(57)【要約】【課題】  試験機本体の傾きを容易に調整することが可能な硬さ試験機を提供する。【解決手段】  パーソナルコンピュータ５０の本体５６のメモリ９１には、プログラムの機能モジュールである画像処理部９２、水平判定部９３、水平調整部９４、表示制御部９５が格納される。水平判定部９３は、本体部１のテーブル内に配置された水準器６８からの入力を受けて、本体部１の傾きの度合いを判定する。水平調整部９４は、入力部を介したユーザからの実行要求に対して、脚部６１に接続されているモータ６５の駆動信号を作成して出力する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部に配設されたステージに載置された試料に対して、所定の試験力で圧子を押し込むことにより前記試料の特性を評価する硬さ試験機において、
前記本体部の底面に配設される複数の脚部と、
前記複数の脚部の各々に接続され、前記複数の脚部の長さを変更するモータと、
前記本体部の傾きを検出する傾き検出器と、
前記傾き検出器の検出値に基づいて前記本体部の傾き度を判定するとともに前記本体部の水平調整のための前記モータの制御信号を作成する水平調整部と、前記本体部の水平調整を実行するために前記水平調整部から出力された制御信号に基づいて前記モータを駆動するモータ制御部を有する制御部と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記制御部は、前記傾き検出器の検出値に基づく前記本体部の傾き情報を表示部に表示する硬さ試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記制御部は、前記傾き検出器の検出値を、ネットワークを介して外部監視装置に出力する通信部を備える硬さ試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料に形成された圧痕の大きさに基づいて試料の硬さを測定するための硬さ試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の硬さを評価するための試験として、ビッカース圧子を使用するビッカース硬さ試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４）や、ヌープ圧子を使用するヌープ硬さ試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２５１）がある。この２つの試験は、所定の試験力で圧子を試料に押し込んだときに形成された圧痕の対角線長さから圧痕の大きさを測定し、試料の硬さを算出する構成を有する。このような硬さ試験機においては、試料の表面状態は、レンズを介して目視により、あるいは、カメラにより撮影された画像をモニターに表示することにより、確認することができる構成となっている（特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５８４７８号公報
【特許文献２】特開２００５−１２１４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１０は、試験機本体の傾きと圧子４１に働く力を説明する模式図である。
【０００５】
試験精度の観点から、硬さ試験機では、圧子が試料表面に対して垂直に押し込まれる必要がある。このため、図１０に示すように、圧子４１は、圧子軸４９が試料を載置するステージの表面Ｓに対して垂直になるようにターレットを介して試験機本体に取り付けられている。一方で、硬さ試験機本体が傾いていると、重力Ｇに対して圧子軸４９が傾くことになる。すなわち、圧子軸４９がステージの表面Ｓに対して垂直に取り付けられていても、試験力の作用する方向が重力Ｇに一致せず、圧子４１に働く重力Ｇは圧子軸方向成分Ｌと圧子軸方向に垂直な成分Ｖとに分解される（図１０（ｂ）参照）。試験機本体が傾いた状態で試験を続けると、圧子軸方向以外の方向の応力が圧子４１と圧子軸４９に継続して働くことになり、ステージの表面Ｓに対して垂直であった圧子軸４９が傾く。その結果、圧子４１を試料に押し付けたときの圧痕の形状に影響が及び、試験の正確さを損なうことになる。
【０００６】
従来の硬さ試験機では、試験機本体の底面の前側と後ろ側に２本ずつ計４本の脚部を配設して試験機本体を支えている。そして、これらの脚部を試験機本体に対して伸縮させることで、試験機本体の前後左右の水平を調整するようにしている。試験機本体の傾きは、ユーザが目視で判別することが難しいため、０．０５ｍｍ／ｍまたは０．１ｍｍ／ｍの感度を持つ気泡管を用いた精密水準器を、試料を取り外したステージ上に載せた状態で、本体の水平レベルを調整する作業を定期的に行うことが推奨されている。精密水準器により水平レベルをチェックしなければ、ユーザが試験機本体の傾きに気付くことができないため、試験機本体が傾いた状態で試験を続けてしまう事態が生じやすい。
【０００７】
