CN110108550A - 材料试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可提示用户能够容易地判断滤波条件是否合适的信息的材料试验机。个人计算机包括以下各部作为安装在存储器中的程序的功能块：滤波处理部，从使来自荷重元或伸长率计的输入信号数字化而得的原始数据中除去噪声；滤波设定部，设定滤波处理部中应用于原始数据的滤波条件；以及显示控制部，将原始数据与在滤波处理部中经滤波处理的处理数据以同一标度且不同形态叠加显示在显示装置中。

Description

材料试验机
技术领域
本发明涉及一种对试验对象负载试验力而实行材料试验的材料试验机。
背景技术
为了评价材料的特性，进行与材料的种类或性质相应的各种材料试验。实行材料试验的材料试验机包括对作为试验对象的试片赋予试验力的负载机构、和用于检测实际施加于试片的力的力检测器(参照专利文献1)。另外，在对试片施加高速度的拉伸荷重的材料试验机中，试片的位移(伸长率)是利用装设在试片上的接触式的伸长率计等来测量。另外，力检测器或伸长率计的信号被输入至控制装置，通过控制装置中的基于信号的计算而以试验力、位移的形式显示在显示装置中(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-333221号公报
专利文献2：国际公开WO2008/081505
发明内容
发明所要解决的问题
如专利文献2所记载那样，显示装置中显示的试验力或试片的位移是经控制装置计算而得。所述控制装置中的计算中，包含从原始数据中除去噪声的滤波处理，现有的显示装置中的数据显示中，显示滤波处理后的数据。因而，用户无法一眼判断用于滤波处理的滤波器的设定是否合适。
特别是在对塑料材料的高速拉伸试验中，试验时间短，在收集数据时需要以细小的时间间隔进行采样。因而，有检测到大量噪声的倾向。噪声中，处处可见加上由包含试验机本体和握持试片的夹具等治具的系统的固有振动所致的噪声。从前以来，自动检测滤波处理后的近似曲线上的波峰并作为最大试验力点而登记，但若滤波器的设定不合适，则最大试验力点的检测位置在滤波处理的前后偏离原始数据的试验力波峰的位置。另外，有时因滤波器而测量值的斜率变缓。现有的试验结果的显示中，在显示装置中仅显示滤波处理后的数据，因而用户无法辨识这种最大试验力点的检测位置的偏移或倾斜的变化。这样，产生以下问题：即便根据滤波处理后的数据进一步通过计算求出的弹性模数等材料特性的评价的项目数值缺乏可靠性，用户也无法注意到这一情况等。
本发明是为了解决所述课题而成，其目的在于提供一种可提示用户能够容易地判断滤波条件是否合适的信息的材料试验机。
解决问题的技术手段
技术方案1所记载的发明是一种材料试验机，包括在驱动负载机构而对试验对象赋予试验力的材料试验中对物理量检测器所检测出的信号进行处理的控制装置、和显示试验结果的显示装置，且所述材料试验机的特征在于，所述控制装置包括：滤波处理部，从使来自所述物理量检测器的输入信号数字化所得的原始数据中除去噪声；滤波设定部，设定所述滤波处理部中应用于所述原始数据的滤波条件；以及显示控制部，将所述原始数据与在所述滤波处理部中经滤波处理的处理数据以同一标度且不同形态叠加显示在所述显示装置中。
技术方案2所记载的发明是根据技术方案1所记载的材料试验机，其中所述显示控制部将基于来自多个物理量检测器的不同输入信号的所述原始数据与所述处理数据依各物理量而以同一标度且不同形态叠加显示在所述显示装置中。
技术方案3所记载的发明是根据技术方案1所记载的材料试验机，其中所述显示控制部将以不同滤波条件进行了处理的多个数据以同一标度且不同形态叠加显示在所述显示装置中。
技术方案4所记载的发明是根据技术方案1至技术方案3中任一项所记载的材料试验机，其中所述不同形态为不同色调、不同亮度、不同彩度或不同线型的表现。
技术方案5所记载的发明是根据技术方案1至技术方案4中任一项所记载的材料试验机，其中所述物理量检测器为检测作用于试验对象的试验力的检测器、和/或检测试验对象所产生的位移的位移计。
技术方案6所记载的发明是根据技术方案1至技术方案5中任一项所记载的材料试验机，其中所述控制装置包括从所述处理数据中检测着眼点的着眼点检测部，所述显示控制部将所述着眼点显示在所述显示装置中。
技术方案7所记载的发明是根据技术方案6所记载的材料试验机，其中所述控制装置包括变更所述着眼点检测部所检测出的所述着眼点的位置的着眼点变更部。
