JP2007218809A - Material testing machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the sampling rate of testing force, and to provide a material testing machine capable of improving the measurement precision. <P>SOLUTION: The detected data x which are obtained by amplifying and digitizing the out put of the load cell 2 are outputted, the correction circuit of a hard ware for operating a deviation amount e from a straight line P which is relating the detected data x to a test force value F is provided by using a previously set correction function. The conversion to the test force value F by the operation control part 4 which is mainly CPU 41 is constituted that the deviation amount e is performed after adding the deviation amount e to the detected data x, the measurement value of the test force can be made high precision while improving the sampling rate etc., of the detected data x without loading CPU 41. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は材料試験機に関し、更に詳しくは、試験体に作用する試験力を正確に計測することのできる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 capable of accurately measuring a test force acting on a specimen.

材料試験機においては、一般に、試験体に引張や圧縮などの負荷を加え、その負荷により試験体に作用する試験力や、試験体の伸びなどを刻々と計測し、その試験力や伸びの計測結果から、試験体の材料特性を調査し、また、試験力の計測結果は負荷機構のフィードバック制御の検出信号としても用いられる場合が多い。   In material testing machines, in general, a load such as tension or compression is applied to a specimen, and the test force acting on the specimen and the elongation of the specimen are measured momentarily to measure the test force and elongation. From the results, the material characteristics of the specimen are investigated, and the measurement results of the test force are often used as detection signals for feedback control of the load mechanism.

試験力の計測は、ロードセルを検出器とし、通常はその出力をアンプで増幅した後、デジタル化して試験力検出データとする。このとき、得られる試験力検出データが正しく実際の試験力を表すように、あらかじめ力計(検定器)を用いて既知の力を加え、アンプの増幅率や、CPUを主体とする演算制御部での試験力への換算のための演算に用いる係数等を決定する校正動作を行う。この校正に際しては、荷重0における増幅出力と、フルスケール荷重の負荷時における増幅出力を用いて行うことが一般的である(例えば特許文献1参照)。   The test force is measured by using a load cell as a detector, and the output is usually amplified by an amplifier and digitized to obtain test force detection data. At this time, in order that the obtained test force detection data correctly represents the actual test force, a known force is applied in advance using a force meter (verifier), the amplification factor of the amplifier, and the arithmetic control unit mainly composed of the CPU A calibration operation is performed to determine the coefficient used for the calculation for conversion to the test force at. This calibration is generally performed using an amplified output at a load of 0 and an amplified output at a full scale load (see, for example, Patent Document 1).

また、より厳密に試験力を計測することを目的として、従来、力計を用いて複数の荷重を負荷したときの各増幅出力を採取し、その出力値−荷重値をグラフ上で折れ線状に直線で結び、その各直線を式で記憶して、刻々の計測データをCPUによるソフトでの演算によって補正する、いわゆる直線補正演算を行うようにしたものも知られている(例えば特許文献2参照)。この方式では、ロードセルの出力を増幅してデジタル化してなる検出データをxとし、補正後の試験力をFとし、ai ,bi (i=1,2,・・)を各区間における係数とすると、
F=ai x+bi
をCPUにて演算することになる。
Also, for the purpose of measuring the test force more strictly, conventionally, each amplified output when a plurality of loads are loaded using a force meter is sampled, and the output value-load value is plotted in a line on the graph. It is also known to perform so-called straight line correction calculation in which straight lines are connected, each straight line is stored as an equation, and the measured data is corrected by software calculation by the CPU (see, for example, Patent Document 2). ). In this method, the detection data obtained by amplifying and digitizing the output of the load cell is x, the corrected test force is F, and a i , b i (i = 1, 2,...) Are coefficients in each section. Then,
F = a i x + b i
Is calculated by the CPU.

また、上記の式の演算による直線補正に代えて、試験力の計測データに対する補正テーブルを記憶し、その補正テーブルから補正後のデータをピックアップするようにしたものも知られている。
特開2005−331256号公報 特開2005−69868号公報
In addition, a correction table for test force measurement data is stored in place of the straight line correction by the calculation of the above formula, and corrected data is picked up from the correction table.
JP 2005-331256 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-69868

ところで、試験力の計測精度を向上させるためには、荷重0とフルスケールとを用いて倍率(増幅率)を決定するだけではなく、幾つかの中間点の試験力を負荷してデータ採取を行い、出力値に対する各点での補正が必要となる。   By the way, in order to improve the measurement accuracy of the test force, not only the magnification (amplification factor) is determined using the load 0 and the full scale, but also data collection is performed by applying some intermediate test force. It is necessary to correct the output value at each point.

