JP2004354081A - Fatigue tester - Google Patents

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    • G01N2203/0042Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048Hydraulic means

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fatigue tester, of which the testing precision can be enhanced, capable of being utilized in a hydraulic servo fatigue tester or the like for acquiring ultrahigh cycle region data. <P>SOLUTION: The fatigue tester 10 is equipped with a main body 11 having a test piece attaching part 20 and an actuator part 40, and a control means 60 which performs feedback control for feeding back the detection signal corresponding to the load applied to a test piece 1 and constituted so that the algorithm of the calculation processing related to the correction of a mu-factor is stepwise changed over corresponding to the converging degree to a target value signal of a detection signal when the waveform of the detection signal is compared with that of the target value signal and the calculation processing related to the correction of the mu-factor and a zero point is performed on the basis of the comparison result by a mu-factor/zero point correcting calculation means 78. Further, this tester may be constituted so as to stepwise change over the algorithm of the calculation processing related to the correction of not only the mu-factor but also the zero point. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、疲労試験機に係り、例えば、超高サイクル域データ取得用の油圧サーボ疲労試験機等に利用できる。
【0002】
【背景技術】
機械構造物の破損の7〜8割以上は疲労が原因とされており、疲労に対する対策は機械技術者にとって最も切実な課題の一つである。一般に、鉄鋼材料のS−N曲線には10〜10程度の繰返し数で水平部、すなわち疲労限度が現れる。そして、航空機や原子力機器等の一定期間での修理や部品交換が前提となる場合を除き、一般の機械では疲労限度を基準とした設計が行われている。
【0003】
しかし、近年、高強度鋼や表面硬化鋼等において、10〜10以上の長寿命域でもS−N曲線に水平部が現れず、疲労限度が認められない現象が報告されるようになってきた。この現象は超高サイクル疲労、あるいは超長寿命疲労と呼ばれ、現在、その機構解明を目指して活発な研究がなされている。
【0004】
このような超高サイクル疲労を対象とする試験機には、繰返し速度、荷重精度、荷重安定性、偏荷重の除去等において、従来の疲労試験機に比べ、高い性能が要求される。そこで、本願出願人により、DSP(Digital Signal Processor)コントローラを用いたデジタル制御を行って油圧サーボ機構を操作することにより、荷重精度、荷重安定性、操作性を高めた軸荷重疲労試験機が開発されている(特許文献1参照)。この軸荷重疲労試験機では、試験機本体構成部品の一体化を進めて高剛性化を図り、系の固有振動数を高くすることで、高応答性を確保し、超高サイクル域のデータの多数取得を実現している。また、試験片取付部に球状ベアリング(球面軸受)が組み込まれ、試験片に引張荷重が負荷される際に自動調芯が行われるようになっている。さらに、DSPコントローラには、コンピュータが接続され、このコンピュータの画面上で、試験中の実測値の表示や制御パラメータの入力を行うことができるようになっている。
【0005】
この他に、デジタル制御を行う油圧式の疲労試験機としては、例えば、制御対象出力量の値が複数の所定レベルの各々に達する都度に、データサンプリングを行うようにした低サイクル疲労試験機等がある(特許文献2等参照)。この低サイクル疲労試験機では、制御対象出力量の反復変化の一周期当たりのデータポイントの個数を、その反復変化の周期の長短に影響されることなく、適正個数に近づけることができる。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−243606号公報(図1、図3、段落[0061]〜[0063]、[0068]、[0074]〜[0076])
【特許文献2】
特開2000−131203号公報(図1、図7、段落[0007]〜[00011]、[0026]、[0040])
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、疲労試験機は、様々な外乱の影響を受けるため、増幅率を一定値とすると荷重信号が目標値信号に追従しない場合がある。このような場合には、荷重信号の最大値および最小値をリアルタイムでモニタし、このモニタ結果と目標値信号とのずれ量から最適な増幅率補正量および零点補正量を計算し、この計算結果に基づき、増幅率および零点を補正するという外乱に対する修正動作が行われる。このような比例制御は、外乱等があってもそれに適応して増幅率および零点を時々刻々と変化させることから、適応比例制御と呼ばれることがあり、前述した特許文献1に記載された疲労試験機でも、この適応比例制御が行われている。
【0008】
しかし、このような適応比例制御を行った場合でも、荷重信号が目標値信号にある程度収束すると、それ以上収束しなくなる場合があるため、この問題を解消し、より一層収束の度合いを高めて試験精度を向上させることが望まれる。
【0009】
また、前述した特許文献2には、増幅率の自動的な制御を行うAGC(Auto Gain Control)方式は、制御の実行中に、あるサイクルで実際に発生した制御対象出力量の振幅に基づき、その次のサイクルに用いる目標値信号の振幅の大きさを修正する方式であるため、最初の1サイクルから高精度な制御を行うことはできないので、試験片の応力−ひずみ曲線のヒステリシスカーブの面積が比較的大きい低サイクル疲労試験への適用は困難である旨が記載されている。従って、前述した特許文献2に記載された低サイクル疲労試験機は、そもそもAGC方式の制御を行っていないので、上記のような問題を解消するものではない。
【0010】
さらに、前述した特許文献1に記載された疲労試験機では、DSPコントローラに接続されたコンピュータの画面上で、試験中の実測値(例えば、試験片に負荷されている荷重や、その最大値、最小値、関数発生器の信号の値等)の表示が行われているが、これらの表示は、荷重値や電圧値としての表示であり、実験者が必要とする応力表示ではない。従って、実験者は、試験片直径をもとに、計算を行って応力を把握しなければならなかった。また、制御パラメータの入力も、応力値で入力することはできず、試験片直径をもとに、制御すべき荷重や電圧の値を計算して制御パラメータとして入力する必要があった。さらに、誤認識や誤入力があれば、試験精度向上の妨げにもなる。このため、試験機の操作性や使い勝手を向上させ、実験者の操作の手間や判断の手間を軽減し、より確実に試験精度の向上を図ることができる環境を作り出すことが望まれる。
【0011】
ところで、超高サイクル疲労研究において対象となる高強度材料の疲労破壊は、低・中強度材料の疲労破壊に比べ、表面傷や表面に存在する介在物の応力集中に敏感である。もし、試験片に偏荷重が作用すると、本来なら内部破壊するものでも表面破壊を生じることがある。このような場合、試験結果の信頼性が著しく低下するおそれがあるので、試験片の芯合わせに細心の注意が必要であり、また、これを回避すべく調芯作業の簡略化(アライメントフリー)を図るのであれば、超高サイクル疲労研究に用いる試験機および試験片には偏荷重を防止する機構等が求められる。そこで、前述した特許文献1に記載された疲労試験機では、試験片取付部に球状ベアリングを組み込み、試験片に引張荷重が負荷される際に自動調芯が行われるようにすることで、アライメントフリーを実現している。
【0012】
しかし、このように球状ベアリングを組み込んだ場合には、試験条件が、引張荷重のみが負荷される疲労試験(引張−引張疲労試験)に限られ、圧縮負荷を伴う疲労試験を行うことができない。疲労研究では応力比(最小応力/最大応力)が−1となる引張−圧縮疲労試験が基本データとなるため、超高サイクル疲労研究に用いる軸荷重疲労試験機は、アライメントフリー機能を有し、かつ、引張−圧縮荷重の負荷が可能である機構を備えていることが求められる。一方、このような機構が無い場合に高精度のデータを得るためには、偏荷重防止のために、試験片にひずみゲージを貼って調芯作業を行う必要がある。しかし、この調芯作業は、一回の試験毎に行う必要があり、膨大な時間と労力を費やす。このため、アライメントフリーを実現しつつ偏荷重防止を図ることで、試験精度を向上させることが望まれる。
【0013】
本発明の目的は、試験精度を向上させることができる疲労試験機を提供するところにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試験片を取り付ける試験片取付部および試験片に荷重を負荷するアクチュエータ部を有する本体と、試験片に負荷される荷重に応じた検出信号をフィードバックしてアクチュエータ部の動作を制御するための制御信号を本体に送るフィードバック制御を行う制御手段とを備えた疲労試験機において、制御手段は、フィードバック制御をデジタル処理で行うデジタルコントローラを備えて構成され、このデジタルコントローラは、検出信号と目標値信号との偏差量に応じた制御信号を発生する制御信号発生手段と、検出信号の波形と目標値信号の波形とを比較してこの比較結果に基づき制御信号の発生処理に用いられる増幅率および零点の補正に関する計算処理を行う増幅率補正/零点補正計算手段と、この増幅率補正/零点補正計算手段による計算結果に基づき増幅率の補正処理を行う増幅率補正手段と、増幅率補正/零点補正計算手段による計算結果に基づき零点の補正処理を行う零点補正手段とを含んで構成され、増幅率補正/零点補正計算手段は、検出信号の目標値信号への収束度に応じて増幅率の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされていることを特徴とするものである。
【0015】
ここで、「増幅率および零点の補正に関する計算処理」には、増幅率や零点の元の値(補正前の値)に対して増減する分の量を計算する処理、および補正後の零点や増幅率の値そのもの(修正値そのもの)を計算する処理のいずれも含まれる。
【0016】
また、「アルゴリズムを段階的に切り替える構成」には、2つのアルゴリズムを切り替える構成、および3つ以上のアルゴリズムを切り替える構成のいずれも含まれる。この際の切替は、一回切り替えたら元のアルゴリズムに戻ることはない一方通行の切替、および一回切り替えても再び元のアルゴリズムに戻ることがあり得る相互方向通行の切替のいずれも含まれる。
【0017】
さらに、「アルゴリズム」を「切り替える」ことには、例えば、以下のようなことが含まれる。すなわち、(1)計算処理に使用される数式の形態そのものを切り替えることが含まれる。例えば、1次関数から2次関数への変更、べき乗数の変更、加算項から減算項への変更またはその逆の変更、項数の変更等である。(2)計算処理に使用される数式に含まれる係数や定数の値を切り替えることが含まれる。例えば、0.1%を乗じていた処理を、0.05%を乗じる処理に変更する等である。(3)計算処理に使用されるデータやデータ群を切り替えることが含まれる。(4)選択処理(例えばIF文等の処理)や分岐処理(例えばCASE文等の処理)の構造を切り替えることが含まれる。例えば、プログラム内における選択処理の順序や位置の変更、分岐数の増減、選択処理や分岐処理の重層度合いの変更等である。(5)全く異種のアルゴリズムへ切り替えることが含まれる。例えば、数式を用いた計算処理を行うアルゴリズムから、データの選択処理を行うアルゴリズムへの切替、あるいは数式を用いた計算処理を行うアルゴリズムから、異なる処理内容のルーチン(例えば、異なる数式を用いるルーチン、異なるデータを用いるルーチン等)の選択処理を行うアルゴリズムへの切替等である。
【0018】
このような本発明の疲労試験機においては、増幅率補正/零点補正計算手段により、検出信号の波形と目標値信号の波形とを比較してこの比較結果に基づき増幅率および零点の補正に関する計算処理を行う際に、検出信号の目標値信号への収束度に応じ、増幅率の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える。
【0019】
このため、検出信号が目標値信号にある程度収束したときに、増幅率の補正に関するアルゴリズムを切り替えることにより、収束が頭打ちになる状態を回避し、検出信号の目標値信号への収束度を高めることが可能となる。従って、試験精度の向上が図られ、これにより前記目的が達成される。
【0020】
また、前述した疲労試験機において、増幅率補正/零点補正計算手段は、検出信号の目標値信号への収束度に応じて零点の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされていることが望ましい。
【0021】
このように零点の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とした場合には、増幅率のみならず、零点の補正に関する計算処理についても、アルゴリズムが切り替えられるので、検出信号の目標値信号への収束度をより一層高め、試験精度をより一層向上させることが可能となる。
【0022】
さらに、以上に述べた疲労試験機において、増幅率補正/零点補正計算手段は、周期的に変化する検出信号の波形と、周期的に変化する目標値信号の波形とを波形一周期毎に比較し、この比較結果として得られた双方の波形のずれ量に基づき増幅率および零点の補正に関する計算処理を波形一周期毎に行うとともに、この計算処理を行う際にアルゴリズムを切り替えるか否かを波形一周期毎に判断する構成とされていることが望ましい。
【0023】
このようにアルゴリズムを切り替えるか否かの判断を波形一周期毎に行う構成とした場合には、適切なタイミングでアルゴリズムの切替を行うことが可能となり、収束の速度が上がり、試験精度のより一層の向上が図られる。
【0024】
なお、本願明細書では、以上に述べた増幅率や零点の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える処理を伴う制御を、多段適応比例制御(MAP:Multimode Adaptive Proportional Control)と呼ぶものとする。このような多段適応比例制御は、本発明の疲労試験機だけではなく、他の制御対象装置にも適用することができる。すなわち、制御対象装置(疲労試験機の本体に相当するもの。)からの出力信号(試験片に負荷される荷重に応じた検出信号に相当するもの。)をフィードバックして制御対象装置を制御するための制御信号を制御対象装置に送るフィードバック制御を行うシステムを実現するにあたり、フィードバック制御をデジタル処理で行うデジタルコントローラを設け、このデジタルコントローラを、出力信号と目標値信号との偏差量に応じた制御信号を発生する制御信号発生手段と、出力信号の波形と目標値信号の波形とを比較してこの比較結果に基づき制御信号の発生処理に用いられる増幅率および零点の補正に関する計算処理を行う増幅率補正/零点補正計算手段と、この増幅率補正/零点補正計算手段による計算結果に基づき増幅率の補正処理を行う増幅率補正手段と、増幅率補正/零点補正計算手段による計算結果に基づき零点の補正処理を行う零点補正手段とを含む構成とし、増幅率補正/零点補正計算手段を、出力信号の目標値信号への収束度に応じて増幅率の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成としてもよい。また、増幅率に加え、零点の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成としてもよい。
【0025】
そして、本発明は、試験片を取り付ける試験片取付部および試験片に荷重を負荷するアクチュエータ部を有する本体と、試験片に負荷される荷重に応じた検出信号をフィードバックしてアクチュエータ部の動作を制御するための制御信号を本体に送るフィードバック制御を行う制御手段とを備えた疲労試験機において、制御手段は、フィードバック制御をデジタル処理で行うデジタルコントローラと、このデジタルコントローラに接続されてデジタルコントローラとの間で情報の送受信を行うことによりフィードバック制御に関する処理以外の処理を行う外部処理装置とを備えて構成され、外部処理装置は、試験中以外の状態でアクチュエータ部を動作させる場合に使用する待機中画面を表示する処理およびこの待機中画面を用いて行われる実験者によるアクチュエータ部に対する操作入力を受け付ける処理を行う待機中画面表示・入力受付処理手段と、試験条件を設定するための試験条件設定画面を表示する処理およびこの試験条件設定画面を用いて行われる実験者による試験条件の設定入力を受け付ける処理を行う試験条件設定画面表示・入力受付処理手段と、試験中に試験状況をモニタする試験中画面を表示する処理およびこの試験中画面を用いて行われる実験者による入力を受け付ける処理を行う試験中画面表示・入力受付処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0026】
ここで、「フィードバック制御に関する処理」には、フィードバックのメインループの処理の他に、例えば、前述した増幅率および零点の補正に関する計算処理、並びに増幅率および零点の補正処理等が含まれる。
【0027】
このような本発明の疲労試験機においては、デジタルコントローラとは別途に設けられた外部処理装置により、待機中画面、試験条件設定画面、試験中画面の3つの画面の表示処理およびこれらの画面を用いた入力の受付処理を行う。従って、試験機操作の各状況毎に、つまり試験の準備段階から本番段階に至るまでの各場面毎に、これらの画面が切り替わる。
【0028】
このため、実験者は、試験およびその準備の各場面において、3つの画面のいずれかを参照しながら、各場面で必要となる情報の表示のみを確認し、また、各場面で必要となる入力作業のみを行う。従って、実験者は、試験およびその準備の各場面で必要最低限の操作を行えばよくなり、余分な操作を行ったり、余分な情報を参照して余分な事を考える余地を排除することが可能となるので、操作性の向上が図られる。そして、操作性の向上が図られることから、誤認識や誤操作等の発生も回避または抑制されるので、試験精度の向上にも繋がる。
【0029】
なお、待機中画面表示・入力受付処理手段、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段、および試験中画面表示・入力受付処理手段に加え、ある操作を実行中に、行ってはならない操作または行うべきでない操作を強制的に無効にする相反操作強制無効手段、あるいは実験者により入力されるパラメータ(試験条件等)が異常か否かを監査する入力パラメータ監査手段を設けてもよく、これらを設けることで、誤操作が防止されるので、試験精度のより一層の向上に繋がる。
【0030】
また、待機中画面表示・入力受付処理手段、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段、および試験中画面表示・入力受付処理手段は、全て外部処理装置に設けられ、デジタルコントローラは、これらの手段により行われる3つの画面の表示処理や3つの画面での入力受付処理を負担しない。すなわち、実験者と試験機との間のマンマシンインターフェースの機能は、全て外部処理装置により実現し、デジタルコントローラは、制御性能に直接関係する演算処理のみを負担する。このため、デジタルコントローラの処理負担が軽減され、応答性や荷重精度、外乱に対する収束性等の制御性能に直接関係する演算処理の速度が向上するので、この点でも試験精度の向上が図られ、これらにより前記目的が達成される。
【0031】
また、前述した疲労試験機において、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段は、試験条件設定画面で試験条件として、最大応力および最小応力の組合せ、最大応力および応力比の組合せ、最小応力および応力比の組合せのうちのいずれかの組合せ、並びに試験片直径の入力を受け付ける構成とされ、試験中画面表示・入力受付処理手段は、試験中画面で試験状況として、応力のグラフ表示を行う構成とされていることが望ましい。
【0032】
このように試験条件設定画面での応力・応力比・試験片直径による入力受付、および試験中画面での応力のグラフ表示を行う構成とした場合には、実験者は、応力・応力比・試験片直径という普段使用するパラメータのみを使用すればよくなるので、試験機の操作性が向上する。また、試験中画面での応力表示がグラフ化されているので、実験者は、直感的に試験状況を把握することが可能となり、試験機の操作性がより一層向上する。このため、疲労試験機や制御の知識がない実験者でも容易に疲労試験を行うことが可能となる。
