CN110082199A - 打击装置及固有频率测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可简便且准确地测定包含力检测器的系统的固有频率的打击装置及固有频率测定装置。打击装置具备：能够以支轴(63)为中心进行摆动的臂(62)、及配设在臂(62)的与支轴(63)相反侧的端部的钢球(61)。支轴(63)由相对于立设在磁性支架(70)上的支柱(71)可升降的支撑部(64)支撑。在支柱(71)中的支撑部(64)的上方的位置上配设有对支撑板(67)进行支撑的支撑部(68)。在支撑板(67)的上部载置有永久磁铁(66)。当去除了永久磁铁(66)时，钢球(61)从待机高度位置呈弧状地落下。

Description

打击装置及固有频率测定装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量高速拉伸试验机等材料试验机中所使用的包含力检测器的系统的固有频率的打击装置、以及使用此打击装置的固有频率测定装置。
背景技术
在高速拉伸试验机中具有如下的结构：在利用移动侧夹具与固定侧夹具抓持试验片的两端的状态下，使移动侧夹具高速地移动，由此赋予拉伸试验力(参照专利文献1)。
在此种高速拉伸试验、或执行夏比冲击试验(charpy impact test)等在短时间内对试验片赋予试验力的材料试验时，负荷单元(load cell)等力检测器的固有频率(固有振动频率)会对试验结果造成影响。即，当与材料试验时在试验片中产生的频率相比，力检测器的固有频率低时，在试验时容易产生共振或振动，其惯性力与由力检测器所得的力的测量值重叠而变成大的误差。因此，在进行此种材料试验之前，例如存在事先测定力检测器与夹具等包含力检测器的系统的固有频率的情况。
当测定此固有频率时采用如下的方法：利用榔头打击包含力检测器的系统、或通过将钢球落在包含力检测器的系统上(落球法)来对包含力检测器的系统施加冲击，记录此时的力检测器的输出，并且对其输出值进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)分析等，由此求出固有频率。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2006-10409号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
当测定固有频率时，在利用榔头进行了打击的情况下，因打击力的强弱或打击点的偏移等而产生测定数据变得不固定的问题。另外，在采用落球法的情况下也存在如下的问题：不仅碰撞点的偏移成为误差因素，而且钢球在与包含力检测器的系统碰撞后滚动，因此测定作业变得繁杂。
本发明是为了解决所述课题而成者，其目的在于提供一种可简便且准确地测定包含力检测器的系统的固有频率的打击装置及固有频率测定装置。
[解决问题的技术手段]
技术方案1中记载的发明是用于测量材料试验机中所使用的包含力检测器的系统的固有频率的打击装置，其特征在于具备：臂，能够以支轴为中心进行摆动；重物，配设在所述臂的与支轴相反侧的端部；以及重物固定机构，将所述重物固定在待机高度位置上，并且通过解除在所述待机高度位置上的固定来使所述重物伴随所述臂的摆动而从所述待机高度位置呈弧状地落下；且通过所述重物，朝与利用所述材料试验机的材料试验时的试验力的负荷方向平行的方向打击所述包含力检测器的系统。
技术方案2中记载的发明是在技术方案1中记载的打击装置中，所述包含力检测器的系统包括所述力检测器、及与所述力检测器连接的夹具，且所述重物打击所述夹具。
技术方案3中记载的发明是在技术方案2中记载的打击装置中，所述支轴与所述重物固定机构以相对于立设在垂直方向上的支柱可升降的方式配设。
技术方案4中记载的发明是在技术方案1至技术方案3的任一项中记载的打击装置中，所述重物包含磁性体，所述重物固定机构具备通过磁力来将所述重物固定在所述待机高度位置上的磁铁。
技术方案5中记载的发明是一种固有频率测定装置，其特征在于具备：技术方案1至技术方案4的任一项中记载的打击装置；以及运算部，根据通过所述重物来打击所述包含力检测器的系统时的所述力检测器的输出信号，对所述包含力检测器的系统的固有频率进行运算。
[发明的效果]
根据技术方案1至技术方案5中记载的发明，使重物伴随臂的摆动而呈弧状地落下，朝与材料试验时的试验力的负荷方向平行的方向打击包含力检测器的系统，因此不仅结构简单，而且可简便且准确地测定包含力检测器的系统的固有频率。
根据技术方案3中记载的发明，可对应于力检测器及夹具的大小，变更利用重物的打击位置。
根据技术方案4中记载的发明，可容易地执行对于重物的固定及所述固定的解除。
附图说明
图1是表示应用本发明的打击装置的高速拉伸试验机的主要部分的概要图。
