專利名稱：硬度測試器和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬度測試器和一種程序。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，已經(jīng)知曉稱為儀器化壓痕測試(納米壓痕)的測試方法，其中在預(yù)定的負(fù)載放置于壓頭以將壓頭按壓到樣本表面并形成壓痕的過程中，連續(xù)地測量測試力(被放置在壓頭的負(fù)載的力)和按壓深度(壓頭的位移量)。然后，分析從測量獲得的按壓曲線，以找到材料的機(jī)械特性。一般來說，在儀器化壓痕測試中，將均勻的測試力施加到壓頭，其以均勻的速度接近樣品。然后，檢測當(dāng)壓頭與樣品接觸時(shí)位移量變化或壓頭的速度變化的點(diǎn)。測試以該點(diǎn)作為樣品的表面(零點(diǎn))開始。因此，對壓頭接觸的樣品(零點(diǎn))的點(diǎn)的檢測的準(zhǔn)確度影響到儀器化壓痕測試的測試結(jié)果的精確度。因此，通常使用各種各樣的創(chuàng)新作為用于檢測零點(diǎn)的方法。例如，日本專利第3731047號公開了一種用于檢測點(diǎn)的技術(shù)，其中，通過發(fā)送貫穿壓頭的微振動(dòng)壓頭接觸樣品，然后使壓頭向樣品接近并檢測振動(dòng)中的變化。另外，日本專利第3839512號公開了一種技術(shù)，用于通過在壓頭接觸樣品之前獲得負(fù)載數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)，然后在接觸后或在測試之后檢測壓頭的接近過程中的變化，來確定零點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在日本專利第3731047號和第3839512號的方法中，當(dāng)壓頭由于來自諸如振動(dòng)的干擾的影響而移動(dòng)，該位移可以被誤讀為零點(diǎn)，并且在檢測的零點(diǎn)上可能出現(xiàn)大錯(cuò)誤。此外，測試器(數(shù)據(jù)分析器)的用戶，需要有一定量的經(jīng)驗(yàn)，以評估零點(diǎn)檢測失敗的數(shù)據(jù)。因此，測試器的用戶可能無法確定是否已恰當(dāng)?shù)貦z測到零點(diǎn)。本發(fā)明提供了一種硬度測試器和程序，其能夠精確地檢測在儀表式壓痕測試期間壓頭與樣品接觸的點(diǎn)。為了解決上述的情況，本發(fā)明的第一方面是一種包括壓痕形成機(jī)制和測量器的硬度測試器。壓痕形成機(jī)制向壓頭提供預(yù)定的負(fù)載并且將壓頭按壓到樣品表面以形成壓痕。測量器檢測壓頭的按壓深度以及壓痕形成時(shí)加載于壓頭的測試力來測量按壓曲線。硬度測試器進(jìn)一步包括限定器和確定器。在開始測量之前，限定器限定在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值的預(yù)期范圍。在測量開始之后，確定器測量在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值，當(dāng)測量值不在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定零點(diǎn)的檢測已失敗。本發(fā)明的第二方面是第一方面所描述的硬度測試器包括顯示器，其中所述顯示器在接近樣品過程中與壓頭的位移、速度和加速度一起顯示測量值的預(yù)期范圍的。本發(fā)明的第三方面是在第一方面和第二方面之一描述的硬度測試器包括存儲器和通知器。存儲器存儲模式數(shù)據(jù)和改進(jìn)信息。當(dāng)在預(yù)限定的標(biāo)準(zhǔn)的測試環(huán)境以外的多個(gè)不同的測試環(huán)境中執(zhí)行測量時(shí)，對于每個(gè)測試環(huán)境獲得在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值的模式數(shù)據(jù)。改進(jìn)信息涉及用于改進(jìn)獲得模式數(shù)據(jù)的測試環(huán)境的改進(jìn)方法。當(dāng)確定器確定零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)，通知器比較測量值和存儲在存儲器中的模式數(shù)據(jù)，以便推斷出測試環(huán)境，然后通知用戶有關(guān)測試環(huán)境的改進(jìn)方法的改進(jìn)信息。本發(fā)明的第四方面是根據(jù)第一至第三方面中的任何一個(gè)的硬度測試器包括在確定器確定零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)停止測量的停止器。本發(fā)明的第五方面是使計(jì)算機(jī)能夠作為測量器、限定器和確定器的程序。測量器為壓頭提供預(yù)定的負(fù)載，并且將壓頭按壓到樣品的表面中形成壓痕，然后檢測壓頭的按壓深度以及壓痕形成時(shí)加載于壓頭的測試力來測量按壓曲線。