相關(guān)申請的交叉引用

本申請根據(jù)35u.s.c.§119要求2015年10月9日提交的日本申請第2015-200648號的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用明確并入本文。

本發(fā)明涉及一種硬度測試機以及用于該硬度測試機的壓頭。

背景技術(shù)：

硬度測試機是已知的，其能夠通過將壓頭按壓到樣品表面中以形成壓痕來計算對于各種材料特性的值，并且在形成壓痕的過程中連續(xù)測量壓頭的壓入深度。在這種類型的硬度測試機中，壓頭的壓入深度被連續(xù)測量。因此，對于各種材料特性的值的計算需要校正正在使用的壓頭的前沿端部的形狀。然而通常，用戶已經(jīng)進行了操作，通過刻在壓頭中的數(shù)量來識別壓頭的形狀，以及計算和輸入用于該壓頭的校正值。

由于硬度測試機容易且可靠地識別要被使用的壓頭，所以硬度測試機已被提出，其中壓頭包括能夠識別壓頭的識別符，并且當壓頭被安裝到壓頭安裝部時，硬度測試機從識別符獲取識別信息并識別壓頭(例如參見日本專利特許公開號2006-71415)。

然而，日本專利特許公開號2006-71415的硬度測試機僅能夠自動識別壓頭。因此，當試圖通過使用壓頭與所規(guī)定的硬度測試機之外的硬度測試機來進行硬度測試時，其中校正值已被定義，用戶必須再次手動輸入校正壓頭的前沿端部的形狀的校正值，這給用戶添加了負擔。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明對于用戶在使用可拆壓頭來置換用于硬度測試機的壓頭時改善了可操作性。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種硬度測試機將預定測試力加載在壓頭上并且壓入樣品的表面來形成凹痕。所述壓頭包括存儲特定于所述壓頭的壓頭信息的壓頭存儲器。所述硬度測試機包括：壓頭可拆卸地安裝到其上的壓頭連接部；獲取部，從所述壓頭存儲器獲取安裝到所述壓頭連接部的壓頭的壓頭信息；以及硬度計算器，使用由所述獲取部獲取的壓頭信息，執(zhí)行預定操作，并且計算硬度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述壓頭包括壓頭主體和保持所述壓頭主體的保持器。所述壓頭存儲器安裝在所述保持器內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述壓頭信息包括在預定操作中將壓頭的形狀校正為理想形狀的校正參數(shù)，并且所述硬度計算器通過使用由所述獲取部獲取的校正參數(shù)來執(zhí)行預定操作。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，壓頭類型包括在所述壓頭信息中。所述硬度測試機包括方程存儲器，其將所述壓頭類型與計算硬度的方程相關(guān)并存儲它們。所述硬度計算器根據(jù)由所述獲取部獲取的壓頭類型從所述方程存儲器選擇方程，并執(zhí)行預定操作。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于硬度測試機的壓頭相對于所述硬度測試機是可拆卸的，并且包括存儲特定于所述壓頭的壓頭信息的壓頭存儲器。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述壓頭包括壓頭主體和保持所述壓頭主體的保持器。所述壓頭存儲器安裝在所述保持器內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述壓頭信息包括在計算硬度的預定操作中將壓頭的形狀校正為理想形狀的校正參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述壓頭信息包括壓頭類型。

根據(jù)本發(fā)明，在使用可拆卸壓頭的硬度測試機中，對于用戶來說，可以在置換壓頭用于使用時改善可操作性。

附圖說明

下面參照所提出的多個附圖，通過本發(fā)明的示例性實施例的非限制性示例，在詳細描述中對本發(fā)明進行說明，其中在若干附圖中，相同的附圖標記表示類似的部件，其中：

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的硬度測試機的示意圖；

圖2是圖1的硬度測試機的控制結(jié)構(gòu)的框圖；

圖3a和3b是安裝到圖1硬度測試機的壓頭的示例性橫截面視圖；

圖4是校正參數(shù)的示例性表；

圖5是示例性按壓曲線；以及

圖6是表示硬度測試機的硬度測試過程的流程圖。

具體實施方式

本文示出的細節(jié)是通過示例呈現(xiàn)的，并且僅用于本發(fā)明實施例的說明性討論的目的，被認為是本發(fā)明的原理和概念方面的最有用且最容易理解的描述。在這方面，沒有試圖更詳細地示出比對于本發(fā)明的基本理解所必要的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細節(jié)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，結(jié)合附圖的描述使得本發(fā)明的形式可以如何在實踐中實施是顯而易見的。