また、ソフトによる補正演算や、補正テーブルを用いた補正では、CPUにて処理を行うことになるが、いわゆる場合分けを行って処理を行うことになり、試験力のサンプリングレートを向上させ、かつ、試験力の計測精度を向上させることは困難である。すなわち、サンプリングレートを速くすると演算可能時間が限られ、演算処理の限界が発生する。そのため、サンプリングレートがCPUの計算能力によって制約を受けることになる。また、直線補正を行った場合、元来なめらかなカーブとなるデータに屈折点を作ってしまうことになる。   Moreover, in the correction calculation by software and the correction using the correction table, processing is performed by the CPU, but processing is performed by so-called case division, and the sampling rate of the test force is improved, and It is difficult to improve the measurement accuracy of the test force. In other words, if the sampling rate is increased, the calculation possible time is limited, and the calculation processing is limited. Therefore, the sampling rate is restricted by the calculation capacity of the CPU. In addition, when straight line correction is performed, a refraction point is created in data that is originally a smooth curve.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、試験力のサンプリングレートを向上させ、しかも試験力の計測精度を向上させ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 an object thereof is to provide a material testing machine capable of improving the sampling rate of the test force and improving the measurement accuracy of the test force.

上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、試験体に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験体に作用する試験力を検出するロードセルを備えるとともに、そのロードセルの出力を増幅した後にデジタル化して試験力の検出データとして出力する増幅・デジタル化回路手段と、その試験力の検出データを取り込んで試験力値への換算を含む演算を実行するCPUを有してなる演算制御部を備えた材料試験機において、上記試験力の検出データを入力し、あらかじめ設定されている補正関数を用いて、当該検出データの試験力値に対する関係の直線からの逸脱量を演算するハードウエアによる補正回路を備え、上記試験力値への換算はその逸脱量を上記検出データに加算したうえで行う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 specimen, a load cell that detects a test force acting on the specimen by the load, and amplifies the output of the load cell. Amplification / digitization circuit means for digitizing and outputting as test force detection data, and calculation control comprising a CPU that takes the test force detection data and performs calculations including conversion into test force values In a material testing machine equipped with a section, hardware for inputting the test force detection data and calculating a deviation amount from a straight line of the relationship of the detection data to the test force value using a preset correction function The conversion to the test force value is characterized by adding the deviation amount to the detection data (Claim 1).

ここで、本発明においては、上記補正演算回路として、プログラム可能なハードウエアを用いる構成(請求項2)を好適に採用することができる。   Here, in the present invention, a configuration using programmable hardware (Claim 2) can be suitably employed as the correction arithmetic circuit.

また、本発明においては、上記補正関数を用いた上記直線からの逸脱量の演算を、上記増幅・デジタル化手段による検出データのビット数並びに上記演算制御部における演算のビット数よりも少ないビット数で行う構成(請求項3)を採用することが好ましい。   Further, in the present invention, the calculation of the deviation amount from the straight line using the correction function is less than the number of bits of detection data by the amplification / digitization means and the number of bits of calculation in the calculation control unit. It is preferable to adopt the configuration (Claim 3) performed in (1).

そして、本発明における補正関数の具体例としては、上記増幅・デジタル化回路手段による試験力の検出データをx、フルスケール時のデータ値をL、k1 を係数としたとき、上記補正関数f(x)を、
f(x)=k1 x(x−L) ・・(1)
とすること(請求項4)ができ、あるいは、上記と同様に上記検出データをx、フルスケール時のデータ値をL,k1 およびk2 を係数としたとき、上記補正関数数f(x)を、 f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2) ・・(2)
とすること(請求項5)ができ、更には、上記と同様に上記検出データをx、フルスケール時のデータ値をL,k1 ,k2 およびk3 を係数としたとき、上記補正関数数f(x)を、
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+k3 2 (x−L)2 ・・(3)
とすること(請求項6)ができ、更にまた、上記と同様に上記検出データをx、フルスケール時のデータ値をL,k1 およびk2 を係数、g(x)をx,(x−L),(x−L/2)のn次の多項式としたとき、上記補正関数を、
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+g(x) ・・(4)とすること(請求項7)ができる。
As a specific example of the correction function in the present invention, when the test force detection data by the amplifying / digitizing circuit means is x, the data value at full scale is L, and k 1 is a coefficient, the correction function f (X)
f (x) = k 1 x (x−L) (1)
(Claim 4) or when the detected data is x and the data values at full scale are L, k 1 and k 2 as coefficients, the number of correction functions f (x a), f (x) = k 1 x (x-L) + k 2 x (x-L) (x-L / 2) ·· (2)
Further, when the detection data is x and the data values at full scale are L, k 1 , k 2 and k 3 as coefficients, the correction function The number f (x) is
f (x) = k 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2) + k 3 x 2 (x−L) 2 ... (3)
(Claim 6) Further, similarly to the above, the detected data is x, the data value at full scale is L, k 1 and k 2 are coefficients, and g (x) is x, (x −L) and (x−L / 2) n-order polynomials, the correction function is
f (x) = k 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2) + g (x) (4) (Claim 7).

