特許 6559023 硬さ試験機及び硬さ試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6559023

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】硬さ試験機及び硬さ試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/42 20060101AFI20190805BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/42 F

   G01N3/42 C

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-178173(P2015-178173)

(22)【出願日】2015年9月10日

(65)【公開番号】特開2017-53741(P2017-53741A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】輿水 文比古

(72)【発明者】

【氏名】海江田 誠

(72)【発明者】

【氏名】高田 彰

【審査官】 本村 眞也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０７８３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５１８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２６４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２２９８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００９６０９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／００；３／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、又は当該くぼみ形成時の圧子の押し込み深さを計測することにより、試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
同一形状の試料の硬さを繰り返して測定する際に基準となる基準試料の画像に対して座標系及び試験位置を含む測定条件を設定したものをパートプログラムとして記憶する記憶手段と、
測定対象となる複数の試料に対し、前記基準試料の画像に基づくパターン画像を利用してパターンサーチ処理を行い、前記基準試料と同一形状の試料の数、並びに当該同一形状の各試料の位置及び角度を検出するパターンサーチ手段と、
前記パターンサーチ手段により検出された同一形状の各試料の位置及び角度と、前記記憶手段に記憶されたパートプログラムと、に基づいて、当該同一形状の各試料に座標系及び試験位置を設定するパターン設定手段と、
前記パターン設定手段により座標系及び試験位置が設定された試料に対して硬さ試験を実行し、当該試料の硬さを測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。

【請求項2】

前記パターン設定手段は、前記測定手段により一の試料の硬さを測定した後、前記同一形状の各試料のうち次に測定される試料に座標系及び試験位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。

【請求項3】

前記パターンサーチ手段により検出された同一形状の試料数を、同一の試験パターンを繰り返す試料の数である繰り返し処理数として設定する試料数設定手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の硬さ試験機。

【請求項4】

前記パターン設定手段により前記同一形状の各試料に設定された試験位置に基づいて、前記同一形状の全ての試料に対して一度に硬さ試験を実行する際の最短の試験ルートを算出する算出手段を備え、
前記測定手段は、前記算出手段により算出された試験ルートに基づいて硬さ試験を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬さ試験機。

【請求項5】

試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、又は当該くぼみ形成時の圧子の押し込み深さを計測することにより、試料の硬さを測定する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
測定対象となる複数の試料に対し、同一形状の試料の硬さを繰り返して測定する際に基準となる基準試料の画像に基づくパターン画像を利用してパターンサーチ処理を行い、前記基準試料と同一形状の試料の数、並びに当該同一形状の各試料の位置及び角度を検出するパターンサーチ工程と、
前記パターンサーチ工程で検出された同一形状の各試料の位置及び角度と、前記基準試料の画像に対して座標系及び試験位置を含む測定条件を設定したパートプログラムと、に基づいて、当該同一形状の各試料に座標系及び試験位置を設定するパターン設定工程と、
前記パターン設定工程で座標系及び試験位置が設定された試料の硬さを測定する測定工程と、
を含む硬さ試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硬さ試験機及び硬さ試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、所定の試験力で圧子を試料（ワーク）に押し付けて形成したくぼみの寸法に基づいて試料の硬さを計測する硬さ試験機が知られている。例えば、ビッカース硬さ試験機は、正四角錐の圧子を試料の表面に押し込んで形成したくぼみの対角線長さを計測し、この計測したくぼみの対角線長さに基づいて、硬さを算出している（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

