硬度試驗的制造方法
【專利摘要】一種硬度試驗機，具有：試驗力施加器，使用通過將電流供給到設置在磁場中的驅動線圈而產生的電磁力來產生試驗力，并且向壓頭施加試驗力以將壓頭按壓到樣品的表面中；溫度檢測器，檢測試驗力施加器的溫度；以及試驗力校正器，基于由溫度檢測器檢測到的溫度來校正從試驗力施加器產生的試驗力。
【專利說明】硬度試驗機
【技術領域】
[0001 ] 本公開涉及一種硬度試驗機。
【背景技術】
[0002]作為材料試驗機,常規地已知一種通過將壓頭柱(indenter column)按壓到樣品表面中來形成壓痕的硬度試驗機，壓頭柱在其最前端具有壓頭，然后用位移計測量所形成壓痕的深度(壓頭的位移量)。使用位移量與施加到壓頭的試驗力之間的關系，硬度試驗機測量出樣品的物理特性值，比如硬度。
[0003]作為上面這樣的硬度試驗機，已知一種硬度試驗機，其中在將試驗力施加到壓頭以允許選擇期望的試驗力的機構中采用電磁力(執行電動機(force motor))(例如參考第4942579號日本專利)。當在施加試驗力的機構中采用電磁力時，采用杠桿系統。因此，當壓頭被按壓到樣品中時，相對位置在線圈和產生電磁力的試驗力施加器中的磁體之間發生改變，因此導致磁通密度減少并因此導致試驗力減少。因此，常規的硬度試驗機合并了試驗力校正功能，以解決與線圈和磁體之間相對位置改變相關聯的試驗力的減少。
[0004]然而，在常規的硬度試驗機中，電流在線圈中流動，以產生試驗力。因此，在試驗力施加器中無法防止熱量的產生。在試驗力施加器的磁體中產生熱量的情況下，磁通密度得以減少，因此試驗力得以減少。特別地，當產生大的試驗力(例如，0.3至2kgf)時，大的電流(例如，0.195至1.3A)在線圈中流動。因此，在試驗力施加器中產生過多的熱量，導致試驗力的大幅減少。
【發明內容】
[0005]本公開的優點在于提供了一種通過解決與在試驗力施加器中產生的熱量相關聯的試驗力減少而能夠獲得高精度試驗力的硬度試驗機。
[0006]鑒于上面內容，本公開的第一方面提供了一種硬度試驗機，所述硬度試驗機通過用壓頭向樣品的表面施加試驗力來形成壓痕以及通過在形成所述壓痕時測量所述壓頭的壓痕深度來測量所述樣品的硬度。所述硬度試驗機包括:試驗力施加器，所述試驗力施加器使用通過將電流供給到設置在磁場中的驅動線圈而產生的電磁力來產生試驗力，并且向所述壓頭施加試驗力以將所述壓頭按壓到所述樣品的表面中；溫度檢測器，所述溫度檢測器檢測所述試驗力施加器的溫度；以及試驗力校正器，所述試驗力校正器基于由所述溫度檢測器檢測到的溫度來校正從所述試驗力施加器產生的試驗力。
[0007]本公開的第二方面提供了根據第一方面的所述硬度試驗機，還包括:試驗力測量器，所述試驗力測量器測量由所述壓頭施加到布置在上表面上的所述樣品的試驗力；以及存儲器，所述存儲器儲存基于由所述試驗力施加器產生的試驗力而產生的試驗力校正表、由所述試驗力測量器測量到的試驗力測量值以及由所述溫度檢測器檢測到的溫度。所述試驗力校正器基于儲存在所述存儲器中的試驗力校正表來校正由所述試驗力施加器產生的試驗力。[0008]本公開的第三方面提供了根據第二方面的所述硬度試驗機，還包括:提升/降低裝置，所述提升/降低裝置在上下方向上移動所述試驗力測量器；進入量(ingressamount)檢測器，所述進入量檢測器檢測由所述試驗力施加器按壓到所述樣品的表面中的所述壓頭的進入量；確定器，所述確定器在由所述試驗力施加器將所述壓頭按壓到所述樣品的表面中之后基于由所述進入量檢測器檢測到的所述壓頭的進入量致使所述提升/降低裝置調節所述壓頭與所述樣品相接觸的位置的高度，并且確定所述壓頭與所述樣品相接觸的位置的高度是否處于預定的基準位置；測量控制器，所述測量控制器致使所述試驗力測量器測量施加到所述樣品的試驗力，并且當所述確定器確定所述高度處于所述預定的基準位置時致使所述溫度檢測器檢測所述試驗力施加器的溫度；以及表產生器，所述表產生器在所述測量控制器的控制下基于試驗力的測量值以及所檢測到的溫度來產生所述試驗力校正表。