水平調整のための脚部の伸縮はユーザが手作業で行わなければならないため、水平調整の精度には個人差が生じやすい。また、各脚部の伸縮を手作業で行うときには、ユーザが脚部に触れて操作するために試験機本体を持ち上げる必要があり作業が煩雑になる。さらに、試験機本体の重量（例えば、６０〜８０ｋｇ）が重いため、試験機本体を持ち上げる際の作業者の身体的負担も大きい。
【０００８】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験機本体の傾きを容易に調整することが可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、本体部に配設されたステージに載置された試料に対して、所定の試験力で圧子を押し込むことにより前記試料の特性を評価する硬さ試験機において、前記本体部の底面に配設される複数の脚部と、前記複数の脚部の各々に接続され、前記複数の脚部の長さを変更するモータと、前記本体部の傾きを検出する傾き検出器と、前記傾き検出器の検出値に基づいて前記本体部の傾き度を判定するとともに前記本体部の水平調整のための前記モータの制御信号を作成する水平調整部と、前記本体部の水平調整を実行するために前記水平調整部から出力された制御信号に基づいて前記モータを駆動するモータ制御部を有する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、前記制御部は、前記傾き検出器の検出値に基づく前記本体部の傾き情報を表示部に表示する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、前記制御部は、前記傾き検出器の検出値を、ネットワークを介して外部監視装置に出力する通信部を備える。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、傾き検出器を備え、傾き検出器の検出値に基づいて、本体部の傾き度を判定することから、本体部の傾きを監視することができる。これにより、本体部が傾いた状態での試験実行を未然に防止することが可能となる。また、脚部の長さを変更するモータを備え、本体部の水平調整のためのモータの制御信号を作成し、制御信号に基づいてモータを駆動することにより本体部の水平調整を実行することから、監視した傾き情報に基づいてモータの駆動命令を作成して出力することができ、本体部の水平調整を正確に行うことができる。さらに、モータにより脚部の高さを変更し、自動で水平調整を行うことができることから、ユーザの作業負担が軽減される。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、傾き検出器の検出値を、ネットワークを介して外部監視装置に出力できることから、遠隔地からでも試験機本体の傾きを監視することが可能となる。これにより、試験機の保守点検の作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明に係る硬さ試験機の正面概要図である。
【図２】この発明に係る硬さ試験機の本体部１の斜視図である。
【図３】ターレット４０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。
【図４】本体部１の傾き検出および水平調整に関する構成を説明する概要図である。
【図５】この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。
【図６】本体部１の水平調整の手順を説明するフローチャートである。
【図７】表示部５５に表示される水平調整画面の例である。
【図８】表示部５５に表示される水平調整画面の例である。
【図９】この発明の他の実施形態に係る硬さ試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。
【図１０】試験機本体の傾きと圧子４１に働く力を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の正面概要図である。図２は、本体部１の斜視図である。
【００１６】
この硬さ試験機は、試料１００に所定の試験力で圧子を押し込み、試料１００に付けられた圧痕の大きさを測ることにより、試料１００の硬さなどの特性を評価する材料試験を行うものである。この硬さ試験機の本体部１は、試料１００を載置するためのステージ３２と、ステージ３２の移動機構および入力表示部３９等から成る基台部５２と、圧子４１、対物レンズ４２、４３、ターレット４０および接眼レンズ３６等から成る圧痕観察部５１と、基台部５２と圧痕観察部５１を接続する接続部５３により構成されている。この接続部５３には、開口部５４が形成されている。
【００１７】
この基台部５２は、テーブル３１上部に配設された、試料１００を載置するためのステージ３２を備える。ステージ３２は、試料１００をＸ方向およびＸ方向に直交するＹ方向に移動させるためのものであり、テーブル３１の上面に対して試料載置面が平行となるように配置される。このステージ３２には、試料１００をＸ方向に移動させるためのマイクロメータ式のツマミ３３と、試料１００をＹ方向に移動させるためのマイクロメータ式のツマミ３４とが付設されている。このステージ３２はツマミ３３、３４を操作することにより移動する手動式のＸＹステージである。なお、ステージ３２は電動式のＸＹステージであってもよい。また、ステージ３２は、昇降ハンドル３５の作用によりＸ方向とＹ方向に直交するＺ方向に昇降する構成となっている。