【0033】
なお、以上に述べた外部処理装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムは、以下に示すように、プログラムそれ自体でも流通対象や取引対象となる。すなわち、以上に述べた外部処理装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムまたはその一部は、例えば、光磁気ディスク(MO)、コンパクトディスク(CD)を利用した読出し専用メモリ(CD−ROM)、CDレコーダブル(CD−R)、CDリライタブル(CD−RW)、デジタル・バーサタイル・ディスク(DVD)を利用した読出し専用メモリ(DVD−ROM)、DVDを利用したランダム・アクセス・メモリ(DVD−RAM)、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ、ハードディスク、読出し専用メモリ(ROM)、電気的消去および書換可能な読出し専用メモリ(EEPROM)、フラッシュ・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)等の記録媒体に記録して保存や流通等させることが可能であるとともに、例えば、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)、メトロポリタン・エリア・ネットワーク(MAN)、ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)、インターネット、イントラネット、エクストラネット等の有線ネットワーク、あるいは無線通信ネットワーク、さらにはこれらの組合せ等の伝送媒体を用いて伝送することが可能であり、また、搬送波に載せて搬送することも可能である。さらに、以上に述べたプログラムは、他のプログラムの一部分であってもよく、あるいは別個のプログラムと共に記録媒体に記録されていてもよい。
【0034】
また、本発明は、試験片に荷重を負荷するアクチュエータ部と、このアクチュエータ部による荷重方向に沿う方向に配置される状態で試験片を取り付ける試験片取付部とを備え、試験片取付部には、試験片の両側の端部をそれぞれ掴む掴み部が設けられ、これらの各掴み部には、試験片の両側の端面がそれぞれ当接される試験片当接面が形成されている疲労試験機において、試験片の両側の端面は、平行度0.01を満たし、かつ、試験機本体構成部品の各面のうち、対向する各掴み部の試験片当接面同士の平行度を規定する役割を果たす各面も、全て平行度0.01を満たす状態で仕上げられているとともに、試験片を試験片取付部に取り付けた状態で、試験片の各端部の外周面と各掴み部との間に隙間が形成される構成とされていることを特徴とするものである。
【0035】
ここで、「平行度」とは、製図学上の平行度(製作図面に記載する平行度)であり、平面部分の基準平面に対する平行度である。「平行度0.01」は、基準平面にそれぞれ平行で0.01mmの間隔を持つ二つの平面の間の空間を許容域にするという意味である。基準平面は、例えば、各部品の反対側の面等とすればよい。
【0036】
また、「対向する各掴み部の試験片当接面同士の平行度を規定する役割を果たす各面」とは、複数の試験機本体構成部品を組み立てて試験機本体を構成するときに、結果的に、各掴み部の試験片当接面同士の相対姿勢に影響を及ぼすことになる面をいう。
【0037】
このように試験片および試験機本体構成部品の各面の平行度を向上させ、かつ、試験片の端部と掴み部とのはめ合いを緩めにした場合には、平行度を向上させたことから、偏荷重の発生が抑えられ、また、緩めのはめ合いであることから、試験片に側面(試験片の端部の外周面)からの拘束力が加わらないようになり、偏荷重の発生を抑えることが可能となる。このため、試験精度の向上が図られる。さらに、通常、はめ合いを緩くすると、疲労試験中に試験片の横ずれが懸念されるが、試験片および試験機本体構成部品の各面の平行度を向上させているので、試験片には横ずれを生じさせる力が加わらない。
【0038】
さらに、前述した疲労試験機において、試験本番で用いる試験片の各端部の外周面と各掴み部とのはめ合いの隙間は、試験前に行う調芯作業で用いる調芯用ダミー試験片の各端部の外周面と各掴み部とのはめ合いの隙間よりも大きいことが望ましい。
【0039】
このように試験本番で用いる試験片よりも大きい端部を有する調芯用ダミー試験片を用いて調芯作業を行うことができる構成とした場合には、試験前に調芯用ダミー試験片を用いて調芯作業を行った後に、調芯用ダミー試験片を取り除き、試験本番で用いる試験片を取り付ける。これにより、調芯作業を精度よく行うことが可能になることに加え、前述した緩めのはめ合いも容易に実現可能となる。また、調芯用ダミー試験片による調芯作業を一回行えば、そのままの状態で複数の試験を行うことが可能であり、実験者の作業の手間が軽減される。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1には、本実施形態の疲労試験機10の全体構成が示されている。また、図2は、疲労試験機10の本体11を構成する試験片取付部20の断面図であり、図3は、試験片取付部20の要部の拡大断面図である。さらに、図4〜図6には、疲労試験機10の制御手段60を構成する外部処理装置90による処理に伴う画面例が示されている。この疲労試験機10は、超高サイクル域データを取得するための疲労試験機である。
【0041】
図1において、疲労試験機10は、試験片1を取り付けてこの試験片1に荷重を負荷する本体11と、この本体11における荷重の負荷のための動作を制御する制御手段60とを備えて構成されている。
【0042】
本体11は、試験片1を取り付ける試験片取付部20と、試験片1に荷重を負荷するアクチュエータ部40と、このアクチュエータ部40に供給する油圧の切換操作を行うサーボバルブ50とを備えて構成されている。
【0043】
図2において、試験片取付部20は、試験片1の上側の端部1Aに複数の部品を介して接続されて試験片1にかかる負荷を検出するロードセル21と、このロードセル21のひずみを検出するひずみ計22と、ロードセル21を保持するロードセルホルダ23と、試験片1の上側の端部1Aを掴む上側(ロードセル21側)の掴み部24と、試験片1の下側の端部1Bを掴む下側(ピストン41側)の掴み部25とを含み構成されている。
【0044】
ロードセル21は、複数本のボルト26によりロードセルホルダ23の上面23Aに固定されている。ロードセル21は、試験片1から力を受けて微小変形し、そのときの歪みがひずみ計22により検出され、これにより試験片1にかかる負荷が検出されるようになっている。
【0045】
ロードセルホルダ23は、図示されない複数本のボルトによりアクチュエータ部40のシリンダ42の上面42Aに固定されている。このロードセルホルダ23は、上下のフランジ部を複数本(例えば2本)の支柱部により連結した構成を有し、例えば一塊の金属材料により形成されている。
【0046】
上側の掴み部24には、上方に向かって延びる丸棒状の軸部27が設けられ、この軸部27の上部には、雄ねじ28が切られている。軸部27とロードセル21との間には、ブッシュ29が挟み込まれ、これにより荷重方向(図2中の上下方向)と直交する方向についての上側の掴み部24とロードセル21との相対的な位置決めが行われている。また、軸部27の雄ねじ28には、ロックナット30が螺合され、このロックナット30を締め込むことにより、荷重方向についての上側の掴み部24のロードセル21に対する相対的な位置が固定されるようになっている。
【0047】
下側の掴み部25は、アクチュエータ部40の第一ピストンロッド41Bの先端に設けられたピストン用ねじ41Dに螺合されて第一ピストンロッド41Bに固定されている。これにより試験片1に対し、アクチュエータ部40のピストン41の進退運動による荷重が負荷されるようになっている。
【0048】
図2および図3において、試験片1の上下の端部1A,1Bを掴む各掴み部24,25は、試験片1の上下の端部1A,1Bを挿入する例えば円形状の挿入穴31,32が形成された試験片ホルダ24A,25Aと、複数本のボルト33,34の締め込みにより各挿入穴31,32に挿入された試験片1の上下の端部1A,1Bを押さえ付けて固定する試験片固定蓋24B,25Bとを備えて構成されている。各試験片固定蓋24B,25Bは、中央に試験片1を挿通する貫通孔を備えた円盤形状、すなわちドーナツ形状を有し、例えば、それぞれ二分割され、互いに線対称に配置される略半円形の蓋片により構成されている。
【0049】
また、各試験片固定蓋24B,25Bは、それぞれ二分割ではなく、それぞれ三分割等としてもよい。例えば、三分割とする場合には、120度ずつに分割して略扇形の蓋片とし、これらの各々の蓋片をそれぞれ2本のボルト33,34を用いて各試験片ホルダ24A,25Aに固定する。つまり、試験片固定蓋24Bを合計6本のボルト33で固定し、試験片固定蓋25Bを合計6本のボルト34で固定する。これにより、同じ合計6本のボルト33,34で固定するにしても、二分割の場合に比べて三分割の方が、試験片1の各端部1A,1Bへの荷重のかかり方が均等になる。従って、試験片1にとっては、二分割の試験片固定蓋24B,25Bよりも、三分割の試験片固定蓋24B,25Bを使用した方が、無理のない負荷が可能となる。但し、二分割の方が、取付けが容易であるという利点もある。このため、例えば長寿命域で試験片1の上下の端部1A,1Bと各試験片固定蓋24B,25Bとの接触部から疲労破壊してしまう可能性のある材料については、三分割の試験片固定蓋24B,25Bを使用し、例えば高強度鋼等のように上記のような破壊が生じない材料については、二分割の試験片固定蓋24B,25Bを使用する等により、試験片1の材料に応じ、分割数の異なる試験片固定蓋24B,25Bを使用するようにしてもよい。
【0050】
図3において、試験片ホルダ24A,25Aに形成された挿入穴31,32の底面は、試験片1の上下の端面1C,1Dがそれぞれ当接される試験片当接面31A,32Aとなっている。また、試験片1を試験片取付部20に取り付けた状態では、試験片1の上下の端部1A,1Bの外周面1E,1Fと、上下の掴み部24,25の試験片ホルダ24A,25Aに形成された挿入穴31,32の内周面(側面)31B,32Bとの間に、隙間35,36がそれぞれ形成されるようになっている。
【0051】
また、図3において、試験前に行う調芯作業で用いる調芯用ダミー試験片の上下の端部2A,2Bが、図中二点鎖線で示されている。この調芯用ダミー試験片は、上下の端部2A,2B以外の部分については、試験本番で用いる試験片1と同じである。そして、調芯用ダミー試験片の上下の端部2A,2Bの外径寸法(直径)W1,W2は、試験本番で用いる試験片1の上下の端部1A,1Bの外径寸法(直径)D1,D2よりも、それぞれ大きくなっている。従って、上下の掴み部24,25の試験片ホルダ24A,25Aに形成された挿入穴31,32の内径寸法(直径)をH1,H2とすると、試験本番で用いる試験片1の上下の端部1A,1Bの外周面1E,1Fと、挿入穴31,32の内周面(側面)31B,32Bとのはめ合いの隙間(H1−D1),(H2−D2)は、調芯用ダミー試験片の上下の端部2A,2Bの外周面2E,2Fと、挿入穴31,32の内周面(側面)31B,32Bとのはめ合いの隙間(H1−W1),(H2−W2)よりも、それぞれ大きくなっている。
【0052】
さらに、上下の掴み部24,25の試験片当接面31A,32A(図3参照)同士の平行度を規定する役割を果たす各構成部品(図2参照)の加工精度は高く、各構成部品の各面(上面または下面)は、平行度0.01を満たす仕上げとなっている。また、これらの各面の表面粗さは、研磨仕上げ相当の粗さとなっている。なお、これらの各面の平行度は、荷重方向(ピストン41の進退方向)に対する直角度を確保したうえでの平行度である。
【0053】
具体的には、次の面について、平行度0.01および研磨仕上げ相当の粗さとなる加工が行われている。すなわち、図3において、(1)試験片1の上下の端面1C,1D、(2)上下の掴み部24,25の試験片当接面31A,32A、(3)試験片1の上下の端部1A,1Bの対向面1G,1H、(4)これらの対向面1G,1Hに当接する上下の試験片固定蓋24B,25Bの裏側底面24C,25C、(5)上下の掴み部24,25の試験片ホルダ24A,25Aの表面24D,25D、(6)これらの表面24D,25Dに接合される上下の試験片固定蓋24B,25Bの裏側接合面24E,25Eについて、上記の条件を満たす高精度な加工が行われている。
【0054】
また、図2において、(7)アクチュエータ部40のシリンダ42の上面42A、(8)ロードセルホルダ23の下面23B、(9)ロードセルホルダ23の上面23A、(10)ロードセル21の下面21A、(11)ロックナット30の下面30A、(12)ブッシュ29の上面29A、(13)ブッシュ29の下面29B、(14)上側の掴み部24の上面24F、(15)下側の掴み部25の下面25F、(16)第一ピストンロッド41Bの上端面41Eについて、上記の条件を満たす高精度な加工が行われている。
【0055】
アクチュエータ部40は、前述した本願出願人による特許文献1に記載の疲労試験機のアクチュエータ部と同様のものであるため、詳細な図示による説明は省略する。図1において、アクチュエータ部40は、試験片1に荷重を負荷するための進退運動を行うピストン41と、このピストン41の周囲に配置されてピストン41の摺動を案内するシリンダ42とを備えている。そして、ピストン41は、前後の油圧差により進退運動を行うヘッド部41Aと、このヘッド部41Aの前進側に設けられた第一ピストンロッド41Bと、ヘッド部41Aの後退側に設けられた第二ピストンロッド41Cとを含み構成されている。
【0056】
シリンダ42の内部の円柱状の空間には、ピストン41のヘッド部41Aの前進側に第一圧力室43が形成され、ヘッド部41Aの後退側に第二圧力室44が形成されている。これらの第一圧力室43および第二圧力室44には、シリンダ42に形成された第一流路45および第二流路46を通してヘッド部41Aに油圧をかけるための油が供給されるようになっている。
【0057】
サーボバルブ50は、前述した本願出願人による特許文献1に記載の疲労試験機のサーボバルブと同様のものであり、図示されない四つのポート、すなわちPポート、Rポート、C1ポート、C2ポートを備えている。このうち、Pポートは、図示されない油圧ユニットの供給圧配管に接続され、Rポートは、図示されないオイルタンクに繋がる戻り配管に接続されている。また、C1ポート、C2ポートは、アクチュエータ部40のシリンダ42に形成された第一流路45、第二流路46にそれぞれ接続されている。
【0058】
サーボバルブ50は、DSPコントローラ70から送られてくる電流信号または電圧信号により、Pポートから入ってきた油をC1またはC2ポートに切り換えて流すようになっている。例えば、C1ポートに切り換えたときには、C1ポートから出た油は、第一流路45を通って第一圧力室43に入り、ピストン41のヘッド部41Aを押してピストン41を後退移動させる。このピストン41の後退移動により、第二圧力室44内の油は、ヘッド部41Aに押されて第二流路46を通ってC2ポートに入る。そして、C2ポートからサーボバルブ50内に入った油は、サーボバルブ50の中でRポートに導かれ、最終的に油圧ユニットの戻り配管に流される。このような経路を経て、油は循環するようになっている。また、C2ポートに切り換えたときも、同様であり、このときには、ピストン41は前進移動する。
【0059】
従って、サーボバルブ50の切換制御により、ピストン41は進退運動を行うようになっている。この際、図2に示すように、アクチュエータ部40の第一ピストンロッド41Bは、下側の掴み部25を介して試験片1の下側の端部1Bに接続されている。このため、ピストン41の進退運動に伴って、試験片1の下側の端部1Bには試験片1の長手方向についての変位が与えられ、その結果、試験片1に荷重がかけられるようになっている。
【0060】
サーボバルブ50としては、例えば、いわゆるノズルフラッパ型サーボバルブを好適に用いることができ、さらに応答性を向上させるという観点から、いわゆるダイレクトドライブ型サーボバルブを用いてもよい。ここで、前者のノズルフラッパ型サーボバルブとは、ファーストステージと称される部分の中のノズルとフラッパとの間の圧力差でスプールを動かすものであり、後者のダイレクトドライブ型サーボバルブとは、スプールを直接に、ボイスコイルあるいは超磁歪素子や電歪素子等の駆動素子で駆動するものである。
【0061】
図1において、制御手段60は、試験片1に負荷される荷重に応じたひずみ計22の検出信号をフィードバックしてアクチュエータ部40の動作を制御するための制御信号をサーボバルブ50に送るフィードバック制御を行うものであり、制御性能に直接関係する処理をデジタル処理で行うDSPコントローラ70と、このDSPコントローラ70に接続されてDSPコントローラ70との間で情報の送受信を行うことにより制御性能に直接関係しない処理を行う外部処理装置90とを備えて構成されている。
【0062】
図1において、DSPコントローラ70は、関数発生器71と、制御信号発生手段を構成するサーボ増幅器72と、D−Aコンバータ73と、A−Dコンバータ74と、カウンタ75と、リミッタ76とを備えている。また、DSPコントローラ70は、ピークボトムホールド77と、増幅率補正/零点補正計算手段78と、増幅率補正手段79と、零点補正手段80とを備えている。
【0063】
なお、上記のDSPコントローラ70の各構成要素は、DSPコントローラ70の内部に設けられた一つまたは複数の中央演算処理装置(CPU)、およびこのCPUの動作手順を規定する一つまたは複数の制御プログラム、並びにROMやRAM等の各種メモリにより実現される。また、DSPコントローラ70を構成するハードウェアとしては、CPUの他に、例えば積和演算器等が含まれていてもよい。制御プログラムは、外部処理装置90により作成されてコンパイルされた実行プログラムを、DSPコントローラ70に搭載したものである。この制御プログラムは、外部処理装置90により作成されたプログラムと、DSPコントローラ70に内蔵されたDSPボードで用意されている種々の命令(例えば、サイン波形を出力する命令等)とを組み合わせて作成されるのが一般的であるが、制御プログラムの全ての部分を外部処理装置90により作成してもよい。
【0064】
そして、DSPコントローラ70では、次のようなフルデジタル化されたフィードバック制御が行われる。制御の概要から説明すると、先ず、関数発生器71において目標荷重に相当する信号が作られる。この信号は、サーボ増幅器72により所定の増幅率で増幅され、D−Aコンバータ73を通じてアナログ電流信号または電圧信号に変換される。このアナログ電流信号または電圧信号は、サーボバルブ50において、この信号の大きさに比例した流量の油に置き換えられ、アクチュエータ部40の第一圧力室43または第二圧力室44に導かれる。この結果、ピストン41が移動し、試験片1に荷重が負荷される。
【0065】
次に、試験片1に負荷された荷重は、ロードセル21およびひずみ計22により荷重に比例したアナログ電圧信号または電流信号に変換され、さらに、A−Dコンバータ74を通じてデジタル信号に変換される。そして、関数発生器71からの目標値信号とこの荷重信号との偏差値が計算され、この値が再びサーボ増幅器72に送られる。このようなフィードバックループによって最終的に偏差が収束し、試験片1に目標値信号に相当する荷重が負荷される。
【0066】
一方、疲労試験機10は、システム全体として様々な外乱の影響を受けるため、増幅率を一定値とすると荷重信号が目標値信号に追従しない場合がある。このような場合には、ピークボトムホールド77、増幅率補正/零点補正計算手段78、増幅率補正手段79、零点補正手段80により、外乱に対する修正動作が行われる。すなわち、ピークボトムホールド77により荷重信号の最大値および最小値がリアルタイムでモニタされ、増幅率補正/零点補正計算手段78により、このモニタ結果と目標値信号とのずれ量から最適な増幅率補正量および零点補正量が計算される。そして、この計算結果に基づき、零点補正手段80により、関数発生器71の信号が補正されるとともに、増幅率補正手段79により、サーボ増幅器72の増幅率が修正される。
【0067】
また、試験片1の破断時、あるいは、非常事態の発生時等、荷重信号が予め設定された範囲を逸脱した場合には、リミッタ76により疲労試験機10が停止される。なお、カウンタ75により、疲労試験に必要な繰返し数が計数される。
【0068】
続いて、制御の詳細、すなわちDSPコントローラ70の各構成要素の処理内容の詳細を説明する。
【0069】
関数発生器71は、目標値r(k)の発生処理を行うものである。目標値r(k)は、サイン波形であり、次の式(1)で示される。
【0070】
r(k)=A×sin(2π×(F×k/F))+OFF ・・・(1)
【0071】
ここで、Aは、到達目標荷重のサイン波振幅(amplitude)であり、Fは、疲労試験の繰返し周波数(frequency)であり、Fは、DSPコントローラ70のA−Dコンバータ74の動作周波数(sampling frequency)であり、OFFは、零点すなわち目標荷重のサイン波平均値(offset)である。kは、離散化した時間のうちのある一つの時刻を意味する値であり、例えば、サンプリング周波数Fを50Hzとすると、1秒間に50回分の時刻データを測定することができ、このとき、k=1のデータは、50個のデータのうち1番目の時刻データを表す。
【0072】