在開始測量之前，限定器限定在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值的預(yù)期范圍。在測量開始之后，確定器測量在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值，當(dāng)測量值不在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定零點(diǎn)的檢測已失敗。本發(fā)明包括在開始測量之前限定在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值的預(yù)期范圍的限定器，以及在測量開始之后測量在接近樣品的過程中壓頭的位移、速度和加速度之一的值，當(dāng)測量值不在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定零點(diǎn)的檢測已失敗的確定器。因此，通過提前限定預(yù)期范圍，即使當(dāng)壓頭由于外界干擾的影響而偏離預(yù)期范圍時(shí)，該偏離可被自動(dòng)地確定為零點(diǎn)的檢測中的失敗。因此，可以定量地排除零點(diǎn)檢測失敗的故障數(shù)據(jù)。因此，即使當(dāng)用戶的經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，用戶也將不會(huì)在視覺上搞錯(cuò)零點(diǎn)是否已被適當(dāng)?shù)貦z測到。因此，可以準(zhǔn)確地和穩(wěn)定地執(zhí)行壓頭接觸樣品S的點(diǎn)(零點(diǎn))的檢測。


通過本發(fā)明的示例性實(shí)施例的非限制性示例參考帶有標(biāo)號的多個(gè)附圖，在如下的詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中在附圖的幾個(gè)視圖中相同的參考標(biāo)號表示相似的部分:圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的硬度測試器的示意性視圖；圖2是圖1的硬度測試器的控制結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3是按壓曲線的示意性視圖；圖4A是示出了在接近樣品的過程中時(shí)間和壓頭的位移之間的關(guān)系的曲線圖；圖4B是示出了在接近樣品的過程中時(shí)間和壓頭的速度之間的關(guān)系的曲線圖；圖5A是示出了在圖4A的曲線圖上顯示預(yù)期范圍的狀態(tài)的曲線圖；圖5B是示出了在圖4B的曲線圖上顯示預(yù)期范圍的狀態(tài)的曲線圖；圖6A和6B是示出了測量值在預(yù)期范圍內(nèi)的狀態(tài)的曲線圖；圖7A和7B是示出了測量值在預(yù)期范圍之外的狀態(tài)的曲線圖；以及圖8A和SB是示出了測量值在預(yù)期范圍之外的狀態(tài)的曲線圖。
具體實(shí)施方式
這里示出的詳細(xì)說明是示例性的，僅為了本發(fā)明的實(shí)施例的示例性討論的目的，并且為了提供被認(rèn)為是對本發(fā)明的原則和概念方面最有用和最容易理解的描述而被呈現(xiàn)?？紤]到這一點(diǎn)，沒有試圖比對本發(fā)明的基本理解所必要的更詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，描述與附圖一起使本發(fā)明的形式在實(shí)踐中如何體現(xiàn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。在下文中，參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的硬度測試器。根據(jù)本實(shí)施例的硬度測試器100是一種能夠連續(xù)監(jiān)測放置在壓頭3上的負(fù)載(測試力)和壓頭3的位移(按壓深度)的儀器化壓痕測試器。如圖1和圖2所示，例如，硬度測試器100包括每個(gè)組件設(shè)置其上的硬度測試器主體I和執(zhí)行硬度測試器主體I的所有(all-1nclusive)的控制的控制器10。作為壓痕形成機(jī)制，該硬度測試器主體I包括在X、Y和Z方向上移動(dòng)樣品S的XYZ載物臺(樣品臺)2 ;在其一端具有在樣品S中形成壓痕的壓頭3的載荷桿4;在載荷桿4上放置預(yù)定的負(fù)載(測試力)的裝載器5;檢測壓頭3的位移量的位移計(jì)6;捕獲在樣品S的表面上形成的壓痕的圖像的圖像捕獲器7 ;顯示器8 ;以及操作器9。XYZ載物臺2被配置為根據(jù)從控制器10輸入的控制信號，在Χ，Υ和Z方向上(SP，在水平方向和垂直方向)移位。樣品S通過XYZ載物臺2向前/向后、向左/向右和向上/向下移位，以便于調(diào)節(jié)樣品S相對于壓頭3的位置。