硬度試驗(yàn)機(jī)以及硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠迅速地實(shí)行硬度試驗(yàn)的硬度試驗(yàn)機(jī)以及硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法。該硬度試驗(yàn)機(jī)具有：方程式運(yùn)算部（83），其基于通過在被載置在載置臺上的試驗(yàn)片的表面上的相互不同的3個位置進(jìn)行對焦而得到的3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算試驗(yàn)片的表面的方程式；存儲試驗(yàn)片的表面的方程式的存儲部（81）；Z坐標(biāo)運(yùn)算部（84），其基于試驗(yàn)片的表面的方程式運(yùn)算試驗(yàn)片的表面的試驗(yàn)位置的Z坐標(biāo)位置；以及移動機(jī)構(gòu)，其根據(jù)試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置，使載置臺在Z方向上移動。
【專利說明】硬度試驗(yàn)機(jī)以及硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量試驗(yàn)片的硬度試驗(yàn)機(jī)以及硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]這樣的硬度試驗(yàn)機(jī)具有:載置試驗(yàn)片的載置臺；使該載置臺在互相正交的X、Y、Z方向(水平方向以及鉛垂方向)移動的移動機(jī)構(gòu)；用于在試驗(yàn)片的表面形成壓痕的壓頭；在試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置相對的位置上，通過使壓頭在Z方向上移動而將壓頭按壓向試驗(yàn)片的負(fù)載機(jī)構(gòu)；具有用于對形成于試驗(yàn)片表面上的壓痕進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)的攝像機(jī)構(gòu)；以及通過使載置臺在Z方向上移動而進(jìn)行由攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦的對焦部，該硬度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)成為:基于由攝像機(jī)所拍攝的壓痕的圖像測量形成于試驗(yàn)片的表面的壓痕的尺寸，通過測量該壓痕的尺寸來測量試驗(yàn)片的硬度。
[0003]在這樣的試驗(yàn)機(jī)中，雖然載置臺的表面朝向標(biāo)準(zhǔn)的水平方向，但是試驗(yàn)片的表面不限于朝向水平方向。因此，在利用攝像機(jī)拍攝試驗(yàn)片的表面而測量壓痕尺寸的情況下，對由攝像機(jī)所拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理，且通過基于該圖像處理結(jié)果使試驗(yàn)片和載置臺一起在Z方向移動，以實(shí)行試驗(yàn)片的圖像的對焦(自動對焦)。
[0004]在專利文獻(xiàn)I中，揭示有以下這樣的硬度試驗(yàn)機(jī):為了不依存于樣本的傾斜或平面度的誤差而實(shí)行自動試驗(yàn)，該硬度試驗(yàn)機(jī)具有用于在樣本的表面對焦的AF (Z)臺。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I日本特開2011-220790號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問題
[0009]關(guān)于這樣的硬度試驗(yàn)機(jī)，在被載置于載置臺上的試驗(yàn)片的表面不與水平面平行的情況下，需要在每個試驗(yàn)位置實(shí)行對焦動作。因此，存在為了進(jìn)行硬度試驗(yàn)，需要長時間這樣的問題。這樣的問題在進(jìn)行變更試驗(yàn)位置并多次連續(xù)反復(fù)硬度試驗(yàn)的自動試驗(yàn)的情況下，有特別明顯的影響。
[0010]本發(fā)明為了解決上述問題而作出，其目的在于提供能夠迅速地實(shí)行硬度試驗(yàn)的硬度試驗(yàn)機(jī)以及硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法。
[0011]解決課題的手段
