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JP4073700B2 - Hardness tester - Google Patents

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JP4073700B2
JP4073700B2 JP2002103235A JP2002103235A JP4073700B2 JP 4073700 B2 JP4073700 B2 JP 4073700B2 JP 2002103235 A JP2002103235 A JP 2002103235A JP 2002103235 A JP2002103235 A JP 2002103235A JP 4073700 B2 JP4073700 B2 JP 4073700B2
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stage
specimen
measurement
indenter
hardness
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修 工藤
良幸 藤田
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は硬度計に関し、とくに圧子による測定個所を観察しながら設定する硬度計に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧子に所定の荷重を負荷して供試体に圧痕を形成し、この圧痕の形状から供試体の硬度を計測する硬度計が知られている。このような硬度計においては、例えば実公平5−45964号公報に記載されているように、供試体はXY移動可能な載置台にセットされ、載置台の上方に配置した顕微鏡により測定位置を決定しながら圧子で供試体表面に圧痕を形成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、測定位置を決定する際、XYステージにより載置台をXY方向に移動させながら顕微鏡の対物レンズの仮想光軸を目視により測定目標位置に合わせる。しかるのち、対物レンズを供試体に接近させてピントを合わせ、測定箇所を観察しながら正確に測定目標位置を位置決めしている。目視により対物レンズの仮想光軸を測定位置に合致するように載置台を移動するため、位置決めの時間がかかったり、正確に位置決めできないことがある。
【0004】
本発明の目的は、供試体上の測定目標位置を光により指示できるようにした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】
一実施の形態を示す図1、2を参照して説明すると、本発明に係る硬度計は、供試体Wを載置する試料台90と、供試体W上に複数の測定目標位置を設定するにあたって、測定目標位置を指示するマーカー光を照射する照射装置70と、マーカー光が供試体W上の任意の位置に照射可能なように、その照射位置を試料台の水平面内において2次元移動する移動機構20,30と、供試体W上の測定目標位置を観察するための観察装置70と、測定目標位置において供試体Wへ負荷をかける圧子55aとを備えることを特徴とする。
【0006】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1および図2は本発明の実施の形態に係る硬度計の構成を示す図であり、(a)が平面図、(b)が正面図である。また図2は図1(b)の右側面図である。なお、図1および図2において図示のようにXYZ軸をとる。
【0008】
図1および図2に示すように、本実施の形態に係る硬度計は、載置台10が設けられた基台11と、基台11上にY軸方向に延在するYステージガイドレール21およびYステージ駆動装置22と、Yステージガイドレール21およびYステージ駆動装置22に設けられY軸方向に移動する門形のYステージ23と、このYステージ23上でX軸方向に延在するX軸駆動装置31によりX軸方向に移動するXステージ32と、このXステージ32に設けられ、観察装置45が設置された第1のZステージ41をZ軸方向に昇降する第1のZステージ駆動装置42と、Xステージ32に設けられ、負荷装置55が設置された第2のZステージ51をZ軸方向に昇降する第2のZステージ駆動装置52と、各ステージを駆動指示するためのジョイスティック60と、Xステージ32に設けられ、供試体W上に測定目標位置を指示するマーカー光を照射するレーザ照射装置70と、観察装置45で観察した画像を表示するモニタ80とを有する。供試体Wは底面にコロを設けた試料台90上にセットされ、試料台90を載置台10上に固定して測定が行われる。試料台90は搬入装置100により載置台10上に搬入される。