此外，XYZ載物臺2使用樣品保持臺2a保持樣品S，使得位于其上表面上的樣品S在測試測量過程中不移位。此外，XYZ載物臺2的表面和樣品S的測試表面不一定需要平行。樣品S的示例包括DLC、硅橡膠和天然橡膠。具體而言，本實(shí)施例的硬度測試器100能夠測量諸如汽相沉積膜和半導(dǎo)體材料的薄膜；表面處理層；各種塑料；各種橡膠；諸如微絲、玻璃和陶瓷的易碎的材料和微電子產(chǎn)品。提供壓頭3以便于能夠在XYZ載物臺2上方垂直移動(dòng)，在該XYZ載物臺2上放置樣品S。預(yù)定的負(fù)載被放置在壓頭3上，其底端(梢部)31被垂直地壓入樣品S的上表面中(測試表面)，從而在樣品S的上表面上形成壓痕。具體地說，維氏(Vickers)四棱錐(quadrangular pyramid)的壓頭(相對面之間的夾角為136±0.5° ),貝氏(Bercovic)三棱錐壓頭(壓頭軸和表面所形成的角度是65.03°或65.27° )，圓錐形壓頭(頂角是120±0.35°或類似的)，以及努氏(Knoop)菱形(rhomboid)棱錐(相對的菱形的角度為172° 30’和130° )可以用作壓頭3。載荷桿4是，例如，大致形成為柱形。載荷桿4在其大致中央部通過交叉彈簧4a被固定在支架(stand)的頂上。在載荷桿4的第一端部，設(shè)置壓頭3，以便于從上方自由地接觸和離開樣本S，樣品S位于樣品保持臺2a的頂上，以便于按壓樣品S的表面以在其中形成壓痕。在載荷桿4的第二端部，設(shè)置施力線圈5a，以配置裝載器5。裝載器5是,例如,力馬達(dá)(force motor),并包括附接到載荷桿4的施力線圈5a和被固定以與施力線圈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，裝載器5采用驅(qū)動(dòng)力旋轉(zhuǎn)載荷桿4。驅(qū)動(dòng)力是通過固定的磁體5b的間隙中產(chǎn)生的磁場和放置在間隙內(nèi)的施力線圈5a內(nèi)流動(dòng)的電流之間的電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的力。通過旋轉(zhuǎn)載荷桿4,載荷桿4的壓頭3側(cè)的端部向下移動(dòng)并且壓頭3壓入樣品S中。位移計(jì)6是，例如，靜電電容型位移傳感器，并包括設(shè)置在載荷桿4的壓頭3側(cè)的端部的可移動(dòng)極板6a，和固定在適當(dāng)位置上以便與可移動(dòng)極板6a相對的固定極板6b。例如，位移計(jì)6檢測可動(dòng)極性板6a和固定的極性板6b之間的靜電電容的變化，從而當(dāng)壓頭3在樣品S中形成的壓痕(壓頭3壓入樣品S時(shí)的按壓深度)時(shí)，檢測到位移量。然后將基于檢測到的位移量的位移信號輸出到控制器10。此外，提供靜電電容式位移傳感器作為示例性位移計(jì)6 ;然而，位移計(jì)6并不限于此，并可以是例如光學(xué)式位移傳感器和渦流式位移傳感器。圖像捕獲器7包括例如，攝像頭，并且例如，根據(jù)來自控制器10的控制信號，捕獲由樣品保持臺2a頂上的壓頭3在樣品S的表面上形成壓痕的圖像。顯示器8是，例如，液晶顯示面板，并根據(jù)從控制器10輸入的控制信號，對由圖像捕獲器7所捕獲的樣品S的表面的圖像、各種測試結(jié)果等執(zhí)行顯示處理。具體而言，例如，將壓頭3按壓到樣品S中以在樣品S形成壓痕的過程中測量的按壓曲線(參見圖3);示出了在壓頭3接觸樣品S之前在接近樣品S的過程中(以下簡稱為接近過程)壓頭3的測量的時(shí)間和壓頭3的位移或者速度之間的關(guān)系的曲線圖(參見圖4-8)等被顯示在顯示器8上。操作器9是，例如，諸如鍵盤中的操作鍵組，并且當(dāng)由用戶操作時(shí)，將與該操作相關(guān)聯(lián)的操作信號輸出到控制器10。此外，操作器9還可以包括諸如鼠標(biāo)或觸摸屏的定點(diǎn)裝置、遙控器和其他的操作裝置。當(dāng)用戶執(zhí)行指令輸入來執(zhí)行對樣品S的硬度測試(測量開始指令)時(shí)，當(dāng)用戶執(zhí)行指令輸入來限定壓頭3向樣品S接近的期間壓頭3的位移或速度的預(yù)期范圍(預(yù)期范圍限定指令)時(shí)，以及在用戶限定置于壓頭3上的測試力(S卩，負(fù)載)情況下，可以操作操作器9。控制器10 包括 CPU (Central Processing Unit,中央處理單兀)11, RAM (RandomAccess Memory,隨機(jī)存取存儲器)12和存儲器13。通過系統(tǒng)總線等，控制器10被連接到XYZ載物臺2、裝載器5、位移計(jì)6、圖像捕獲器7、顯示器8和操作器9。CPU 11根據(jù)(例如)被存儲在存儲器13中的用于硬度測試器的各種處理程序執(zhí)行各種控制處理。RAM 12，例如，包括用于提取由CPU 11執(zhí)行的處理程序的程序存儲區(qū)域和存儲通過輸入數(shù)據(jù)或處理程序被執(zhí)行時(shí)所產(chǎn)生的處理結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。