また、到達目標荷重のサイン波振幅Aおよび零点OFFは、後述する図5の試験条件設定画面200を用いて実験者により入力される最大応力および応力比から決定される。この決定処理は、外部処理装置90の処理手段90Aにより行われ、その決定結果が関数発生器71に引き渡され、関数発生器71での処理に用いられる。例えば、ロードセル21を1000kgf(9.81kN)で10V出力するように較正したとする。このとき、試験片1に最大値1000kgf(9.81kN)、最小値100kgf(0.98kN)のサイン波形の繰返し荷重を加えたい場合には、目標荷重の振幅は(1000−100)/2=450kgf(4.41kN)となり、目標荷重のサイン波平均値は(1000+100)/2=550kgf(5.39kN)となる。換言すれば、この波形は、550kgf(5.39kN)を中心として上下に450kgf(4.41kN)の振幅を持つサイン波形となる。このとき、1kgf(9.81N)は0.01Vに対応するので、上記の目標荷重を目標電圧信号に変換すれば、振幅A=450×0.01=4.5V、零点OFF=550×0.01=5.5Vとなる。なお、疲労試験機10では、後述する如く、外部処理装置90の試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92により、図5の試験条件設定画面200上で応力値による設定入力を受け付けるので、実験者は、応力値から荷重値への換算作業を行う必要はなく、外部処理装置90が、応力値から荷重値への換算処理、目標荷重の振幅および零点の算出決定処理、電圧値への変換処理を全て自動的に行う。
【0073】
さらに、疲労試験の繰返し周波数Fは、後述する図5の試験条件設定画面200を用いて実験者により入力される。
【0074】
サーボ増幅器72は、サーボバルブ50に送る制御信号を発生させる処理を行うものである。DSPコントローラ70による制御は、比例制御であり、サーボバルブ50に制御信号として送る比例制御の操作量u(k)は、次の式(2)で示される。
【0075】
u(k)=G×e(k) ・・・・・・・(2)
【0076】
ここで、Gは、増幅率すなわち比例ゲイン(gain)である。e(k)は、目標値r(k)と応答値(ひずみ計22で検出される荷重値)x(k)との偏差量であり、e(k)=r(k)−x(k)で表される。
【0077】
従って、偏差量e(k)の算出処理およびその偏差量e(k)に基づくサーボ増幅器72による処理を合わせて考えると、最終的に、サーボバルブ50に送る制御信号の値は、上記の式(2)に式(1)を代入し、次の式(3)のようになる。
【0078】

Figure 2004354081
【0079】
ピークボトムホールド77は、ひずみ計22で検出される実測荷重値の波形についての各周期の最大値および最小値を測定し、それを記憶保持する処理を行うものである。
【0080】
増幅率補正/零点補正計算手段78は、目標値信号の波形と、ひずみ計22の検出信号の波形(フィードバック波形)とを比較し、この比較結果に基づき増幅率(ゲイン)および零点(オフセット)の補正に関する計算処理を行うものである。これは、適応比例制御を行うための処理である。目標値信号の波形とフィードバック波形との比較とは、目標値信号の波形の振幅とフィードバック波形の振幅との比較、および目標値信号の波形の零点(オフセット)とフィードバック波形の零点(オフセット)との比較である。ここで、目標値信号の波形の振幅およびオフセットは、前述した如く、図5の試験条件設定画面200で最初に試験条件を設定するときに外部処理装置90により算出決定された値である。一方、フィードバック波形の振幅およびオフセットは、ピークボトムホールド77により測定された最大値および最小値に基づき、増幅率補正/零点補正計算手段78により算出される。なお、これらの波形の比較処理および比較結果に基づく補正に関する計算処理は、波形一周期毎に行うのが原則であるが、複数周期毎に行うようにしてもよい。
【0081】
また、増幅率補正/零点補正計算手段78は、応答信号(ひずみ計22の検出信号)の目標値信号への収束度に応じ、増幅率(ゲイン)および零点(オフセット)の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える処理を行う。これは、多段適応比例制御を行うための処理である。なお、切り替えるか否かの判断処理は、波形一周期毎に行うのが原則であるが、複数周期毎に行うようにしてもよい。
【0082】
アルゴリズムを段階的に切り替える処理の具体例として、以下のような2段階の切替処理を挙げることができるが、切替の段階数、アルゴリズムの内容、切替判断方法等は、以下の例に限定されるものではない。
【0083】
例えば、増幅率(ゲイン)については、次のようなアルゴリズムAとアルゴリズムBとを、下記の条件に基づき自動的に切り替えることができる。
【0084】
<アルゴリズムA>
疲労試験中のある時刻に、実測荷重の振幅がAで、そのときの比例ゲインがGであるとする。ここで、到達目標荷重の振幅をAとすると、これを達成するための比例ゲイン予測値Gは、G=(A/A)×Gと考えることができる。このGの値と、現在の比例ゲインGとの差をΔGとすると、ΔGは、次の式(4)で与えられる。
【0085】
ΔG=G−G=((A/A)−1)×G ・・・・・・・(4)
【0086】
通常の適応比例制御における増幅率の補正に関する計算処理(AGC:Auto Gain Control)では、上記の式(4)のΔGを基本にして、次の式(5)で示されるアルゴリズムで最適ゲインを求める計算を行っている。
【0087】
Figure 2004354081
【0088】
ここで、iは、i番目のサンプリングデータであることを示し、各周期に対応する。従って、iの値は、前記式(1)〜式(3)におけるkよりも長い時間間隔で変わる。また、gtpは、比例ゲインの変化を滑らかにするために用いるパラメータ(ゲインチューニングパラメータ)である。このgtpの値としては、例えば、経験値として0.02等を用いることができるが、これに限定されるものではない。以上の方法が、アルゴリズムAである。
【0089】
<アルゴリズムB>
通常の適応比例制御では、上記のアルゴリズムAのみでAGCを行っている。しかし、実測荷重値が目標値にある程度収束すると、gtp×ΔGの値が極端に小さくなるため、収束が頭打ちになり、誤差を例えば1%よりもさらに小さな値に収束させることが困難となる。
【0090】
そこで、多段適応比例制御では、試験開始後、実測荷重値が目標値にある程度収束した時点で、AGCのアルゴリズムを、上記のアルゴリズムAから下記のアルゴリズムBに変更する。
【0091】
(1)A<Aの場合には、比例ゲインを0.0002増加させる。
(2)A>Aの場合には、比例ゲインを0.0002減少させる。
(3)A=Aの場合には、比例ゲインをそのままとする。
【0092】
なお、このようなアルゴリズムBにおいて、増減量は上記の0.0002に限定されず、他の値としてもよく、また、増加量と減少量とを異なる値としてもよい。
【0093】
アルゴリズムAからアルゴリズムBへの切替のタイミングは、アルゴリズムAによる制御を行っている際に、初めてgtp×ΔG<0.0006を満たした時点である。従って、各周期毎にgtp×ΔG<0.0006を満たしているか否かを判断する。なお、0.0006という数値は、実験により経験的に得られた値であるが、判断基準値は、これに限定されるものではない。
【0094】
以上のようなアルゴリズムAからアルゴリズムBへの切り替えを行う多段適応比例制御により、誤差を±0.1%以下にまで収束させることができる。なお、アルゴリズムAにおけるgtpの値を、収束の度合いを監視しながら、動的に変更させたり、あるいは上記の例では0.0006のみとなっている切替の判断基準値(gtp×ΔGの境界値)を複数設け、アルゴリズムBにおける増減量を変更する等により、3段階以上の切替えを行う多段適応比例制御としてもよい。
【0095】
また、零点(オフセット)については、次のようなアルゴリズムCとアルゴリズムDとを、下記の条件に基づき自動的に切り替えることができる。
【0096】
<アルゴリズムC>誤差が定格出力の1.5%よりも大きいときに、次のアルゴリズムCを用いる。
【0097】
(1)現在の荷重平均値が目標荷重平均値よりも大きい場合には、オフセットの値を小さくする。調整量は、定格出力の0.15%である。
(2)現在の荷重平均値が目標荷重平均値よりも小さい場合には、オフセットの値を大きくする。調整量は、定格出力の0.15%である。
(3)現在の荷重平均値が目標荷重平均値と同じ場合には、オフセットをそのままとする。
【0098】
<アルゴリズムD>誤差が定格出力の1.5%以下のときに、次のアルゴリズムDを用いる。
【0099】
(1)現在の荷重平均値が目標荷重平均値よりも大きい場合には、オフセットの値を小さくする。調整量は、定格出力の0.006%である。
(2)現在の荷重平均値が目標荷重平均値よりも小さい場合には、オフセットの値を大きくする。調整量は、定格出力の0.006%である。
(3)現在の荷重平均値が目標荷重平均値と同じ場合には、オフセットをそのままとする。
【0100】
ここで、定格出力とは、目標荷重の最大値の絶対値と、目標荷重の最小値の絶対値とのうち、大きい方の値を指す。
【0101】
従って、アルゴリズムC,Dのいずれについても、オフセットの補正量を決定する処理の流れは、同じであり、調整量の数値が異なるだけである。前述したように、本発明では、このように使用データの相違のみの場合も、アルゴリムが相違するものと捉え、「アルゴリズム」を定義している。なお、定格出力の0.15%、0.006%という各調整量の値は、実験により経験的に求めたものであるが、この数値に限定されるものではない。また、アルゴリズムC,Dの切替の判断基準値となる定格出力の1.5%という誤差の値も、これに限定されるものではなく、他の値を用いてもよい。
【0102】
なお、上記の例で、定格出力の1.5%となっている切替の判断基準値(誤差の境界値)を複数設け、調整量も別の数値を追加して用意することにより、3段階以上の切替えを行う多段適応比例制御としてもよい。
【0103】
また、増幅率補正/零点補正計算手段78は、AGCが無効にされているときでも、自動オフセットコントロール(AOC:Auto offset control)を常時有効としている。つまり、試験中、荷重平均値は常に目標値に一致または略一致していることになる。実験者は、図6の試験中画面300で「AGC有効」ボタン360を用いて、AGCの有効・無効の選択を行うことができる。なお、本実施形態の疲労試験機10では、試験前に、一度平均値の調整を行うため、試験開始直後から平均値の誤差を小さい値にとどめることができる。従って、実際に使用されるオフセット調整量は、殆どアルゴリズムDの値となってもよい。
【0104】
増幅率補正手段79および零点補正手段80は、増幅率補正/零点補正計算手段78による計算結果をメモリに記憶しておき、この計算結果に基づき、増幅率および零点の補正処理をそれぞれ行うものである。増幅率補正/零点補正計算手段78による処理が波形一周期毎に行われるので、増幅率補正手段79および零点補正手段80による補正処理の内容は、波形一周期毎に更新される。
【0105】
カウンタ75は、疲労試験に必要な繰返し数の計数処理を行うとともに、カウンタリミットの処理を行うものである。カウンタリミットは、試験繰返し数が規定の値に達した時点で試験を停止する機能である。規定の値とは、実験者が、図5の試験条件設定画面200の打切り繰返し数の入力部233で入力した値である。
【0106】
リミッタ76は、最大リミッタ、最小リミッタ、ゲイン発振防止リミッタ、試験片破断検出機構の各処理を行うものである。
【0107】
最大リミッタは、ピークボトムホールド77で検出した最大値が、試験前に予め設定した値を上回ったときに、一方、最小リミッタは、ピークボトムホールド77で検出した最小値が、試験前に予め設定した値を下回ったときに、それぞれ試験動作を停止し、異常な荷重負荷が繰り返されることを防止する機能である。試験前に予め設定した値とは、実験者が、図5の試験条件設定画面200の許容過大誤差の入力部231で入力した値に基づき算出された値である。
【0108】
ゲイン発振防止リミッタは、オートチューニングにより、無制限に出力が増大し、試験が不安定となることを防止する機能である。実験者が、図5の試験条件設定画面200の許容最大ゲインの入力部232で入力した値によりリミッタをかける。
【0109】
試験片破断検出機構は、応答荷重波形の急激な変化を感知することにより試験片1の破断を検出し、試験片1が破断した瞬間に疲労試験を停止することで試験片破面と疲労試験機10そのものを保護する機能である。
【0110】
外部処理装置90は、コンピュータにより構成され、制御性能に直接関係しない各種処理を行う処理手段90Aと、例えばキーボードやマウス等の入力手段96と、例えば液晶ディスプレイやCRTディスプレイ等の表示手段97とを備えて構成されている。また、例えばプリンタやプロッタ等の出力手段を適宜設けてもよい。
【0111】
処理手段90Aは、待機中画面表示・入力受付処理手段91と、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92と、試験中画面表示・入力受付処理手段93と、相反操作強制無効手段94と、入力パラメータ監査手段95とを含み構成されている。
【0112】
待機中画面表示・入力受付処理手段91は、試験中以外の状態でアクチュエータ部40を動作させる場合に使用する図4の待機中画面100を表示する処理、およびこの待機中画面100を用いて行われる実験者によるアクチュエータ部40に対する操作入力を受け付ける処理を行うものである。
【0113】
試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92は、試験条件を設定するための図5の試験条件設定画面200を表示する処理、およびこの試験条件設定画面200を用いて行われる実験者による試験条件の設定入力を受け付ける処理を行うものである。実験者が、図5の試験条件設定画面200で必要な数値を入力して決定を指示すれば、入力された試験条件は、この試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92により、DSPコントローラ70の制御プログラムが解釈できるパラメータに自動変換され、DSPコントローラ70に転送される。
【0114】
試験中画面表示・入力受付処理手段93は、試験中に試験状況をモニタする図6の試験中画面300を表示する処理、およびこの試験中画面300を用いて行われる実験者による入力を受け付ける処理を行うものである。また、試験中画面表示・入力受付処理手段93は、試験中に異常が発生し、試験が停止した場合には、DSPコントローラ70の制御プログラムと通信を行って原因を調査し、レポートする処理を行う。
【0115】
相反操作強制無効手段94は、ある操作を実行中に、行ってはならない操作または行うべきでない操作を強制的に無効にする処理を行うものである。例えば、試験中には、試験条件のパラメータを変更することができないようになっている。
【0116】
入力パラメータ監査手段95は、実験者により入力されるパラメータ(試験条件等)が異常か否かを監査する処理を行うものである。例えば、図5の試験条件設定画面200での矛盾したパラメータ入力を監視する。
【0117】
そして、処理手段90Aに含まれる各手段91〜95は、外部処理装置90を構成するコンピュータ本体(パーソナル・コンピュータのみならず、その上位機種のものも含む。)の内部に設けられた中央演算処理装置(CPU)、およびこのCPUの動作手順を規定する一つまたは複数のプログラムにより実現される。
【0118】
このような本実施形態においては、以下のようにして疲労試験機10を用いて超高サイクル域データを取得するための疲労試験が行われる。
【0119】
先ず、実験者は、疲労試験を行う前に、調芯用ダミー試験片を用いて疲労試験機10の本体11の調芯作業を行う。図2および図3において、調芯作業では、先ず最初に、調芯用ダミー試験片を下側(ピストン41側)の掴み部25に装着する。この際には、試験片ホルダ25Aに形成された挿入穴32に、調芯用ダミー試験片の下側の端部2Bを挿入し、ボルト34を締め込んで試験片固定蓋25Bにより調芯用ダミー試験片の下側の端部2Bを押さえ付けて固定する。
【0120】
次に、上側(ロードセル21側)の掴み部24の試験片ホルダ24Aに形成された挿入穴31に、調芯用ダミー試験片の上側の端部2Aが入るようにロードセル21の水平位置を調整する。
【0121】
続いて、ロードセル21の水平位置を調整後に、ボルト26によりロードセル21を固定し、ロックナット30を締める。最後に、調芯用ダミー試験片を取り外す。
【0122】
以上の調芯作業は、数分程度で行うことが可能であり、従来のように試験片にひずみゲージを貼って調芯作業を行う場合に比べ、作業時間が格段に短縮できる。この調芯作業の後は、疲労試験用の試験片1を無作為に何回取り付けたとしても、試験片1には、側面からの拘束力が加わることはない。従って、この調芯作業は、従来の場合と異なり、疲労試験毎に行う必要はない。
【0123】
実験者は、上記の如く調芯用ダミー試験片を用いて調芯作業を行った後に、疲労試験を行うために、疲労試験機10の本体11の試験片取付部20に、試験片1を取り付ける。この際、実験者は、外部処理装置90の待機中画面表示・入力受付処理手段91により表示手段97の画面上に表示された図4の待機中画面100を用いて、試験片1の取付作業に必要なピストン41の操作を行う。
【0124】
図4において、待機中画面100には、フィードバック値表示部110と、試験条件表示部120と、ピストンコントロール部130と、「通信終了」ボタン140と、「試験条件設定」ボタン150と、「試験コンソールへ」ボタン160と、「数値オフセット入力」ボタン170とが設けられている。
【0125】
フィードバック値表示部110には、ひずみ計22の検出信号から得られる負荷荷重の表示部111と、負荷荷重を試験片直径を用いて換算した負荷応力の表示部112とが設けられている。応力値への換算処理は、待機中画面表示・入力受付処理手段91により行われる。
【0126】
試験条件表示部120には、最大絶対応力、試験応力比、試験片直径、試験周波数の各表示部121〜124が設けられている。これらの表示値は、実験者が「試験条件設定」ボタン150をクリックして図5の試験条件設定画面200で入力した値である。
【0127】
ピストンコントロール部130には、ピストン41を前進移動(上昇)させる上昇ボタン131と、ピストン41を後退移動(下降)させる下降ボタン132と、ピストン41を中央位置にするニュートラルボタン133と、ピストン41の前進量(上昇量)をバー表示する前進量表示部134と、ピストン41の後退量(下降量)をバー表示する後退量表示部135と、サーボバルブ50の零点の調整量を入力するバルブ零調入力部136と、バルブ零調入力部136で入力した値を実際に設定する「Set」ボタン137とが設けられている。なお、サーボバルブ50の零点は、通常、安全サイドにずらしてあるので、これを予め補正して精密な制御を行うために零点調整を行う。
【0128】
「通信終了」ボタン140は、DSPコントローラ70との通信を終了させるボタンであり、「試験条件設定」ボタン150は、図5の試験条件設定画面200へ移動するためのボタンであり、「試験コンソールへ」ボタン160は、図6の試験中画面300へ移動するためのボタンであり、「数値オフセット入力」ボタン170は、試験開始前等の調整時に、強制的に零点(オフセット)をある値に定める場合に使用するボタンである。
【0129】
実験者は、試験前に試験条件の設定も行う。この際には、実験者は、図4の待機中画面100で「試験条件設定」ボタン150をクリックする。すると、外部処理装置90の表示手段97の画面上には、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92により、図5の試験条件設定画面200が表示される。
【0130】
図5において、試験条件設定画面200には、試験条件のうちの主要条件を設定する主要条件設定部210と、試験条件のうちの高度な条件の設定を行う高度条件設定部220と、各種のリミッタの値を設定するリミッタ設定部230と、各設定部210,220,230での入力を取り消す「キャンセル」ボタン240と、各設定部210,220,230で入力した条件を実際に設定する「条件を設定」ボタン250とが設けられている。
【0131】
主要条件設定部210には、最大絶対応力、試験応力比、試験片直径、試験周波数の各入力部211〜214が設けられるとともに、圧縮−圧縮試験を行う場合にチェックを入れるための圧縮−圧縮試験選択チェック入力部215が設けられている。ここで入力した最大絶対応力、試験応力比、および試験片直径の各値は、前述した式(1)中の到達目標荷重のサイン波振幅Aおよびサイン波平均値(零点)OFFの算出決定処理に用いられる。この算出決定処理は、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92により行われる。また、ここで入力した試験周波数の値は、前述した式(1)中のFの値として設定される。
【0132】
高度条件設定部220には、ロードセル変換定数、真空バイアス、デフォルトゲインの各入力部221〜223が設けられている。ロードセル変換定数は、ロードセル21に負荷される荷重と、ひずみ計22の出力電圧との関係を示し、ロードセル21の較正結果に応じて入力するものであり、前述した式(1)中の到達目標荷重のサイン波振幅Aおよびサイン波平均値(零点)OFFの算出決定処理等の各種処理における荷重−電圧換算処理に用いられる。また、デフォルトゲインは、増幅率(ゲイン)の初期値を設定するものである。
【0133】
リミッタ設定部230には、許容過大誤差、許容最大ゲイン、打切り繰返し数の各入力部231〜233が設けられている。これらの入力値は、リミッタ76およびカウンタ75により行われる各種のリミットの処理に用いられる。
【0134】
実験者が、各設定部210,220,230での入力を終えて「条件を設定」ボタン250をクリックすると、入力した条件が設定され、図4の待機中画面100に戻る。そして、実験者は、試験を開始する際には、この画面100で「試験コンソールへ」ボタン160をクリックする。すると、外部処理装置90の表示手段97の画面上には、試験中画面表示・入力受付処理手段93により、図6の試験中画面300が表示される。
【0135】
図6において、試験中画面300には、試験条件を表示する試験条件表示部310と、試験状況を数値表示する試験状況数値表示部320と、試験状況として実測荷重に基づく応力表示をグラフ表示で行う試験状況グラフ表示部330とが設けられている。
【0136】
試験条件表示部310には、最大絶対応力、試験応力比、試験片直径、試験周波数の各表示部311〜314が設けられている。これらの表示値は、実験者が図5の試験条件設定画面200で入力した値である。
