硬度试验的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种构成简易，能够以和物镜的倍率对应的、适当的光量对试验片进行照明的硬度试验机。物镜中一个移动到和试验片上的压痕相对的位置的情况下，此时的物镜转换器的旋转角度位置通过位置传感器64被检测出，其位置信号通过控制部(80)读取。控制部（80）基于通过位置传感器(64)检验出的物镜转换器的旋转角度位置，读出在存储部(81)中存储的、通过LED光源(41)对压痕进行照明时的光量。而且，控制部(80)控制光量调整部(69)以使LED光源(41)的光量变更为被设定的光量。
【专利说明】硬度试验机
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量试验片硬度的硬度试验机。
【背景技术】
[0002]这样的硬度试验机的结构如下:其具有载置试验片的载置台；用于在该试验片的表面形成压痕的压头；在试验位置上，通过将压头按压到试验片而将试验力赋予给压头的负载机构；用于对在试验片的表面所形成的压痕进行照明的光源；和用于观察通过光源照明了的压痕的、互相倍率不同的多个物镜，该硬度试验机基于在试验片的表面上所形成的压痕的尺寸对试验片的硬度进行测量。
[0003]关于这样的硬度试验机，为了准确地测量在试验片的表面所形成的压痕的尺寸，按照压痕的尺寸，选择能够观察压痕整个区域的最大倍率的物镜，以对该压痕的尺寸进行测量。
[0004]像这样，按照压痕的尺寸选择物镜的情况下，在使用高倍率的透镜测量压痕的尺寸时，为了防止图像变暗，需要提高光源的光量。但是，在保持维持较高光量的状态下使用低倍率的透镜对压痕的尺寸进行测量的情况下，存在由于光量过高产生光晕，通过摄像机和目镜无法确认压痕这样的问题。
[0005]在专利文献I中揭示了具有自动调光单元的硬度试验机，该自动调光单元自动调整照明装置的照射光量，以使得从照明装置照射、由样本的表面反射并入射到CCD摄像机的光的亮度收束在规定范围内。又，在专利文献2中，揭示有如下那样的硬度试验机，其为了对应由于物镜变化了的情形等导致光量的微调整不同的情况，具有对在样本表面反射后通过镜筒内的光进行受光的光量传感器，根据从该光量传感器得到的光量数据对光源的发光量进行调整。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献I日本特开2005-337973号公报
[0009]专利文献2日本特开2001-324434号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]关于在专利文献I和专利文献2中记载的硬度试验机，作为实行光量的调整的前提，需要将光量传感器配备在装置上，因此装置的成本增高，且装置构成也复杂。
[0012]本发明是为了解决上述课题而作出的，本发明的目的是提供一种具有简易的构成，且能够以对应物镜的倍率的适当的光量对试验片进行照明的硬度试验机。
[0013]解决课题的手段
[0014]技术方案I记载的发明的硬度试验机具有:载置试验片的载置台；用于在所述试验片的表面形成压痕的压头；通过将所述压头按压至所述试验片对所述压头赋予试验力的负载机构；用于对在所述试验片的表面所形成的压痕进行照明的光源；用于观察通过所述光源照明了的压痕的、互相倍率不同的多个物镜；以及旋转构件，所述旋转构件通过支撑所述压头和所述多个物镜且进行旋转，使所述压头或者所述物镜的某一个移动到与被载置在所述载置台上的试验片相对的位置，所述硬度试验机的特征在于，具有:检验出所述旋转构件的旋转角度位置的位置传感器；调整所述光源的光量的光量调整部；存储部，其存储被配置在与被载置在所述载置台上的试验片相对的位置的物镜的倍率和通过所述光源对所述压痕进行照明时的光量的关系；以及控制部，其基于通过所述位置传感器检验出的所述旋转构件的旋转角度位置，读出存储在所述存储部中的、通过光源对所述压痕进行照明时的光量，控制所述光量调整部，以变更所述光源的光量。