下面參照附圖，對根據(jù)本發(fā)明的硬度測試機進行詳細說明。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的硬度測試機的示意圖。圖2是圖1的硬度測試機的控制結(jié)構(gòu)的框圖。根據(jù)本實施例的硬度測試機100是一種儀器化壓痕測試機，其能夠連續(xù)地監(jiān)測置于壓頭3上的載荷(測試力)和壓頭3的位移量(壓入深度)。

例如，如圖1和2所示，硬度測試機100包括硬度測試機主體1(其上設置有每個部件)和控制器10(其執(zhí)行硬度測試機主體1的全包控制)。

作為壓痕形成機構(gòu)，硬度測試機主體1包括：xyz臺(樣品臺)2，其在x、y、z方向上位移樣品s；載荷桿4，在其一端部具有壓頭3，該壓頭在樣品s中形成壓痕；加載器5，其將預定載荷(測試力)置于載荷桿4上；位移計6，其檢測壓頭3的位移量；圖像捕獲器7，其捕獲形成在樣品s表面上的壓痕的圖像；顯示器8；以及控制臺9。

xyz臺2配置成根據(jù)從控制器10輸入的控制信號在x、y、z方向上(即，在水平和垂直方向上)位移。樣品s向前/向后位移至左/右，并且由xyz臺2向上/向下，以便調(diào)整樣品s相對于壓頭3的位置。另外，xyz臺2采用樣品保持臺2a保持樣品s，使得擱在其上表面上的樣品s在測試測量期間不位移。

壓頭3設置成可在樣品s被置于其上的xyz臺2上方垂直移動。預定載荷被提供給壓頭3，壓頭主體31被垂直地壓入樣品s的頂面，壓痕形成在樣品s頂面上的該點處。

圖3a和3b是安裝到硬度測試機100的壓頭3的示例性橫截面視圖。例如，如圖3a所示，壓頭3包括：壓頭主體31，其被壓入樣品s；保持器32，壓頭主體31被壓入該保持器并且其保持壓頭主體31；和壓頭存儲器33，其安裝在保持器32中。

壓頭主體31具有前沿端部(下端部)，其以由各個壓頭例如比如vickers、berkovic、rockwell、knoop或brinnell壓頭所規(guī)定的形狀形成。在圖3a示出的示例中，壓頭主體31的前沿端部以金字塔形狀形成。這種壓頭主體31通過將壓頭主體31的后端部(上端部)按壓到保持器32中由保持器32可拆卸地保持。壓頭主體31相對于保持器32是可拆卸的。因此，在壓頭主體31的前沿端部磨損或損壞的情況下，可以僅更換壓頭主體31。

保持器32是具有能夠容納壓頭主體31的后端部的內(nèi)部空間的筒狀構(gòu)件。壓頭主體31的后端部被壓入透過保持器32的底端。在壓頭主體31由保持器32保持的狀態(tài)下，保持器32的頂端部例如通過螺釘被可拆卸地固定到壓頭柱(壓頭連接部或壓頭安裝部)3a。因此，當壓頭3(保持器32)安裝到壓頭柱3a時，設置到保持器32的頂端部的連接端子和設置到壓頭柱3a的連接端子電連接，使得能夠傳遞壓頭信息(后述)。

