JP2005156240A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 実際の動作イメージを容易に把握しつつ、実現したい制御パターンを簡単な操作で設定することのできる材料試験機を提供する。
【解決手段】 試験力および負荷機構（クロスヘッド）１４の変位を含む複数の物理量のうち任意の量を制御量として負荷機構１４を制御する制御手段２を備え、その制御手段２による制御量および制御パラメータを設定する設定手段（パーソナルコンピュータ）３を備えた材料試験機において、設定手段３による設定内容を時間−制御量のグラフをはじめとする図形的情報により表示することにより、制御動作を感覚的に把握しつつ設定することを可能する。
【選択図】 図２

Description

本発明は試験片に対して各種試験力を加えてその試験片材料の特性の調査等を行う材料試験機に関する。

材料試験機においては、一般に、クロスヘッドなどの変位により試験片に対して負荷を加える負荷機構を備えるとともに、その負荷により試験片に作用する試験力を測定するロードセル、および負荷機構の変位（ストローク）を検出する出する変位検出手段を備えている。負荷機構は、通常、試験力や負荷機構の変位など、任意に選択可能な物理量を制御量としてフィードバック制御される（例えば特許文献１参照）。

従来の材料試験機において、負荷機構の制御方法の設定の仕方は種々のものがあるが、制御量を選択するとともに、制御パラメータ、つまり例えば制御量としてストローク（変位）制御を選択した場合にはその速度などを、キーボードやタッチパネルのテンキーを操作することによって設定するのが一般的である。

また、単純な引張試験とは異なり、より複雑なパターンで試験を行う場合には、従来、制御コマンドの入力により制御パターンを設定するものも知られている。図５にその例を示す。この例においては、表示器Ｄに制御コマンドを書き込むための表Ｔを表示し、その各欄に制御コマンドを入力するようになっている。すなわち、この例においては、第１欄に制御量としてストローク制御を選択し、５０ｍｍ／ｍｉｎの速度でクロスヘッドを上昇（ｕｐ）させた後、試験力が１００ｋＮに達した時点でクロスヘッドを下降（ｄｏｗｎ）させ、試験力が２０ｋＮに達した時点でクロスヘッドを停止し、１０秒間その状態を保つような制御を設定している。このような設定により、図６に時間−試験力の関係を表すグラフで示されるような試験が実行される。
特開２００１−１９４２８１号公報

ところで、試験の制御方法を設定する従来の方法において、比較的複雑な制御パターンを設定するに当たり、図５で示すような制御コマンドを入力する場合、実際の動作イメージをつかめない場合があり、意図する制御パターンを設定し損なう場合もある。また、実現したい制御を設定するのに、どのようにコマンドを配置すればよいのかも判りにくいという問題もある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、実際の動作イメージを容易に把握しつつ、実現したい制御パターンを簡単な装置で設定することのできる材料試験機の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、変位により試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を測定するロードセルと、上記負荷機構の変位を検出する変位検出手段と、試験力および負荷機構の変位を含む複数の物理量のうち任意の量を制御量として上記負荷機構を制御する制御手段と、その制御手段による制御量および制御パラメータを設定する設定手段を備えた材料試験機において、上記設定手段による設定内容に基づく制御パターンを図形的情報を用いて表示する表示手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記表示手段による表示を、一方の軸に時間、他方の軸に制御量をとった模式的グラフとする構成（請求項２）を好適に採用することができる。

また、本発明においては、上記表示手段により表示されている図形的情報に変更を加えることにより、上記制御手段による制御量および／または制御パラメータを設定変更する設定変更手段を設けた構成（請求項３）を採用することもできる。

上記した同じ課題を解決するため、請求項４に係る発明の材料試験機は、変位により試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を測定するロードセルと、上記負荷機構の変位を検出する変位検出手段と、試験力および負荷機構の変位を含む複数の物理量のうち任意の量を制御量として上記負荷機構を制御する制御手段を備えた材料試験機において、制御パターンのイメージを時間−制御量のグラフで表示器の画面上に描画するための入力手段と、その入力内容に従い、制御パターンの決定に必要な制御パラメータの入力を促す表示を行うパラメータ入力催促表示手段と、その表示に従って制御パラメータを入力することにより、上記制御手段に対する制御コマンドを自動的に設定する設定手段を備えていることによって特徴づけられる。

本発明は、制御パターンをグラフ等の図形的情報により表示することで、動作を感覚的に的確に把握することを可能とするものである。
すわなち、請求項１に係る発明においては、制御量や制御パラメータを設定手段により設定することにより、その設定内容に基づく制御パターンがグラフ等の図形的情報により表示される。従って、オペレータは自ら設定した制御パターンをグラフ等の図形的情報によって感覚的に動作のイメージを把握することができる。