【0137】
試験状況数値表示部320には、カウンタ75の計数値を表示するカウント表示部321と、現在のゲインを表示するゲイン表示部322と、サーボバルブ50の定格入力のうち何%まで使用しているか(最大流量に対して何%の流量となっているか)という出力レベルを表示する出力LV表示部323と、試験誤差表示部324とが設けられている。ここで表示する試験誤差とは、(実荷重振幅−目標荷重振幅)/目標荷重振幅×100(%)のことをいう。
【0138】
試験状況グラフ表示部330には、実荷重から算出した応力の波形(横軸を時間とし、縦軸を応力とした波形)が表示される。この際の荷重値から応力値への換算処理は、試験中画面表示・入力受付処理手段93により行われる。
【0139】
これらの試験状況数値表示部320および試験状況グラフ表示部330の表示内容は、試験中画面表示・入力受付処理手段93により、定期的に更新される。
【0140】
また、試験中画面300には、オフセットを自動調整する「オフセット自動調整」ボタン340と、試験を停止する「試験停止」ボタン350と、AGCを有効にする「AGC有効」ボタン360と、カウンタ75の計数値をリセットする「カウンタリセット」ボタン370と、除荷を行う「除荷」ボタン380と、図4の待機中画面100に移動するための「メインコンソールへ」ボタン390とが設けられている。
【0141】
なお、実際に試験を行う場合には、目標荷重のオフセットの値まで静的にオフセットを調整し、その後、それに加算してサイン波形を重畳させる。「オフセット自動調整」ボタン340は、試験開始前に荷重を静的にそのオフセット値まで自動的にもっていくためのボタンである。
【0142】
また、「AGC有効」ボタン360をクリックしないと、多段適応比例制御が有効にならず、単なる比例制御となる。この場合には、増幅率(ゲイン)や零点(オフセット)の値は一定値となり、実荷重が外的要因によって目標荷重からずれたとしても、それに適応して増幅率や零点の値の修正動作は行われない。
【0143】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、増幅率補正/零点補正計算手段78は、増幅率および零点の補正に関する計算処理を行う際に、実荷重信号(ひずみ計22の検出信号)の目標値信号への収束度に応じ、増幅率の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされているので、検出信号が目標値信号にある程度収束したときに、増幅率の補正に関するアルゴリズムを切り替えることにより、検出信号の目標値信号への収束度を高めることができる。従って、試験精度の向上を図ることができる。
【0144】
また、増幅率補正/零点補正計算手段78は、検出信号の目標値信号への収束度に応じ、増幅率のみならず、零点の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされているので、検出信号の目標値信号への収束度をより一層高めることができ、試験精度をより一層向上させることができる。
【0145】
さらに、増幅率補正/零点補正計算手段78は、アルゴリズムを切り替えるか否かの判断を波形一周期毎に行う構成とされているので、適切なタイミングでアルゴリズムの切替を行うことができる。このため、収束の速度を向上させることができ、試験精度をより一層向上させることができる。
【0146】
具体的には、従来の適応比例制御で、目標値信号と検出信号との誤差の収束度が例えば±1%程度であったとすると、本実施形態の多段適応比例制御では、±0.1%以内に収束させることができる。
【0147】
そして、疲労試験機10は、制御手段60として、DSPコントローラ70と外部処理装置90とを備えているので、DSPコントローラ70には、制御性能に直接関係する演算処理(目標値信号と荷重信号との比較、増幅率補正、零点補正、ピークボトムホールド、多段適応比例制御を行うための増幅率や零点の補正に関する計算等の処理)のみを負担させ、一方、外部処理装置90には、制御性能に直接関係しない演算処理(フィードバックされた電圧を荷重に換算する演算処理、応力の数値表示・応力のグラフ表示・ピストン移動量のバー表示・ピストン操作用ボタンの矢印表示等のように人間が見て扱いやすい表示にするためのインターフェースに係る演算処理)を負担させることができる。つまり、制御性能に直接関係する演算処理用のプログラムと、制御性能に直接関係しない演算処理用のプログラムとを完全に分離し、これらの各プログラムを実行するハードウェアを分離することができる。
【0148】
このため、DSPコントローラ70の処理負担を軽減できるので、応答性や荷重精度、外乱に対する収束性等の制御性能に直接関係する演算処理についての処理速度を向上させることができ、この点でも試験精度の向上を図ることができる。
【0149】
また、外部処理装置90は、待機中画面表示・入力受付処理手段91、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92、および試験中画面表示・入力受付処理手段93を備えているので、実験者は、試験およびその準備の各場面において、図4の待機中画面100、図5の試験条件設定画面200、図6の試験中画面300の3つの画面のうちのいずれかを参照しながら、各場面で必要となる情報の表示のみを確認し、また、各場面で必要となる入力作業のみを行うことができる。従って、実験者は、試験およびその準備の各場面で必要最低限の操作を行えばよくなるので、余分な操作を行ったり、余分な情報を参照して余分な事を考える余地を排除することができ、操作性の向上を図ることができる。そして、操作性の向上を図ることができるため、誤認識や誤操作等の発生も回避または抑制することができ、試験精度の向上にも繋がる。
【0150】
そして、待機中画面表示・入力受付処理手段91により、図4の待機中画面100のピストンコントロール部130において、上昇ボタン131および下降ボタン132が矢印表示とされ、前進量表示部134および後退量表示部135がバー表示とされているので、実験者は、ピストン41の操作を直感的に行うことができる。また、これにより誤操作等も回避または抑制することができる。さらに、フィードバック値表示部110が設けられ、応力表示が行われるので、実験者は、現在の荷重の負荷状態を容易に確認することができる。
【0151】
また、試験条件設定画面表示・入力受付処理手段92により、図5の試験条件設定画面200で、最大絶対応力、応力比、および試験片直径の入力を受け付けることができる。このため、実験者は、応力・応力比・試験片直径という普段使用するパラメータのみを使用すればよくなるので、疲労試験機10の操作性を向上させることができ、疲労試験機や制御の知識がない実験者でも容易に疲労試験を行うことができる。
【0152】
さらに、試験中画面表示・入力受付処理手段93により、図6の試験中画面300の試験状況グラフ表示部330において、応力のグラフ表示が行われるので、実験者は、現在の試験状況を容易かつ直感的に把握することができる。また、実験者は、各ボタン340〜390を押していくだけで、設定した条件での疲労試験を適切に行うことができる。
【0153】
そして、外部処理装置90は、相反操作強制無効手段94を備えているので、誤操作を防止できる。
【0154】
また、外部処理装置90は、入力パラメータ監査手段95を備えているので、試験の安全性を高めることができる。
【0155】
さらに、疲労試験機10では、試験片1および本体11の各構成部品の各面の平行度を向上させたので、偏荷重の発生を抑えることができる。また、これと併せ、試験片1の端部1A,1Bと上下の掴み部24,25とのはめ合いを緩めにしたので(図3参照)、試験片1に側面(試験片1の端部1A,1Bの外周面1E,1F)からの拘束力が加わらないようにすることができ、偏荷重の発生を抑えることができる。このため、試験精度を向上させることができる。そして、通常、はめ合いを緩くすると、疲労試験中に試験片1の横ずれが懸念されるが、試験片1および本体11の各構成部品の各面の平行度を向上させているので、試験片1に横ずれを生じさせる力が加わることを回避できる。
【0156】
そして、試験本番で用いる試験片1の端部1A,1Bよりも大きい端部2A,2Bを有する調芯用ダミー試験片を用いて調芯作業を行うので、調芯作業を精度よく行うことができることに加え、前述した緩めのはめ合いも容易に実現できる。また、調芯用ダミー試験片による調芯作業を一回行えば、そのままの状態で複数の試験を行うことができるので、実験者の作業の手間を軽減できる。
【0157】
なお、本発明の効果を確かめるために、次のような手順で偏応力Δσの測定実験を行った。先ず、調芯用ダミー試験片を用いて疲労試験機10の調芯作業を行う。次に、試験片中央部の外周を3分割した位置に合計3枚のひずみゲージを貼った試験片1を試験片取付部20に取り付ける。この際、ひずみゲージの値は参考にしない。続いて、試験片1に±400MPaの静的応力を負荷する。最後に、ひずみゲージの値から偏応力Δσを算出する。そして、以上の測定を数回行った。
【0158】
上記の測定結果は、次のようになった。負荷応力±400MPaのときの偏応力Δσは、3.2〜3.9MPaであった。Δσの割合は、負荷応力に対して0.8〜2.3%である。この値は、疲労試験結果には全く影響しない値である。また、前述した特許文献1に記載された本願出願人による疲労試験機(球状ベアリングを備えた疲労試験機)では、負荷応力400MPaに対するΔσの割合は、3.5〜7.4%である。従って、本実施形態の疲労試験機10では、偏荷重を大幅に軽減できたことがわかり、これにより本発明の効果が顕著に示された。
【0159】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
【0160】
すなわち、前記実施形態では、増幅率補正/零点補正計算手段78は、増幅率および零点のいずれについても、それらの補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされていたが、本発明では、増幅率についてだけアルゴリズムを段階的に切り替える構成としてもよい。但し、前記実施形態のように増幅率および零点の双方についてアルゴリズムを段階的に切り替える構成としておけば、試験精度をより一層向上することができる。
【0161】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、増幅率補正/零点補正計算手段により、検出信号の波形と目標値信号の波形とを比較してこの比較結果に基づき増幅率および零点の補正に関する計算処理を行う際に、検出信号の目標値信号への収束度に応じ、増幅率の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替えるので、検出信号が目標値信号にある程度収束したときに、増幅率の補正に関するアルゴリズムを切り替えることにより、検出信号の目標値信号への収束度を高めることができ、試験精度の向上を図ることができるという効果がある。
【0162】
また、本発明によれば、デジタルコントローラとは別途に設けられた外部処理装置により、待機中画面、試験条件設定画面、試験中画面の3つの画面の表示処理およびこれらの画面を用いた入力の受付処理を行うので、操作性の向上を図ることができ、実験者の操作負担を軽減して誤認識や誤操作等の発生を回避または抑制し、試験精度の向上を図ることができるという効果がある。
【0163】
さらに、本発明によれば、試験片および試験機本体構成部品の各面の平行度を向上させ、かつ、試験片の端部と掴み部とのはめ合いを緩めにしたので、偏荷重の発生を抑えることができ、試験精度の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の疲労試験機の全体構成図。
【図2】前記実施形態の疲労試験機の本体を構成する試験片取付部の断面図。
【図3】前記実施形態の試験片取付部の要部の拡大断面図。
【図4】前記実施形態の疲労試験機の制御手段を構成する外部処理装置による処理に伴う待機中画面の例示図。
【図5】前記実施形態の疲労試験機の制御手段を構成する外部処理装置による処理に伴う試験条件設定画面の例示図。
【図6】前記実施形態の疲労試験機の制御手段を構成する外部処理装置による処理に伴う試験中画面の例示図。
【符号の説明】
1 試験片
1A 試験片の上側の端部
1B 試験片の下側の端部
1C 試験片の上側の端面
1D 試験片の下側の端面
1E 試験片の上側の端部の外周面
1F 試験片の下側の端部の外周面
10 疲労試験機
11 本体
20 試験片取付部
24,25 掴み部
31A,32A 試験片当接面
35,36 隙間
40 アクチュエータ部
60 制御手段
70 デジタルコントローラであるDSPコントローラ
72 制御信号発生手段を構成するサーボ増幅器
78 増幅率補正/零点補正計算手段
79 増幅率補正手段
80 零点補正手段
90 外部処理装置
91 待機中画面表示・入力受付処理手段
92 試験条件設定画面表示・入力受付処理手段
93 試験中画面表示・入力受付処理手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a fatigue tester, and can be used, for example, in a hydraulic servo fatigue tester for acquiring data of an ultra-high cycle range.
[0002]
[Background Art]
Fatigue accounts for more than 70 to 80% of damage to mechanical structures, and countermeasures against fatigue are one of the most pressing issues for mechanical engineers. Generally, the SN curve of a steel material is 10 6 -10 7 The horizontal part, that is, the fatigue limit, appears at a certain number of repetitions. Except for the case where repair or part replacement for a certain period of time such as an aircraft or nuclear power equipment is assumed, a general machine is designed based on a fatigue limit.
[0003]
However, in recent years, in high-strength steel, surface hardened steel, etc., 10 7 -10 8 Even in the above long life range, a phenomenon has been reported in which a horizontal portion does not appear in the SN curve and a fatigue limit is not recognized. This phenomenon is called ultra high cycle fatigue or ultra long life fatigue, and active research is currently being conducted to elucidate its mechanism.
[0004]
A testing machine for such ultra-high cycle fatigue is required to have higher performance in terms of repetition rate, load accuracy, load stability, removal of eccentric load, and the like than a conventional fatigue testing machine. Accordingly, the applicant of the present application has developed a shaft load fatigue tester with improved load accuracy, load stability, and operability by operating a hydraulic servo mechanism by performing digital control using a DSP (Digital Signal Processor) controller. (See Patent Document 1). In this axial load fatigue tester, high responsiveness is secured by increasing the natural frequency of the system by increasing the natural frequency of the system by integrating the components of the main body of the tester, and the data of ultra-high cycle range Many acquisitions have been achieved. In addition, a spherical bearing (spherical bearing) is incorporated in the test piece mounting portion, and automatic alignment is performed when a tensile load is applied to the test piece. Further, a computer is connected to the DSP controller, and on the screen of the computer, it is possible to display measured values during the test and to input control parameters.
[0005]
In addition, as a hydraulic fatigue tester that performs digital control, for example, a low cycle fatigue tester that performs data sampling each time the value of the controlled object output amount reaches each of a plurality of predetermined levels, etc. (See Patent Document 2, etc.). In this low-cycle fatigue tester, the number of data points per cycle of the repetitive change of the controlled object output amount can be approximated to an appropriate number without being affected by the length of the cycle of the repetitive change.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-243606 (FIGS. 1 and 3, paragraphs [0061] to [0063], [0068], [0074] to [0076])
[Patent Document 2]
JP-A-2000-131203 (FIGS. 1 and 7, paragraphs [0007] to [00011], [0026], [0040])
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, since the fatigue tester is affected by various disturbances, the load signal may not follow the target value signal when the amplification factor is set to a constant value. In such a case, the maximum value and the minimum value of the load signal are monitored in real time, and the optimum amplification factor correction amount and zero point correction amount are calculated from the difference between the monitoring result and the target value signal. , A correction operation for the disturbance of correcting the amplification factor and the zero point is performed. Such a proportional control is sometimes referred to as an adaptive proportional control because the amplification factor and the zero point are changed every moment according to the disturbance or the like even when there is a disturbance or the like. This adaptive proportional control is also performed in the machine.