[0009]根據本公開，伴隨著由于所述試驗力施加器中產生的熱量造成的試驗力減少可以校正試驗力，因此可以獲得高精度的試驗力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]借助于本發明示例性實施方式的非限制性示例并參考所指出的多幅附圖，本公開在以下詳細說明中進一步加以描述，遍及附圖的這幾個視圖在圖中相同的參考標記代表類似的部分，其中:
[0011]圖1是圖示根據一實施方式的硬度試驗機的整體構造的右側視圖；
[0012]圖2是圖示根據本實施方式的硬度試驗機的控制構造的框圖；
[0013]圖3是圖示根據本實施方式的硬度試驗機的試驗力校正工藝的流程圖；
[0014]圖4是圖示根據本實施方式的硬度試驗機的試驗力校正表產生工藝的流程圖；以及
[0015]圖5圖示了示例性試驗力校正表。
【具體實施方式】
[0016]本文中示出的特定內容借助了示例并僅僅出于說明性地討論了本公開實施方式的目的，并且因提供被認為是本發明原理和概念方面的最有用且容易理解的說明而提出。有鑒于此，相比于用于基本認識本發明的必要內容，并未試圖更詳細地示出本發明的結構細節，在對本領域技術人員而言附圖如何使本發明的形式可能在實踐中體現得顯而易見的情況下，做出了本說明。
[0017]下面參考附圖詳細地描述了本公開的實施方式，在下面的描述中，X方向為附圖的左右方向，Y方向為前后方向，而Z方向為上下方向。此外，X-Y平面為水平平面。
[0018]參考圖1和2，根據本實施方式的硬度試驗機100包括設置有每個部件的試驗機主體10以及執行對試驗機主體10的全面控制的控制器200。
[0019]試驗機主體10具有電子天平1、XY工作臺2、工作臺升降部3、壓頭柱單元6、壓力施加器7、轉塔8、物鏡9、圖像捕獲器20、顯示器30、操作器40等。電子天平I用作試驗力測量器，其測量施加到樣品S的試驗力，樣品S布置在上表面上。XY工作臺2可以在XY方向上移動電子天平I。工作臺升降部3用作在Z方向上移動電子天平I的提升/降低裝置。壓頭柱單元6具有壓頭柱5，壓頭柱5在其下端具有壓頭4，壓頭4在布置于電子天平I上的樣品S中形成壓痕。壓力施加器7向壓頭柱5施加預定的試驗力。轉塔8允許壓頭柱5或者物鏡9中的任一個布置在樣品S上方。物鏡9被保持到轉塔8的下表面。圖像捕獲器20捕獲形成在樣品S表面中的壓痕等的圖像。
[0020]電子天平I被構造為允許樣品S布置在其上表面上。電子天平I測量由壓頭4施加到樣品S的試驗力，并基于所測量的試驗力向控制器200輸出信號。XY工作臺2被構造為允許電子天平I布置在其上表面上。XY工作臺2被構造為依據從控制器200輸入的控制信號在XY方向(水平方向)上移動，可以使布置在上表面上的電子天平I在XY方向上移動。設置到XY工作臺2下表面的工作臺升降部3依據從控制器200輸入的控制信號使XY工作臺2和電子天平I在Z方向(上下方向)上移動。此外，工作臺升降部3設置在基底11的上表面上，基底11在試驗機主體10下面向前突出。因此，樣品S通過XY工作臺2在XY方向上移動，并且通過工作臺升降部3在Z方向上移動，以調節其相對于壓頭4或物鏡9的位置。
[0021]壓頭柱單元6設置在臂12中，臂12在試驗機主體10上面向前突出。壓頭柱單元6具有:支撐彈簧61 ;壓頭柱5 ;第一執行電動機62 ;壓頭柱位移檢測器63 ;等。支撐彈簧
61設置在臂12的固定部13中。壓頭柱5在上端和下端分別由支撐彈簧61彈性地支撐。第一執行電動機62產生試驗力，以在軸向方向上移動壓頭柱5,并因此向壓頭柱5施加試驗力。壓頭柱位移檢測器63檢測壓頭柱5的位移量。壓頭柱5在其下端具有壓頭4，壓頭4從上面按壓到樣品S上，以在其表面中形成壓痕，樣品S布置在電子天平I的上表面上。
[0022]支撐彈簧61是板簧，它具有固定到固定部13的第一端并且從固定部13大致水平地延伸。板簧61的第二端分別連接到壓頭柱5的上端和下端，因此相對于電子天平I垂直地支撐起壓頭柱5。當壓頭柱5通過第一執行電動機62等上下移動時，支撐彈簧61彎曲，使得壓頭柱5保持垂直于電子天平I。
