JP2006300740A - Material testing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は材料試験機に関し、特に、監視対象量がその目標値に一致するように、これとは異なる検出値を制御量として負荷機構を制御する試験を行うのに適した材料試験機に関する。 The present invention relates to a material testing machine, and more particularly, to a material testing machine suitable for performing a test for controlling a load mechanism using a detection value different from the detected value as a control amount so that the monitoring target amount matches the target value.
疲労試験や耐久試験等においては、一般に、負荷機構のアクチュエータとして油圧シリンダや空圧シリンダ、あるいは電磁式等の直動型のアクチュエータを用い、そのアクチュエータをフィードバック制御する構成が多用されている(例えば特許文献1参照)。 In fatigue tests, durability tests, and the like, in general, a structure in which a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, or a direct acting actuator such as an electromagnetic type is used as an actuator of a load mechanism and the actuator is feedback-controlled (for example, Patent Document 1).
すなわち、例えば一対の掴み具の一方を油圧シリンダのピストンロッドに取り付けるとともに、これに対向して他方の掴み具をクロスヘッド等に固定して、これらにより被試験体の両端部を把持した状態で油圧シリンダを駆動することによって、被試験体に負荷が加わるように構成する。また、被試験体に作用する試験力および油圧シリンダのストロークを検出する。油圧シリンダ等の負荷機構の制御は、これらの試験力ないしは変位の検出値のうち、制御対象量(制御量)として選択された量の検出値を、あらかじめ設定されている目標値波形にフィードバックすることによって行われ、これにより、被試験体に目標値波形通りの負荷が加えられる。
ところで、以上のような材料試験機を用いて、制御対象量とは異なる量を監視対象量として、その監視対象量が目標値に一致するように負荷機構を制御する試験が行われることがある。 By the way, using the material testing machine as described above, there is a case in which a test different from the control target amount is set as the monitoring target amount and the load mechanism is controlled so that the monitoring target amount matches the target value. .
すなわち、例えば図5に要部外観図を示すように、部材WaとWbとからなる被試験体Wの疲労試験や耐久試験等を行うべく、例えば部材Waを図中矢印で示す方向に繰り返し変位させたとき、その変位と被試験体Wに作用する試験力の関係は図6に例示する通りとなる。このような被試験体Wに対して、図示するような上下の到達目標試験力FtおよびFpを作用させるような試験を行う場合、試験力は負荷機構の変位に対して連続的に変化しないために、試験力を制御対象量として負荷機構を制御することはできない。 That is, for example, as shown in the external view of the main part in FIG. 5, for example, the member Wa is repeatedly displaced in the direction indicated by the arrow in the drawing in order to perform a fatigue test, a durability test, etc. When this is done, the relationship between the displacement and the test force acting on the DUT W is as illustrated in FIG. When such a test is performed such that the upper and lower ultimate target test forces Ft and Fp as shown in the figure are applied to the test object W, the test force does not continuously change with respect to the displacement of the load mechanism. In addition, the load mechanism cannot be controlled using the test force as the control target amount.
そこで、従来、制御対象量を変位として負荷機構を駆動制御しつつ、試験力を監視対象量として、上下の到達目標試験力FtおよびFpが繰り返し被試験体Wに作用するような変位目標値を設定している。このような監視対象量である試験力とは異なる量である変位を制御対象量として負荷機構を駆動制御する場合、実際に被試験体を負荷してみないと、被試験体に作用する試験力がどのような値となるか不明である。そのため、従来では、オペレータが経験に基づいて、監視対象量が目標とする値となるように、制御対象量の目標値の振幅等を設定していた。 Therefore, conventionally, the displacement target value is such that the upper and lower ultimate target test forces Ft and Fp repeatedly act on the DUT W with the test force as the monitoring target amount while driving and controlling the load mechanism with the control target amount as the displacement. It is set. When the load mechanism is driven and controlled using a displacement that is different from the test force that is the monitoring target amount as the control target amount, a test that acts on the test subject unless the test subject is actually loaded It is unclear what value the force will be. Therefore, conventionally, based on experience, the amplitude of the target value of the control target amount is set so that the monitoring target amount becomes a target value.