存儲器13，例如，存儲可以由硬度測試器100執(zhí)行的系統(tǒng)程序；可以由執(zhí)行系統(tǒng)程序的各種處理程序；當(dāng)各種處理程序被執(zhí)行時(shí)要使用的數(shù)據(jù)；以及CPU 11計(jì)算出的各種處理的結(jié)果數(shù)據(jù)。此外，程序以計(jì)算機(jī)可讀的程序編碼形式被存儲在存儲器13中。具體而言，例如，測量程序131、限定程序132、確定程序133、顯示控制程序134、通知程序135、停止程序136和模式數(shù)據(jù)存儲器137被存儲在存儲器13。測量程序131，例如，是使CPU 11測量按壓曲線的程序，其中，在壓頭3接收到預(yù)定的負(fù)載并壓入樣品S的表面的壓痕形成的過程中，檢測壓頭3的位移(按壓深度(h))和加載于壓頭3的測試力(F)。當(dāng)用戶使用操作器9執(zhí)行測量開始指令時(shí)，CPUll通過執(zhí)行測量程序131響應(yīng)，然后通過在樣品S上執(zhí)行儀器化壓痕測試(硬度測試)執(zhí)行圖3所示的按壓曲線的測量.
以下描述測量按壓曲線時(shí)執(zhí)行的CPUll的特定處理。首先，在將樣品S放置在樣品保持臺2a頂上后，從操作器9輸入指示執(zhí)行測量的操作信號。然后，CPU 11通過施加恒定的、預(yù)限定的測試力到壓頭3使得壓頭3以恒定的速度接近樣品S，然后當(dāng)壓頭3接觸樣本S時(shí)檢測在壓頭3的向下位移量的變化或下降速度，來執(zhí)行樣品表面(零點(diǎn))的檢測。具體而言，檢測通過接觸樣品S，壓頭3的向下位移或下降速度在其處變化(變小)的點(diǎn)并并將其作為零點(diǎn)。當(dāng)檢測到零點(diǎn)時(shí)，CPU 11將施加到壓頭3的測試力切換到預(yù)定的測試力，從而在預(yù)定的測試力被施加到樣品S的同時(shí)開始測試。接著，CPUll連續(xù)地測量在壓痕形成過程中壓頭3在樣品S中的按壓深度(h)[nm]和壓痕形成的過程中的測試力(F) [mN]以獲得圖3所示的按壓曲線。更具體地，當(dāng)樣品S被放置在樣品保持臺2a上時(shí)，在輸入操作信號以后，CPU 11輸出控制信號到裝載器5。使用通過裝載器5的固定磁體5b的間隙中產(chǎn)生的磁場和流經(jīng)位于間隙內(nèi)的作用力線圈5a的電流的電磁感應(yīng)產(chǎn)生的力作為驅(qū)動(dòng)力來旋轉(zhuǎn)載荷桿4，CPU 11以恒定的速度向下移動(dòng)載荷桿4的壓頭3側(cè)的端部，從而壓頭3接近樣品S。由此，CPU 11檢測到樣品的表面(零點(diǎn))。然后，CPU 11輸出控制信號到裝載器5并切換到較大的驅(qū)動(dòng)力，以便按壓壓頭3到樣品S的表面中，并開始形成壓痕。在壓痕的形成過程中，CPU 11逐漸增加壓頭3上放置的負(fù)載，直到達(dá)到最大的限定測試力。在這個(gè)過程中獲得負(fù)載曲線。此夕卜，當(dāng)CPU 11確定放置于壓頭3上的負(fù)載已達(dá)最大測試力時(shí)，CPU 11控制供給到驅(qū)動(dòng)線圈以激活裝載器5的電流量，然后逐漸降低壓頭3上的負(fù)載。在此過程中獲得的卸載曲線。CPU 11通過執(zhí)行這種測量程序131用作測量器。在按壓曲線的測量過程中，如上所述，零點(diǎn)(樣品表面；壓頭3接觸樣品S的點(diǎn))的檢測的準(zhǔn)確度影響測試結(jié)果的精確度。因此，為了以高準(zhǔn)確度地檢測到零點(diǎn)，本實(shí)施例的硬度測試器100包括限定程序132、確定程序133、顯示控制程序134、通知程序135、停止程序136以及模式數(shù)據(jù)存儲器137。限定程序132是，例如，在開始測量之前使CPU 11限定在向樣品S接近過程中壓頭3的位移(壓頭下降位移(h))或速度(壓頭下降速度(V))的值的預(yù)期范圍的程序。具體而言，在樣品S的硬度測試中測量開始前，當(dāng)用戶使用操作器9執(zhí)行預(yù)期范圍限定指令時(shí)，CPU 11通過執(zhí)行限定程序132響應(yīng)，并限定在朝向樣品S接近的過程中壓頭3的位移或速度的值的預(yù)期范圍。這里，在限定預(yù)期范圍期間，相應(yīng)于樣品S和壓頭3的類型和測量條件，樣品的表面的位置被提前限定為設(shè)計(jì)值。另外，在向樣品S接近的過程中，壓頭3的相對于時(shí)間(t)的向下位移(h)和下降速度(V)，也被預(yù)先限定為設(shè)計(jì)值。而且，圖4A是示出了壓頭3的向下位移(h)的設(shè)計(jì)值相對于時(shí)間(t)的曲線圖。圖4B是示出壓頭3的下降速度(V)的設(shè)計(jì)值的相對于時(shí)間(t)曲線圖。