[0023]第一執行電動機62包括磁路構造62a、設置到壓頭柱5的驅動線圈62b以及溫度傳感器62c。響應于從控制器200輸入的控制信號,第一執行電動機62在軸向方向上移動壓頭柱5，以向壓頭柱5 (壓頭4)施加試驗力。第一執行電動機62利用通過由磁路構造62a中的磁體在一間隙之中產生的磁場與在定位于該間隙內部的驅動線圈62b中流動的電流之間的電磁感應(電磁力)而產生的力作為驅動力。換句話說，第一執行電動機62依據供給到第一執行電動機62的驅動線圈62b的電流量產生期望的驅動力，并且基于該驅動力向壓頭柱5施加各種試驗力。在存在施加到壓頭柱5的試驗力的情況下，位于壓頭柱5下端的壓頭4被按壓到樣品S的表面中。例如，第一執行電動機62可以在從1gf (低)到30gf (高)的范圍內施加試驗力。溫度傳感器62c設置在磁路構造62a中的磁體附近，檢測第一執行電動機62的溫度。然后，溫度傳感器62c基于所檢測到的溫度向控制器200輸出信號。因此，第一執行電動機62用作試驗力施加器,其產生試驗力并向壓頭4施加試驗力，以將壓頭4按壓到樣品S的表面中，通過將電流供給到定位于磁場中的驅動線圈62b而產生的電磁力會產生試驗力。此外，溫度傳感器62c用作溫度檢測器，其檢測第一執行電動機62的溫度。
[0024]壓頭柱位移檢測器63包括刻度51，刻度51設置到壓頭柱5并且以預定的間隔刻有校準標記，并且線性編碼器52以光學方式讀取刻度51上的校準標記。當壓頭4被按壓到樣品S中(具體地，壓頭4的進入量被按壓到樣品S中(壓痕的深度))時，壓頭柱位移檢測器63檢測壓頭柱5的位移量，進而基于所檢測到的位移量向控制器200輸出壓頭柱位移信號。在本實施方式中，基準位置被提前限定在使壓頭4可以最有效地將試驗力傳送到樣品S的位置。在刻度51上，基準位置被具體地限定在Imm的校準標記位置處。因此，壓頭柱位移檢測器63用作進入量檢測器，其檢測按壓到樣品S表面之中的壓頭4的進入量。
[0025]壓力施加器7包括控制桿71、第二執行電動機72等。控制桿71設置在壓頭柱單元6上面。第二執行電動機72產生試驗力使控制桿71旋轉，并因此向壓頭柱5施加試驗力。
[0026]大致在中央部中，控制桿71通過旋轉軸71c可旋轉地樞轉到臂12。第二執行電動機72附接至控制桿71的第一端部71a?？刂茥U71的第二端部71b從旋轉軸71c朝向壓頭柱單元6延伸，并且定位在壓頭柱5上面。第二端部71b具有按壓部71d，用于下壓壓頭柱5的上端5a。
[0027]第二執行電動機72包括磁路構造72a、驅動線圈72b以及溫度傳感器72c。第二執行電動機72在軸向方向上移動負載軸72c,以向第一端部71a施加作用力使控制桿71旋轉。第二執行電動機72利用通過由磁路構造72a中的磁體在一間隙之中產生的磁場與在定位于該間隙內部的驅動線圈72b中流動的電流之間的電磁感應(電磁力)而產生的力作為驅動力。因此，控制桿71的第二端部71b向下移動，進而使第二端部71b中的按壓部71d沿軸向方向下壓壓頭柱5。在軸向方向上移動壓頭柱5會向壓頭柱5 (壓頭4)施加試驗力。在存在施加到壓頭柱5的試驗力的情況下，位于壓頭柱5下端的壓頭4被按壓到樣品S的表面中。例如，第二執行電動機72可以在從31gf (低)到200gf (高)的范圍內施加試驗力，或者在從201gf (低)到2，OOOgf (高)的范圍內施加試驗力。溫度傳感器72c設置在磁路構造72a中的磁體附近，檢測第二執行電動機72的溫度。然后，溫度傳感器72c基于所檢測到的溫度向控制器200輸出信號。因此，第二執行電動機72用作試驗力施加器，其產生試驗力并向壓頭4施加試驗力，以將壓頭4按壓到樣品S的表面中，通過將電流供給到定位于磁場中的驅動線圈72b而產生的電磁力會產生試驗力。此外，溫度傳感器72c用作溫度檢測器，其檢測第二執行電動機72的溫度。
[0028]轉塔8包括轉塔主體8a、可旋轉地將轉塔主體8a樞轉到臂12的旋轉軸8b等。通過旋轉轉塔主體8a，壓頭柱5或者物鏡9中的任一個可以布置在樣品S上方。具體地，例如，壓痕可以通過將壓頭柱5布置在樣品S上面而形成在樣品S的表面中，并且所形成的壓痕可以通過將場透鏡9布置在樣品S上面進行觀察。
