硬度試驗的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種構成簡易，能夠以和物鏡的倍率對應的、適當的光量對試驗片進行照明的硬度試驗機。物鏡中一個移動到和試驗片上的壓痕相對的位置的情況下，此時的物鏡轉換器的旋轉角度位置通過位置傳感器64被檢測出，其位置信號通過控制部(80)讀取。控制部（80）基于通過位置傳感器(64)檢驗出的物鏡轉換器的旋轉角度位置，讀出在存儲部(81)中存儲的、通過LED光源(41)對壓痕進行照明時的光量。而且，控制部(80)控制光量調整部(69)以使LED光源(41)的光量變更為被設定的光量。
【專利說明】硬度試驗機
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量試驗片硬度的硬度試驗機。
【背景技術】
[0002]這樣的硬度試驗機的結構如下:其具有載置試驗片的載置臺；用于在該試驗片的表面形成壓痕的壓頭；在試驗位置上，通過將壓頭按壓到試驗片而將試驗力賦予給壓頭的負載機構；用于對在試驗片的表面所形成的壓痕進行照明的光源；和用于觀察通過光源照明了的壓痕的、互相倍率不同的多個物鏡，該硬度試驗機基于在試驗片的表面上所形成的壓痕的尺寸對試驗片的硬度進行測量。
[0003]關于這樣的硬度試驗機，為了準確地測量在試驗片的表面所形成的壓痕的尺寸，按照壓痕的尺寸，選擇能夠觀察壓痕整個區域的最大倍率的物鏡，以對該壓痕的尺寸進行測量。
[0004]像這樣，按照壓痕的尺寸選擇物鏡的情況下，在使用高倍率的透鏡測量壓痕的尺寸時，為了防止圖像變暗，需要提高光源的光量。但是，在保持維持較高光量的狀態下使用低倍率的透鏡對壓痕的尺寸進行測量的情況下，存在由于光量過高產生光暈，通過攝像機和目鏡無法確認壓痕這樣的問題。
[0005]在專利文獻I中揭示了具有自動調光單元的硬度試驗機，該自動調光單元自動調整照明裝置的照射光量，以使得從照明裝置照射、由樣本的表面反射并入射到CCD攝像機的光的亮度收束在規定范圍內。又，在專利文獻2中，揭示有如下那樣的硬度試驗機，其為了對應由于物鏡變化了的情形等導致光量的微調整不同的情況，具有對在樣本表面反射后通過鏡筒內的光進行受光的光量傳感器，根據從該光量傳感器得到的光量數據對光源的發光量進行調整。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻I日本特開2005-337973號公報
[0009]專利文獻2日本特開2001-324434號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的課題
[0011]關于在專利文獻I和專利文獻2中記載的硬度試驗機，作為實行光量的調整的前提，需要將光量傳感器配備在裝置上，因此裝置的成本增高，且裝置構成也復雜。
[0012]本發明是為了解決上述課題而作出的，本發明的目的是提供一種具有簡易的構成，且能夠以對應物鏡的倍率的適當的光量對試驗片進行照明的硬度試驗機。
[0013]解決課題的手段
[0014]技術方案I記載的發明的硬度試驗機具有:載置試驗片的載置臺；用于在所述試驗片的表面形成壓痕的壓頭；通過將所述壓頭按壓至所述試驗片對所述壓頭賦予試驗力的負載機構；用于對在所述試驗片的表面所形成的壓痕進行照明的光源；用于觀察通過所述光源照明了的壓痕的、互相倍率不同的多個物鏡；以及旋轉構件，所述旋轉構件通過支撐所述壓頭和所述多個物鏡且進行旋轉，使所述壓頭或者所述物鏡的某一個移動到與被載置在所述載置臺上的試驗片相對的位置，所述硬度試驗機的特征在于，具有:檢驗出所述旋轉構件的旋轉角度位置的位置傳感器；調整所述光源的光量的光量調整部；存儲部，其存儲被配置在與被載置在所述載置臺上的試驗片相對的位置的物鏡的倍率和通過所述光源對所述壓痕進行照明時的光量的關系；以及控制部，其基于通過所述位置傳感器檢驗出的所述旋轉構件的旋轉角度位置，讀出存儲在所述存儲部中的、通過光源對所述壓痕進行照明時的光量，控制所述光量調整部，以變更所述光源的光量。
