JPS60143739A

JPS60143739A - 自動かたさ測定装置

Info

Publication number: JPS60143739A
Application number: JP25030583A
Authority: JP
Inventors: Makoto Imanaka; 誠今中; Osamu Furukimi; 修古君; Osamu Usui; 臼井　修; Katsuyasu Aikawa; 相川　勝保
Original assignee: NIREKO KK; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: NIREKO KK; JFE Steel Corp
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1985-07-30
Also published as: JPH0154653B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は試料のかたさ測定装置、特に金属試料の所定の
部位へ自動的に打刻し、試料表面に形成される圧痕の寸
法を自動的に計測してかたさをめる自動かたさ測定装置
に関するものである。

従来より金属試料のかたさを測定するに当たりビッカー
スかたさやプリネルかたさが広く採用されている。例え
ばビッカースかたさを測定する場合には、対角面１８６
°のダイヤモンド製の四角錐より成る圧子を金属試料の
表面に押付けて圧痕を形成し、押付は荷重をＰ１圧痕の
面積を８とするとき、ビッカースかたさＨｖは、Ｈｖ　
−’／Ｂでめられる。したがってビッカースかたさを測
定するためには、（１）金属試料の所望の表面に圧子を所定の荷重で押付
けて圧痕を形成する作業、（２）　圧痕の面積を測定する作業、（８）　測定した面積と荷重からかたさを計算する作業
１が必要であるが、従来はこれらの作業はいずれも人手で
行なっていた。

（１）の圧痕形成作業について考えると、例えば試料の
特定の部位、すなわち溶接部分の溶接金属部と母材の熱
影響部、あるいはフェライト−ベイナイト鋼のフェライ
ト部とベイナイト部とをそれぞれ区別してかたさを測定
したい場合がある。この・ような場合には、金属組織を
現出させた後、目的の部位を顕微鏡下で観察し、ビッカ
ースかたさ針の圧子が所望の部位に押圧されるように手
動的に調整している。しかし、この作業は非常に面倒で
熟練を要すると共に多くの部位での測定を行なう場合に
は多大の時間を要する欠点があった。

また、（旬の作業について考察すると、この場合にも圧
痕を１００〜４００倍の顕微鏡で観察し、視野に入った
ほぼ正方形の圧痕の対角線上にある頂点にカーソルを合
わせてその間隔を測定するとい５手作業で行なっていた
。このため、測定者によってカーソルの合わせ方に個人
差があるとともに長さの読取りにも個人差があり、再現
性の高い測定を行なうことはできなかりた。また、測定
者は顕微鏡を使用するため、疲労が激しく、誤りの確率
も高くなる欠点があった。また、１個所の圧痕を測定す
るのに数分もかかり、多数の部位におけるかたさを測定
するにはきわめて長い時間がかかり、測定者の疲労はき
わめて大きく、測定誤差が益々大きくなるという欠点が
あった。

（８）の計算作業については、計算そのものは計算１機
あるいは変換表によって行なえばよいが、置数したり転
記したりする際に人的誤りが入る恐れがあった。

さらに、従来の手作業によるかたさ測定において試料の
多数の点のかたさを測定する場合には、各点の圧痕と、
その面積測定値とを関連付ける作業が非常に面倒となり
、これを間違えると測定の信頼性はなくなり、測定者は
この点においても細心の注意を払う必要かあった。

本発明の目的は、従来の棟々の欠点を除去し、上記の圧
痕形成作業、圧痕面積計測作業およびかたさ計算作業を
すべて自動的に行なうことによって試料の所望の部位の
かたさを高速かつ高精度で再現性高（測定することがで
き、しかも測定者の１５負担を大幅に削減することがで
きる自動かたさ測定装置を提供しようとするものである
。