本発明は、ロードセルの出力特性の直線性を補正するために、ロードセルの出力の増幅・デジタル化後のデータから直ちに試験力をソフトウエアにより求めるのではなく、検出データの直線からの逸脱量、つまり、試験力をF、ロードセル出力を増幅・デジタル化した検出データをx、a,bを係数としたとき、F=ax+bからの逸脱量をハードウエアによる補正演算回路で算出し、その算出結果を検出データに加算することによって、課題を解決しようとするものである。   In the present invention, in order to correct the linearity of the output characteristics of the load cell, the test force is not immediately obtained from the data after amplification and digitization of the output of the load cell by software, but the amount of deviation from the straight line of the detected data, In other words, when the test force is F, the detection data obtained by amplifying and digitizing the load cell output is x, a, and b are coefficients, the deviation from F = ax + b is calculated by a hardware correction calculation circuit, and the calculation result Is to solve the problem by adding to the detection data.

すなわち、図2(A)に例示するように、適宜に増幅されてデジタル化されたロードセルからの検出データxと試験力Fとの関係、つまり検出データx−試験力特性には、a,bをそれぞれ係数としたとき、ax+bで表される直線P上に厳密には乗らず、通常は図示のように曲線となる。本発明においては、検出データxからこの曲線を算出するのではなく、直線Pに対する逸脱量eを算出する。しかも、この演算にはハードウエアによる補正演算回路を用いる。これにより、CPUにおいて場合分けを行って処理を行う従来の手法に比して、サンプリングレートを高くすることと、試験力の計測精度の向上を両立させることが可能となる。   That is, as illustrated in FIG. 2A, the relationship between the detection data x and the test force F from the appropriately amplified and digitized load cell, that is, the detection data x-test force characteristics includes a, b , Each of which is a coefficient, it is not strictly on the straight line P represented by ax + b, and is usually a curve as shown. In the present invention, this curve is not calculated from the detection data x, but the deviation e with respect to the straight line P is calculated. In addition, a hardware correction arithmetic circuit is used for this calculation. This makes it possible to increase the sampling rate and improve the measurement accuracy of the test force as compared with the conventional method in which processing is performed by dividing the case in the CPU.

ロードセルの出力−試験力特性は個々に相違するため(器差)、直線に対する逸脱量を算出する補正関数は、用いるロードセルに応じて変化させる必要がある。そこで、請求項2に係る発明のように、このようなデジタル補正演算に用いるハードウエアとして、プログラム可能なハードウエア、例えばFPGAやDSPを用いることにより、補正関数中の係数の算出にCPUを用い、その算出された係数等をハードウエアに設定することで、設定のための操作も簡単となる。   Since the output-test force characteristics of the load cell are different from each other (instrumental difference), it is necessary to change the correction function for calculating the deviation from the straight line according to the load cell to be used. Therefore, as in the invention according to claim 2, by using programmable hardware such as FPGA or DSP as the hardware used for such digital correction calculation, the CPU is used for calculating the coefficient in the correction function. By setting the calculated coefficient or the like in the hardware, the setting operation can be simplified.

そして、直線からの逸脱量は、試験力の検出データそのものに比して十分に小さいため、つまりax+b≫eであるため、その補正演算については、測定データのビット数よりも小さいビット数で計算することができ、計算処理の容易化を見込むことができる。   Since the deviation from the straight line is sufficiently smaller than the test force detection data itself, that is, ax + b >> e, the correction calculation is performed with the number of bits smaller than the number of bits of the measurement data. Can be expected to facilitate the calculation process.

補正関数の具体例としては、請求項4〜7に係る発明のような関数を用いることができ、このうち、請求項4に係る発明における関数
f(x)=k1 x(x−L)
は、ロードセルの試験力−出力特性が図3に示すような単調増加関数的な特性に対応することができ、請求項5〜7に係る発明における多項式の関数は、曲線中に変曲点を持つ特性に対応することができ、なかでも、請求項6に係る発明の関数
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+k3 2 (x−L)2 は、3つの係数を用いた比較的簡単な演算により、殆どあらゆる特性に対応できることが確かめられている。請求項7に係る発明における多項式の関数は、次数nを多くすることによってより厳密な補正が可能である。
As a specific example of the correction function, a function like that of the invention according to claims 4 to 7 can be used. Among these, the function f (x) = k 1 x (x−L) in the invention according to claim 4 is used.
The load cell test force-output characteristic can correspond to a monotonically increasing function characteristic as shown in FIG. 3, and the polynomial function in the inventions according to claims 5 to 7 has an inflection point in the curve. In particular, the function f (x) = k 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2) + k 3 of the invention according to claim 6 can be accommodated. It has been confirmed that x 2 (x−L) 2 can correspond to almost all characteristics by a relatively simple calculation using three coefficients. The polynomial function in the invention according to claim 7 can be corrected more strictly by increasing the order n.