ところで、未知の特性を持つ被試験体に対して上記のような試験を行う場合、制御対象量の目標値の振幅等を適当に設定して試験を行うことになるが、例えば目標値の振幅を過大に設定してしまうと、被試験体に過負荷がかかり、試験結果に影響が及んでしまう。逆に目標値の振幅を過小に設定してしまうと監視対象量の上下限値に到達せず、その後に補正処理を行ったとしても、監視対象量の上下限値に到達する試験を行えるまでに時間を要してしまうという問題があった。 By the way, when performing the above-described test on the DUT having unknown characteristics, the test is performed by appropriately setting the amplitude of the target value of the control target amount. If it is set excessively, an overload is applied to the device under test and the test results are affected. Conversely, if the amplitude of the target value is set too small, the upper and lower limit values of the monitoring target amount will not be reached, and even if correction processing is performed after that, until the test that reaches the upper and lower limit values of the monitoring target amount can be performed There was a problem that it took time.
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、未知の特性を持つ被試験体に対して、監視対象量とは異なる量を制御対象量として負荷機構を駆動制御するに当たり、試験の開始当初から被試験体に対してほぼ監視対象量目標値に一致した負荷を加え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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the test is started when the load mechanism is controlled to be controlled with an amount different from the monitoring target amount for the DUT having unknown characteristics. An object of the present invention is to provide a material testing machine that can apply a load that substantially matches the target amount to be monitored to the DUT from the beginning.
上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、被試験体に負荷を加える負荷機構と、被試験体に作用する試験力を検出する力検出手段と、上記負荷機構の変位を検出する変位検出手段と、少なくともこれらの力検出手段および変位検出手段による試験力検出値および変位検出値を含む複数の検出値のうち、制御対象量として選択された検出値が、あらかじめ設定されている目標値に一致するように上記負荷機構を制御する制御装置を備えた材料試験機において、選択された制御対象量とは異なる量の検出値を監視対象量として、その監視対象量が別途設定される監視対象量目標値に一致するよう、上記負荷機構を制御する試験を行うに当たり、試験に先立ち、低速ランプ波を目標値として、選択された制御対象量のもとに上記負荷機構を駆動制御して被試験体に負荷を加えつつ、上記監視対象量の検出値を取り込んで当該監視対象量と制御対象量との関係を自動的に求める被試験体特性計測手段と、その求められた被試験体特性に基づき、試験時における上記制御対象量に対する目標値を自動的に決定する目標値決定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)。 In order to solve the above problems, a material testing machine according to the present invention includes a load mechanism that applies a load to a device under test, a force detection means that detects a test force acting on the device under test, and a displacement of the load mechanism. A detection value selected as a control target amount is set in advance among a plurality of detection values including a displacement detection unit that performs detection, and at least a test force detection value and a displacement detection value obtained by the force detection unit and the displacement detection unit. In a material testing machine equipped with a control device that controls the load mechanism so as to match the target value, the monitoring target amount is set separately with a detection value that is different from the selected control target amount as the monitoring target amount. In performing a test for controlling the load mechanism so as to coincide with the monitored target amount target value, the load mechanism is selected based on the selected control target amount with a low-speed ramp wave as the target value prior to the test. DUT characteristic measurement means for automatically obtaining the relationship between the monitoring target amount and the control target amount by taking the detected value of the monitoring target amount while applying a load to the DUT while driving and controlling, Further, the present invention is characterized by comprising target value determining means for automatically determining a target value for the control target amount at the time of testing based on the characteristics of the device under test.
ここで、本発明においては、上記監視対象目標値が上限値と下限値を繰り返す目標値であって、上記被試験体特性計測手段は、上記低速ランプ波を目標値として負荷機構を駆動制御しつつ、監視対象量が上記上限値および下限値にそれぞれ到達した時点における制御対象量の値を記憶し、上記目標値決定手段は、これらの値から制御対象に対する目標値の平均値と振幅値を求めるように構成すること(請求項2)ができる。 Here, in the present invention, the target value to be monitored is a target value that repeats an upper limit value and a lower limit value, and the device under test characteristic measurement unit drives and controls the load mechanism using the low-speed ramp wave as a target value. Meanwhile, the value of the control target amount when the monitoring target amount reaches the upper limit value and the lower limit value is stored, and the target value determining means calculates the average value and the amplitude value of the target value for the control target from these values. It can be constituted to require (claim 2).
本発明は、監視対象量とは異なる制御対象量のもとに負荷機構を制御する試験に際して、試験に先立って被試験体の特性を自動的に計測し、その結果をもとに制御対象量の目標値を自動的に求めることによって、課題を解決するものである。 The present invention automatically measures the characteristics of the DUT prior to the test in the test for controlling the load mechanism based on the control target amount different from the monitoring target amount, and controls the control target amount based on the result. The problem is solved by automatically obtaining the target value.
