硬度测试设备和硬度测试方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2015年9月10日提交的日本申请第2015-178033号的优先权，其全部公开内容通过引用明确并入本文。

技术领域

本发明涉及一种硬度测试机和硬度测试方法。

背景技术

众所周知，常规的硬度测试机基于通过采用预定的测试力抵靠着样品(工件)按压压头而形成的压痕的尺寸来测量样品的硬度。例如，维氏硬度测试机测量通过按压四边形棱锥压头到样品的表面中而形成的压痕的对角线的长度，并且基于压痕的对角线的所测量的长度来计算硬度(例如参见日本专利特许公开号2012-78306)。

近年来，上述的硬度测试机已经使用零件程序，其使得能够通过将被执行一次的硬度测试的过程记录为零件程序而相同复制硬度测试。连同测量过程一起，除了测试位置之外，零件程序记录手动限定的测量条件，比如要使用的压头上的数据(转台的放置、压头的形状)和测试力。特别是当测试多个具有相同形状的样品时，零件程序是特别有效的。通常，操作者通过将能够识别样品的名称分配至零件程序的文件名来管理零件程序。

然而，在采用零件程序来使用上述管理方法的情况下，要处理的样品类型的数目越大，零件程序的数目增加得越多，因此指定识别的名称越难，使得文件管理很复杂。这可能会导致操作者在选择对应于样品的零件程序时做出错误的选择，从而对可用性造成不利影响。

本发明提供了一种硬度测试机和硬度测试方法，其能够降低管理零件程序的成本同时提高可用性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一方面是一种通过采用压头在样品的表面上加载预定测试力以形成压痕来测量样品硬度并且测量所述压痕的尺寸的硬度测试机。所述硬度测试机包括存储器，储存具有包括测试位置的关于样品的所限定的测量条件的零件程序并且使之与通过使用图像捕获器捕获所述零件程序已经为此创建的样品的形状的图像而获得的图像文件相关。所述硬度测试机还包括：图像获取器，获取待测量的样品的图像数据；图案匹配器，针对由所述图像获取器获取的样品的图像数据执行图案匹配处理，所述图案匹配器通过使用与储存在所述存储器中的零件程序相关的图像文件来执行所述图案匹配处理；确定器，由于所述图案匹配器的图案匹配处理，确定具有与由所述图像获取器获取的样品的图像数据有关的形状的图像文件是否存在；检索器，在所述确定器确定存在具有有关形状的图像文件的情况下，检索与来自所述存储器的图像文件相关的零件程序；以及测量器，基于由所述检索器检索到的零件程序来针对待测量的样品执行硬度测试并且测量样品的硬度。

根据本发明的另一方面，所述确定器确定具有匹配由所述图像获取器获取的样品的图像数据的形状的图像文件是否存在，以及在所述确定器确定存在具有匹配形状的图像文件的情况下，所述检索器检索与来自所述存储器的图像文件相关的零件程序。

根据本发明的另一方面，在存在具有由所述图像获取器获取的样品的图像数据的类似形状的图像文件的情况下，所述确定器确定存在具有匹配形状的图像文件。

根据本发明的另一方面，在所述确定器确定存在具有有关形状的多个图像文件的情况下，所述检索器从所述存储器检索与所述多个图像文件中的每个相关的零件程序中的由操作者选择的零件程序。

根据本发明的另一个方面，在存在具有由所述图像获取器获取的样品的图像数据的有关形状的多个图像文件的情况下，所述确定器确定在所述多个图像文件中具有有关样品数据而非关于样品的形状的图像文件是否存在，以及在所述确定器确定存在具有有关样品数据而非关于样品的形状的图像文件的情况下，所述检索器从所述存储器检索与图像文件相关的零件程序。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过采用压头在样品的表面上加载预定测试力以形成压痕来测量样品硬度然后测量所述压痕的尺寸的硬度测试机的硬度测试方法。所述硬度测试方法包括：图像获取，获取待测量的样品的图像数据；图案匹配，针对在图像获取中所获取的样品的图像数据执行图案匹配处理，所述图案匹配通过使用与具有关于样品限定的包括测试位置的测量条件的零件程序相关的图像文件来执行所述图案匹配处理；确定，由于在所述图案匹配中所执行的图案匹配处理，确定具有与在所述图像获取中所获取的样品的图像数据有关的形状的图像文件是否存在；检索，在确定存在具有有关形状的图像文件时检索与所述图像文件相关的零件程序；以及测量，基于在所述检索中检索到的零件程序来针对待测量的样品执行硬度测试，并且测量样品的硬度。