本発明の自動かたさ測定装置は、かたさを測定すべき試
料を撮像して得られる画像を画像処理して圧子を押圧す
べき打刻点を自動的に決定する打、１゜刻点決定手段と
、この決定された打刻点の位置で゛試料に圧子な所定の
荷重で自動的に押付けて圧痕を形成する打刻手段と、と
の圧痕の像を撮像して得られる画像を画像処理して圧痕
の寸法を自動的に計測する圧痕寸法計測手段と、この計
測された５圧痕寸法と前記荷重とから試料の打刻点にお
けるかたさを演算するかたさ演算手段とを具えることを
特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の自動かたさ測定装置の一実施例１・・
の構成を示すｉｔｔであり、かたさ、を測定すべき試料
ｌはＸ軸およびＹ軸方向に移動自在に配置され、所定の
位置に割出すことができるテーブル２の上に載置する。

テーブル２はビッカースかたさ針本体８に支持されてお
り、このかたさ針本体には試１′料ｌに圧痕を形成する
ための圧子４と試料の像を撮像するための撮像装置すを
テーブル２の上方忙取付ける。圧子４と撮像装置すの対
物レンズ５＆とは、例えばＸ軸方向に整列して配置され
ている。

テーブル２はＸ軸およびＹ軸方向駆動装置６およ２．。

び７によってそれぞれ駆動できるように構成するととも
にテーブル２のＸ軸およびＹ軸方向の位置を位置検出器
８および９で検出できるように構成する。これらの駆動
装置６，７および位置検出器８．９はテーブル移動制御
部１０に接続し、テーブル２を所望の如く移動させる。

撮像装置６から出力されるアナログ画像信号をアナログ
−ディジタル変換部１１に供給して８５６段階のディジ
タル画像信号に変換し、これをグレイメモＩＪ　１２１
　Ｋ記憶する。本例では１画面を縦×横が５１２Ｘ５１
！画素に分割するのでグレイメモＩＪ１’ａも５１２Ｘ
　５１Ｂ画素の訳詞レベルのディジタル画像信号−を記
憶できるように構成する。次にグレイメモリ１２に記憶
したディジタル画像信号を適宜特徴量算出部１８に読み
出して予じめ定められたテクスチャ特微量を演算により
める。このテクスチャ特微量は、成る画素から一定変位
Ｉ（”＋’）だけ離れた画素の濃度レベルがそれぞれ１
からＪとなる度数を表わする行列Ｐｉｊ　、すなわち濃
度レベルが１である画素から一定変位一・（ｒ、θ）だ
け離れた画素の濃度レベルがｊであする確率をすべての
濃度レベルの組合わせについてめた行列Ｐｉｊ　（ｃｏ
−ｏｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｍａｔｒｉｘ　）を基にして演
算する。この行列Ｐ１ｊを使用してテクスチャに対応し
た種々の特微量、すなわちテクスチャ“・の特徴を示す
データを定義して算出する。この特微量を定義する演算
式の例を以下の表に示す。

一方、基準となる金属組織について同様の特徴１量をめ
たテキストファイルをテキストファイル部１４に記憶し
ておき、特徴量算出部１Ｂでめた試料の％微量とテキス
トファイル部１４に記憶されている基準特徴量とをテク
スチャ判別部１５５において統計的に比較処理して、試
料の組織をテクスチャ情報によって分類する。この統計
的処理としては最尤法を用いることができる。

第２図は試料ｌの溶接部を撮像装置５により撮像して得
られる画像を示すものであり、Ａ部が溶１・。

接金属ＳＢ部が母材の熱影響部であり、Ａ部とＢ部との
境界がボンド部である。このような試料の溶接部に対し
て直交する線上の数個所でかたさを測定したい場合には
、先ずボンド部を検出する必要がある。このボンド部は
２つの異なるチクステ１５ヤ領域の境界として自動的に
検出することができる。すなわち、Ａ部とＢ部とは組織
状態が大きく相違しており、成る画素のごく近傍の画素
との濃度レベルの差の大小を判定する上記行列Ｐｉｊよ
りめた特徴量の分布にも差が生ずる。この差を統。。

計学的手法である最尤法により検出することによ１すＡ
部とＢ部とを明確に区分することができる。

このようにしてめた境界を映出させた画像を第８図に示
す。第２図と第８図とを比較すると明らかなよ５に上述
した特徴量に基く判定を行なうこパとによってボンド部
を高精度に検出することができる。このようにして検出
したボンド部の座標は座標記憶部１６に記憶する。