【００１８】
テーブル３１の正面には、入力表示部３９が配設されている。この入力表示部３９は、タッチパネル式の液晶表示パネルから構成され、各種データを入力するための入力キーを表示するとともに、試験条件や計測結果などの各種データを表示する。この入力表示部３９は、入力手段および表示手段として機能する。テーブル３１の下面には、テーブル３１を支持することによりこの硬さ試験機の本体部１を支持する３本の脚部６１が配設される。これらの脚部６１は、テーブル３１の正面側中央付近に１本、テーブル３１の背面側に２本の計３本配設される。なお、図１においては、背面側の２本の脚部６１の図示を省略している。
【００１９】
本体部１には、パーソナルコンピュータ５０が接続される。パーソナルコンピュータ５０の本体５６には、入力手段であるキーボード５７およびマウス５８と、表示部５５が接続され、カメラ３７が接続されている。本体５６には、カメラ３７により撮影した画像を表示部５５に表示するとともに、この硬さ試験機の本体部１の動作を制御する制御ソフトウェアがインストールされている。
【００２０】
圧痕観察部５１は、試料１００の表面の拡大画像を目視により観察するための接眼レンズ３６と、接眼レンズ３６を利用して試料１００を観察する際に、ゲージを移動させるために使用される一対のツマミ３８が配設されている。また、圧痕観察部５１には、試料１００の表面を撮影するカメラ３７が取り付けられている。カメラ３７は撮影した試料１００の表面の画像をデジタル画像データとしてパーソナルコンピュータ５０に送信する。試料１００に形成された圧痕はカメラ３７によって得られた画像データによって観察され、その大きさが計測される。そして、圧痕の大きさに基づいて試料１００の表面の硬さが算出される。
【００２１】
図３は、ターレット４０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。
【００２２】
圧痕観察部５１は、試料１００に一定の試験力で押し込まれる圧子４１、４７と、これらの圧子４１、４７に対して試験力を付与するための負荷機構７０（図５参照）と、複数の対物レンズ４２、４３と、これらの圧子４１および対物レンズ４２、４３等を支持して回転するターレット４０（図１参照）とを備える。このターレット４０は、ツマミ４６を操作することにより、鉛直方向を向く回転軸Ｃを中心に回転する。
【００２３】
上述した圧子４１は、例えば、試料１００に対してビッカース硬さ試験を実行するためのビッカース圧子であり、その先端は底辺が正方形の四角錐形状となっている。一方、上述した圧子４７は、例えば、試料１００に対してヌープ硬さ試験を実行するためのヌープ圧子であり、その先端は底辺が菱形の四角錐形状となっている。圧子４１と圧子４７の形状は上述と反対でもよい。なお、この硬さ試験機では、圧子４１、４７をその先端が球形のブリネル硬さ試験用のブリネル圧子に変更することも可能である。なお、図３においては、２つの圧子４１、４７と２つの拡大倍率の異なる対物レンズ４２、４３を配置したターレット４０を例に示しているが、これに限定されない。例えば、２つの圧子と４つの拡大倍率の異なる対物レンズを配置したターレットであってもよい。
【００２４】
図４は、本体部１の傾き検出および水平調整に関する構成を説明する概要図である。
【００２５】
この硬さ試験機の本体部１を支持する脚部６１は、テーブル３１の底面に取り付けられている。本体部１は、テーブル３１の前側に１本、テーブル３１の背面側の両端に各１本の計３本の脚部６１により、３点で支持されている。脚部６１は、所謂アジャスタボルトにより構成され、床面に接する台座６２とネジ部６３から成る。ネジ部６３を回転させることにより脚部６１の長さを変更し、テーブル３１の底面と本体部１の設置面との間の距離を調整できるものである。テーブル３１の内部には、脚部６１におけるネジ部６３を回転させるためのモータ６５と、モータ６５のシャフトを連結するとともに内蔵された複数の歯車を介してモータ６５の動力を脚部６１におけるネジ部６３に伝達するギアボックス６４とが配設される。モータ６５は脚部６１の各々にギアボックス６４を介して接続される。また、テーブル３１の内部には、本体部１の傾きを検出する傾き検出器である水準器６８が配設される。
【００２６】
モータ６５は、パルス信号によって回転角度・回転速度の制御を行うことができるステッピングモータである。また、水準器６８は、デジタル水準器と呼称されるものであり、分解能０．００１ｍｍ／ｍでの数値測定が可能なものである。この水準器６８は、テーブル３１の上面に対して平行となるように取り付けられ、テーブル３１の上面が水平面からどの程度傾いているかを検出する。ステージ３２の試料載置面はテーブル３１の上面と平行となっているから、これでステージ３２の試料載置面の傾き度合いを測定することになる。なお、この例の場合、テーブル３１の上面がこの本体部１が水平に設置されているかどうかを判断する基準面となる。基準面はこの例に限られず、水準器６８を取り付ける面を基準面と考え、その基準面とステージ３２の試料載置面が平行になるようにあらかじめ調整し固定してもよい。