根据本发明，管理零件程序的成本可以降低，并且可以提高可用性。

附图说明

下面参照附图，通过本发明的示例性实施例的非限制性示例，在详细描述中对本发明进行说明，其中在若干附图中，相同的附图标记表示类似的部件，其中：

图1是示出根据本发明的硬度测试机的整体结构的透视图；

图2是示出根据本发明的硬度测试机的测试机主体的示意图；

图3是示出根据本发明的硬度测试机的硬度测量器的示意图；

图4是示出根据本发明的硬度测试机的控制结构的框图；

图5是示出根据本发明的硬度测试机的处理的流程图，其中对应于测量对象的样品的零件程序被检索且硬度被测量；

图6示出了待测量的示例性样品；

图7示出了识别与具有匹配待测量的样品的形状的图像文件相关的零件程序的示例性格式；以及

图8示出了与具有同待测量的样品有关的形状的图像文件相关的多个零件程序被提取的示例性格式。

具体实施方式

本文示出的细节是通过示例呈现的，并且仅用于本发明实施例的说明性讨论的目的，被认为是本发明的原理和概念方面的最有用且最容易理解的描述。在这方面，没有试图更详细地示出比对于本发明的基本理解所必要的本发明的结构细节，对于本领域技术人员而言，结合附图的描述使得本发明的形式可以如何在实践中实施是显而易见的。

下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细地说明。此外，在以下的说明中，在图1中，X方向是左右方向，Y方向是前后方向，Z方向是上下方向。另外，X-Y平面是水平面。

例如，硬度测试机100是维氏硬度测试机，其包括具有正方形平面形状的压头14a(参照图3)。如图1至4所示，硬度测试机100配置为包括测试机主体10、控制器6、控制台7和监视器8。

如图2所示，测试机主体10包括测量样品S硬度的硬度测量器1；其上放置有样品S的样品台2；位移样品台2的XY台3；使得能够聚焦在样品S的表面上的AF台4；以及升降样品台2(XY台3和AF台4)的升降机构5。

如图3所示，硬度测量器1配置有照射样品S表面的照明装置11；捕获样品S表面的图像的CCD照相机12；以及转台16。转台16包括压头柱14(其包括压头14a)和场透镜15。转台16能够通过旋转在压头柱14与场透镜15之间切换。

照明装置11发出光来照射样品S的表面。由照明装置11发出的光经由透镜1a、半反射镜1d、反射镜1e以及场透镜15到达样品S的表面。

基于经由场透镜15、反射镜1e、半反射镜1d、反射镜1g和透镜1h从样品S的表面输入的反射光，CCD照相机12通过捕获样品S表面的图像以及由压头14a形成在样品S表面上的压痕来获得图像数据。CCD照相机12然后经由帧抓取器17将所获取的图像数据输出至控制器6，该帧抓取器能够同时积累和储存图像数据的多个帧。因此，CCD照相机12是本发明中的图像捕获器。

压头柱14由负载机构(图中未示出)朝向放置在样品台2上的样品S位移，该机构响应于由控制器6输出的控制信号而被驱动。设置在压头柱14的前沿端上的压头14a采用预定的测试力压靠着样品S的表面。本实施例使用四边形锥体维氏压头(具有136±0.5°的相对角)作为压头14a。

场透镜15是聚光透镜，每个透镜配置有不同的放大率。多个场透镜15保持在转台16的底表面上。场透镜15通过转动转台16而位于样品S的上面。由此，由照明装置11发出的光均匀地照射样品S的表面。