[0015]技术方案2记载的发明的硬度试验机，其特征在于，在所述压头被配置在与被载置在所述载置台上的试验片相对的位置时，所述控制部使所述光源熄灯。
[0016]发明效果
[0017]根据技术方案I中记载的发明，基于旋转部件的旋转角度位置，读出通过光源对压痕进行照明时的光量，控制光量调整部，以改变光源的光量，由此能够以对应物镜的倍率的适当的光量对试验片进行照明，且能够准确地测量压痕的尺寸。这时，不需要使用光量计等，因此能够将装置简易化，且能够降低其制造成本。
[0018]根据技术方案2中记载的发明，在压子被配置在和试验片相对的位置时，使光源熄灯。由此在对试验片的压痕的形成动作中，能够防止不需要的电力的消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明所涉及的硬度试验机的概略图。
[0020]图2是对XY载物台12进行升降的升降机构的概要图。
[0021]图3是示出在物镜转换器20被支撑的物镜等的配置的说明图。
[0022]图4是用于对压头19和压头21赋予试验力的负载机构和用于观察在试验片100上所形成的压痕的光学系统的概要图。
[0023]图5是示意性地示出通过压头21在试验片100上形成压痕的情况的说明图。
[0024]图6是示出在试验片100所形成的压痕的俯视图。
[0025]图7是示出该发明所涉及的硬度试验机的主要的控制系统的框图。
[0026]图8是由显示部55所显示的光量调整装置70的概要图。
【具体实施方式】
[0027]以下，基于附图对本发明的实施形态进行说明。图1是本发明所涉及的硬度试验机的概略图。图2是对XY载物台12进行升降的升降机构造的概要图。
[0028]该硬度试验机具有台11和被配置在台11上的、作为载置试验片100的载物台的XY载物台12。XY载物台12是用于使试验片100在X方向(图1中的左右方向)和Y方向(图1中的垂直于纸面的方向)移动的部件。在该XY载物台12上，附设有用于使试验片100在X方向移动的电动机13和用于使试验片100在Y方向移动的电动机14。又，XY载物台12构成为通过图2中示出的升降机构的作用而在上下方向(Z方向)升降的结构。S卩，支撑XY载物台12的支撑部51通过在其侧面形成有齿轨53的升降部件52被支撑。该升降部件52上的齿轨53与通过电动机15的驱动而旋转的小齿轮54啮合。因此，XY载物台12通过电动机15的驱动进行升降。
[0029]又，该硬度试验机具有用于通过目视观察试验片100的目镜16 ;用于对试验片100进行摄影的摄像机17 ;支撑压头21和物镜23、24等且进行旋转的物镜转换器20。该物镜转换器20通过操作旋钮26或者通过后面叙述的电动机30的驱动，以朝向铅垂方向的轴为中心进行旋转。又，该硬度试验机具有也能作为输入部和显示部发挥作用的触屏式的液晶显示部59。
[0030]图3是示出在物镜转换器20上被支撑的物镜等的配置的说明图。
[0031]在物镜转换器20上配置有:按压至被载置在XY载物台12上的试验片100的一对压头19、21 ;和5倍的物镜22、10倍的物镜23、40倍的物镜24以及100倍的物镜25。这些压头19、21以及物镜22、23、24、25被配置在以物镜转换器20的旋转中心C为中心的圆上。又，不限制物镜22、23、24、25的倍率以及配置个数。
[0032]再次参照图1，该材料试验机与计算机50相连接，该计算机50由用于显示试验片100的表面的像的CRT等的显示部55 ;作为用于输入各种数据的输入单元而发挥作用的键盘57及鼠标58 ;以及主体56构成。
[0033]图4是用于对压头19和压头21赋予试验力的负载机构和用于观察在试验片100上所形成的压痕的光学系统的概要图。又，图4示出在图3中用点划线表示的位置的截面。
[0034]该硬度试验机具有:对压头19、21赋予试验力的负载机构；和用于对在XY载物台12上被载置的试验片100进行照明且观察压痕的光学系统，所述试验力用于相对于试验片100对压头19、21的顶端进行按压。
