JP2009085850A - Fatigue testing equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide fatigue testing equipment capable of performing an acceleration amplitude constant sweep test in a wide frequency band including a high frequency region. <P>SOLUTION: The fatigue testing equipment has an acceleration detection means for detecting the deformation speed of a workpiece and a control means for controlling a servomotor on the basis of the detection result of the acceleration detection means so that the ratio of the deformation speed and predetermined speed of the workpiece is received in a predetermined range regardless of a cycle for adding repeated load at each time when the cycle for adding the repeated load to the workpiece is changed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ねじり、引張、圧縮、曲げ方向の繰り返し荷重をワークに加える疲労試験装置に関する。   The present invention relates to a fatigue test apparatus that applies a repeated load in the twisting, tension, compression, and bending directions to a workpiece.

材料に静荷重や繰り返し荷重を加えてその材料の物性を計測する疲労試験装置として、特許文献1に記載のもののようなサーボモータを用いたものが広く利用されている。サーボモータは、目標となる角度(設定角度)をサーボアンプに入力することによってサーボモータの回転軸の位相をその角度に移動させるものである。サーボモータには軸の位相の変化を検出するためのロータリーエンコーダが設けられており、サーボアンプは、ロータリーエンコーダの検出値から判断される回転軸の位相と、設定角度との差分に基づいてサーボモータに与える駆動電力を生成する。
特開昭63−37233号
2. Description of the Related Art As a fatigue test apparatus that measures a physical property of a material by applying a static load or a repeated load to the material, a device using a servo motor such as that described in Patent Document 1 is widely used. The servo motor moves the phase of the rotation axis of the servo motor to that angle by inputting a target angle (set angle) to the servo amplifier. The servo motor is provided with a rotary encoder for detecting changes in the phase of the shaft, and the servo amplifier performs servo based on the difference between the rotational axis phase determined from the detected value of the rotary encoder and the set angle. Drive power to be applied to the motor is generated.
JP-A-63-37233

ねじり試験を行うねじり試験装置は、ワークの一端を把持するチャックとサーボモータの回転軸との間に設けられた減速機(減速ギアなど)によって、サーボモータのトルクを増幅してワークに付与している。また、引張、圧縮、曲げ試験を行う万能試験装置は、サーボモータの回転軸に送りねじ機構等の直動変換器を設けて、サーボモータの回転運動を直進運動に変換している。   A torsion tester that performs a torsion test amplifies the torque of the servo motor and applies it to the workpiece by a reduction gear (such as a reduction gear) provided between the chuck that holds one end of the workpiece and the rotation shaft of the servo motor. ing. Moreover, the universal testing apparatus which performs a tension | pulling, a compression, and a bending test provides linear motion converters, such as a feed screw mechanism, in the rotating shaft of a servo motor, and converts the rotational motion of a servo motor into linear motion.

近年、応答性の高いサーボモータが実用化されつつあり、正弦波や矩形波、三角波といった波形の繰り返し荷重を高い周波数でワークに加えることが出来るようになりつつある。このような試験装置においては、疲労試験の一種である、ワークの変形加速度(ねじり試験においては角加速度)の振幅を一定に保ちながら周波数を変化させる、加速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。   In recent years, servo motors with high responsiveness are being put into practical use, and repeated loads of waveforms such as sine waves, rectangular waves, and triangular waves can be applied to workpieces at high frequencies. In such a test apparatus, a constant acceleration amplitude sweep test that changes the frequency while keeping the amplitude of the deformation acceleration (angular acceleration in the torsion test) of the workpiece constant, which is a kind of fatigue test, can be performed.

このようなスイープ試験においては、ワークの変形加速度の振幅を一定のものとする必要がある。従来においては、ねじり試験装置であれば減速機の減速比、万能試験装置であれば直動変換器の変換率(送りねじ機構であれば、送りねじのリード)に基づいて、サーボモータの角加速度を制御することによって、所望の角加速度や加速度でワークが繰り返し荷重を受けるようにしていた。しかしながら、特に高周波域においては、ワーク自身、或いは動力伝達系(減速機及び直動変換器)の弾性や粘性のため、サーボモータの回転軸の位相の変化量と動力伝達系の特性に基づいて演算されるワークの角加速度や加速度の理論値と、実際のワークの角加速度や加速度は必ずしも一致しない。このため、従来の疲労試験装置は、高周波域を含めた広い周波数帯において加速度振幅一定スイープ試験を行うことができなかった。   In such a sweep test, it is necessary to make the amplitude of the deformation acceleration of the workpiece constant. Conventionally, the angle of the servo motor is based on the reduction ratio of the reduction gear if it is a torsion test device, and the conversion rate of the linear motion converter if it is a universal test device (lead screw lead if it is a feed screw mechanism). By controlling the acceleration, the workpiece is repeatedly subjected to a load at a desired angular acceleration or acceleration. However, especially in the high frequency range, because of the elasticity and viscosity of the workpiece itself or the power transmission system (reduction gear and linear motion converter), it is based on the amount of phase change of the rotation axis of the servo motor and the characteristics of the power transmission system. The calculated angular acceleration and acceleration of the workpiece do not always match the actual angular acceleration and acceleration of the workpiece. For this reason, the conventional fatigue test apparatus could not perform a constant acceleration amplitude sweep test in a wide frequency band including a high frequency range.

本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、高周波域を含めた広い周波数帯において加速度振幅一定スイープ試験を行うことのできる疲労試験装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a fatigue test apparatus capable of performing a constant acceleration amplitude sweep test in a wide frequency band including a high frequency range.

上記の目的を達成するため、本発明の疲労試験装置は、ワークの変形加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段の検出結果に基づいて、ワークに繰り返し荷重を加える周期が変化するたびに、繰り返し荷重を加える周期に関わらずワークの変形加速度と所定加速度との比が所定の範囲内に収まるようにサーボモータを制御する制御手段と、を有する。   In order to achieve the above object, the fatigue testing apparatus of the present invention includes an acceleration detecting means for detecting a deformation acceleration of a work, and a cycle of repeatedly applying a load to the work based on a detection result of the acceleration detecting means. And a control means for controlling the servo motor so that the ratio between the deformation acceleration of the workpiece and the predetermined acceleration is within a predetermined range regardless of the period of applying the repeated load.

また、加速度検出手段が所定期間中に計測した速度の最大値と所定加速度との比に基づいて制御手段がサーボモータの回転軸の振幅を変化させるよう制御する、ことが好ましい。   Further, it is preferable that the control means performs control so as to change the amplitude of the rotation axis of the servo motor based on the ratio between the maximum value of the speed measured by the acceleration detecting means during the predetermined period and the predetermined acceleration.

また、所定の範囲内とは、例えば0.95から1.05の間である。或いは、所定の範囲内とは、0.99から1.01の間である。   The predetermined range is, for example, between 0.95 and 1.05. Alternatively, the predetermined range is between 0.99 and 1.01.

また、例えば、疲労試験装置が該ワークにねじり荷重を加えるねじり試験装置であり、ワークの変形加速度はワークの特定の位置におけるワークの回転軸回りの角加速度である。   Further, for example, the fatigue test apparatus is a torsion test apparatus that applies a torsional load to the work, and the deformation acceleration of the work is an angular acceleration around the rotation axis of the work at a specific position of the work.

或いは、疲労試験装置が送りねじ機構を介してワークに引張、圧縮又は曲げ荷重を加える万能試験装置であり、ワークの変形加速度は、ワークの特定の位置における加速度の該送りねじ機構の送り方向成分である。   Alternatively, the fatigue testing device is a universal testing device that applies a tensile, compression, or bending load to the workpiece via the feed screw mechanism, and the deformation acceleration of the workpiece is the component of the feed screw mechanism in the feed direction of the acceleration at a specific position of the workpiece. It is.

以上のように、本発明によれば、高周波域を含めた広い周波数帯において加速度振幅一定スイープ試験を行うことのできる疲労試験装置が実現される。   As described above, according to the present invention, a fatigue test apparatus capable of performing a constant acceleration amplitude sweep test in a wide frequency band including a high frequency range is realized.