【００２７】
モータ６５および水準器６８は、試験機制御部８０に接続される。この試験機制御部８０は、基板上にプログラムを格納するメモリやＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置を配置して構成した制御回路である。水準器６８の検出値は試験機制御部８０に入力され、パーソナルコンピュータ５０に出力される。
【００２８】
図５は、この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。
【００２９】
この硬さ試験機は、本体部１に試験機の動作を制御する試験機制御部８０を備え、この試験機制御部８０は通信ケーブルを介してパーソナルコンピュータ５０の本体５６に接続されている。試験機制御部８０とパーソナルコンピュータ５０の本体５６は、この発明の制御部を構成する。試験機制御部８０には、入力表示部３９、負荷機構７０の駆動系が接続されている。また、試験機制御部８０におけるモータ制御部８１および通信部８２は、機能を実現するブロックであり、基板上に構成された回路によって実現される。なお、この実施形態では、通信部８２は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）のデータ伝送規格に対応したデバイスコントローラである。
【００３０】
パーソナルコンピュータ５０の本体５６には、入力手段であるキーボード５７やマウス５８と、表示部５５が接続され、さらに、カメラ３７が接続されている。本体５６内には、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ９１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置９８、記憶装置９９が設けられ、互いにバスにより接続されている。メモリ９１には、プログラムの機能モジュールである画像処理部９２、水平判定部９３、水平調整部９４、表示制御部９５が格納される。各機能は演算装置９８がプログラムを実行することにより実現される。画像処理部９２は、カメラ３７からの入力をデジタル処理し画像データを記憶装置９９に記憶させる。水平判定部９３は、本体部１のテーブル３１内に配置された水準器６８からの入力を受けて、本体部１、すなわちステージ３２の試料載置面の傾き度（傾きの度合いであり、水平面からの角度で表す）を判定する。水平調整部９４は、入力部を介したユーザからの実行要求に対して、脚部６１に接続されているモータ６５の制御信号を作成して出力する。また、表示制御部９５は、表示部５５への撮影画像の表示やＧＵＩ部品の画面上での配置などの表示態様を制御する。ここで、水平調整部９４が行う水平調整とは上記の傾き度をゼロにすること、または、ゼロに限りなく近づけることである。
【００３１】
以上のような構成を有する硬さ試験機において、本体部１の傾き検出と水平調整の動作について説明する。図６は、本体部１の水平調整の手順を説明するフローチャートである。図７および図８は、表示部５５に表示される水平調整画面の例であり、傾き調整の操作ボタンや傾き情報が表示されている。
【００３２】
まず、ユーザが本体部１の傾きをチェックするときには、パーソナルコンピュータ５０で制御ソフトウェアを起動し、メニューから水平調整を選択し、表示部５５に表示された水平調整画面内で、マウス５８を用いてボタン７２を押す。これにより、水準器６８からの数値、すなわち、現在の本体部１の傾き情報が本体５６に読み込まれる（ステップＳ１）。
【００３３】
水準器６８から入力された傾き情報は、表示部５５に表示される（ステップＳ２）。図７に示すように、傾き情報は、丸形気泡管を模した図形要素７１上に黒丸で描画するとともに、数値表示欄７４に３本の脚部６１のそれぞれの高さの数値を画面表示することにより、ユーザに提供される。図形要素７１の中に描画された黒丸は、その円の中心からの距離は傾き度を表し、円周方向の位置は傾きの方向を表している。
【００３４】
水準器６８から入力された傾き情報は、水平判定部９３による傾き判定（ステップＳ３）に供される。すなわち、水平判定部９３のプログラムの実行により、水準器６８から入力された数値が、予め設定した閾値より大きいと判定されれば、本体部１は傾いているとして、図７に示すように、結果表示欄７３に「傾いています」などの警告文が表示される（ステップＳ４）。なお、水準器６８からの検出値は所定の間隔で出力されることから、水準器６８の検出値に基づく傾き判定による本体部１の傾き度の監視は、常時行うようにしてもよい。
【００３５】