[0029]與圖像捕獲器20的顯微鏡20a相關聯的物鏡9被保持到轉塔8的下表面。當旋轉轉塔8 (轉塔主體8a)將物鏡9轉換到對應于圖像捕獲器20的位置時，物鏡9使圖像捕獲器20能夠捕獲樣品S的圖像。
[0030]圖像捕獲器20包括顯微鏡20a、附接至顯微鏡20a的CXD相機(附圖中未示出)、照亮樣品的觀察位置的發光裝置(附圖中未示出)等。圖像捕獲器20捕獲形成在樣品S表面中的壓痕的圖像。然后，圖像捕獲器20向控制器200輸出所捕獲的壓痕的圖像數據。
[0031]例如，顯示器30為液晶顯示器面板，并且根據從控制器200輸入的控制信號執行對由圖像捕獲器20捕獲的樣品S的表面圖像、各種試驗結果等的顯示處理。具體地，顯示器30顯示用于調節試驗力的試驗力調節按鈕、電子天平I的測量值、壓頭柱位移檢測器63的測量值等。
[0032]例如，操作器40為一組比如位于鍵盤中的操作鍵，并且在使用者進行操作時輸出與針對控制器200的操作相關聯的操作信號。而且，操作器40還可包括比如鼠標或者觸摸屏的定點裝置、遠程控制系統以及其它操作裝置。當使用者輸入指令在樣品S上執行硬度試驗(測量開始指令)時，以及當使用者限定施加到壓頭4的試驗力時，操作該操作器40。
[0033]如圖2所示，控制器200包括CPU201、RAM202以及存儲器203。通過執行儲存在存儲器203中的預定程序，控制器200控制操作以執行預定的硬度試驗。此外，控制器200通過系統總線將驅動電路等連接到電子天平1、XY工作臺2、工作臺升降部3、壓頭柱單元6、壓力施加器7、圖像捕獲器20、顯示器30、操作器40等。
[0034]CPU201檢索儲存在存儲器203中的處理程序，然后展開并執行RAM202中的處理程序。因此，CPU61執行對硬度試驗機100的整體控制。RAM202展開在RAM202內的程序儲存區域由CPU201執行的處理程序，并且在數據儲存區域中儲存輸入數據以及在執行處理程序期間產生的處理結果等。例如，存儲器203包括儲存程序、數據等的記錄介質(附圖中未示出)。記錄介質包括半導體存儲器等。存儲器203儲存各種數據、各種處理程序以及通過運行允許CPU201執行對硬度試驗機100的整體控制的程序而處理的數據。此外，存儲器203儲存基于第一執行電動機62或第二執行電動機72所產生的試驗力而產生的試驗力校正表T、由電子天平I測量的試驗力測量數據以及由溫度傳感器62c或溫度傳感器72c所檢測到的溫度。
[0035]響應于與用于執行操作器40的硬度試驗的操作相關聯的試驗操作信號輸入，例如，CPU201執行儲存在存儲器203中的預定程序，以基于為進行預定的硬度試驗而提前設定的預定的操作條件(例如，針對壓頭柱5的操作條件)分別將與預定的試驗力相關聯的電流供給到第一執行電動機62和第二執行電動機72的驅動線圈62b和72b，并因此執行對第一執行電動機62和第二執行電動機72的操作的控制。另外,CPU201基于從壓頭柱位移檢測器63輸入的壓頭柱位移信號來計算樣品S的硬度。具體地，CPU201基于按壓到樣品S中的壓頭4的進入量(壓痕深度)來測量樣品S的硬度。
[0036]另外，作為試驗力校正器，CPU201分別基于由溫度傳感器62c或溫度傳感器72c檢測到的溫度來校正由第一執行電動機62或第二執行電動機72產生的試驗力。具體地，CPU201基于儲存在存儲器203中的試驗力校正表T來校正由第一執行電動機62或第二執行電動機72產生的試驗力。
[0037]下面參考圖3的流程圖來描述根據本實施方式的硬度試驗機100的試驗力校正工藝。首先，將樣品S穩固在XY工作臺2上(步驟SI)。具體地，使用者將樣品S布置在XY工作臺2的上表面上并將樣品S穩固到上面。在試驗力校正過程中，電子天平I并未布置在XY工作臺2的上表面上。相反，樣品S直接布置并穩固在XY工作臺2的上表面上。
[0038]然后，使樣品S的表面對焦(步驟S2)。具體地，在通過旋轉轉塔主體8a把物鏡9定位在樣品S上面的狀態下，CPU201移動XY工作臺2，直接在物鏡9下面將在樣品S的表面上定位預定的面積。然后，CPU201基于由圖像捕獲器20捕獲的圖像數據而上下移動工作臺升降部3，以對焦于樣品S的表面上。
