JP2012189321A - Material testing machine - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material testing machine which is capable of stably generating a trigger signal of imaging end for a high-speed video camera.SOLUTION: A control unit 23 comprises a load measuring section 40 and a data processing section 45. The load measuring section 40 includes an amplifier 41, an A/D converter 42 and a comparative arithmetic part 43. Test power data from the load cell 14 are fetched into the load measuring section 40 and further amplified in the amplifier 41 inside the load measuring section 40. The amplified test power data are converted into a digital signal by the A/D converter 42 and transmitted to the data processing section 45 and the comparative arithmetic part 43. In the comparative arithmetic part 43, a value of 1/2 of a maximum value of the measured load is calculated by a one-bit shift processing part 51, and while defining that value as a reference value, arithmetic processing is executed for generating a trigger signal of imaging end to be transmitted to a high-speed video camera 15.

Description

この発明は、試験片に対して試験力を付与することにより材料試験を実行する材料試験機に関する。   The present invention relates to a material testing machine that executes a material test by applying a test force to a test piece.

このような材料試験機は、例えば、テーブル上に一対のねじ棹を互いに同期して回転自在に支持するとともに、それらのねじ棹にナットを介してクロスヘッドの両端部を支持した構成を有する。そして、モータの回転により一対のねじ棹を互いに同期して回転させることにより、クロスヘッドを一対のねじ棹に沿って移動させる。クロスヘッドとテーブルとには、それぞれつかみ具などの治具が連結されている。そして、これら一対のつかみ具などの治具により試験片の両端を把持した状態で、クロスヘッドを移動させることにより、試験片に対して試験力を加えるように構成されている。   Such a material testing machine has, for example, a configuration in which a pair of screw rods are rotatably supported on a table in synchronization with each other, and both end portions of the crosshead are supported on these screw rods via nuts. Then, the crosshead is moved along the pair of screw rods by rotating the pair of screw rods in synchronization with each other by the rotation of the motor. A jig such as a gripping tool is connected to the crosshead and the table. And it is comprised so that a test force may be applied with respect to a test piece by moving a crosshead in the state which hold | gripped both ends of the test piece with jigs, such as these pair of grips.

このような材料試験機においては、試験片に作用する試験力はロードセル等によって検出される。また、試験片の変位量の計測方法としては、歪みゲージを伸び計測のための計測器内部に貼設して、計測器を直接試験片に取り付ける事により、試験片の歪み量を計測する接触式伸び計による測定と、非接触式伸び計による測定とが知られている。なお、非接触式伸び計では、試験片の所定の上下位置に付された標線マーク等を光学ビデオカメラにより撮影して得たデータを画像処理することにより、標点間の距離を求め試験片の変位量を演算している(特許文献1参照)。   In such a material testing machine, the test force acting on the test piece is detected by a load cell or the like. In addition, as a method for measuring the displacement of the test piece, a strain gauge is attached inside the measuring instrument for measuring elongation, and the measuring instrument is directly attached to the test piece to measure the strain amount of the test piece. The measurement by a type extensometer and the measurement by a non-contact type extensometer are known. In the non-contact extensometer, the distance between the gauge points is obtained by performing image processing on the data obtained by photographing the mark marks and the like attached to the predetermined vertical position of the test piece with an optical video camera. The displacement amount of the piece is calculated (see Patent Document 1).

特開2005−3577号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-3577

通常の光学ビデオカメラにより試験片を撮影するときのフレームレートは、例えば、30FPS(Frame Per Second)程度である。このため、通常の光学ビデオカメラにより試験片破断時の破壊現象を捉えた画像を収集することはできない。従って、試験片破断時の破壊現象を捉えた画像を収集しようとする場合には、例えば、フレームレートが100万FPS程度の高速度撮影が可能な高速度ビデオカメラを、既存の材料試験機の構成に別途接続することになる。   The frame rate when a specimen is photographed with a normal optical video camera is, for example, about 30 FPS (Frame Per Second). For this reason, it is not possible to collect images that capture the destruction phenomenon at the time of the specimen breakage with a normal optical video camera. Therefore, when trying to collect an image that captures the destruction phenomenon at the time of specimen breakage, for example, a high-speed video camera capable of high-speed shooting with a frame rate of about 1 million FPS is used for an existing material testing machine. It will be connected separately to the configuration.