そして、制御パターンを表す図形的情報としては、請求項２に係る発明のように、時間と制御量との関係を表すグラフのほか、タイムチャートやシーケンスチャートなどがあるが、なかでも、時間と制御量との関係を表すグラフが特に動作をイメージしやすいが故に好適である。

また、既に設定されている制御パラメータを変更する場合、制御コマンドを変更する従来の手法では、どの部分を変更するのかが判りにくいが、請求項３に係る発明のように、その時点における制御パターンを表す図形的情報に対して変更を加えることにより、制御量ないしは制御パラメータの設定内容が自動的に変更されるように構成すれば、変更すべき部分を直感的に把握することができる。

一方、請求項４に係る発明では、制御コマンドの入力を行うことなく、表示器に制御パターンのイメージを時間−制御量のグラフで描画することにより、制御パターンの決定に必要な制御パラメータの入力を促す表示が行われる。その表示に従って制御パラメータを入力すれば、制御手段に対する制御コマンドが自動的に設定される。従って、この場合、オペレータは制御コマンドを入力することなく、制御パターンのイメージの描画と催促表示に従ってパラメータを入力するだけで、制御コマンドが装置側で自動的に設定されることになり、制御コマンドの知識がなくても誤ることなく容易に意図する制御パターンの設定が可能となる。

請求項１に係る発明によれば、設定した制御量と制御パラメータに基づく制御パターンが、グラフなどの図形的情報により表示されるので、設定した制御のイメージを感覚的に把握することが可能となり、設定作業が容易化されると同時に、誤った設定を行ってしまうおそれがなくなる。

また、請求項２に係る発明のように、制御パターンを表す図形的情報として時間と制御量との関係を表すグラフを採用すると、試験の動作の感覚的な把握が容易となり、誤った設定を行うおそれが更に少なくなる。

更に、請求項３に係る発明のように、制御量ないしは制御パラメータを変更するに当たって、その時点における制御パターンを表す図形的情報に対して変更を加えることによって、自動的に該当の制御パラメータが書き換えられるように構成すれば、変更すべき部分を直感的に把握することが可能となり、その作業が容易化されると同時に、誤った設定変更を行うおそれも少なくなる。

また、請求項４に係る発明によると、制御パターンのイメージを時間−制御量のグラフによって描画することにより、必要なパラメータの入力が促され、その催促に従った入力を行うことにより、制御コマンドが自動的に設定されるので、容易にイメージ通りの制御の設定が可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について述べる。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

試験機本体１は、テーブル１１の上２本のねじ棹１２ａ，１２ｂを鉛直に支持し、そのねじ棹１２ａ，１２ｂの頂部をクロスヨーク１３で連結するとともに、各ねじ棹１２ａ，１２ｂには、ナット（図示せず）を介してクロスヘッド１４の両端部を支持した構造を有している。各ねじ棹１２ａ，１２ｂは、テーブル１１内に設けられたモータおよび減速機等を主体とする駆動機構１５により回転が与えられ、この駆動機構１５の駆動により各ねじ棹１２ａ，１２ｂを回転させることによって、クロスヘッド１４が上下動するように構成されている。

テーブル１１とクロスヘッド１４にはそれぞれ掴み具１６ａ，１６ｂが装着されており、試験片Ｗはその両端がこれらの掴み具１６ａ，１６ｂに把持された状態で試験に供される。

クロスヘッド１４にはロードセル１７が取り付けられており、上側の掴み具１６ｂはこのロードセル１７を介してクロスヘッド１４に装着されている。従って、試験片Ｗに作用する試験力はロードセル１７にも作用し、このロードセル１７によって、試験時において試験片Ｗに作用する試験力が検出される。

また、駆動機構１５にはエンコーダ１８が設けられており、このエンコーダ１８の出力によって、クロスヘッド１４の刻々の変位を検出することができる。また、試験片Ｗには、必要に応じて伸び計１９が装着され、試験時における試験片Ｗの刻々の伸びを検出することができる。

ロードセル１７および伸び計１９の出力はそれぞれＡ−Ｄ変換器２１ａ，２１ｂを介してデジタル化されたうえで、試験力データおよび伸びデータとして、また、エンコーダ１８の出力はクロスヘッド１４のストロークデータとして試験機コントローラ２に取り込まれる。試験機コントローラ２は、ＣＰＵとその周辺機器を主体とし、試験力の計測データおよびストロークデータ、更には伸びの計測データを取り込み、後述するように制御量として設定されている量が、同じくあらかじめ設定されている目標値に追随するように駆動機構１５をフィードバック制御する。この試験機コントローラ２は、パーソナルコンピュータ３に接続されている。