[0008]
However, even when such adaptive proportional control is performed, if the load signal converges to the target value signal to some extent, it may not converge any more. Therefore, this problem is solved, and the test is performed by further increasing the degree of convergence. It is desired to improve the accuracy.
[0009]
Also, in the above-mentioned Patent Document 2, the AGC (Auto Gain Control) method for automatically controlling the amplification factor is based on the amplitude of the control target output amount actually generated in a certain cycle during the execution of the control. Since this method modifies the amplitude of the target value signal used in the next cycle, high-precision control cannot be performed from the first cycle. Therefore, the area of the hysteresis curve of the stress-strain curve of the test specimen It is described that it is difficult to apply the method to a low cycle fatigue test having a relatively large value. Therefore, the low cycle fatigue tester described in Patent Document 2 does not control the AGC method in the first place, and thus does not solve the above-mentioned problem.
[0010]
Furthermore, in the fatigue tester described in Patent Document 1 described above, on a screen of a computer connected to a DSP controller, an actual measurement value during a test (for example, a load applied to a test piece, a maximum value thereof, Although the display of the minimum value, the value of the signal of the function generator, etc.) is performed, these displays are displayed as the load value and the voltage value, and are not the stress displays required by the experimenter. Therefore, the experimenter had to calculate and understand the stress based on the diameter of the test piece. In addition, the input of the control parameter cannot be also input by the stress value, and it is necessary to calculate the value of the load or voltage to be controlled based on the diameter of the test piece and to input the value as the control parameter. Furthermore, erroneous recognition or erroneous input hinders improvement in test accuracy. For this reason, it is desired to create an environment in which the operability and usability of the testing machine are improved, the labor of the experimenter and the labor of judgment are reduced, and the test accuracy can be more reliably improved.
[0011]
Incidentally, the fatigue fracture of a high-strength material that is the subject of ultrahigh-cycle fatigue research is more sensitive to surface flaws and stress concentration of inclusions present on the surface than the fatigue fracture of low- and medium-strength materials. If an unbalanced load is applied to the test piece, the surface may be broken even if the test piece originally breaks internally. In such a case, since the reliability of the test results may be significantly reduced, it is necessary to pay close attention to the alignment of the test pieces, and to avoid this, simplify the alignment work (alignment free). Therefore, a test machine and a test piece used for ultra-high cycle fatigue research are required to have a mechanism for preventing an unbalanced load. Therefore, in the fatigue tester described in Patent Document 1 described above, a spherical bearing is incorporated in a test piece mounting portion, and self-alignment is performed when a tensile load is applied to the test piece, so that alignment is performed. Free is realized.
[0012]
However, when a spherical bearing is incorporated as described above, the test conditions are limited to a fatigue test in which only a tensile load is applied (tensile-tensile fatigue test), and a fatigue test involving a compressive load cannot be performed. In the fatigue study, since the tensile-compression fatigue test in which the stress ratio (minimum stress / maximum stress) is -1 is the basic data, the axial load fatigue tester used for ultra-high cycle fatigue research has an alignment-free function. Further, it is required to have a mechanism capable of applying a tension-compression load. On the other hand, in order to obtain high-accuracy data without such a mechanism, it is necessary to perform a centering operation by attaching a strain gauge to a test piece in order to prevent an uneven load. However, this alignment work needs to be performed for each test, and it requires a great deal of time and effort. For this reason, it is desired to improve the test accuracy by preventing the offset load while realizing alignment-free.
[0013]
An object of the present invention is to provide a fatigue tester capable of improving test accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention controls the operation of an actuator unit by feeding back a detection signal according to a load applied to a test piece, and a main body having a test piece mounting unit for mounting the test piece and an actuator unit for applying a load to the test piece. And a control means for performing feedback control to send a control signal to the main body, the control means is configured to include a digital controller for performing the feedback control by digital processing, the digital controller, the detection signal and A control signal generating means for generating a control signal corresponding to a deviation amount from the target value signal; and an amplifier used for generating a control signal based on a result of comparison between a waveform of the detection signal and a waveform of the target value signal. Amplification factor correction / zero correction calculator for performing calculation processing relating to the correction of the gain and the zero, and an amplification factor correction / zero correction meter Gain correction means for performing gain correction processing based on the calculation result by the means, and zero correction means for performing zero correction processing based on the calculation result by the gain correction / zero correction calculation means. The correction / zero-point correction calculation means is characterized in that the algorithm of the calculation processing relating to the correction of the amplification factor is switched stepwise according to the degree of convergence of the detection signal to the target value signal.
[0015]
Here, the “calculation processing for the amplification factor and the correction of the zero point” includes the processing of calculating the amount of increase or decrease with respect to the original value of the amplification factor and the zero point (the value before correction), and the zero point and the corrected zero point. Any process of calculating the amplification factor value itself (correction value itself) is included.
[0016]
Further, the “configuration for switching algorithms stepwise” includes both a configuration for switching two algorithms and a configuration for switching three or more algorithms. The switching at this time includes both one-way switching that does not return to the original algorithm after switching once, and mutual switching that can return to the original algorithm even after switching once.
[0017]
Further, "switching" the "algorithm" includes, for example, the following. That is, (1) switching of the form of the mathematical expression used for the calculation process is included. For example, there is a change from a linear function to a quadratic function, a change in the exponent, a change from an addition term to a subtraction term or vice versa, a change in the number of terms, and the like. (2) Switching the value of a coefficient or a constant included in a mathematical expression used in the calculation process is included. For example, a process multiplied by 0.1% is changed to a process multiplied by 0.05%. (3) Switching data or data groups used for calculation processing is included. (4) Switching the structure of a selection process (for example, processing of an IF statement or the like) or a branching process (for example, processing of a CASE statement or the like) is included. For example, the order and position of the selection processing in the program are changed, the number of branches is increased / decreased, and the degree of layering of the selection processing and the branch processing is changed. (5) Switching to a completely different algorithm is included. For example, switching from an algorithm for performing a calculation process using a mathematical expression to an algorithm for performing a data selection process, or switching from an algorithm for performing a calculation process using a mathematical expression to a routine having a different processing content (for example, a routine using a different mathematical formula, Switching to an algorithm for performing a selection process of a routine using different data.
[0018]
In such a fatigue tester of the present invention, the amplification factor correction / zero correction calculation means compares the waveform of the detection signal with the waveform of the target value signal, and calculates the amplification factor and zero correction based on the comparison result. When performing the processing, the algorithm of the calculation processing relating to the correction of the amplification factor is switched stepwise according to the degree of convergence of the detection signal to the target value signal.
[0019]
Therefore, when the detection signal converges to the target value signal to some extent, by switching the algorithm related to the correction of the amplification factor, it is possible to avoid a state where the convergence reaches a plateau and increase the degree of convergence of the detection signal to the target value signal. Becomes possible. Therefore, the test accuracy is improved, and the above-mentioned object is achieved.
[0020]
Further, in the fatigue tester described above, the amplification factor correction / zero correction calculation means is configured to switch the algorithm of the calculation process for the correction of the zero in a stepwise manner according to the degree of convergence of the detection signal to the target value signal. It is desirable.
[0021]
In the case where the algorithm of the calculation process related to the correction of the zero point is switched stepwise as described above, the algorithm can be switched not only for the amplification factor but also for the calculation process related to the correction of the zero point. It is possible to further improve the degree of convergence to the test and further improve the test accuracy.
[0022]
Further, in the fatigue test machine described above, the amplification factor correction / zero correction calculation means compares the waveform of the periodically changing detection signal with the waveform of the periodically changing target value signal for each cycle of the waveform. Then, based on the amount of deviation between both waveforms obtained as a result of the comparison, calculation processing relating to amplification factor and zero point correction is performed for each cycle of the waveform, and whether to switch the algorithm when performing this calculation processing is determined. It is desirable that the judgment is made every cycle.
[0023]
In the case where the determination as to whether or not to switch the algorithm is made in each cycle of the waveform, the switching of the algorithm can be performed at an appropriate timing, the convergence speed is increased, and the test accuracy is further improved. Is improved.
[0024]
In the specification of the present application, the control that involves the stepwise switching of the algorithm of the calculation processing relating to the correction of the amplification factor and the zero point as described above is referred to as multi-stage adaptive proportional control (MAP: Multimode Adaptive Proportional Control). . Such multi-stage adaptive proportional control can be applied not only to the fatigue tester of the present invention but also to other controlled devices. That is, an output signal (corresponding to a detection signal corresponding to the load applied to the test piece) from the controlled device (corresponding to the body of the fatigue tester) is fed back to control the controlled device. In order to realize a system for performing feedback control that sends a control signal to a control target device, a digital controller that performs feedback control by digital processing is provided, and the digital controller is provided in accordance with a deviation amount between an output signal and a target value signal. Control signal generating means for generating a control signal; comparing the waveform of the output signal with the waveform of the target value signal; and performing calculation processing relating to correction of the amplification factor and zero used in the generation processing of the control signal based on the comparison result. Amplification factor correction / zero correction calculation means; and amplification correction processing based on the calculation result by the amplification correction / zero correction calculation means. And a zero-point correction unit for performing a zero-point correction process based on the calculation result of the amplification-factor correction / zero-point correction calculation unit. It is also possible to adopt a configuration in which the algorithm of the calculation process relating to the correction of the amplification factor is switched stepwise according to the degree of convergence to the value signal. Further, in addition to the amplification factor, a configuration may be adopted in which the algorithm of the calculation process regarding the correction of the zero point is switched stepwise.
[0025]
The present invention provides a main body having a test piece mounting part for mounting a test piece and an actuator part for applying a load to the test piece, and feeds back a detection signal corresponding to the load applied to the test piece to control the operation of the actuator part. In a fatigue tester provided with control means for performing feedback control for sending a control signal for control to the main body, the control means includes a digital controller for performing feedback control by digital processing, and a digital controller connected to the digital controller. And an external processing device that performs processing other than the processing related to feedback control by transmitting and receiving information between the external processing device and the standby processing device that is used when the actuator unit is operated in a state other than during the test. The process of displaying the middle screen and performed using this waiting screen Waiting screen display / input reception processing means for performing processing for accepting operation input to the actuator unit by the examiner, processing for displaying a test condition setting screen for setting test conditions, and an experiment performed using the test condition setting screen Test condition setting screen display / input reception processing means for performing processing for accepting test condition setting input by a user, processing for displaying an in-test screen for monitoring the test status during a test, and an experiment performed using the in-test screen And a screen display / input acceptance processing means for performing a process of accepting an input by a user.
[0026]
Here, the “processing related to feedback control” includes, for example, the above-described calculation processing related to the correction of the amplification factor and the zero point, the correction processing of the amplification factor and the zero point, and the like, in addition to the processing of the main loop of the feedback.
[0027]
In such a fatigue tester of the present invention, the display processing of the three screens of a standby screen, a test condition setting screen, and a screen during the test are performed by an external processing device provided separately from the digital controller, and these screens are displayed. The input process used is accepted. Therefore, these screens are switched for each situation of the test machine operation, that is, for each scene from the test preparation stage to the actual stage.
[0028]
For this reason, in each scene of the test and its preparation, the experimenter checks only the display of the information necessary for each scene while referring to any of the three screens, and inputs necessary information for each scene. Only work. Therefore, the experimenter only needs to perform the minimum necessary operations in each stage of the test and the preparation thereof, and eliminates the need to perform extra operations or refer to extra information and think about extra things. Since it becomes possible, operability is improved. Since the operability is improved, the occurrence of erroneous recognition or erroneous operation is avoided or suppressed, which leads to an improvement in test accuracy.
[0029]
In addition to the standby screen display / input reception processing means, the test condition setting screen display / input reception processing means, and the test-in-progress screen display / input reception processing means, an operation that must not be performed or performed while an operation is being performed. Reciprocal operation forced invalidation means for forcibly invalidating operations that should not be performed, or input parameter auditing means for inspecting whether parameters (test conditions and the like) input by the experimenter are abnormal may be provided. This prevents erroneous operation, which leads to further improvement in test accuracy.
[0030]
Further, the standby screen display / input reception processing means, the test condition setting screen display / input reception processing means, and the test screen display / input reception processing means are all provided in an external processing device. Does not bear the display processing of the three screens and the input reception processing on the three screens. That is, the functions of the man-machine interface between the experimenter and the test machine are all realized by the external processing device, and the digital controller bears only the arithmetic processing directly related to the control performance. For this reason, the processing load on the digital controller is reduced, and the speed of arithmetic processing directly related to control performance such as responsiveness, load accuracy, and convergence to disturbance is improved. The above objects are achieved by these.
[0031]
Further, in the fatigue test machine described above, the test condition setting screen display / input reception processing means performs the combination of the maximum stress and the minimum stress, the combination of the maximum stress and the stress ratio, the minimum stress and the stress as the test conditions on the test condition setting screen. Any of the combinations of the ratios, as well as the input of the test piece diameter, is configured to receive the test screen display / input reception processing means, a configuration in which a test status is displayed as a test status on the test screen, and a graph of stress is displayed. It is desirable to have been.
[0032]
In this way, if the system is configured to accept input based on the stress / stress ratio / specimen diameter on the test condition setting screen and display the stress graph on the screen during the test, the experimenter will Since it is sufficient to use only the commonly used parameter of the piece diameter, the operability of the tester is improved. Moreover, since the stress display on the screen during the test is graphed, the experimenter can intuitively grasp the test status, and the operability of the test machine is further improved. For this reason, even an experimenter who does not have knowledge of a fatigue testing machine or control can easily perform a fatigue test.
[0033]
As described below, a program for causing a computer to function as the external processing device is also a distribution target and a transaction target, as described below. That is, as the external processing device described above, a program or a part thereof for causing a computer to function is, for example, a magneto-optical disk (MO), a read-only memory (CD-ROM) using a compact disk (CD), Read only memory (DVD-ROM) using CD recordable (CD-R), CD rewritable (CD-RW), digital versatile disk (DVD), random access memory (DVD-RAM) using DVD ), Flexible disk (FD), magnetic tape, hard disk, read-only memory (ROM), electrically erasable and rewritable read-only memory (EEPROM), flash memory, random access memory (RAM), etc. Can be recorded and stored or distributed In addition, for example, a local area network (LAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), a wired network such as the Internet, an intranet, an extranet, or a wireless communication network; It is possible to transmit using a transmission medium such as a combination of these, and it is also possible to carry on a carrier wave. Furthermore, the program described above may be a part of another program, or may be recorded on a recording medium together with a separate program.
[0034]
Further, the present invention includes an actuator portion for applying a load to the test piece, and a test piece mounting portion for mounting the test piece in a state where the test piece is arranged in a direction along the load direction by the actuator portion. A gripping part for gripping both ends of the test piece, and a test piece contacting surface formed on each of these gripping parts with a test piece contact surface with which both end faces of the test piece abut respectively. In the above, the end faces on both sides of the test piece satisfy the parallelism of 0.01 and serve to define the parallelism between the test piece contact surfaces of the gripping portions facing each other among the surfaces of the test machine main body component. The surfaces that fulfill the requirements are all finished in a state that satisfies the parallelism of 0.01, and with the test piece attached to the test piece mounting part, the outer peripheral surface of each end of the test piece and each gripping part That a gap is formed between them It is an feature.
[0035]
Here, the “parallelism” is a parallelism in drafting science (parallelism described in a manufacturing drawing), and is a parallelism of a plane portion with respect to a reference plane. "Parallelism 0.01" means that the space between two planes each parallel to the reference plane and having an interval of 0.01 mm is set as an allowable range. The reference plane may be, for example, a surface on the opposite side of each component.
[0036]
In addition, "each surface that plays a role in defining the parallelism between the test piece contact surfaces of the opposing gripping portions" means that when assembling a plurality of test machine body components to form the test machine body, Specifically, it refers to a surface that will affect the relative posture between the test piece contact surfaces of each gripping portion.
[0037]
In this way, when the parallelism of each surface of the test piece and the components of the test machine main body was improved, and when the fitting between the end portion of the test piece and the grip portion was loosened, the parallelism was improved. As a result, the generation of an eccentric load is suppressed, and since the loose fitting is performed, the restraining force from the side surface (outer peripheral surface of the end of the test specimen) is not applied to the test piece, thereby generating the eccentric load. Can be suppressed. Therefore, the test accuracy is improved. Furthermore, if the fit is loose, there is a concern that the specimen may shift laterally during the fatigue test.However, since the parallelism between the test specimen and each surface of the test machine main body components is improved, the lateral displacement of the test specimen is Is not applied.
[0038]
Further, in the aforementioned fatigue test machine, the gap between the fitting of the outer peripheral surface of each end of the test piece used in the actual test and each gripping portion is the same as that of the dummy test piece for alignment used in the alignment work performed before the test. It is desirable that the gap is larger than the clearance between the fitting between the outer peripheral surface of each end portion and each grip portion.
[0039]
In the case where the alignment work can be performed using the alignment dummy test piece having a larger end than the test piece used in the test production as described above, the alignment dummy test piece is required before the test. After performing the centering operation using the test piece, the dummy test piece for centering is removed, and a test piece used in the actual test is attached. Thus, the alignment work can be performed with high precision, and the loose fitting described above can be easily realized. In addition, if the alignment work is performed once using the alignment test piece, a plurality of tests can be performed in the same state, and the labor of the experimenter is reduced.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of a fatigue tester 10 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a test piece mounting portion 20 constituting the main body 11 of the fatigue tester 10, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the test piece mounting portion 20. 4 to 6 show examples of screens associated with processing by the external processing device 90 constituting the control unit 60 of the fatigue tester 10. The fatigue tester 10 is a fatigue tester for acquiring ultra-high cycle range data.
[0041]
In FIG. 1, a fatigue tester 10 includes a main body 11 for mounting a test piece 1 and applying a load to the test piece 1, and control means 60 for controlling an operation for applying a load on the main body 11. It is configured.
[0042]
The main body 11 includes a test piece mounting part 20 for mounting the test piece 1, an actuator part 40 for applying a load to the test piece 1, and a servo valve 50 for switching the hydraulic pressure supplied to the actuator part 40. Have been.
[0043]
In FIG. 2, a test piece mounting part 20 is connected to an upper end 1 </ b> A of the test piece 1 via a plurality of components and detects a load applied to the test piece 1, and detects a strain of the load cell 21. A load cell holder 23 for holding the load cell 21, an upper (load cell 21 side) gripping portion 24 for gripping the upper end 1A of the test piece 1, and a lower end 1B of the test piece 1 for holding. And a lower gripping portion 25 (toward the piston 41).