[0012]技術(shù)方案I記載的發(fā)明的硬度試驗(yàn)機(jī)，其具有:載置試驗(yàn)片的載置臺；使所述載置臺在互相正交的X、Y、Z方向上移動的移動機(jī)構(gòu)；用于在所述試驗(yàn)片的表面形成壓痕的壓頭；在與所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置相對的位置上，通過使所述壓頭在Z方向上移動而將所述壓頭按壓向所述試驗(yàn)片的負(fù)載機(jī)構(gòu)；用于對形成于所述試驗(yàn)片表面上的壓痕進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)構(gòu)；以及通過使所述載置臺在Z方向上移動而進(jìn)行由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦的對焦部，所述硬度試驗(yàn)機(jī)的特征在于，具有:方程式運(yùn)算部，其基于通過在被載置于所述載置臺上的試驗(yàn)片的表面的相互不同的3個位置進(jìn)行對焦而得到的3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算所述試驗(yàn)片的表面的方程式；存儲部，其存儲由所述方程式運(yùn)算部所運(yùn)算的試驗(yàn)片的表面的方程式；以及Z坐標(biāo)運(yùn)算部，其基于存儲在所述存儲部中的試驗(yàn)片的表面的方程式，根據(jù)所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的X、Y坐標(biāo)位置，運(yùn)算該位置的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置，所述移動機(jī)構(gòu)基于由Z坐標(biāo)運(yùn)算部所運(yùn)算的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置，使所述載置臺在Z方向上移動。
[0013]關(guān)于技術(shù)方案2記載的發(fā)明，其基于技術(shù)方案I的發(fā)明具有特征:所述移動機(jī)構(gòu)在使所述載置臺在X、Y方向上移動以將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置時，通過使所述載置臺在Z方向上移動，將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面配置在由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置上。
[0014]關(guān)于技術(shù)方案3記載的發(fā)明，其基于技術(shù)方案2記載的發(fā)明具有特征:在所述載置臺向Z方向的移動是所述試驗(yàn)片的表面遠(yuǎn)離所述壓頭的方向的情況下，所述移動機(jī)構(gòu)使所述載置臺在Z方向上移動之后使其在X、Y方向上移動，在所述載置臺向Z方向的移動是所述試驗(yàn)片的表面靠近所述壓頭的方向的情況下，所述移動機(jī)構(gòu)使所述載置臺在X、Y方向上移動之后使其在Z方向上移動。
[0015]技術(shù)方案4記載的發(fā)明的硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法，所述硬度試驗(yàn)機(jī)具有:載置試驗(yàn)片的載置臺；使所述載置臺在互相正交的X、Y、Z方向上移動的移動機(jī)構(gòu)；用于在所述試驗(yàn)片的表面形成壓痕的壓頭；在與所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置相對的位置上，通過使所述壓頭在Z方向上移動而將所述壓頭按壓向所述試驗(yàn)片的負(fù)載機(jī)構(gòu)；用于對形成于所述試驗(yàn)片表面上的壓痕進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)構(gòu)；以及通過使所述載置臺在Z方向上移動而進(jìn)行由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦的對焦部，所述硬度試驗(yàn)方法的特征在于，具有:坐標(biāo)值測量工序，其通過在被載置在所述載置臺上的試驗(yàn)片的表面的相互不同3個位置進(jìn)行對焦，對所述3個位置的Z坐標(biāo)值進(jìn)行測量；方程式運(yùn)算工序，其基于所述3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算所述試驗(yàn)片的表面的方程式；方程式存儲工序，其存儲在所述方程式運(yùn)算工序中所運(yùn)算的試驗(yàn)片的表面的方程式；Z坐標(biāo)運(yùn)算工序，其基于在所述方程式存儲工序中存儲了的試驗(yàn)片的表面的方程式，根據(jù)所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的X、Y坐標(biāo)位置，運(yùn)算該位置的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置；移動工序，其利用所述移動機(jī)構(gòu)，通過基于由Z坐標(biāo)運(yùn)算部所運(yùn)算的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置使所述載置臺在Z方向上移動，將試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置配置在由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置，且通過使所述載置臺在X、Y方向上移動，將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置；壓痕形成工序，其通過使所述壓頭在Z方向上移動，將所述壓頭按壓向所述試驗(yàn)片；以及壓痕拍攝工序，其用于由所述攝像機(jī)構(gòu)對形成在所述試驗(yàn)片的表面上的壓痕進(jìn)行。
