JP2004212170A

JP2004212170A - 電気油圧式材料試験機

Info

Publication number: JP2004212170A
Application number: JP2002381076A
Authority: JP
Inventors: Terutsugu Matsubara; 輝次松原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】計測器の検出信号が異常を示すときに油圧シリンダを高速度で停止あるいは無力化する。
【解決手段】供試体ＳＰを負荷する油圧シリンダ８の圧油の給排は、サーボ弁１２１により制御される。供試体ＳＰの変形量に応じた検出信号をコンパレータ２０２でしきい値と比較する。検出信号が異常のとき、リレー１３を開放してサーボ弁１２１への駆動信号を遮断する。またこの時、バイパス弁１２４を開放して、油圧シリンダ８の一対の油室８ａ，８ｂを同圧として油圧シリンダ８を無力化する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測器からの検出信号が異常のときに油圧シリンダを高速に停止あるいは無力化することができる電気油圧式材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、供試体を負荷する復動式油圧シリンダと、供試体に働く荷重や供試体の変位を検出する計測器と、油圧シリンダの駆動を制御するサーボ弁と、計測器の計測信号に基づいてサーボ弁を制御するサーボアンプとを有する電気油圧式材料試験機が知られている（たとえば、特開平４−３０１７４１号公報）。この種の材料試験機は、試験機本体とデータ通信を行って試験機全体を管理する処理装置を備えている。試験機本体と処理装置には、計測機の検出信号が異常であることを判定して、油圧源から油圧シリンダへの油圧の供給を停止するアラーム管理ソフトが組み込まれている。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３０１７４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の材料試験機では、通信ラインで各種データを授受する試験機本体と処理装置とのソフト的な連携動作により異常を検出している。そのため、油圧シリンダへの圧油の供給を停止するまで１００ｍｓ程度の時間を要し、計測器の検出信号異常時に油圧シリンダを高速で停止することができない。
【０００５】
本発明は、計測器の検出信号が異常を示すときに油圧シリンダを高速度で停止あるいは無力化するようにした電気油圧式材料試験機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気油圧式材料試験機は、供試体を負荷する油圧シリンダと、油圧シリンダへの圧油の給排を行って油圧シリンダの駆動を制御するサーボ弁と、供試体の変形量または供試体に働く負荷荷重に応じた検出信号を出力する計測器と、検出信号によりサーボ弁の駆動を制御する駆動信号を出力するサーボ弁駆動回路と、検出信号をしきい値と比較して異常のときに異常信号を出力する異常検出回路と、異常検出回路から異常信号が出力されたときにサーボ弁への駆動信号を遮断するリレーとを備える。
異常検出回路から異常信号が出力されたとき、油圧シリンダの一対の油室を連通する開閉弁をさらに備えることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明により電気油圧式材料試験機の一実施の形態を示す構成図である。図１において、１は供試体ＳＰに圧縮荷重あるいは引張荷重などを負荷する試験機本体であり、この試験機本体１は負荷枠２を備える。負荷枠２は、基台３上に立設した一対の支柱４と、一対の支柱４に上下移動可能に取り付けたクロスヘッド５から構成される。クロスヘッド５の中間部には上部治具６がロードセル７を介して吊下状態に取り付けられている。なお、４ａはクロスヨ−クである。
【０００８】