近年では、上記の硬さ試験機を利用して同一形状の試料を複数個繰り返して測定する場合、「パーツマネージャー」の機能が利用されている。パーツマネージャーとは、一つの試料にレイアウトされた試験パターンのプログラム（パートプログラム）を、同一形状の他の試料に繰り返し実行する際に用いられる機能のことである。
例えば、図８に示すパーツマネージャー設定画面Ｇ２には、同一形状の試料を縦列方向及び横列方向にそれぞれ配置する数を設定するパーツ数設定部２０１と、縦列方向に隣接する試料間の間隔及び横列方向に隣接する試料間の間隔を設定する間隔設定部２０２と、が設けられている。このパーツマネージャー設定画面Ｇ２において、縦列方向及び横列方向の各配置数、並びに隣接する試料間の縦列方向及び横列方向の各間隔を設定することで、同一の試験パターンを複数の試料に設定することができる。
図９に示すように、試料Ｓの向きや間隔などが整っている場合、パーツマネージャーを利用することで、複数試料に対する試験パターンの設定を容易に行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−７８３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、試料の向きや間隔などが整っていない場合、図８に示したようなパーツマネージャー設定画面Ｇ２では、試験パターンの設定を容易に行うことができず、試験パターンを設定した後に、各試料の位置や方向を修正する等、ユーザによって大幅なリカバリーをする必要がある。
また、治具などを用いて試料の向きや間隔を整列させたとしても、例えば、配列中に試料の抜けがある場合や試料数がパートプログラムの記録時と実行時とで異なる場合などに、記録時の試料数の設定のままでパートプログラムを実行すると、試料が設置されていない測定箇所では測定エラーとなってしまう。従って、測定の省略を指定する操作が別途必要となり、操作性が悪いという問題がある。

【0006】

本発明は、同一形状の複数の試料の硬さを繰り返して測定する際の操作性を向上させることが可能な硬さ試験機及び硬さ試験方法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】

【0007】

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、又は当該くぼみ形成時の圧子の押し込み深さを計測することにより、試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
同一形状の試料の硬さを繰り返して測定する際に基準となる基準試料の画像に対して座標系及び試験位置を含む測定条件を設定したものをパートプログラムとして記憶する記憶手段と、
測定対象となる複数の試料に対し、前記基準試料の画像に基づくパターン画像を利用してパターンサーチ処理を行い、前記基準試料と同一形状の試料の数、並びに当該同一形状の各試料の位置及び角度を検出するパターンサーチ手段と、
前記パターンサーチ手段により検出された同一形状の各試料の位置及び角度と、前記記憶手段に記憶されたパートプログラムと、に基づいて、当該同一形状の各試料に座標系及び試験位置を設定するパターン設定手段と、
前記パターン設定手段により座標系及び試験位置が設定された試料に対して硬さ試験を実行し、当該試料の硬さを測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする。

【0008】

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、
前記パターン設定手段は、前記測定手段により一の試料の硬さを測定した後、前記同一形状の各試料のうち次に測定される試料に座標系及び試験位置を設定することを特徴とする。

【0009】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の硬さ試験機において、
前記パターンサーチ手段により検出された同一形状の試料数を、同一の試験パターンを繰り返す試料の数である繰り返し処理数として設定する試料数設定手段を備えることを特徴とする。

【0010】

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬さ試験機において、
前記パターン設定手段により前記同一形状の各試料に設定された試験位置に基づいて、前記同一形状の全ての試料に対して一度に硬さ試験を実行する際の最短の試験ルートを算出する算出手段を備え、
前記測定手段は、前記算出手段により算出された試験ルートに基づいて硬さ試験を実行することを特徴とする。

【0011】

請求項５に記載の発明は、
試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、又は当該くぼみ形成時の圧子の押し込み深さを計測することにより、試料の硬さを測定する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
測定対象となる複数の試料に対し、同一形状の試料の硬さを繰り返して測定する際に基準となる基準試料の画像に基づくパターン画像を利用してパターンサーチ処理を行い、前記基準試料と同一形状の試料の数、並びに当該同一形状の各試料の位置及び角度を検出するパターンサーチ工程と、
前記パターンサーチ工程で検出された同一形状の各試料の位置及び角度と、前記基準試料の画像に対して座標系及び試験位置を含む測定条件を設定したパートプログラムと、に基づいて、当該同一形状の各試料に座標系及び試験位置を設定するパターン設定工程と、
前記パターン設定工程で座標系及び試験位置が設定された試料の硬さを測定する測定工程と、
を含む硬さ試験方法である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、同一形状の複数の試料の硬さを繰り返して測定する際の操作性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示す斜視図である。