转台16配置为使得压头柱14和多个场透镜15能够附接到其底表面。转台16还配置为能够通过转动绕Z轴方向定心的转台16将压头柱14和多个场透镜15中的任何一个定位在样品S的上方。具体地，压痕可以通过将压头柱14定位在样品S的上方而形成在样品S的表面上，并且所形成的压痕可以通过将场透镜15定位在样品S的上方而被观察。

样品S放置在样品台2的上表面上，并且采用样品保持器2a而被固定在适当位置。XY台3由响应于由控制器6输出的控制信号而被驱动的驱动机构(图中未示出)驱动。XY台3然后在垂直于压头14a的位移方向(Z方向)的方向(X和Y方向)上位移样品台2。AF台4响应于由控制器6输出的控制信号而被驱动。AF台4然后基于由CCD照相机12捕获的图像数据微微升降样品台2以聚焦在样品S的表面上。升降机构5响应于由控制器6输出的控制信号而被驱动。升降机构5然后通过在Z方向上位移样品台2(XY台3和AF台4)来改变样品台2和场透镜15之间的相对距离。

控制台7配置有键盘71和鼠标72。控制台7在硬度测试过程中接收由操作者输入的操作。另外，当控制台7接收由操作者执行的预定输入操作时，对应于输入操作的预定操作信号产生并输出到控制器6。具体地，控制台7接收操作者选择确定压痕的聚焦位置的条件的操作。控制台7还接收操作者指定样品台2(升降机构5和AF台4)的位移范围(样品台2与场透镜15之间的相对距离的范围)的操作。此外，控制台7接收在采用硬度测试机100进行硬度测试时输入要被使用的测试条件值的操作。所输入的测试条件值被发送到控制器6。在此，测试条件值是这样的值，例如比如样品S的材料、由压头14a加载在样品S上的测试力(N)或场透镜15的放大率。此外，控制台7接收操作者选择手动图案(压痕的聚焦位置手动确定)和自动图案(自动地进行确定)中的一个的操作。控制台7还接收操作者在进行硬度试验时对要被使用的测试位置进行编程的操作。

监视器8由显示装置构成，例如LCD。例如，监视器8显示在控制台7上输入的硬度测试设置、硬度测试的结果、以及由CCD照相机12捕获的样品S表面和形成在样品S表面上的压痕的图像。

如图4所示，控制器6配置为包括CPU61、RAM62和存储器63。控制器6通过执行储存在存储器63中的预定程序来进行预定的硬度测试的性能的操作控制。

CPU61检索储存在存储器63中的处理程序，然后打开并执行RAM62中的处理程序，从而执行硬度测试机100的总体控制。RAM62打开在RAM62内的程序储存区域中由CPU61执行的处理程序，并且将输入数据储存在数据储存区域中，处理在执行处理程序的过程中产生的结果等。存储器63例如包括储存程序、数据等的记录介质(图中未示出)。例如，记录介质配置有半导体存储器。此外，存储器63储存各种数据、各种处理程序以及通过运行允许CPU61执行硬度测试机100的总体控制的程序所处理的数据。存储器63储存具有关于样品S的所限定的测量条件(包括测试位置)的零件程序，并且还使之与通过使用CCD照相机12捕获的样品S的形状的图像而获得的图像文件相关，零件程序已经为此创建。

下面，对根据本实施例的硬度测试机100的操作进行说明。首先，对操作者创建和注册零件程序的处理进行说明。操作者首先确定关于待测量的样品S的所期望的测试图案(测试位置)，并且限定其他测量条件(压头信息、测试力等)来创建零件程序。接着，通过使用CCD照相机12，操作者捕获零件程序已经为此创建的样品S的总体形状或特征形状的图像，并且将样品S的所获取的图像数据储存在存储器63中作为图像文件。然后，操作者将所创建的零件程序与图像文件相关联，并且将零件程序储存在存储器63中。这样，存储器63是本发明中的存储器。以上完成了零件程序的注册过程。

下面，参照图5中的流程图来对在根据本实施例的检索对应于待测量的样品S的零件程序和在硬度测试机100中测量硬度的过程进行说明。该过程始于由操作者的指示操作来启动自动测试被检测到时。