发明的效果
根据技术方案1至技术方案7所记载的发明，控制装置实行将原始数据与经滤波处理的处理数据以同一标度且不同形态叠加显示在显示装置中的显示控制，因而用户可根据试验结果的数据显示而取得能够容易地判断滤波条件是否合适的信息。
根据技术方案2所记载的发明，控制装置实行将基于来自多个物理量检测器的不同输入信号的各数据依各物理量而以同一标度且不同形态叠加显示在显示装置中的显示控制，因而用户能够一眼辨识不同物理量的变化。
根据技术方案3所记载的发明，控制装置实行将以不同滤波条件进行了处理的多个数据以同一标度且不同形态叠加显示在显示装置中的显示控制，因而用户可一面在不同处理的数据间进行比较，一面判断合适的滤波条件。
根据技术方案4所记载的发明，进行以不同色调、不同亮度、不同彩度或不同线型来表现原始数据与经滤波处理的处理数据、基于来自不同物理量检测器的输入信号的各数据、以不同滤波条件进行了处理的多个数据的显示，由此用户容易识别画面上的各数据。
根据技术方案6所记载的发明，控制装置包括着眼点检测部，且实行将着眼点检测部所检测出的处理数据上的开始点、最大点、断裂点等着眼点显示在显示装置中的显示控制，因而用户可容易地获知处理数据的着眼点相对于原始数据的位置偏移。
根据技术方案7所记载的发明，控制装置包括着眼点变更部，可变更着眼点检测部所检测出的处理数据上的着眼点的位置，因而用户能够将着眼点再设定为考虑到原始数据的值的位置，从而能够提高利用着眼点所算出的材料特性的评价值的可靠性。
附图说明
图1是本发明的材料试验机的概要图。
图2是表示本发明的材料试验机的主要控制系统的框图。
图3是试验结果的图表的显示例。
图4是试验结果的图表的显示例。
图5是试验结果的图表的显示例。
图6是试验结果的图表的显示例。
图7是试验结果的图表的显示例。
图8是试验结果的图表的显示例。
图9是试验结果的图表的显示例。
图10是试验结果的图表的显示例。
图11是试验结果的图表的显示例。
图12是表示本发明的材料试验机的另一实施方式的主要控制系统的框图。
符号的说明
10：试验机本体
11：平台
12：支柱
13：交叉磁轭
21：上夹具
22：下夹具
25：启动治具
26：接头
27：荷重元
31：油压缸
32：活塞杆
33：冲程传感器
34：伺服阀
35：伸长率计
40：控制装置
41：本体控制装置
42：个人计算机
43：存储器
44：试验控制部
45：运算装置
46：通信部
51：显示装置
52：输入装置
53：存储器
55：运算装置
56：通信部
57：存储装置
61：滤波处理部
62：滤波设定部
63：着眼点检测部
64：着眼点变更部
65：显示控制部
TP：试片
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是本发明的材料试验机的概要图。图2是表示本发明的材料试验机的主要控制系统的框图。
所述材料试验机实行对试片TP急速赋予冲击性拉伸力的高速拉伸试验，包括试验机本体10和控制装置40。试验机本体10包括平台11、竖立设置在平台11上的一对支柱12、架设在一对支柱12上的交叉磁轭(cross yoke)13、和固定在交叉磁轭13上的油压缸31。
油压缸31经由伺服阀(servo valve)34而与配置在平台11内的油压源(未图示)连接，利用从所述油压源供给的工作油而动作。在油压缸31的活塞杆32上，经由启动治具25和接头26而连接有上夹具21。另一方面，在平台11上经由作为力检测器的荷重元(load cell)27而连接有下夹具22。如此这样，所述试验机本体10的结构为以下结构：用于通过启动治具25在拉伸方向上设置启动区间，通过以0.1m/s～20m/s的高速提拉活塞杆32，而实行使握持试片TP的两端部的一对夹具急剧远离的高速拉伸试验。实行高速拉伸试验时的负载机构的位移(冲程)、即活塞杆32的移动量是由冲程传感器33检测，此时的试验力是由荷重元27检测。
另外，在试片TP上配设有作为检测试片TP所产生的位移的位移计的伸长率计35。伸长率计35为了测定试片TP的伸长率而直接安装在试片TP上，例如具有日本专利特开2006-10409号公报所记载那样的结构。即，包括分别固定在设定于试片TP上的两处标线的固定具、固着在其中一个固定具上的包含传导体的管、和固定在另一固定具上的移动自如地插入至管内的线圈，检测基于线圈对管的插入量的变化的线圈的电感变化，测定试片TP的标线间的伸长率。此外，位移计也可为冲程传感器33，也可为高速摄影机等非接触式的伸长率计。