図4は、材料試験機の構成に、従来の手法により高速度ビデオカメラ15を追加した場合の主要な電気構成を説明するブロック図である。図4(a)は、高速度ビデオカメラ15を追加する前の構成、図4(b)は高速度ビデオカメラ15を追加した後の構成を示している。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a main electrical configuration when a high-speed video camera 15 is added to the configuration of the material testing machine by a conventional method. FIG. 4A shows a configuration before the high-speed video camera 15 is added, and FIG. 4B shows a configuration after the high-speed video camera 15 is added.

図4(a)に示すように、高速度ビデオカメラ15を追加する前においては、ロードセル14により検出された電気信号は、材料試験機全体を制御する制御部123内に配設された荷重計測部140の増幅部141に直接入力される。そして、入力信号はA/D変換器142によりデジタル信号に変換され、データ処理部145に送信される。このような構成に、高速度ビデオカメラ15を追加して接続する場合には、図4(b)に示すように、試験片への試験力の負荷のタイミングと高速度ビデオカメラによる試験片の撮影のタイミングとを同期させる信号を得るために、ロードセル14と制御部123との間に動ひずみアンプ18を介在させている。   As shown in FIG. 4A, before adding the high-speed video camera 15, the electric signal detected by the load cell 14 is a load measurement arranged in the control unit 123 that controls the entire material testing machine. The signal is directly input to the amplification unit 141 of the unit 140. The input signal is converted into a digital signal by the A / D converter 142 and transmitted to the data processing unit 145. When the high-speed video camera 15 is additionally connected to such a configuration, as shown in FIG. 4B, the timing of loading the test force on the test piece and the test piece by the high-speed video camera In order to obtain a signal that synchronizes the shooting timing, a dynamic strain amplifier 18 is interposed between the load cell 14 and the control unit 123.

この種の材料試験機のロードセル14は、歪みゲージ式ロードセルであり、ロードセル14から出力される試験力データは、おおよそμV〜mVオーダーの電気信号である。このため、動ひずみアンプ18は、ロードセル14からの電気信号を増幅し、その増幅した信号を荷重計測部140のA/D変換器142に出力する。一方で、動ひずみアンプ18は、ロードセル14からの電気信号に対して荷重計測部140に出力される信号よりもさらに大きな増幅を施した高倍率アナログ信号を生成し、この信号を高速度ビデオカメラ15に送信する。そして、高速度ビデオカメラ15に送信された高倍率アナログ信号からは、TTL(Transistor Transistor Logic)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のデジタル論理回路により、デジタル信号(HまたはL)が導出され、トリガー信号が発生することになる。   The load cell 14 of this type of material testing machine is a strain gauge type load cell, and the test force data output from the load cell 14 is an electric signal on the order of μV to mV. For this reason, the dynamic strain amplifier 18 amplifies the electric signal from the load cell 14 and outputs the amplified signal to the A / D converter 142 of the load measuring unit 140. On the other hand, the dynamic strain amplifier 18 generates a high-magnification analog signal obtained by further amplifying the electrical signal from the load cell 14 than the signal output to the load measuring unit 140, and this signal is output to the high-speed video camera. 15 to send. A digital signal (H or L) is derived from a high-magnification analog signal transmitted to the high-speed video camera 15 by a digital logic circuit such as TTL (Transistor Transistor Logic) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). A trigger signal will be generated.

なお、トリガー信号は、高速度ビデオカメラ15での撮影の終了、すなわち、撮影により得られた各フレームの画像データの保存の停止動作のきっかけとなる信号である。このため、高速度ビデオカメラ15は、撮影開始後、撮影終了のトリガー信号が入力されるまでの間、撮影を行うことになる。   The trigger signal is a signal that triggers the end of shooting with the high-speed video camera 15, that is, the operation to stop saving the image data of each frame obtained by shooting. For this reason, the high-speed video camera 15 performs shooting after the start of shooting until the trigger signal for the end of shooting is input.

ところで、この種の高速度ビデオカメラ15は通常、画像データを蓄積する保存用メモリを備えている。しかしながら、この保存用メモリの容量には限りがある。このため、試験実行中に保存用メモリの容量が足りなくなった場合には、保存時間の早い画像データが保存されている領域に、順次上書きして新たな画像データを保存している。そして、この上書き保存は、撮影終了のトリガー信号の入力があるまで続けられている。   By the way, this type of high-speed video camera 15 is usually provided with a storage memory for storing image data. However, the capacity of this storage memory is limited. For this reason, when the capacity of the storage memory becomes insufficient during the execution of the test, new image data is stored by sequentially overwriting the area in which image data having a short storage time is stored. This overwriting is continued until a trigger signal for ending photographing is input.