基台３の内側には、負荷用の復動式油圧シリンダ８が上部治具６の軸線に一致して設置される。油圧シリンダ８のピストンロッド８１の先端には下部治具９が取り付けられ、この下部治具９と上部治具６間に供試体ＳＰがセットされる。１１は、供試体ＳＰに装着されて供試体ＳＰの伸び量を検出する伸び計である。１２は、油圧シリンダ８に供給される作動油を制御するサーボ弁１２１を内蔵する弁ブロックである。
【０００９】
伸び計１１は、先端部を供試体ＳＰに係止する一対のレバーと、供試体ＳＰの変形に追従して一対のレバーを弾性変形させるバネ板と、バネ板に設けられて一対のレバーの開閉量を検出する歪みゲージを備えるタイプのものを使用することができる。初期セット状態では、伸び計１１の出力は初期出力値を有するが、材料試験機側でその出力値をゼロとして認識して用いる。したがって、疲労試験のように、伸び量が振動する場合にも適切に使用できる。
【００１０】
１００はコントローラであり図２に詳細を示す。すなわち、コントローラ１００は、伸び計１１からのアナログ検出信号のアンプ１０１と、ロードセル７のアナログ検出信号のアンプ１０２と、サーボ弁１２１を駆動する信号を出力するサーボアンプ１０３とを備えている。サーボアンプ１０３には、目標信号設定回路１０４で設定された目標信号と、切換器１０６により選択した荷重または伸びの検出信号との偏差信号が加算器１０５を介して入力される。サーボアンプ１０３は、入力される偏差に応じた制御電流をサーボ弁１２１へ出力する。サーボアンプ１０４とサーボ弁１２１との間には高速開閉動作可能な、例えば１ｍｓで開閉動作するリレー１３が介装されている。後述するように、リレー１３は常閉接点を有し、異常検出時に接点が開くようにする。コントローラ１００にはデータ処理装置４００が通信ラインで接続されている。データ処理装置４００は、ＣＰＵやその他の周辺回路を有するとともに、試験条件を入力するキーボードや、試験機本体１から送信されてくる計測データを表示するモニタなどを備えている。
【００１１】
図２に示すように、油圧シリンダ８の一対の油室８ａ，８ｂは一対の管路１２１、１２２によりサーボ弁１２１と接続されている。したがって、サーボ弁１２１により、油圧シリンダ８の油室８ａ，８ｂに油圧源３００から圧油が供給、排出される。一対の管路１２１、１２２を連通する管路１２３には電磁式開閉弁１２４が介装されている。また、管路１２１，１２２にはサーボ弁１２１と油室８ａ，８ｂを連通遮断する電磁式開閉弁１２５，１２６がそれぞれ設けられている。リレー１３と電磁式開閉弁１２４〜１２６は高速アラームユニット（異常検出回路）２００からの信号で開閉される。
【００１２】
高速アラームユニット２００は、伸び計１１からの変位検出信号の値が所定範囲内に収まっていないときに異常信号を出力するプログラマブルコンパレータ２０１と、ロードセル７からの荷重検出信号の値が所定範囲内に収まっていないときに異常信号を出力するプログラマブルコンパレータ２０２と、目標信号と検出信号との偏差の値が所定範囲内に収まっていないときに異常信号を出力するプログラマブルコンパレータ２０３と、プログラマブルコンパレータ２０１〜２０３の出力の論理和を取るオア回路２０４とを備えている。
【００１３】
コンパレータ２１０〜２０３のしきい値は、試験条件に応じて変更できる。たとえば、供試体によって伸び量の最大値あるいは最小値が異なるので、異常判断レベル（しきい値）が変動するからである。なお、この実施の形態のコンパレータ２０１〜２０３はいわゆるウインドコンパレータであるが、上限値または下限値だけをモニタして異常を検出できる場合には、ウインドコンパレータを使用する必要はない。
【００１４】
次に、実施の形態による材料試験機の動作について説明する。以下では、目標変位信号を設定して油圧シリンダ８を変位フィードバック制御する場合について説明する。
加算器１０５は、伸び計１１からの変位検出信号と目標信号設定回路１０４からの目標変位信号との偏差を算出する。偏差信号はパワーアンプ１０３に入力され、偏差に応じた駆動信号がリレー１３を介してサーボ弁１２１に出力される。これにより、油圧シリンダ８は供試体ＳＰが目標変位信号に追従するように駆動される。
【００１５】