すなわち、本発明においては、試験に先立ち、選択された制御対象量のもとに、被試験体に対して影響を及ぼしにくい低速ランプ波を目標値として被試験体を負荷しつつ、監視対象量の検出値を取り込み、被試験体の特性、つまり例えば制御対象量である変位と監視対象量である試験力との関係を自動計測する。そして、その計測結果に基づき、監視対象量が当該監視対象量に対して設定されている目標値に一致するような、制御対象量の目標値を自動的に求めることにより、未知の特性を持つ被試験体であっても試験開始当初から監視対象量をほぼ目標値通りとした試験を行うことができる。 That is, in the present invention, prior to the test, the amount to be monitored is loaded while the test object is loaded with the target value as a low-speed ramp wave that does not easily affect the object to be tested, under the selected control object amount. Is detected, and the characteristic of the device under test, that is, for example, the relationship between the displacement as the control target amount and the test force as the monitoring target amount is automatically measured. Based on the measurement result, the target value of the control target amount is automatically obtained so that the monitoring target amount matches the target value set for the monitoring target amount. Even for the device under test, it is possible to perform a test in which the monitoring target amount is almost equal to the target value from the beginning of the test.
そして、監視対象目標値が、被試験体に対して監視対象量の上限値と下限値を繰り返し負荷する目標値である場合には、請求項2に係る発明のように、低速ランプ波を目標値とした負荷により監視対象量の上限値および下限値に対応する制御対象量の検出値を記憶することにより、制御対象量の目標値の平均値と振幅を容易に求めることができる。
Then, when the monitoring target value is a target value that repeatedly loads the upper limit value and the lower limit value of the monitoring target amount on the DUT, the low-speed ramp wave is targeted as in the invention according to
本発明によれば、制御対象量と監視対象量とが相違する試験を行う場合において、被試験体の特性が未知であっても、試験開始当初から被試験体に対して目標とする監視対象量の負荷を加えることができ、オペレータの勘に頼ることなく常に安全・正確な試験を行うことができる。しかも、被試験体の特性の計測には低速ランプ波を目標値とした負荷を加えるので、実質的に1サイクルの負荷を加えるだけでよく、短時間で特性計測を行うことができると同時に、被試験体に対する影響を殆ど無視することができる。 According to the present invention, when performing a test in which the control target amount and the monitoring target amount are different, even if the characteristics of the test object are unknown, the monitoring target targeted for the test object from the beginning of the test A large amount of load can be applied, and a safe and accurate test can always be performed without relying on the intuition of the operator. In addition, since the load with the low-speed ramp wave as the target value is added to the measurement of the characteristics of the DUT, it is only necessary to apply a load of one cycle, and the characteristics can be measured in a short time. The influence on the DUT can be almost ignored.
また、監視対象量の目標値が上限値と下限値を繰り返すものである場合には、請求項2に係る発明のように、低速ランプ波を目標値とした負荷時に、監視対象量の上限値と下限値に対応する制御対象量の値を記憶するだけで、簡単な計算によって制御対象量の目標値を算出することができる。
In addition, when the target value of the monitoring target amount repeats the upper limit value and the lower limit value, as in the invention according to
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
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システム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a schematic diagram showing a mechanical configuration and a block diagram showing a system configuration.