次に、試験力が800Nのときに試験片が破断すると仮定した場合の材料試験を例に、トリガー信号の発生について説明する。撮影終了のトリガー信号は、試験片が破断して負荷が開放されたことにより、ロードセル14が検出した試験力が一定の値以下になるタイミングで発生するように設定されている。   Next, generation of a trigger signal will be described by taking a material test as an example when it is assumed that the test piece is broken when the test force is 800 N. The trigger signal for the end of imaging is set to be generated when the test force detected by the load cell 14 falls below a certain value when the test piece is broken and the load is released.

動ひずみアンプ18を、1500Nを5Vとしてアナログ出力するように設定して使用したとする。TTLの場合では、おおよそ0.8V以下をLと判定し、2V以上をHと判定しているため、試験力が一旦600Nを超えた後に240N以下まで降下し、信号がLと判定された時点で撮影終了のトリガー信号が発生することになる。また、CMOSの場合には、おおよそ1.5V以下をLと判定し、2.5V以上をHと判定しているため、この場合には、試験力が一旦750Nを超えた後に450N以下に降下し、信号がLと判定された時点で試験終了のトリガー信号が発生する。しかしながら、試験にはバラツキがあり、試験力が800Nのときに試験片が破断すると仮定して動ひずみアンプ18の出力を設定しても、すべての試験片が、試験力が800Nのときに破断するとは限らない。例えば、CMOSの場合で試験力が750Nを超える前に試験片が破断した場合には、論理回路にはHと判定される電圧が一度も与えられないことになる。そうすると、試験片の破断に伴って試験力が降下し、Lと判定されるはずの電圧が論理回路に与えられたとしてもHとLの判定ができない状態が生じ、試験終了のトリガー信号も発生しない。すなわち、試験のバラツキに対応しきれない結果となる。   It is assumed that the dynamic strain amplifier 18 is set and used for analog output with 1500N as 5V. In the case of TTL, approximately 0.8V or less is determined to be L, and 2V or more is determined to be H. Therefore, when the test force once exceeds 600N, it drops to 240N or less, and the signal is determined to be L. As a result, a trigger signal for the end of shooting is generated. In the case of CMOS, since 1.5V or less is judged as L and 2.5V or more is judged as H, in this case, the test force drops to 450N or less once it exceeds 750N. When the signal is determined to be L, a test end trigger signal is generated. However, there are variations in the test, and even if the output of the dynamic strain amplifier 18 is set assuming that the test piece breaks when the test force is 800 N, all the test pieces break when the test force is 800 N. Not always. For example, in the case of CMOS, when the test piece breaks before the test force exceeds 750 N, the voltage determined to be H is never given to the logic circuit. Then, when the test piece breaks, the test force drops, and even if a voltage that should be determined as L is applied to the logic circuit, a state where H and L cannot be determined occurs, and a test end trigger signal is also generated. do not do. That is, the result cannot cope with the variation in the test.

このような試験のバラツキに対応させようとして、試験片が800Nよりも低い試験力で破断した場合でも、撮影終了のトリガー信号が発生できるように、動ひずみアンプ18を、1000Nを5Vとしてアナログ出力するように設定して使用したとする。TTLの場合では、試験力が160Nまで降下し信号がLと判定された時点で撮影終了のトリガー信号が発生することになる。また、CMOSの場合には、300N以下まで降下し、信号がLと判定された時点で撮影終了のトリガー信号が発生することになる。ところが、実際の試験で、動ひずみアンプ18の設定時に仮定したとおりの800Nで試験片が破断すれば、破壊から撮影終了のトリガー信号の発生までに予想以上に長い時間を要することになり、不要な画像データの上書きが続くことになる。そうすると、試験片の破壊現象を捉えた画像が不要な画像データの上書きにより失われることにもなる。   In order to cope with such variations in the test, the dynamic strain amplifier 18 is set to 5 V for analog output so that a trigger signal for completion of photographing can be generated even when the test piece is broken with a test force lower than 800 N. Suppose that it is set and used. In the case of TTL, a shooting end trigger signal is generated when the test force drops to 160 N and the signal is determined to be L. Further, in the case of CMOS, it drops to 300 N or less, and when the signal is determined to be L, a shooting end trigger signal is generated. However, in an actual test, if the test piece breaks at 800 N as assumed when the dynamic strain amplifier 18 is set, a longer time than expected is required from the breakage to the generation of the trigger signal for completion of shooting, which is unnecessary. Overwriting of correct image data will continue. In this case, an image capturing the destruction phenomenon of the test piece is lost due to overwriting of unnecessary image data.