次に打刻点指示部１７により、かたさを測定すべき位置
、すなわち打刻点の位置を指定する。例１・・えばボン
ド部に直交する方向に０．５ｍｍピッチで打刻する場合
には打刻開始点、ピッチ情報を入力するだけで、打刻点
は自動的に決定され、その座標が座標記憶部１６に記憶
される。上述したようＫＪＩ像装置５０対物レンズ５ａ
と圧子４とはＸ軸１１方向にずれているので、撮像装置
６からの画像情報に基いて検出したボンド部の座標と打
刻点の座標とはＸ軸方向に所定の距離だけシフトする必
要がある。

以上のよ５Ｋして打刻点の座標を記憶した後、−・・・
・打刻を開始するが、この場合には座標記憶部１６に記
憶した打刻点の座標をテーブル移動制御部１０に供給し
、Ｘ軸およびＹ軸駆動装置６および７を駆動してテーブ
ル２、したがって試料ｌの所定の位置が圧子４の真下に
来るようにする。このような位置出しを行なった後、打
刻装置１８に信号を送って゛圧子４を所定の荷重で試料
１０表面に押し付けて圧痕な形成する。１個所で圧痕を
形成、したら、次の打刻点が圧子４の真下に位置出しさ
れるようにテーブル８を移動させる。このようにして、
順次の打刻点において自動的に圧痕を形成することがで
きる。

以上のようＫして、自動的に圧痕を形成した後、圧痕の
面積を測゛定するが、本発明によればとの圧痕面積計測
作業も自動的に行なう。以下、これについて説明する。

先ず、テーブル２をテーブル移動制御部１０によって移
動させ、第１の圧痕を撮像装置５の対物レンズ５ａＫ対
して位置出しし、圧痕の像を撮像する。このアナログ画
像信号をアナログ−ディジタル変換部１１によって２６
６段階の訳詞レベルのディジタル画像信号に変換してグ
レイメモリ１ＢＶＣ記憶する。このように圧痕の画像を
訳詞レベルでディジタル信号に変換すると、圧痕と、マ
トリックス組織、傷、腐食部とを明瞭に区分することが
でき、圧痕の面積を再現性よく高い精度で測定すること
ができる。このようにしてグレイメモリｌｚＫ記憶した
ディジタル画像信号を圧痕面積測定部１９に供給し、こ
こで圧痕の面積を計測する。圧痕の面積を計測するには
圧痕の輪郭点を検出する必要があり、これは第４図に示
すように画像信号が急激に変化する点Ｐ□およびＰ、と
してめる。第４図において圧痕Ａを横切る走査線Ｂの画
像信号Ｃの訳詞レベルを縦軸にとり、横軸に画素位置を
とって示す。圧痕Ａの輪郭は画像信号の訳詞レベルの値
が急激に変化する点としてめるのであるカベこの検出の
精度を向上するために１画儂信号曲線の変曲点を含む部
分の曲線に接する包結線をめたり、画像信号をローパス
フィルタに通して高周波雑音成分をカットしたり、画像
信、号曲線の一定区間内の平均変化率をめて雑音酸。

分を平滑化するなどの手法を採用することができる。

このようにして圧痕の輪郭を検出した後、例えば圧痕の
対角線の長さｅを測定し、これをかたさ演算部２０に供
給する。このかたさ演算部では、圧子４の押圧荷重Ｐと
、圧痕の対角線の長さｅと、圧子４の対面角θとに基い
て、次式によりビッカースかたさＨｖを測定する。