【0009】
Yステージ駆動装置22は、Y軸方向に延在するねじ棒(不図示)と、このねじ棒を回転駆動するYステージ駆動モータ22aとを有する。Yステージ23の一方の脚部23aの基端部は、Yステージ駆動装置22により回転する上記ねじ棒に螺合し、Yステージ駆動モータ22aによりねじ棒が回転するとYステージ23はY方向に移動する。Yステージ23の他方の脚部23bの基端部はYステージガイドレール21と係合してYステージ23のY軸方向の移動をガイドする。Yステージガイドレール21と、Yステージ駆動装置22と、Yステージ23とによりYステージ装置20が構成される。
【0010】
Xステージ駆動装置31は、X軸方向に延在するねじ棒(不図示)と、このねじ棒を回転駆動するXステージ駆動モータ31aとを有する。Xステージ32は、Xステージ駆動装置31により回転する上記ねじ棒に螺合し、Xステージ駆動モータ31aによりねじ棒が回転するとX軸方向に移動する。Xステージ駆動装置31と、Xステージ32とによりXステージ装置30が構成される。
【0011】
第1のZステージ駆動装置42は、Z軸方向に延在するねじ棒(不図示)と、このねじ棒を回転駆動するZステージ駆動モータ42aとを有する。第1のZステージ41は、Zステージ駆動装置42により回転する上記ねじ棒に螺合し、Zステージ駆動モータ42aによりねじ棒が回転するとZ軸方向に移動する。第1のZステージ41と、Zステージ駆動装置42とにより第1のZステージ装置40が構成される。
【0012】
第1のZステージ装置40によりZ軸方向に昇降する観察装置45は、供試体Wの表面をCCDのような撮像素子で撮像してモニタ80に表示する。好ましくは、観察装置45に焦点検出装置を設け、その検出結果に応じて第1のZステージ41を昇降させてピント合わせを行う。観察装置45を光学顕微鏡として測定者が目視で供試体表面を観察してもよい。
【0013】
第2のZステージ駆動装置52は、Z軸方向に延在するねじ棒(不図示)と、このねじ棒を回転駆動するZステージ駆動モータ52aとを有する。第2のZステージ51は、Zステージ駆動装置52により回転する上記ねじ棒に螺合し、Zステージ駆動モータ52aによりねじ棒が回転するとZ軸方向に昇降する。第2のZステージ51と、Zステージ駆動装置52とにより第2のZステージ装置50が構成される。この第2のZステージ51に設置された負荷装置55は周知のように、圧子55aと、圧子55aを供試体Wに押圧する重り(不図示)とを備え、Zステージ駆動装置52aによりねじ棒が回転するとZ方向に昇降する。
【0014】
図3は硬度計の制御系を示す図である。この制御系は、CPU,ROM,RAMなどを有する制御回路201を備え、上述したXステージ駆動モータ31a、Yステージ駆動モータ22a、第1および第2のZステージ駆動モータ42a、52a、観察装置45のCCD45a、負荷装置55,照射装置70,モニタ80はそれぞれ制御回路201により制御される。制御回路201には、Xステージ32の位置を検出するXエンコーダ30E,Yステージ23の位置を検出するYエンコーダ20E,第1のZステージ41の位置を検出する第1のZエンコーダ40E,第2のZステージ51の位置を検出する第2のZエンコーダ50Eから位置信号が入力される。この制御回路201には、上述したジョイスティック60あるいはキーボード81も接続されている。制御回路201は、ティーチング操作で取り込んだ位置信号を記憶し、位置信号から後述するように観察装置45や負荷装置55の目標位置を演算する。また、後述するように、画像処理により圧痕の対角線長を演算して硬度を算出する。
【0015】
次いで、本実施の形態の動作について説明する。まず供試体Wを試料台90の上にセットし、図2に示す搬入装置100により試料台90を載置台10上に搬入して固定する。照射装置70からマーカー光を照射させ、ジョイスティック60を操作してマーカー光が所望の測定位置を照明するようにXYステージ32,23を駆動して位置決めする。このとき、供試体Wに凹凸があっても照射装置70が凸部に衝突しないように照射装置70を供試体Wから十分離しておく。この場合、照射装置70を供試体Wから離してもマーカー光のスポット径が1mm程度になるように照射装置70の光学系を構成する。測定者はマーカー光を目視して測定目標位置を決定する。目標位置が決定されたら、ジョイスティック60により位置記憶指示を行い、そのとき制御回路201に取り込まれているXおよびYエンコーダ30Eおよび20Eからの位置信号を図示しない記憶装置に記憶する。このような操作を複数回行って、複数の測定目標位置のティーチングを行う。