以下、本発明の実施の形態につき、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態の疲労試験装置のブロック図を示したものである。本実施形態の疲労試験装置は、試験片(ワーク)にねじり荷重を反復的に加えることができる疲労試験装置である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a fatigue test apparatus according to a first embodiment of the present invention. The fatigue test apparatus of this embodiment is a fatigue test apparatus that can repeatedly apply a torsional load to a test piece (workpiece).

図1に示されるように、本実施形態の疲労試験装置1は、ワークWにねじり荷重を加える装置本体10と、装置本体10のサーボモータ12を駆動するためのサーボアンプ20と、サーボアンプ20を制御する制御部30と、を有する。   As shown in FIG. 1, the fatigue test apparatus 1 of the present embodiment includes an apparatus main body 10 that applies a torsional load to a workpiece W, a servo amplifier 20 for driving a servo motor 12 of the apparatus main body 10, and a servo amplifier 20. And a control unit 30 for controlling.

装置本体10は、チャック11a、11bと、サーボモータ12と、減速機13と、トルクセンサ14と、角度センサ15とを有する。チャック11a及び11bは、ワークWを両端から把持する。減速機13は、サーボモータ12の駆動軸と一方のチャック11aの間に配置され、サーボモータ12の駆動軸のトルクを増大してワークWに与える。また、他方のチャック11bは、トルクセンサ14を介して図示しない装置本体のフレームに固定されている   The apparatus main body 10 includes chucks 11 a and 11 b, a servo motor 12, a speed reducer 13, a torque sensor 14, and an angle sensor 15. The chucks 11a and 11b grip the workpiece W from both ends. The speed reducer 13 is disposed between the drive shaft of the servo motor 12 and the one chuck 11a, and increases the torque of the drive shaft of the servo motor 12 to be applied to the workpiece W. The other chuck 11b is fixed to a frame of the apparatus main body (not shown) via a torque sensor 14.

以上説明した構成において、サーボモータ12を駆動すると、チャック11a、11bに把持されたワークWにねじり荷重が加わり、その大きさはトルクセンサ14によって計測される。また、角度センサ15が減速機13の出力軸に設けられ、チャック11a付近におけるワークWのねじれ角度を検出する。   In the configuration described above, when the servo motor 12 is driven, a torsional load is applied to the workpiece W gripped by the chucks 11 a and 11 b, and the magnitude thereof is measured by the torque sensor 14. An angle sensor 15 is provided on the output shaft of the speed reducer 13 to detect the twist angle of the workpiece W in the vicinity of the chuck 11a.

サーボモータ12は、サーボアンプ20によって制御される。すなわち、サーボアンプ20は、制御部30から送信される設定角度(目標とするサーボモータの回転軸の角度)に基づいてサーボモータ12を駆動するための駆動電力を生成し、これをサーボモータ12に送ってこれを駆動させる。サーボモータ12には、サーボモータ12の回転軸の回転数や角度等を検出するためのロータリーエンコーダ12aが設けられている。ロータリーエンコーダ12aの信号出力はサーボアンプ20に接続されており、サーボアンプ20はロータリーエンコーダ12aの計測結果に基づいて駆動電力のフィードバック制御を行う。   The servo motor 12 is controlled by a servo amplifier 20. That is, the servo amplifier 20 generates drive power for driving the servo motor 12 based on a set angle (target angle of the rotation axis of the servo motor) transmitted from the control unit 30, and generates this drive power. To drive it. The servo motor 12 is provided with a rotary encoder 12a for detecting the number of rotations and the angle of the rotation shaft of the servo motor 12. The signal output of the rotary encoder 12a is connected to a servo amplifier 20, and the servo amplifier 20 performs feedback control of drive power based on the measurement result of the rotary encoder 12a.

次いで、制御部30の構成につき説明する。図2は、本実施形態の制御部30のブロック図である。図2に示されているように、本実施形態の制御部30は、コントローラ31、信号変換手段32、A/D変換手段33、トルクセンサ用アンプ34a、角度センサ用アンプ34b、操作手段35、波形発生回路36、フレキシブルディスクドライブ(FDD)37、メモリ38及びアナログポート39を有する。なお、図1及び図2においては、制御部30は一つのブロックとして記載されているが、実際は複数のユニットによって形成される。例えば、トルクセンサ用アンプ34a、角度センサ用アンプ34bはそれぞれが独立したユニットとして形成される。また、操作手段35は、コントローラ31を含むユニットのケース外面に設けられる制御パネルであるが、ケーブルを介してコントローラ31に接続される独立したユニット(例えばパーソナルコンピュータ)であってもよい。   Next, the configuration of the control unit 30 will be described. FIG. 2 is a block diagram of the control unit 30 of the present embodiment. As shown in FIG. 2, the control unit 30 of the present embodiment includes a controller 31, a signal conversion unit 32, an A / D conversion unit 33, a torque sensor amplifier 34a, an angle sensor amplifier 34b, an operation unit 35, A waveform generation circuit 36, a flexible disk drive (FDD) 37, a memory 38, and an analog port 39 are included. In FIG. 1 and FIG. 2, the control unit 30 is described as one block, but is actually formed by a plurality of units. For example, the torque sensor amplifier 34a and the angle sensor amplifier 34b are formed as independent units. The operation means 35 is a control panel provided on the outer surface of the case including the controller 31, but may be an independent unit (for example, a personal computer) connected to the controller 31 via a cable.

本実施形態の制御部30は、トルクセンサ14、角度センサ15(共に図1)によって検出されたワークWのトルクや角度を参照しながら、トルク又は角度の経時変動が所望の波形を示すように、サーボアンプ20(図1)に設定角度を送信するものである。   The control unit 30 of the present embodiment refers to the torque and angle of the workpiece W detected by the torque sensor 14 and the angle sensor 15 (both in FIG. 1) so that the torque or angle variation with time shows a desired waveform. The set angle is transmitted to the servo amplifier 20 (FIG. 1).

ワークWに与える作用(荷重や変形量)の波形は、操作手段35を用いて設定される。操作手段35は、例えばキーボードなどの入力手段と、この入力手段による入力結果を確認するための表示手段とを備えており、本実施形態のねじり試験装置1のオペレータは、操作手段35を操作して、繰り返しねじり試験を行う際のトルク、角度、又は角速度の範囲を設定することができる。例えば、正弦波状に往復ねじり運動を行う際の角度変動の振幅を設定することができる。操作手段35による設定結果は、コントローラ31に送信され、メモリ38に保存される。   The waveform of the action (load or deformation) applied to the workpiece W is set using the operation means 35. The operation unit 35 includes an input unit such as a keyboard and a display unit for confirming an input result by the input unit. The operator of the torsion test apparatus 1 according to the present embodiment operates the operation unit 35. Thus, it is possible to set a range of torque, angle, or angular velocity when performing the repeated torsion test. For example, it is possible to set the amplitude of the angle fluctuation when the reciprocating torsional motion is performed in a sine wave shape. The setting result by the operation means 35 is transmitted to the controller 31 and stored in the memory 38.

また、波形発生回路36は、所望の周期・タイミングで正弦波、三角波、矩形波などの信号波形を生成する回路である。より具体的には、f(t)を時刻tを引数とする関数としたときに、式s=f(t)で示される値sを順次コントローラ31に出力するものである。なお、上式において、例えば波形が正弦波であれば、周期をT、位相をaとして、f(t)=sin(2π(t−a)/T)である。ここで、周期T及び位相aは、操作手段35を操作することによって任意の値に設定可能である。   The waveform generation circuit 36 is a circuit that generates a signal waveform such as a sine wave, a triangular wave, or a rectangular wave at a desired cycle / timing. More specifically, when f (t) is a function having time t as an argument, a value s represented by the expression s = f (t) is sequentially output to the controller 31. In the above equation, for example, if the waveform is a sine wave, f (t) = sin (2π (ta) / T) where T is the period and a is the phase. Here, the period T and the phase a can be set to arbitrary values by operating the operation means 35.