[0016]關(guān)于技術(shù)方案5記載的發(fā)明，其基于技術(shù)方案4記載的發(fā)明具有特征:在所述移動工序中，所述載置臺向Z方向的移動為所述試驗(yàn)片的表面遠(yuǎn)離所述壓頭的情況下，在使所述載置臺在X、Y方向上移動以將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置之前，使所述載置臺在Z方向上移動，以使所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置移動到由所述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置；所述載置臺向Z方向的移動為所述試驗(yàn)片的表面靠近所述壓頭的情況下，在使所述載置臺在X、Y方向上移動以將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置之后，使所述載置臺在Z方向上移動以使所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置移動到由所述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)技術(shù)方案1、技術(shù)方案2以及技術(shù)方案4記載的發(fā)明，在進(jìn)行硬度試驗(yàn)時，能夠省略對焦動作。因此，能夠迅速地實(shí)行硬度試驗(yàn)。又，由于能夠?qū)⒃囼?yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置設(shè)置為一定，因此即使在試驗(yàn)片的表面相對水平面具有較大的交叉角的情況下，也能夠?qū)侯^可靠地按壓至試驗(yàn)片。
[0019]根據(jù)技術(shù)方案3以及技術(shù)方案5所記載的發(fā)明，根據(jù)在Z方向上移動載置臺時的移動方向，選擇先實(shí)行載置臺的X、Y方向的移動和Z方向的移動中的某一個移動，由此即使在試驗(yàn)片的表面相對水平面具有較大的交叉角的情況下，也能夠?qū)⒃囼?yàn)片和壓頭的沖撞防止于未然。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所涉及的硬度試驗(yàn)機(jī)的概略圖。
[0021]圖2是對載置臺12進(jìn)行升降的升降機(jī)構(gòu)的概要圖。
[0022]圖3是示出被支撐于物鏡轉(zhuǎn)換器20上的物鏡等的配置的說明圖。
[0023]圖4是用于對壓頭19和壓頭21賦予試驗(yàn)力的負(fù)載機(jī)構(gòu)和用于觀察形成在試驗(yàn)片100上的壓痕的光學(xué)系統(tǒng)的概要圖。
[0024]圖5是示意性地示出通過壓頭21在試驗(yàn)片100上形成壓痕的情況的說明圖。
[0025]圖6是示出形成在試驗(yàn)片100上的壓痕的俯視圖。
[0026]圖7是示出該發(fā)明所涉及的硬度試驗(yàn)機(jī)的主要的控制系統(tǒng)的框圖。
[0027]圖8是本發(fā)明涉及的硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法的流程圖。
[0028]圖9是示出試驗(yàn)片100的表面的方程式的運(yùn)算方法的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明所涉及的硬度試驗(yàn)機(jī)的概略圖。圖2是對載置臺12進(jìn)行升降的升降機(jī)構(gòu)的概要圖。
[0030]該硬度試驗(yàn)機(jī)具有臺11和被配置在臺11上的、載置試驗(yàn)片100的載置臺12。載置臺12是用于使試驗(yàn)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。在該載置臺12上，附設(shè)有用于使試驗(yàn)片100在X方向移動的電動機(jī)13和用于使試驗(yàn)片100在Y方向移動的電動機(jī)14。又，載置臺12構(gòu)成為通過圖2中示出的升降機(jī)構(gòu)的作用而在上下方向(Z方向)升降的結(jié)構(gòu)。即，支撐載置臺12的支撐部51通過在其側(cè)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(jī)15的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的小齒輪54嚙合。因此，載物臺12通過電動機(jī)15的驅(qū)動進(jìn)行升降。
[0031]又，該硬度試驗(yàn)機(jī)具有用于通過目視觀察試驗(yàn)片100的目鏡16 ;用于對試驗(yàn)片100進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)17 ;支撐壓頭21和物鏡23、24等且進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的物鏡轉(zhuǎn)換器20。該物鏡轉(zhuǎn)換器20通過操作旋鈕26或者通過后面敘述的電動機(jī)30的驅(qū)動，以朝向鉛垂方向的軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。又，該硬度試驗(yàn)機(jī)具有也能作為輸入部和顯示部發(fā)揮作用的觸屏式的液晶顯示部59。
