
・遅延回路、２７・・・・・・可変抵抗、２８・・・・
・・パルス発生回路、２９・・・・・・可変抵抗、３０
・・・・・・遅延回路、３１・・・・・・可変抵抗、３
２・・・・・・パルス発生回路、〜３３・・・・・・可
変抵抗、３４・・・・・・アンド回路、３５・・・・・
・遅延回路、３６・・・・・・可変抵抗、３７・・・・
・・パルス発生回路、３８・・・・・・可変抵抗、３９
・・・・・・カウンタ、４０・・・・・・クロツク発生
回路、４１・・・ラツチ回路、４２・・・・・・カウン
タ、４３・・・・・・クロツク発生回路、４４・・・・
・・ラツチ回路、４５・・・・・・プリンタ、４６・・
・・・・計算機、４７ａ〜４７ｄ・・・・・・調整つま
み。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料表面に形成された圧痕を固体素子カメラによつ
   て撮像し、モニタ画面上において、上記試料表面の圧痕
   像を映し出すとともに、同圧痕像にマーカを重畳させて
   映し出し、ついで同モニタ画面上において上記マーカを
   手動によつて伸縮移動させることにより上記圧痕像の最
   大寸法位置に重合させて、上記圧痕の最大寸法値に基づ
   き試料の硬さを表示することを特徴とする、硬さ計測表
   示方法。 ２ 試料表面に形成された圧痕を撮像して電気信号に変
   換する固体素子カメラと、同固体素子カメラからの電気
   信号を２値化する２値化回路と、同２値化回路からの２
   値化された電気信号を受けて圧痕像として映し出すモニ
   タ画面と、同モニタ画面上に水平方向または垂直方向の
   マーカ信号を出力するマーカ発生回路とをそなえるとと
   もに、同マーカ発生回路からのマーカ信号を遅延させる
   ことにより上記マーカの長さと位置とを手動で調整しう
   る手動コントローラをそなえ、上記手動コントローラに
   より調整されたマーカ信号を受けて試料の圧痕の最大寸
   法値を演算する第１の演算回路と、同第１の演算回路か
   らの信号を受けて上記試料の圧痕の最大寸法値を表示す
   る第１の表示部とが設けられるとともに、上記第１の演
   算回路からの信号に基づいて試料の硬さを演算する第２
   の演算回路と、同第２の演算回路からの信号を受けて上
   記試料の硬さを表示する第２の表示部と、上記２値化回
   路からの２値化された電気信号および上記マーカ発生回
   路からのマーカ信号を合成する合成器とが設けられて、
   上記モニタ画面が上記の第１および第２の表示部を兼用
   していることを特徴とする、硬さ計測表示装置。