(57)【要約】【課題】  試料に生ずる亀裂の軌跡の長さを容易に測定することが可能な硬さ試験機を提供する。【解決手段】  亀裂の軌跡の長さを測定するときには、オペレータがタッチペン５６を使用して、表示部２１上に表示された亀裂に沿って亀裂上の点をプロットする。この結果に基づいて、亀裂特定部７１が亀裂を特定する。そして、亀裂長さ演算部が亀裂の長さを画像におけるピクセル数から演算する。演算された亀裂の軌跡の長さは、亀裂長さ表示部により、ＪＩＳの規定に則した圧痕の対角線方向の成分の亀裂の長さと共に、表示部２１に表示される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面にビッカース圧子を圧入して前記試料の表面に圧痕および亀裂を形成することにより前記試料の破壊じん性を測定する硬さ試験機であって、
前記試料における前記圧痕および前記亀裂の画像を撮影するカメラと、
前記カメラにより撮影した前記圧痕および前記亀裂の画像から、前記亀裂の軌跡を特定する亀裂特定手段と、
前記亀裂特定手段により特定された前記亀裂の軌跡にもとづいて、前記亀裂の軌跡の長さを演算する亀裂長さ演算手段と、
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、
前記亀裂特定手段は、
前記カメラにより撮影した前記圧痕および前記亀裂の画像を表示する表示部と、
前記表示部に表示された前記亀裂の画像から前記亀裂の軌跡を指定する亀裂指定手段と、
を備える硬さ試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記表示部は、タッチパネル式の表示部であり、
前記亀裂指定手段は、前記表示部に表示された前記亀裂の画像をなぞるタッチペンである硬さ試験機。
【請求項４】
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記亀裂特定手段は、
前記カメラにより撮影した前記圧痕および前記亀裂の画像を画像処理することにより、当該画像中から前記亀裂の軌跡を特定する硬さ試験機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の硬さ試験機において、
前記亀裂長さ演算手段により演算した前記亀裂の軌跡の長さを、前記圧痕の対角線方向の成分の前記亀裂の長さとともに表示部に表示する亀裂長さ表示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、試料の表面にビッカース圧子を圧入して試料の表面に圧痕および亀裂を形成することにより試料の破壊じん性を測定する硬さ試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＩＳＲ１６０７においては、「ファインセラミックス−ファインセラミックスの室温破壊じん（靱）性試験方法」が規定されている。図７は、この破壊じん性の定義を示す説明図である。
【０００３】
この図においては、圧痕１００から生じた亀裂１０１に対して、Ｅを弾性率とし、ＨＶをビッカース硬さとし、Ｐを押込荷重とし、Ｃを亀裂長さの平均の半分とし、ａを圧痕の対角線長さの平均の半分としたときに、破壊じん性ＫＣは下記の式により表される。
【０００４】
【数１】
2019015662.tif 000003
【０００５】
特許文献１においては、試料に生じた亀裂長さを高精度で測定するため、試料の表面にビッカース圧子を圧入して圧痕および亀裂を生じさせる工程と、試料の表面に樹脂と溶媒を含む混合溶液を塗布し、圧痕および亀裂を覆う透明被膜を形成する工程と、透明被膜が形成された試料表面の圧痕の対角線長さおよび亀裂長さを顕微鏡で計測する工程と、を含む破壊靭性測定方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図８は、このような試料の破壊じん性を測定する硬さ試験機において、圧痕１００の対角線方向に対する亀裂１０１の長さを測定する工程を示す説明図である。
【０００８】
図７にも示すように、この試験における亀裂１０１の長さとしては、亀裂１０１における圧痕１００の対角線方向の成分の長さが採用されている。この圧痕１００の対角線方向の成分の亀裂１０１の長さを測定するときには、図８(ａ)に示すように、最初に、圧痕１００および亀裂１０１の画像を表示する。次に、図８（ｂ）に示すように、カーソル１０２を表示し、マウス等を操作することによりカーソル１０２を亀裂１０１の端部の位置と一致させる。そして、図８（ｃ）に示すように、そのときの対向するカーソル１０２間の距離から、亀裂１０１の長さを演算する。
【０００９】
このように、試料の破壊じん性を測定する硬さ試験においては、亀裂１０１における圧痕１００の対角線方向の成分を亀裂１０１の長さとしている。しかしながら、試料として金属材料を使用した場合等においては、内部に混在する不純物の影響でこの亀裂１０１が蛇行するという現象が生ずる。
【００１０】
図９は、試料に形成された圧痕１００から生じた亀裂１０１の軌跡（蛇行状態）を示す模式図である。
【００１１】