パーソナルコンピュータ３は、試験中において試験機コントローラ２から試験力データ、伸びデータおよびストロークデータを取り込み、刻々の荷重−伸び曲線などを求めるなどの各種データ処理を行い、その処理結果等を表示器３１に表示する。

そして、このパーソナルコンピュータ３から、キーボード３２やマウス３３を用いて、以下に示すような操作によって、試験機コントローラ２による材料試験機本体１の制御パターン、つまり制御量と制御パラメータを設定することができる。

図２にその設定時における表示器３１の表示例を示す。この例では、制御コマンドの入力内容を表す表Ｔと、その入力内容を図形的に表す２つのグラフＧ１，Ｇ２とを並列に表示している。この例では、ストローク制御のもとに速度１ｍｍ／ｍｉｎでクロスヘッド１４を上昇させ、その移動量が１０ｍｍに達した時点でクロスヘッド１４を速度２ｍｍ／ｍｉｎで下降させ、試験力が１００Ｎに達した時点で試験力制御に切り換えてその試験力１００Ｎを１０ｓｅｃだけ維持し、次いで２０Ｎ／ｍｉｎの割合でクロスヘッド１４を上昇させる、という制御コマンドを入力している。

パーソナルコンピュータ３では、この入力内容に基づき、図示のような２つのグラフＧ１，Ｇ２を表示する。各グラフＧ１，Ｇ２は、それぞれ時間−制御量のグラフであり、一方のグラフＧ１は時間−試験力、他方のグラフＧ２は時間−ストロークを表している。そして、これらのグラフＧ１，Ｇ２においては、制御に供されているパラメータ部分が太線で（あるいは色分けされて）表示される。また、制御に供されるパラメータはグラフＧ１またはＧ２とともに数値で表示されている。

このようなグラフ表示により、オペレータは入力した制御コマンドに基づく制御パターンを感覚的に把握することができ、容易に正しい設定を行うことができる。

また、以上のようにして設定した制御パターンの一部を変更する場合、例えば試験開始当初において１ｍｍ／ｍｉｎでクロスヘッド１４を上昇させる工程を、５ｍｍ／ｍｉｎに変更する場合、表Ｔ内の該当部分の数値を変更することにより変更することもできるが、グラフＧ２において１ｍｍ／ｍｉｎと表示されている部分の数値をマウス３３でクリックすることにより、数値を変更することができ、その変更により表Ｔ中の該当欄の数値も自動的に変更される。

更に、制御量を変更する場合にも、グラフＧ１，Ｇ２の該当個所をクリックすることによって行うことができる。すなわち、図２において試験開始当初はストローク制御となっているが、これを試験力制御に変更する場合、時間−試験力のグラフであるＧ１の該当個所、つまり最初の右上がりの部分をクリックすることにより、グラフＧ１の該当部分が太線となると同時にグラフＧ２の該当部分が細線となって試験力制御となるとともに、その部分の制御パラメータの数値入力を促す。それに従ってオペレータが数値を入力すると、図３に示すように表Ｔの該当部分も自動的に試験力制御のコマンドに変更され、設定変更が完了する。

このような設定変更によれば、制御パターン中で変更すべき箇所を直感的に把握することができ、設定ミスを犯すおそれがなくなる。

ここで、以上の実施の形態では、最初の設定については制御コマンドの入力により行い、その入力内容に基づいて時間−制御量のグラフを自動的に表示する例を示したが、制御コマンドを全く入力することなく制御量および制御パラメータを設定することもでき、その例を以下に示す。

この例においては、設定前の状態において表示器３１には、図４（Ａ）に示すように時間−試験力のグラフを描画するための領域ｇ１と時間−ストロークのグラフを描画するための領域ｇ２が表示されている。これらの領域のうち、制御量とすべき側の領域ｇ１に図４（Ｂ）に示すようにマウス３３を用いて線Ｌ１を描画すると、自動的に試験力制御と判断し、試験力の制御パラメータの入力を促すメッセージを表示する。この表示に従ってオペレータが制御パラメータを入力すると、次にその制御の変化点の入力を促すメッセージが表示される。その表示に従ってオペレータは変化点に対応する制御パラメータを入力する。入力を完了すると図４（Ｃ）に示すように線Ｌ２が自動的に描画される。