コントローラ31は、波形発生回路36からコントローラ31に送信される値に、操作手段35によって設定された値を乗じて目標波形を演算し、この目標波形からサーボアンプ20に送るべき設定角度を演算する。そして、操作手段35にて設定された演算された設定角度は、信号変換手段32を介してサーボアンプ20に送信される。   The controller 31 calculates the target waveform by multiplying the value transmitted from the waveform generation circuit 36 to the controller 31 by the value set by the operation means 35, and calculates the set angle to be sent to the servo amplifier 20 from the target waveform. . The calculated set angle set by the operation means 35 is transmitted to the servo amplifier 20 via the signal conversion means 32.

以上のような構成により、ワークWのねじり角が、正弦波、三角波又は矩形波といった規定の波形に従って変動するように、サーボモータ12を駆動することが出来るようになっている。   With the configuration described above, the servo motor 12 can be driven so that the torsion angle of the workpiece W varies according to a prescribed waveform such as a sine wave, a triangular wave, or a rectangular wave.

また、本実施形態のねじり試験装置1は、ワークWの角加速度を正弦波波形に従って変動させると共に、この波形の周波数を徐々に増減させることによって、広い周波数域にて繰り返し荷重をワークに加えることができる、角加速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。   In addition, the torsional testing apparatus 1 according to the present embodiment varies the angular acceleration of the workpiece W according to a sine wave waveform and gradually increases or decreases the frequency of this waveform to apply a repeated load to the workpiece in a wide frequency range. A constant angular acceleration amplitude sweep test can be performed.

このようなスイープ試験においては、ワークWに加わる角加速度の上下限、すなわち振幅を一定にすることが望ましい。しかしながら、スイープ試験において振幅を一定に保つためには、特に高周波域において減速機13(図1)等の伝達系やワークW自身の弾性による応答遅れや、これらの摩擦や粘性による減衰の影響を考慮したうえで、サーボアンプ20に送る目標値(目標波形)を演算する必要がある。本実施形態においては、ワークWの実際の変位の計測値に基づいて、サーボアンプ20に与える設定角度をフィードバック制御し、所望の振幅でスイープ試験が行われるようにしている。以下、その具体的な手順を説明する。   In such a sweep test, it is desirable to make the upper and lower limits of the angular acceleration applied to the workpiece W, that is, the amplitude constant. However, in order to keep the amplitude constant in the sweep test, the response delay due to the elasticity of the transmission system such as the speed reducer 13 (FIG. 1) and the work W itself, and the effect of damping due to friction and viscosity, particularly in the high frequency range. In consideration of this, it is necessary to calculate a target value (target waveform) to be sent to the servo amplifier 20. In this embodiment, the set angle given to the servo amplifier 20 is feedback controlled based on the measured value of the actual displacement of the workpiece W so that the sweep test is performed with a desired amplitude. The specific procedure will be described below.

図3は、本実施形態において、試験装置1に取り付けられたワークWに対して、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う手順を示したフロー図である。以下の説明は、このフローに基づいてなされる。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for performing a constant acceleration amplitude frequency sweep test on the workpiece W attached to the test apparatus 1 in the present embodiment. The following description is made based on this flow.

まず、装置1のオペレータは、操作手段35を操作して、「周波数スイープを行う上限周波数Fmax及び下限周波数Fmin」「周波数スイープを等差間隔と等比間隔のいずれで行うか」「周波数スイープの間隔Δf」「ワークWの角加速度の振幅α」「スイープ回数K」といったパラメータを制御部30に入力する(ステップS1)。 First, the operator of the apparatus 1 operates the operation means 35 to “upper limit frequency F max and lower limit frequency F min for performing frequency sweep”, “whether frequency sweep is performed at equal intervals or equal ratio intervals”, “frequency Parameters such as “sweep interval Δf”, “amplitude α S of workpiece W angular acceleration”, and “number of sweeps K” are input to control unit 30 (step S1).

上記のパラメータの内、間隔Δfは、周波数スイープを等差間隔で行う場合は差、等比間隔で行う場合は比である。本実施形態においては、周波数スイープが行われる周波数をF(n=1,2,・・・N)とすると、Fmin、Δf、n及びFの間には数1の関係が成立する。 Among the above parameters, the interval Δf is a difference when the frequency sweep is performed at equal intervals, and is a ratio when the frequency sweep is performed at equal intervals. In the present embodiment, if the frequency at which the frequency sweep is performed is F n (n = 1, 2,... N), the relationship of Formula 1 is established among F min , Δf, n, and F n. .

Figure 2009085850
Figure 2009085850

また、周波数スイープを等差間隔、等比間隔のいずれで行う場合であっても、F、NとFmaxの間には数2の関係が成立する。 In addition, regardless of whether the frequency sweep is performed at equal intervals or equal ratio intervals, the relationship of Formula 2 is established between F n , N, and F max .

Figure 2009085850
Figure 2009085850

すなわち、Fの最小値はFminであり、Fの最大値FはFmaxを越えない最大の周波数である。 That is, the minimum value of F n are F min, the maximum value F N of F n is the maximum frequency does not exceed F max.

次いで、下記の数3に基づいて、角加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う際に、サーボモータ12の回転軸の角度の振幅Dを求める(ステップS2)。 Next, when the angular acceleration amplitude constant frequency sweep test is performed based on the following equation (3), the angle amplitude D n of the rotation axis of the servo motor 12 is obtained (step S2).

Figure 2009085850
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なお、上記の数3において、Rは減速機13の減速比である。   In the above equation 3, R is the reduction ratio of the speed reducer 13.

続いて、振幅D、周波数F=Fminの正弦波を設定角度(すなわちD×sin(2π×F×t)としてサーボモータ12を駆動する(ステップS3)。 Subsequently, the servo motor 12 is driven with a sine wave having an amplitude D 1 and a frequency F 1 = F min as a set angle (that is, D n × sin (2π × F n × t)) (step S3).

次いで、ワークWの角加速度を計測する(ステップS4)。本実施形態においては、ワークWのねじれ角度をより正確に計測するため、ワークWに加速度センサを取り付け、ワークWの回転軸回りの加速度を計測している。加速度センサの出力はアンプを介して制御部30のアナログポート39(図2)に接続されており、コントローラ31は加速度センサが計測した加速度aと、加速度計の取り付け位置とワークWの回転軸との距離lから、以下の数4に基づいてワークWの角加速度α(単位:rad/s)を得ることができる。コントローラ31は、角加速度αを少なくとも1周期、すなわち時間1/F計測し、角加速度の最大値(すなわち、角加速度の振幅)αMmaxを得る。 Next, the angular acceleration of the workpiece W is measured (step S4). In the present embodiment, in order to measure the twist angle of the workpiece W more accurately, an acceleration sensor is attached to the workpiece W, and the acceleration around the rotation axis of the workpiece W is measured. The output of the acceleration sensor is connected to an analog port 39 (FIG. 2) of the control unit 30 through an amplifier, and the controller 31 detects the acceleration a M measured by the acceleration sensor, the mounting position of the accelerometer, and the rotation axis of the workpiece W. From the distance l, the angular acceleration α M (unit: rad / s 2 ) of the workpiece W can be obtained based on the following formula 4. Controller 31, at least one period of the angular acceleration alpha M, that is, the time 1 / F n is measured to obtain the maximum value of the angular acceleration (i.e., the angular acceleration amplitude) the alpha Mmax.