控制装置40是由用于控制试验机本体10的动作的本体控制装置41、和个人计算机42所构成。本体控制装置41包括保存程序的存储器43、执行各种运算的微处理器(MicroProcessing Unit，MPU)等运算装置45、和进行与个人计算机42的通信的通信部46。存储器43、运算装置45和通信部46相互通过总线49而连接。另外，本体控制装置41包括试验控制部44作为功能结构。试验控制部44是以试验控制程序的形式保存在存储器43中。当实行高速拉伸试验时，通过执行试验控制程序而对伺服阀34供给控制信号，油压缸31动作。本体控制装置41中设有与荷重元27、伸长率计35等物理量检测器各自对应的信号输入输出单元，冲程传感器33的输出信号、荷重元27的输出信号和伸长率计35的输出信号经数字化并以规定的时间间隔被取入到本体控制装置41中。
个人计算机42包括：存储器53，由存储数据分析程序的只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)、在执行程序时加载程序并暂且存储数据的随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)所构成；中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等运算装置55，执行各种运算；通信部56，进行与本体控制装置41等外部连接机器的通信；存储装置57，存储数据；显示装置51，显示试验结果；以及输入装置52，用于输入试验条件。存储器53中保存有使运算装置55动作而实现功能的程序。此外，存储装置57是存储从荷重元27输入的试验力的原始数据即时序数据等的存储部，由硬盘驱动器(hard disk drive，HDD)等大容量存储装置所构成。存储器53、运算装置55、通信部56、存储装置57、显示装置51和输入装置52相互通过总线59而连接。
图2中，以功能块的形式来表示安装在个人计算机42中并存储在存储器53中的程序。本实施方式中，包括以下各部作为功能块：滤波处理部61，从使来自荷重元27或伸长率计35的输入信号数字化所得的原始数据中除去噪声；滤波设定部62，设定滤波处理部61中应用于原始数据的滤波条件；以及显示控制部65，将原始数据与在滤波处理部61中经滤波处理的处理数据以同一标度且不同形态叠加显示在显示装置51中。此外，滤波处理部61中的噪声除去中，包含由荷重元27或伸长率计35的电性波动等所引起的测定噪声的除去、和包含试验机本体10和连接于荷重元27的下夹具22的系统所产生的固有振动的除去。另外，滤波设定部62中，作为滤波器的种类，准备移动平均滤波器、中值滤波器、低通滤波器等若干滤波器。
另外，本实施方式中，包括着眼点检测部63作为以程序的形式存储在存储器53中的功能块。着眼点检测部63根据滤波处理后的数据通过自动计算而确定开始点、最大试验力点、断裂点、其他拐点等在材料的强度评价中所着眼的着眼点。即，着眼点的确定是通过运算装置55执行从存储器53的着眼点检测部63读入的程序而实现。所确定的着眼点通过显示控制部65的作用而自动赋予至显示装置51中显示的滤波处理后的数据的图表中。
对利用这种结构的材料试验机实行高速拉伸试验时的显示装置51中的试验结果的显示进行说明。图3和图4是试验结果图表的显示例。此试验结果表示以高速(例如试验速度20m/s)实行拉伸试验时的试验力的时序数据。图表的纵轴为试验力(kN：千牛顿)，横轴为时间(ms：毫秒)。另外，这些图表中，以虚线来表示原始数据，以实线来表示滤波处理后的处理数据。
从本体控制装置41经由通信部46、通信部56输入至个人计算机42中并经数字化的原始数据是作为时间的数据列而保存在存储装置57中。然后，原始数据在滤波处理部61中经滤波处理，滤波处理后的处理数据也作为时间的数据列而保存在存储装置57中。原始数据和滤波处理后的处理数据通过显示控制部65的作用，而按照表示试验力的时间经过的图表、荷重-位移曲线等用户所选择的图表形式显示在显示装置51中。
图3和图4的图表中，使滤波处理后的处理数据叠加在原始数据上而显示。另外，在滤波处理后的数据上，标记开始点(图中以白色圆点表示)、最大试验力点(图中以黑色圆点表示)、断裂点(图中以白色双圆点表示)。