試験機本体1は、テーブル11上に複数の支柱12を介してクロスヘッド13が支持されているとともに、テーブル11には負荷用の油圧シリンダ14が固定され、その油圧シリンダ14のピストンロッド14aの上端部に下側の掴み具15aが装着され、クロスヘッド13の下面にロードセル16を介して上側の掴み具15bが装着された構造を有している。
In the testing machine
被試験体Wは、上下の掴み具15a,15bに両端部が把持された状態で試験に供される。従って、被試験体Wには、油圧シリンダ14の駆動により引張もしくは圧縮荷重が作用し、その際に被試験体Wに作用する試験力はロードセル16によって刻々と検出される。また、油圧シリンダ14のピストンロッド14aの変位、従って下側の掴み具15aの変位は、ピストンロッド14aの下端部に設けられたストロークセンサ17によって刻々と検出される。
The test object W is subjected to a test in a state where both ends are gripped by the upper and
油圧シリンダ14には、サーボバルブ18を介して油圧源(図示せず)から作動油が供給される。サーボバルブ18は制御装置2から供給される操作信号によってその弁開度が制御され、従って油圧シリンダ14は、制御装置2からの操作信号によって駆動制御されることになる。
The
前記したロードセル16の出力は被試験体Wに作用する試験力の検出出力として制御装置2に刻々と取り込まれ、また、ストロークセンサ17の出力も負荷機構(油圧シリンダ14)の変位検出出力として同じく制御装置2に取り込まれる。試験に際しては、制御装置2では、これらの各検出出力のうち、制御対象量に選択されている検出出力を、あらかじめ設定される目標値信号にフィードバックし、その偏差にPID演算等を施してサーボバルブ18に操作信号として供給する。これにより、被試験体Wに目標値信号通りの試験力が作用するか、あるいは目標値信号通りの変位が与えられるように、油圧シリンダ14が駆動制御される。
The output of the
制御装置2にはパーソナルコンピュータ3が接続されており、このパーソナルコンピュータ3は、制御装置2を介してロードセル16による試験力の検出出力およびストロークセンサ17による変位検出出力を入力し、各種データ処理を行うとともに、キーボードやマウス等の操作部4を操作して指令を与えることによって、以下に示す動作により、監視対象量と制御対象量が相違する試験を行うに当たって、制御対象量の目標値を自動的に求めて設定するための目標値自動設定プログラムがインストールされている。
A
図2にそのプログラムの内容を表すフローチャートを示す。この図2の例は、前記した図5に示したような被試験体Wに対して、監視対象量の目標上限値と目標下限値を繰り返し作用させる場合の例を示し、監視対象量を試験力、制御対象量をピストン14aの変位とした例を示している。
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of the program. The example of FIG. 2 shows an example in which the target upper limit value and the target lower limit value of the monitoring target amount are repeatedly applied to the test object W as shown in FIG. 5, and the monitoring target amount is tested. The example which made the displacement of
被試験体Wを一対の掴み具15a,15bに装着した状態で、操作部4の操作により目標値自動設定プログラムを選択し、監視対象量と制御対象量をそれぞれ試験力および変位に設定し、監視対象量の上限目標値Ftおよび下限目標値Fpを設定すると、まず、油圧シリンダ14を変位制御に切り換える。次に、引張もしくは圧縮側、例えば引張側への低速ランプ波を目標値として発生する。これによって、油圧シリンダ14のピストンロッド14aが原点位置から下降を開始し、図3にグラフを示すように、変位計測値が目標値である低速ランプ波に従って変化していく。なお、この低速ランプ波の速度は、試験力が目標値に到達した時点で停止しても殆ど行き過ぎることのない程度の速度とする。一方、試験力計測値は変位がある程度大きくなった時点から変化していく。この間、監視対象量である試験力計測値が目標上限値Ftに到達したか否かを刻々と判別し、到達した時点で、そのときの制御対象量である変位計測値Dtを記憶し、油圧シリンダ14のピストンロッド14aを原点位置に復帰させる。
With the device under test W mounted on the pair of
次に、圧縮側への低速ランプ波を目標値として発生する。これにより、ピストンロッド14aが原点位置から上昇を開始し、図3のグラフに示すように、変位計測値が目標値である低速ランプ波に従って変化し、その変位がある程度大きくなった時点で試験力計測値が変化を開始する。やがて試験力計測値が目標下限値Fpに達した時点で、そのときの変位計測値Dpを記憶し、ピストンロッド14aを原点に復帰させる。
Next, a low-speed ramp wave toward the compression side is generated as a target value. As a result, the
次に、以上の動作で記憶した変位計測値DtおよびDpを用いて、実際の試験時に発生すべき変位目標値を算出する。すなわち、試験力の上限目標値に対応する変位計測値Dtと、同じく下限目標値に対応する変位計測値Dpの平均値をDa算出するとともに、これらの各計測値Dt,Dpの差Ddを算出する。変位目標値は、振幅をDd、平均値をDaとする波形(例えばサイン波)とする。 Next, a displacement target value to be generated during an actual test is calculated using the displacement measurement values Dt and Dp stored in the above operation. That is, the average value of the displacement measurement value Dt corresponding to the upper limit target value of the test force and the displacement measurement value Dp corresponding to the lower limit target value is calculated as Da, and the difference Dd between these measurement values Dt and Dp is calculated. To do. The displacement target value is a waveform (for example, a sine wave) having an amplitude of Dd and an average value of Da.
実際の試験に際しては、図4に示すように、原点位置から変位目標値の平均値Daに達するランプ波に続いて、上記のプログラムで求めた振幅Ddの目標値波形を発生する。これにより、被試験体Wには図示のような目標上限値Ftと目標下限値Fpが繰り返し作用する。 In the actual test, as shown in FIG. 4, the target value waveform of the amplitude Dd obtained by the above program is generated following the ramp wave that reaches the average value Da of the displacement target value from the origin position. As a result, the target upper limit value Ft and the target lower limit value Fp as shown in the drawing repeatedly act on the device under test W.