图2是本发明的打击装置的概要图。
图3是表示通过钢球61来打击固定侧夹具12的状态的放大剖面图。
图4是表示与本发明的打击装置一同使用的包含运算部90的控制测定系统的方块图。
[符号的说明]
11：移动侧夹具
12：固定侧夹具
13：负荷单元
14：平台
51：移动构件
52：锥部
53：活塞
54：锥部
61：钢球
62：臂
63：支轴
64：支撑部
66：永久磁铁
67：支撑板
68：支撑部
70：磁性支架
71：支柱
90：运算部
91：FFT变换部
92：显示部
100：试验片
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示应用本发明的打击装置的高速拉伸试验机的主要部分的概要图。
在此高速拉伸试验机中，试验片100在通过移动侧夹具11与固定侧夹具12来抓持其上下两端部的状态下被供于高速拉伸试验。移动侧夹具11经由连结构件45而被移动构件51的下端部支撑。另一方面，固定侧夹具12经由作为本发明的力检测器的负荷单元13而固定在平台14上。
经由连结构件45而与移动侧夹具11连接的移动构件51配置在活塞53的内部所形成的空洞内，所述活塞53配置在上方。在此移动构件51的上端部分形成有向上扩大的锥部52。另一方面，在活塞53中的空洞的下端部，形成有以与锥部52大致相同的角度向上扩大的锥部54。另外，活塞53通过省略图示的油压缸的驱动而在上下方向上升降。因此，当使活塞53高速地上升时，在至移动构件51中的锥部52与活塞53中的锥部54抵接为止的助跑区间后，移动构件51与活塞53一同以高速的初始速度朝上方移动。由此，对试验片100施加高速拉伸负荷。
在高速拉伸试验时，用于测定试验片100的伸长率的位移计具备移动体23与固定体21。移动体23包含含有导电体的管，固定体21包含线圈。而且，所述位移计具有检测由移动体23进行移动所引起的作为线圈的固定体21的电感的变化，并算出试验片100的伸长率的结构。作为位移计，也可以使用一般的应变仪式的位移计。
此处，位移计中的移动体23在由支撑构件41支撑的状态下与移动侧夹具11连结。另外，位移计中的固定体21由支撑臂16支撑。此支撑臂16呈如下的结构：相对于立设在平台14上的支柱15可升降，通过定位环17及固定纽18的作用来调整其高度位置后得到固定。
在具有如以上那样的结构的高速拉伸试验时，若使活塞53高速地上升，则在经过活塞53的助跑区间后移动构件51高速地上升，由此经由移动侧夹具11而对试验片100施加高速拉伸负荷。而且，通过试验片100伸长，移动侧夹具11朝上方移动。通过此移动侧夹具11的移动，作为固定体21的线圈朝构成位移计中的移动体23的管内的插入量减少，其电感发生变化。而且，检测此电感，并根据其变化来算出位移计的位移量即试验片100的伸长率。
继而，对本发明的打击装置的结构进行说明。图2是本发明的打击装置的概要图。另外，图3是表示通过钢球61来打击固定侧夹具12的状态的放大剖面图。
本发明的打击装置具备：能够以支轴63为中心进行摆动的臂62、及配设在臂62的与支轴63相反侧的端部的作为重物的钢球61。支轴63由相对于立设在磁性支架(magnetstand)70上的支柱71可升降的支撑部64支撑。支撑支轴63的支撑部64可通过操作螺钉65而固定在支柱71中的任意的高度位置上。另外，在此图中，将磁性支架70载置在基座72上，但也可以将磁性支架70载置在平台14上。
在支柱71中的支撑部64的上方的位置上配设有对支撑板67进行支撑的支撑部68。对支撑板67进行支撑的支撑部68可通过操作螺钉69而固定在支柱71中的任意的高度位置上。而且，在支撑板67的上部载置有永久磁铁66。当如图2中由实线所示那样，将钢球61配置在与支撑板67的下表面抵接的高度位置上时，此永久磁铁66通过磁力来将钢球61固定在与支撑板67的下表面抵接的待机高度位置上。而且，当从图2中所示的状态去除了永久磁铁66时，钢球61从图2中由实线所示的待机高度位置呈弧状地落下，变成图2中由虚线所示的状态。另外，支撑板67由铝或不锈钢、塑料等非磁性体的材料制成。
图4是表示与本发明的打击装置一同使用的包含运算部90的控制测定系统的方块图。此控制测定系统可作为图1中所示的高速拉伸试验机的一部分来构成，也可以为了测定固有频率而另行准备。
此运算部90与负荷单元13、及包含液晶显示面板等的显示部92连接。此运算部90具备对从负荷单元13所发送的信号执行快速傅里叶变换的FFT变换部91。在FFT变换部91中对来自负荷单元13的信号进行快速傅里叶变换，在运算部90中对包含负荷单元13及固定侧夹具12的系统的固有频率进行运算。经运算的固定频率显示在显示部92中。