图3中，滤波处理后的处理数据的最大试验力点与原始数据的试验力的峰顶不一致，数据的相位偏后。此种相位偏移能够通过使原始数据与滤波处理后的处理数据叠加显示，而让用户一眼获知。而且，为了消除这些相位偏移，用户能通过变更除去固有振动的滤波器的种类而改善。即，用户通过操作输入装置52来变更利用滤波设定部62设定的滤波设定，而应用其他种类的滤波器。
在变更了滤波设定的图4的图表中，能够理解滤波处理后的处理数据与原始数据的相位偏移经消除，开始点、最大试验力点、断裂点各点均在虚线所示的原始数据上。这样，通过将原始数据与滤波处理后的处理数据以同一标度叠加显示在同一画面上，用户可容易地进行原始数据与处理数据之间是否未产生相位偏移，或滤波设定是否合适等确认。此外，为便于说明，以虚线来表示图表中的原始数据，以实线来表示滤波处理后的处理数据，但在将数据叠加显示时，不限定于不同线型的表现。即，所谓本发明的不同形态的表现也包含不同颜色的显示，所谓此不同颜色，包含设为相同色调且减小原始数据侧的亮度或彩度而强调滤波处理后的处理数据的显示的表现，或对每个数据分配不同色调等，利用色调、亮度、彩度的差异的多种表现。
图5～图7为试验结果的图表的显示例，表示荷重-位移曲线。这些图表中，纵轴为试验力(kN：千牛顿)，横轴为位移(mm：毫米)。另外，这些图表中，以虚线来表示原始数据，以实线来表示滤波后的处理数据。另外，这些图中，在滤波处理后的数据上，标记开始点(图中以白色圆点表示)、最大试验力点(图中以黑色圆点表示)、断裂点(图中以白色双圆点表示)。
图5的显示例中，滤波处理后的处理数据的最大试验力点的位移位置从原始数据的最大试验力的位置偏移，通过在原始数据上叠加显示滤波处理后的处理数据，能够读取滤波处理后的处理数据的试验力的波峰值发生衰减。若因滤波处理而最大试验力点的位移位置偏移，试验力的波峰值衰减，则弹性域(数据直线变化的区域)的直线的斜率变平缓，与原本相比而将弹性模数估算得低。这种情况下，用户变更除去固有振动的滤波器的种类。
图6是对与图5相同的原始数据应用其他种类的滤波器进行滤波处理的结果。图6的显示例中，原始数据与滤波处理后的处理数据中最大试验力点的位移位置并无偏移，试验力的波峰值也未衰减。因而，紧邻开始点后的弹性域的数据的斜率在原始数据与滤波处理后的处理数据中基本一致，能够准确地求出弹性模数。
图7的显示例中，在从开始点到断裂点为止的对试片TP赋予试验力的状态下的数据域中在原始数据中大幅表现出固有振动的影响这一情况，能够通过在原始数据上叠加显示滤波处理后的处理数据而读取。用户能够通过利用这些图表显示来观看相对于滤波处理后的处理数据而从开始点到断裂点为止之间的原始数据的波形振幅的程度，而关于试验结果的可靠性获得判断材料。
图8是试验结果的图表的显示例，将图4的试验力的时序数据的一部分放大表示，并且将同一种类的滤波器的变更了强度的两个滤波处理后的处理数据叠加在原始数据上而显示。图表的纵轴为试验力(kN：千牛顿)，横轴为时间(ms：毫秒)。而且，此图表中，以虚线来表示原始数据，以点划线来表示应用强度弱的滤波器的滤波处理后的处理数据，以实线来表示应用强度强的滤波器的滤波处理后的处理数据。
图8的显示例中，将使数据平滑化的滤波器的强度变更为二阶段，并在原始数据上叠加显示两个滤波处理后的处理数据，由此用户可一眼容易地确认滤波器强度是否合适。关于滤波器强度的变更，例如若为低通滤波器则阶段性地变更截止频率，或若为带通滤波器则变更滤波器通过频率域的范围等，用户能够根据滤波器的种类而阶段性地选择。此外，此显示例中，为便于说明，以不同线型来表示各数据，但也能够根据滤波器的强弱而使颜色有深浅等，进行对各数据施加同一色调且不同亮度或彩度的着色的显示。进而，也可将不同色调或不同线型进一步组合而显示各数据。
图9～图11是试验结果的图表的显示例，将基于来自作为不同物理量检测器的荷重元27与伸长率计35的各输入信号的相同时序的试验力和位移的各数据以同一标度显示在同一画面上。图9和图11的图表的左纵轴为试验力(kN：千牛顿)，右纵轴为位移(mm：毫米)，横轴为时间(ms：毫秒)。另外，图10的图表的纵轴为位移(mm：毫米)，横轴为时间(ms：毫秒)。而且，这些图表中，以细线来表示原始数据，以粗线来表示滤波处理后的处理数据。另外，图10和图11中，对于位移的原始数据，以细线来表示轮廓。