以上の実施の形態において特に注目すべき点は、オペレータが監視対象量とその上下限目標値、および制御対象量を設定し、被試験体Wの装着状態で指令を与えるだけで、被試験体Wの特性を自動的に計測してその結果に基づいて制御対象量の目標値を決定する点であり、これにより、特性が未知の被試験体Wの試験に際しても、オペレータの勘に頼ることなく直ちに意図する試験を行うことができる。 The point to be particularly noted in the above embodiment is that the operator simply sets the monitoring target amount, the upper and lower limit target values, and the control target amount, and gives a command when the test subject W is mounted. This is the point that automatically measures the characteristics of W and determines the target value of the amount to be controlled based on the result, so that the operator's intuition can be relied upon when testing the test object W whose characteristics are unknown. The intended test can be performed immediately.
ここで、以上の実施の形態においては、被試験体Wに対して予備的な負荷を加えてその特性を計測して求めた振幅Ddの変位目標値を直ちに発生したが、被試験体Wの特性計測動作において監視対象量の上下限目標値よりも小さい負荷しか掛けられない場合には、上下限目標に対して規定の割合の負荷を掛け、その負荷に対応する制御対象量の目標値から試験を開始し、監視対象量が本来の上下限目標値に到達するように徐々に制御対象量の目標値を増大させていくという方法を採用することもできる。 Here, in the above embodiment, a displacement target value of the amplitude Dd obtained by applying a preliminary load to the test object W and measuring its characteristics is immediately generated. When only a load smaller than the upper / lower limit target value of the monitoring target amount can be applied in the characteristic measurement operation, a load of a specified ratio is applied to the upper / lower limit target, and the target value of the control target amount corresponding to that load is calculated. A method of starting the test and gradually increasing the target value of the control target amount so that the monitoring target amount reaches the original upper and lower limit target values may be employed.
また、以上の実施の形態においては、例えばサイン波等の目標値を発生する例を示したが、試験目的に応じて任意の繰り返し波形を発生してもよく、また、プログラム波等の目標値を発生する場合にも本発明を適用し得ることは勿論である。 In the above embodiment, an example in which a target value such as a sine wave is generated has been shown. However, an arbitrary repetitive waveform may be generated according to the test purpose, and a target value such as a program wave may be generated. Of course, the present invention can also be applied to the case of generating
1 試験機本体
11 テーブル
12 支柱
13 クロスヘッド
14 油圧シリンダ
14a ピストンロッド
15a,15b 掴み具
16 ロードセル
17 ストロークセンサ
18 サーボバルブ
2 パーソナルコンピュータ
3 操作部
W 被試験体
DESCRIPTION OF
Claims (2)
選択された制御対象量とは異なる量の検出値を監視対象量として、その監視対象量が別途設定される監視対象量目標値に一致するよう、上記負荷機構を制御する試験を行うに当たり、試験に先立ち、低速ランプ波を目標値として、選択された制御対象量のもとに上記負荷機構を駆動制御して被試験体に負荷を加えつつ、上記監視対象量の検出値を取り込んで当該監視対象量と制御対象量との関係を自動的に求める被試験体特性計測手段と、その求められた被試験体特性に基づき、試験時における上記制御対象量に対する目標値を自動的に決定する目標値決定手段を備えていることを特徴とする材料試験機。 A load mechanism for applying a load to the device under test; a force detection means for detecting a test force acting on the device under test; a displacement detection means for detecting a displacement of the load mechanism; and at least these force detection means and displacement detection means A control device for controlling the load mechanism so that a detection value selected as a control target amount among a plurality of detection values including a test force detection value and a displacement detection value according to accords with a preset target value In the equipped material testing machine,
When performing a test to control the load mechanism so that the detected value of the amount different from the selected control target amount is the monitoring target amount and the monitoring target amount matches the separately set monitoring target amount target value Prior to this, the low-speed ramp wave is used as a target value, and the load mechanism is driven and controlled based on the selected control target amount to apply a load to the device under test, and the detected value of the monitoring target amount is taken in and monitored. A device characteristic measuring means for automatically determining the relationship between the target amount and the control target amount, and a target for automatically determining a target value for the control target amount at the time of testing based on the determined device characteristic A material testing machine comprising a value determining means.
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