結果表示欄７３に警告文が表示された状態で、水平調整の実行を確認するダイアログを表示させ、ユーザがＹｅｓを選択した場合に（ステップＳ５）、本体部１の水平調整が実行される（ステップＳ６）。なお、水平調整の実行を確認するダイアログを表示させることなく、結果表示欄７３に警告文が表示された状態で、ユーザが表示部５５に表示されたＧＵＩ部品からマウス５８を用いてボタン７２を再度押すことで、本体部１の水平調整が実行されるようにしてもよい。また、水平調整の実行の確認を行わずに、ステップＳ５を省略して、水平調整を実行させるようにしてもよい。
【００３６】
水平調整の実行では、水準器６８から入力された傾き情報に基づいて水平調整部９４の作用により各脚部６１の脚高さの補正値が求められ、モータ６５を駆動する制御信号であるパルス信号が作成される。パルス信号が試験機制御部８０のモータ制御部８１に入力されると、各モータ６５が駆動され、各脚部６１の高さが変更される。図８に示すように、黒丸が図形要素７１の中心付近に描画される状態となれば、結果表示欄７３の表示が、試験実行が可能な正常な状態であることを示す内容に変更される。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、３本の脚部６１がそれぞれモータ６５により脚高さが変更できるものとなっているが、例えば、１本の脚部６１の長さは固定としてもよい。また、脚部６１の数は、４本以上であってもよい。
【００３８】
また、この実施形態では、本体部１の水平判定や水平調整を行う機能構成である水平判定部９３と水平調整部９４を、パーソナルコンピュータ５０に設けているが、試験機制御部８０に設け、入力表示部３９に、本体部１の傾き情報等を表示するようにしてもよい。さらには、この実施形態では試験機の全体の制御を行う試験機制御部８０の中に水平調整のための機能を持たせているが、水準器６８からの信号を受ける機能とモータ６５を駆動する制御機能を試験機制御部８０とは別に用意した制御部に持たせるようにしてもよい。
【００３９】
図９は、この発明の他の実施形態に係る硬さ試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。なお、図５に示す実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
この実施形態では、試験機制御部８０の通信部８３は、パーソナルコンピュータ５０との通信のためのＵＳＢデバイスコントローラの他に、インターネット接続に必要なプロトコル処理を実行可能なネットワークコントローラを含む。この実施形態では、本体部１における試験機制御部８０は、インターネット経由で外部監視装置１０１に接続することができる。
【００４１】
外部監視装置１０１は、例えば、表示装置および入力装置を備えたパーソナルコンピュータから構成される。外部監視装置１０１には、硬さ試験機の制御ソフトウェアがインストールされており、この制御ソフトウェアを起動することにより、インターネット経由で水準器６８の検出値を取得し、図７および図８に示すような傾き情報を、外部監視装置１０１の表示装置に表示させることが可能となっている。なお、外部監視装置１０１は必ずしもパーソナルコンピュータである必要はなく、傾き情報をインターネット経由で取得し、硬さ試験機の制御ソフトウェアを傾き情報とともに提供するネットワークに接続されたコンピュータ（サーバー）と表示装置を備えた通信端末とを組み合わせたものであってもよい。この場合は、ユーザはパーソナルコンピュータやタブレット端末などの表示装置を備えた端末にインターネット経由で傾き情報やソフトウェアパッケージの提供をうけ、図７および図８に示すような傾き情報を、表示装置に表示させるようにすることで、試験機本体の傾きを監視することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１        本体部
３１      テーブル
３２      ステージ
３６      接眼レンズ
３７      カメラ
３９      入力表示部
４０      ターレット
４１      圧子
４２      対物レンズ
４３      対物レンズ
４７      圧子
４９      圧子軸
５０      パーソナルコンピュータ
５１      圧痕観察部
５２      基台部
５３      接続部
５４      開口部
５５      表示部
６１      脚部
６２      台座
６３      ネジ部
６４      ギアボックス
６５      モータ
６８      水準器
７１      図形要素
７２      ボタン
７３      結果表示欄
７４      数値表示欄
８０      試験機制御部
８１      モータ制御部
８２      通信部
９１      メモリ
９２      画像処理部
９３      水平判定部
９４      水平調整部
９５      表示制御部
９８      演算装置
９９      記憶装置
１００    試料
１０１    外部監視装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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