[0044]
The load cell 21 is fixed to the upper surface 23A of the load cell holder 23 by a plurality of bolts 26. The load cell 21 is slightly deformed by receiving a force from the test piece 1, and the strain at that time is detected by the strain gauge 22, whereby the load applied to the test piece 1 is detected.
[0045]
The load cell holder 23 is fixed to the upper surface 42A of the cylinder 42 of the actuator section 40 by a plurality of bolts (not shown). The load cell holder 23 has a configuration in which upper and lower flange portions are connected by a plurality of (for example, two) pillar portions, and is formed of, for example, a block of metal material.
[0046]
The upper grip portion 24 is provided with a round bar-shaped shaft portion 27 extending upward, and an upper portion of the shaft portion 27 is provided with a male screw 28. A bush 29 is sandwiched between the shaft portion 27 and the load cell 21, whereby the relative positioning between the upper grip portion 24 and the load cell 21 in a direction orthogonal to the load direction (the vertical direction in FIG. 2). Has been done. A lock nut 30 is screwed into the male screw 28 of the shaft portion 27. By tightening the lock nut 30, the relative position of the upper grip portion 24 with respect to the load cell 21 in the load direction is fixed. It has become.
[0047]
The lower grip 25 is screwed to a piston screw 41D provided at the tip of the first piston rod 41B of the actuator section 40 and fixed to the first piston rod 41B. As a result, a load due to the forward and backward movement of the piston 41 of the actuator section 40 is applied to the test piece 1.
[0048]
2 and 3, each of the gripping portions 24 and 25 for gripping the upper and lower ends 1A and 1B of the test piece 1 has a circular insertion hole 31, for inserting the upper and lower ends 1A and 1B of the test piece 1, for example. The upper and lower ends 1A, 1B of the test piece 1 inserted into the respective insertion holes 31, 32 by tightening the plurality of bolts 33, 34 and the test piece holders 24A, 25A having the 32 formed thereon are pressed down and fixed. The test piece fixing lids 24B and 25B are provided. Each of the test piece fixing lids 24B and 25B has a disk shape having a through hole through which the test piece 1 is inserted in the center, that is, a donut shape. Of the cover.
[0049]
Further, each of the test piece fixing lids 24B and 25B may not be divided into two parts, but may be divided into three parts. For example, in the case of three divisions, each of the lid pieces is divided into 120-degree sections to form substantially fan-shaped lid pieces, and each of these lid pieces is attached to each of the test piece holders 24A and 25A using two bolts 33 and 34, respectively. Fix it. That is, the test piece fixing cover 24B is fixed with a total of six bolts 33, and the test piece fixing lid 25B is fixed with a total of six bolts. As a result, even when the test piece 1 is fixed with the same total of six bolts 33, 34, the load applied to each end 1A, 1B of the test piece 1 is more uniform in the three-part division than in the two-part division. become. Therefore, for the test piece 1, a more reasonable load can be achieved by using the three-piece test piece fixing lids 24B and 25B than by using the two-piece test piece fixing lids 24B and 25B. However, there is also an advantage that the two-parting is easier to install. For this reason, for a material that may be fatigue-destructed from a contact portion between the upper and lower ends 1A and 1B of the test piece 1 and the test piece fixing lids 24B and 25B in a long life region, for example, a three-part test is performed. For a material that does not cause the above-described destruction such as high-strength steel using the piece fixing covers 24B and 25B, the test piece 1 is formed by using the two-piece test piece fixing covers 24B and 25B. Depending on the material, the test piece fixing lids 24B and 25B having different numbers of divisions may be used.
[0050]
In FIG. 3, the bottom surfaces of the insertion holes 31 and 32 formed in the test piece holders 24A and 25A serve as test piece contact surfaces 31A and 32A with which the upper and lower end surfaces 1C and 1D of the test piece 1 contact. I have. When the test piece 1 is mounted on the test piece mounting portion 20, the outer peripheral surfaces 1E and 1F of the upper and lower ends 1A and 1B of the test piece 1 and the test piece holders 24A and 25A of the upper and lower grip portions 24 and 25 are provided. The gaps 35 and 36 are respectively formed between the inner peripheral surfaces (side surfaces) 31B and 32B of the insertion holes 31 and 32 formed in the holes.
[0051]
In FIG. 3, the upper and lower ends 2A and 2B of the alignment test specimen used in the alignment work performed before the test are indicated by two-dot chain lines in the figure. Except for the upper and lower ends 2A and 2B, this dummy test piece for centering is the same as the test piece 1 used in the actual test. The outer diameters (diameters) W1 and W2 of the upper and lower ends 2A and 2B of the centering dummy test piece are the outer diameters (diameters) of the upper and lower ends 1A and 1B of the test piece 1 used in the actual test. Each is larger than D1 and D2. Therefore, assuming that the inner diameters (diameters) of the insertion holes 31 and 32 formed in the test piece holders 24A and 25A of the upper and lower grip portions 24 and 25 are H1 and H2, the upper and lower ends of the test piece 1 used in the test production. The gaps (H1-D1) and (H2-D2) for fitting between the outer peripheral surfaces 1E and 1F of 1A and 1B and the inner peripheral surfaces (side surfaces) 31B and 32B of the insertion holes 31 and 32 are dummy tests for alignment. From the gaps (H1-W1) and (H2-W2) between the outer peripheral surfaces 2E and 2F of the upper and lower ends 2A and 2B of the pieces and the inner peripheral surfaces (side surfaces) 31B and 32B of the insertion holes 31 and 32. Are also getting bigger.
[0052]
Furthermore, the processing accuracy of each component (see FIG. 2) that plays a role in defining the parallelism between the test piece contact surfaces 31A and 32A (see FIG. 3) of the upper and lower grip portions 24 and 25 is high, and each component is high. Each surface (upper surface or lower surface) is finished to satisfy the parallelism of 0.01. Further, the surface roughness of each of these surfaces is a roughness equivalent to polishing finish. Note that the parallelism of each of these surfaces is a degree of parallelism after securing a perpendicularity to the load direction (the direction in which the piston 41 advances and retreats).
[0053]
Specifically, the following surface is processed to have a parallelism of 0.01 and a roughness equivalent to polishing finish. That is, in FIG. 3, (1) upper and lower end faces 1C and 1D of the test piece 1, (2) test piece contact surfaces 31A and 32A of the upper and lower grip portions 24 and 25, and (3) upper and lower ends of the test piece 1. Opposite surfaces 1G, 1H of parts 1A, 1B, (4) Upper and lower back side bottom surfaces 24C, 25C of upper and lower test piece fixing lids 24B, 25B abutting on these opposing surfaces 1G, 1H, (5) Upper and lower gripping parts 24, 25 (6) The surfaces 24D, 25D of the test specimen holders 24A, 25A, and (6) the heights satisfying the above conditions for the back side joining surfaces 24E, 25E of the upper and lower test specimen fixing lids 24B, 25B joined to the surfaces 24D, 25D. Accurate processing is performed.
[0054]
2, (7) upper surface 42A of cylinder 42 of actuator section 40, (8) lower surface 23B of load cell holder 23, (9) upper surface 23A of load cell holder 23, (10) lower surface 21A of load cell 21 and (11) ) Lower surface 30A of lock nut 30, (12) Upper surface 29A of bush 29, (13) Lower surface 29B of bush 29, (14) Upper surface 24F of upper gripper 24, (15) Lower surface 25F of lower gripper 25. (16) The upper end surface 41E of the first piston rod 41B is processed with high accuracy satisfying the above conditions.
[0055]
The actuator section 40 is the same as the actuator section of the fatigue tester described in Patent Document 1 by the applicant of the present application, and therefore, detailed illustration is omitted. In FIG. 1, an actuator section 40 includes a piston 41 that moves forward and backward to apply a load to the test piece 1, and a cylinder 42 that is arranged around the piston 41 and guides the sliding of the piston 41. I have. The piston 41 has a head portion 41A that moves forward and backward due to a difference in front and rear oil pressure, a first piston rod 41B provided on a forward side of the head portion 41A, and a second piston provided on a retreat side of the head portion 41A. And a piston rod 41C.
[0056]
In the cylindrical space inside the cylinder 42, a first pressure chamber 43 is formed on the forward side of the head 41A of the piston 41, and a second pressure chamber 44 is formed on the retreat side of the head 41A. The first pressure chamber 43 and the second pressure chamber 44 are supplied with oil for applying oil pressure to the head portion 41A through the first flow path 45 and the second flow path 46 formed in the cylinder 42. ing.
[0057]
The servo valve 50 is similar to the servo valve of the fatigue tester described in Patent Document 1 by the present applicant, and includes four ports (not shown), namely, a P port, an R port, a C1 port, and a C2 port. ing. The P port is connected to a supply pressure pipe of a hydraulic unit (not shown), and the R port is connected to a return pipe connected to an oil tank (not shown). The C1 port and the C2 port are connected to a first flow path 45 and a second flow path 46 formed in the cylinder 42 of the actuator section 40, respectively.
[0058]
The servo valve 50 switches the oil that has entered from the P port to the C1 or C2 port according to a current signal or a voltage signal sent from the DSP controller 70 and allows the oil to flow. For example, when switching to the C1 port, the oil that has flowed out of the C1 port enters the first pressure chamber 43 through the first flow path 45 and pushes the head 41A of the piston 41 to move the piston 41 backward. Due to the backward movement of the piston 41, the oil in the second pressure chamber 44 is pushed by the head portion 41A and enters the C2 port through the second flow path 46. Then, the oil that has entered the servo valve 50 from the C2 port is guided to the R port in the servo valve 50 and finally flows to the return pipe of the hydraulic unit. The oil circulates through such a path. The same is true when switching to the C2 port, in which case the piston 41 moves forward.
[0059]
Accordingly, the switching control of the servo valve 50 causes the piston 41 to move forward and backward. At this time, as shown in FIG. 2, the first piston rod 41B of the actuator unit 40 is connected to the lower end 1B of the test piece 1 via the lower grip 25. Therefore, displacement of the lower end portion 1B of the test piece 1 in the longitudinal direction is given to the lower end 1B of the test piece 1 as the piston 41 moves forward and backward, and as a result, a load is applied to the test piece 1. Has become.
[0060]
As the servo valve 50, for example, a so-called nozzle flapper type servo valve can be suitably used, and a so-called direct drive type servo valve may be used from the viewpoint of further improving responsiveness. Here, the former nozzle flapper type servo valve moves the spool by a pressure difference between the nozzle and the flapper in a part called a first stage, and the latter direct drive type servo valve has a spool Is directly driven by a driving element such as a voice coil or a giant magnetostrictive element or an electrostrictive element.
[0061]
In FIG. 1, a control unit 60 feeds back a detection signal of the strain gauge 22 corresponding to a load applied to the test piece 1 and feeds a control signal for controlling an operation of the actuator unit 40 to the servo valve 50. The DSP controller 70 performs digital processing for processing directly related to the control performance, and transmits and receives information between the DSP controller 70 and the DSP controller 70, thereby directly controlling the control performance. And an external processing device 90 that performs processing that does not need to be performed.
[0062]
1, the DSP controller 70 includes a function generator 71, a servo amplifier 72 constituting a control signal generator, a DA converter 73, an AD converter 74, a counter 75, and a limiter 76. ing. The DSP controller 70 includes a peak bottom hold 77, an amplification factor correction / zero correction calculation unit 78, an amplification factor correction unit 79, and a zero correction unit 80.
[0063]
Each component of the DSP controller 70 includes one or a plurality of central processing units (CPU) provided inside the DSP controller 70 and one or a plurality of control units that define an operation procedure of the CPU. It is realized by a program and various memories such as a ROM and a RAM. The hardware constituting the DSP controller 70 may include, for example, a product-sum operation unit in addition to the CPU. The control program is a program in which an execution program created and compiled by the external processing device 90 is mounted on the DSP controller 70. This control program is created by combining a program created by the external processing device 90 with various instructions (for example, an instruction to output a sine waveform) prepared by a DSP board built in the DSP controller 70. Generally, all parts of the control program may be created by the external processing device 90.
[0064]
The DSP controller 70 performs the following fully digitalized feedback control. Describing from the outline of the control, first, a signal corresponding to the target load is generated in the function generator 71. This signal is amplified at a predetermined amplification rate by the servo amplifier 72, and is converted into an analog current signal or a voltage signal through the DA converter 73. The analog current signal or the voltage signal is replaced with oil having a flow rate proportional to the magnitude of the signal in the servo valve 50, and is guided to the first pressure chamber 43 or the second pressure chamber 44 of the actuator section 40. As a result, the piston 41 moves, and a load is applied to the test piece 1.
[0065]
Next, the load applied to the test piece 1 is converted into an analog voltage signal or a current signal proportional to the load by the load cell 21 and the strain gauge 22, and further converted into a digital signal through the AD converter 74. Then, a deviation value between the target value signal from the function generator 71 and this load signal is calculated, and this value is sent to the servo amplifier 72 again. The deviation finally converges by such a feedback loop, and a load corresponding to the target value signal is applied to the test piece 1.
[0066]
On the other hand, since the fatigue tester 10 is affected by various disturbances as a whole system, the load signal may not follow the target value signal when the amplification factor is set to a constant value. In such a case, a correction operation for disturbance is performed by the peak bottom hold 77, the amplification factor correction / zero correction calculation unit 78, the amplification factor correction unit 79, and the zero correction unit 80. That is, the maximum value and the minimum value of the load signal are monitored in real time by the peak bottom hold 77, and the amplification factor correction / zero correction calculation means 78 calculates the optimum amplification factor correction amount from the deviation between the monitoring result and the target value signal. And the zero point correction amount are calculated. Then, based on the calculation result, the signal of the function generator 71 is corrected by the zero-point correcting means 80, and the amplification factor of the servo amplifier 72 is corrected by the amplification factor correcting means 79.
[0067]
When the load signal deviates from a preset range, such as when the test piece 1 is broken or when an emergency occurs, the fatigue tester 10 is stopped by the limiter 76. The counter 75 counts the number of repetitions required for the fatigue test.
[0068]
Next, the details of the control, that is, the details of the processing of each component of the DSP controller 70 will be described.
[0069]
The function generator 71 performs a process of generating a target value r (k). The target value r (k) is a sine waveform, and is represented by the following equation (1).
[0070]
r (k) = A t × sin (2π × (F × k / F s )) + OFF t ... (1)
[0071]
Where A t Is the sine wave amplitude (amplitude) of the attained target load, F is the repetition frequency (frequency) of the fatigue test, and F s Is the operating frequency (sampling frequency) of the A / D converter 74 of the DSP controller 70, and OFF t Is the sine wave average value (offset) of the zero point, that is, the target load. k is a value meaning one time of the discretized time, for example, the sampling frequency F s Is set to 50 Hz, time data can be measured 50 times per second. At this time, data of k = 1 represents the first time data of 50 data.
[0072]
Also, the sine wave amplitude A of the target load t And zero point OFF t Is determined from the maximum stress and stress ratio input by the experimenter using the test condition setting screen 200 of FIG. 5 described later. This determination processing is performed by the processing means 90A of the external processing device 90, and the result of the determination is transferred to the function generator 71 and used for the processing in the function generator 71. For example, assume that the load cell 21 is calibrated to output 10 V at 1000 kgf (9.81 kN). At this time, when it is desired to apply a repetitive load having a maximum value of 1000 kgf (9.81 kN) and a minimum value of 100 kgf (0.98 kN) to the test piece 1, the amplitude of the target load is (1000−100) / 2 = It is 450 kgf (4.41 kN), and the average value of the sine wave of the target load is (1000 + 100) / 2 = 550 kgf (5.39 kN). In other words, this waveform is a sine waveform having an amplitude of 450 kgf (4.41 kN) vertically around 550 kgf (5.39 kN). At this time, since 1 kgf (9.81 N) corresponds to 0.01 V, if the above target load is converted into a target voltage signal, the amplitude A t = 450 × 0.01 = 4.5V, zero point OFF t = 550 × 0.01 = 5.5V. In the fatigue testing machine 10, as described later, the test condition setting screen display / input reception processing means 92 of the external processing device 90 receives the setting input based on the stress value on the test condition setting screen 200 in FIG. The operator does not need to perform the conversion work from the stress value to the load value, and the external processing device 90 performs the conversion processing from the stress value to the load value, the calculation and determination processing of the amplitude and the zero point of the target load, and the conversion into the voltage value. Perform all processing automatically.
[0073]
Further, the repetition frequency F of the fatigue test is input by an experimenter using a test condition setting screen 200 in FIG. 5 described later.
[0074]
The servo amplifier 72 performs a process of generating a control signal to be sent to the servo valve 50. The control by the DSP controller 70 is proportional control, and the manipulated variable u (k) of the proportional control sent to the servo valve 50 as a control signal is expressed by the following equation (2).
[0075]
u (k) = G × e (k) (2)
[0076]
Here, G is an amplification factor, that is, a proportional gain (gain). e (k) is the deviation amount between the target value r (k) and the response value (the load value detected by the strain gauge 22) x (k), and e (k) = r (k) -x (k) ).
[0077]
Accordingly, considering the calculation processing of the deviation e (k) and the processing by the servo amplifier 72 based on the deviation e (k), the value of the control signal finally sent to the servo valve 50 is calculated by the above equation. Substituting equation (1) into (2), the following equation (3) is obtained.
[0078]
Figure 2004354081
[0079]
The peak bottom hold 77 measures the maximum value and the minimum value of each cycle of the waveform of the actually measured load value detected by the strain meter 22, and performs a process of storing and measuring the maximum value and the minimum value.
[0080]
The amplification factor correction / zero correction calculator 78 compares the waveform of the target value signal with the waveform (feedback waveform) of the detection signal of the strain gauge 22, and based on the comparison result, the amplification factor (gain) and the zero (offset). The calculation processing relating to the correction is performed. This is a process for performing adaptive proportional control. The comparison between the waveform of the target value signal and the feedback waveform includes comparing the amplitude of the waveform of the target value signal with the amplitude of the feedback waveform, and comparing the zero point (offset) of the waveform of the target value signal with the zero point (offset) of the feedback waveform. Is a comparison. Here, the amplitude and offset of the waveform of the target value signal are values calculated and determined by the external processing device 90 when the test conditions are first set on the test condition setting screen 200 in FIG. 5 as described above. On the other hand, the amplitude and offset of the feedback waveform are calculated by the amplification factor correction / zero correction calculation unit 78 based on the maximum value and the minimum value measured by the peak bottom hold 77. It should be noted that the comparison processing of these waveforms and the calculation processing relating to the correction based on the comparison result are basically performed for each cycle of the waveform, but may be performed for a plurality of cycles.
