JP2000206018A - 材料試験装置におけるセンサ出力の原点設定方法および材料試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ出力の原点設定をフィードバックルー
プを活かしたまま行う。 【解決手段】 原点設定を行うタイミングで、センサア
ンプ１４から出力されるセンサ信号Ｅｓ０を記憶手段１
６に記憶し、該記憶手段１６に格納した信号Ｅｍを読み
出して、加算器１５および加算器１１に印加する。加算
器１５でセンサアンプ１４の出力からＥｍを減算するこ
とにより、ゼロ設定されたセンサ出力が得られ、これを
加算器１２に入力する。加算器１１で関数発生器１０の
出力に前記Ｅｍを加算し、該加算された入力信号Ｅｉ２
を加算器１２に入力する。これにより、ゼロ設定の前後
で加算器１２から出力される偏差信号Ｅｒが変化するこ
とを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は材料試験装置におけ
るセンサ出力の原点設定方法および材料試験装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】岩石やコンクリート、金属等の各種材料
あるいは各種の構造体の力学的挙動を調べるために、サ
ーボ制御機構を有する材料試験装置が用いられている。
このような材料試験装置においては、油圧あるいはスク
リューなどにより試料片に載荷し、試料片に印加される
荷重および試料片の変形などのデータを取得することが
行われている。ここで、フィードバック信号として試料
片に印加される荷重値や試料片の変位値が用いられてお
り、これらの信号は試験機に取り付けられた各種センサ
により検出される。

【０００３】このような材料試験装置を用いて試験を行
うときには、前記センサの出力信号の原点を設定するこ
とが必要である。例えば、荷重を測定するためにロード
セルを用いている場合には試料片を取り付けた時点でロ
ードセルの出力信号がゼロになるようにセットし、ロー
ドセルに取り付けられる治具やチャック等の風袋分の影
響をなくすことが重要である。また、変位センサについ
ても、試料片にアクチュエータが接触した時点をゼロと
なるように設定する。このように、センサ出力の原点を
設定することにより、計測制御処理を統一的に行うこと
が可能となり、システムを運転する実行ソフトウエアの
処理を単純化することができ、その管理も容易になる。

【０００４】通常、この原点設定（ゼロ設定）の作業お
よび原点設定した後に設定前の状態に戻すゼロキャンセ
ルの作業は、フィードバックがかかっていないセンサに
ついて行われている。それは、フィードバックループが
形成されている場合には、ゼロ設定により原点がずらさ
れることとなり、そのずらされた分だけアクチュエータ
が物理的に移動して危険であり、また、試料片にダメー
ジを与え恐れがあるからである。

【０００５】図２を参照して、従来のサーボ式材料試験
装置およびそのセンサの原点設定方法について説明す
る。図２の（ａ）は、複数のセンサを有し、該複数のセ
ンサからの出力を選択的にフィードバック信号として使
用するサーボ式材料試験装置の構成を示すブロック図で
ある。なお、ここでは、材料の圧縮試験を行うものとす
る。

【０００６】図２の（ａ）において、点線で囲まれた部
分はプラント部（試験機）であり、サーボバルブ２３に
より駆動されるアクチュエータ２４により試料片２５に
載荷され、試験が行われる。すなわち、関数発生器２０
から目標値Ｅｉが加算部２１に入力され、切り換えスイ
ッチ３４により選択されたフィードバック信号Ｅｓと減
算されて偏差信号Ｅｒ（＝Ｅｉ−Ｅｓ）が出力される。
サーボアンプや積分要素等からなるＰＩＤ調節部２２に
おいて該偏差信号Ｅｒのゲイン補正や位相補正が行わ
れ、偏差信号Ｅｒをゼロとするような制御信号がサーボ
バルブ２３に供給され、アクチュエータ２４の駆動が制
御される。