在對于壓頭3的位移的值限定了預(yù)期的范圍的情況下，如圖5A所示，在接近的過程中CPU 11對于給定時(shí)間(t=tl)時(shí)的壓頭3的位移的設(shè)計(jì)值(h=hl)執(zhí)行預(yù)定的計(jì)算處理，然后將在若干個(gè)百分比內(nèi)包括設(shè)計(jì)值的范圍限定作為預(yù)期的范圍H。預(yù)期范圍H的范圍也可以如用戶所希望的被修改。類似地，當(dāng)預(yù)期的范圍被限定為壓頭3的速度的值時(shí)，如圖5B所示，在接近的過程中CPU 11對于在給定時(shí)間(t=tl)時(shí)的壓頭3的速度的設(shè)計(jì)值(V=Vl)執(zhí)行預(yù)定的計(jì)算處理，然后將在若干個(gè)百分比內(nèi)包括該值的范圍限定為預(yù)期范圍H。CPU 11通過執(zhí)行這種限定程序132來用作限定器。確定程序133是，例如，測量開始后，使CPUll測量在向樣品S接近的過程中壓頭3的位移或速度的值，并且當(dāng)測量值超出預(yù)期的范圍時(shí)，確定零點(diǎn)檢測已失敗的程序。具體地，CPU 11測量在向樣品S接近的過程中壓頭3的位移或速度的值，并且如圖6A和6B所示，當(dāng)測量值(圖6A和圖6B的實(shí)線)在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定為零點(diǎn)已適當(dāng)?shù)乇粰z測到。同時(shí)，如圖7A-圖SB所示，當(dāng)測量值是在期望的范圍之外時(shí)，CPU 11確定零點(diǎn)沒有被適當(dāng)?shù)貦z測到。此外，圖7A和圖7B是示出了壓頭在接近的同時(shí)由于(如振動(dòng)或風(fēng)力的)外界的影響而搖動(dòng)的情況下的示例。圖8A和SB是示出了即使在由于樣品極端柔軟而使壓頭深深進(jìn)入樣品的狀態(tài)下，不能檢測到零點(diǎn)的示例。CPU 11通過執(zhí)行這種確定程序用作確定器。顯示控制程序134是使CPU 11與在向樣品S接近的過程中壓頭3的位移或速度一起顯示測量值的預(yù)期的范圍的程序。具體地，通過執(zhí)行顯示控制程序134，在測量過程中CPU 11在顯示器8上顯示如上所述的圖4-圖8的曲線圖。通過在顯示器8上顯示圖4-圖8示例的曲線圖，用戶能夠可視地判斷壓頭3是否已適當(dāng)?shù)亟咏鼧悠稴以及是否已沒有問題地執(zhí)行了零點(diǎn)的檢測。CPU 11通過執(zhí)行這種顯示控制程序134，與顯示器8—起用作顯示器。通知程序135是，例如，在通過執(zhí)行確定程序133確定了零點(diǎn)的檢測失敗時(shí)，使CPU11通過將測量值與存儲在模式數(shù)據(jù)存儲器137中的模式數(shù)據(jù)相比較來推斷測試環(huán)境的程序。然后，通知程序135使CPU 11通知用戶有關(guān)對測試環(huán)境的改進(jìn)方法的改進(jìn)信息。具體地，當(dāng)通過執(zhí)行確定程序133確定零點(diǎn)的檢測已經(jīng)失敗時(shí)，通過執(zhí)行通知程序135，CPU 11比較測量值與存儲在模式數(shù)據(jù)存儲器137中的模式數(shù)據(jù)，然后選擇值的變化也有類似趨勢的(類似的波形)模式數(shù)據(jù)，從而推斷出執(zhí)行測量的測試環(huán)境。接著，CPU 11通過在顯示器8上顯示與所選擇的模式數(shù)據(jù)綁定的并存儲在模式數(shù)據(jù)存儲器137中的消息，通知用戶作為測試環(huán)境的改進(jìn)方法有關(guān)的改進(jìn)信息。例如，可以推斷出圖7A和圖7B的示例是在由于(諸如振動(dòng)或風(fēng)的)擾動(dòng)而搖動(dòng)的同時(shí)壓頭接近的狀態(tài)。因此，在CPU 11在顯示器8上的顯示消息讀作，例如，“請改進(jìn)測量環(huán)境。”可以推斷圖8A和SB的示例是在樣品極其柔軟的狀態(tài)，因此，CPU 11顯示在顯示器8的消息讀作，例如，“請改變測量級別?！?CPU 11通過執(zhí)行這種的通知程序135與顯示器8 一起用作通知器。停止程序136是，例如，當(dāng)通過執(zhí)行確定程序133確定零點(diǎn)的檢測已經(jīng)失敗時(shí)使CPU 11停止測量的程序。具體而言，當(dāng)通過執(zhí)行確定程序133零點(diǎn)的檢測被確定已經(jīng)失敗時(shí)，CPU 11通過逐漸減小施加到壓頭3的負(fù)載停止測量。CPU 11通過執(zhí)行這種停止程序136用作停止器。模式數(shù)據(jù)用作在執(zhí)行通知程序135期間的參考，并且與顯示在顯示器8上的消息(改進(jìn)信息)被連接在一起，并存儲在模式數(shù)據(jù)存儲器(存儲器)137。模式數(shù)據(jù)是當(dāng)在預(yù)限定的標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境以外的多個(gè)不同的測試環(huán)境執(zhí)行測量時(shí)，在多個(gè)不同的測試環(huán)境中的每一個(gè)中，在朝向樣品S接近過程中獲得的壓頭3的位移、速度或加速度的值。