[0081]
Further, the amplification factor correction / zero correction calculation means 78 performs a calculation process relating to correction of the amplification factor (gain) and the zero (offset) according to the degree of convergence of the response signal (the detection signal of the strain gauge 22) to the target value signal. A process for switching the algorithm step by step is performed. This is a process for performing multi-stage adaptive proportional control. Note that the process of determining whether or not to switch is performed in principle for each cycle of the waveform, but may be performed for a plurality of cycles.
[0082]
As a specific example of the process of switching the algorithm stepwise, the following two-stage switching process can be given. However, the number of switching stages, the content of the algorithm, the switching determination method, and the like are limited to the following examples. Not something.
[0083]
For example, regarding the amplification rate (gain), the following algorithm A and algorithm B can be automatically switched based on the following conditions.
[0084]
<Algorithm A>
At a certain time during the fatigue test, the amplitude of the measured load is A c And the proportional gain at that time is G c And Here, the amplitude of the attained target load is A t Then, the proportional gain predicted value G for achieving this is t Is G t = (A t / A c ) × G c Can be considered. This G t And the current proportional gain G c ΔG is given by the following equation (4).
[0085]
ΔG = G t -G c = ((A t / A c ) -1) × G c ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (4)
[0086]
In a calculation process (AGC: Auto Gain Control) related to the correction of the amplification factor in the normal adaptive proportional control, an optimum gain is obtained by an algorithm expressed by the following equation (5) based on ΔG of the above equation (4). We are doing calculations.
[0087]
Figure 2004354081
[0088]
Here, i indicates the i-th sampling data, and corresponds to each cycle. Therefore, the value of i changes at a longer time interval than k in the equations (1) to (3). Gtp is a parameter (gain tuning parameter) used to smooth the change in the proportional gain. As the value of gtp, for example, 0.02 or the like can be used as an empirical value, but is not limited thereto. The above method is algorithm A.
[0089]
<Algorithm B>
In normal adaptive proportional control, AGC is performed only by the algorithm A described above. However, when the measured load value converges to the target value to some extent, the value of gtp × ΔG becomes extremely small, so that the convergence peaks out and it is difficult to converge the error to a value smaller than, for example, 1%.
[0090]
Therefore, in the multi-stage adaptive proportional control, the AGC algorithm is changed from the above algorithm A to the following algorithm B when the actually measured load value converges to the target value to some extent after the start of the test.
[0091]
(1) A c <A t In this case, the proportional gain is increased by 0.0002.
(2) A c > A t In this case, the proportional gain is reduced by 0.0002.
(3) A c = A t In the case of, the proportional gain is left as it is.
[0092]
In such an algorithm B, the increase / decrease amount is not limited to the above-mentioned 0.0002, and may be another value, or the increase amount and the decrease amount may be different values.
[0093]
The timing of switching from the algorithm A to the algorithm B is a time when gtp × ΔG <0.0006 is satisfied for the first time during the control by the algorithm A. Therefore, it is determined whether gtp × ΔG <0.0006 is satisfied in each cycle. Note that the numerical value 0.0006 is a value obtained empirically through experiments, but the criterion value is not limited to this.
[0094]
The error can be converged to ± 0.1% or less by the multi-stage adaptive proportional control for switching from the algorithm A to the algorithm B as described above. Note that the value of gtp in the algorithm A is dynamically changed while monitoring the degree of convergence, or the switching criterion value (boundary value of gtp × ΔG, which is only 0.0006 in the above example). ) May be provided, and multi-stage adaptive proportional control may be performed in which three or more steps are switched by changing the amount of increase or decrease in the algorithm B.
[0095]
As for the zero point (offset), the following algorithm C and algorithm D can be automatically switched based on the following conditions.
[0096]
<Algorithm C> The following algorithm C is used when the error is larger than 1.5% of the rated output.
[0097]
(1) If the current load average is larger than the target load average, the offset value is reduced. The adjustment amount is 0.15% of the rated output.
(2) If the current load average value is smaller than the target load average value, increase the offset value. The adjustment amount is 0.15% of the rated output.
(3) If the current load average value is the same as the target load average value, the offset is left as it is.
[0098]
<Algorithm D> When the error is 1.5% or less of the rated output, the following algorithm D is used.
[0099]
(1) If the current load average is larger than the target load average, the offset value is reduced. The adjustment amount is 0.006% of the rated output.
(2) If the current load average value is smaller than the target load average value, increase the offset value. The adjustment amount is 0.006% of the rated output.
(3) If the current load average value is the same as the target load average value, the offset is left as it is.
[0100]
Here, the rated output refers to the larger one of the absolute value of the maximum value of the target load and the absolute value of the minimum value of the target load.
[0101]
Therefore, the flow of the process for determining the offset correction amount is the same for both algorithms C and D, and only the numerical value of the adjustment amount is different. As described above, the present invention defines the "algorithm" by considering that the algorithm is different even in the case of only the difference in the usage data. The values of the respective adjustment amounts of 0.15% and 0.006% of the rated output are empirically obtained by experiments, but are not limited to these values. Further, the error value of 1.5% of the rated output, which is a criterion value for switching between the algorithms C and D, is not limited to this, and another value may be used.
[0102]
In the above example, a plurality of switching reference values (error boundary values) that are 1.5% of the rated output are provided, and the adjustment amount is prepared by adding another numerical value. Multi-stage adaptive proportional control that performs the above switching may be used.
[0103]
Further, the amplification factor correction / zero point correction calculation means 78 always keeps the automatic offset control (AOC: Auto offset control) valid even when the AGC is invalidated. That is, during the test, the load average value always matches or substantially matches the target value. The experimenter can select the valid / invalid of AGC by using the “AGC valid” button 360 on the in-test screen 300 of FIG. In the fatigue tester 10 of the present embodiment, since the average value is adjusted once before the test, the error of the average value can be kept small immediately after the start of the test. Therefore, the offset adjustment amount actually used may be almost the value of the algorithm D.
[0104]
The amplification factor correction means 79 and the zero point correction means 80 store the calculation results of the amplification factor correction / zero point correction calculation means 78 in a memory, and perform the amplification factor and zero point correction processing based on the calculation results. is there. Since the processing by the amplification factor correction / zero point correction calculation means 78 is performed for each cycle of the waveform, the content of the correction processing by the amplification rate correction means 79 and the zero point correction means 80 is updated for each cycle of the waveform.
[0105]
The counter 75 performs a process of counting the number of repetitions necessary for the fatigue test and a process of a counter limit. The counter limit is a function to stop the test when the number of test repetitions reaches a specified value. The specified value is a value input by the experimenter through the input section 233 of the number of times of discontinuation on the test condition setting screen 200 in FIG.
[0106]
The limiter 76 performs processing of a maximum limiter, a minimum limiter, a gain oscillation prevention limiter, and a test piece breakage detection mechanism.
[0107]
The maximum limiter is set when the maximum value detected by the peak bottom hold 77 exceeds the value set in advance before the test, while the minimum limiter is set when the minimum value detected in the peak bottom hold 77 is set before the test. When the value falls below the set value, the test operation is stopped to prevent the abnormal load from being repeated. The value set in advance before the test is a value calculated based on the value input by the experimenter in the input section 231 of the allowable excessive error on the test condition setting screen 200 in FIG.
[0108]
The gain oscillation prevention limiter has a function of preventing the output from being increased without limit by the automatic tuning and making the test unstable. The experimenter sets a limiter based on the value input in the allowable maximum gain input section 232 of the test condition setting screen 200 in FIG.
[0109]
The test piece rupture detection mechanism detects the rupture of the test piece 1 by sensing a sudden change in the response load waveform, and stops the fatigue test at the moment when the test piece 1 ruptures. This function protects the machine 10 itself.
[0110]
The external processing device 90 includes a processing unit 90A configured by a computer and performing various processes not directly related to control performance, an input unit 96 such as a keyboard and a mouse, and a display unit 97 such as a liquid crystal display and a CRT display. It is provided with. Further, for example, an output unit such as a printer or a plotter may be appropriately provided.
[0111]
The processing unit 90A includes a standby screen display / input reception processing unit 91, a test condition setting screen display / input reception processing unit 92, a test screen display / input reception processing unit 93, a reciprocal operation forced invalidation unit 94, And an input parameter auditing means 95.
[0112]
The standby screen display / input reception processing means 91 performs processing for displaying the standby screen 100 of FIG. 4 used when the actuator unit 40 is operated in a state other than during the test, and performs processing using the standby screen 100. This is a process for receiving an operation input to the actuator unit 40 by the experimenter.
[0113]
The test condition setting screen display / input reception processing means 92 performs a process of displaying the test condition setting screen 200 of FIG. 5 for setting test conditions, and a test condition by an experimenter performed using the test condition setting screen 200. The processing for accepting the setting input is performed. When the experimenter inputs necessary numerical values on the test condition setting screen 200 of FIG. 5 and instructs the determination, the input test conditions are transmitted to the DSP controller 70 by the test condition setting screen display / input reception processing means 92. Are automatically converted into parameters which can be interpreted by the control program of the first embodiment, and transferred to the DSP controller 70
[0114]
The in-test screen display / input reception processing means 93 displays the in-test screen 300 of FIG. 6 for monitoring the test status during the test, and receives the input by the experimenter performed using the in-test screen 300. Is what you do. When an error occurs during the test and the test is stopped, the screen display / input reception processing means 93 during the test communicates with the control program of the DSP controller 70, investigates the cause, and performs a process of reporting. Do.
[0115]
The reciprocal operation forcibly invalidating means 94 performs a process of forcibly invalidating an operation that should not be performed or an operation that should not be performed, while a certain operation is being performed. For example, during the test, the parameters of the test conditions cannot be changed.
[0116]
The input parameter auditing unit 95 performs a process of inspecting whether parameters (test conditions and the like) input by the experimenter are abnormal. For example, inconsistent parameter inputs on the test condition setting screen 200 in FIG. 5 are monitored.
[0117]
Each of the units 91 to 95 included in the processing unit 90A is a central processing unit provided inside a computer main body (including not only a personal computer but also a higher model thereof) constituting the external processing device 90. It is realized by a device (CPU) and one or a plurality of programs that define an operation procedure of the CPU.
[0118]
In the present embodiment as described above, a fatigue test for acquiring ultra-high cycle range data is performed using the fatigue tester 10 as follows.
[0119]
First, the experimenter performs the centering operation of the main body 11 of the fatigue tester 10 using the centering dummy test piece before performing the fatigue test. 2 and 3, in the centering operation, first, a dummy test piece for centering is attached to the lower (piston 41 side) grip portion 25. At this time, the lower end 2B of the dummy test piece for centering is inserted into the insertion hole 32 formed in the test piece holder 25A, and the bolt 34 is tightened. The lower end 2B of the dummy test piece is pressed down and fixed.
[0120]
Next, the horizontal position of the load cell 21 is adjusted such that the upper end 2A of the dummy test piece for alignment is inserted into the insertion hole 31 formed in the test piece holder 24A of the grip portion 24 on the upper side (the load cell 21 side). I do.
[0121]
Subsequently, after adjusting the horizontal position of the load cell 21, the load cell 21 is fixed with the bolt 26 and the lock nut 30 is tightened. Finally, the dummy specimen for alignment is removed.
[0122]
The above alignment work can be performed in about several minutes, and the operation time can be remarkably reduced as compared with the case where a strain gauge is pasted on a test piece and the alignment work is conventionally performed. After the centering operation, no restraint force is applied to the test piece 1 from the side surface, no matter how many times the test piece 1 for the fatigue test is attached at random. Therefore, unlike the conventional case, this alignment work does not need to be performed for each fatigue test.
[0123]
After performing the alignment operation using the dummy specimen for alignment as described above, the experimenter attaches the test piece 1 to the test piece mounting portion 20 of the main body 11 of the fatigue tester 10 in order to perform a fatigue test. Attach. At this time, the experimenter uses the standby screen 100 of FIG. 4 displayed on the screen of the display means 97 by the standby screen display / input reception processing means 91 of the external processing device 90 to mount the test piece 1. The operation of the piston 41 required for is performed.
[0124]
In FIG. 4, the standby screen 100 includes a feedback value display unit 110, a test condition display unit 120, a piston control unit 130, a "communication end" button 140, a "test condition setting" button 150, and a "test A “to console” button 160 and a “numeric offset input” button 170 are provided.
[0125]
The feedback value display section 110 is provided with a display section 111 for a load obtained from a detection signal of the strain gauge 22, and a display section 112 for a load stress obtained by converting the load into a test piece diameter. The conversion process into the stress value is performed by the standby screen display / input reception processing means 91.
[0126]
The test condition display section 120 includes display sections 121 to 124 for a maximum absolute stress, a test stress ratio, a test piece diameter, and a test frequency. These display values are values entered by the experimenter on the test condition setting screen 200 in FIG. 5 by clicking the “test condition setting” button 150.
[0127]
The piston control unit 130 includes an up button 131 for moving the piston 41 forward (up), a down button 132 for moving the piston 41 backward (down), a neutral button 133 for moving the piston 41 to the center position, and a A forward amount display section 134 for displaying the forward amount (rising amount) as a bar, a retreat amount displaying section 135 for displaying the retreat amount (lowering amount) of the piston 41 as a bar, and a valve zero for inputting the adjustment amount of the zero point of the servo valve 50. An adjustment input section 136 and a “Set” button 137 for actually setting the value input by the valve zero adjustment input section 136 are provided. Since the zero point of the servo valve 50 is normally shifted to the safe side, the zero point adjustment is performed to correct this in advance and perform precise control.
[0128]
The “communication end” button 140 is a button for terminating communication with the DSP controller 70, and the “test condition setting” button 150 is a button for moving to the test condition setting screen 200 in FIG. The "to" button 160 is a button for moving to the in-test screen 300 in FIG. 6, and the "numeric offset input" button 170 is forcibly setting the zero point (offset) to a certain value at the time of adjustment before the start of the test or the like. This button is used when setting.
[0129]
The experimenter also sets test conditions before the test. In this case, the experimenter clicks a “test condition setting” button 150 on the standby screen 100 of FIG. Then, the test condition setting screen display 200 shown in FIG. 5 is displayed on the screen of the display means 97 of the external processing device 90 by the test condition setting screen display / input reception processing means 92.
[0130]
In FIG. 5, a test condition setting screen 200 includes a main condition setting unit 210 for setting main conditions of the test conditions, an advanced condition setting unit 220 for setting advanced conditions of the test conditions, and various types of test conditions. A limiter setting unit 230 for setting a limiter value, a “cancel” button 240 for canceling an input in each of the setting units 210, 220, 230, and a condition for actually setting conditions input in each of the setting units 210, 220, 230 "Set condition" button 250 is provided.
[0131]
The main condition setting section 210 is provided with input sections 211 to 214 for a maximum absolute stress, a test stress ratio, a test piece diameter, and a test frequency, and a compression-compression for checking when performing a compression-compression test. A test selection check input unit 215 is provided. The values of the maximum absolute stress, the test stress ratio, and the test piece diameter input here are the sine wave amplitude A of the attained target load in the aforementioned equation (1). t And sine wave average (zero) OFF t Is used in the calculation determination process of This calculation determination processing is performed by the test condition setting screen display / input reception processing means 92. The value of the test frequency input here is set as the value of F in the above-described equation (1).
[0132]
The altitude condition setting unit 220 includes input units 221 to 223 for load cell conversion constant, vacuum bias, and default gain. The load cell conversion constant indicates the relationship between the load applied to the load cell 21 and the output voltage of the strain gauge 22, and is input according to the calibration result of the load cell 21. Sine wave amplitude A of load t And sine wave average (zero) OFF t Is used in load-voltage conversion processing in various processing such as calculation determination processing. The default gain sets an initial value of the amplification factor (gain).
[0133]
The limiter setting section 230 is provided with input sections 231 to 233 for the permissible excessive error, permissible maximum gain, and number of repetition of discontinuation. These input values are used for various limit processes performed by the limiter 76 and the counter 75.
[0134]
When the experimenter finishes the input in each of the setting sections 210, 220, and 230 and clicks the "set condition" button 250, the input condition is set, and the screen returns to the standby screen 100 of FIG. Then, when starting the test, the experimenter clicks a “To test console” button 160 on this screen 100. Then, the screen under test 300 of FIG. 6 is displayed on the screen of the display means 97 of the external processing device 90 by the screen under test display / input reception processing means 93.
[0135]
In FIG. 6, a test condition screen 310 for displaying test conditions, a test status numerical display 320 for numerically displaying the test status, and a stress display based on the actually measured load as the test status are displayed on the in-test screen 300 in a graph. A test status graph display unit 330 for performing the test is provided.
[0136]
The test condition display section 310 is provided with display sections 311 to 314 for maximum absolute stress, test stress ratio, test piece diameter, and test frequency. These display values are values input by the experimenter on the test condition setting screen 200 in FIG.
[0137]
The test status numerical display unit 320 includes a count display unit 321 that displays the count value of the counter 75, a gain display unit 322 that displays the current gain, and what percentage of the rated input of the servo valve 50 is used. An output LV display section 323 for displaying an output level of "(% of the maximum flow rate)" and a test error display section 324 are provided. The test error displayed here means (actual load amplitude−target load amplitude) / target load amplitude × 100 (%).
[0138]
The test situation graph display section 330 displays a waveform of stress calculated from the actual load (a waveform in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents stress). The conversion process from the load value to the stress value at this time is performed by the screen display / input reception processing means 93 during the test.
[0139]
The display contents of the test status numerical value display unit 320 and the test status graph display unit 330 are updated periodically by the screen display / input reception processing unit 93 during the test.
[0140]
In addition, on the screen 300 during the test, an “offset automatic adjustment” button 340 for automatically adjusting the offset, a “test stop” button 350 for stopping the test, an “AGC enable” button 360 for enabling the AGC, and a counter 75 are provided. A "counter reset" button 370 for resetting the count value of the "", an "unloading" button 380 for unloading, and a "go to main console" button 390 for moving to the standby screen 100 of FIG. 4 are provided. I have.
[0141]
When the test is actually performed, the offset is statically adjusted up to the offset value of the target load, and then the sum is added to superimpose the sine waveform. The “automatic offset adjustment” button 340 is a button for automatically bringing the load statically to the offset value before the start of the test.
[0142]
If the "AGC validity" button 360 is not clicked, the multi-stage adaptive proportional control does not become valid, and only the proportional control is performed. In this case, the values of the amplification factor (gain) and the zero point (offset) become constant values, and even if the actual load deviates from the target load due to an external factor, the operation of correcting the amplification factor and the zero value is adapted accordingly. Is not done.