【図2】本発明に係る硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。

【図3】本発明に係る硬さ試験機の硬さ測定部を示す模式図である。

【図4】本発明に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。

【図5】本発明に係る硬さ試験機において、同一形状の試料の硬さを繰り返して測定する処理を示すフローチャートである。

【図6】パターン画像の一例を示す図である。

【図7】各試料にそれぞれ座標系が設定された様子の一例を示す図である。

【図8】変形例に係る硬さ試験機の全体構成を示す斜視図である。

【図9】変形例に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。

【図10】パーツマネージャー設定画面の一例を示す図である。

【図11】複数の試料の向きや間隔が整って配置された様子の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、図１におけるＸ方向を左右方向とし、Ｙ方向を前後方向とし、Ｚ方向を上下方向とする。また、Ｘ−Ｙ面を水平面とする。

【0015】

硬さ試験機１００は、例えば、圧子１４ａ（図３参照）の平面形状が矩形状に形成されたビッカース硬さ試験機である。硬さ試験機１００は、図１〜図４に示すように、試験機本体１０と、制御部６と、操作部７と、モニター８と、を備えて構成されている。

【0016】

試験機本体１０は、図２に示すように、試料Ｓの硬さ測定を行う硬さ測定部１と、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２を移動させるＸＹステージ３と、試料Ｓの表面に焦点を合わせるためのＡＦステージ４と、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦステージ４）を昇降する昇降機構部５と、を備えて構成されている。

【0017】

硬さ測定部１は、図３に示すように、試料Ｓの表面を照明する照明装置１１と、試料Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１２と、圧子１４ａを備える圧子軸１４と対物レンズ１５を備え、回転することにより圧子軸１４と対物レンズ１５との切り替えが可能なターレット１６と、を備えて構成されている。

【0018】

照明装置１１は、光を照射することにより試料Ｓの表面を照明するものである。照明装置１１から照射される光は、レンズ１ａ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｅ、及び対物レンズ１５を介して試料Ｓの表面に到達する。

【0019】

ＣＣＤカメラ１２は、試料Ｓの表面から対物レンズ１５、ミラー１ｅ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｇ、及びレンズ１ｈを介して入力された反射光に基づき、試料Ｓの表面や圧子１４ａにより試料Ｓの表面に形成されるくぼみを撮像して画像データを取得する。そして、ＣＣＤカメラ１２は、複数フレームの画像データを同時に蓄積、格納可能なフレームグラバー１７を介して、取得した画像データを制御部６に出力する。

【0020】

圧子軸１４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動される負荷機構部（図示省略）により試料台２に載置された試料Ｓに向けて移動し、先端部に備えた圧子１４ａを試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。本実施形態では、圧子１４ａとして、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）を使用する。

【0021】

対物レンズ１５は、それぞれ異なる倍率からなる集光レンズであって、ターレット１６の下面に複数保持されている。対物レンズ１５は、ターレット１６の回転により試料Ｓの上方に配置されることで、照明装置１１から照射される光を一様に試料Ｓの表面に照射させる。

【0022】

ターレット１６は、下面に圧子軸１４と複数の対物レンズ１５を取り付け可能に構成される。ターレット１６は、Ｚ軸方向を中心に回転することにより、圧子軸１４及び複数の対物レンズ１５の中の何れか一つを試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。即ち、圧子軸１４を試料Ｓの上方に配置することで試料Ｓの表面にくぼみを形成することができ、対物レンズ１５を試料Ｓの上方に配置することで形成されたくぼみを観察することができるようになっている。

【0023】

試料台２は、上面に載置される試料Ｓを、試料固定部２ａで固定する。
ＸＹステージ３は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料台２を圧子１４ａの移動方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動させる。
ＡＦステージ４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、ＣＣＤカメラ１２が撮像した画像データに基づき試料台２を微細に昇降させることで、試料Ｓの表面に焦点を合わせる。
昇降機構部５は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦステージ４）をＺ方向に移動させることで、試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離を変化させる。なお、昇降機構部５は、ＡＦステージ４を含んで一体化された構成とすることも可能である。
また、ＡＦステージ４及び昇降機構部５を備えない構成とすることも可能である。この場合、硬さ測定部１をＺ方向に上下動可能に構成するとよい。即ち、硬さ測定部１のＺ方向の上下動により、試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離を変化させて、試料Ｓの表面に焦点を合わせるオートフォーカス機能を実現することができる。