したがって例えば対面角が１８６°の圧子４を抑圧荷重
１０　ｋＩｆ／、−で打刻したときのビッカースかたさ
Ｈｖは、Ｅ（ｖ＝　１８．５４　／、ｇより計算するこ
とができる。このようにして順次の打刻点におけるビッ
カースかたさを次々とめ、これを出力部２１において、
例えばプリントアウトすることができる。この場合、テ
ーブル２は座標記憶部１６に記憶された打刻点の座標位
置に順次自動的に移動されるの、で、各打刻点における
かたさを混同することなく正確に出力することができる
。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変更や変形が可能である。例えば上述した実施
例では試料の複数の位置に順次に打刻を行なって圧痕を
形成してから、これらの圧痕の寸法を計測するようにし
たが、成る位置において打刻して圧痕を形成した後直ち
にこの圧痕の寸法を計測し、次の打刻点へテーブルを移
動させて同様の作業を行なうようＫしてもよい。また、
上述した実施例では圧痕形成作業、圧痕寸法計測作業、
かたさ演算作業を完全に自動的に行なうようにしたが、
例えば打刻点の位１λを打刻点指示部１７を介して手動
的に入力するような半自動的動作をも行なうようにして
もよい。また、上述した例では圧痕の対角線の長さを計
測してかたさを計算したが、一般にビッカースかたさは
、圧痕の面積を８とするとき、Ｈｙ’−’／Ｂで与えら
れるので、圧痕計測部１９において圧痕の面積Ｓをめる
ようにしてもよい。さらに、上述した例ではビッカース
かたさを測定するようにしたが、プリネルか、たさを測
定することもできる。

上述したように、本発明の自動かたさ測定装置によれば
、試料を撮像してその組織を検出して圧子な押圧すべき
打刻点の位置を自動的に決定し、これにより試料を載置
するテーブルを移動させて所望の位置に圧痕を形成し、
この圧痕の像を撮像して圧痕の寸法を自動的に計測して
かたさを自動的に測定することができるので、異種金属
の隣接部や組織の異なる金属の各部のかたさを局部的に
測定することができる。また、打刻点の決定、打刻作業
、圧痕の計測などを自動的に行なうので、かたさ測定に
要する時間は著しく短縮されるとともに測定精度も向上
し、作業者の労力は著しく軽減される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動かたさ測定装置の一実施例の構成
を示す線図、第８図は溶接部のテクスチャを示す図、第８図は第２図
に示す溶接部を画像処理してポンド部を現出させた画像
を示す図、第４図は圧痕の寸法を計測する動作を説明するまための
図である。ｌ・・・試料　２・・・テーブル８・・・かたさ針本体　４・・・圧子５・・・撮像装置６．７・・・Ｘ軸、Ｙ軸方向駆動装置８．９・・・Ｘ軸、Ｙ軸方向位置検出器ｌＯ・・・テー
ブル移動制御部１１・・・アナログ−ディジタル変換部１２・・・グレ
イメモリ　１８・・・特徴量算出部１４・・・テキスト
ファイル部１５・・・テクスチャ判定部　１６・・・座標記憶部１
７・・・打刻点指示部　１８・・・打刻装置１９・・・
圧痕寸法計測部　２０・・・かたさ演算部２１・・・出
力部。第１図第２図図面の浄魯（内容に変更なし）第４図り手続補正書（方式）昭和５９年４　月２６日１、事件の表示昭和５８年　特許願第２５０３０５１、発明の名称自動かたさ測定装置３、補正をする者事件との■１係　特許出願人（’１２５）川崎製鉄株式会社日本レギュレーター株式会社ｉ補正命令の日付昭和５９年３月２７日６、　補正ｏ対象　明細書の「図面の簡単な説明」の欄
、「図面」７、補正の内容　（別紙の通り）１、明細書第１５頁第１８行の「第２図は溶接部のチフ
ス千ヤを示す図、」を「第２図は溶接部における金属組
織のテクスチャを示す図、」に訂正する。２、第８図を参考写真とし、訂正第８図を加入する。

Claims

【特許請求の範囲】

Ｌ　かださを測定すべき試料を撮像して得られる画像な
画像処理して圧子を押圧すべき打刻点を自動的に決定す
る打刻点決定手段と、この決定された打刻点の位置で試
料に圧子を所定の荷重で自動的に押付けて圧痕を形成す
る打刻手段と、この圧痕の像を撮像して得られる画像を
画像処理して圧痕の寸法を自動的に計測する圧痕寸法計
測手段と、この計測された圧痕寸法と前記荷重とから試
料の打刻点におけるかたさを演算するかたさ演算手段と
を具えることを特徴とする自動かたさ測定装置。