【0016】
次に、ティーチングした位置に観察装置45の光軸が一致するようにXYステージ32,23を駆動する。Xステージ32には観察装置45と照射装置70が一体的に設置され、XY座標系内での両者の相対位置関係は既知である。したがって、照射光で決定して記憶した測定目標位置および、照射装置70と観察装置45の光軸の相対位置関係に基づいて、観察装置45の光軸の目標位置が演算され、観察装置45を正確に位置決めできる。
【0017】
まず、観察装置45を第1番目の測定位置に合わせるようにXYステージ32,23を駆動する。観察装置45のCCD45aで第1番目の測定個所を撮像してモニタ80上に表示し、測定箇所として適切か判断する。適切であればその位置を第1の測定位置として記憶装置に記憶する。この場合も上述したように、制御回路201に取り込まれているXおよびYエンコーダ30Eおよび20Eの位置信号を記憶する。たとえば観察位置が結晶粒界上の場合には硬度測定個所として適切でないので、ジョイスティック60によりXYステージ32,23を駆動して測定位置を変更する。そして、この測定位置が適切ならばジョイスティック60でその位置を記憶する指示を行い、同様に、XおよびYエンコーダ30E,20Eからの位置信号を記憶する。このような操作を全測定個所に対して行い、複数の硬度測定位置のティーチングを終了する。
【0018】
Xステージ32には観察装置45と負荷装置55が一体的に保持され、XY座標系での両者の相対位置関係は既知である。したがって、上記ティーチングにより適切な測定位置として記憶されたXY座標位置および、観察装置45の光軸と負荷装置55の圧子55aとの相対位置関係とに基づいて、圧子55aで負荷すべき測定位置を演算し、その位置へ圧子55aを位置決めすることができる。以上のようにして、複数の測定位置のティーチングが終了したら、実際の硬度測定を開始する。
【0019】
まず、Xステージ32およびYステージ23を移動して圧子55aを第1の測定位置に対峙させ、第2のZステージ駆動装置52により負荷装置55を所定の高さまで降下して、圧子55aを供試体Wの表面に接触させる。その状態で、負荷装置55に内蔵された重りを圧子55aに作用させて供試体Wに圧痕を形成する。圧痕が形成されたら負荷装置55を第2のZステージ駆動装置52により上昇させ、XYステージ装置30,20により圧子55aを次の測定位置に対峙させる。そして、同様にして圧子55aで供試体Wに圧痕を形成する。このような操作を繰り返し行って予めティーチングして決定した複数の測定位置にそれぞれ圧痕を形成する。
【0020】
次に、複数の測定位置に形成された圧痕を観察装置45のCCD45aで撮像し、その画像を画像処理することにより、圧痕の対角線の長さを計算して硬さを算出する。そのため、まず、Xステージ32およびYステージ23を移動して第1の測定位置に観察装置45の光軸を対峙させる。観察装置45のピントを圧痕に合わせるため、第1のZステージ駆動装置42で観察装置45を所定の高さに設定する。この状態でCCD45aで撮像している画像を取り込み、2値化してデジタル画像としてバッファメモリに格納する。第1の測定位置に対する画像の取り込みが終了したら,XYステージ32,23を移動して観察装置45を第2の測定位置と対峙させて第2の測定位置の圧痕を撮像して、同様にデジタル画像としてメモリに格納する。このような処理を繰り返し行って全ての測定位置の圧痕の画像を記憶する。記憶された全ての画像に対して所定の画像処理を施して複数の圧痕の対角線長を算出し、圧子55aによる負荷荷重と対角線長とに基づいて複数の測定個所の硬さを計算する。
【0021】
このような硬度計によれば、供試体Wを移動せずに観察装置45と負荷装置55をXY面内で移動するようにしたので、供試体Wが大型化しても供試体Wの載置台10がそれにともなって大型化することがない。その結果、硬度計を小型化できる。
【0022】
供試体Wの表面に凹凸がある場合でも、照射装置70を供試体Wから十分離しておけば、凹凸のたびに照射装置70をZ方向に昇降させることなく、Xステージ32とYステージ23により照射装置70をXY水平面内で2次元移動することができる。その結果、凹凸のある供試体Wに対する測定位置のティーチング時間が短縮できる。供試体W上に照射されたマーカー光を目視することにより硬度測定位置を大まかに決定することができるので、従来のように、対物レンズの仮想光軸を供試体W上に設定して目視で位置決めをするのに比べて、目標測定位置を決めやすくなる。
【0023】