[0032]圖3是示出被支撐在物鏡轉(zhuǎn)換器20上的物鏡等的配置的說明圖。
[0033]在物鏡轉(zhuǎn)換器20上配置有:按壓至被載置在載置臺12上的試驗(yàn)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(zhuǎn)換器20的旋轉(zhuǎn)中心為中心的圓上。又，物鏡22、23、24、25的倍率以及配置個數(shù)不限制于此。
[0034]再次參照圖1，該材料試驗(yàn)機(jī)與計(jì)算機(jī)50相連接，該計(jì)算機(jī)50由用于顯示試驗(yàn)片100的表面的像的CRT等的顯示部55 ;作為用于輸入各種數(shù)據(jù)的輸入單元而發(fā)揮作用的鍵盤57及鼠標(biāo)58 ；以及主體56構(gòu)成。
[0035]圖4是用于對壓頭19和壓頭21賦予試驗(yàn)力的負(fù)載機(jī)構(gòu)和用于觀察形成在試驗(yàn)片100上的壓痕的光學(xué)系統(tǒng)的概要圖。又，圖4示出在圖3中用點(diǎn)劃線表示的位置的截面。
[0036]該硬度試驗(yàn)機(jī)具有:對壓頭19、21賦予試驗(yàn)力的負(fù)載機(jī)構(gòu)；和用于對被載置在載置臺12上的試驗(yàn)片100進(jìn)行照明且觀察壓痕的光學(xué)系統(tǒng)，所述試驗(yàn)力用于相對于試驗(yàn)片100對壓頭19、21的頂端進(jìn)行按壓。
[0037]如圖4所示，物鏡轉(zhuǎn)換器20的軸筒27通過軸承29與旋轉(zhuǎn)軸28相連，通過操作旋鈕26或者通過后面敘述的電動機(jī)30的驅(qū)動，以朝向鉛垂方向的旋轉(zhuǎn)軸28為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在圖4中示出的是，利用物鏡轉(zhuǎn)換器20的旋轉(zhuǎn)通過負(fù)載傳遞軸36對壓頭21賦予試驗(yàn)力的情況，即，壓頭21是被配置在與圖1中示出的試驗(yàn)片100相對的位置的情況。對壓頭19賦予試驗(yàn)力的情況下，壓頭19被配置在圖4中示出的壓頭21的位置。
[0038]負(fù)載機(jī)構(gòu)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(gòu)成為伴隨桿32的搖動，對被附設(shè)在與壓頭21連接的負(fù)載傳遞軸36的端部上的抵接部37進(jìn)行按壓。又，在桿32的另一端附設(shè)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(gòu)成音圈電動機(jī)。該音圈電動機(jī)成為電磁式的負(fù)載機(jī)構(gòu)，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(fù)載傳遞軸36的頂端的壓頭21向試驗(yàn)片100施加的試驗(yàn)力進(jìn)行控制。
[0039]又，在該實(shí)施形態(tài)中，構(gòu)成為，能夠使此刻的試驗(yàn)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。
[0040]負(fù)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(zhuǎn)換器20的軸筒27上的羅伯威爾結(jié)構(gòu)(口 〃一 〃構(gòu)造)所支撐，且能夠根據(jù)通過負(fù)載機(jī)構(gòu)被賦予的試驗(yàn)力來升降。在負(fù)載傳遞軸36上連接有檢測該負(fù)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(zhuǎn)換器20的軸筒27連接，通過物鏡轉(zhuǎn)換器20的旋轉(zhuǎn)和負(fù)載傳遞軸36同步地移動。又，該位移檢測器60用于對試驗(yàn)片100的表面進(jìn)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(jìn)行檢測，判斷在壓頭21的移動停止時壓頭21是否與試驗(yàn)片100的表面抵接。
[0041]光學(xué)系統(tǒng)具有:LED光源41 ;將來自LED光源41的光導(dǎo)向水平方向的光筒42 ;為了從上方對試驗(yàn)片100照明將通過光筒42所引導(dǎo)的光引導(dǎo)至按壓部35的中空部、且使來自試驗(yàn)片100的表面的反射光透過至攝像機(jī)17側(cè)的半透半反鏡43 ;將透過了半透半反鏡43的、來自試驗(yàn)片100的表面的反射光分開至目鏡16以及攝像機(jī)17的半透半反鏡44。物鏡22被配置在圖4中的負(fù)載傳遞軸36的位置、即形成在試驗(yàn)片100上的壓痕的觀察位置的情況下，來自試驗(yàn)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(jī)17。由此，能夠通過目鏡16觀察試驗(yàn)片100的放大像，且能夠?qū)⑼ㄟ^攝像機(jī)17所拍攝的放大像顯示在計(jì)算機(jī)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。