[0039]然后，接近樣品S (步驟S3)。具體地，在通過旋轉轉塔主體8a把壓頭4定位在樣品S上面的狀態下，CPU201朝向樣品S下移壓頭4并帶動壓頭4與樣品S的表面接觸。[0040]然后，獲得溫度傳感器62c或72c的測量值(步驟S4)。具體地，CPU201分別獲得第一執行電動機62或第二執行電動機72的溫度傳感器62c或72c的測量值,這已經產生了預定的試驗力。
[0041]然后，參考試驗力校正表T來校正將要產生的試驗力(步驟S5)。具體地，基于在步驟S4中分別由溫度傳感器62c或溫度傳感器72c檢測到的溫度以及將要由第一執行電動機62或第二執行電動機72產生的試驗力，CPU201參考儲存在存儲器203中的試驗力校正表T校正將要由第一執行電動機62或第二執行電動機72產生的試驗力。因此，CPU201用作試驗力校正器，其分別基于由溫度傳感器62c或溫度傳感器72c檢測到的溫度來校正將要由第一執行電動機62或第二執行電動機72產生的試驗力。稍后將參考圖4來描述產生試驗力校正表T的方法。稍后將參考圖5來描述所產生的試驗力校正表T的不例。
[0042]然后，產生被校正的試驗力(步驟S6)。具體地，CPU201控制第一執行電動機62或第二執行電動機72產生試驗力(在步驟S5中，試驗力被校正)，并且向壓頭柱5施加試驗力。然后，設置在壓頭柱5下端的壓頭4向樣品S施加試驗力。
[0043]然后，確定試驗時間是否結束(步驟S7)。具體地，CPU201根據步驟S6中產生的試驗力確定預定的時間是否已經過去。當確定預定的時間已經過去時，CPU201確定試驗時間已經結束(步驟S7:是)，并終止試驗力校正過程。與此同時，當確定預定的時間還未過去時，CPU201確定試驗時間還未結束e (步驟S7:否)，并繼續進行至步驟S4以再次獲得溫度傳感器62c或72c的測量值。此后，重復步驟S4至步驟S7的過程，直到試驗時間結束為止。在本實施方式中，在試驗力校正過程結束之后(步驟S7:是)，計算樣品S的硬度。
[0044]下面將參考圖4的流程圖來描述根據本實施方式的硬度試驗機100的試驗力校正表產生工藝。首先，將樣品S穩固在XY工作臺I上(步驟S101)。具體地，使用者將電子天平I布置在XY工作臺2的上表面上，進而將樣品S布置并穩固到電子天平I的上表面。
[0045]然后，使樣品S的表面對焦(步驟S102)。具體地，在通過旋轉轉塔主體8a把物鏡9定位在樣品S上面的狀態下，CPU201移動XY工作臺2，直接在物鏡9下面將在樣品S的表面上定位預定的面積。然后，CPU201基于由圖像捕獲器20捕獲的圖像數據而上下移動工作臺升降部3，以對焦于樣品S的表面上。
[0046]然后，接近樣品S (步驟S103)。具體地，在通過旋轉轉塔主體8a把壓頭4定位在樣品S上面的狀態下，CPU201朝向樣品S下移壓頭4并帶動壓頭4與樣品S的表面接觸。
[0047]然后，確認樣品接觸位置的高度(步驟S104和S105)。具體地，當在步驟S103中完成了接近樣品S時為了檢測樣品接觸位置的高度，CPU201首先致使線性編碼器52讀取壓頭柱位移檢測器63的刻度51上的校準標記，進而確定刻度51上讀取的校準標記是否定位在Imm處(基準位置)(步驟S104)。當確定刻度51上的校準標記定位在Imm處時(步驟S104:是)，CPU201繼續進行至步驟S106。與此同時，當確定刻度51上的校準標記并未定位在Imm處時(步驟S104:否)，CPU201致使顯示器30顯示誤差。然后，CPU201上下移動工作臺升降部3以調節樣品接觸位置的高度(步驟S105)。當在步驟S105中完成了對樣品接觸位置的高度的調節時，CPU201繼續進行至步驟S104，以再次確認樣品接觸位置的高度。
[0048]然后，產生預定的試驗力(步驟S106)。具體地，CPU201控制第一執行電動機62或第二執行電動機72來產生預定的試驗力并向壓頭柱5施加預定的試驗力。然后，設置在壓頭柱5下端的壓頭4向樣品S施加試驗力。