観察装置45と負荷装置55を第1および第2のZステージ装置40,50に各々設置して個別にZ軸方向に昇降できるようにしたので、供試体Wに凹凸がある場合に、測定位置をティーチングする操作が簡単になる。また、従来は難しかった供試体Wの凹部内の硬さを測定できる。すなわち、XYステージ装置30,20により観察装置45の光軸を測定位置と対峙させ、第1のZステージ装置40により観察装置45をZ軸方向に降下させる。つまり、観察装置45の鏡筒を凹部内に進入させ、供試体表面の測定位置にピントを合わせ観察する。測定位置として適切であれば、その位置を記憶する。観察装置45を上昇させ、記憶した位置に基づいて圧子55aの目標XY座標位置を算出する。XYステージ装置30,20により圧子55aを目標XY座標位置に移動して凹部内の測定位置と対峙させる。第2のZステージ装置50により負荷装置55の圧子55aを供試体Wの測定位置に接触させ、圧子50aを介して供試体Wに負荷を加えて圧痕を形成する。このように、観察装置45と負荷装置55をXY平面内で一体に移動させ、かつ、Z軸方向には個別に昇降するようにしたので、従来難しかった凹部の硬さが測定できる。
【0024】
なお、上記実施の形態においては、観察装置45をCCD45aによる撮像装置としたが光学顕微鏡としてもよく、この場合、圧痕の対角線長は画像処理ではなく、光学顕微鏡を用いて目視により測定する。また、複数の測定目標位置を順次決定し、決定された複数の目標位置で供試体を順次観察して測定位置を決定し、複数の測定位置で順次圧痕を形成し、複数の測定位置の圧痕の画像を順次取り込んで硬度を演算するようにしたが、1つの測定目標位置に対して供試体を観察して測定位置を決定し、圧痕を形成し、画像を取り込んで硬度を演算し、次いで次の測定目標位置に対して同様な手順で硬度を演算するようにしても良い。また、照射装置70をXステージ32上に設置して2次元移動させるようにしたが、供試体がそれほど大きくなければ、固定した照射装置70から出射される光を走査する走査機構を設けてもよい。この場合、走査機構が照射光の移動機構である。
【0025】
図4は、本発明によるレーザー光照射装置を従来の硬度計に設け、マーカー光により測定目標位置を可視化するものである。図4に示すように、XYZステージ301上に供試体を載置し、ステージ301と対峙する上方に回転可能に設置されたレボルバ302には、顕微鏡対物レンズ303と圧子304とレーザ照射装置305とが設けられている。306は対物レンズ303とともに光学顕微鏡を構成する接眼レンズ、307は供試体表面を撮像するCCD撮像素子である。
【0026】
図4に示す硬度計により硬度を測定する手順を説明する。レボルバ302を回転させて照射装置305を供試体と対峙させ、レーザースポット光を供試体に照射する。測定者は、供試体上のスポット光を目視しながらXYZステージ301を移動して供試体の測定目標位置にレーザ光が照射するようにする。測定目標が決まったらレボルバ302を回転させて目標位置に対物レンズ303を対峙し、ピントを合わせて供試体表面を観察する。結晶粒界上でなければレボルバ302を回転して圧子305を測定位置に対峙させ、圧子304により測定値に圧痕を形成する。
【0027】
図4に示した硬度計においても、測定目標位置が可視光で指示されるので目標位置の決定が極めて容易になる。
【0028】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、照射装置により供試体に可視光を照射して測定位置を指示できるようにしたので、測定位置の決定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る硬度計の構成を示す図であり、(a)が平面図、(b)が正面図
【図2】図1(b)の右側面図
【図3】図1および2の硬度計の制御系を示すブロック図
【図4】硬度計の他の実施の形態を示す図であり、(a)が正面図、(b)が側面図
【符号の説明】
20 Yステージ装置
23 Yステージ
30 Xステージ装置
32 Xステージ
40 第1のZステージ装置
41 第1のZステージ
45 観察装置
50 第2のZステージ装置
51 第2のZステージ
55 負荷装置
55a 圧子
90 試料台
W 供試体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hardness meter, and more particularly, to a hardness meter that is set while observing a measurement location by an indenter.