[0042]圖5是示意性地示出通過壓頭21在試驗(yàn)片100上形成壓痕的情況的說明圖，圖6是示出形成在試驗(yàn)片100上的壓痕的俯視圖。
[0043]一對壓頭19、21中的壓頭21是用于進(jìn)行作為硬度試驗(yàn)的維氏硬度試驗(yàn)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(fù)載機(jī)構(gòu)的作用在試驗(yàn)片100的表面被壓入深度h。然后，解除該試驗(yàn)力，使圖1中示出的物鏡轉(zhuǎn)換器20旋轉(zhuǎn)以使所希望的倍率的物鏡移動至與試驗(yàn)片100相對的位置。而且，從通過物鏡以及攝像機(jī)17得到的、在試驗(yàn)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(jìn)行測量(參照圖6)。維氏硬度與試驗(yàn)力除以凹處的表面積所得到的值成比例，所述凹處假設(shè)是底面為正方形、且其頂點(diǎn)的角度和壓頭21相同的棱錐。然后，根據(jù)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(yàn)力，算出維氏硬度。
[0044]這里，將試驗(yàn)力設(shè)為F (N:牛頓)的情況下，維氏硬度HV用下述的算式表示。
[0045]HV = 0.1891 (F / d2)
[0046]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(yàn)中采用的菱形的金字塔型的壓頭。
[0047]圖7是示出該發(fā)明所涉及的硬度試驗(yàn)機(jī)的主要的控制系統(tǒng)的框圖。
[0048]該硬度試驗(yàn)機(jī)具有控制裝置整體的控制部80。如后所述，該控制部80具有:對焦部82，其通過使載置臺12在Z方向上移動，進(jìn)行由攝像機(jī)17所拍攝的試驗(yàn)片100的圖像的對焦；方程式運(yùn)算部83，其基于通過在被載置在載置臺12上的試驗(yàn)片100的表面的相互不同的3個位置進(jìn)行對焦而得到的3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算試驗(yàn)片100的表面的方程式；Z坐標(biāo)運(yùn)算部84，其基于該試驗(yàn)片100的表面的方程式，根據(jù)試驗(yàn)片100的試驗(yàn)位置的X、Y坐標(biāo)位置，運(yùn)算該位置的試驗(yàn)片100的表面的Z坐標(biāo)位置。
[0049]又，該控制部80與上述的攝像機(jī)17、液晶顯示部59、LED光源41、位移檢測器60、電磁線圈34、計(jì)算機(jī)50、用于使物鏡轉(zhuǎn)換器20旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)30以及用于使載置臺12在X、Y、Z方向上移動的電動機(jī)13、14、15連接。進(jìn)一步，該控制部80也與存儲由方程式運(yùn)算部83所運(yùn)算的試驗(yàn)片100的表面的方程式的存儲部81連接。
[0050]另外，上述對焦部82使試驗(yàn)片100和載置臺12—起在Z方向上移動，通過對此時由攝像機(jī)17所拍攝的試驗(yàn)片100的表面的圖像進(jìn)行圖像處理，確認(rèn)成為對焦點(diǎn)的試驗(yàn)片100的表面的位置。該對焦部82具有如下構(gòu)成:首先使試驗(yàn)片100在Z方向上以高速廣范圍的方式移動，以進(jìn)行焦點(diǎn)的粗略對位，然后使試驗(yàn)片100以低速窄范圍的方式移動，以進(jìn)行焦點(diǎn)的精密對位。由此，能夠?qū)嵭懈咚偾腋呔鹊貙埂?br> [0051]接著，對使用具有以上那樣的構(gòu)成的硬度試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行硬度試驗(yàn)的情況的動作進(jìn)行說明。圖8是本發(fā)明涉及的硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法的流程圖。
[0052]在進(jìn)行硬度試驗(yàn)時，首先，將試驗(yàn)片100載置在載置臺12上。而且，利用對焦部82的作用，在被載置在載置臺12上的試驗(yàn)片100的表面上的相互不同的3個位置進(jìn)行對焦，由此測量這3個位置的Z坐標(biāo)值(步驟SI)。這時，將物鏡22、23、24、25中的某一個配置在與試驗(yàn)片100相對的位置上。而且，使載置臺12在X、Y方向上移動，以將3個測量點(diǎn)中的某一個配置在與物鏡22、23、24、25相對的位置上。接著，使載置臺12在Z方向上移動，將試驗(yàn)片100的表面配置在由攝像機(jī)17所拍攝的試驗(yàn)片100的圖像的對焦點(diǎn)的位置，由此來進(jìn)行對焦。該對焦通過對焦部82的作用被實(shí)行。而且，此時的Z坐標(biāo)值被存儲在存儲部81中。變更測量點(diǎn)，該動作被實(shí)行總計(jì)3次。