【０００７】２６は前記試料片２５に印加される荷重を
測定するロードセル等の荷重センサ、２７は前記試料片
２５の変形を測定する変位センサである。前記荷重セン
サ２６の出力信号は荷重センサ用アンプ２８に入力さ
れ、該荷重センサ用アンプ２８から前記試料片２５に印
加されている荷重に対応する信号Ｅｌ’が出力される。
また、前記変位センサ２７の出力信号は変位センサ用ア
ンプ３１に入力され、該変位センサ用アンプ３１から前
記試料片２５の変形（変位）に対応する信号Ｅｄ’が出
力される。前記荷重センサ用アンプ２８からの出力信号
Ｅｌ’はゼロ設定手段３０からのゼロ設定信号と加算部
２９において加算され、該加算部２９からゼロ設定され
た荷重に対応する信号Ｅｌが出力される。一方、前記変
位センサ用アンプ３１からの変位に対応する信号Ｅｄ’
は、ゼロ設定手段３１からの信号と加算部３２において
加算され、ゼロ設定された変位に対応する信号Ｅｄが出
力される。前記加算部２９からのゼロ設定された荷重に
対応する信号Ｅｌと前記加算部３２からのゼロ設定され
た変位に対応する信号Ｅｄは、切り換えスイッチ３４に
印加され、該切り換えスイッチ３４により選択された信
号が前記加算部２１に入力される。

【０００８】このように、前記切り換えスイッチ３４に
より制御変数を切り換えることができる。また、試料片
２５と治具のセッティング時や試験終了時のチャックと
試料片との切り離し作業時などにも制御変数の切り換え
が行われる。例えば、圧縮試験を行うときには、前記試
料片２５を装置にセットし、前記アクチュエータ２４に
接触させてから、試料片２５への載荷を行う。この場
合、試料片２５を取り付けてから、変位センサの出力を
フィードバック信号として前記アクチュエータ２４を操
作し、前記試料片２５を前記アクチュエータ２４に接触
させる。そして、試料片２５とアクチュエータ２４とが
接触した後、前記切り換えスイッチ３４を荷重側に切り
換えて、前記荷重センサの出力をフィードバック信号と
して試験を実行する。また、試験終了後に試料片２５を
取り外すときにも、フィードバック信号を変位に切り換
えて、前記アクチュエータ２４を操作することが行われ
ている。

【０００９】次に、このように構成された試験装置にお
けるセンサ出力の原点設定方法について説明する。ま
ず、前記荷重センサ２６からの荷重に対応する出力の原
点設定を行うときは、前記切り換えスイッチ３４が変位
センサ側に切換えられている状態で行われる。すなわ
ち、図示するように切り換えスイッチ３４がａ側（変位
センサ側）を選択している状態において、前記荷重セン
サ側の加算部２９の出力がゼロとなるように、前記ゼロ
設定手段３０からの出力信号の値を調節することにより
荷重センサ２６の出力の原点設定を行う。一方、前記変
位センサ２７からの変位に対応する出力の原点設定を行
うときには、前記切り換えスイッチ３４が前記加算部２
９の出力を選択するようにｂ側に切り換えられている状
態で、前記加算部３２の出力がゼロとなるように、前記
ゼロ設定手段３３の出力を調節する。

【００１０】上述の例は、複数のセンサからの出力を選
択スイッチで切り換えてフィードバック信号として利用
するものであったが、単一のセンサの出力をフィードバ
ック信号として利用する場合は、図２の（ｂ）に示すよ
うに、フィードバックループ中にスイッチ３５を設け、
該スイッチ３５を開放してから、前述の場合と同様に、
センサ出力のゼロ設定を行うことが行われていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来に
おいては、センサ出力のゼロ設定を行う場合には、危険
防止のために、フィードバックのかかっていないチャネ
ルについてゼロ設定を行うようにしていた。しかしなが
ら、この作業は非常に不便なものであった。例えば、試
料片２５を試験機に装着した後、前記アクチュエータ２
４に接触させるために前記変位センサ２７の出力をフィ
ードバック信号として用い、試料片２５とアクチュエー
タ２５を接触させてから試験を実行するものとする。こ
の場合、前記試料片２５と前記アクチュエータ２４とが
最初に接触した状態で、前記変位に対応する信号のゼロ
設定を行いたいときには、一度、前記フィードバックル
ープを荷重信号によるループとなるように前記切り換え
スイッチ３４を切り換えてから、変位センサ出力のゼロ
設定を行うこととなる。このような場合には、前記アク
チュエータ２４に油圧がかかっているため、アクチュエ
ータの位置が不定になり危険であるため、油圧を低下さ
せなければならない。そして、ゼロ設定が終了した後、
油圧を再度投入し、運転状態に復帰することが必要とな
り、非常に不便であった。