当通过具有此种结构的打击装置来测量包含作为力检测器的负荷单元13及固定侧夹具12的系统的固有频率时，如图3所示，先在支撑板83上配置虚拟的试验片82，并通过固定侧夹具12中的一对夹齿81来抓持虚拟的试验片82。这是为了包含夹齿81或试验片82在内使夹具12成为一体来进行振动，也为了在后述的固定侧夹具12中的一对夹齿81与钢球61的碰撞时，防止在一对夹齿81中产生位置偏移。另外，在图3中以钢球61与两个夹齿81同时碰撞的方式进行描绘，但这是理想形态，可认为实际上大多与一侧的夹齿81碰撞。在此情况下，作为施加打击的功能，也并不特别存在问题。另外，根据试验片82的材质，也可以使其前端略微突出至比夹齿81更上方来使钢球61与试验片82的前端碰撞。
在此状态下，如图2中由虚线所示那样，以在臂62朝向水平方向的状态下钢球61的下表面与固定侧夹具12的上端抵接的方式，调整磁性支架70的位置，并且调整支撑支轴63的支撑部64的高度位置。另外，将对支撑板67进行支撑的支撑部68配置在可将钢球61配置在适合于打击的位置上的高度位置上。而且，如图2中由实线所示那样，通过永久磁铁66的作用来将钢球61固定在与支撑板67的下表面抵接的待机高度位置上。
在此状态下，从支撑板67的上表面去除永久磁铁66。由此，固定在待机高度位置上的钢球61被解除在此待机高度位置上的固定，并伴随臂62的以支轴63为中心的摆动而呈弧状地落下。而且，此钢球61朝与利用图1中所示的材料试验机的材料试验时的试验力的负荷方向平行的方向(图2中为垂直方向)打击固定侧夹具12中的一对夹齿81。另外，其也变成在与负荷轴相同的轴上进行打击。
通过此打击而在包含负荷单元13及固定侧夹具12的系统中产生的振动通过负荷单元13的力检测功能来测定。而且，由负荷单元13所产生的振动的力的检测信号通过运算部90中的FFT变换部91来进行快速傅里叶变换，由此对包含负荷单元13及固定侧夹具12的系统的固有频率进行运算，且经运算的固定频率显示在显示部92中。
另外，负荷单元13不仅与固定侧夹具12连接，也与平台14抵接。但是，检测负荷单元13中的力的应变仪等检测部被收纳在图2中所示的区域19内所存在的挠曲部中。负荷单元13通过设置在内部的挠曲部而分成上下部，挠曲部具有弹簧的性质，因此包含固定侧夹具12的系统的振动主要在比此挠曲部更上方产生。因此，与负荷单元13抵接的平台14不会对包含负荷单元13及固定侧夹具12的系统的固有频率造成影响。
如以上那样，根据本发明的打击装置，通过调整支撑支柱71的磁性支架70的配置及支撑支轴63的支撑部64的高度位置，可利用钢球61始终打击固定侧夹具12的同一位置。另外，通过调整对支撑板67进行支撑的支撑部68的高度位置，可利用钢球61始终以固定的力打击固定侧夹具12。因此，不仅结构简单，而且可简便且准确地测定包含负荷单元13的系统的固有频率。
另外，在所述实施方式中，通过从支撑板67的上表面去除永久磁铁66，而消除磁力对于钢球61的影响来使钢球61呈弧状地落下，但也可以采用使用电磁铁来代替永久磁铁66，并将此电磁铁的电磁力接通/断开的结构。另外，也可以采用通过机械式的保持机构来支撑钢球61的结构。
另外，在所述实施方式中，将本发明应用于包含助跑机构的高速拉伸试验机，但根据试验速度，未必需要助跑机构。例如当在静态拉伸试验机中以最大速度进行试验时，也可能存在振动成为问题的情况，因此在此情况下也可以应用本发明。

Claims (5)

1.一种打击装置，用于测量材料试验机中所使用的包含力检测器的系统的固有频率，其特征在于，包括：
臂，能够以支轴为中心进行摆动；
重物，配设在所述臂的与支轴相反侧的端部；以及
重物固定机构，将所述重物固定在待机高度位置上，并且通过解除在所述待机高度位置上的固定来使所述重物伴随所述臂的摆动而从所述待机高度位置呈弧状地落下；且
其中通过所述重物，朝与利用所述材料试验机的材料试验时的试验力的负荷方向平行的方向打击所述包含力检测器的系统。
2.根据权利要求1所述的打击装置，其特征在于，
所述包含力检测器的系统包括所述力检测器、及与所述力检测器连接的夹具，且
所述重物打击所述夹具。
3.根据权利要求2所述的打击装置，其特征在于，
所述支轴与所述重物固定机构以相对于立设在垂直方向上的支柱能够升降的方式配设。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的打击装置，其特征在于，
所述重物包含磁性体，且
所述重物固定机构包括通过磁力来将所述重物固定在所述待机高度位置上的磁铁。
5.一种固有频率测定装置，其特征在于包括：
根据权利要求1至4中任一项所述的打击装置；以及
运算部，根据通过所述重物来打击所述包含力检测器的系统时的所述力检测器的输出信号，对所述包含力检测器的系统的固有频率进行运算。
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