[0053]接著，基于在坐標(biāo)測量工序(步驟SI)求出的3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算試驗(yàn)片100的表面的方程式(步驟S2)。
[0054]圖9是表示試驗(yàn)片100的表面的方程式的運(yùn)算方法的說明圖。
[0055]如該圖所示,設(shè)在坐標(biāo)測量工序求出的3個測量點(diǎn)A、B、C的坐標(biāo)為A(Ax,Ay,Az)、B (Bx, By, Bz)、C (Cx, Cy, Cz)。又,此時的試驗(yàn)片100的表面的方程式由下述的算式(I)表示，向量AB型與向量AC的向量積由下述的算式(2)表示。
[0056]ax + by + cz + d = 0...(I)
[0057]向量ABX 向量 AC=(a，b，c)...(2)
[0058]此時，向量AB以及向量AC由下述的算式(3)以及算式(4)表示。
[0059]向量 AB = (Bx — Ax, By — Ay, Bz — Az)…(3)
[0060]向量 AC = (Cx — Ax，Cy — Ay, Cz — Az)…(4) [0061]因此，上述的a、b、c、d成為以下的算式(5)、算式(6)、算式(7)、算式(8)那樣。
[0062]a = (By — Ay) (Cz — Az) — (Cy — Ay) (Bz — Az)…(5)
[0063]b = (Bz-Az) (Cx-Ax) - (Cz-Az) (Bx-Ax)…(6)
[0064]c = (Bx — Ax) (Cy — Ay) — (Cx — Ax) (By — Ay)...(7)
[0065]d = — (aAx + bAy + cAz)…(8)
[0066]由此，能夠確定試驗(yàn)片100的表面的方程式。該方程式被存儲在存儲部81中(步驟S3)。又，基于該方程式，設(shè)定試驗(yàn)片100的試驗(yàn)位置的X、Y坐標(biāo)的情況下，該試驗(yàn)位置的Z坐標(biāo)由下述的算式(9)表示。
[0067]Z = — (ax + by + d) / c...(9)
[0068]在該狀態(tài)下，等待試驗(yàn)片100的試驗(yàn)位置的X坐標(biāo)以及Y坐標(biāo)的輸入(步驟S4)。這時，在不同的試驗(yàn)位置實(shí)行多次的硬度試驗(yàn)的情況下，多個試驗(yàn)位置被預(yù)先存儲在存儲部81中，由控制部80讀出該試驗(yàn)位置的X坐標(biāo)以及Y坐標(biāo)。
[0069]試驗(yàn)片100的試驗(yàn)位置的X坐標(biāo)以及Y坐標(biāo)被輸入的話，該X坐標(biāo)值以及坐標(biāo)值被輸入上述的算式(9)中，運(yùn)算該試驗(yàn)位置的試驗(yàn)片100的表面的Z坐標(biāo)值(步驟S5)。
[0070]接著，通過電動機(jī)15的驅(qū)動，使載置臺12和試驗(yàn)片100 —起在Z方向上移動，將試驗(yàn)片100的表面配置在之前所運(yùn)算出的Z坐標(biāo)值的高度，且通過電動機(jī)13以及電動機(jī)14的驅(qū)動，使載置臺12和試驗(yàn)片100 —起在X方向以及Y方向上移動，將試驗(yàn)片100的試驗(yàn)位置配置在與壓頭19或者壓頭21相對的位置。又，此時，通過電動機(jī)30的驅(qū)動，物鏡轉(zhuǎn)換器20旋轉(zhuǎn)，壓頭19或者壓頭21替換物鏡22、23、24、25中的某一個，被預(yù)先配置在能與試驗(yàn)片100的試驗(yàn)位置相對的位置上。
[0071]這時，先實(shí)行Z方向的移動還是X、Y方向移動，根據(jù)試驗(yàn)片100的表面的Z方向的移動為靠近壓頭19或者壓頭21的方向的移動還是遠(yuǎn)離壓頭19或者壓頭21的方向的移動而有所不同。[0072]即，需要使試驗(yàn)片100的表面在遠(yuǎn)離壓頭19或者壓頭21的方向上移動的情況下(步驟S6)，首先使試驗(yàn)片100和載置臺12—起在Z方向上移動(步驟S71)，之后使其在X、Y方向上移動(步驟S72)。另一方面，需要使試驗(yàn)片100的表面在靠近壓頭19或者壓頭21的方向上移動的情況下(步驟S6)，首先使試驗(yàn)片100和載置臺12 —起在X、Y方向上移動(步驟S73)，之后使其在Z方向上移動(步驟S74)。[0073]由此，能夠防止試驗(yàn)片100的表面與壓頭19或者壓頭21的碰撞。即，在試驗(yàn)片100的表面相對于水平面具有較大的交叉角的情況下，使載置臺12與試驗(yàn)片100 —起在X、Y方向上移動時，壓頭19或者壓頭21的下端部與試驗(yàn)片100的表面有碰撞的可能性。但是，在該硬度試驗(yàn)機(jī)中，根據(jù)試驗(yàn)片100在Z方向上移動時的移動方向，能夠選擇使試驗(yàn)片100首先在Z方向上移動還是在X、Y方向上移動，由此即使在試驗(yàn)片100的表面相對于水平面具有較大的交叉角的情況下，也能夠?qū)⒃囼?yàn)片100與壓頭19或者壓頭21碰撞的情況防止于未然。