[0143]
According to this embodiment, the following effects can be obtained. That is, the amplification factor correction / zero correction calculation means 78 performs amplification based on the degree of convergence of the actual load signal (the detection signal of the strain gauge 22) to the target value signal when performing the calculation processing relating to the amplification factor and zero correction. Since the algorithm of the calculation process related to the correction of the gain is configured to be switched stepwise, when the detection signal converges to the target value signal to some extent, the algorithm related to the correction of the amplification factor is switched, so that the target value signal of the detection signal is changed. Convergence degree can be increased. Therefore, the test accuracy can be improved.
[0144]
Further, the amplification factor correction / zero point correction calculation means 78 is configured to switch not only the amplification factor but also the algorithm of the calculation process relating to the correction of the zero point stepwise according to the degree of convergence of the detection signal to the target value signal. Therefore, the degree of convergence of the detection signal to the target value signal can be further increased, and the test accuracy can be further improved.
[0145]
Further, the amplification factor correction / zero correction calculation means 78 is configured to determine whether or not to switch the algorithm for each cycle of the waveform, so that the algorithm can be switched at an appropriate timing. Therefore, the convergence speed can be improved, and the test accuracy can be further improved.
[0146]
Specifically, assuming that the convergence degree of the error between the target value signal and the detection signal is, for example, about ± 1% in the conventional adaptive proportional control, the multi-stage adaptive proportional control of the present embodiment is ± 0.1% Can be converged within.
[0147]
Since the fatigue tester 10 includes the DSP controller 70 and the external processing device 90 as the control means 60, the DSP controller 70 includes arithmetic processing (target value signal, load signal, Comparison, amplification factor correction, zero point correction, peak bottom hold, and calculation of the amplification factor and zero point correction for performing multi-stage adaptive proportional control). Calculations that are not directly related to the operation (operations that convert the feedback voltage to load, numerical display of stress, graph display of stress, bar display of piston movement, arrow display of piston operation buttons, etc. Computational processing relating to an interface for making display easy to handle). That is, it is possible to completely separate an arithmetic processing program directly related to control performance from an arithmetic processing program not directly related to control performance, and to separate hardware for executing each of these programs.
[0148]
For this reason, the processing load on the DSP controller 70 can be reduced, so that the processing speed of arithmetic processing directly related to control performance such as responsiveness, load accuracy, and convergence to disturbance can be improved. Can be improved.
[0149]
Also, the external processing device 90 includes a standby screen display / input reception processing unit 91, a test condition setting screen display / input reception processing unit 92, and a test screen display / input reception processing unit 93. In each scene of the test and its preparation, each of the three screens of the standby screen 100 in FIG. 4, the test condition setting screen 200 in FIG. 5, and the test screen 300 in FIG. Only the display of information necessary for each scene can be confirmed, and only the input work required for each scene can be performed. Therefore, the experimenter only needs to perform the minimum necessary operations in each stage of the test and its preparation, so that there is no need to perform extra operations or refer to extra information to eliminate the need to consider extra things. Operability can be improved. In addition, since operability can be improved, occurrence of erroneous recognition or erroneous operation can be avoided or suppressed, and test accuracy can be improved.
[0150]
Then, by the standby screen display / input reception processing means 91, the up button 131 and the down button 132 are displayed as arrows in the piston control section 130 of the standby screen 100 in FIG. Since the portion 135 is displayed as a bar, the experimenter can intuitively operate the piston 41. In addition, erroneous operations can be avoided or suppressed. Further, since the feedback value display unit 110 is provided and the stress is displayed, the experimenter can easily confirm the current load state of the load.
[0151]
The test condition setting screen display / input reception processing means 92 can receive the input of the maximum absolute stress, the stress ratio, and the test piece diameter on the test condition setting screen 200 of FIG. Therefore, the experimenter can use only commonly used parameters such as stress, stress ratio, and test piece diameter, so that the operability of the fatigue tester 10 can be improved, and knowledge of the fatigue tester and control can be improved. Even a non-experimenter can easily perform a fatigue test.
[0152]
Further, since the stress display is performed in the test status graph display section 330 of the test-in-test screen 300 of FIG. It can be grasped intuitively. Further, the experimenter can appropriately perform the fatigue test under the set conditions only by pressing the buttons 340 to 390.
[0153]
Since the external processing device 90 includes the reciprocal operation forced invalidation means 94, erroneous operation can be prevented.
[0154]
Further, since the external processing device 90 includes the input parameter auditing means 95, the safety of the test can be improved.
[0155]
Furthermore, in the fatigue tester 10, since the parallelism of each surface of each component of the test piece 1 and the main body 11 is improved, it is possible to suppress the occurrence of an uneven load. At the same time, the fitting between the end portions 1A and 1B of the test piece 1 and the upper and lower grip portions 24 and 25 was loosened (see FIG. 3). It is possible to prevent the restraining force from being applied from the outer peripheral surfaces 1E and 1F) of 1A and 1B, and it is possible to suppress the occurrence of the uneven load. For this reason, the test accuracy can be improved. Usually, when the fit is loosened, the lateral displacement of the test piece 1 during the fatigue test is concerned. However, since the parallelism of each surface of each component of the test piece 1 and the main body 11 is improved, 1 can be prevented from being applied with a force causing lateral displacement.
[0156]
Since the alignment work is performed using the dummy alignment test piece having the ends 2A and 2B larger than the ends 1A and 1B of the test piece 1 used in the actual test, the alignment work can be performed accurately. In addition to being able to do so, the loose fitting described above can be easily realized. In addition, if the alignment operation is performed once using the alignment dummy test piece, a plurality of tests can be performed as it is, so that the labor of the experimenter can be reduced.
[0157]
In order to confirm the effect of the present invention, an experiment for measuring the partial stress Δσ was performed in the following procedure. First, the alignment test of the fatigue tester 10 is performed using the dummy test piece for alignment. Next, the test piece 1 having a total of three strain gauges affixed to a position obtained by dividing the outer periphery of the test piece central portion into three is attached to the test piece mounting portion 20. At this time, the value of the strain gauge is not referred to. Subsequently, a static stress of ± 400 MPa is applied to the test piece 1. Finally, the partial stress Δσ is calculated from the value of the strain gauge. Then, the above measurement was performed several times.
[0158]
The above measurement results were as follows. The bias stress Δσ when the applied stress was ± 400 MPa was 3.2 to 3.9 MPa. The ratio of Δσ is 0.8 to 2.3% with respect to the applied stress. This value does not affect the fatigue test result at all. Further, in the fatigue tester (fatigue tester provided with a spherical bearing) described in the above-mentioned Patent Document 1 by the present applicant, the ratio of Δσ to the applied stress of 400 MPa is 3.5 to 7.4%. Therefore, it was found that the fatigue test machine 10 of the present embodiment was able to significantly reduce the unbalanced load, and the effect of the present invention was remarkably shown.
[0159]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and modifications and the like within a range that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
[0160]
That is, in the above-described embodiment, the amplification factor correction / zero correction calculation unit 78 is configured to switch the algorithm of the calculation process regarding the correction of both the amplification factor and the zero in a stepwise manner. Alternatively, the configuration may be such that the algorithm is switched stepwise only for the amplification factor. However, if the algorithm is switched stepwise for both the amplification factor and the zero point as in the above-described embodiment, the test accuracy can be further improved.
[0161]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amplification factor correction / zero correction calculation means compares the waveform of the detection signal with the waveform of the target value signal, and calculates the amplification and zero correction based on the comparison result. When performing the processing, the algorithm of the calculation processing concerning the correction of the amplification factor is switched stepwise according to the degree of convergence of the detection signal to the target value signal. By switching the algorithm related to the correction of the above, the degree of convergence of the detection signal to the target value signal can be increased, and the effect of improving the test accuracy can be achieved.
[0162]
Further, according to the present invention, an external processing device provided separately from the digital controller allows display processing of three screens, a standby screen, a test condition setting screen, and a screen under test, and input of data using these screens. Since the reception process is performed, the operability can be improved, the operation burden on the experimenter can be reduced, and the occurrence of erroneous recognition or erroneous operation can be avoided or suppressed, thereby improving the test accuracy. is there.
[0163]
Further, according to the present invention, since the parallelism of each surface of the test piece and the component parts of the test machine main body is improved, and the fitting between the end portion of the test piece and the grip portion is loosened, the occurrence of an uneven load occurs. And the test accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fatigue test machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a test piece mounting portion constituting a main body of the fatigue tester of the embodiment.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a test piece mounting portion of the embodiment.
FIG. 4 is a view showing an example of a standby screen associated with processing by an external processing device constituting control means of the fatigue tester of the embodiment.
FIG. 5 is an exemplary view of a test condition setting screen associated with processing by an external processing device that constitutes control means of the fatigue tester of the embodiment.
FIG. 6 is a view showing an example of a screen during a test associated with processing by an external processing device which constitutes control means of the fatigue tester of the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Test piece
1A Upper end of test piece
1B Lower edge of test piece
1C Upper end face of test piece
Lower end face of 1D specimen
1E Outer peripheral surface of upper end of test piece
1F Outer peripheral surface of lower end of test piece
10 Fatigue testing machine
11 Body
20 Test piece mounting part
24, 25 gripping part
31A, 32A Test piece contact surface
35, 36 gap
40 Actuator section
60 control means
70 DSP controller which is a digital controller
72 Servo amplifier constituting control signal generating means
78 Amplification rate correction / zero point correction calculation means
79 Amplification rate correction means
80 Zero point correction means
90 External processing unit
91 Standby screen display / input reception processing means
92 Test condition setting screen display / input reception processing means
93 Screen display / input acceptance processing means during test

Claims (7)

試験片を取り付ける試験片取付部および前記試験片に荷重を負荷するアクチュエータ部を有する本体と、前記試験片に負荷される荷重に応じた検出信号をフィードバックして前記アクチュエータ部の動作を制御するための制御信号を前記本体に送るフィードバック制御を行う制御手段とを備えた疲労試験機において、
前記制御手段は、前記フィードバック制御をデジタル処理で行うデジタルコントローラを備えて構成され、
このデジタルコントローラは、
前記検出信号と目標値信号との偏差量に応じた前記制御信号を発生する制御信号発生手段と、
前記検出信号の波形と前記目標値信号の波形とを比較してこの比較結果に基づき前記制御信号の発生処理に用いられる増幅率および零点の補正に関する計算処理を行う増幅率補正/零点補正計算手段と、
この増幅率補正/零点補正計算手段による計算結果に基づき前記増幅率の補正処理を行う増幅率補正手段と、
前記増幅率補正/零点補正計算手段による計算結果に基づき前記零点の補正処理を行う零点補正手段とを含んで構成され、
前記増幅率補正/零点補正計算手段は、前記検出信号の前記目標値信号への収束度に応じて前記増幅率の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされている
ことを特徴とする疲労試験機。
A main body having a test piece mounting part for mounting a test piece and an actuator part for applying a load to the test piece, and a feedback of a detection signal corresponding to the load applied to the test piece to control the operation of the actuator part Control means for performing feedback control to send a control signal of the main body to the main body,
The control unit is configured to include a digital controller that performs the feedback control by digital processing,
This digital controller
Control signal generating means for generating the control signal according to a deviation amount between the detection signal and the target value signal,
Amplification factor correction / zero correction calculation means for comparing a waveform of the detection signal with a waveform of the target value signal and performing a calculation process relating to an amplification factor and a zero correction used for the generation processing of the control signal based on the comparison result When,
Amplification factor correction means for performing the amplification factor correction processing based on the calculation result by the amplification factor correction / zero point correction calculation means;
Zero point correction means for performing the zero point correction processing based on the calculation result by the amplification factor correction / zero point correction calculation means,
The amplification factor correction / zero correction calculation means is configured to switch an algorithm of a calculation process for correction of the amplification factor in a stepwise manner in accordance with a degree of convergence of the detection signal to the target value signal. Fatigue testing machine.
請求項1に記載の疲労試験機において、
前記増幅率補正/零点補正計算手段は、前記検出信号の前記目標値信号への収束度に応じて前記零点の補正に関する計算処理のアルゴリズムを段階的に切り替える構成とされている
ことを特徴とする疲労試験機。
The fatigue tester according to claim 1,
The amplification factor correction / zero correction calculation means is configured to switch an algorithm of a calculation process regarding the correction of the zero in a stepwise manner according to the degree of convergence of the detection signal to the target value signal. Fatigue testing machine.
請求項1または2に記載の疲労試験機において、
前記増幅率補正/零点補正計算手段は、周期的に変化する前記検出信号の波形と、周期的に変化する前記目標値信号の波形とを波形一周期毎に比較し、この比較結果として得られた双方の波形のずれ量に基づき前記増幅率および前記零点の補正に関する計算処理を波形一周期毎に行うとともに、この計算処理を行う際に前記アルゴリズムを切り替えるか否かを波形一周期毎に判断する構成とされていることを特徴とする疲労試験機。
The fatigue tester according to claim 1 or 2,
The amplification factor correction / zero correction calculation means compares the periodically changing waveform of the detection signal with the periodically changing waveform of the target value signal for each one cycle of the waveform, and obtains the comparison result. Also, based on the amount of deviation between the two waveforms, a calculation process relating to the amplification factor and the correction of the zero point is performed for each cycle of the waveform, and whether or not to switch the algorithm when performing this calculation process is determined for each cycle of the waveform. A fatigue tester characterized in that it has a configuration to perform.
試験片を取り付ける試験片取付部および前記試験片に荷重を負荷するアクチュエータ部を有する本体と、前記試験片に負荷される荷重に応じた検出信号をフィードバックして前記アクチュエータ部の動作を制御するための制御信号を前記本体に送るフィードバック制御を行う制御手段とを備えた疲労試験機において、
前記制御手段は、
前記フィードバック制御をデジタル処理で行うデジタルコントローラと、
このデジタルコントローラに接続されてデジタルコントローラとの間で情報の送受信を行うことにより前記フィードバック制御に関する処理以外の処理を行う外部処理装置とを備えて構成され、
前記外部処理装置は、
試験中以外の状態で前記アクチュエータ部を動作させる場合に使用する待機中画面を表示する処理およびこの待機中画面を用いて行われる実験者による前記アクチュエータ部に対する操作入力を受け付ける処理を行う待機中画面表示・入力受付処理手段と、
試験条件を設定するための試験条件設定画面を表示する処理およびこの試験条件設定画面を用いて行われる前記実験者による前記試験条件の設定入力を受け付ける処理を行う試験条件設定画面表示・入力受付処理手段と、
試験中に試験状況をモニタする試験中画面を表示する処理およびこの試験中画面を用いて行われる前記実験者による入力を受け付ける処理を行う試験中画面表示・入力受付処理手段と
を備えたことを特徴とする疲労試験機。
A main body having a test piece mounting part for mounting a test piece and an actuator part for applying a load to the test piece, and a feedback of a detection signal corresponding to the load applied to the test piece to control the operation of the actuator part Control means for performing feedback control to send a control signal of the main body to the main body,
The control means,
A digital controller that performs the feedback control by digital processing;
An external processing device that is connected to the digital controller and performs processing other than the processing related to the feedback control by transmitting and receiving information to and from the digital controller,
The external processing device,
A standby screen used to display a standby screen used when operating the actuator unit in a state other than during a test, and a process of receiving an operation input to the actuator unit by an experimenter performed using the standby screen. Display / input reception processing means;
A process for displaying a test condition setting screen for setting test conditions, and a process for receiving a test condition setting input by the experimenter performed by using the test condition setting screen. A test condition setting screen display / input receiving process. Means,
A process of displaying an in-test screen for monitoring the test status during the test, and an in-test screen display / input reception processing means for performing a process of receiving an input by the experimenter performed using the in-test screen. Characterized fatigue testing machine.
請求項4に記載の疲労試験機において、
前記試験条件設定画面表示・入力受付処理手段は、前記試験条件設定画面で前記試験条件として、最大応力および最小応力の組合せ、最大応力および応力比の組合せ、最小応力および応力比の組合せのうちのいずれかの組合せ、並びに試験片直径の入力を受け付ける構成とされ、
前記試験中画面表示・入力受付処理手段は、前記試験中画面で前記試験状況として、応力のグラフ表示を行う構成とされている
ことを特徴とする疲労試験機。
The fatigue tester according to claim 4,
The test condition setting screen display / input reception processing means includes, as the test condition on the test condition setting screen, a combination of a maximum stress and a minimum stress, a combination of a maximum stress and a stress ratio, and a combination of a minimum stress and a stress ratio. Any combination, and the configuration to accept the input of the specimen diameter,
The fatigue tester, wherein the under-test screen display / input reception processing means displays a stress graph as the test status on the under-test screen.
試験片に荷重を負荷するアクチュエータ部と、このアクチュエータ部による荷重方向に沿う方向に配置される状態で前記試験片を取り付ける試験片取付部とを備え、前記試験片取付部には、前記試験片の両側の端部をそれぞれ掴む掴み部が設けられ、これらの各掴み部には、前記試験片の両側の端面がそれぞれ当接される試験片当接面が形成されている疲労試験機において、
前記試験片の両側の端面は、平行度0.01を満たし、かつ、試験機本体構成部品の各面のうち、対向する前記各掴み部の試験片当接面同士の平行度を規定する役割を果たす各面も、全て平行度0.01を満たす状態で仕上げられているとともに、
前記試験片を前記試験片取付部に取り付けた状態で、前記試験片の各端部の外周面と前記各掴み部との間に隙間が形成される構成とされている
ことを特徴とする疲労試験機。
An actuator for applying a load to the test piece, and a test piece mounting part for mounting the test piece in a state of being arranged in a direction along a load direction by the actuator part, wherein the test piece mounting part includes the test piece In a fatigue test machine in which grip portions for gripping both end portions of both sides are provided, and each of these grip portions is formed with a test piece contact surface to which the both end surfaces of the test piece are respectively contacted,
The end faces on both sides of the test piece satisfy the parallelism of 0.01, and serve to regulate the parallelism between the test piece contact surfaces of the gripping portions facing each other among the surfaces of the testing machine main body component. Are also finished in a state that satisfies the parallelism of 0.01,
In a state where the test piece is mounted on the test piece mounting portion, a gap is formed between an outer peripheral surface of each end of the test piece and each of the grip portions. testing machine.
請求項6に記載の疲労試験機において、
試験本番で用いる前記試験片の各端部の外周面と前記各掴み部とのはめ合いの隙間は、試験前に行う調芯作業で用いる調芯用ダミー試験片の各端部の外周面と前記各掴み部とのはめ合いの隙間よりも大きい
ことを特徴とする疲労試験機。
The fatigue tester according to claim 6,
The gap between the outer peripheral surface of each end of the test piece used in the actual test and the fitting of each gripping portion is the outer peripheral surface of each end of the dummy test piece for alignment used in the alignment work performed before the test. A fatigue tester characterized in that it is larger than a clearance of fitting with each of the grip portions.
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