[0015]技術方案2記載的發明的硬度試驗機，其特征在于，在所述壓頭被配置在與被載置在所述載置臺上的試驗片相對的位置時，所述控制部使所述光源熄燈。
[0016]發明效果
[0017]根據技術方案I中記載的發明，基于旋轉部件的旋轉角度位置，讀出通過光源對壓痕進行照明時的光量，控制光量調整部，以改變光源的光量，由此能夠以對應物鏡的倍率的適當的光量對試驗片進行照明，且能夠準確地測量壓痕的尺寸。這時，不需要使用光量計等，因此能夠將裝置簡易化，且能夠降低其制造成本。
[0018]根據技術方案2中記載的發明，在壓子被配置在和試驗片相對的位置時，使光源熄燈。由此在對試驗片的壓痕的形成動作中，能夠防止不需要的電力的消耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明所涉及的硬度試驗機的概略圖。
[0020]圖2是對XY載物臺12進行升降的升降機構的概要圖。
[0021]圖3是示出在物鏡轉換器20被支撐的物鏡等的配置的說明圖。
[0022]圖4是用于對壓頭19和壓頭21賦予試驗力的負載機構和用于觀察在試驗片100上所形成的壓痕的光學系統的概要圖。
[0023]圖5是示意性地示出通過壓頭21在試驗片100上形成壓痕的情況的說明圖。
[0024]圖6是示出在試驗片100所形成的壓痕的俯視圖。
[0025]圖7是示出該發明所涉及的硬度試驗機的主要的控制系統的框圖。
[0026]圖8是由顯示部55所顯示的光量調整裝置70的概要圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，基于附圖對本發明的實施形態進行說明。圖1是本發明所涉及的硬度試驗機的概略圖。圖2是對XY載物臺12進行升降的升降機構造的概要圖。
[0028]該硬度試驗機具有臺11和被配置在臺11上的、作為載置試驗片100的載物臺的XY載物臺12。XY載物臺12是用于使試驗片100在X方向(圖1中的左右方向)和Y方向(圖1中的垂直于紙面的方向)移動的部件。在該XY載物臺12上，附設有用于使試驗片100在X方向移動的電動機13和用于使試驗片100在Y方向移動的電動機14。又，XY載物臺12構成為通過圖2中示出的升降機構的作用而在上下方向(Z方向)升降的結構。S卩，支撐XY載物臺12的支撐部51通過在其側面形成有齒軌53的升降部件52被支撐。該升降部件52上的齒軌53與通過電動機15的驅動而旋轉的小齒輪54嚙合。因此，XY載物臺12通過電動機15的驅動進行升降。
[0029]又，該硬度試驗機具有用于通過目視觀察試驗片100的目鏡16 ;用于對試驗片100進行攝影的攝像機17 ;支撐壓頭21和物鏡23、24等且進行旋轉的物鏡轉換器20。該物鏡轉換器20通過操作旋鈕26或者通過后面敘述的電動機30的驅動，以朝向鉛垂方向的軸為中心進行旋轉。又，該硬度試驗機具有也能作為輸入部和顯示部發揮作用的觸屏式的液晶顯示部59。
[0030]圖3是示出在物鏡轉換器20上被支撐的物鏡等的配置的說明圖。
[0031]在物鏡轉換器20上配置有:按壓至被載置在XY載物臺12上的試驗片100的一對壓頭19、21 ;和5倍的物鏡22、10倍的物鏡23、40倍的物鏡24以及100倍的物鏡25。這些壓頭19、21以及物鏡22、23、24、25被配置在以物鏡轉換器20的旋轉中心C為中心的圓上。又，不限制物鏡22、23、24、25的倍率以及配置個數。
[0032]再次參照圖1，該材料試驗機與計算機50相連接，該計算機50由用于顯示試驗片100的表面的像的CRT等的顯示部55 ;作為用于輸入各種數據的輸入單元而發揮作用的鍵盤57及鼠標58 ;以及主體56構成。
[0033]圖4是用于對壓頭19和壓頭21賦予試驗力的負載機構和用于觀察在試驗片100上所形成的壓痕的光學系統的概要圖。又，圖4示出在圖3中用點劃線表示的位置的截面。