【0024】

操作部７は、キーボード７１と、マウス７２と、を備えて構成され、硬さ試験を行う際のユーザによる入力操作を受け付ける。そして、操作部７は、ユーザによる所定の入力操作を受け付けると、その入力操作に応じた所定の操作信号を生成して、制御部６へと出力する。
具体的には、操作部７は、ユーザが、くぼみの合焦位置を決定する条件を選択する操作を受け付ける。
また、操作部７は、ユーザが、試料台２（昇降機構部５及びＡＦステージ４）の移動する範囲（試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離の範囲）を指定する操作を受け付ける。
また、操作部７は、ユーザが、硬さ試験機１００による硬さ試験を実施する際の試験条件値を入力する操作を受け付ける。入力された試験条件値は、制御部６に送信される。ここで、試験条件値とは、例えば、試料Ｓの材質、圧子１４ａにより試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、対物レンズ１５の倍率、等の値である。
また、操作部７は、ユーザが、くぼみの合焦位置の決定を手動で行う手動モード又は自動で行う自動モードの何れかを選択する操作を受け付ける。
また、操作部７は、ユーザが、硬さ試験を実施する際の試験位置をプログラミングする操作を受け付ける。

【0025】

モニター８は、例えば、ＬＣＤなどの表示装置により構成されている。モニター８は、操作部７において入力された硬さ試験の設定条件、硬さ試験の結果、及びＣＣＤカメラ１２が撮像した試料Ｓの表面や試料Ｓの表面に形成されるくぼみの画像等を表示する。

【0026】

制御部６は、図４に示すように、ＣＰＵ６１と、ＲＡＭ６２と、記憶部６３と、を備えて構成され、記憶部６３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うための動作制御等を行う機能を有する。

【0027】

ＣＰＵ６１は、記憶部６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。
ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により実行された処理プログラム等をＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
記憶部６３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部６３は、ＣＰＵ６１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
また、記憶部６３は、一つの試料Ｓにレイアウトされた試験パターンのプログラム（パートプログラム）を記憶する。

【0028】

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について、説明する。
まず、ユーザがパートプログラムを作成して登録する処理について説明する。
まず、ユーザは、ＣＣＤカメラ１２により、同一形状の試料Ｓの硬さを繰り返して測定する際に基準となる基準試料であるマスターワークＳ０の形状を撮像させ、マスターワークＳ０の画像を取得させる。
次に、ユーザは、取得されたマスターワークＳ０の画像に対して座標系を設定する。
次に、ユーザは、設定された座標系を基準として試験パターンをレイアウトし、パートプログラムとして登録する。パートプログラムには、試験位置の他、使用する圧子１４ａの情報（ターレット１６の配置や圧子１４ａの形状）、試験力等の手動設定される測定条件が、測定手順とともに登録される。登録されたパートプログラムは、記憶部６３に記憶される。即ち、記憶部６３は、本発明の記憶手段として機能する。
以上により、パートプログラムの登録処理が完了する。

【0029】

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００において、同一形状の試料Ｓの硬さを繰り返して測定する処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。この処理は、ユーザによる自動試験開始の指示操作を検出したことを契機として開始される。

【0030】

まず、制御部６のＣＰＵ６１は、パートプログラムにおける「ワーク認識コマンド」を実行して、測定対象となる複数の試料Ｓに対し、マスターワークＳ０の画像に基づくパターン画像Ｇ１（図６参照）を利用してパターンサーチ処理を行い、マスターワークＳ０と同一形状の試料Ｓの数、並びに同一形状の各試料Ｓの位置及び角度を検出する（ステップＳ１０１：パターンサーチ工程）。即ち、ＣＰＵ６１は、本発明のパターンサーチ手段として機能する。

