(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片表面の測定点に試験荷重をかけて圧痕を形成する圧子と、前記形成された圧痕の形状寸法を測定する測長手段と、前記測長手段により測定された寸法に基づき測定点での硬度に関するデータを演算する演算手段と、前記試験片の複数の測定点において圧痕を形成すべく、試験片を載置して移動するステージと、グラフ表示可能な表示手段と、前記複数の測定点における硬度に関するデータをグラフ処理し、前記表示手段にグラフ処理された結果をグラフ表示するグラフ表示制御手段とを一体に備えるとともに、前記グラフ表示された複数の測定点の中から少なくとも一つをグラフ表示上において指定する指定手段と、前記指定された測定点に関し再測定を指示する再測定指示手段と、前記再測定指示手段により再測定が指示されたとき、前記再測定が指示された測定点についてのデータを、再測定により得られた新たな測定点のデータに置き換えるデータ置き換え手段とをさらに備えることを特徴とする硬度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステージ上の試験片の測定点に圧子により圧痕を形成し、形成された圧痕の形状等により試験片の測定点における硬度を測定することができる硬度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＸＹステージ上の試験片の測定点に圧子により圧痕を形成し、形成された圧痕の形状等により試験片の測定点における硬度を測定することができるビッカース硬度計が知られている。このビッカース硬度計では、ＸＹステージをＸＹ方向に移動することにより、試験片上の複数の測定点にて硬度を測定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のビッカース硬度計では、硬度計の有する表示装置に測定された硬度値等の数値データが表示されるのみで、複数の測定点の硬度の相関等を把握するのが困難であった。この相関関係を視覚的（グラフィカル）に見ようとすれば、測定された硬度データを手書きにてグラフ処理するなどをしていた。
【０００４】
本発明の目的は、測定された硬度データをグラフ処理して表示することができる硬度計を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硬度計に適用され、試験片表面の測定点に試験荷重をかけて圧痕を形成する圧子と、前記形成された圧痕の形状寸法を測定する測長手段と、前記測長手段により測定された寸法に基づき測定点での硬度に関するデータを演算する演算手段と、前記試験片の複数の測定点において圧痕を形成すべく、試験片を載置して移動するステージと、グラフ表示可能な表示手段と、前記複数の測定点における硬度に関するデータをグラフ処理し、前記表示手段にグラフ処理された結果をグラフ表示するグラフ表示制御手段とを一体に備えるとともに、前記グラフ表示された複数の測定点の中から少なくとも一つをグラフ表示上において指定する指定手段と、前記指定された測定点に関し再測定を指示する再測定指示手段と、前記再測定指示手段により再測定が指示されたとき、前記再測定が指示された測定点についてのデータを、再測定により得られた新たな測定点のデータに置き換えるデータ置き換え手段とをさらに備えることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明は、また、前記表示手段に重ねてタッチパネルを備え、硬度計に対して各種の指示を入力するスイッチを構成するために、このタッチパネルと組み合わせて前記表示手段にスイッチを表す表示をするようにしてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