[0034]該硬度試驗機具有:對壓頭19、21賦予試驗力的負載機構；和用于對在XY載物臺12上被載置的試驗片100進行照明且觀察壓痕的光學系統，所述試驗力用于相對于試驗片100對壓頭19、21的頂端進行按壓。
[0035]如圖4所示，物鏡轉換器20的軸筒27通過軸承29與旋轉軸28相連，通過操作旋鈕26或者通過后面敘述的電動機30的驅動，以朝向鉛垂方向的旋轉軸28為中心進行旋轉。在圖4中示出的是，利用物鏡轉換器20的旋轉通過負載傳遞軸36對壓頭21賦予試驗力的情況，即，壓頭21是被配置在和在圖1中示出的試驗片100相對的位置的情況。對壓頭19賦予試驗力的情況下，壓頭19被配置在圖4中示出的壓頭21的位置。
[0036]負載機構具有能夠以朝向水平方向的軸31為中心搖動的桿32。在桿32的一端配置有中空的按壓部35。該按壓部35的構成為伴隨桿32的搖動，對被附設在與壓頭21連接的負載傳遞軸36的端部的抵接部37進行按壓。又，在桿32的另一端附設有永磁鐵33。在該永磁鐵33的外部配置有電磁線圈34。通過該永磁鐵33和電磁線圈34，構成音圈電動機。該音圈電動機成為電磁式的負載機構，其能夠通過控制在電磁線圈34流動的電流，對利用被配置在負載傳遞軸36的頂端的壓頭21向試驗片100施加的試驗力進行控制。
[0037]又，在該實施形態中，能夠使此刻的試驗力以例如2kgf、lkgf、0.5kgf、0.3kgf、
0.2kgf、0.lkgf、0.05kgf、0.025kgf、0.0lkgf 階段性地變化。
[0038]負載傳遞軸36由將上下的板簧61通過支撐部件62固定在物鏡轉換器20的軸筒27上的羅貝瓦爾結構(口 〃一〃構造)所支撐，且能夠根據通過負載機構被賦予的試驗力來升降。在負載傳遞軸36上連接有檢測該負載傳遞軸36的移動量的差動變壓器式的位移檢測器60。該位移檢測器60通過支撐部件63與物鏡轉換器20的軸筒27連接，通過物鏡轉換器20的旋轉和負載傳遞軸36同步地移動。又，該位移檢測器60用于對試驗片100的表面進行檢測。即，始終對用極其微小的力使壓頭21下降時的移動量進行檢測，在壓頭21的移動停止時，判斷為壓頭21和試驗片100的表面抵接。
[0039]光學系統具有:LED光源41 ;將來自LED光源41的光導向水平方向的光筒42 ;為了從上方對試驗片100照明將通過光筒42所引導的光引導至按壓部35的中空部、且使來自試驗片100的表面的反射光透過至攝像機17側的半透半反鏡43 ;將透過了半透半反鏡43的；來自試驗片100的表面的反射光分開至目鏡16以及攝像機17的半透半反鏡44。物鏡22被配置在圖4中的負載傳遞軸36的位置、即形成在試驗片100上的壓痕的觀察位置的情況下，來自試驗片100的表面的反射光通過按壓部35的中空部、物鏡22、半透半反鏡43、44入射到目鏡16以及攝像機17。由此，能夠通過目鏡16觀察試驗片100的放大像，且能夠將通過攝像機17所攝影的放大像顯示在計算機50的顯示部55上。其他的物鏡23、24、25被配置在壓痕的觀察位置的情況也和物鏡22的情況同樣。
[0040]圖5是示意性地示出通過壓頭21在試驗片100上形成壓痕的情況的說明圖，圖6是示出在試驗片100上所形成的壓痕的俯視圖。
[0041]一對壓頭19、21中的壓頭21是用于進行作為硬度試驗的維氏硬度試驗的壓頭，其頂端是四棱錐形狀。如圖5所示，該壓頭21通過圖4中示出的負載機構的作用在試驗片100的表面被壓入深度h。然后，解除其試驗力，使圖1中示出的物鏡轉換器20旋轉以使所希望的倍率的物鏡移動至與試驗片100相對的位置。從通過物鏡、攝像機17得到的、在試驗片100的表面所形成的壓痕(凹處)的圖像,對壓痕的對角線長度d [d = (dx + dy) / 2]進行測量(參照圖6)。維氏硬度與試驗力除以凹處的表面積所得到的值成比例，所述凹處假設是底面為正方形、且其頂點的角度和壓頭21相同的角錐。然后，根據從壓痕的對角線長度d (mm:毫米)求出的凹處的表面積和試驗力，算出維氏硬度。
[0042]這里，將試驗力設為F (N:牛頓)的情況下，維氏硬度HV用下述的算式(I)表示。