【００１２】そこで、本発明は、ゼロ設定あるいはゼロ
キャンセルを行うチャネルがフィードバック信号とされ
ているか否かに拘わらず、ゼロ設定およびそのキャンセ
ルを行うことのできる材料試験装置およびそのゼロ設定
方法を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の材料試験装置におけるセンサ出力の原点設
定方法は、センサからの出力信号をフィードバック信号
として用いるサーボ制御式材料試験装置におけるセンサ
出力の原点設定方法であって、原点設定をすべきタイミ
ングにおける前記センサの出力を記憶し、該記憶した値
を制御目標入力信号に加算して制御目標入力信号を補正
し、前記センサの出力から前記記憶した値を減算するこ
とにより前記センサ出力の原点補正を行い、前記補正さ
れた制御目標入力信号と前記原点補正されたセンサ出力
とに基づいて偏差信号を出力するようにしたものであ
る。

【００１４】また、本発明の材料試験装置は、センサの
出力の原点を設定すべきタイミングにおける前記センサ
の出力を格納する記憶手段と、前記センサの出力から前
記記憶手段の記憶内容を減算することにより原点補正さ
れたセンサ出力信号を出力する第１の演算手段と、前記
記憶手段の記憶内容を制御目標入力に加算する第２の演
算手段と、前記第２の加算手段の出力から前記第１の演
算手段の出力を減算し、偏差信号を出力する第３の演算
手段とを有するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の材料試験装置の
一実施の形態における要部の構成例を示すブロック図で
ある。なお、この図においては、煩雑さを避けるため、
単一のセンサの出力の原点の設定を行うための構成のみ
が記載されていることに注意されたい。図１において、
１０は制御目標信号を生成する関数発生器、１１、１２
および１５は加算部、１３はＰＩＤ調節部、１４は図示
しないセンサからの出力が入力されるセンサアンプ、１
６は記憶手段、１７および１８はスイッチである。前述
の場合と同様に、センサアンプ１４からセンサからの出
力信号に対応した信号Ｅｓ０が出力される。例えば、前
述の例の場合のように、アクチュエータが試料片に接触
してセンサ出力の原点設定を行うべきタイミングになる
と、スイッチ１７を導通させ、その時点における前記セ
ンサアンプ１４の出力Ｅｓ０を記憶手段１６に記憶す
る。なお、Ｅｓ０を記憶手段１６に書込んだ後は前記ス
イッチ１７は再び開放状態とされる。そして、次にスイ
ッチ１８を導通して、前記記憶手段１６に格納した前記
原点設定のタイミングにおける前記センサアンプ１４の
出力値Ｅｍを読み出し、加算部１１および加算部１５に
供給する。加算部１５では、前記センサアンプ１４の出
力Ｅｓ０から前記記憶手段１６から読み出された値Ｅｍ
が減算され、ゼロ設定されたセンサアンプの出力Ｅｓが
出力される。この出力Ｅｓは偏差信号Ｅｒを算出する加
算部１２に入力される。

【００１６】このままでは、前記センサアンプ１４の出
力Ｅｓ０がＥｍだけ減少しているので、偏差信号Ｅｒが
不連続に変化し、図示しないアクチュエータおよび試料
片に予期しないショックを与えることとなる。そこで、
本発明においては、前記記憶手段１６から読み出した値
Ｅｍを用いて前記関数発生器１０からの基準入力信号Ｅ
ｉ１を補正するようにして、前記ショックを防止するよ
うにしている。すなわち、加算部１１を設けて、前記関
数発生器１０からの基準入力信号Ｅｉ１と前記記憶手段
１６から読み出した値Ｅｍを加算し、補正された基準入
力信号Ｅｉ２（＝Ｅｉ１＋Ｅｍ）とし、この補正された
基準入力信号Ｅｉ２と前記加算部１５からのゼロ設定さ
れたセンサ出力信号Ｅｓとから偏差信号Ｅｒ（＝Ｅｉ２
−Ｅｓ）を算出している。この偏差信号ＥｒはＰＩＤ調
節部１３に入力され、ゲイン補正されて図示しないサー
ボバルブに制御信号が出力されることとなる。