[0002]
[Prior art]
A hardness meter is known in which a predetermined load is applied to an indenter to form an indentation on a specimen, and the hardness of the specimen is measured from the shape of the indentation. In such a hardness tester, for example, as described in Japanese Utility Model Publication No. 5-45964, the specimen is set on an XY movable mounting table, and the measurement position is determined by a microscope disposed above the mounting table. While forming an indentation on the surface of the specimen with an indenter.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, when determining the measurement position, the virtual optical axis of the objective lens of the microscope is visually aligned with the measurement target position while moving the mounting table in the XY direction by the XY stage. After that, the objective lens is brought close to the specimen and focused, and the measurement target position is accurately positioned while observing the measurement location. Since the mounting table is moved so that the virtual optical axis of the objective lens coincides with the measurement position by visual observation, it may take time for positioning or may not be accurately positioned.
[0004]
An object of the present invention is to provide a hardness meter that can indicate a measurement target position on a specimen by light.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Referring to FIGS. 1 and 2 showing an embodiment, the hardness meter according to the present invention sets a sample stage 90 on which a specimen W is placed and a plurality of measurement target positions on the specimen W. In this case, the irradiation device 70 for irradiating the marker light that indicates the measurement target position and the irradiation position are two-dimensionally moved in the horizontal plane of the sample stage so that the marker light can be irradiated to any position on the specimen W. It is characterized by comprising moving mechanisms 20 and 30, an observation device 70 for observing a measurement target position on the specimen W, and an indenter 55a that applies a load to the specimen W at the measurement target position .
[0006]
In the section of the means for solving the above-described problems for explaining the configuration of the present invention, the drawings of the embodiments of the invention are used for easy understanding of the present invention. It is not limited.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 and 2 are diagrams showing the configuration of a hardness meter according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a front view. FIG. 2 is a right side view of FIG. 1 and 2, the XYZ axes are taken as shown.
[0008]
As shown in FIGS. 1 and 2, the hardness meter according to the present embodiment includes a base 11 provided with a mounting table 10, a Y stage guide rail 21 extending on the base 11 in the Y-axis direction, and Y-stage driving device 22, Y-stage guide rail 21, and Y-stage Y stage 23 provided on Y-stage driving device 22 that moves in the Y-axis direction, and X-axis extending on Y-stage 23 in the X-axis direction An X stage 32 that is moved in the X-axis direction by the drive device 31 and a first Z stage drive device that is provided on the X stage 32 and moves up and down in the Z-axis direction on the first Z stage 41 on which the observation device 45 is installed. 42, a second Z stage driving device 52 that is provided on the X stage 32 and moves up and down the second Z stage 51 on which the load device 55 is installed in the Z-axis direction, and a joy for instructing driving of each stage. With a tick 60, provided on the X stage 32, a laser irradiation device 70 for irradiating a marker light for indicating the measurement target position on the specimen is W, the monitor 80 for displaying an image observed by the observation device 45. The specimen W is set on a sample table 90 having a roller on the bottom surface, and measurement is performed with the sample table 90 fixed on the mounting table 10. The sample table 90 is loaded onto the mounting table 10 by the loading device 100.
[0009]
The Y stage drive device 22 has a screw rod (not shown) extending in the Y-axis direction and a Y stage drive motor 22a that rotationally drives the screw rod. The base end of one leg 23a of the Y stage 23 is screwed into the screw rod rotated by the Y stage drive device 22, and the Y stage 23 moves in the Y direction when the screw rod is rotated by the Y stage drive motor 22a. To do. The base end portion of the other leg portion 23b of the Y stage 23 engages with the Y stage guide rail 21 to guide the movement of the Y stage 23 in the Y-axis direction. The Y stage guide rail 21, the Y stage driving device 22, and the Y stage 23 constitute a Y stage device 20.
[0010]
The X stage drive device 31 includes a screw rod (not shown) extending in the X-axis direction and an X stage drive motor 31a that rotationally drives the screw rod. The X stage 32 is screwed onto the screw rod rotated by the X stage driving device 31, and moves in the X-axis direction when the screw rod is rotated by the X stage driving motor 31a. The X stage apparatus 30 is configured by the X stage driving apparatus 31 and the X stage 32.
[0011]
The first Z stage drive device 42 includes a screw rod (not shown) extending in the Z-axis direction, and a Z stage drive motor 42a that rotationally drives the screw rod. The first Z stage 41 is screwed onto the screw rod rotated by the Z stage drive device 42, and moves in the Z-axis direction when the screw rod is rotated by the Z stage drive motor 42a. The first Z stage 41 and the Z stage driving device 42 constitute a first Z stage device 40.