[0043]HV = 0.1891 (F/d2)...(I)
[0044]又，作為一對壓頭19、21中的另一個壓頭19，例如使用在努普硬度試驗中采用的菱形的金字塔型的壓頭。
[0045]圖7是示出該發明所涉及的硬度試驗機的主要的控制系統的框圖。
[0046]該硬度試驗機具有控制裝置整體的控制部80。該控制部80與上述的攝像機17、液晶顯示部59、位移檢測器60、電磁線圈34、計算機50、使物鏡轉換器20的旋轉的電動機30以及使XY載物臺12在X、Y、Z方向移動的電動機13、14、15連接。又，該控制部80通過用于調整LED光源41的光量的光量調整部69，和LED光源41連接。又，該控制部80和用于檢測物鏡轉換器20的旋轉角度位置的位置傳感器64連接。
[0047]進一步，該控制部80和存儲部81連接。如后所述，被配置在與被載置在載置臺上的試驗片相對的位置的物鏡的倍率和此時通過LED光源41對壓痕進行照明時的光量的關系作為表格被存儲在該存儲部81中。S卩，在使用各物鏡22、23、24、25時，通過攝像機17被拍攝的、在顯示部55所顯示的圖像與各物鏡22、23、24、25的倍率相對應，最合適的LED光源41的光量作為表格被存儲在該存儲部81中。該光量是預先在實驗中所求出的。又，關于被存儲在存儲部81中的表格，存儲有在壓頭19或者壓頭21被配置在與被載置在載置臺上的試驗片100相對的試驗位置時，將光量作為零，即熄滅LED光源41的數據。
[0048]又，也可以將該控制部80配置在計算機50的主體56的內部等，以代替如該實施形態中那樣地將該控制部80配置在硬度試驗機的裝置主體內。[0049]利用具有以上那樣的構成的硬度試驗機進行硬度試驗的情況下，最初，通過電動機30的驅動使物鏡轉換器20旋轉，使壓頭19或者壓頭21移動到與試驗片100相對的試驗位置。這里，在進行維氏硬度試驗時，將壓頭21配置在試驗位置，在進行努普硬度試驗時，將壓頭19配置在試驗位置。
[0050]壓頭21或者壓頭19被配置在試驗位置的情況下，基于被存儲在存儲部81中的數據，LED光源41熄燈。由此，能夠降低電力消耗量。例如，在進行JIS (日本工業標準)G0559:2208“鋼的火焰淬火以及高頻淬火固化層深度測量方法”時，關于在試驗片上連續地形成多個壓痕的情況，壓痕的形成需要較長的時間。這時，通過在對試驗片100的壓痕的形成動作中將LED光源41熄燈，能夠降低消耗電力。
[0051]在試驗片100上形成了需要的壓痕的話，通過電動機30的驅動使物鏡轉換器20旋轉，以使物鏡22、23、24、25中的一個移動到和試驗片100上的壓痕相對的位置。這時，物鏡22、23、24、25中的、與壓痕的尺寸對應的物鏡被配置在和壓痕相對的位置。
[0052]物鏡22、23、24、25中一個移動到和壓痕相對的位置的情況下，此時的物鏡轉換器20的旋轉角度位置通過位置傳感器64被檢測出，其位置信號通過控制部80讀取。控制部80基于通過位置傳感器64檢驗出的物鏡轉換器20的旋轉角度位置，讀出在存儲部81中存儲的、通過LED光源41對壓痕進行照明時的光量。而且，控制部80控制光量調整部69以使LED光源41的光量變更為被設定的光量。通過LED光源41照明的壓痕圖像由攝像機17攝像，在顯示部55被顯示。這時，能夠以與被選擇的物鏡的倍率對應的、適當的光量對試驗片100進行照明，由此由攝像機17所攝像的、在顯示部55被顯示的圖像是清晰的。
[0053]又，根據在顯示部55所顯示的圖像，判斷為需要調整LED光源41的光量的情況下，操作者通過操作計算機50中的鍵盤57或者鼠標58，在顯示部55顯示光量調整裝置。
[0054]圖8是顯示部55所顯示的光量調整裝置70的概要圖。
[0055]關于調整LED光源41的光量的情況,拖動顯示部55所顯示的光量調整裝置70中的滑塊71，使其左右地移動，或者，點擊減光按鈕72或増光按鈕73。由此，光量變更信號從控制部80被發送到光量調整部69，以調整LED光源41的光量。調整后的光量被存儲在存儲部81中，更新表示物鏡的倍率和LED光源41的光量的表格。