壓頭存儲器33例如由非易失性存儲器構(gòu)成。特定于壓頭的壓頭信息比如壓頭的類型、校正參數(shù)等存儲在壓頭存儲器33中。在本示例中，壓頭的類型表示壓頭3所屬的類型并且指定用于硬度測試機比如vickers、berkovic、rockwell、knoop和brinnell硬度測試機的任何各種壓頭。此外，校正參數(shù)是在執(zhí)行硬度計算時將壓頭3的形狀(壓頭主體31的前沿端部的形狀)校正為理想形狀的校正值?！袄硐胄螤睢敝傅氖欠显O計值的壓頭主體31的前沿端部的形狀。一般而言，使壓頭主體31的前沿端部的形狀成為理想形狀(符合設計值)非常困難，在現(xiàn)實中，壓頭主體31的前沿端部可能會彎曲或具有扭曲的二面角。因此，在執(zhí)行下述的硬度計算時，壓頭3的表面積(as)和投影接觸面積(ap)通過使用特定于壓頭3的校正參數(shù)而被校正。

圖4示出了表示示例性校正參數(shù)的表t。在圖4的示例中，表t存儲在操作(下式(2))中用于計算從最大壓入深度計算出的壓頭3的表面積(as)的校正參數(shù)j1至j8；和在操作(下式(4)和(5))中用于計算壓頭3與在最大按壓的樣品s之間的投影接觸面積(ap)的校正參數(shù)j1至j8。這種校正參數(shù)由用戶提前計算并存儲在用于每個壓頭3的壓頭存儲器33中。

返回到圖1和2，例如載荷桿4形成為大致桿形。載荷桿4通過交叉彈簧4a固定在臺座頂上的其大致中央部。壓頭3設置在載荷桿4的第一端，以便自由接觸樣品s且從上方與樣品s分開，樣品s擱置在樣品保持臺2a的頂上。壓頭3壓靠著樣品s的表面以在其中形成壓痕。在載荷桿4的第二端，設置有力線圈5a，配置加載器5。例如，加載器5是力馬達，并且包括連接到載荷桿4的力線圈5a和固定成以便與力線圈5a相對的固定磁體5b。例如，根據(jù)從控制器10輸入的控制信號，加載器5例如采用驅(qū)動力來旋轉(zhuǎn)載荷桿4。驅(qū)動力是由通過固定磁體5b在間隙中產(chǎn)生的磁場與在力線圈5a(其位于該間隙內(nèi))中流動的電流之間的電磁感應所產(chǎn)生的力。通過旋轉(zhuǎn)載荷桿4，在壓頭3側(cè)上的載荷桿4的端部向下傾斜，壓頭3壓入樣品s。

例如，位移計6是靜電電容式位移傳感器，并且包括設置到在壓頭3側(cè)上的載荷桿4的端部的可動極板6a和固定在適當位置以便與可動極板6a相對的固定極板6b。例如，位移計6檢測可動極板6a與固定極板6b之間靜電電容的變化，由此檢測壓頭3在樣品s中形成壓痕時的位移量(壓頭3壓入樣品s時的壓入深度)?；跈z測到的位移量的位移信號然后輸出到控制器10。此外，靜電電容式位移傳感器被提供作為示例性位移計6；然而，位移計6并不限定于此，例如還可以是光學式位移傳感器或渦流式位移傳感器。

圖像捕獲器7例如包括照相機，并且例如根據(jù)從控制器10輸入的控制信號，捕獲在樣品保持臺2a的頂上由壓頭3形成在樣品s的表面上的壓痕圖像。

顯示器8例如是液晶顯示面板，并且根據(jù)從控制器10輸入的控制信號，執(zhí)行由圖像捕獲器7捕獲的樣品s表面圖像的顯示處理、各種測試結(jié)果等。

控制臺9例如是一組操作鍵諸如鍵盤，并且在由用戶操作時將與該操作相關(guān)的操作信號輸出到控制器10。另外，控制臺9還可以包括點擊設備比如鼠標或觸摸屏、遙控器及其它操作設備。可以在用戶執(zhí)行指令輸入來執(zhí)行對樣品s進行硬度測試時、在用戶定義置于壓頭3上的測試力(即載荷)時等操作控制臺9。

控制器10包括cpu(中央處理單元)11、ram(隨機存取存儲器)12和存儲器13。例如，通過系統(tǒng)總線等，控制器10連接到xyz臺2、壓頭3、加載器5、位移計6、圖像捕獲器7、顯示器8和控制臺9。

例如，cpu11根據(jù)存儲在存儲器13中的用于硬度測試機的各種處理程序來進行各種控制處理。

例如，ram12包括用于提取由cpu11執(zhí)行的處理程序的程序存儲區(qū)域和存儲在執(zhí)行處理程序時產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)或處理結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。