【0031】

次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１０１で検出された同一形状の試料数を、同一の試験パターンを繰り返す試料Ｓの数である「繰り返し処理数」として設定する（ステップＳ１０２）。即ち、ＣＰＵ６１は、本発明の試料数設定手段として機能する。

【0032】

次に、ＣＰＵ６１は、パートプログラムにおける「ワークオフセットコマンド」を実行して、ステップＳ１０１で検出された同一形状の各試料Ｓの位置及び角度と、記憶部６３に記憶されたパートプログラムと、に基づいて各試料Ｓに対する座標系データを生成し、次に測定される試料Ｓに座標系及び試験パターン（試験位置）を設定する（ステップＳ１０３：パターン設定工程）。即ち、ＣＰＵ６１は、本発明のパターン設定手段として機能する。なお、図７に、各試料Ｓにそれぞれ座標系Ｃ１が設定された様子の一例を示している。

【0033】

次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１０３で座標系及び試験位置が設定された試料Ｓに対して硬さ試験（パターン試験）を実行し、当該試料Ｓの硬さを測定する（ステップＳ１０４：測定工程）。硬さ試験とは、具体的には、試料Ｓの表面の各試験位置に圧子１４ａにより所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料Ｓの硬さを測定する処理のことである。即ち、ＣＰＵ６１は、本発明の測定手段として機能する。

【0034】

次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１０２で設定された繰り返し処理数だけ測定が実行されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
ＣＰＵ６１は、繰り返し処理数だけ測定が実行されたと判定した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、全ての測定を実行したと判定し、処理を終了する。
一方、ＣＰＵ６１は、繰り返し処理数だけ測定が実行されていないと判定した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、少なくとも一つの試料Ｓの測定が実行されていないと判定し、ステップＳ１０３へと移行して、次に測定される試料Ｓに座標系及び試験位置を設定する。
以上の処理により、同一形状の試料Ｓの硬さを繰り返して測定することができる。

【0035】

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、同一形状の試料Ｓの硬さを繰り返して測定する際に基準となる基準試料（マスターワークＳ０）の画像に対して座標系及び試験位置を含む測定条件を設定したものをパートプログラムとして記憶する記憶手段（記憶部６３）と、測定対象となる複数の試料Ｓに対し、基準試料の画像に基づくパターン画像を利用してパターンサーチ処理を行い、基準試料と同一形状の試料の数、並びに当該同一形状の各試料の位置及び角度を検出するパターンサーチ手段（ＣＰＵ６１）と、パターンサーチ手段により検出された同一形状の各試料Ｓの位置及び角度に基づいて、当該同一形状の各試料Ｓに座標系及び試験位置を設定するパターン設定手段（ＣＰＵ６１）と、パターン設定手段により座標系及び試験位置が設定された試料Ｓに対して硬さ試験を実行し、当該試料Ｓの硬さを測定する測定手段（ＣＰＵ６１）と、を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、同一形状の複数の試料Ｓの硬さを繰り返して測定する際に、試料Ｓの数や試料Ｓの向き（姿勢）に関係なく自動で測定することができるので、ユーザによるリカバリー作業や測定の省略操作を行う必要がなくなり、操作性を向上させることができる。また、複数の試料Ｓを整列させるための治具が不要となるため、コストを削減することができる。

【0036】

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、パターン設定手段は、測定手段により一の試料Ｓの硬さを測定した後、同一形状の各試料Ｓのうち次に測定される試料Ｓに座標系及び試験位置を設定する。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、測定対象の試料Ｓに対して逐次座標系及び試験位置を設定することで、必要に応じて座標系及び試験位置の設定作業が行われるので、エラーが発生して途中で測定を終了したい場合などに、未測定の試料Ｓに対する座標系及び試験位置の設定作業を省略することができ、効率的で無駄のない測定を行うことができる。

【0037】

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、パターンサーチ手段により検出された同一形状の試料数を、同一の試験パターンを繰り返す試料Ｓの数である繰り返し処理数として設定する試料数設定手段（ＣＰＵ６１）を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、ユーザによる繰り返し処理数の設定操作を省略することができるので、操作性を更に向上させることができるとともに、測定作業を効率化して短時間化することができる。