[0056]控制部80根據通過攝像機17得到的在試驗片100的表面上所形成的壓痕的圖像，測量壓痕的對角線長度d。維氏硬度與試驗力除以凹處的表面積所得到的值成比例，所述凹處假設是底面為正方形、且其頂點的角度和壓子21相同的角錐。關于控制部80，根據從壓痕的對角線長度求出的凹處的表面積和試驗力，算出維氏硬度，其值根據需要被顯示在顯示部55上。
[0057]如以上那樣地，關于該實施形態所涉及的試驗機，基于物鏡轉換器20的旋轉角度位置，變更LED光源41的光量，由此能夠以與物鏡的倍率對應的、適當的光量對試驗片100進行照明，能夠準確地測量壓痕的尺寸。這時，不需要使用光量計等的構件，因此能夠將裝置簡易化，且能夠降低其制造成本。而且，在壓子21或者壓頭19被配置在和試驗片相對的位置時，使LED光源41熄燈，由此在對試驗片100的壓痕的形成動作中，能夠防止不需要的電力的消耗。
[0058]符號說明
[0059]11 臺[0060]12XY 載物臺
[0061]13電動機
[0062]14電動機
[0063]15電動機
[0064]16 目鏡
[0065]17攝像機
[0066]18顯示部
[0067]19 壓頭
[0068]20物鏡轉換器
[0069]21 壓頭
[0070]22 物鏡
[0071]23 物鏡
[0072]24 物鏡
[0073]25 物鏡
[0074]26 旋鈕
[0075]27 軸筒
[0076]28旋轉軸
[0077]29 軸承
[0078]30電動機
[0079]31 軸
[0080]32 桿
[0081]33永磁鐵
[0082]34電磁線圈
[0083]35按壓部
[0084]36負載傳遞軸
[0085]38 螺栓
[0086]41LED 光源
[0087]42 光筒
[0088]43半透半反鏡
[0089]44半透半反鏡
[0090]50計算機
[0091]53 齒軌
[0092]54小齒輪
[0093]55顯不部
[0094]56 主體
[0095]57 鍵盤
[0096]58 鼠標
[0097]59液晶顯示部
[0098]60位移檢測器[0099]61 板簧
[0100]62支撐構件
[0101]63支撐構件
[0102]64位置傳感器
[0103]69光量控制部
[0104]70光量調整裝置
[0105]71 滑塊
[0106]72減光按鈕
[0107]73増光按鈕
[0108]80控制部
[0109]81存儲部
[0110]100 試驗片。
【權利要求】
1.一種硬度試驗機，其具有:載置試驗片的載置臺；用于在所述試驗片的表面形成壓痕的壓頭；通過將所述壓頭按壓至所述試驗片對所述壓頭賦予試驗力的負載機構；用于對在所述試驗片的表面所形成的壓痕進行照明的光源；用于觀察通過所述光源照明了的壓痕的、互相倍率不同的多個物鏡；以及旋轉構件，所述旋轉構件通過支撐所述壓頭和所述多個物鏡且進行旋轉，使所述壓頭或者所述物鏡的某一個移動到與被載置在所述載置臺上的試驗片相對的位置，所述硬度試驗機的特征在于，具有: 檢驗出所述旋轉構件的旋轉角度位置的位置傳感器； 調整所述光源的光量的光量調整部； 存儲部，其存儲被配置在與被載置在所述載置臺上的試驗片相對的位置的物鏡的倍率和通過所述光源對所述壓痕進行照明時的光量的關系；以及 控制部，其基于通過所述位置傳感器檢驗出的所述旋轉構件的旋轉角度位置，讀出存儲在所述存儲部中的、通過光源對所述壓痕進行照明時的光量，控制所述光量調整部，以變更所述光源的光量。
2.根據權利要求1所述的硬度試驗機，其特征在于，在所述壓頭被配置在與被載置在所述載置臺上的試驗片相對的位置時，所述控制部使所述光源熄燈。
【文檔編號】G01N3/40GK103575605SQ201210353485
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年9月20日 優先權日:2012年7月19日
【發明者】巖永幸滿 申請人:株式會社島津制作所