[0049]然后，確認樣品接觸位置的高度(步驟S107和S108)。具體地，當在步驟S106中向樣品S施加預定的試驗力時為了檢測樣品接觸位置的高度，CPU201首先致使線性編碼器52讀取壓頭柱位移檢測器63的刻度51上的校準標記，進而確定刻度51上讀取的校準標記是否定位在預定的基準位置即Imm處(步驟S107)。當確定刻度51上的校準標記定位在Imm處時(步驟S107:是)，CPU201繼續進行至步驟S109。與此同時，當確定刻度51上的校準標記并未定位在Imm處時(步驟S107:否)，CPU201致使顯示器30顯示誤差。然后，CPU201上下移動工作臺升降部3以調節樣品接觸位置的高度(步驟S108)。當在步驟S108中完成了對樣品接觸位置的高度的調節時，CPU201繼續進行至步驟S107，以再次確認樣品接觸位置的高度。因此，CPU201用作確定器。在通過第一執行電動機62或第二執行電動機72將壓頭4按壓到樣品S的表面中之后基于由壓頭柱位移檢測器63檢測到的壓頭4的進入量，確定器致使工作臺升降部3調節壓頭4與樣品S相接觸的位置的高度，并確定壓頭4與樣品S相接觸的位置的高度是否處于預定的基準位置。
[0050]然后，獲得電子天平I以及溫度傳感器62c或72c的測量值(步驟S109)。具體地，CPU201分別獲得當刻度51上的校準標記定位在Imm處時電子天平I的測量值，以及第一執行電動機62或第二執行電動機72的溫度傳感器62c或72c的測量值，這在步驟S106中已經產生了預定的試驗力。在本實施方式中，在步驟S109的時間里，步驟S106中產生的試驗力也繼續施加到樣品S。因此，CPU201用作測量控制器。當確定器確定樣品接觸位置的高度處于預定的基準位置時(步驟S107:是)，測量控制器致使電子天平I測量施加到樣品S的試驗力，并且致使溫度傳感器62c或溫度傳感器72c檢測第一執行電動機62或第二執行電動機72的溫度。
[0051]然后，確定是否測量到磁密度的低下特性(lowering property)(步驟SI 10)。具體地，基于步驟S106中產生的預定的試驗力以及步驟S109中獲得的電子天平I的測量值，CPU201確定在預定的時間周期內是否測量到伴隨磁體中所產生熱量的磁密度的低下特性。當確定測量到磁密度的低下特性時(步驟SllO:是)，CPU201繼續進行至步驟S111。與此同時，當確定沒有測量到磁密度的低下特性時(步驟SllO:否)，CPU201致使顯示器30顯示誤差。然后，CPU201繼續進行至步驟S107，以再次確認樣品接觸位置的高度。例如，在沒有獲得電子天平I的測量值的情況下或者在電子天平I的測量值大于步驟S106中產生的預定的試驗力的情況下，沒有測量到磁密度的低下特性。
[0052]然后，產生試驗力校正表T (步驟S111)。具體地，CPU201根據步驟SllO中測量到的磁密度的低下特性以及步驟S109中獲得的溫度傳感器62c或溫度傳感器72c的測量值而產生試驗力校正表T。參考圖5描述了一示例，其中當步驟S106中產生的預定的試驗力為N[kgf]時，產生了試驗力校正表T。圖5中示出的該示例證明:例如，由于在22°的溫度下試驗力減少了 2%，所以對于減少量為2%的試驗力需要另外產生。于是，在步驟Slll中產生了試驗力校正表T的情況下，當產生預定的試驗力時，伴隨著產生預定試驗力的第一執行電動機62或第二執行電動機72的溫度降低可以校正被減少的試驗力。步驟Slll中產生的試驗力校正表T儲存在存儲器203中。因此，CPU201用作表產生器，其在測量控制器的控制下基于試驗力的測量值以及所檢測到的溫度來產生試驗力校正表T(步驟S109)。
[0053]然后，確定是否針對所有期望的試驗力均產生了試驗力校正表T(步驟S112)。具體地，使用者在顯示器30上顯示步驟Slll中產生的試驗力校正表T，以確定是否針對所有期望的試驗力均產生了試驗力校正表T。當確定針對所有期望的試驗力均已經產生試驗力校正表T時(步驟S112:是)，壓頭4移動到待用位置(步驟S113)并且該過程結束。與此同時，當確定針對至少一個期望的試驗力還未產生試驗力校正表T時(步驟S112:否)，該過程繼續進行至步驟S106，以產生預定的試驗力(還沒有產生試驗力校正表T的試驗力)。