首先，通过使用CCD照相机12，控制器6的CPU61捕获由操作者放置在样品台2上的待测量的样品S的总体形状或特征形状的图像，并且获取样品S的图像数据(步骤S101：图像获取)。具体地，CPU61是本发明中的图像获取器。在本实施例中，星形样品S(参照图6)放置在样品台2上作为待测量的样品S。具体地，在步骤S101中，获取星形样品S的图像数据。

下面，CPU61执行命令来读取对应于样品S的零件程序，图像数据在步骤S101中为此而被获取(步骤S102)。

下面，CPU61针对在步骤S101中获取的样品S的图像数据执行图案匹配处理。CPU61通过使用与储存在存储器63中的零件程序相关的图像文件来执行图案匹配处理(步骤S103：图案匹配)。具体地，CPU61是本发明中的图案匹配器。

下面，由于步骤S103的图案匹配处理，CPU61确定具有匹配在步骤S101中获取的样品S的图像数据的形状的图像文件是否存在(步骤S104：确定)。具体地，CPU61是本发明中的确定器。在CPU61确定具有匹配形状的图像文件存在(步骤S104：是)的情况下，CPU61进行到下一步骤S105。同时，在CPU 61确定具有匹配形状的图像文件不存在(步骤S104：否)的情况下，指示没有对应于待测量的样品S的零件程序的错误显示被显示在监视器8(步骤S107)上，且该过程结束。

下面，CPU61从存储器63检索与在步骤S104中确定的图像文件相关的零件程序以具有匹配形状(步骤S105：检索)。具体地，CPU61是本发明中的检索器。在本实施例中，如图7所示，检索与在图6中所示的星形样品S的图像文件相关的零件程序(零件-2.pp)。

下面，基于在步骤S105中检索的零件程序，CPU61针对待测量的样品S执行硬度测试，并且测量样品S的硬度(步骤S106：测量)。更具体地，硬度测试是通过采用压头14a加载预定测试力以在样品S表面上的每个测试位置形成压痕来测量样品S的硬度的过程，然后测量压痕的尺寸。具体地，CPU61是本发明中的测量器。采用上述的处理，对应于待测量的样品S的零件程序可被读出，并且可以测量硬度。

在上述的说明中，根据本发明的硬度测试机100包括：存储器(存储器63)，其储存具有关于样品S的所限定的测量条件(包括测试位置)的零件程序，并且使之与通过采用图像捕获器/照相机(CCD或其他类型照相机12)捕获零件程序为此而被创建的样品S的形状的图像而获得的图像文件相关；图像获取器(CPU61)，其获取待测量的样品S的图像数据；图案匹配器(CPU61)，其针对由图像获取器获取的样品S的图像数据执行图案匹配处理，图案匹配器通过使用与储存在存储器中的零件程序相关的图像文件执行图案匹配处理；确定器(CPU61)，其由于由图案匹配器执行的图案匹配处理确定具有关于由图像获取器获取的样品的图像数据的形状的图像文件是否存在；检索器(CPU61)，其在图像文件由确定器确定具有相关的形状时从存储器检索与图像文件相关的零件程序；以及测量器(CPU61)，其基于由检索器检索到的零件程序针对待测量的样品S进行硬度测试，并且测量样品S的硬度。因此，采用本实施例的硬度测试机100，对应于待测量的样品S的零件程序可被自动地选择且样品S的硬度被测量。因此，采用文件名识别零件程序的必要性变得不再必要，从而可以降低管理成本。另外，由操作者犯下的错误选择零件程序例如可被抑制，从而可以提高可用性。

特别地，根据本实施例的硬度测试机100，确定器确定具有匹配由图像获取器获取的样品的图像数据的形状的图像文件是否存在，并且在确定器确定存在具有匹配形状的图像文件的情况下，检索器检索来自存储器的与图像文件相关的零件程序。因此，可靠地对应于待测量的样品S的零件程序被选中，从而错误选择零件程序可被抑制，并且与错误选择零件程序相关的错误硬度测量可被抑制。

在上文中，基于根据本发明的实施例，给出了具体的描述。然而，本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明范围的情况下进行修改。