供試体ＳＰが破断して伸び計１１が供試体ＳＰから脱落すると、伸び計１１は初期状態となり初期値を出力する。コンパレータ２０１のしきい値は伸び計１１からの初期値を含まない範囲が設定されている。そのため、アラームユニット２００のコンパレータ２０１から異常検出信号がオア回路２０４を介して出力される。異常検出信号により、リレー１３が高速に開き、サーボアンプ１０３とサーボ弁１２１とが高速に切り離される。また、異常検出信号により、サーボ弁１２１と油室８ａおよび８ｂを接続する管路１２１、１２２に介装した開閉弁１２５，１２６が閉じるので、サーボ弁１２１への圧油の供給も中止される。これにより、油圧シリンダ８への圧油の供給が停止され、油圧シリンダ８は停止する。
【００１６】
さらに、異常検出信号によりバイパス弁１２３が開いて管路１２１と１２２が連通するから、油圧シリンダ８の一対の油室８ａと８ｂは同圧になり、油圧シリンダ８は無力化する。サーボ弁１２１への駆動信号が遮断されると、油圧シリンダ８への圧油の供給が絶たれるが、油室８ａ，８ｂに高圧油が閉じ込められることがあるので、油室８ａ，８ｂを同圧にして油圧シリンダ８を無力化するのが好ましい。ここで、無力化とは油圧シリンダ８のピストンロッド８１を小さい力で伸縮駆動できるという意味である。
【００１７】
高速アラームユニット２００は、コンパレータ２０１〜２０３によりアナログ計測信号をしきい値と比較して計測信号の異常を検出し、異常時のコンパレータ出力によりリレー１３や電磁開閉弁１２４〜１２６を駆動する。そして、接点開放応答速度が１ｍｓ程度の高速リレー１３を採用する。したがって、従来のように、試験機本体１と処理装置４００との間でデータ通信シリンダながらソフトウエアにより異常判定を行い、さらに、油圧源停止動作を行う場合に比べて格段に高速（例えば、数ｍｓ、好ましくは２ｍｓ〜５ｍｓ）で油圧シリンダ８の駆動を停止し、あるいは油圧シリンダ８を無力化することができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記実施例に示す構成のものに限定されず、請求項の主要部を逸脱しない範囲内で種々変形できる。たとえば、電磁式開閉弁１２４〜１２６を省略し、リレー１３だけでもよい。あるいは、リレー１３を省略してバイパス弁１２４だけでもよい。材料試験機本体の構成も実施例に限定されない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、計測器から異常信号が出力されたことを検出する異常検出回路を材料試験機本体や処理装置とは別にアナログ回路として設けたので、異常検出から油圧シリンダを停止し、あるいは無力化するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気油圧式材料試験機の一実施の形態を示す構成図。
【図２】図１の電気油圧式材料試験機の詳細構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１：試験機本体７：ロードセル
８：油圧シリンダ１１：伸び計
１３：リレー１００：コントローラ
１２１：サーボ弁１２４〜１２６：電磁式開閉弁
２００：異常検出回路２０１〜２０３：プログラマブルコンパレータ
ＳＰ：供試体

Claims

供試体を負荷する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダへの圧油の給排を行って前記油圧シリンダの駆動を制御するサーボ弁と、
前記供試体の変形量または前記供試体に働く負荷荷重に応じた検出信号を出力する計測器と、
前記検出信号により前記サーボ弁の駆動を制御する駆動信号を出力するサーボ弁駆動回路と、
前記検出信号をしきい値と比較して異常のときに異常信号を出力する異常検出回路と、
前記異常検出回路から前記異常信号が出力されたときに前記サーボ弁への駆動信号を遮断するリレーとを備えることを特徴とする電気油圧式材料試験機。
請求項１の電気油圧式材料試験機において、
前記異常検出回路から異常信号が出力されたとき、前記油圧シリンダの一対の油室を連通する開閉弁をさらに備えることを特徴とする電気油圧式材料試験機。