例如，存儲器13存儲可由硬度測試機100執(zhí)行的系統(tǒng)程序；可由系統(tǒng)程序執(zhí)行的各種處理程序；在執(zhí)行各種處理程序時要被使用的數(shù)據(jù)；以及關(guān)于由cpu11計算的各種處理的結(jié)果的數(shù)據(jù)。另外，程序以可由計算機讀取的程序代碼的形式存儲在存儲器13中。具體地，例如，存儲器13存儲獲取程序131、測量程序132、硬度計算程序133和方程存儲器134。

例如，獲取程序131是允許cpu11獲取存儲在壓頭3的壓頭存儲器33中的壓頭信息的程序。具體地，當壓頭3安裝到(電連接到)硬度測試機100時，cpu11執(zhí)行獲取程序131，并且從壓頭3的壓頭存儲器33獲取作為壓頭信息的壓頭類型、校正參數(shù)(j1至j8)等。通過執(zhí)行這種獲取程序131，cpu11是獲取部。

例如，測量程序132是這樣的程序，其允許cpu11提供預定載荷至壓頭3并且將壓頭3按入樣品s的表面來形成壓痕；并且測量按壓曲線，該按壓曲線檢測壓頭3的位移量(壓入深度(h))和在形成凹痕時加載于壓頭3上的測試力(f)。具體地，當用戶提供指令輸入到控制臺9來執(zhí)行樣品s的硬度測試時，cpu11通過執(zhí)行測量程序132來響應，然后執(zhí)行對樣品s的儀器化壓痕測試并進行按壓曲線的測量。圖5是示例性按壓曲線。在形成壓痕時，通過逐漸增加施加到壓頭3的載荷直到達到限定的最大測試力(fmax)(載荷施加)并測量載荷施加曲線；而且在施加到壓頭3的載荷達到最大測試力之后通過逐漸減小施加到壓頭3的載荷(載荷去除)并測量載荷去除曲線來獲得按壓曲線。

硬度計算程序133是這樣的程序，其允許cpu11通過使用所獲取的壓頭信息來執(zhí)行預定操作并計算硬度。具體地，cpu11響應于通過運行獲取程序131所獲取的壓頭信息中的壓頭類型來從方程存儲器134選擇方程。此外，cpu11將來自所獲取的壓頭信息中的校正參數(shù)(j1至j8)替代成所選擇的方程，執(zhí)行操作，并且計算硬度。通過執(zhí)行這種硬度計算程序133，cpu11是硬度計算器。

例如，方程存儲器134使壓頭類型和計算硬度的方程相關(guān)并存儲它們。

具體地，例如在計算馬氏硬度(hm)的情況下，由下式(1)和式(2)表示的方程與berkovic壓頭和vickers壓頭相關(guān)，然后被存儲。

[式1]

[式2]

在該示例中，fmax(n)是最大測試力。as(hmax)是從最大壓入深度計算的壓頭的表面積。此外，j1至j8是校正參數(shù)。

此外，例如在計算壓痕硬度(hm)的情況下，由下式(3)和式(4)表示的方程與berkovic壓頭相關(guān)，由下式(3)和式(5)表示的方程與vickers壓頭相關(guān)，然后被存儲。

[式3]

[公式4]

[公式5]

在該示例中，fmax(n)是最大測試力。ap(hc)是壓頭與在最大按壓的樣品之間的投影接觸面積。此外，j1至j8是校正參數(shù)。

圖6是表示硬度測試機100的硬度測試方法的流程圖。

首先，當用戶將壓頭3安裝在硬度測試機100的壓頭柱3a上時，壓頭3和壓頭柱3a的連接端子電連接(步驟s1)。

然后，cpu11執(zhí)行獲取程序131，并且獲取存儲在壓頭3的壓頭存儲器33中的壓頭信息(壓頭類型、校正參數(shù)(j1至j8))(步驟s2)。

接著，當用戶提供指令輸入到控制臺9來執(zhí)行樣品s的硬度測試時，cpu11執(zhí)行測量程序132，然后在樣品s的表面上按下以形成壓痕并測量按壓曲線(步驟s3)。此外，來自用戶的指令輸入包括指定硬度測試的類型(例如馬氏硬度(hm)或壓痕硬度(hit))，并且響應于該指令輸入來限定對應于硬度測試的測試條件。