如图9的显示例那样，以同一时间轴(同一标度)使不同系列(试验力与位移)叠加显示在同一画面上。此外，为方便图式，以同一线型来表示试验力与位移，但在实际显示中，对不同系列分别分配不同色调，相互进行视觉上的判别。例如以蓝色表现试验力，以红色表现位移。
另外，也可由图9的显示例切换成图10的显示例那样在位移的原始数据上叠加显示滤波处理后的位移的处理数据的显示而进行显示。
在试验力的原始数据上叠加显示滤波处理后的试验力的处理数据后，进一步叠加显示图10所示的位移图表的显示例是图11。当这样针对不同系列的数据而显示原始数据与滤波处理后的处理数据两者时，能够使试验力为蓝色系的颜色、位移为红色系的颜色等而对每个系列分配色调，针对原始数据与滤波处理后的处理数据改变彩度或亮度，由此帮助在视觉上识别各数据。
图12是表示本发明的材料试验机的另一实施方式的主要控制系统的框图。此外，对和上文中参照图2所说明的结构相同的结构标注相同符号，省略详细说明。
此图12所示的实施方式中，除了图2的实施方式的结构以外，在存储器53中包括着眼点变更部64作为功能结构。例如，如图4或图6的显示例中以黑色圆点所示那样，通过着眼点检测部63的作用而自动检测出的最大试验力点的位置与原始数据中记录有最大试验力值的位置并不完全一致。在欲使最大试验力点更接近原始数据中记录有最大试验力值的位置的情况下，用户操作输入装置52，一面观看画面一面使表示最大试验力点的黑色圆点移动至所需位置。此时，运算装置55执行从存储器53的着眼点变更部64读入的程序，将此所需位置登记为最大试验力点，并存储在存储装置57中。
此外，所述实施方式中，对高速拉伸试验的试验结果的作为着眼点的最大试验力点的位置变更进行了说明，但也可将开始点或断裂点变更为用户所需的位置。由此，用户能够将着眼点再设定为考虑到原始数据的值的位置，从而能够提高利用着眼点所算出的材料特性的评价值的可靠性。
所述实施方式中，对高速拉伸试验进行了说明，但为了让用户能够在对混凝土等试验体赋予压缩荷重的高速压缩试验、冲压试验等中，一眼确认是否合适地进行了滤波处理，着眼点的检测是否适当，可应用本发明。

Claims (7)

1.一种材料试验机，其特征在于，包括在驱动负载机构而对试验对象赋予试验力的材料试验中对物理量检测器所检测出的信号进行处理的控制装置、和显示试验结果的显示装置，且所述材料试验机的特征在于，所述控制装置包括：
滤波处理部，从使来自所述物理量检测器的输入信号数字化而得的原始数据中除去噪声；
滤波设定部，设定所述滤波处理部中应用于所述原始数据的滤波条件；以及
显示控制部，将所述原始数据与在所述滤波处理部中经滤波处理的处理数据以同一标度且不同形态叠加显示在所述显示装置中。
2.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，所述显示控制部将基于来自多个所述物理量检测器的不同输入信号的所述原始数据与所述处理数据依各物理量而以同一标度且不同形态叠加显示在所述显示装置中。
3.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，所述显示控制部将以不同滤波条件进行了处理的多个数据以同一标度且不同形态叠加显示在所述显示装置中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的材料试验机，其特征在于，所述不同形态为不同色调、不同亮度、不同彩度或不同线型的表现。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的材料试验机，其特征在于，所述物理量检测器为检测作用于所述试验对象的所述试验力的力检测器、和/或检测所述试验对象所产生的位移的位移计。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的材料试验机，其特征在于，所述控制装置包括从所述处理数据中检测着眼点的着眼点检测部，
所述显示控制部将所述着眼点显示在所述显示装置中。
7.根据权利要求6所述的材料试验机，其特征在于，所述控制装置包括变更所述着眼点检测部所检测出的所述着眼点的位置的着眼点变更部。
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