[0012]
An observation device 45 that moves up and down in the Z-axis direction by the first Z stage device 40 images the surface of the specimen W with an image sensor such as a CCD and displays the image on the monitor 80. Preferably, the observation device 45 is provided with a focus detection device, and the first Z stage 41 is moved up and down according to the detection result to perform focusing. The measurement device may visually observe the surface of the specimen using the observation device 45 as an optical microscope.
[0013]
The second Z stage drive device 52 includes a screw rod (not shown) extending in the Z-axis direction and a Z stage drive motor 52a that rotationally drives the screw rod. The second Z stage 51 is screwed onto the screw rod rotated by the Z stage driving device 52, and moves up and down in the Z-axis direction when the screw rod is rotated by the Z stage driving motor 52a. The second Z stage 51 and the Z stage driving device 52 constitute a second Z stage device 50. As is well known, the load device 55 installed on the second Z stage 51 includes an indenter 55a and a weight (not shown) for pressing the indenter 55a against the specimen W, and a screw rod is provided by the Z stage drive device 52a. Moves up and down in the Z direction.
[0014]
FIG. 3 is a diagram showing a control system of the hardness meter. This control system includes a control circuit 201 having a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The above-described X stage drive motor 31a, Y stage drive motor 22a, first and second Z stage drive motors 42a and 52a, and an observation device 45 are provided. The CCD 45a, the load device 55, the irradiation device 70, and the monitor 80 are controlled by the control circuit 201, respectively. The control circuit 201 includes an X encoder 30E that detects the position of the X stage 32, a Y encoder 20E that detects the position of the Y stage 23, a first Z encoder 40E that detects the position of the first Z stage 41, and a second encoder. A position signal is input from the second Z encoder 50E that detects the position of the Z stage 51. The control circuit 201 is also connected to the joystick 60 or the keyboard 81 described above. The control circuit 201 stores the position signal acquired by the teaching operation, and calculates the target position of the observation device 45 and the load device 55 from the position signal as will be described later. Further, as will be described later, the diagonal length of the indentation is calculated by image processing to calculate the hardness.
[0015]
Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the specimen W is set on the sample table 90, and the sample table 90 is loaded onto the mounting table 10 and fixed by the loading device 100 shown in FIG. Marker light is irradiated from the irradiation device 70, and the joystick 60 is operated to drive and position the XY stages 32 and 23 so that the marker light illuminates a desired measurement position. At this time, the irradiation apparatus 70 is sufficiently separated from the specimen W so that the irradiation apparatus 70 does not collide with the convex portion even if the specimen W is uneven. In this case, the optical system of the irradiation apparatus 70 is configured so that the spot diameter of the marker light is about 1 mm even when the irradiation apparatus 70 is separated from the specimen W. The measurer determines the measurement target position by visually observing the marker light. When the target position is determined, a position storage instruction is given by the joystick 60, and the position signals from the X and Y encoders 30E and 20E fetched into the control circuit 201 at that time are stored in a storage device (not shown). Such an operation is performed a plurality of times to teach a plurality of measurement target positions.
[0016]
Next, the XY stages 32 and 23 are driven so that the optical axis of the observation device 45 coincides with the teaching position. An observation device 45 and an irradiation device 70 are integrally installed on the X stage 32, and the relative positional relationship between the two in the XY coordinate system is known. Therefore, the target position of the optical axis of the observation device 45 is calculated based on the measurement target position determined and stored by the irradiation light and the relative positional relationship between the optical axes of the irradiation device 70 and the observation device 45, and the observation device 45 is Accurate positioning.
[0017]
First, the XY stages 32 and 23 are driven so that the observation device 45 is aligned with the first measurement position. The CCD 45a of the observation device 45 images the first measurement location and displays it on the monitor 80 to determine whether it is appropriate as a measurement location. If appropriate, the position is stored in the storage device as the first measurement position. Also in this case, as described above, the position signals of the X and Y encoders 30E and 20E captured in the control circuit 201 are stored. For example, when the observation position is on the crystal grain boundary, it is not appropriate as a hardness measurement point, so the XY stages 32 and 23 are driven by the joystick 60 to change the measurement position. If the measurement position is appropriate, the joystick 60 instructs to store the position, and similarly stores the position signals from the X and Y encoders 30E and 20E. Such an operation is performed on all the measurement points, and teaching at a plurality of hardness measurement positions is completed.