本発明によれば、補正テーブルに基づくCPUによる場合分けを含む補正に比して、ハードウエアの補正演算回路による単純な計算によって、ロードセルによる検出データの直線からの逸脱量を計算して補正に供するので、CPUに補正演算のための負担が掛かることがなく、高速のサンプリングレートと試験力の測定結果の高精度化を両立させることができる。   According to the present invention, the deviation from the straight line of the detection data by the load cell is calculated and corrected by a simple calculation by the correction arithmetic circuit of the hardware as compared with the correction including the case classification by the CPU based on the correction table. Therefore, there is no burden on the CPU for correction calculation, and both high speed sampling rate and high accuracy of test force measurement results can be achieved.

また、検出データの直線からの逸脱量は十分に小さいため、その演算には検出データのビット数よりも少ないビット数の演算で十分であり、ハードウエアによる回路の簡素化と演算の速さを実現することができ、これにより、少ないコストと短い計算時間のもとに高精度の試験力測定が可能となる。   In addition, since the amount of deviation of the detected data from the straight line is sufficiently small, it is sufficient to calculate the number of bits smaller than the number of bits of the detected data for the calculation. This makes it possible to measure the test force with high accuracy with low cost and short calculation time.

そして、補正関数として請求項5〜7に係る発明のように多項式を用いることにより、ロードセルの出力特性が変曲点を持つようなものであっても、これに対応して直線性の補正を行うことができる。   Further, by using a polynomial as the correction function as in the inventions according to claims 5 to 7, even if the output characteristic of the load cell has an inflection point, the correction of linearity is performed accordingly. It can be carried out.

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。
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 an electrical configuration.

試験機本体1は、駆動機構1aと、テーブル1b上に鉛直に伸びて駆動機構1aの駆動により回転が与えられる一対のねじ棹1c,1dと、そのネジ棹1c,1dの回転によりテーブル1bに対して上下方向に移動するクロスヘッド1eと、テーブル1bおよびクロスヘッド1eにそれぞれ装着された上下一対の掴み具1f,1gを主体として構成され、試験体Wはその両端が掴み具1f,1gに把持された状態で試験に供される。   The testing machine main body 1 includes a drive mechanism 1a, a pair of screw rods 1c and 1d that extend vertically on the table 1b and are given rotation by driving the drive mechanism 1a, and the table 1b by rotation of the screw rods 1c and 1d. The test body W is mainly composed of a cross head 1e that moves in the vertical direction and a pair of upper and lower gripping tools 1f and 1g mounted on the table 1b and the crosshead 1e, respectively. It is subjected to the test in a gripped state.

上側の掴み具1gとクロスヘッド1eとの間にはロードセル2が介在しており、このロードセル2によって試験体Wに作用する試験力が検出される。また、試験体Wには伸び計3が取り付けられており、この伸び計3によって試験体Wの伸びが検出される。   A load cell 2 is interposed between the upper gripping tool 1g and the crosshead 1e, and a test force acting on the test body W is detected by the load cell 2. An extensometer 3 is attached to the test body W, and the elongation of the test body W is detected by the extensometer 3.

ロードセル2および伸び計3の出力はそれぞれロードアンプ2aおよびストレインアンプ3aによって増幅されたうえで、A−D変換器2bおよび3bによってデジタル化され、それぞれ試験力の検出データおよび伸びの検出データとして試験機コントローラ4の演算部40に取り込まれる。   The outputs of the load cell 2 and the extensometer 3 are amplified by the load amplifier 2a and the strain amplifier 3a, respectively, and digitized by the AD converters 2b and 3b, respectively, and tested as test force detection data and elongation detection data, respectively. The data is taken into the calculation unit 40 of the machine controller 4.

演算部40は、CPU41とROM42並びにRAM43のほかに、FPGA44と、そのFPGA44に設定すべきロジックを記憶するEPROM45を備えている。そのロジックは、試験前に行われる校正動作におけるデータを用いて、後述するようにCPU41によって求められる。   In addition to the CPU 41, ROM 42, and RAM 43, the arithmetic unit 40 includes an FPGA 44 and an EPROM 45 that stores logic to be set in the FPGA 44. The logic is obtained by the CPU 41 as will be described later using data in the calibration operation performed before the test.

また、試験機コントローラ4の制御部400は、演算部40で求められた試験力計測値および伸びの計測値のうち、制御量に設定されている量を別途設定されている目標値にフィードバックして駆動機構1aを制御する。演算部40により求められた試験力計測値および伸びの計測値は、また、データ処理用のパーソナルコンピュータ5にも取り込まれる。   Further, the control unit 400 of the test machine controller 4 feeds back the amount set as the control amount to the separately set target value among the test force measurement value and the elongation measurement value obtained by the calculation unit 40. To control the drive mechanism 1a. The test force measurement value and the elongation measurement value obtained by the calculation unit 40 are also taken into the personal computer 5 for data processing.