Figure 2009085850
Figure 2009085850

次いで、ステップS1にて設定された角加速度αとステップS4で計測された角加速度αMmaxとを比較する(ステップS5)。すなわち両角加速度の比が、0.95≦α/αMmax≦1.05を満たすのであれば、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する必要はないと判断し(ステップS5:YES)、ステップS6に進む。一方、両角加速度の比が上記の規定を満たしていないのであれば、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する必要があると判断し(ステップS5:NO)、ステップS21に進む。なお、本実施形態においては、上記のように両角加速度の差が±5%以内であることを基準としているが、より正確な試験を行う際は上記基準を±1%(すなわち0.99≦α/αMmax≦1.01)より厳しくしてもよい。 Next, the angular acceleration α S set in step S1 is compared with the angular acceleration α Mmax measured in step S4 (step S5). That is, if the ratio of both angular accelerations satisfies 0.95 ≦ α S / α Mmax ≦ 1.05, it is determined that there is no need to change the set angle given to the servo amplifier 20 (step S5: YES). Proceed to S6. On the other hand, if the ratio of the two angular accelerations does not satisfy the above-mentioned rule, it is determined that the set angle given to the servo amplifier 20 needs to be changed (step S5: NO), and the process proceeds to step S21. In the present embodiment, the difference between the two angular accelerations is within ± 5% as described above. However, when performing a more accurate test, the above criterion is ± 1% (that is, 0.99 ≦ α S / α Mmax ≦ 1.01).

ステップS21においては、ステップS1にて設定された角加速度αとステップS4で計測された角加速度αMmaxのどちらが大きいのかの判定が行われる。すなわち、計測値αMmaxが設定値αよりも大きいのであれば(ステップS21:YES)、ステップS22に進む。 In step S21, it is determined which of the angular acceleration α S set in step S1 and the angular acceleration α Mmax measured in step S4 is greater. That is, if the measured value α Mmax is larger than the set value α S (step S21: YES), the process proceeds to step S22.

ステップS22では、サーボモータ12の回転軸の振幅Dを下記の数5に基づいて演算し、修正したDに基づいて、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する。次いで、ステップS4に戻り、角加速度の振幅αMmaxを再度演算する。 In step S22, it calculated based amplitude D n of the rotary shaft of the servo motor 12 to the number 5 below, on the basis of the modified D n, to change the setting angle to be given to the servo amplifier 20. Next, returning to step S4, the angular acceleration amplitude α Mmax is calculated again.

Figure 2009085850
Figure 2009085850

また、ステップS21において、計測値αMmaxが設定値αよりも小さいのであれば(ステップS21:NO)、ステップS23に進む。 In step S21, if the measured value α Mmax is smaller than the set value α S (step S21: NO), the process proceeds to step S23.

ステップS23では、以下の数6に基づいてサーボモータ12の回転軸の振幅Dを下記の数5に基づいて演算し、修正したDに基づいて、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する。次いで、ステップS4に戻り、角速度の振幅ωMmaxを再度演算する。 In step S23, based on the following equation 6 is calculated based on the amplitude D n of the rotary shaft of the servo motor 12 to the number 5 below, on the basis of the modified D n, to change the setting angle to be given to the servo amplifier 20 . Next, returning to step S4, the angular velocity amplitude ω Mmax is calculated again.

Figure 2009085850
Figure 2009085850

以上のように、ステップS1にて設定された角速度αとステップS4で計測された角速度αMmaxとの比が所定の基準を越えていた場合は、ステップS21〜S23の処理により、サーボモータ12の回転軸の振幅が調整されるようになっている。 As described above, when the ratio between the angular velocity α S set in step S1 and the angular velocity α Mmax measured in step S4 exceeds a predetermined reference, the servo motor 12 is processed by the processing in steps S21 to S23. The amplitude of the rotation axis is adjusted.

ステップS6では、計測値αMmaxと設定値αが基準以内に納まった状態で、所定周期繰り返し荷重がワークに加えられるまで待機する。次いで、ステップS7に進む。 In step S6, in a state in which the measured value α Mmax and the set value α S are within the reference, the process waits until a predetermined cyclic load is applied to the workpiece. Next, the process proceeds to step S7.

本実施形態においては、周波数を最小値Fから最大値Fまで増加させ(往路)、周波数が最大値Fに達した後は、周波数をFまで減少させ(復路)る。そしてこれを1サイクルとし、Kサイクルの試験を実行する。ステップS7では、現在実行しているのが往路であるか復路であるかを判断し、往路であるならば(ステップS7:YES)、ステップS8に進む。復路であるならば(ステップS7:NO)、ステップS9に進む。 In the present embodiment, the frequency is increased from the minimum value F 1 to the maximum value F N (forward path), and after the frequency reaches the maximum value F N , the frequency is decreased to F 1 (return path). This is defined as one cycle, and a K cycle test is executed. In step S7, it is determined whether the current execution is the outbound path or the inbound path. If it is the outbound path (step S7: YES), the process proceeds to step S8. If it is a return path (step S7: NO), it will progress to step S9.

ステップS8では現在試験を行っている周波数が最大値Fに達したかどうかの判定を行う。最大値Fに達したのであれば(ステップS8:YES)、往路が完了したと判定し、ステップS32に進む。一方、周波数が最大値Fに達していないのであれば(ステップS8:NO)、ステップS31に進む。 Step S8 the frequency being currently tested is determined whether reaches the maximum value F N. If the maximum value F N has been reached (step S8: YES), it is determined that the forward path has been completed, and the process proceeds to step S32. On the other hand, if the frequency has not reached the maximum value F N (step S8: NO), the process proceeds to step S31.

ステップS31では、周波数を増加する。すなわち現在の周波数がFであるならば、周波数をFn+1にする。次いで、ステップS4に戻り、この周波数で角加速度の振幅αMmaxを計測する。 In step S31, the frequency is increased. That the current frequency if a F n, the frequency F n + 1. Next, returning to step S4, the amplitude α Mmax of the angular acceleration is measured at this frequency.

ステップS9では、現在試験を行っている周波数が最小値Fに達したかどうかの判定を行う。最小値Fに達したのであれば(ステップS9:YES)、復路が完了したと判定し、ステップS10に進む。一方、周波数が最小値Fに達していないのであれば(ステップS9:NO)、ステップS32に進む。 In step S9, it is determined whether the frequency being currently tested reaches the minimum value F 1. If it has reached the minimum value F 1 (step S9: YES), determines that return is completed, the process proceeds to step S10. On the other hand, if the frequency has not reached the minimum value F 1 (step S9: NO), the process proceeds to step S32.

ステップS32では、周波数を減少する。すなわち現在の周波数がFであるならば、周波数をFn−1にする。次いで、ステップS4に戻り、この周波数で角加速度の振幅αMmaxを計測する。 In step S32, the frequency is decreased. That the current frequency if a F n, the frequency F n-1. Next, returning to step S4, the amplitude α Mmax of the angular acceleration is measured at this frequency.

ステップS10では、現在何サイクル目の試験が完了したかのチェックを行う。すなわち、ステップS1で設定したKサイクルの試験が完了したと判断された場合は(ステップS10:YES)、ステップS11にてサーボモータ12の停止を行い、本フローを終了する。一方、ステップS10にて完了したサイクル数がK未満であるならば(ステップS10:NO)、ステップS4に戻り、次のサイクルの試験を行う。   In step S10, it is checked how many cycles of the test have been completed. That is, when it is determined that the test of the K cycle set in step S1 is completed (step S10: YES), the servo motor 12 is stopped in step S11, and this flow is finished. On the other hand, if the number of cycles completed in step S10 is less than K (step S10: NO), the process returns to step S4 and the next cycle is tested.

以上のように、本実施形態によれば、設定した角加速度振幅αと計測される角加速度振幅αMmaxが略一致するように、角加速度振幅一定周波数スイープ試験を行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the angular acceleration amplitude constant frequency sweep test can be performed so that the set angular acceleration amplitude α S and the measured angular acceleration amplitude α Mmax substantially coincide with each other.

以上説明した本発明の第1の実施の形態は、ねじり試験装置に関するものである。しかしながら、本発明は上記構成に限定されるものではない。すなわち、本発明はサーボモータを使用する他のタイプの疲労試験装置においても適用可能である。以下に説明する本発明の第2の実施の形態の疲労試験装置は、サーボモータによって駆動される送りねじ機構によって、ワークに引張、圧縮、又は曲げ荷重を加える事が可能な、所謂万能試験装置である。   The first embodiment of the present invention described above relates to a torsion test apparatus. However, the present invention is not limited to the above configuration. That is, the present invention can be applied to other types of fatigue test apparatuses using a servo motor. The fatigue test apparatus according to the second embodiment of the present invention described below is a so-called universal test apparatus capable of applying a tensile, compression, or bending load to a workpiece by a feed screw mechanism driven by a servo motor. It is.