[0018]
An observation device 45 and a load device 55 are integrally held on the X stage 32, and the relative positional relationship between the two in the XY coordinate system is known. Therefore, based on the XY coordinate position stored as an appropriate measurement position by teaching and the relative positional relationship between the optical axis of the observation device 45 and the indenter 55a of the load device 55, the measurement position to be loaded by the indenter 55a is determined. It is possible to calculate and position the indenter 55a to that position. As described above, when teaching at a plurality of measurement positions is completed, actual hardness measurement is started.
[0019]
First, the X stage 32 and the Y stage 23 are moved to oppose the indenter 55a to the first measurement position, and the load device 55 is lowered to a predetermined height by the second Z stage driving device 52 to provide the indenter 55a. Contact the surface of the specimen W. In this state, a weight built in the load device 55 is applied to the indenter 55a to form an indentation on the specimen W. When the indentation is formed, the load device 55 is raised by the second Z stage driving device 52, and the indenter 55a is opposed to the next measurement position by the XY stage devices 30 and 20. Similarly, an indentation is formed on the specimen W with the indenter 55a. Indentation is formed at each of a plurality of measurement positions determined by teaching in advance by repeating such an operation.
[0020]
Next, the indentation formed at a plurality of measurement positions is imaged by the CCD 45a of the observation device 45, and the image is processed to calculate the length of the diagonal line of the indentation, thereby calculating the hardness. Therefore, first, the X stage 32 and the Y stage 23 are moved so that the optical axis of the observation device 45 is opposed to the first measurement position. In order to adjust the focus of the observation device 45 to the indentation, the observation device 45 is set to a predetermined height by the first Z stage driving device 42. In this state, an image picked up by the CCD 45a is taken, binarized, and stored in the buffer memory as a digital image. When the capturing of the image at the first measurement position is completed, the XY stages 32 and 23 are moved, the observation device 45 is opposed to the second measurement position, and an impression at the second measurement position is imaged. Store in memory as an image. Such processing is repeated to store images of indentations at all measurement positions. Predetermined image processing is performed on all stored images to calculate the diagonal lengths of the plurality of indentations, and the hardness of the plurality of measurement points is calculated based on the load applied by the indenter 55a and the diagonal lengths.
[0021]
According to such a hardness meter, since the observation device 45 and the load device 55 are moved in the XY plane without moving the specimen W, the mounting table for the specimen W even if the specimen W is enlarged. 10 is not enlarged accordingly. As a result, the hardness meter can be reduced in size.
[0022]
Even if the surface of the specimen W is uneven, if the irradiation device 70 is sufficiently separated from the specimen W, the X stage 32 and the Y stage 23 do not raise and lower the irradiation device 70 in the Z direction each time the unevenness is present. The irradiation device 70 can be moved two-dimensionally in the XY horizontal plane. As a result, the teaching time of the measurement position with respect to the uneven specimen W can be shortened. Since the hardness measurement position can be roughly determined by visually observing the marker light irradiated on the specimen W, the virtual optical axis of the objective lens is set on the specimen W as in the past. Compared to positioning, it becomes easier to determine the target measurement position.
[0023]
Since the observation device 45 and the load device 55 are respectively installed on the first and second Z stage devices 40 and 50 so that they can be individually moved up and down in the Z-axis direction, Teaching operation becomes easy. Moreover, the hardness in the recessed part of the test body W which was difficult conventionally can be measured. In other words, the optical axis of the observation device 45 is opposed to the measurement position by the XY stage devices 30 and 20, and the observation device 45 is lowered in the Z-axis direction by the first Z stage device 40. That is, the lens barrel of the observation device 45 is entered into the recess, and the observation position is focused on the measurement position on the surface of the specimen. If the measurement position is appropriate, the position is stored. The observation device 45 is raised and the target XY coordinate position of the indenter 55a is calculated based on the stored position. The indenter 55a is moved to the target XY coordinate position by the XY stage devices 30 and 20, and is opposed to the measurement position in the recess. The indenter 55a of the load device 55 is brought into contact with the measurement position of the specimen W by the second Z stage apparatus 50, and a load is applied to the specimen W through the indenter 50a to form an indentation. Thus, since the observation device 45 and the load device 55 are integrally moved in the XY plane and are individually moved up and down in the Z-axis direction, the hardness of the concave portion, which has been difficult in the past, can be measured.