さて、ロードセル2の出力並びに伸び計3の出力をそれぞれ増幅・デジタル化した試験力検出データ並びに伸びの検出データのうち、伸びの検出データは演算部40のCPU41によって公知の演算が施されて伸びの計測値が求められる。一方、試験力の検出データはFPGA44により直線性の補正のための演算が施されたうえで、CPU41により試験力の計測値が求められる。   Of the test force detection data and the elongation detection data obtained by amplifying and digitizing the output of the load cell 2 and the output of the extensometer 3, respectively, the elongation detection data is subjected to a known calculation by the CPU 41 of the calculation unit 40 and stretched. The measured value is obtained. On the other hand, the test force detection data is subjected to calculation for linearity correction by the FPGA 44, and the CPU 41 obtains a measurement value of the test force.

すなわち、ロードセル2の出力を増幅してデジタル化した試験力検出データxは、通常、実際の試験力に対して図2(A)に示す直線Pのようなリニアな関係にはなく、同図に太線で例示するような曲線Qの特性を有している。   That is, the test force detection data x obtained by amplifying and digitizing the output of the load cell 2 is not normally in a linear relationship like the straight line P shown in FIG. The curve Q has a characteristic illustrated by a bold line.

そこで、この実施の形態においては、試験力の検出データxを用いた演算により、曲線Qの直線Pからの逸脱量eをあらかじめFPGA44に設定されている補正関数f(x)を用いて算出する。逸脱量eと検出データxとの関係をグラフで示せば図2(B)の通りとなり、補正関数f(x)は図2(B)のグラフの近似式であって、この例において前記した(3)式、つまり、
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+k3 2 (x−L)2 ・・(3)
である。
Therefore, in this embodiment, the deviation e from the straight line P of the curve Q is calculated by using the correction function f (x) set in the FPGA 44 in advance by calculation using the test force detection data x. . If the relationship between the deviation amount e and the detected data x is shown in a graph, it becomes as shown in FIG. 2B, and the correction function f (x) is an approximate expression of the graph in FIG. (3) Formula, that is,
f (x) = k 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2) + k 3 x 2 (x−L) 2 ... (3)
It is.

この式中において、Lはロードセル2の出力がフルスケールとなった状態における検出データ(A−D換器2bの出力)であって校正時に記憶されるとともに、k1 ,k2 ,k3 は係数であって、これらは校正時に得た複数点の検出データを用いて、CPU41により算出され、EPROM45を通じてFPGA44に(3)式を演算するためのロジックとして設定される。また、校正時において、ロードアンプ2aの調節により、試験力が0のときに検出データxが0となるようにしておく。 In this equation, L is detection data (output of the AD converter 2b) in a state where the output of the load cell 2 is full scale, and is stored at the time of calibration, and k 1 , k 2 , k 3 are These are coefficients, which are calculated by the CPU 41 using the detection data of a plurality of points obtained at the time of calibration, and set as logic for calculating the expression (3) in the FPGA 44 through the EPROM 45. In calibration, the detection data x is set to 0 when the test force is 0 by adjusting the load amplifier 2a.

さて、この実施の形態の特徴は、A−D変換器2bおよびCPU41は24ビットで動作するのに対し、FPGA44は18ビットで動作する点である。すなわち、試験中においては、A−D変換器2bは試験力の検出データxを24ビットで出力し、FPGA44は24ビットデータxの上位18ビットのみで補正関数の掛け算等の計算を行い、直線からの逸脱量f(x)を18ビットで求め、元の24ビットデータxに桁修正を行って加算する。つまり、
y=x+f(x) ・・(5)
によって直線性を補正した検出データyを求め、更にAを係数として、試験力Fを
F=Ay ・・(6)
によって算出する。
The feature of this embodiment is that the A-D converter 2b and the CPU 41 operate with 24 bits, whereas the FPGA 44 operates with 18 bits. That is, during the test, the AD converter 2b outputs the test force detection data x in 24 bits, and the FPGA 44 performs a correction function multiplication or the like using only the upper 18 bits of the 24-bit data x, The deviation amount f (x) from is obtained in 18 bits, and the digit is corrected and added to the original 24-bit data x. That means
y = x + f (x) (5)
The detection data y with the linearity corrected by the above is obtained, and the test force F is obtained by using A as a coefficient and F = Ay (6)
Calculated by

ここで、上記では、xを補正する方法にて説明したが、(5)式に(6)式を代入して、
F=Ax+Af(x)
としてAf(x)を直接計算してデジタル値xに対する補正試験やAf(x)を直接求めるグラフを作成することも可能である。
Here, in the above description, the method of correcting x has been described, but by substituting Equation (6) into Equation (5),
F = Ax + Af (x)
It is also possible to create a graph for directly calculating Af (x) by directly calculating Af (x) and correcting the digital value x or directly obtaining Af (x).

このようにして求められた試験力の計測値Fは、従って、ロードセル2の直線性誤差の影響が除外された正確な値となる。   Therefore, the measured value F of the test force thus obtained is an accurate value excluding the influence of the linearity error of the load cell 2.