以下図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る硬度計を正面から見た図である。硬度計は、試験機本体１と、載置台２と、試験片Ｔを載置し複数の測定点（計測点）で圧痕を形成するために試験片ＴをＸ方向（紙面を左右に横切る方向）およびＹ方向（紙面に対して垂直方向）に移動する載置台２上に設けられたＸＹステージ３と、５０倍の対物レンズ４Ａ、１０倍の対物レンズ４Ｂ、試験片Ｔに圧痕を形成するための圧子４Ｃを回転切り換え可能に設けたレボルバ４と、圧子４Ｃに荷重を負荷するための負荷機構５（図２）と、試験片Ｔを観察するための接眼レンズ２０を備えた測長部６と、表示装置７と、表示装置７に重ねて設けられたタッチパネル８とから構成さる。なお、ＸＹステージ３には試験片ＴをＸ方向およびＹ方向へ送るためのマイクロメータ３Ａ，３Ｂが設けられている。ＸＹステージ３は昇降ハンドル３１により昇降するようになっている。
【０００８】
このような構成における試験片の硬度測定の原理について簡単に説明する。まず、試験片ＴをＸＹステージ３に載置し、マイクロメータ３Ａ、３Ｂにより試験片Ｔ上の測定点の位置決めを行う。次に、負荷機構５により所定の荷重でもって先端が四角錐形状をした圧子４Ｃを試験片Ｔに押しつけ圧痕を形成する。次に、レボルバ４を対物レンズ４Ａあるいは４Ｂに切り換え、測長部６により圧痕の形状を測定する。例えば、「対角線長さ測定方式」では、圧痕の対角線長さを測定する。そして、圧子４Ｃの四角錐の形状データ、負荷機構５による荷重値、荷重時間、および測定された対角線の長さデータなどにより、所定の計算式でもって硬度を計算する。これらの内容は、公知な内容であるため詳細な説明は省略する。
【０００９】
図２は、第１の実施の形態の硬度計のブロック図である。制御部１１はマイクロコンピュータおよび周辺部品により構成され、各種計算や硬度計全体の制御を行う。制御部１１には、測定結果などを記憶する記憶装置１２、圧子４Ｃを所定の荷重で試験片Ｔに押圧する負荷機構５が接続され、また、図１に示した各種指示を入力するタッチパネル８、測定結果やタッチパネル８の指示情報を表示する表示装置７、試験片の圧痕の対角線などの形状データを測定する測長部６も接続される。タッチパネル８は、表示装置７に重ねて設けられ、表示装置７の表示はタッチパネル８を透過する。タッチパネル８は表示装置７の表示内容と組み合わせて各種のスイッチを構成し、操作者がタッチパネル８の表示装置７の表示に対応する部分を指等でタッチすることによりスイッチとしての機能を呈する。以下単にタッチパネルのあるスイッチを操作すると言う場合は、表示装置７にそのスイッチを表す表示がされており、その表示に対応する部分を指等でタッチすることにより、制御部１１はそのスイッチが操作されたことを認識することを言うものとする。
【００１０】
図３は、第１の実施の形態の硬度計による測定の流れを説明するフローチャートである。説明の便宜上、操作者が行う操作と制御部１１等が行う操作とを混在させて説明する。このフローチャートは、操作者が試験片ＴをＸＹステージ３の所定の位置に載置したところから開始する。ステップＳ１で、操作者はＸＹステージ３のマイクロメータメータ３Ａ、３Ｂを操作して試験片Ｔ上の測定点の位置決めをする。このとき、レボルバ４は対物レンズ４Ａあるいは４Ｂのどちらかが光軸９上にセットされ、操作者は接眼レンズ２０を通して試験片Ｔを見ながら測定点の位置決めをする。ＸＹステージ３の位置データは操作者がマイクロメータ３Ａ、３Ｂの目盛りを読むことにより把握される。ステップＳ２で、操作者はレボルバ４を回転させ光軸９上に圧子４Ｃをセットする。ステップＳ３で、操作者によるタッチパネル８からの指示入力により、制御部１１は負荷機構５を駆動して所定の荷重値でもって所定時間圧子４Ｃを試験片Ｔに押しつける。これにより試験片Ｔには圧痕が形成される。ステップＳ４で、操作者は再度レボルバ４を回転し、光軸９上に対物レンズ４Ａあるいは４Ｂをセットする。光軸９とは上記の通り対物レンズ４Ａあるいは４Ｂがセットされたときの対物レンズの光軸であるが、圧子４Ｃがセットされたときはその圧子４Ｃの中心部すなわち先端部は光軸９上に位置する。
【００１１】