図4は、本実施形態の疲労試験装置101のブロック図を示したものである。本実施形態の疲労試験装置は、試験片(ワーク)に引張、圧縮、又は曲げ荷重を反復的に加えることができるようになっている。   FIG. 4 shows a block diagram of the fatigue test apparatus 101 of the present embodiment. The fatigue test apparatus according to the present embodiment can repeatedly apply a tensile, compression, or bending load to a test piece (workpiece).

図4に示されるように、本実施形態の試験装置101は、ワークWに荷重を加える装置本体110と、装置本体110のサーボモータ112を駆動するためのサーボアンプ120と、サーボアンプ120を制御する制御部130とを有する。装置本体110は、フレーム111と、サーボモータ112と、直動変換器113と、ロードセル114と、変位センサ115と、アダプタ118a及び118bとを有する。   As shown in FIG. 4, the test apparatus 101 of the present embodiment controls the apparatus main body 110 that applies a load to the workpiece W, the servo amplifier 120 for driving the servo motor 112 of the apparatus main body 110, and the servo amplifier 120. And a control unit 130. The apparatus main body 110 includes a frame 111, a servo motor 112, a linear motion converter 113, a load cell 114, a displacement sensor 115, and adapters 118a and 118b.

直動変換器113は、サーボモータ112の回転軸の回転運動を直進方向の運動に変換するためのものであり、送りねじ113aと、ナット113bと、一対のガイドレール113cと、ガイドレール113cの夫々に対応したランナーブロック113dとを有する。ナット113bは、送りねじ113aと係合している。また、ランナーブロック113dは、ナット113bに固定されている。ランナーブロック113dは、対応するガイドレール113cに沿って移動可能であると共に、この方向以外には移動できないようになっている。このため、ランナーブロック113d及びナット113bの運動は、ガイドレール113cが伸びる方向に沿った一自由度に限定される。さらに、送りねじ113aの軸方向は、ガイドレール113cが伸びる方向と平行(すなわち上下方向)であるため、サーボモータ112によって送りねじ113aを回動させると、ナット113bはガイドレール113cに沿って移動する。図4に示されるように、サーボモータ112は、フレーム111のテーブル部111aの下に固定されており、また、ガイドレール113cはテーブル部111aの上に固定されている。このため、ナット113bはテーブル部111aに対して上下動することになる。なお、ナットの上には、ワークWを下から保持するための下部アダプタ118aが取り付けられる。   The linear motion converter 113 is for converting the rotational motion of the rotation shaft of the servo motor 112 into motion in the straight direction, and includes a feed screw 113a, a nut 113b, a pair of guide rails 113c, and a guide rail 113c. Runner blocks 113d corresponding to the respective ones. The nut 113b is engaged with the feed screw 113a. The runner block 113d is fixed to the nut 113b. The runner block 113d can move along the corresponding guide rail 113c and cannot move in any direction other than this direction. For this reason, the motion of the runner block 113d and the nut 113b is limited to one degree of freedom along the direction in which the guide rail 113c extends. Furthermore, since the axial direction of the feed screw 113a is parallel to the direction in which the guide rail 113c extends (that is, the vertical direction), when the feed screw 113a is rotated by the servo motor 112, the nut 113b moves along the guide rail 113c. To do. As shown in FIG. 4, the servo motor 112 is fixed below the table portion 111a of the frame 111, and the guide rail 113c is fixed on the table portion 111a. For this reason, the nut 113b moves up and down with respect to the table portion 111a. A lower adapter 118a for holding the workpiece W from below is attached on the nut.

フレーム111の天井111bの下面から、上部ステージ116が吊り下げられている。また、テーブル部111aの上面には、図中上方向に伸びるガイドバー117cが設けられている。上部ステージ116の左右方向端部には、上下方向に穿孔された貫通孔116aが形成されており、この貫通孔116aにガイドバー117cが通されている。このため、上部ステージ116はガイドバー117cに沿って上下方向に移動可能となっている。また、上部ステージ116に設けられた図示しないボルトを締めることによって、貫通孔116aの内径を絞る事が出来るようになっており、これによって、ガイドバー117cに対して上部ステージ116を固定できるようになっている。   The upper stage 116 is suspended from the lower surface of the ceiling 111b of the frame 111. In addition, a guide bar 117c extending upward in the drawing is provided on the upper surface of the table portion 111a. A through hole 116a drilled in the vertical direction is formed at the left and right end portions of the upper stage 116, and a guide bar 117c is passed through the through hole 116a. Therefore, the upper stage 116 can move in the vertical direction along the guide bar 117c. Further, by tightening a bolt (not shown) provided on the upper stage 116, the inner diameter of the through-hole 116a can be reduced, so that the upper stage 116 can be fixed to the guide bar 117c. It has become.

上部ステージ116の下面には、ワークWを上から保持するための上部アダプタ118bが取り付けられる。本実施形態においては、上部アダプタ118bと下部アダプタ118aとの間でワークWを保持した状態でナット113bを上下動させる事によって、ワークWに荷重を加える事が出来るようになっている。なお、上部及び下部アダプタ118a、118bはそれぞれ上部ステージ116、ナット113bに対して着脱可能に構成されており、ワークWに加えるべき荷重の種類に応じて適切なアダプタを選択可能となっている。図4は、ワークWに圧縮荷重を加える構成であるため、上部アダプタ118bの下面及び下部アダプタの上面は平面状に形成されている。ワークWに引張荷重を加える際は、ワークWを把持するチャックが設けられたアダプタ118a、118bが使用される。三点曲げ試験をおこなう際は、圧縮試験用のアダプタと三点曲げ用の治具とを組み合わせて使用する。   An upper adapter 118b for holding the workpiece W from above is attached to the lower surface of the upper stage 116. In the present embodiment, a load can be applied to the workpiece W by moving the nut 113b up and down while holding the workpiece W between the upper adapter 118b and the lower adapter 118a. The upper and lower adapters 118a and 118b are configured to be detachable from the upper stage 116 and the nut 113b, respectively, and an appropriate adapter can be selected according to the type of load to be applied to the workpiece W. Since FIG. 4 is a structure which applies a compressive load to the workpiece | work W, the lower surface of the upper adapter 118b and the upper surface of a lower adapter are formed in planar shape. When applying a tensile load to the workpiece W, adapters 118a and 118b provided with chucks for gripping the workpiece W are used. When performing a three-point bending test, a compression test adapter and a three-point bending jig are used in combination.

また、上部ステージ116は、フレーム111の天井111bから送りねじ117aによって吊り下げられている。天井111bには、送りねじ117aと係合する回転可能なナット(図示せず)が埋めこまれている。ナットは天井111bに配置されたモータ117bによって回転駆動されるようになっている。また、送りねじ117aと上部ステージ116とを連結するリンクによって、上部ステージ116に対して送りねじ117aはその軸回りに回転しないようになっている。 従って、上部ステージ116のボルトを緩めて上部ステージ116を移動可能とした状態で、モータ117bによってこのナットを回動させることで、送りねじ117a及びこの送りねじ117aと連結している上部ステージ116を上下方向に駆動することができる。この機能は、ワークWの寸法に合わせてアダプタ118a、118bの間隔を調整する際に使用される。すなわち、試験を行う際はボルトを締めて上部ステージ116をガイドバー117cに固定する。   The upper stage 116 is suspended from a ceiling 111b of the frame 111 by a feed screw 117a. The ceiling 111b is embedded with a rotatable nut (not shown) that engages with the feed screw 117a. The nut is rotationally driven by a motor 117b disposed on the ceiling 111b. Further, the link connecting the feed screw 117a and the upper stage 116 prevents the feed screw 117a from rotating about its axis with respect to the upper stage 116. Therefore, in a state where the bolts of the upper stage 116 are loosened and the upper stage 116 is movable, the nut is rotated by the motor 117b, whereby the feed screw 117a and the upper stage 116 connected to the feed screw 117a are moved. It can be driven in the vertical direction. This function is used when adjusting the distance between the adapters 118a and 118b in accordance with the dimensions of the workpiece W. That is, when performing the test, the bolts are tightened to fix the upper stage 116 to the guide bar 117c.