【００１７】なお、前記スイッチ１７による記憶装置１
６へのＥｓ０の書込みから、前記スイッチ１８による前
記記憶装置１６からのデータの読み出しまでの処理は、
このフィードバックループで扱う周波数帯域よりも充分
に高いレスポンス域で高速に実行する。また、前述のよ
うにしてゼロ設定した後にその設定を解除するゼロキャ
ンセルを行う場合には、前記スイッチ１８を開放状態に
すればよい。

【００１８】このように本発明においては、センサ出力
信号のゼロ設定による影響を、関数発生器１０からの基
準入力信号を補正することにより打ち消すようにしてい
るため、ゼロ設定の前と後で偏差信号Ｅｒが変動するこ
とがなく、フィードバック系を活かしたまま当該センサ
出力の原点設定を行うことが可能となる。なお、前記加
算部１５から出力されるゼロ設定されたセンサ信号は試
験の全体を制御するホストコンピュータや監視装置に出
力される。これにより、前記ホストコンピュータあるい
は監視装置は、当該試験の制御パラメータなどを、ゼロ
設定後のセンサ出力に基づいて制御する。

【００１９】また、図１には、単一のセンサ出力につい
ての原点設定手段について説明したが、前記図２の
（ａ）の場合のように、複数のセンサの出力を選択スイ
ッチにより切り換えるように構成されている場合には、
前記加算部１５、記憶手段１６、スイッチ１７および１
８を各センサごとに設け、各センサに設けられた前記加
算部１５の出力および前記スイッチ１８の出力をそれぞ
れ切り換えスイッチを介して前記加算部１１および１２
の入力に供給すればよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の材料試験
装置におけるセンサ出力の原点設定方法および材料試験
装置によれば、原点設定を行うセンサの出力がフィード
バック信号となっている場合であっても、安全かつ容易
に原点設定を行うことが可能となり、作業効率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の材料試験装置の一実施の形態の構成
例を示す図である。

【図２】 従来の材料試験装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０、２０ 関数発生器 １１、１２、１５、２１、２９、３２ 加算部 １３、２２ ＰＩＤ調節部 １４、２８、３１ センサアンプ １６ 記憶手段 １７、１８、３４、３５ スイッチ手段 ２３ サーボバルブ ２４ アクチュエータ ２５ 試料片 ２６ 荷重センサ ２７ 変位センサ ３０、３３ ゼロ設定手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサからの出力信号をフィードバック
   信号として用いるサーボ制御式材料試験装置におけるセ
   ンサ出力の原点設定方法であって、 原点設定をすべきタイミングにおける前記センサの出力
   を記憶し、 該記憶した値を制御目標入力信号に加算して制御目標入
   力信号を補正し、 前記センサの出力から前記記憶した値を減算することに
   より前記センサ出力の原点補正を行い、 前記補正された制御目標入力信号と前記原点補正された
   センサ出力とに基づいて偏差信号を出力するようにした
   ことを特徴とする材料試験装置におけるセンサ出力の原
   点設定方法。
2. 【請求項２】 センサの出力の原点を設定すべきタイミ
   ングにおける前記センサの出力を格納する記憶手段と、 前記センサの出力から前記記憶手段の記憶内容を減算す
   ることにより原点補正されたセンサ出力信号を出力する
   第１の演算手段と、 前記記憶手段の記憶内容を制御目標入力に加算する第２
   の演算手段と、 前記第２の加算手段の出力から前記第１の演算手段の出
   力を減算し、偏差信号を出力する第３の演算手段とを有
   することを特徴とする材料試験装置。