【0038】

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【0039】

（変形例）
また、上記実施形態では、ビッカース硬さ試験機である硬さ試験機１００を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、図８及び図９には、変形例として、ロックウェル硬さ試験機である硬さ試験機２００が示されている。なお、説明の簡略化のため、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0040】

硬さ試験機２００は、図８及び図９に示すように、試験機本体２１０と、制御部６と、操作部７と、モニター８と、を備えて構成されている。

【0041】

試験機本体２１０は、図８に示すように、試料Ｓの硬さ測定を行う硬さ測定部２０１と、試料Ｓを載置する試料台２０２と、試料台２０２を移動させるＸＹステージ２０３と、試料台２０２（ＸＹステージ２０３）を昇降する昇降機構部２０５と、を備えて構成されている。

【0042】

硬さ測定部２０１は、試料Ｓの表面を撮像する撮像部２１２と、圧子２１４ａを備える圧子軸２１４と、を備えて構成されている。

【0043】

撮像部２１２は、圧子軸２１４から左右方向（Ｘ方向）にオフセットされた位置に配置されている。圧子軸２１４の中心と撮像部２１２の中心とのオフセット量は、予め定められている。撮像部２１２は、試料Ｓの表面を照明する照明装置と、試料Ｓの表面を撮像して画像データを取得するＣＣＤカメラと、底面部に配置され、試料Ｓの表面で反射した光を透過する対物レンズと、対物レンズを透過した光をＣＣＤカメラに導く光学系と、等を備えて構成されている。撮像部２１２は、取得した試料Ｓの表面の画像データを制御部６に出力する。

【0044】

圧子軸２１４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動される負荷機構部（図示省略）により試料台２０２に載置された試料Ｓに向けて移動し、先端部に備えた圧子２１４ａを試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。変形例では、圧子２１４ａとして、ロックウェル用の先端角１２０°のダイヤモンド円錐圧子又は球圧子（例えば直径が１／１６インチ、１／８インチ、１／４インチ、１／２インチのもの）を使用する。

【0045】

試料台２０２は、上面に載置される試料Ｓを載置する。
ＸＹステージ２０３は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料台２０２を圧子２１４ａの移動方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動させる。ＸＹステージ２０３は、圧子軸２１４の中心と撮像部２１２の中心とのオフセット量を考慮したストロークを有している。
昇降機構部２０５は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、試料台２０２（ＸＹステージ２０３）をＺ方向に移動させることで、試料台２０２と撮像部２１２の対物レンズとの間の相対距離を変化させる。
なお、撮像部２１２が撮像した画像データに基づき試料台２０２を微細に昇降させることで、試料Ｓの表面に焦点を合わせるＡＦステージを備える構成としてもよい。また、昇降機構部２０５を、ＡＦステージを含んで一体化された構成とすることも可能である。
また、昇降機構部２０５を備えない構成とすることも可能である。この場合、硬さ測定部２０１をＺ方向に上下動可能に構成するとよい。即ち、硬さ測定部２０１のＺ方向の上下動により、試料台２０２と撮像部２１２の対物レンズとの間の相対距離を変化させて、試料Ｓの表面に焦点を合わせるオートフォーカス機能を実現することができる。

【0046】

変形例に係る硬さ試験機２００は、まず、圧子２１４ａにより試料Ｓ表面に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻すことで計測される、前後２回の初試験力を負荷した際の圧子２１４ａの押込み深さの差に基づいて、試料Ｓの硬さを測定する（ロックウェル硬さ試験）。

【0047】

変形例に係る硬さ試験機２００は、撮像部２１２により試料Ｓの表面の画像データを取得することで、試料Ｓの形状を認識する。撮像部２１２により画像データを取得する際、ＸＹステージ２０３を圧子軸２１４の中心からＸ方向右にオフセットさせる。
硬さ試験機２００のＣＰＵ６１は、認識した試料Ｓの形状に基づいて、試験パターンを自動で展開する。ＣＰＵ６１は、硬さ試験（パターン試験）を実行する際、ＸＹステージ２０３のオフセットを元に戻すことで実行する。