ステップＳ５で、圧痕の形状が測定される。第１の実施の形態の圧痕の形状測定は、操作者が測長部６のノブ６Ａ、６Ｂを操作して、接眼レンズ２０から覗いた視野内に表れるカーソルを移動させて、圧子４Ｃの四角錐により形成された菱形形状の圧痕の対角線長（Ｌ１、Ｌ２）を測定する。具体的には、操作者がＸ方向の対角線の両端点にカーソルを合わせたときにタッチパネル８の所定のスイッチをオン操作することにより、その間の距離が測長部６により測定されＸ方向の対角線として制御部１１に出力される。Ｙ方向の対角線についても同様に行われる。なお、圧子４Ｃの四角錐の対角線はＸＹステージ３のＸＹ方向に一致するように予め設定されている。ステップＳ６で、制御部１１は、ステップＳ５で測定された対角線データを何番目の測定かのデータとともに記憶装置１２に記憶する。ステップＳ７では、操作者はさらに別の測定点を測定するかを判断し、測定する場合にはステップＳ１に戻り処理が繰り返される。測定を終了とする場合はステップＳ７で操作者はタッチパネル８の測定結果表示スイッチをオン操作する。これにより、ステップＳ８に進み制御部１１は記憶装置１２に記憶されたデータにより硬度計算を行うと共にその測定結果を表示する。ステップＳ９では、さらに測定結果をグラフ表示したい場合に、タッチパネルの所定のスイッチを操作者がオンすることにより、制御部１１が測定結果をグラフ処理し、そのグラフ処理した結果を表示装置７に表示する。
【００１２】
図４は、測定結果およびそのグラフ表示の例を示す図である。図４（ａ）は、ステップＳ８における数値による測定結果を表示装置７に表示された場合を示す図である。図４（ａ）において、Ｎｏは何番目の測定かを示し、ＨＶは測定結果により計算された硬度値を示し、Ｌ１とＬ２は測定された対角線データ（μｍ）を示している。図４（ａ）の例では５箇所の測定点で測定されたことが示されている。図４（ｂ）は図４（ａ）のデータをグラフ化したものである。制御部１１は、横軸に何番目の測定かを示し、縦軸に硬度値を示してグラフ処理をして表示装置１２に表示する。第１の実施の形態の硬度計は簡易なタイプであるためＸＹステージの位置を自動的に測定する装置を装備していない。しかし、前もって試験片上のどのような位置をどのような順序で測定するかを決めておけば、何番目のデータが試験片上のどの位置であるかを特定することができる。従って、何番目であるかのデータとその硬度データさえあれば、図４（ｂ）のような表示をしても試験片の位置と硬度データを視覚的（グラフィカル）に把握できるようになる。図４（ｃ）は、制御部１１が図４（ａ）の測定結果をヒストグラム表示処理し表示したものである。
【００１３】
以上のようにして、グラフ表示することにより硬度データを視覚的に把握することができる。例えば、材料表面を熱処理した場合の有効硬化層評価（どれくらいの深さまで目的とする硬度が得られているか）をする場合、熱処理された材料の断面を端面から順に測定して図４（ｂ）と同様な表示を行えば、熱処理された表面からの深さ対硬度のデータを視覚的に得ることができる。図５（ａ）は深さ対硬度のデータの表示の例を示す図である。
【００１４】
なお、第１の実施の形態では、試験片に圧痕を形成する度に圧痕形状を測定して記憶装置１２に記憶する例を説明をしたが、この内容に限定される必要はない。例えば、先にすべての測定点で圧痕を形成し、その後まとめて圧痕の形状を測定するようにしてもよい。この場合は、全ての測定点での圧痕の形成を終了した後、接眼レンズ２０を覗きながらマイクロメータ３Ａ、３Ｂを操作することによりＸＹステージ３を移動させ、第１の測定点すなわち第１の圧痕の位置まで戻り、順次圧痕の形状を測定していく。
【００１５】
また、第１の実施の形態では、上述した通りＸＹステージ３の位置データはマイクロメータ３Ａ、３Ｂの目盛りを操作者が読むことにより把握する例で説明をしたが、この内容に限定される必要はない。例えば、ＸＹステージの位置をデジタル値として出力が可能なデジタルマイクロメータヘッドなどを装備したＸＹステージとしたり、エンコーダなどによりＸＹステージの移動距離を検出したりして、その結果を制御部１１に入力するようにして自動的に検出できるようにしてもよい。ＸＹステージの位置が制御部１１により自動的に検出できれば、それにより試験片上の測定点の位置が計算でき、上述した図４のグラフで、圧痕の位置を正確にグラフ表示することができるようになる。例えば、Ｘ座標対硬度グラフ、Ｙ座標対硬度グラフ、距離対硬度グラフ、深さ対硬度グラフなどを表示することができるようになる。図５（ａ）は回数対硬度グラフであり、回数により予め決められた順序並びに測定間隔でもってその回数における深さ（距離）を把握するようにしていたが、図５（ｂ）に示すようにグラフ上に深さ（距離）値が表示されより正確なグラフ表示を得ることができるようになる。例えば、図５（ａ）の３番目のデータが、正確には１．５ｍｍを少し切るような位置で測定された場合、図５（ｂ）ではその内容も正確に表示される。このようにＸＹステージの位置を自動的に検出するようにすれば、必ずしも所定の順序で測定する必要はなく、ランダムに測定しても深さや距離をパラメータの一つとしてグラフ処理することが可能となる。