此外，“標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境”是理想的測試環(huán)境，在該環(huán)境中，可以沒有來自外部擾動(dòng)的影響而執(zhí)行測試。此外，“在標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境之外的測試環(huán)境”可以是，例如，其中外部干擾的影響很大的并且無法執(zhí)行準(zhǔn)確的測試的測試環(huán)境，或由于測量級別不匹配樣本S的硬度而在其中無法執(zhí)行準(zhǔn)確的測試。這種模式數(shù)據(jù)可以是用戶通過提前在標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境以外的測試環(huán)境中執(zhí)行測量獲得的實(shí)際測得的數(shù)據(jù)，或者可以是通過在CPU 11中的模擬獲得的值。消息是與用于改進(jìn)在其中獲得模式數(shù)據(jù)的測試環(huán)境的改進(jìn)方法有關(guān)的改進(jìn)信息。這些消息與每個(gè)模式數(shù)據(jù)集綁定，并存儲在存儲器中，用于向用戶建議改進(jìn)測試環(huán)境的方法。在開始測量之前在向樣品S接近期間壓頭3的相對于時(shí)間的位移或速度被限定為預(yù)期的范圍，并且實(shí)際測量期間壓頭3的運(yùn)動(dòng)由于不可預(yù)料的振動(dòng)等在預(yù)期范圍以外的情況下，配備有上述配置的硬度測試器100自動(dòng)確定該零點(diǎn)的檢測失敗。此外，在測量過程中，通過在顯示器8上顯示示出了在接近過程中相對于時(shí)間的壓頭3的位移或速度的曲線圖，用戶能夠可視地識別零點(diǎn)的檢測是否已被適當(dāng)?shù)貓?zhí)行。此外，當(dāng)零點(diǎn)的檢測被確定為已經(jīng)失敗時(shí)，建議測試環(huán)境的改進(jìn)方法，并且停止測量。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，硬度測試器100包括限定器(CPU11和限定程序132)和確定器(CPU11和確定程序133)。限定器限定在開始測量之前向樣品S接近過程中壓頭3的位移或速度的值的預(yù)期范圍。測量開始后，確定器測量在朝向樣品S接近的過程中壓頭3的位移或速度值，當(dāng)測量值是在預(yù)期范圍之外時(shí)，確定為零點(diǎn)檢測已失敗。因此，通過提前限定預(yù)期范圍，即使當(dāng)壓頭3由于外界干擾的影響而在預(yù)期范圍以外，可自動(dòng)地確定零點(diǎn)的檢測已失敗。因此，可以定量地排除零點(diǎn)檢測失敗的故障數(shù)據(jù)。因此，即使當(dāng)用戶的經(jīng)驗(yàn)不足，用戶也將不會(huì)搞錯(cuò)零點(diǎn)是否已被適當(dāng)?shù)貦z測到。因此，可以準(zhǔn)確地和穩(wěn)定地執(zhí)行壓頭3接觸樣品S的點(diǎn)(零點(diǎn))的檢測。根據(jù)本實(shí)施例，硬度測試器100包括用于在向樣本S接近的過程中與壓頭3的高度一起顯示測量值的預(yù)期范圍的顯示器(CPU 11、顯示控制程序134以及顯示器8)。因此，在該接近過程中壓頭3的位移或速度與預(yù)期的范圍一起被顯示在顯示器8上。因此，用戶可以視覺上識別壓頭3是否已適當(dāng)?shù)亟咏?接觸樣品S的表面。根據(jù)本實(shí)施例，硬度測試器100包括存儲器(模式數(shù)據(jù)存儲器137)和通知器(CPU11和通知程序135)。存儲器存儲在向樣本S接近的過程中壓頭3的位移、速度或加速度的值的模式數(shù)據(jù)并且還存儲改進(jìn)信息。對于預(yù)限定的標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境以外的多個(gè)不同的測試環(huán)境中執(zhí)行測量的每種情況獲得模式數(shù)據(jù)。改進(jìn)信息涉及用于改進(jìn)獲得模式數(shù)據(jù)的測試環(huán)境的改進(jìn)方法。當(dāng)確定器確定零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)，通知器通過比較測得的值與存儲在模式數(shù)據(jù)存儲器137中的模式數(shù)據(jù)推斷測試環(huán)境，然后通知用戶有關(guān)測試環(huán)境的改進(jìn)方法的改進(jìn)信息(消息)。因此，當(dāng)零點(diǎn)的檢測被確定為已經(jīng)失敗時(shí)，硬度測試器100可以向用戶建議適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)策略。