上述したように、従来の手法では、試験片が破断する試験力、すなわち、その材料試験における最大試験力を予想して、動ひずみアンプ18のアナログ出力設定を行っている。しかし、事前に最大試験力の情報を正確に把握することは困難であり、試験対象によっては最大試験力の予想すらできないものもある。また、実際には破断時の試験力が試験片毎に異なることから、試験片の破断から高速度ビデオカメラ15による撮影終了のトリガー信号の発生までの時間も、材料試験毎のバラツキと同様に異なるものとなる。   As described above, in the conventional technique, the analog output of the dynamic strain amplifier 18 is set in anticipation of the test force at which the test piece breaks, that is, the maximum test force in the material test. However, it is difficult to accurately grasp the information on the maximum test force in advance, and there are some test objects that cannot predict the maximum test force. In addition, since the test force at the time of breakage varies from one test piece to another, the time from the breakage of the test piece to the generation of a trigger signal for the end of shooting by the high-speed video camera 15 is also the same as the variation for each material test. It will be different.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高速度ビデオカメラに対する撮影終了のトリガー信号を安定的に発生させることが可能な材料試験機を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a material testing machine capable of stably generating a shooting end trigger signal for a high-speed video camera.

請求項1に記載の発明は、試験片に対して試験力を付与するとともに、そのときの試験力をロードセルにより検出する材料試験機において、前記試験片を撮影する高速度ビデオカメラと、前記ロードセルにより検出された信号を計測する荷重計測部と、を備え、前記荷重計測部は、前記ロードセルからの検出信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅された検出信号をデジタル化する変換部と、試験実行中に変化する試験力の最大値を更新保持するとともに、前記高速度ビデオカメラに対する撮影終了のトリガー信号を発生させるための基準値を前記最大値より演算して更新保持し、現在の試験力の値が前記基準値より小さくなったときに、前記高速度ビデオカメラに対する撮影終了のトリガー信号を発生させる比較演算部と、を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a material testing machine for applying a test force to a test piece and detecting the test force at that time by a load cell, and a high-speed video camera for photographing the test piece, and the load cell. A load measuring unit that measures a signal detected by the amplifying unit, the load measuring unit amplifying the detection signal from the load cell, and a conversion unit digitizing the detection signal amplified by the amplifying unit And updating and holding the maximum value of the test force that changes during the test execution, and calculating and holding a reference value for generating a shooting end trigger signal for the high-speed video camera from the maximum value, A comparison operation unit that generates a shooting end trigger signal for the high-speed video camera when the value of the test force is smaller than the reference value. The features.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記比較演算部は、前記最大値に対して所定のビット数分、ビットシフト処理を行うことにより、前記基準値を演算する。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the comparison operation unit calculates the reference value by performing a bit shift process on the maximum value by a predetermined number of bits. .

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の材料試験機において、前記比較演算部は、前記最大値に対して1ビット右ビットシフト処理を行う1ビットシフト部と、前記最大値に対して2ビット右ビットシフト処理を行う2ビットシフト部と、前記最大値に対して3ビット右ビットシフト処理を行う3ビットシフト部と、を備え、前記1ビットシフト部、2ビットシフト部、3ビットシフト部のいずれかにより前記基準値を演算することにより、前記最大値の1/2、1/4、1/8の値のいずれかを基準値として更新保持する。   According to a third aspect of the present invention, in the material testing machine according to the first aspect, the comparison operation unit includes a 1-bit shift unit that performs a 1-bit right bit shift process on the maximum value, and the maximum value. A 2-bit shift unit that performs 2-bit right bit shift processing, and a 3-bit shift unit that performs 3-bit right bit shift processing on the maximum value, the 1-bit shift unit, the 2-bit shift unit, By calculating the reference value by any one of the 3-bit shift units, any one of 1/2, 1/4, and 1/8 of the maximum value is updated and held as a reference value.