[0024]
In the above embodiment, the observation device 45 is an imaging device using the CCD 45a, but it may be an optical microscope. In this case, the diagonal length of the indentation is measured by visual observation using an optical microscope instead of image processing. In addition, a plurality of measurement target positions are sequentially determined, a specimen is sequentially observed at the determined plurality of target positions, a measurement position is determined, and indentations are sequentially formed at the plurality of measurement positions. The images were sequentially captured and the hardness was calculated, but the specimen was observed with respect to one measurement target position, the measurement position was determined, an indentation was formed, the image was captured and the hardness was calculated, You may make it calculate hardness with the same procedure with respect to the following measurement target position. In addition, the irradiation device 70 is installed on the X stage 32 and moved two-dimensionally. However, if the specimen is not so large, a scanning mechanism for scanning the light emitted from the fixed irradiation device 70 may be provided. Good. In this case, the scanning mechanism is a mechanism for moving the irradiation light.
[0025]
FIG. 4 is a diagram in which a laser beam irradiation apparatus according to the present invention is provided in a conventional hardness meter, and a measurement target position is visualized by marker light. As shown in FIG. 4, a specimen is placed on an XYZ stage 301, and a revolver 302 that is rotatably installed above the stage 301 includes a microscope objective lens 303, an indenter 304, a laser irradiation device 305, and the like. Is provided. Reference numeral 306 denotes an eyepiece constituting an optical microscope together with the objective lens 303, and reference numeral 307 denotes a CCD image pickup device for picking up an image of the surface of the specimen.
[0026]
A procedure for measuring the hardness with the hardness meter shown in FIG. 4 will be described. The revolver 302 is rotated so that the irradiation device 305 faces the specimen, and the specimen is irradiated with laser spot light. The measurer moves the XYZ stage 301 while visually observing the spot light on the specimen so that the laser beam is irradiated to the measurement target position of the specimen. When the measurement target is determined, the revolver 302 is rotated so that the objective lens 303 faces the target position, and the surface of the specimen is observed by focusing. If it is not on the grain boundary, the revolver 302 is rotated so that the indenter 305 faces the measurement position, and the indenter 304 forms an indentation in the measured value.
[0027]
Also in the hardness meter shown in FIG. 4, since the measurement target position is indicated by visible light, the determination of the target position becomes very easy.
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the measurement position can be easily determined because the measurement position can be indicated by irradiating the specimen with visible light by the irradiation apparatus.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing a configuration of a hardness meter according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a front view, and FIG. 2B is a right side view of FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the hardness meter of FIGS. 1 and 2. FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the hardness meter, (a) is a front view, (b) is a side view. Explanation】
20 Y stage device 23 Y stage 30 X stage device 32 X stage 40 First Z stage device 41 First Z stage 45 Observation device 50 Second Z stage device 51 Second Z stage 55 Load device 55a Indenter 90 Sample Table W Specimen

Claims (1)

供試体を載置する試料台と、
前記供試体上に複数の測定目標位置を設定するにあたって、該測定目標位置を指示するマーカー光を照射する照射装置と、
前記マーカー光が前記供試体上の任意の位置に照射可能なように、その照射位置を前記試料台の水平面内において2次元移動する移動機構と、
前記供試体上の前記測定目標位置を観察するための観察装置と、
前記測定目標位置において前記供試体へ負荷をかける圧子とを備えることを特徴とする硬度計。
A sample stage on which the specimen is placed;
In setting a plurality of measurement target positions on the specimen, an irradiation apparatus for irradiating marker light that indicates the measurement target positions;
A moving mechanism for two-dimensionally moving the irradiation position in the horizontal plane of the sample stage so that the marker light can be irradiated to an arbitrary position on the specimen;
An observation device for observing the measurement target position on the specimen;
An indenter that applies a load to the specimen at the measurement target position .
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