[0074]而且，由于采用這樣的構(gòu)成，能夠?qū)⒃囼?yàn)片100的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置設(shè)置為一定，由此能夠可靠地將壓頭19或者壓頭21按壓向試驗(yàn)片100。即，在試驗(yàn)片100的表面相對于水平面具有較大的交叉角的情況下，即使使壓頭19或者壓頭21下降，在該沖程較小的情況下，也有壓頭19或者壓頭21的頂端無法到達(dá)試驗(yàn)片100的表面的可能性。但是，在該硬度試驗(yàn)機(jī)中，因?yàn)槟軌驅(qū)⒃囼?yàn)片100的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置設(shè)置為一定，因此即使在試驗(yàn)片100的表面相對于水平面具有較大的交叉角的情況下，也能夠可靠地將壓頭19或者壓頭21按壓向試驗(yàn)片100。
[0075]試驗(yàn)片100的移動完成了的話，通過圖4所示的負(fù)載機(jī)構(gòu)的作用，使壓頭19或者壓頭21在Z方向上移動，將壓頭19或者壓頭21按壓向試驗(yàn)片100。由此，在試驗(yàn)片100的表面上形成壓痕(步驟S8)。
[0076]而且，利用攝像機(jī)17對形成在試驗(yàn)片100的表面上的壓痕進(jìn)行拍攝(步驟S9)。此時，由于試驗(yàn)片100的表面的Z軸坐標(biāo)值已與對焦點(diǎn)位置一致，因此不實(shí)行對焦動作，也能夠?qū)汉圻M(jìn)行拍攝。由此，能夠高效率地實(shí)行硬度試驗(yàn)。
[0077]但是，為了更高精度地對焦，也可以再次實(shí)行對焦動作。這時，因?yàn)閷⒃囼?yàn)片100的表面的Z軸坐標(biāo)值對準(zhǔn)在對焦點(diǎn)位置，試驗(yàn)片100的Z軸方向的移動量變得極小，能夠在短時間完成對焦動作。此時，使上述的試驗(yàn)片100以高速廣范圍的方式移動以進(jìn)行焦點(diǎn)的粗略對位的動作和使其以低速狹窄范圍的方式移動以進(jìn)行焦點(diǎn)的精密對位的動作中，也可以僅實(shí)行精密對位的動作。
[0078]形成于試驗(yàn)片100的表面上的壓痕的拍攝完成的話，通過測量該壓痕的尺寸，運(yùn)算試驗(yàn)片100的硬度(步驟S10)。
[0079]符號說明
[0080]11 臺19 壓頭
[0081]12 載置臺20 物鏡轉(zhuǎn)換器
[0082]13 電動機(jī)21 壓頭
[0083]14 電動機(jī)22 物鏡
[0084]15 電動機(jī)23 物鏡
[0085]16 目鏡24 物鏡[0086]17攝像機(jī)25物鏡
[0087]26旋鈕54小齒輪
[0088]27軸筒55顯示部
[0089]28旋轉(zhuǎn)軸56主體
[0090]29軸承57鍵盤
[0091]30電動機(jī)58鼠標(biāo)
[0092]31軸59液晶顯示部
[0093]32桿60位移檢測器
[0094]33永磁鐵61板簧
[0095]34 電磁線圈62支撐構(gòu)件
[0096]35按壓部63支撐構(gòu)件
[0097]36負(fù)載傳遞軸80控制部
[0098]41LED光源81存儲部
[0099]42光筒82對焦部
[0100]43半透半反鏡83方程式運(yùn)算部
[0101]44 半透半反鏡84Z坐標(biāo)運(yùn)算部
[0102]50計(jì)算 機(jī)100 試驗(yàn)片。
[0103]53齒軌。
【權(quán)利要求】
1.一種硬度試驗(yàn)機(jī)，其具有:載置試驗(yàn)片的載置臺；使所述載置臺在互相正交的x、Y、z方向上移動的移動機(jī)構(gòu)；用于在所述試驗(yàn)片的表面形成壓痕的壓頭；在與所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置相對的位置上，通過使所述壓頭在Z方向上移動而將所述壓頭按壓向所述試驗(yàn)片的負(fù)載機(jī)構(gòu)；用于對形成于所述試驗(yàn)片表面上的壓痕進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)構(gòu)；以及通過使所述載置臺在Z方向上移動而進(jìn)行由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦的對焦部， 所述硬度試驗(yàn)機(jī)的特征在于，具有: 方程式運(yùn)算部，其基于通過在被載置于所述載置臺上的試驗(yàn)片的表面的相互不同的3個位置進(jìn)行對焦而得到的3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算所述試驗(yàn)片的表面的方程式； 存儲部，其存儲由所述方程式運(yùn)算部所運(yùn)算的試驗(yàn)片的表面的方程式；以及 Z坐標(biāo)運(yùn)算部，其基于存儲在所述存儲部中的試驗(yàn)片的表面的方程式，根據(jù)所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的X、Y坐標(biāo)位置，運(yùn)算該位置的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置， 所述移動機(jī)構(gòu)基于由Z坐標(biāo)運(yùn)算部所運(yùn)算的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置，使所述載置臺在Z方向上移 動。