【0048】

なお、変形例に係る硬さ試験機２００において、試験パターンの配置等の作業（パートプログラムの登録処理）は、実施形態と同様、操作部７及びモニター８を利用して行う。また、変形例に係る硬さ試験機２００において、同一形状の試料Ｓの硬さを繰り返して測定する処理については、実施形態の図５の処理と同様の処理を行うため、説明を省略する。

【0049】

以上のように、変形例に係る硬さ試験機２００（ロックウェル硬さ試験機）においても、同一形状の複数の試料Ｓの硬さを繰り返して測定する際に、試料Ｓの数や試料Ｓの向き（姿勢）に関係なく自動で測定することができる。従って、実施形態に係る硬さ試験機１００（ビッカース硬さ試験機）と同様の効果を得ることができる。

【0050】

（その他の変形例）
また、上記実施形態では、図５のステップＳ１０３において、同一形状の各試料Ｓのうち次に測定される試料Ｓに座標系及び試験位置を設定するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、次に測定される試料Ｓのみならず、同一形状の各試料Ｓ全てに座標系及び試験位置を設定するようにしてもよい。

【0051】

また、上記実施形態では、図５のステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で検出された同一形状の試料数を、同一の試験パターンを繰り返す試料Ｓの数である繰り返し処理数として設定するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１０１で検出された同一形状の試料数をモニター８に表示させるようにし、その表示内容を確認したユーザがその表示内容と実際の試料数とを照合したうえで、このユーザにより繰り返し処理数を手動で設定させるようにしてもよい。
これにより、検出された試料数と実際の試料数が異なる場合などであっても、正確な繰り返し処理数を設定することができるので、測定エラーをより確実に回避することができる。

【0052】

また、上記実施形態では、図５のステップＳ１０４において、試料Ｓ毎に硬さ試験を実行するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、予め同一形状の全ての試料Ｓに試験位置を設定した状態で、当該設定された試験位置に基づいて、同一形状の全ての試料Ｓに対して一度に硬さ試験を実行する際の最短の試験ルートを算出するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ６１は、本発明の算出手段として機能する。
これにより、硬さ試験の実施時間を最短とすることができるので、測定作業を更に効率よく実行することができる。

【0053】

また、上記実施形態では、図５のステップＳ１０１でパターンサーチ処理を行う際、マスターワークＳ０の全体画像に基づくパターン画像を利用するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、マスターワークＳ０の形状のうち特徴的な部分のみを抽出するようにし、この抽出された特徴的な部分の画像に基づくパターン画像を利用して、パターンサーチ処理を行うようにしてもよい。例えば、マスターワークＳ０の形状が歯車形状であった場合に、一又は複数の歯の部分のみを抽出し、この一又は複数の歯の部分の画像に基づくパターン画像を利用して、パターンサーチ処理を行うようにしてもよい。

【0054】

また、上記実施形態では、硬さ試験機１００としてビッカース硬さ試験機を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。圧子の形状が既知のものであればいかなる硬さ試験機に適用してもよく、例えば、ダイヤモンド長四角錘による圧子を備えるヌープ硬さ試験機等に適用することも可能である。

【0055】

その他、硬さ試験機１００を構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0056】

１００、２００ 硬さ試験機
１０、２１０ 試験機本体
１、２０１ 硬さ測定部
１１ 照明装置
１２ ＣＣＤカメラ
１４、２１４ 圧子軸
１４ａ、２１４ａ 圧子
１５ 対物レンズ
１６ ターレット
１７ フレームグラバー
２、２０２ 試料台
３、２０３ ＸＹステージ
４ ＡＦステージ
５、２０５ 昇降機構部
６ 制御部
６１ ＣＰＵ（パターンサーチ手段、パターン設定手段、測定手段、試料数設定手段、算出手段）
６２ ＲＡＭ
６３ 記憶部（記憶手段）
７ 操作部
８ モニター
２１２ 撮像部
Ｓ 試料
Ｓ０ マスターワーク
Ｇ１ パターン画像
Ｃ１ 座標系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】