以上説明した構成において、アダプタ118a、118bでワークWを保持してサーボモータ112を駆動すると、ワークWに引張、圧縮又は曲げ荷重が加わり、その大きさはロードセル114によって計測される。また、変位センサ115は、下部のアダプタの変位、すなわちワークWの変形量を検出するセンサ(例えば、ロータリーエンコーダが組み込まれたダイヤルゲージ)である。   In the configuration described above, when the workpiece W is held by the adapters 118a and 118b and the servo motor 112 is driven, a tensile, compression, or bending load is applied to the workpiece W, and the magnitude thereof is measured by the load cell 114. The displacement sensor 115 is a sensor (for example, a dial gauge incorporating a rotary encoder) that detects the displacement of the lower adapter, that is, the deformation amount of the workpiece W.

第1の実施形態と同様、サーボモータ112は、サーボアンプ120によって制御される。すなわち、サーボアンプ120は、制御部130から送信される目標値(目標とするサーボモータの回転軸の角度)に基づいてサーボモータ112を駆動するための駆動電力を生成し、これをサーボモータ112に送ってこれを駆動させる。サーボモータ112には、サーボモータ112の回転軸の回転数や角度等を検出するためのロータリーエンコーダ112aが設けられている。ロータリーエンコーダ112aの信号出力はサーボアンプ120に接続されており、サーボアンプ210はロータリーエンコーダ112aの計測結果に基づいてフィードバック制御を行う。   As in the first embodiment, the servo motor 112 is controlled by the servo amplifier 120. In other words, the servo amplifier 120 generates drive power for driving the servo motor 112 based on the target value (target rotation axis angle of the servo motor) transmitted from the control unit 130, and this is used as the servo motor 112. To drive it. The servo motor 112 is provided with a rotary encoder 112a for detecting the rotation speed, angle, and the like of the rotation shaft of the servo motor 112. The signal output of the rotary encoder 112a is connected to the servo amplifier 120, and the servo amplifier 210 performs feedback control based on the measurement result of the rotary encoder 112a.

次いで、制御部130の構成につき説明する。図5は、本実施形態の制御部130のブロック図である。図示されているように、本実施形態の制御部130は、トルクセンサの代わりにロードセルが、角度センサの代わりに変位センサがそれぞれ接続できるようになっているほかは、図2に示される本発明の第1の実施の形態と同一である。従って、制御部130において本発明の第1の実施の形態と同一又は類似の構成要素には同一の符号を配し、また制御部130に関する詳細な説明は省略する。   Next, the configuration of the control unit 130 will be described. FIG. 5 is a block diagram of the control unit 130 of the present embodiment. As shown in the drawing, the control unit 130 of the present embodiment is configured so that the load cell can be connected instead of the torque sensor, and the displacement sensor can be connected instead of the angle sensor. This is the same as the first embodiment. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same or similar components in the control unit 130 as in the first embodiment of the present invention, and a detailed description of the control unit 130 is omitted.

本実施形態の制御部130は、ロードセル114、変位センサ115(共に図4に記載)によって検出されたワークWの荷重や変形量を参照しながら、荷重又は変形量の経時変動が所望の波形を示すように、サーボアンプ120(図1)に設定角度を送信するものである。   The control unit 130 according to the present embodiment refers to the load or deformation amount of the workpiece W detected by the load cell 114 and the displacement sensor 115 (both shown in FIG. 4), and the variation with time of the load or deformation amount has a desired waveform. As shown, the set angle is transmitted to the servo amplifier 120 (FIG. 1).

ワークWに与える作用波形は、操作手段35を用いて設定される。本実施形態の試験装置101のオペレータは、操作手段35を操作して、繰り返し試験を行う際の荷重、変形量等の幅を設定することができる。例えば、ワークWに正弦波状の復繰り返し圧縮変位を加える際の変位の振幅を設定することができる。   The action waveform applied to the workpiece W is set using the operation means 35. The operator of the test apparatus 101 according to the present embodiment can set the width of the load, the amount of deformation, and the like when performing the repeated test by operating the operation unit 35. For example, it is possible to set the amplitude of displacement when applying a sinusoidal repetitive compression displacement to the workpiece W.

コントローラ31は、波形発生回路36からコントローラ31に送信される値に、操作手段35によって設定された値を乗じて目標値を演算し、この目標値とロードセル114が検出した荷重、又は変位センサ115が検出した変形量(又はそれらの時間微分値である変形速度)とを比較して、サーボアンプ120に送るべき設定角度を演算する。演算された設定角度は、信号変換手段32を介してサーボアンプ120に送信される。   The controller 31 calculates a target value by multiplying the value transmitted from the waveform generation circuit 36 to the controller 31 by the value set by the operation means 35, and the load detected by the load cell 114 or the displacement sensor 115. Is compared with the deformation amount (or the deformation speed that is the time differential value thereof) detected by, and the set angle to be sent to the servo amplifier 120 is calculated. The calculated set angle is transmitted to the servo amplifier 120 via the signal conversion means 32.

以上のような構成により、ワークWに加わる荷重やワークWの変形量が、正弦波、三角波又は矩形波といった規定の波形に従って変動するように、サーボモータ112を駆動することが出来るようになっている。   With the configuration described above, the servo motor 112 can be driven so that the load applied to the workpiece W and the deformation amount of the workpiece W vary according to a prescribed waveform such as a sine wave, a triangular wave, or a rectangular wave. Yes.

また、第1の実施形態と同様、本実施形態の試験装置101は、ワークWの加速度を正弦波波形に従って変動させると共に、この波形の周波数を徐々に増減させることによって、広い周波数域にて繰り返し荷重をワークに加えることができる、加速度振幅一定スイープ試験を行うことができる。   Similarly to the first embodiment, the test apparatus 101 according to the present embodiment varies the acceleration of the workpiece W according to a sine wave waveform and gradually increases or decreases the frequency of the waveform, thereby repeatedly in a wide frequency range. A constant acceleration amplitude sweep test can be performed in which a load can be applied to the workpiece.

このようなスイープ試験においては、ワークWに加わる加速度の上下限、すなわち振幅を一定にすることが望ましい。しかしながら、スイープ試験において振幅を一定に保つためには、特に高周波域において送りねじ機構113(図4)等の伝達系やワークW自身の弾性による応答遅れや、これらの摩擦や粘性による減衰の影響を考慮したうえで、サーボアンプ120に送る目標値(目標波形)を演算する必要がある。本実施形態においては、ワークWの実際の変位の計測値に基づいて、サーボアンプ120に与える設定角度をフィードバック制御し、所望の振幅でスイープ試験が行われるようにしている。以下、その具体的な手順を説明する。   In such a sweep test, it is desirable to make the upper and lower limits of acceleration applied to the workpiece W, that is, the amplitude constant. However, in order to keep the amplitude constant in the sweep test, the response delay due to the elasticity of the transmission system such as the feed screw mechanism 113 (FIG. 4) and the work W itself, and the attenuation due to the friction and viscosity, particularly in the high frequency range. In consideration of the above, it is necessary to calculate a target value (target waveform) to be sent to the servo amplifier 120. In this embodiment, the set angle given to the servo amplifier 120 is feedback controlled based on the measured value of the actual displacement of the workpiece W so that the sweep test is performed with a desired amplitude. The specific procedure will be described below.

本実施形態においても、図3に示したフロー図に従って加速度振幅一定周波数スイープ試験が行われる。従って、以下の説明は図3に基づいてなされる。   Also in this embodiment, the acceleration amplitude constant frequency sweep test is performed according to the flowchart shown in FIG. Therefore, the following description is made based on FIG.