また、f(x)の演算を18ビットで行うことにより、精度を低下させることなく、より少ないコスト並びに計算所要時間のもとに補正を行うことができる。すなわち、直線Pからの逸脱量eは、図2(A)における直線P上の試験力値Fに対し、
F≫e
であり、eの桁数はxに比して実際に桁数が小さく、このeの算出のためのビット数をxに比して小さくしても得られる結果は実質的に同じとなるためである。
Further, by performing the calculation of f (x) with 18 bits, correction can be performed with less cost and calculation time without reducing accuracy. That is, the deviation e from the straight line P is equal to the test force value F on the straight line P in FIG.
F >> e
The number of digits of e is actually smaller than x, and even if the number of bits for calculating e is smaller than x, the results obtained are substantially the same. It is.

上記した(3)式における係数k1 〜k3 は、前記したように力計等を用いた校正時に採取した検出データをもとに、ROM42に書き込まれているプログラムに従ってCPU41が自動的に算出してEPROM45を通じてFPGA44に設定する。その算出の仕方について以下に説明する。 Coefficient k 1 to k 3 in the above (3), based on the detection data taken during calibration using a force meter or the like as described above, CPU 41 automatically calculates accordance with a program written in the ROM42 And set in the FPGA 44 through the EPROM 45. The calculation method will be described below.

校正時に図2(A)に示すように検出データxi と試験力の値Fi との関係xi −Fi をn+1点(i=0,1,・・n)で採取してRAM43に記憶する。ここで、i=0のときの検出データx0 は荷重0のときのデータであり、xn はフルスケール荷重負荷時のデータであって、Fn は(3)式におけるLに相当する。 At the time of calibration, as shown in FIG. 2A, the relationship x i −F i between the detection data x i and the test force value F i is collected at n + 1 points (i = 0, 1,... N) and stored in the RAM 43. Remember. Here, the detection data x 0 when the i = 0 is the data when the load 0, x n is a data at full scale load load, F n corresponds to L in equation (3).

次に、これらのデータから、
i =(Fi ・xn /Fn )−xi ・・(7)
を求め、
e=f(x)
=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+k3 2 (x−L)2
・・(3)
のk1 〜k3 を推定する。この推定には、例えば回帰分析の手法を用いることができる。
Next, from these data,
e i = (F i · x n / F n ) −x i ··· (7)
Seeking
e = f (x)
= K 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2) + k 3 x 2 (x−L) 2
(3)
K 1 to k 3 are estimated. For this estimation, for example, a regression analysis method can be used.

(3)式にxi (i=1〜n−1)を代入して、
i =k1 x(x−L)
i =k2 x(x−L)(x−L/2)
i =k3 2 (x−L)2
とおく。そして、
Substituting x i (i = 1 to n−1) into equation (3),
a i = k 1 x (x−L)
b i = k 2 x (x−L) (x−L / 2)
c i = k 3 x 2 (x−L) 2
far. And

Figure 2007218809
Figure 2007218809

としたとき、
Ak=E ・・(8)
であり、両辺にAT を乗じて、
T Ak=AT E ・・(9)
更に両辺に(AT A)-1を乗じて、
(AT A)-1(AT A)k=(AT A)-1T E ・・(10)
ここで、(AT A)-1(AT A)は単位行列であるから、
k=(AT A)-1T E ・・(11)
として、k1 〜k3 を求めることができる。
When
Ak = E (8)
Multiplying A T on both sides,
A T Ak = A T E (9)
Multiply both sides by (A T A) -1
(A T A) −1 (A T A) k = (A T A) −1 A T E (10)
Here, since (A T A) −1 (A T A) is a unit matrix,
k = (A T A) −1 A T E (11)
K 1 to k 3 can be obtained as follows.

以上の手順をROM42に書き込んでおき、求められたk1 〜k3 をEPROM45に格納し、FPGA44のロジックを設定する。これによって試験中に試験力の検出データxをサンプリングするごとにFPGA44において(3)式の演算を実行し、検出データxの直線Pからの逸脱量e=f(x)を求め、CPU41にて(6)式で刻々の補正後の試験力値Fを求めることができる。 The above procedure is written in the ROM 42, the obtained k 1 to k 3 are stored in the EPROM 45, and the logic of the FPGA 44 is set. As a result, every time the test force detection data x is sampled during the test, the FPGA 44 performs the calculation of equation (3) to obtain the deviation e = f (x) of the detection data x from the straight line P. The test force value F after every correction can be obtained by the equation (6).

なお、以上の実施の形態においては、校正時においてロードアンプ2aを調節して試験力が0のときに検出データxが0となるようにし、CPU41において(6)式を用いて試験力値Fを求めたが、CPU41において検出データxに対してe=f(x)を加算して補正後のデータyを算出する際に、偏差を差し引いて
y=x+f(x)+B ・・(12)
の演算を行ってもよいことは勿論である。
In the above embodiment, the load amplifier 2a is adjusted during calibration so that the detection data x becomes 0 when the test force is 0, and the CPU 41 uses the equation (6) to obtain the test force value F. However, when the CPU 41 adds e = f (x) to the detected data x to calculate the corrected data y, the deviation is subtracted. Y = x + f (x) + B (12)
Of course, the above calculation may be performed.