根據(jù)本實(shí)施例，硬度測試器100包括當(dāng)確定器確定零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)停止測量的停止器(在CPU 11和停止程序136)。因此，當(dāng)零點(diǎn)的檢測被確定為已經(jīng)失敗時(shí)，可以迅速停止壓痕形成，并且工作可以更有效率地進(jìn)行。在上述實(shí)施例中，描述限定器以舉例說明限定壓頭3的位移或速度的值的預(yù)期范圍的配置。然而，限定器也可以被配置為限定壓頭3的加速度的值的預(yù)期范圍，而非其位移和速度。描述上述的實(shí)施例以舉例說明除了測量器、限定器和確定器外還包括顯示器、通知器和停止器的配置。然而，這些中的顯示器可以從配置中省略。在這種情況下，該配置包括通知器和停止器中的至少一個(gè)。具體而言，當(dāng)顯示器被省略，在接近的過程中，用戶通過通知器和停止器中的至少一個(gè)能夠認(rèn)識到壓頭3是在預(yù)期范圍之外。在包括顯示器的情況下，除了測量器、限定器和確定器，通知器和停止器都可以從配置中省略，可以包括或者兩個(gè)中的一個(gè)。具體而言，當(dāng)包括顯示器并且省略通知器和停止器時(shí)，用戶可視地監(jiān)測在顯示器8上顯示的曲線圖，并在必要時(shí)，如所希望的停止壓痕形成，并如所希望的改變測量環(huán)境和測量級別。當(dāng)包括顯示器和通知器并且省略停止器，用戶可視地監(jiān)測顯示在顯示器8上的曲線圖，必要時(shí)如所希望的停止壓痕形成，并參照從通知器發(fā)出的消息改變測量環(huán)境和測量地等級。當(dāng)包括顯示器和停止器，并且省略通知器時(shí)，用戶可視地監(jiān)測顯示在顯示器8上的曲線圖，根據(jù)需要改變測量環(huán)境和測量級別。應(yīng)當(dāng)指出，提供上述實(shí)施例僅僅是為了解釋的目的，并不以任何方式被解釋為限制本發(fā)明。雖然參照示例性實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，這里所使用的詞語是描述性和說明性的詞語，而不是限制性的詞語。在所附的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，可以按目前的說明和修改做出改變，而不脫離本發(fā)明各方面的范圍和精神。雖然這里已經(jīng)參考特定結(jié)構(gòu)、材料和實(shí)施例描述了本發(fā)明，并非意圖將本發(fā)明限制于本文所公開的細(xì)節(jié)；而是，本發(fā)明擴(kuò)展到所有功能上等同的結(jié)構(gòu)、方法和用途，這都在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以有各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種硬度測試器，包括: 壓痕形成器，配置來為壓頭提供預(yù)定的負(fù)載并且進(jìn)一步配置來將壓頭按壓到樣品表面中以形成壓痕； 測量器，配置來檢測所述壓頭的按壓深度以及壓痕形成時(shí)加載于所述壓頭的測試力來測量按壓曲線； 限定器，配置來在開始測量之前限定在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值的預(yù)期范圍；以及 確定器，配置來在測量開始之后測量在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值，當(dāng)測量值不在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定零點(diǎn)的檢測已失敗。
2.如權(quán)利要求1所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括:顯示器，配置來在接近所述樣品過程中與所述壓頭的位移、速度和加速度一起顯示所述測量值的預(yù)期范圍。
3.如權(quán)利要求2所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括: 存儲器，配置來存儲模式數(shù)據(jù)和改進(jìn)信息，其中: 在預(yù)限定的標(biāo)準(zhǔn)的測試環(huán)境以外的多個(gè)不同的測試環(huán)境中執(zhí)行所述測量時(shí)，對于所述測試環(huán)境中的每一個(gè)測試環(huán)境獲得在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值的模式數(shù)據(jù)，以及 所述改進(jìn)信息涉及用于改進(jìn)獲得所述模式數(shù)據(jù)的測試環(huán)境的改進(jìn)方法；以及通知器，配置來在所述確定器確定所述零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)，比較所述測量值和存儲在存儲器中的模式數(shù)據(jù)，以便推斷出測試環(huán)境，并進(jìn)一步配置來通知用戶有關(guān)所述測試環(huán)境的改進(jìn)方法的改進(jìn)信息 。