まず、装置101のオペレータは、操作手段35を操作して、「周波数スイープを行う上限周波数Fmax及び下限周波数Fmin」「周波数スイープを等差間隔と等比間隔のいずれで行うか」「周波数スイープの間隔Δf」「ワークWの加速度の振幅A」「スイープ回数K」といったパラメータを制御部30に入力する(ステップS1)。 First, the operator of the apparatus 101 operates the operation means 35 to “upper limit frequency F max and lower limit frequency F min for performing frequency sweep”, “whether frequency sweep is performed at equal intervals or equal ratio intervals”, “frequency Parameters such as “sweep interval Δf”, “amplitude A S of acceleration of workpiece W”, and “number of sweeps K” are input to control unit 30 (step S1).

上記のパラメータの内、間隔Δfは、周波数スイープを等差間隔で行う場合は差、等比間隔で行う場合は比である。本実施形態においては、周波数スイープが行われる周波数をF(n=1,2,・・・N)とすると、Fmin、Δf、n及びFの間には前述の数1の関係が成立する。また、周波数スイープを等差間隔、等比間隔のいずれで行う場合であっても、F、NとFmaxの間には前述の数2の関係が成立する。 Among the above parameters, the interval Δf is a difference when the frequency sweep is performed at equal intervals, and is a ratio when the frequency sweep is performed at equal intervals. In the present embodiment, if the frequency at which the frequency sweep is performed is F n (n = 1, 2,... N), the relationship of the above-described formula 1 is present among F min , Δf, n, and F n. To establish. Further, whether the frequency sweep is performed at an equal difference interval or an equal ratio interval, the relationship of Formula 2 described above is established between F n , N and F max .

すなわち、Fの最小値はFminであり、Fの最大値FはFmaxを越えない最大の周波数である。 That is, the minimum value of F n are F min, the maximum value F N of F n is the maximum frequency does not exceed F max.

次いで、下記の数7に基づいて、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行う際に、サーボモータ12の回転軸の角度の振幅Dを求める(ステップS2)。 Next, when the constant acceleration amplitude frequency sweep test is performed based on the following Equation 7, the amplitude D n of the rotation axis angle of the servo motor 12 is obtained (step S2).

Figure 2009085850
Figure 2009085850

なお、上記の数7において、Lは送りねじ113のリード(単位mm/回転)である。   In the above equation 7, L is the lead (unit: mm / rotation) of the feed screw 113.

続いて、振幅D、周波数F=Fminの正弦波を設定角度(すなわちD×sin(2π×F×t)としてサーボモータ12を駆動する(ステップS3)。 Subsequently, the servo motor 12 is driven with a sine wave having an amplitude D 1 and a frequency F 1 = F min as a set angle (that is, D n × sin (2π × F n × t)) (step S3).

次いで、ワークWの速度を計測する(ステップS4)。本実施形態においては、ワークWの加速度をより正確に計測するため、ワークWに加速度センサを取り付け、ワークW表面の特定位置における加速度を計測している。加速度センサの出力はアンプを介して制御部30のアナログポート39(図2)に接続されており、コントローラ31は加速度センサが計測したワークWの加速度A(単位:mm/s)を得ることができる。コントローラ31は、加速度Aを少なくとも1周期、すなわち時間1/F計測し、加速度の最大値(すなわち、加速度の振幅)AMmaxを得る。 Next, the speed of the workpiece W is measured (step S4). In the present embodiment, in order to more accurately measure the acceleration of the workpiece W, an acceleration sensor is attached to the workpiece W, and the acceleration at a specific position on the surface of the workpiece W is measured. The output of the acceleration sensor is connected to an analog port 39 (FIG. 2) of the control unit 30 via an amplifier, and the controller 31 obtains the acceleration A M (unit: mm / s 2 ) of the workpiece W measured by the acceleration sensor. be able to. The controller 31 measures the acceleration A M for at least one period, that is, time 1 / F n , and obtains the maximum value of acceleration (that is, acceleration amplitude) A Mmax .

次いで、ステップS1にて設定された速度AとステップS4で計測された速度AMmaxとを比較する(ステップS5)。すなわち両加速度の比が、0.95≦A/AMmax≦1.05を満たすのであれば、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する必要はないと判断し(ステップS5:YES)、ステップS6に進む。一方、両加速度の比が上記の規定を満たしていないのであれば、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する必要があると判断し(ステップS5:NO)、ステップS21に進む。なお、本実施形態においては、上記のように両加速度の差が±5%以内であることを基準としているが、より正確な試験を行う際は上記基準を±1%(すなわち0.99≦A/AMmax≦1.01)より厳しくしてもよい。 Next, the speed A S set in step S1 is compared with the speed A Mmax measured in step S4 (step S5). That is, if the ratio between the two accelerations satisfies 0.95 ≦ A S / A Mmax ≦ 1.05, it is determined that there is no need to change the set angle given to the servo amplifier 20 (step S5: YES), and step Proceed to S6. On the other hand, if the ratio between the two accelerations does not satisfy the above-mentioned rule, it is determined that the set angle given to the servo amplifier 20 needs to be changed (step S5: NO), and the process proceeds to step S21. In the present embodiment, the standard is that the difference between the two accelerations is within ± 5% as described above. However, when performing a more accurate test, the standard is ± 1% (that is, 0.99 ≦ A S / A Mmax ≦ 1.01) may be stricter.

ステップS21においては、ステップS1にて設定された加速度AとステップS4で計測された加速度AMmaxのどちらが大きいのかの判定が行われる。すなわち、計測値AMmaxが設定値Aよりも大きいのであれば(ステップS21:YES)、ステップS22に進む。 In step S21, a determination either the greater of the acceleration A Mmax which is measured by the acceleration A S and S4 set by the step S1 is performed. That is, if larger of the than the measured value A Mmax set value A S (step S21: YES), the process proceeds to step S22.

ステップS22では、サーボモータ12の回転軸の振幅Dを下記の数8に基づいて演算し、修正したDに基づいて、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する。次いで、ステップS4に戻り、加速度の振幅AMmaxを再度演算する。 In step S22, calculated based amplitude D n of the rotary shaft of the servo motor 12 to the number 8 below, based on the modified D n, to change the setting angle to be given to the servo amplifier 20. Next, returning to step S4, the acceleration amplitude AMmax is calculated again.

Figure 2009085850
Figure 2009085850

また、ステップS21において、計測値AMmaxが設定値Aよりも小さいのであれば(ステップS21:NO)、ステップS23に進む。 Further, in step S21, if less of the than the measured value A Mmax set value A S (step S21: NO), the process proceeds to step S23.

ステップS23では、以下の数9に基づいてサーボモータ12の回転軸の振幅Dを下記の数9に基づいて演算し、修正したDに基づいて、サーボアンプ20に与える設定角度を変更する。次いで、ステップS4に戻り、加速度の振幅AMmaxを再度計測する。 In step S23, based on the following equation 9 is calculated based on the amplitude D n of the rotary shaft of the servo motor 12 to the number 9, below, on the basis of the modified D n, to change the setting angle to be given to the servo amplifier 20 . Next, the process returns to step S4, and the acceleration amplitude AMmax is measured again.

Figure 2009085850
Figure 2009085850

以上のように、ステップS1にて設定された加速度AとステップS4で計測された加速度AMmaxとの比が所定の基準を越えていた場合は、ステップS21〜S23の処理により、サーボモータ12の回転軸の振幅が調整されるようになっている。 As described above, if the ratio between the acceleration A Mmax which is measured by the acceleration A S and S4 set in step S1 is exceeds the predetermined reference, the process of step S21 to S23, the servo motor 12 The amplitude of the rotation axis is adjusted.

ステップS6では、計測値AMmaxと設定値Aが基準以内に納まった状態で、所定周期繰り返し荷重がワークに加えられるまで待機する。次いで、ステップS7に進む。 In step S6, in a state where the measured value A Mmax and the set value A S are within the reference, the process waits until a load is repeatedly applied to the workpiece for a predetermined period. Next, the process proceeds to step S7.