[0054]如上所述，根據本實施方式的硬度試驗機100具有試驗力施加器(第一執行電動機62、第二執行電動機72)、溫度檢測器(溫度傳感器62c、溫度傳感器72c)以及試驗力校正器(CPU201)。試驗力施加器使用通過將電流供給到設置在磁場中的驅動線圈72b而產生的電磁力來產生試驗力，并向壓頭4施加試驗力以將壓頭4按壓到樣品S的表面中。溫度檢測器檢測試驗力施加器的溫度。基于由溫度檢測器檢測到的溫度，試驗力校正器校正從試驗力施加器產生的試驗力。根據本實施方式的硬度試驗機100，伴隨著由于試驗力施加器中產生的熱量造成的試驗力減少可以校正試驗力，因此可以獲得高精度的試驗力。
[0055]此外，根據本實施方式的硬度試驗機100具有試驗力測量器(電子天平I)以及存儲器(存儲器203)。試驗力測量器測量由壓頭4施加到布置在上表面上的樣品S的試驗力。存儲器儲存:基于試驗力施加器所產生的試驗力而產生的試驗力校正表T、由試驗力測量器測量到的試驗力測量值以及由溫度檢測器檢測到的溫度。試驗力校正器基于儲存在存儲器中的試驗力校正表T來校正由試驗力施加器產生的試驗力。根據本實施方式的硬度試驗機100，一旦檢測到試驗力施加器的溫度就可以立即校正試驗力，因此可以容易地獲得高精度的試驗力。
[0056]此外，根據本實施方式的硬度試驗機100具有提升/降低裝置(提升部，或工作臺升降部3)、進入量檢測器(壓頭柱位移檢測器63)、確定器(CPU201)、測量控制器(CPU201)以及表產生器(CPU201)。提升/降低裝置在上下方向上移動試驗力測量器。進入量檢測器檢測由試驗力施加器按壓到樣品S的表面中的壓頭4的進入量。在由試驗力施加器將壓頭4按壓到樣品S的表面中之后基于由進入量檢測器檢測到的壓頭4的進入量，確定器致使工作臺升降部3調節壓頭4與樣品S相接觸的位置的高度，并確定壓頭4與樣品S相接觸的位置的高度是否處于預定的基準位置。當確定器確定該高度處于預定的基準位置時，測量控制器致使試驗力測量器測量施加到樣品S的試驗力，并且致使溫度檢測器檢測試驗力施加器的溫度。表產生器在測量控制器的控制下基于試驗力的測量值以及所檢測到的溫度來產生試驗力校正表T。根據本實施方式的硬度試驗機100，當壓頭4與樣品S相接觸的位置的高度處于預定的基準位置時，具體地當壓頭4位于將試驗力最有效地傳送到樣品S的位置時，產生試驗力校正表T。這使與試驗力施加器中所產生的熱量相關聯的試驗力減少以及試驗力的校正量最小化。
[0057]基于根據本公開的實施方式給出具體描述。然而，本發明并不限于上述實施方式，并可在不偏離本發明實質的范圍內進行修改。
[0058]在上面的實施方式中，例如，工作臺升降部3自動地上下移動，以調節樣品接觸位置的高度(圖4中的步驟S105和S108)。然而，本發明不限于此。例如，工作臺升降部3可手動地上下移動，以允許使用者手動調節高度。
[0059]此外，在上面的實施方式中，在確認樣品接觸位置的高度期間當確定刻度51上讀取的校準標記沒有定位在Imm處(基準位置)時(圖4中步驟S104和S107:否)，誤差得以顯示在顯示器30上。然而，本發明不限于此。例如，可設置能夠輸出聲音的揚聲器來輸出報警聲，代替顯示器30上的誤差?？商娲?，報警聲可連同顯示器30上的誤差一起輸出。
[0060]此外，在上面的實施方式中，當確定在預定的時間周期內沒有測量出磁密度的低下特性時(圖4中的步驟SllO:否)，誤差得以顯示在顯示器30上。然而，本發明不限于此。例如，可輸出報警聲來代替顯示器30上的誤差，或者報警聲可連同顯示器30上的誤差一起輸出。另外，在誤差顯示在顯示器30上之后，工藝繼續進行至步驟S107，以再次確認樣品接觸位置的高度。然而，本發明不限于此。例如，工藝可繼續進行至步驟S106，以再次產生預定的試驗力；或者繼續進行至步驟S103，以再次接近樣品S。
[0061]此外，在上面的實施方式中，兩個執行電動機(第一執行電動機62和第二執行電動機72)設置為試驗力施加器。然而，本發明不限于此。例如，僅僅可設置第一執行電動機
62或第二執行電動機72中的任一個。