4.如權(quán)利要求3所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括:停止器，配置來在所述確定器確定所述零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)停止所述測量。
5.如權(quán)利要求1所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括: 存儲器，配置來存儲模式數(shù)據(jù)和改進(jìn)信息，其特征在于: 在預(yù)限定的標(biāo)準(zhǔn)的測試環(huán)境以外的多個(gè)不同的測試環(huán)境中執(zhí)行所述測量時(shí)，對于所述測試環(huán)境中的每一個(gè)測試環(huán)境獲得在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值的模式數(shù)據(jù)，以及 所述改進(jìn)信息涉及用于改進(jìn)獲得所述模式數(shù)據(jù)的測試環(huán)境的改進(jìn)方法；以及通知器，配置來在所述確定器確定所述零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)，比較所述測量值和存儲在存儲器中的模式數(shù)據(jù)，以便推斷出測試環(huán)境，并進(jìn)一步配置來通知用戶有關(guān)所述測試環(huán)境的改進(jìn)方法的改進(jìn)信息。
6.如權(quán)利要求5所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括:停止器，配置來在所述確定器確定所述零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)停止所述測量。
7.如權(quán)利要求2所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括:停止器，配置來在所述確定器確定所述零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)停止所述測量。
8.如權(quán)利要求1所述的硬度測試器，進(jìn)一步包括:停止器，配置來在所述確定器確定所述零點(diǎn)的檢測已失敗時(shí)停止所述測量。
9.至少一種非臨時(shí)性的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于使計(jì)算機(jī)能夠作為測量器、限定器和確定器，所述至少一種非臨時(shí)性的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括:提供代碼段，當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，導(dǎo)致測量器為壓頭提供預(yù)定的負(fù)載，并且將壓頭按壓到樣品的表面中形成壓痕，然后檢測所述壓頭的按壓深度以及壓痕形成時(shí)加載于所述壓頭的測試力來測量按壓曲線， 限定代碼段，當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使限定器在開始測量之前限定在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值的預(yù)期范圍，以及 測量代碼段，當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使確定器在測量開始之后測量在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值，當(dāng)測量值不在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定零點(diǎn)的檢測已失 敗。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種硬度測試器和程序，能夠精確地檢測在壓痕測試期間壓頭與樣品接觸的點(diǎn)。在開始測量之前，所述硬度測試器限定在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值的預(yù)期范圍。在測量開始之后，所述硬度測試器測量在接近所述樣品的過程中所述壓頭的位移、速度和加速度之一的值，當(dāng)測量值不在預(yù)期的范圍內(nèi)時(shí)，確定零點(diǎn)的檢測已失敗。
文檔編號G01N3/40GK103196763SQ20131000275
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者澤健司 申請人:株式會(huì)社三豐