本実施形態においては、周波数を最小値Fから最大値Fまで増加させ(往路)、周波数が最大値Fに達した後は、周波数をFまで減少させ(復路)る。そしてこれを1サイクルとし、Kサイクルの試験を実行する。ステップS7では、現在実行しているのが往路であるか復路であるかを判断し、往路であるならば(ステップS7:YES)、ステップS8に進む。復路であるならば(ステップS7:NO)、ステップS9に進む。 In the present embodiment, the frequency is increased from the minimum value F 1 to the maximum value F N (forward path), and after the frequency reaches the maximum value F N , the frequency is decreased to F 1 (return path). This is defined as one cycle, and a K cycle test is executed. In step S7, it is determined whether the current execution is the outbound path or the inbound path. If it is the outbound path (step S7: YES), the process proceeds to step S8. If it is a return path (step S7: NO), it will progress to step S9.

ステップS8では現在試験を行っている周波数が最大値Fに達したかどうかの判定を行う。最大値Fに達したのであれば(ステップS8:YES)、往路が完了したと判定し、ステップS32に進む。一方、周波数が最大値Fに達していないのであれば(ステップS8:NO)、ステップS31に進む。 Step S8 the frequency being currently tested is determined whether reaches the maximum value F N. If the maximum value F N has been reached (step S8: YES), it is determined that the forward path has been completed, and the process proceeds to step S32. On the other hand, if the frequency has not reached the maximum value F N (step S8: NO), the process proceeds to step S31.

ステップS31では、周波数を増加する。すなわち現在の周波数がFであるならば、周波数をFn+1にする。次いで、ステップS4に戻り、この周波数で角速度の振幅ωMmaxを計測する。 In step S31, the frequency is increased. That the current frequency if a F n, the frequency F n + 1. Next, returning to step S4, the angular velocity amplitude ω Mmax is measured at this frequency.

ステップS9では、現在試験を行っている周波数が最小値Fに達したかどうかの判定を行う。最小値Fに達したのであれば(ステップS9:YES)、復路が完了したと判定し、ステップS10に進む。一方、周波数が最小値Fに達していないのであれば(ステップS9:NO)、ステップS32に進む。 In step S9, it is determined whether the frequency being currently tested reaches the minimum value F 1. If it has reached the minimum value F 1 (step S9: YES), determines that return is completed, the process proceeds to step S10. On the other hand, if the frequency has not reached the minimum value F 1 (step S9: NO), the process proceeds to step S32.

ステップS32では、周波数を減少する。すなわち現在の周波数がFであるならば、周波数をFn−1にする。次いで、ステップS4に戻り、この周波数で速度の振幅VMmaxを計測する。 In step S32, the frequency is decreased. That the current frequency if a F n, the frequency F n-1. Next, returning to step S4, the velocity amplitude VMmax is measured at this frequency.

ステップS10では、現在何サイクル目の試験が完了したかのチェックを行う。すなわち、ステップS1で設定したKサイクルの試験が完了したと判断された場合は(ステップS10:YES)、ステップS11にてサーボモータ12の停止を行い、本フローを終了する。一方、ステップS10にて完了したサイクル数がK未満であるならば(ステップS10:NO)、ステップS4に戻り、次のサイクルの試験を行う。   In step S10, it is checked how many cycles of the test have been completed. That is, when it is determined that the test of the K cycle set in step S1 is completed (step S10: YES), the servo motor 12 is stopped in step S11, and this flow is finished. On the other hand, if the number of cycles completed in step S10 is less than K (step S10: NO), the process returns to step S4 and the next cycle is tested.

以上のように、本実施形態によれば、設定した加速度振幅Aと計測される加速度振幅AMmaxが略一致するように、加速度振幅一定周波数スイープ試験を行うことができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible acceleration amplitude A Mmax which is measured with the acceleration amplitude A S which is set to be substantially coincident, performing acceleration constant amplitude frequency sweep test.

本発明の第1の実施の形態の疲労試験装置の概要を示したものである。1 shows an overview of a fatigue test apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態の疲労試験装置の制御部のブロック図である。It is a block diagram of the control part of the fatigue test apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1及び第2の実施形態における、加速度振幅一定周波数スイープ試験のフロー図である。It is a flowchart of the acceleration amplitude constant frequency sweep test in the 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の疲労試験装置の概要を示したものである。The outline | summary of the fatigue test apparatus of the 2nd Embodiment of this invention is shown. 本発明の第2の実施の形態の疲労試験装置の制御部のブロック図である。It is a block diagram of the control part of the fatigue test apparatus of the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 疲労試験装置
10 装置本体
12 サーボモータ
20 サーボアンプ
30 制御部
31 コントローラ
33 変換手段
35 操作手段
37 フレキシブルディスクドライブ
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fatigue test apparatus 10 Apparatus main body 12 Servo motor 20 Servo amplifier 30 Control part 31 Controller 33 Conversion means 35 Operation means 37 Flexible disk drive W Workpiece

Claims (6)

サーボモータによってワークに繰り返し荷重を加える疲労試験装置であって、
該ワークの変形加速度が所定の波形となり、且つ繰り返し荷重を加える周期を変化させながら該ワークに繰り返し荷重を加える試験手段と、
該ワークの変形加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、該ワークに繰り返し荷重を加える周期が変化するたびに、繰り返し荷重を加える周期に関わらず該ワークの変形加速度と所定加速度との比が所定の範囲内に収まるように前記サーボモータを制御する制御手段と、
を有する、疲労試験装置。
A fatigue testing device that repeatedly applies a load to a workpiece by a servo motor,
Test means for applying a repeated load to the workpiece while changing a cycle in which the deformation acceleration of the workpiece has a predetermined waveform and repeatedly applying the load;
Acceleration detecting means for detecting deformation acceleration of the workpiece;
Based on the detection result of the acceleration detecting means, the ratio between the deformation acceleration of the workpiece and the predetermined acceleration is within a predetermined range regardless of the cycle of applying the repeated load every time the cycle of repeatedly applying the load to the workpiece changes. Control means for controlling the servo motor so as to fit;
A fatigue test apparatus.
前記制御手段は、前記速度検出手段が所定期間中に計測した変形加速度の最大値と該所定加速度との比に基づいて前記サーボモータの回転軸の振幅を変化させるよう制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の疲労試験装置。   The control means controls the amplitude of the rotation axis of the servo motor to be changed based on a ratio between a maximum value of deformation acceleration measured by the speed detection means during a predetermined period and the predetermined acceleration. The fatigue test apparatus according to claim 1. 該所定の範囲内とは、0.95から1.05の間である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の疲労試験装置。   The fatigue test apparatus according to claim 1, wherein the predetermined range is between 0.95 and 1.05. 該所定の範囲内とは、0.99から1.01の間である、ことを特徴とする請求項3に記載の疲労試験装置。   The fatigue test apparatus according to claim 3, wherein the predetermined range is between 0.99 and 1.01. 前記疲労試験装置が該ワークにねじり荷重を加えるねじり試験装置であり、該ワークの変形加速度は該ワークの特定の位置における該ワークの回転軸回りの角加速度である、ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の疲労試験装置。   The fatigue test apparatus is a torsion test apparatus that applies a torsional load to the workpiece, and the deformation acceleration of the workpiece is an angular acceleration around the rotation axis of the workpiece at a specific position of the workpiece. The fatigue test apparatus according to any one of 1 to 4. 前記疲労試験装置が、送りねじ機構を介して該ワークに引張、圧縮又は曲げ荷重を加える万能試験装置であり、該ワークの変形加速度は、該ワークの特定の位置における加速度の該送りねじ機構の送り方向成分である、事を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の疲労試験装置。   The fatigue testing device is a universal testing device that applies a tensile, compression or bending load to the workpiece via a feed screw mechanism, and the deformation acceleration of the workpiece is the acceleration of the feed screw mechanism at a specific position of the workpiece. The fatigue test apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the fatigue test apparatus is a feed direction component.
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