[0062]此外,在上面的實施方式中，試驗力校正表T產生于圖4所不的試驗力校正表產生工藝中。然而，本發明不限于此。例如，基于從多個硬度試驗機100統計獲得的磁密度的低下特性，通用試驗力校正表T可提前準備并儲存在存儲器203中。
[0063]此外，在上面的實施方式中，產生試驗力校正表T，并且參考試驗力校正表T校正試驗力。然而，本發明不限于此。例如，基于從多個硬度試驗機100統計獲得的磁密度的低下特性，可展開代表溫度和試驗力的減少之間的關系的預定計算公式。然后，可基于所展開的計算公式來校正試驗力。
[0064]另外，在不偏離本發明實質的范圍內，也可對構成硬度試驗機100的每個部件的詳細結構和操作做出適當的修改。
[0065]應注意到，已經僅僅出于解釋的目的而提供前述示例，并且絕不應視為限制本發明。雖然本發明已經參考示例性實施方式加以描述，但應認識到本文中已經使用的詞語是描述性和圖示性詞語，而非限制性詞語。在不背離本發明各方面的范圍和精神的前提下，如目前聲明的以及修改的，在所附權利要求的范圍內可做出改變。雖然本發明已經在本文中參考特定結構、材料和實施方式加以描述，但本發明并不意欲限于本文中公開的特定內容；相反，本發明擴展至所有功能上等同的結構、方法和應用，比如落入所附權利要求的范圍內。
[0066]本發明并不限于上述實施方式，并且在不背離本發明范圍的前提下可以進行各種變化和修改。
[0067]相關申請的交叉引用
[0068] 根據美國法典35 § 119，本申請要求2013年3月6日提交的第2013-043714號日本申請的優先權，其全部公開內容明確地通過引用合并于本文中。
【權利要求】
1.一種硬度試驗機，所述硬度試驗機通過用壓頭向樣品的表面施加試驗力來形成壓痕以及通過在形成所述壓痕時測量所述壓頭的壓痕深度來測量所述樣品的硬度，所述硬度試驗機包括: 試驗力施加器，所述試驗力施加器被構造為使用通過將電流供給到設置在磁場中的驅動線圈而產生的電磁力來產生試驗力，所述試驗力施加器被進一步構造為向所述壓頭施加試驗力以將所述壓頭按壓到所述樣品的表面中； 溫度檢測器，所述溫度檢測器被構造為檢測所述試驗力施加器的溫度；以及試驗力校正器，所述試驗力校正器被構造為基于由所述溫度檢測器檢測到的溫度來校正從所述試驗力施加器產生的試驗力。
2.根據權利要求1所述的硬度試驗機，還包括: 試驗力測量器，所述試驗力測量器被構造為測量由所述壓頭施加到布置在上表面的所述樣品上的試驗力；以及 存儲器，所述存儲器被構造為儲存基于由所述試驗力施加器產生的試驗力而產生的試驗力校正表、由所述試驗力測量器測量到的試驗力測量值以及由所述溫度檢測器檢測到的溫度，其中所述試驗力校正器被進一步構造為基于儲存在所述存儲器中的試驗力校正表來校正由所述試驗力施加器產生的試驗力。
3.根據權利要求2所述的硬度試驗機，還包括: 提升部，所述提升部被構造為在上下方向上移動所述試驗力測量器； 進入量檢測器，所述進入量檢測器被構造為檢測由所述試驗力施加器按壓到所述樣品的表面中的所述壓頭的進入量； 確定器，所述確定器被構造為在由所述試驗力施加器將所述壓頭按壓到所述樣品的表面中之后基于由所述進入量檢測器檢測到的所述壓頭的進入量致使所述提升部調節所述壓頭與所述樣品相接觸的位置的高度，所述確定器被進一步構造為確定所述壓頭與所述樣品相接觸的位置的高度是否處于預定的基準位置； 測量控制器，所述測量控制器被構造為致使所述試驗力測量器測量施加到所述樣品的試驗力，所述測量控制器被進一步構造為當所述確定器確定所述高度處于所述預定的基準位置時致使所述溫度檢測器檢測所述試驗力施加器的溫度；以及 表產生器，所述表產生器被構造為在所述測量控制器的控制下基于試驗力的測量值以及所檢測到的溫度來產生所述試驗力校正表。
【文檔編號】G01N3/42GK104034618SQ201410076419
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2013年3月6日
【發明者】辻井正治, 森聰子 申請人:株式會社三豐
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