[0035]如图4所示，物镜转换器20的轴筒27通过轴承29与旋转轴28相连，通过操作旋钮26或者通过后面叙述的电动机30的驱动，以朝向铅垂方向的旋转轴28为中心进行旋转。在图4中示出的是，利用物镜转换器20的旋转通过负载传递轴36对压头21赋予试验力的情况，即，压头21是被配置在和在图1中示出的试验片100相对的位置的情况。对压头19赋予试验力的情况下，压头19被配置在图4中示出的压头21的位置。
[0036]负载机构具有能够以朝向水平方向的轴31为中心摇动的杆32。在杆32的一端配置有中空的按压部35。该按压部35的构成为伴随杆32的摇动，对被附设在与压头21连接的负载传递轴36的端部的抵接部37进行按压。又，在杆32的另一端附设有永磁铁33。在该永磁铁33的外部配置有电磁线圈34。通过该永磁铁33和电磁线圈34，构成音圈电动机。该音圈电动机成为电磁式的负载机构，其能够通过控制在电磁线圈34流动的电流，对利用被配置在负载传递轴36的顶端的压头21向试验片100施加的试验力进行控制。
[0037]又，在该实施形态中，能够使此刻的试验力以例如2kgf、lkgf、0.5kgf、0.3kgf、
0.2kgf、0.lkgf、0.05kgf、0.025kgf、0.0lkgf 阶段性地变化。
[0038]负载传递轴36由将上下的板簧61通过支撑部件62固定在物镜转换器20的轴筒27上的罗贝瓦尔结构(口 〃一〃構造)所支撑，且能够根据通过负载机构被赋予的试验力来升降。在负载传递轴36上连接有检测该负载传递轴36的移动量的差动变压器式的位移检测器60。该位移检测器60通过支撑部件63与物镜转换器20的轴筒27连接，通过物镜转换器20的旋转和负载传递轴36同步地移动。又，该位移检测器60用于对试验片100的表面进行检测。即，始终对用极其微小的力使压头21下降时的移动量进行检测，在压头21的移动停止时，判断为压头21和试验片100的表面抵接。
[0039]光学系统具有:LED光源41 ;将来自LED光源41的光导向水平方向的光筒42 ;为了从上方对试验片100照明将通过光筒42所引导的光引导至按压部35的中空部、且使来自试验片100的表面的反射光透过至摄像机17侧的半透半反镜43 ;将透过了半透半反镜43的；来自试验片100的表面的反射光分开至目镜16以及摄像机17的半透半反镜44。物镜22被配置在图4中的负载传递轴36的位置、即形成在试验片100上的压痕的观察位置的情况下，来自试验片100的表面的反射光通过按压部35的中空部、物镜22、半透半反镜43、44入射到目镜16以及摄像机17。由此，能够通过目镜16观察试验片100的放大像，且能够将通过摄像机17所摄影的放大像显示在计算机50的显示部55上。其他的物镜23、24、25被配置在压痕的观察位置的情况也和物镜22的情况同样。
[0040]图5是示意性地示出通过压头21在试验片100上形成压痕的情况的说明图，图6是示出在试验片100上所形成的压痕的俯视图。
[0041]一对压头19、21中的压头21是用于进行作为硬度试验的维氏硬度试验的压头，其顶端是四棱锥形状。如图5所示，该压头21通过图4中示出的负载机构的作用在试验片100的表面被压入深度h。然后，解除其试验力，使图1中示出的物镜转换器20旋转以使所希望的倍率的物镜移动至与试验片100相对的位置。从通过物镜、摄像机17得到的、在试验片100的表面所形成的压痕(凹处)的图像,对压痕的对角线长度d [d = (dx + dy) / 2]进行测量(参照图6)。维氏硬度与试验力除以凹处的表面积所得到的值成比例，所述凹处假设是底面为正方形、且其顶点的角度和压头21相同的角锥。然后，根据从压痕的对角线长度d (mm:毫米)求出的凹处的表面积和试验力，算出维氏硬度。
[0042]这里，将试验力设为F (N:牛顿)的情况下，维氏硬度HV用下述的算式(I)表示。