接下來，cpu11執(zhí)行硬度計算程序133，響應于所獲取的壓頭信息(壓頭類型)來選擇方程，將所獲取的壓頭信息(校正參數(shù)(j1至j8))替換成所選擇的方程，執(zhí)行操作，并且計算硬度(步驟s4)。

根據(jù)本實施例，硬度測試機100將預定測試力加載于壓頭3上并且壓入樣品s的表面以形成壓痕。壓頭3包括存儲特定于壓頭的壓頭信息的壓頭存儲器33。壓頭3可拆卸地安裝到壓頭柱3a。cpu11從壓頭存儲器33獲取安裝到壓頭柱3a的壓頭3的壓頭信息，并且使用所獲取的壓頭信息來執(zhí)行預定操作和計算硬度。因此，在硬度測試機中，所安裝的壓頭3的壓頭信息被讀出，并且通過使用該壓頭信息進行硬度計算。因此，即使在安裝到不同的硬度測試機主體1時使用壓頭3的情況下，可以進行硬度測試，而無需在改變后注冊與硬度測試機主體1上的壓頭3相關(guān)的壓頭信息。因此，在使用可拆卸壓頭3的硬度測試機100中，對于用戶來說，可以在置換壓頭3用于使用時改善可操作性。

此外，根據(jù)本實施例，壓頭3包括壓頭主體31和保持該壓頭主體31的保持器32。壓頭存儲器33安裝在保持器32內(nèi)。因此，當壓頭3的前沿端部磨損或損壞時，僅壓頭主體31(僅壓頭3的一部分)被置換，從而使得能夠降低成本。

此外，根據(jù)本實施例，壓頭信息包括在預定操作中將壓頭3的形狀校正為理想形狀的校正參數(shù)，且cpu11通過使用所獲取的校正參數(shù)來執(zhí)行預定操作。因此，即使在改變要被使用的測試機主體1的情況下，仍可以進行硬度測試，而無需在改變之后注冊關(guān)于測試機主體1的復雜校正值。

此外，根據(jù)本實施例，壓頭3的類型包括在壓頭信息中。本實施例包括方程存儲器134，其將壓頭3的類型與計算硬度的方程相關(guān)并存儲它們。cpu11根據(jù)所獲取的壓頭3類型從方程存儲器134選擇方程，并執(zhí)行預定操作。因此，可以進行對應于壓頭類型的操作。

在上述實施例中，給出了vickers硬度測試機的示例。然而，本發(fā)明還可以應用到其它硬度測試機，比如rockwell硬度測試機。此外，這樣的配置也是可能的，例如其中壓頭信息還包括(除了壓頭類型和校正參數(shù)之外)指示壓頭3的使用頻率的使用次數(shù)，并且其中校正參數(shù)根據(jù)使用次數(shù)更新。

在上述實施例中，給出的示例的配置是將方程存儲在硬度測試機100的存儲器13中。然而，方程可以替代地存儲在壓頭存儲器33中。

另外，在上述實施例中，給出的示例的配置是壓頭3包括壓頭主體31和保持器32。然而，將壓頭主體31和保持器32合并的配置也是可能的。

應當指出，上述示例僅用于解釋的目的，不以任何方式被解釋為限制本發(fā)明。雖然已經(jīng)參照示例性實施例對本發(fā)明進行了說明，但應當理解的是，本文中所用的詞語是描述性和說明性的詞語，而不是限制性的詞語。在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，可以如所述和所修改的那樣進行變化，而不在這些方面背離本發(fā)明的范圍和精神。雖然已經(jīng)參照具體的結(jié)構(gòu)、材料和實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不旨在被限定于本文所公開的細節(jié)；相反，本發(fā)明延伸到所有功能上等同的結(jié)構(gòu)、方法和用途，比如在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。

本發(fā)明并不限定于上述實施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進行各種變化和修改。