また、以上の実施の形態においては、検出データxの直線Pからの逸脱量を表す関数f(x)を前記した(3)式を用いる場合について述べたが、前記した(1)、(2)または(4)式を用いてもよい。ただし、(1)式では、図3に検出データx−試験力Fのグラフを例示するような途中に変曲点を有さない単調増加関数の特性にのみ対応することができる。   In the above embodiment, the function f (x) representing the deviation amount of the detection data x from the straight line P is described using the above-described equation (3). However, the above-described (1), (2 ) Or (4) may be used. However, in the equation (1), only the characteristic of a monotonically increasing function that does not have an inflection point on the way as illustrated in the graph of the detection data x-test force F in FIG. 3 can be dealt with.

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。In the block diagram of embodiment of this invention, it is the figure which writes together and shows the schematic diagram showing a mechanical structure, and the block diagram showing an electric structure. (A)は検出データxと試験力Fの値との特性の例を示すグラフで、(B)はその関係を検出データxと直線Pからの逸脱量eとの関係で表したグラフである。(A) is a graph which shows the example of the characteristic of the detection data x and the value of the test force F, (B) is a graph which represented the relationship by the relationship between the detection data x and the deviation | shift amount e from the straight line P. FIG. . 式(1)で対応できるロードセル特性の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the load cell characteristic which can respond | correspond by Formula (1).

符号の説明Explanation of symbols

1 試験機本体
1a 駆動機構
1b テーブル
1c,1d ねじ棹
1e クロスヘッド
1f,1g 掴み具
2 ロードセル
2a ロードアンプ
3 伸び計
3a ストレインアンプ
2b,3b A−D変換器
4 試験機コントローラ
40 演算部
400 制御部
5 パーソナルコンピュータ
W 試験体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test machine main body 1a Drive mechanism 1b Table 1c, 1d Screw rod 1e Cross head 1f, 1g Grasping tool 2 Load cell 2a Load amplifier 3 Extensometer 3a Strain amplifier 2b, 3b AD converter 4 Test machine controller 40 Arithmetic unit 400 Control Part 5 Personal computer W Specimen

Claims (7)

試験体に負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験体に作用する試験力を検出するロードセルを備えるとともに、そのロードセルの出力を増幅した後にデジタル化して試験力の検出データとして出力する増幅・デジタル化回路手段と、その試験力の検出データを取り込んで試験力値への換算を含む演算を実行するCPUを有してなる演算制御部を備えた材料試験機において、
上記試験力の検出データを入力し、あらかじめ設定されている補正関数を用いて、当該検出データの試験力値に対する関係の直線からの逸脱量を演算するハードウエアによる補正演算回路を備え、上記試験力値への換算はその逸脱量を上記検出データに加算したうえで行うことを特徴とする材料試験機。
Amplification / digital that has a load mechanism that applies a load to the test body and a load cell that detects the test force acting on the test body by the load, and that outputs the load cell output after it is digitized and output as test force detection data In a material testing machine comprising a calculation circuit unit and a calculation control unit having a CPU that takes in the detection data of the test force and executes a calculation including conversion into a test force value,
Provided with a hardware correction calculation circuit that inputs the test force detection data and uses a preset correction function to calculate the deviation from the straight line of the relationship of the detection data to the test force value. A material testing machine characterized in that conversion to force value is performed after the deviation amount is added to the detection data.
上記補正演算回路が、プログラム可能なハードウエアにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の材料試験機。   2. The material testing machine according to claim 1, wherein the correction arithmetic circuit is configured by programmable hardware. 上記補正関数を用いた上記直線からの逸脱量の演算を、上記増幅・デジタル化手段による検出データのビット数並びに上記演算制御部における試験力値への換算のビット数よりも少ないビット数で行う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。   The amount of deviation from the straight line using the correction function is calculated with a number of bits smaller than the number of bits of detection data by the amplification / digitization means and the number of bits converted into test force values in the calculation control unit. The material testing machine according to claim 1 or 2, wherein 上記増幅・デジタル化回路手段による試験力の検出データをx、上記ロードセル出力のフルスケール時の当該検出データの値をL、k1 を係数としたとき、上記補正関数f(x)が、
f(x)=k1 x(x−L)
であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の材料試験機。
When the detection data of the test force by the amplification / digitization circuit means is x, the value of the detection data at full scale of the load cell output is L, and k 1 is a coefficient, the correction function f (x) is
f (x) = k 1 x (x−L)
The material testing machine according to claim 1, 2 or 3, wherein
上記増幅・デジタル化回路手段による試験力の検出データをx、上記ロードセル出力のフルスケール時の当該検出データの値をL、k1 およびk2 を係数としたとき、上記補正関数f(x)が、
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)
であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の材料試験機。
When the detection data of the test force by the amplifying / digitizing circuit means is x and the values of the detection data at full scale of the load cell output are L, k 1 and k 2 as coefficients, the correction function f (x) But,
f (x) = k 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2)
The material testing machine according to claim 1, 2 or 3, wherein
上記増幅・デジタル化回路手段による試験力の検出データをx、上記ロードセル出力のフルスケール時の当該検出データの値をL、k1 ,k2 およびk3 を係数としたとき、上記補正関数f(x)が、
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+k3 2 (x−L)2 であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の材料試験機。
When the detection data of the test force by the amplifying / digitizing circuit means is x and the values of the detection data at the full scale of the load cell output are L, k 1 , k 2 and k 3 as coefficients, the correction function f (X) is
f (x) = k 1 x (x-L) + k 2 x (x-L) (x-L / 2) + k 3 x 2 claims, characterized in that a (x-L) 2 1,2 Or the material testing machine of 3.
上記増幅・デジタル化回路手段による試験力の検出データをx、上記ロードセル出力のフルスケール時の当該検出データの値をL、k1 およびk2 を係数、g(x)をx,(x−L),(x−L/2)のn次の多項式としたとき、上記補正関数が、
f(x)=k1 x(x−L)+k2 x(x−L)(x−L/2)+g(x)
であることを特徴とする請求項1、または3に記載の材料試験機。
The test force detection data by the amplifying / digitizing circuit means is x, the value of the load cell output at full scale is L, k 1 and k 2 are coefficients, g (x) is x, (x− L) and (x−L / 2) n-order polynomial, the correction function is
f (x) = k 1 x (x−L) + k 2 x (x−L) (x−L / 2) + g (x)
The material testing machine according to claim 1 or 3, wherein:
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010145290A (en) * 2008-12-19 2010-07-01 Shimadzu Corp Sensor characteristic correction device and material testing machine
JP2013032913A (en) * 2011-07-07 2013-02-14 Shimadzu Corp Material testing machine
WO2017145255A1 (en) 2016-02-23 2017-08-31 株式会社島津製作所 Synchronization circuit for material tester and material tester
CN109387432A (en) * 2018-10-10 2019-02-26 青岛黄海学院 A kind of composite insulator device for testing tensile force with clamping function
US10697872B2 (en) 2016-02-24 2020-06-30 Shimadzu Corporation Measurement device and material tester
US11360008B2 (en) 2016-03-16 2022-06-14 Shimadzu Corporation Measurement device and material, tester