また、以上の動作において制御パラメータ（この例では１０ｍｍ／ｍｉｎと１０ｍｍ）を入力するごとに、該当部分に数値が併せて表示される。次に、オペレータが領域ｇ２上に線Ｌ３を描画すると、自動的にストローク制御と判断され、制御パラメータであるストローク速度の入力を促すメッセージが表示されるので、オペレータはその表示に従って制御パラメータ（この例では２ｍｍ／ｍｉｎ）を入力する。その後、その制御の変化点の入力を促すメッセージが表示されるので、例えば１００Ｎと入力する。これにより図４（Ｃ）における線Ｌ４が自動的に描画される。次に、試験力制御の領域ｇ１に略水平の線Ｌ５をオペレータが描画すると、試験力ホールド制御であると自動的に判断して、ホールドパラメータとして、先に入力したパラメータにて試験力（１００Ｎ）ホールドとなり、そのホールド時間の入力を促すメッセージを表示する。この表示に従ってオペレータが例えば１０ｓｅｃを入力すれば、自動的に領域ｇ２に線Ｌ６が表示される。次いでオペレータが領域ｇ１に線Ｌ７を描画すると、線Ｌ１と同様に試験力制御と判断し、パラメータの入力を促すメッセージが表示されるので、オペレータは例えば２０Ｎ／ｍｉｎを入力する。これにより、領域ｇ２に自動的に線Ｌ８が描画される。その後、変化点の入力を促すメッセージが表示されるが、何も入力しなければ、試験片Ｗが破談するまでクロスヘッド１４が上昇を続ける制御が設定される。

以上のように時間−制御量のグラフを描画して必要な制御パラメータである数値を入力することにより、先の例における図３に示した表Ｔで表される制御コマンドが自動的に設定される。従って、この実施の形態によると、実質的に制御コマンドを全く入力することなく、制御パターンのイメージを表すグラフを描画することにより、必要なパラメータの入力が促されるので、制御パターンの設定操作がより簡単となる。

なお、以上の実施の形態では、制御パターンを時間−制御量のグラフで表示する例を示したが、タイムチャートやシーケンスチャートなどの図形的情報でも同等の作用効果を奏することができる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態における制御量、制御パラメータの設定時の表示器３１の表示例を示す図である。 本発明の実施の形態における制御量、制御パラメータの設定変更時における表示器３１の表示例を示す図である。 本発明の他の実施の形態における制御量、制御パラメータの設定時における表示器３１の表示例を動作手順に従って示す図である。 従来の材料試験機により、制御コマンドの入力により制御パターンの設定を行う場合の制御コマンド入力用の表示の例を示す図である。 図５に例示した制御コマンドの入力により実行される制御パターンを表すグラフである。

符号の説明

１ 試験機本体
１１ テーブル
１２ａ，１２ｂ ねじ棹
１３ クロスヨーク
１４ クロスヘッド
１５ 駆動機構
１６ａ，１６ｂ 掴み具
１７ ロードセル
１８ エンコーダ
１９ 伸び計
２ 試験機コントローラ
３ パーソナルコンピュータ
３１ 表示器
３２ キーボード
３３ マウス
Ｗ 試験片
Ｇ１ 時間−試験力のグラフ
Ｇ２ 時間−ストロークのグラフ

Claims (4)

1. 変位により試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を測定するロードセルと、上記負荷機構の変位を検出する変位検出手段と、試験力および負荷機構の変位を含む複数の物理量のうち任意の量を制御量として上記負荷機構を制御する制御手段と、その制御手段による制御量および制御パラメータを設定する設定手段を備えた材料試験機において、
   上記設定手段による設定内容に基づく制御パターンを図形的情報を用いて表示する表示手段を備えていることを特徴とする材料試験機。
2. 上記表示手段による表示が、一方の軸に時間、他方の軸に制御量をとった模式的グラフであることを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
3. 上記表示手段により表示されている図形的情報に変更を加えることにより、上記制御手段による制御量および／または制御パラメータの設定内容を変更する設定変更手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の材料試験機。
4. 変位により試験片に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力を測定するロードセルと、上記負荷機構の変位を検出する変位検出手段と、試験力および負荷機構の変位を含む複数の物理量のうち任意の量を制御量として上記負荷機構を制御する制御手段を備えた材料試験機において、
   制御パターンのイメージを時間−制御量のグラフで表示器の画面上に描画するための入力手段と、その入力内容に従い、制御パターンの決定に必要な制御パラメータの入力を促す表示を行うパラメータ入力催促表示手段と、その表示に従って制御パラメータを入力することにより、上記制御手段に対する制御コマンドを自動的に設定する設定手段を備えていることを特徴とする材料試験機。

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