【００１６】
また、第１の実施の形態では、操作者がＸＹステージ３のマイクロメータ３Ａ、３Ｂを手動で操作することにより、測定点の位置決めをする例で説明をしたが、この内容に限定される必要はない。例えば、ＸＹステージにＸ方向およびＹ方向の送り機構を設けステッピングモータなどにより駆動して、制御部１１からの指示によりＸＹステージを駆動するようにしてもよい。また、手動による移動と制御部１１による移動を併用するようにしてもよい。このように、ＸＹステージを制御部１１により自動的に送る機構を設け、上述したＸＹステージの位置センサを設ければ、複数の測定点の位置をタッチパネル８などにより予め指定しておくと、試験片Ｔ上の測定点の移動を自動で行うことができる。
【００１７】
また、第１の実施の形態では、操作者が測長部６において被測定圧痕にカーソルを合わせることにより対角線長の測定を行う例で説明をしたが、この内容に限定される必要はない。例えば、測長部６にＣＣＤなどによるカメラを設けて圧痕を撮像し、その撮像した圧痕の画像を画像処理することにより、圧痕の形状を自動的に測定するようにしてもよい。このような画像処理による自動測長と、上述したＸＹステージの自動送り機構と、ＸＹステージの自動位置センサとを設ければ、圧痕の形成から測定まで、さらにはその測定結果をグラフ表示するところまで全て自動で行うことができるようになる。
【００１８】
−第２の実施の形態−
第２の実施の形態の硬度計は、第1の実施の形態の図１および図２と同じ構成を持ち、以下に説明する機能が追加されていることのみ異なるものである。従って、硬度計の構成についての説明は省略し、新たに付加された機能について以下説明をする。
【００１９】
図６はこの新たに追加された機能を説明するための図である。図６は、第1の実施の形態の図４に対応する図である。この図６（ａ）では、第３番目の測定データが特異な値を有している。このことは、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）を見ることにより一目で分かる。通常、このような特異な値を示す場合は、測定上の何らかの不具合があり、測定をやり直すのが一般的である。本実施の形態では、例えば図６（ｂ）に示された特異なデータに、タッチパネル８のカーソル移動スイッチを操作することによりカーソルを合わせ、再測定をすることによりそのデータを新たな測定データに置き換えるようにしたものである。
【００２０】
操作者は、図６（ｂ）の表示を見て特異なデータを把握し、再測定をする必要があるかどうか判断する。この判断にあたっては、図６（ｂ）のようにグラフ表示されておりデータの相関が視覚的（グラフィカル）に把握できるので容易に判断することができる。その判断結果により、マイクロメータ３Ａ、３Ｂを操作して再測定点を設定する。再測定点の設定方法は、前の測定がランダムな位置を測定するものであれば今回もランダムに位置を決め、前の測定が試験片上の測定点を順番にずらしながら測定するものであれば、特異なデータを示している測定点の近辺を再設定する。このように操作者が再測定点を設定したのち再測定を行う。
【００２１】
図７は、再測定点が設定された後の制御部１１が再測定を行う手順を示すフローチャートである。表示装置７には図６（ｂ）の表示がなされていることを前提とする。まずステップＳ１０１で、制御部１１は、操作者のタッチパネル８のカーソル移動スイッチの操作により表示装置７に表示されたカーソル（不図示）を特異なデータＤ１上に移動する。ステップＳ１０２で、制御部１１は、操作者のタッチパネル８の再測定スイッチのオン操作を認識すると次のステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、制御部１１は負荷機構５を駆動して所定の荷重値でもって所定時間圧子４Ｃを試験片Ｔに押しつける。これにより試験片Ｔには圧痕が形成される。