亀裂１０１における圧痕１００の対角線方向の成分を亀裂１０１の長さとするときには、図９(ａ)から図９（ｃ）の状態における亀裂１０１の長さは同一長さとなる。しかしながら、亀裂１０１の軌跡の長さ（亀裂１０１の発生方向に沿った長さ）は、図９（ａ）が最も短く、図９（ｃ）が最も長いことになる。そして、この亀裂１０１の発生方向がいかなる方向を向こうと、亀裂１０１の発生方向に沿った実際の長さが長いほど、試料の破壊じん性は低いと考えられる。このため、上述したＪＩＳ規格により規定される圧痕１００の対角線方向の成分の長さだけではなく、亀裂１０１の軌跡の長さも測定されることが好ましい。
【００１２】
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、試料に生ずる亀裂の軌跡の長さを容易に測定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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、試料の表面にビッカース圧子を圧入して前記試料の表面に圧痕および亀裂を形成することにより前記試料の破壊じん性を測定する硬さ試験機であって、前記試料における前記圧痕および前記亀裂の画像を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影した前記圧痕および前記亀裂の画像から、前記亀裂の軌跡を特定する亀裂特定手段と、前記亀裂特定手段により特定された前記亀裂の軌跡にもとづいて、前記亀裂の軌跡の長さを演算する亀裂長さ演算手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
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、前記亀裂特定手段は、前記カメラにより撮影した前記圧痕および前記亀裂の画像を表示する表示部と、前記表示部に表示された前記亀裂の画像から前記亀裂の軌跡を指定する亀裂指定手段と、を備える。
【００１５】
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、前記表示部は、タッチパネル式の表示部であり、前記亀裂指定手段は、前記表示部に表示された前記亀裂の画像をなぞるタッチペンである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、前記亀裂特定手段は、前記カメラにより撮影した前記圧痕および前記亀裂の画像を画像処理することにより、当該画像中から前記亀裂の軌跡を特定する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の硬さ試験機において、前記亀裂長さ演算手段により演算した前記亀裂の軌跡の長さを、前記圧痕の対角線方向の成分の前記亀裂の長さとともに表示部に表示する亀裂長さ表示部を備える。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、試料に生ずる亀裂の軌跡の長さを容易に測定することが可能となる。
【００１９】
請求項２および請求項３に記載の発明によれば、亀裂の画像に基づいて亀裂を指定することにより試料に生ずる亀裂を特定し、これにより亀裂の軌跡の長さを演算することが可能となる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、画像処理により試料に生ずる亀裂を特定し、これにより亀裂の軌跡の長さを演算することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、亀裂の軌跡の長さを、圧痕の対角線方向の成分の亀裂の長さとともに認識することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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における本体部１の右側面図である。
【図３】操作部２における制御部７０を示すブロック図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る亀裂１０１の軌跡の長さの測定動作を示す説明図である。
【図５】表示部２１に表示される亀裂１０１の軌跡の長さを示す説明図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係る亀裂１０１の軌跡の長さの測定動作を示す説明図である。
【図７】破壊じん性の定義を示す説明図である。
【図８】圧痕１００の対角線方向に対する亀裂１０１の長さを測定する工程を示す説明図である。
【図９】試料に形成された圧痕１００から生じた亀裂１０１の軌跡を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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図である。図２は、この発明に係る硬さ試験機における本体部１の右側面図である。図３は、操作部２における制御部７０を示すブロック図である。
【００２４】
