[發(fā)明專利]硬度計和硬度測試方法

有效

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• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102998193A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 定廣真一
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42;G01N3/02
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發(fā)明涉及一種硬度計和硬度測試方法。

背景技術

眾所周知，在壓痕硬度測試方法中，將在平面上的投影形狀為多邊形的壓頭壓入要測試的材料的表面，并且根據(jù)材料上形成的多邊形壓痕的對角線長度來計算材料的硬度。該測試方法常用于評價金屬材料的機械特性。

眾所周知，Vickers硬度測試方法使用金剛石制成的正四棱錐形狀的壓頭。利用正四棱錐在試樣表面上形成的壓痕的兩條對角線長度的平均長度與用于將壓頭壓入試樣的載荷之間的關系來計算材料試樣的硬度。Knoop硬度測試方法使用金剛石制成的矩形四棱錐形狀的壓頭。利用四棱錐在試樣表面上形成的壓痕的較長的對角線長度與用于將壓頭壓入試樣的載荷之間的關系來計算材料試樣的硬度。

公開了使用電腦的圖像處理技術的用于該測試方法的硬度計(例如，日本特開平7-218410A)。日本特開平7-218410A中的方法利用連接到計算機的諸如CCD照相機等的攝像部件來拍攝通過將壓頭壓入試樣的表面而在該表面上形成的壓痕的圖像，通過對所拍攝的圖像數(shù)據(jù)應用二值化處理等來提取表示壓痕的各邊的邊界(點系列數(shù)據(jù))或者壓痕的角部，并且根據(jù)所提取的邊界或者角部的坐標值來計算硬度。

還公開了這樣的技術：在形成壓痕之前通過CCD照相機拍攝試樣的表面的初始圖像數(shù)據(jù)，在形成壓痕之后通過CCD照相機拍攝該表面的壓痕圖像數(shù)據(jù)，計算初始圖像數(shù)據(jù)與壓痕圖像數(shù)據(jù)之間的差分圖像數(shù)據(jù)，通過確定壓痕的角部的坐標值來計算對角線長度，并且基于對角線長度以及壓力載荷來計算試樣硬度(例如，日本特開平9-210893A)。

日本專利3071956公開了以下步驟以確定Vickers硬度。通過TV照相機對在試樣表面上形成的壓痕進行攝像，并且以多值灰度的形式對壓痕圖像進行數(shù)字化。通過對多值數(shù)字圖像檢測最佳閾值來形成二值(兩值)圖像，并且對二值圖像進行二維降噪。之后確定圖像中的壓痕的四條邊的粗略位置，并且根據(jù)粗略位置來檢測壓痕的邊界點。確定邊界點的四條多維回歸曲線，并且估計這四條回歸曲線的交點作為壓痕的頂點。通過基于坐標位置而確定四個頂點的交叉的兩條對角線的長度來計算壓痕面積。可以根據(jù)壓痕面積以及壓頭的按壓載荷來計算Vickers硬度。

然而，存在如下的問題：由于在近似的四條多維曲線中估計壓痕的四條邊并且將這些曲線的交點估計作為壓痕的頂點，因而以上傳統(tǒng)技術可能產(chǎn)生可靠性低的結果。因此，確定頂點的位置的精度主要依賴于降噪的質(zhì)量。此外，傳統(tǒng)技術不是估計壓痕區(qū)域本身而是基于邊緣(邊界)部或者頂點部來計算，因此在結果中可能包括誤差，并且其可能引起可靠性更低的結果。

根據(jù)上述的傳統(tǒng)技術，預測圖像中壓痕的位置和形狀。因此，在存在與壓痕區(qū)域的輪廓平行的劃痕的情況下，可能引起誤識別，造成不精確的測試結果。此外，在傳統(tǒng)技術的處理中假定在所拍攝的圖像中只存在一個壓痕。因此，該技術不能夠應用于包含多個測試試樣的圖像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供可以提高測試結果的可靠性并且可以應用于包括多個試樣的測試的硬度計以及硬度測試方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種硬度計，用于通過測量以預定的測試載荷按壓壓頭而在放置于試樣臺上的試樣的表面上所形成的壓痕的大小來確定所述試樣的硬度，所述硬度計包括：攝像控制部，用于通過控制攝像部并且使所述攝像部拍攝所述試樣的表面的圖像，來獲得所述試樣的表面的圖像數(shù)據(jù)；壓痕區(qū)域提取部，用于基于所述攝像控制部所獲得的圖像數(shù)據(jù)，來提取在所述試樣的表面上所形成的壓痕區(qū)域；壓痕頂點提取部，用于基于所述壓痕區(qū)域提取部所提取出的壓痕區(qū)域，來提取壓痕測量用頂點以測量所述壓痕的大小；以及硬度計算部，用于基于所述壓痕頂點提取部所提取出的壓痕測量用頂點來計算所述試樣的硬度，其中，所述壓痕區(qū)域提取部對所述試樣的表面的圖像數(shù)據(jù)進行二值化，對二值化后的圖像數(shù)據(jù)應用縮減處理和擴展處理，對縮減/擴展處理后的圖像數(shù)據(jù)應用距離轉(zhuǎn)換處理，并且使用距離轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)來提取與所述壓頭的外形相對應的封閉區(qū)域，以及所述壓痕頂點提取部基于所述壓痕區(qū)域提取部所提取出的封閉區(qū)域的輪廓來估計所述壓痕測量用頂點，并且基于所估計出的頂點在所述二值化后的圖像數(shù)據(jù)中提取滿足預定條件的點作為所述壓痕測量用頂點。