2.如權(quán)利要求1所述的硬度試驗(yàn)機(jī)，其特征在于， 所述移動機(jī)構(gòu)在使所述載置臺在X、Y方向上移動以將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置時，通過使所述載置臺在Z方向上移動，將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面配置在由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置上。
3.如權(quán)利要求2所述的硬度試驗(yàn)機(jī)，其特征在于， 在所述載置臺向Z方向的移動是所述試驗(yàn)片的表面遠(yuǎn)離所述壓頭的方向的情況下，所述移動機(jī)構(gòu)使所述載置臺在Z方向上移動之后使其在X、Y方向上移動，在所述載置臺向Z方向的移動是所述試驗(yàn)片的表面靠近所述壓頭的方向的情況下，所述移動機(jī)構(gòu)使所述載置臺在X、Y方向上移動之后使其在Z方向上移動。
4.一種硬度試驗(yàn)機(jī)的硬度試驗(yàn)方法，所述硬度試驗(yàn)機(jī)具有:載置試驗(yàn)片的載置臺；使所述載置臺在互相正交的Χ、Υ、Ζ方向上移動的移動機(jī)構(gòu)；用于在所述試驗(yàn)片的表面形成壓痕的壓頭；在與所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置相對的位置上，通過使所述壓頭在Z方向上移動而將所述壓頭按壓向所述試驗(yàn)片的負(fù)載機(jī)構(gòu)；用于對形成于所述試驗(yàn)片表面上的壓痕進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)構(gòu)；以及通過使所述載置臺在Z方向上移動而進(jìn)行由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦的對焦部， 所述硬度試驗(yàn)方法的特征在于，具有: 坐標(biāo)值測量工序，其通過在被載置在所述載置臺上的試驗(yàn)片的表面的相互不同3個位置進(jìn)行對焦，對所述3個位置的Z坐標(biāo)值進(jìn)行測量； 方程式運(yùn)算工序，其基于所述3個位置的Z坐標(biāo)值，運(yùn)算所述試驗(yàn)片的表面的方程式； 方程式存儲工序，其存儲在所述方程式運(yùn)算工序中所運(yùn)算的試驗(yàn)片的表面的方程式； Z坐標(biāo)運(yùn)算工序，其基于在所述方程式存儲工序中存儲了的試驗(yàn)片的表面的方程式，根據(jù)所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的X、Y坐標(biāo)位置，運(yùn)算該位置的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置； 移動工序，其利用所述移動機(jī)構(gòu)，通過基于由Z坐標(biāo)運(yùn)算部所運(yùn)算的所述試驗(yàn)片的表面的Z坐標(biāo)位置使所述載置臺在Z方向上移動，將試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置配置在由所述攝像機(jī)構(gòu)所拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置，且通過使所述載置臺在X、Y方向上移動，將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置； 壓痕形成工序，其通過使所述壓頭在Z方向上移動，將所述壓頭按壓向所述試驗(yàn)片；以及 壓痕拍攝工序，其用于由所述攝像機(jī)構(gòu)對形成在所述試驗(yàn)片的表面上的壓痕進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的硬度試驗(yàn)方法，其特征在于，在所述移動工序中，所述載置臺向Z方向的移動為所述試驗(yàn)片的表面遠(yuǎn)離所述壓頭的情況下，在使所述載置臺在X、Y方向上移動以將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置之前，使所述載置臺在Z方向上移動，以使所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置移動到由所述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置；所述載置臺向Z方向的移動為所述試驗(yàn)片的表面靠近所述壓頭的情況下，在使所述載置臺在X、Y方向上移動以將所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置配置在與所述壓頭相對的位置之后，使所述載置臺在Z方向上移動以使所述試驗(yàn)片的試驗(yàn)位置的表面的Z坐標(biāo)位置移動到由所述攝像機(jī)構(gòu) 拍攝的試驗(yàn)片的圖像的對焦點(diǎn)位置。
【文檔編號】G01N3/42GK103575607SQ201210451744
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】巖永幸滿 申請人:株式會社島津制作所