[0043]HV = 0.1891 (F/d2)...(I)
[0044]又，作为一对压头19、21中的另一个压头19，例如使用在努普硬度试验中采用的菱形的金字塔型的压头。
[0045]图7是示出该发明所涉及的硬度试验机的主要的控制系统的框图。
[0046]该硬度试验机具有控制装置整体的控制部80。该控制部80与上述的摄像机17、液晶显示部59、位移检测器60、电磁线圈34、计算机50、使物镜转换器20的旋转的电动机30以及使XY载物台12在X、Y、Z方向移动的电动机13、14、15连接。又，该控制部80通过用于调整LED光源41的光量的光量调整部69，和LED光源41连接。又，该控制部80和用于检测物镜转换器20的旋转角度位置的位置传感器64连接。
[0047]进一步，该控制部80和存储部81连接。如后所述，被配置在与被载置在载置台上的试验片相对的位置的物镜的倍率和此时通过LED光源41对压痕进行照明时的光量的关系作为表格被存储在该存储部81中。S卩，在使用各物镜22、23、24、25时，通过摄像机17被拍摄的、在显示部55所显示的图像与各物镜22、23、24、25的倍率相对应，最合适的LED光源41的光量作为表格被存储在该存储部81中。该光量是预先在实验中所求出的。又，关于被存储在存储部81中的表格，存储有在压头19或者压头21被配置在与被载置在载置台上的试验片100相对的试验位置时，将光量作为零，即熄灭LED光源41的数据。
[0048]又，也可以将该控制部80配置在计算机50的主体56的内部等，以代替如该实施形态中那样地将该控制部80配置在硬度试验机的装置主体内。[0049]利用具有以上那样的构成的硬度试验机进行硬度试验的情况下，最初，通过电动机30的驱动使物镜转换器20旋转，使压头19或者压头21移动到与试验片100相对的试验位置。这里，在进行维氏硬度试验时，将压头21配置在试验位置，在进行努普硬度试验时，将压头19配置在试验位置。
[0050]压头21或者压头19被配置在试验位置的情况下，基于被存储在存储部81中的数据，LED光源41熄灯。由此，能够降低电力消耗量。例如，在进行JIS (日本工业标准)G0559:2208“钢的火焰淬火以及高频淬火固化层深度测量方法”时，关于在试验片上连续地形成多个压痕的情况，压痕的形成需要较长的时间。这时，通过在对试验片100的压痕的形成动作中将LED光源41熄灯，能够降低消耗电力。
[0051]在试验片100上形成了需要的压痕的话，通过电动机30的驱动使物镜转换器20旋转，以使物镜22、23、24、25中的一个移动到和试验片100上的压痕相对的位置。这时，物镜22、23、24、25中的、与压痕的尺寸对应的物镜被配置在和压痕相对的位置。
[0052]物镜22、23、24、25中一个移动到和压痕相对的位置的情况下，此时的物镜转换器20的旋转角度位置通过位置传感器64被检测出，其位置信号通过控制部80读取。控制部80基于通过位置传感器64检验出的物镜转换器20的旋转角度位置，读出在存储部81中存储的、通过LED光源41对压痕进行照明时的光量。而且，控制部80控制光量调整部69以使LED光源41的光量变更为被设定的光量。通过LED光源41照明的压痕图像由摄像机17摄像，在显示部55被显示。这时，能够以与被选择的物镜的倍率对应的、适当的光量对试验片100进行照明，由此由摄像机17所摄像的、在显示部55被显示的图像是清晰的。
[0053]又，根据在显示部55所显示的图像，判断为需要调整LED光源41的光量的情况下，操作者通过操作计算机50中的键盘57或者鼠标58，在显示部55显示光量调整装置。
[0054]图8是显示部55所显示的光量调整装置70的概要图。
[0055]关于调整LED光源41的光量的情况,拖动显示部55所显示的光量调整装置70中的滑块71，使其左右地移动，或者，点击减光按钮72或増光按钮73。由此，光量变更信号从控制部80被发送到光量调整部69，以调整LED光源41的光量。调整后的光量被存储在存储部81中，更新表示物镜的倍率和LED光源41的光量的表格。