例如，上述实施例配置成检索与在图5的步骤S104中被确定为具有匹配形状的图像文件相关的零件程序。然而，本发明并不局限于此。例如，具有类似于在步骤S101中获取的样品的图像数据的形状的图像文件可被处理为被确定为具有匹配形状的图像文件，并且可以检索与具有类似形状的图像文件相关的零件程序。因此，与多个图像文件(其中相同的形状在尺寸上不同)中的每个相关的零件程序可被收集到单个零件程序中，所以要被管理的零件程序的数量可以减少且与管理相关的成本可以进一步降低。

此外，该过程可以配置为不仅提取与被确定为具有匹配形状的图像文件相关的零件程序，而且还可以提取(作为候选)与被确定为具有类似形状的图像文件相关的零件程序。具体地，该过程可以配置为提取(作为候选)与被确定为具有有关形状的图像文件相关的零件程序。在本发明中，术语“有关形状”包括形状相似的情况，除了形状匹配的情况。例如，如图8所示，分别与被确定为具有与在图6中所示的星形样品S有关的形状的多个图像文件相关的零件程序(零件-2a.pp、零件-2.PP和零件-2b.pp)可以被提取作为候选并且由操作者选择。图8示出了作为选择的零件-2.pp。当零件程序选择屏幕显示在监视器8上时，显示器可以配置为仅示出零件程序的名称，也可以配置为仅示出图像文件(样品S的形状)。此外，显示器可以配置为同时显示零件程序名称和图像文件。在监视器8上显示零件程序选择屏幕使操作者能够直观地选择零件程序。如上所述，在有被确定为具有有关形状的多个图像文件的情况下，通过检索由操作者选择的零件程序，即使在样品S的细节之间的差异通过使用图像而很难的情况下，情境适当处理也是可能的，并且测量任务的效率可以得到提高。

此外，在有多个被确定为具有有关形状的图像文件的情况下，可以检索与多个图像文件相关的零件程序，图像文件具有关于样品S的其他相关信息(样品数据)，其是样品数据，而不是可以基于图像(比如颜色或材料)来区分的形状。为了使得能够基于图像来准确地识别材料，当样品S的图像文件与零件程序相关时，或者当获取放置在样品台2上的样品S的图像数据时，标记可以设置在样品S的表面上，比如材料名称或能够识别材料的标签。此外，在有具有相关样品数据而非形状的多个图像文件的情况下，该过程可以配置为提取(作为候选)与多个图像文件中的每个相关的零件程序并且促进由操作者选择。因此，可以以高精确度选择对应于待测量的样品S的零件程序，因此，零件程序的错误选择可被抑制，并且与零件程序的错误选择相关的错误硬度测量可被抑制。

另外，上述实施例配置成使得待测量的样品S的总体形状或特征形状的图像由CCD照相机12捕获，从而获得样品S的图像数据。然而，本发明并不局限于此。例如，待测量的样品S的图像数据可以提前储存在外部存储器中，并且待测量的样品S的图像数据可被检索并在执行图案匹配处理时从外部存储器获取。

另外，在上述实施例中，维氏硬度测试机被说明为示例了硬度测试机100。然而，本发明并不局限于此。本发明可以应用于具有已知形状的压头的任何硬度测试机。例如，本发明还可以应用于具有菱形金字塔金刚石压头的努氏硬度测试机。

此外，在不偏离本发明实质的范围内，还可以对配置硬度测试机100的每个部件的详细结构和操作进行适当的修改。

应当指出，上述示例仅用于解释的目的，不以任何方式被解释为限制本发明。虽然已经参照示例性实施例对本发明进行了说明，但应当理解的是，本文中所用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在所附权利要求的范围之内，可以如所述和所修改的那样进行变化，而不在这些方面背离本发明的范围和精神。虽然已经参照具体的结构、材料和实施例对本发明进行了说明，但本发明并不旨在被限定于本文所公开的细节；相反，本发明延伸到所有功能上等同的结构、方法和用途，比如在所附权利要求的范围之内。

本发明并不限定于上述实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化和修改。