この硬さ試験機は、試料１０の表面にビッカース圧子を圧入して試料１０の表面に圧痕および亀裂を形成することにより試料１０の破壊じん性を測定するためのものであり、本体部１と、操作部２とから構成される。
【００２５】
この硬さ試験機における操作部２は、図１に示すように、タッチパネル式の液晶表示パネルからなる表示部２１と、キーボード２２と、パーソナルコンピュータ本体２３と、タッチペン５６とを備えている。パーソナルコンピュータ本体２３内には、機能的構成として、図３に示す制御部７０が配設されている。この制御部７０は、亀裂特定部７１と、亀裂長さ演算部７２と、亀裂長さ表示部７３と、を備えている。
【００２６】
この硬さ試験機における本体部１は、試料１０を載置するための載置台３２と、載置台３２の移動機構および入力表示部３９等から成る載置部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等からなる観察部５１と、載置部５２と観察部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は、図２に示すように、側面視において略Ｃ型の形状を有する。この接続部５３には、開口部５４が形成されている。
【００２７】
載置部５２は、テーブル３１上部に配設された、試料１０を載置するための載置台３２を備える。載置台３２は、試料１０をＸ方向（図１における左右方向であり、図２における紙面に垂直な方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向であり図２における左右方向）に移動させるためのものである。この載置台３２には、試料１０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１０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。この載置台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、載置台３２は電動式のＸＹステージであってもよい。また、載置台３２は、昇降ハンドル３５の作用により昇降する構成となっている。
【００２８】
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。
【００２９】
また、観察部５１は、試料１０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、試料１０の表面の拡大画像を表示部２１に表示させるためのカメラ３７を備える。この接眼レンズ３６の側方には、接眼レンズ３６を利用して試料１０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。カメラ３７は撮影した試料１０の表面をデジタル画像データとして操作部２における表示部２１に出力する。
【００３０】
さらに、観察部５１は、試料１０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。
【００３１】
上述した圧子４１、４７は、試料１０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。なお、圧子４１、４７の一方を、その他の形式の圧子に変更することも可能である。
【００３２】
以上のような構成を有する硬さ試験機を利用して試料１０の破壊じん性を測定する場合には、最初に、載置台３２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて試料１０を位置決めするとともに、ターレット４０を回転させて、圧子４１または圧子４７を試料１０と対向する試験位置に移動させる。そして、負荷機構により、圧子４１または圧子４７を試料１０に押し付ける。これにより、試料１０に必要な圧痕１００および亀裂１０１が形成されれば、ターレット４０を回転させて、対物レンズ４２、４３のいずれかを試料１０における圧痕１００および亀裂１０１と対向する位置に移動させる。この時には、対物レンズ４２、４３のうち、圧痕１００および亀裂１０１のサイズに対応した対物レンズが圧痕１００および亀裂１０１と対向する位置に配置される。そして、圧痕１００および亀裂１０１の画像が操作部２における表示部２１に表示され、この画像から、圧痕１００の対角線長さと亀裂１０１の長さが測定される。
【００３３】
次に、この硬さ試験機により、亀裂１０１の発生方向に沿った軌跡の長さを測定する測定動作について説明する。図４は、この発明の第１実施形態に係る亀裂１０１の軌跡の長さの測定動作を示す説明図である。
【００３４】
亀裂１０１の発生方向に沿った軌跡の長さを測定するときには、最初に、図３に示す亀裂特定部７１により、表示部２１に表示されている圧痕１００および亀裂１０１の画像から亀裂１０１を特定する。このとき、この第１実施形態においては、タッチパネル式の液晶表示パネルからなる表示部２１上においてオペレータがタッチペン５６により亀裂１０１の画像をなぞることにより、亀裂特定部７１が亀裂１０１を特定する構成を採用している。
【００３５】