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59189142U (en) * 1983-06-03 1984-12-15 株式会社島津製作所 Load correction device for material testing machine
JPH0193546U (en) * 1987-12-15 1989-06-20
JPH0333637A (en) * 1989-06-30 1991-02-13 Shimadzu Corp Material tester
JPH0587713A (en) * 1991-09-30 1993-04-06 Shimadzu Corp Sensor output device
JPH08159884A (en) * 1994-12-07 1996-06-21 Tanita:Kk Load cell type weighing equipment employing single electric power source and correcting method based on temperature characteristic
JP2005069868A (en) * 2003-08-25 2005-03-17 Shimadzu Corp Material testing machine
JP2005331256A (en) * 2004-05-18 2005-12-02 Shimadzu Corp Material testing machine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59189142U (en) * 1983-06-03 1984-12-15 株式会社島津製作所 Load correction device for material testing machine
JPH0193546U (en) * 1987-12-15 1989-06-20
JPH0333637A (en) * 1989-06-30 1991-02-13 Shimadzu Corp Material tester
JPH0587713A (en) * 1991-09-30 1993-04-06 Shimadzu Corp Sensor output device
JPH08159884A (en) * 1994-12-07 1996-06-21 Tanita:Kk Load cell type weighing equipment employing single electric power source and correcting method based on temperature characteristic
JP2005069868A (en) * 2003-08-25 2005-03-17 Shimadzu Corp Material testing machine
JP2005331256A (en) * 2004-05-18 2005-12-02 Shimadzu Corp Material testing machine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010145290A (en) * 2008-12-19 2010-07-01 Shimadzu Corp Sensor characteristic correction device and material testing machine
JP2013032913A (en) * 2011-07-07 2013-02-14 Shimadzu Corp Material testing machine
WO2017145255A1 (en) 2016-02-23 2017-08-31 株式会社島津製作所 Synchronization circuit for material tester and material tester
EP3421965A4 (en) * 2016-02-23 2019-10-02 Shimadzu Corporation Synchronization circuit for material tester and material tester
US10866174B2 (en) 2016-02-23 2020-12-15 Shimadzu Corporation Synchronization circuit for material tester and material tester
US10697872B2 (en) 2016-02-24 2020-06-30 Shimadzu Corporation Measurement device and material tester
US11360008B2 (en) 2016-03-16 2022-06-14 Shimadzu Corporation Measurement device and material, tester
CN109387432A (en) * 2018-10-10 2019-02-26 青岛黄海学院 A kind of composite insulator device for testing tensile force with clamping function
CN109387432B (en) * 2018-10-10 2021-05-18 青岛黄海学院 Composite insulator tension testing device with clamping function

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