[0056]控制部80根据通过摄像机17得到的在试验片100的表面上所形成的压痕的图像，测量压痕的对角线长度d。维氏硬度与试验力除以凹处的表面积所得到的值成比例，所述凹处假设是底面为正方形、且其顶点的角度和压子21相同的角锥。关于控制部80，根据从压痕的对角线长度求出的凹处的表面积和试验力，算出维氏硬度，其值根据需要被显示在显示部55上。
[0057]如以上那样地，关于该实施形态所涉及的试验机，基于物镜转换器20的旋转角度位置，变更LED光源41的光量，由此能够以与物镜的倍率对应的、适当的光量对试验片100进行照明，能够准确地测量压痕的尺寸。这时，不需要使用光量计等的构件，因此能够将装置简易化，且能够降低其制造成本。而且，在压子21或者压头19被配置在和试验片相对的位置时，使LED光源41熄灯，由此在对试验片100的压痕的形成动作中，能够防止不需要的电力的消耗。
[0058]符号说明
[0059]11 台[0060]12XY 载物台
[0061]13电动机
[0062]14电动机
[0063]15电动机
[0064]16 目镜
[0065]17摄像机
[0066]18显示部
[0067]19 压头
[0068]20物镜转换器
[0069]21 压头
[0070]22 物镜
[0071]23 物镜
[0072]24 物镜
[0073]25 物镜
[0074]26 旋钮
[0075]27 轴筒
[0076]28旋转轴
[0077]29 轴承
[0078]30电动机
[0079]31 轴
[0080]32 杆
[0081]33永磁铁
[0082]34电磁线圈
[0083]35按压部
[0084]36负载传递轴
[0085]38 螺栓
[0086]41LED 光源
[0087]42 光筒
[0088]43半透半反镜
[0089]44半透半反镜
[0090]50计算机
[0091]53 齿轨
[0092]54小齿轮
[0093]55显不部
[0094]56 主体
[0095]57 键盘
[0096]58 鼠标
[0097]59液晶显示部
[0098]60位移检测器[0099]61 板簧
[0100]62支撑构件
[0101]63支撑构件
[0102]64位置传感器
[0103]69光量控制部
[0104]70光量调整装置
[0105]71 滑块
[0106]72减光按钮
[0107]73増光按钮
[0108]80控制部
[0109]81存储部
[0110]100 试验片。
【权利要求】
1.一种硬度试验机，其具有:载置试验片的载置台；用于在所述试验片的表面形成压痕的压头；通过将所述压头按压至所述试验片对所述压头赋予试验力的负载机构；用于对在所述试验片的表面所形成的压痕进行照明的光源；用于观察通过所述光源照明了的压痕的、互相倍率不同的多个物镜；以及旋转构件，所述旋转构件通过支撑所述压头和所述多个物镜且进行旋转，使所述压头或者所述物镜的某一个移动到与被载置在所述载置台上的试验片相对的位置，所述硬度试验机的特征在于，具有: 检验出所述旋转构件的旋转角度位置的位置传感器； 调整所述光源的光量的光量调整部； 存储部，其存储被配置在与被载置在所述载置台上的试验片相对的位置的物镜的倍率和通过所述光源对所述压痕进行照明时的光量的关系；以及 控制部，其基于通过所述位置传感器检验出的所述旋转构件的旋转角度位置，读出存储在所述存储部中的、通过光源对所述压痕进行照明时的光量，控制所述光量调整部，以变更所述光源的光量。
2.根据权利要求1所述的硬度试验机，其特征在于，在所述压头被配置在与被载置在所述载置台上的试验片相对的位置时，所述控制部使所述光源熄灯。
【文档编号】G01N3/40GK103575605SQ201210353485
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】岩永幸满 申请人:株式会社岛津制作所