【００２２】
ステップＳ１０４で、圧痕の形状が測定される。圧痕の形状測定は、図３のステップＳ５と同様に行われる。すなわち、操作者が測長部６のノブ６Ａ、６Ｂを操作して、接眼レンズ２０から覗いた視野内に表れるカーソルを移動させ、２点においてタッチパネル８の所定のスイッチをオン操作することにより、測長部６はその２点間の距離を圧痕の対角線長として検出し制御部１１に出力する。制御部１１は測長部６からの出力データを入力し圧痕の対角線データを得る。次に、ステップＳ１０５で、制御部１１はカーソルで指定されているＤ１の測定データを測長部６から入力された新たなデータに置き換えて記憶装置１２に記憶する。以後、置き換えられたデータを基に、第１の実施の形態の図３のステップＳ８、Ｓ９と同様に測定結果を表示しまた測定結果のグラフ表示をする。
【００２３】
以上により、特異なデータがグラフ表示で容易に把握でき、その特異なデータについて再測定をする場合には容易に再測定後のデータに置き換えることができる。
【００２４】
なお、第１の実施の形態でも説明した通り、本第２の実施の形態においても、ＸＹステージを制御部１１により自動的に送る送り機構を設けたり、ＸＹステージの位置データを得るエンコーダなどを設けることも可能である。このような要素を設けて再測定を行う場合は、グラフ表示された特異点をカーソルで指示するだけで、制御部１１は所定の位置までＸＹステージを自動的に移動させ、そこで試験片上に圧痕を形成することができる。さらに、ＣＣＤカメラなどによる画像処理をすることにより自動測長させれば、グラフ表示された特異点をカーソルで指示するだけで、データの置き換えまで全て自動で行うこともできる。
【００２５】
また、第１および第２の実施の形態では、四角錐形状をした圧子により形成された圧痕の対角線長を測定して硬度を計算する例で説明をしたが、この内容に限定される必要はない。例えば、三角錐形状をした圧子を使用したり、窪み深さ測定方式を使用したりしてもよい。すなわち、硬度測定の方法はどのようなものであれ、本発明は、複数の測定点で硬度測定を行う全ての硬度計に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成しているので、次のような効果を奏する。すなわち、硬度計にグラフィック表示手段を一体的に備え、複数の測定点における硬度に関するデータをグラフ処理して表示するようにしたので、手間をかけることなく複数の測定点の硬度に関するデータの相関関係をその場で視覚的（グラフィカル）に見ることができる。これにより、データの傾向などを容易に把握することができ、特に異常データがある場合即座に分かる。そして、再測定をすべき測定点をグラフ表示上で指定して行うことができるので、再測定すべき点を容易に指定することができる。特に、異常データがあったときはグラフ表示上で容易にその異常データを把握することができ、その異常データに対して再測定することを容易に指定することができる。さらに、再測定したデータを再測定前のデータと自動的に置き換えるようにしたので、再測定後の正確な全体データを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る硬度計を正面から見た図
【図２】第１の実施の形態の硬度計のブロック図
【図３】測定の流れを説明するフローチャート
【図４】測定結果およびそのグラフ表示の例を示す図
【図５】深さ対硬度のデータの表示の例を示す図
【図６】第２の実施の形態の追加機能を説明するための図
【図７】再測定を行う手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１  試験機本体
２  載置台
３  ＸＹステージ
４  レボルバ
４Ａ、４Ｂ  対物レンズ
４Ｃ  圧子
５  負荷機構
６  測長部
７  表示装置
８  タッチパネル
９  光軸
１１  制御部
１２  記憶装置
２０  接眼レンズ
Ｔ  試験片
【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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