すなわち、亀裂１０１の軌跡の長さを測定するときには、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、オペレータがタッチペン５６を使用して、表示部２１上に表示された亀裂１０１に沿って亀裂１０１上の点をプロットする。この結果に基づいて、図３に示す亀裂特定部７１は、亀裂１０１を特定する。そして、図３に示す亀裂長さ演算部７２が、亀裂１０１の長さを画像におけるピクセル数から演算する。このようにして亀裂１０１の軌跡そのものの長さを取得することができる。そして、図４（ａ）に示された下側の亀裂についても同様に軌跡そのものの長さを取得しておく。さらに、必要に応じて左右に示された亀裂についても同様な操作で軌跡そのものの長さを取得することができる。
【００３６】
演算された亀裂１０１の軌跡の長さは、図３に示す亀裂長さ表示部７３により、上述した図８に示すＪＩＳの規定に則した圧痕１００の対角線方向の成分の亀裂１０１の長さと共に、表示部２１に表示される。これにより、オペレータは、ＪＩＳの規定に基づく圧痕１００の対角線方向の成分の亀裂１０１の長さと、亀裂１０１の軌跡の長さの両方を認識することが可能となる。
【００３７】
図５は、表示部２１に表示される亀裂１０１の軌跡の長さを示す説明図である。
【００３８】
図７に示すように、ＪＩＳにおいては、亀裂の長さＣは、圧痕１００の対角線の長さ２ａ１（２ａ２）と、そこから伸びる一対の亀裂１０１の長さとの合計値２Ｃ１（２Ｃ２）の半分となっている。このため、この発明により測定される亀裂１０１の軌跡の長さＣｚは、ＪＩＳの規定に対応して、圧痕の対角線の長さＬ２と一対の亀裂１０１の軌跡そのものの長さＬ１、Ｌ３の合計値の半分である下記の式（１）で規定することができる。
Ｃｚ＝（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／２  ・・・（１）
ここで、圧痕の対角線の長さＬ２は、圧痕の大きさを演算する周知の処理により取得してもよいし、上下の亀裂１０１の軌跡の内側の端同士を結んだ線分の長さとしてもよい。
【００３９】
なお、表示部２１には、例えば、このＣｚと、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とを、ＪＩＳの規定に則した数値等とともに表示する構成とすればよい。
【００４０】
図６は、この発明の第２実施形態に係る亀裂１０１の軌跡の長さの測定動作を示す説明図である。
【００４１】
この第２実施形態において、亀裂１０１の発生方向に沿った軌跡の長さを測定するときには、最初に、図３に示す亀裂特定部７１により、表示部２１に表示されている圧痕１００および亀裂１０１の画像から、図６(ａ)に示すように、亀裂１０１を含む複数の領域Ｅを特定する。そして、図３に示す亀裂特定部７１が、図６(ｂ)に示すように、亀裂１０１を含む複数の領域Ｅを抽出し、図６(ｃ)に示すように、それらの領域Ｅから画像処理により亀裂１０１を特定する。そして、図３に示す亀裂長さ演算部７２が、亀裂１０１の軌跡そのものの長さを画像におけるピクセル数から演算する。
【００４２】
そして、第１実施形態の場合と同様、演算された亀裂１０１の軌跡の長さは、図３に示す亀裂長さ表示部７３により、上述した図８に示すＪＩＳの規定に則した圧痕１００の対角線方向の成分の亀裂１０１の長さと共に、表示部２１に表示される。これにより、オペレータは、ＪＩＳの規定に基づく圧痕１００の対角線方向の成分の亀裂１０１の長さと、亀裂１０１の軌跡の長さの両方を認識することが可能となる。
【００４３】
以上のように、この発明に係る硬さ試験機によれば、ＪＩＳの規定に則した圧痕１００の対角線方向の成分の亀裂１０１の長さだけではなく、亀裂１０１の軌跡の長さをも確認することが可能となる。このため、試料１０の破壊じん性を多面的に認識することが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１        本体部
２        操作部
１０      試料
２１      表示部
２２      キーボード
２３      パーソナルコンピュータ本体
３１      テーブル
３２      載置台
３６      接眼レンズ
３７      カメラ
４０      ターレット
４１      圧子
４２      対物レンズ
４３      対物レンズ
４７      圧子
５１      観察部
５２      載置部
５３      接続部
５６      タッチペン
７０      制御部
７１      亀裂特定部
７２      亀裂長さ演算部
７３      亀裂長さ表示部
１００    圧痕
１０１    亀裂
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019015662.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019015662.tif 000008
【図６】
2019015662.tif 000009
【図７】
2019015662.tif 000010
【図８】
2019015662.tif 000011
【図９】
2019015662.tif 000012