請求項1に記載の発明によれば、荷重計測部に比較演算部を備えることにより、試験力の最大値と基準値を更新保持することで、材料試験毎に異なる個別の最大試験力に基づいて撮影終了のトリガー信号を発生させることができる。このため、高速度デジタルカメラへの入力をアナログ信号ではなくデジタル信号とすることができ、かつ、材料試験毎に異なる試験片の破断からトリガー信号が発生するまでの間の時間のバラツキを低減することができる。   According to the first aspect of the present invention, the load measurement unit includes the comparison calculation unit, and thus the maximum value and the reference value of the test force are updated and held, thereby being based on the individual maximum test force that is different for each material test. Thus, a trigger signal for the end of shooting can be generated. For this reason, the input to the high-speed digital camera can be a digital signal instead of an analog signal, and the time variation between the breakage of a different test piece and the generation of a trigger signal for each material test can be reduced. be able to.

請求項2に記載の発明によれば、比較演算部は、試験力の最大値に対して所定のビット数分、ビットシフト処理を行うことにより、短時間で高速度ビデオカメラへの撮影終了のトリガー信号を発生させるための基準値を演算することができる。   According to the second aspect of the present invention, the comparison operation unit performs the bit shift process for the predetermined number of bits with respect to the maximum value of the test force, so that the photographing to the high-speed video camera can be completed in a short time. A reference value for generating a trigger signal can be calculated.

請求項3に記載の発明によれば、試験力の最大値に対して1ビット右ビットシフト処理を行う1ビットシフト部と、2ビット右ビットシフト処理を行う2ビットシフト部と、3ビット右ビットシフト処理を行う3ビットシフト部と、を備えることにより、1ビットシフト部、2ビットシフト部、3ビットシフト部のいずれかにより、1クロックで高速度ビデオカメラへの撮影終了のトリガー信号を発生させるための基準値を演算することができる。このため、基準値の演算時間が長くなることによる撮影終了のトリガー信号発生遅れを低減することができる。   According to the third aspect of the present invention, a 1-bit shift unit that performs 1-bit right bit shift processing on the maximum value of the test force, a 2-bit shift unit that performs 2-bit right bit shift processing, and 3-bit right And a 3-bit shift unit that performs bit shift processing, so that a trigger signal for the end of shooting to a high-speed video camera can be generated in one clock by one of the 1-bit shift unit, 2-bit shift unit, and 3-bit shift unit. A reference value for generation can be calculated. For this reason, it is possible to reduce a trigger signal generation delay at the end of photographing due to a long calculation time of the reference value.

この発明に係る材料試験機の概要図である。1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention. この発明に係る材料試験機の主要な電気構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the main electric structures of the material testing machine which concerns on this invention. 比較演算部43での処理手順を説明するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a processing procedure in a comparison calculation unit 43. 材料試験機の構成に、従来の手法により高速度ビデオカメラ15を追加した場合の主要な電気構成を説明するブロック図であるIt is a block diagram explaining the main electric structures at the time of adding the high-speed video camera 15 to the structure of a material testing machine with the conventional method.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る材料試験機の概要図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention.

この材料試験機は、テーブル16と、このテーブル16上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹11、12と、これらのねじ棹11、12に沿って移動可能なクロスヘッド13と、このクロスヘッド13を移動させて試験片10に対して試験力を付与するための負荷機構30とを備える。   This material testing machine is movable along a table 16, a pair of screw rods 11, 12 that are erected on the table 16 so as to be vertically oriented, and these screw rods 11, 12. A crosshead 13 and a load mechanism 30 for moving the crosshead 13 to apply a test force to the test piece 10 are provided.

クロスヘッド13は、一対のねじ棹11、12に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹11、12の下端部には、負荷機構30におけるウォーム減速機32、33が連結されている。このウォーム減速機32、33は、負荷機構30の駆動源であるサーボモータ31と連結されており、サーボモータ31の回転がウォーム減速機32、33を介して、一対のねじ棹11、12に伝達される構成となっている。サーボモータ31の回転によって、一対のねじ棹11、12が同期して回転することにより、クロスヘッド13は、これらのねじ棹11、12に沿って昇降する。   The cross head 13 is connected to the pair of screw rods 11 and 12 via nuts (not shown). Worm speed reducers 32 and 33 in the load mechanism 30 are connected to lower ends of the screw rods 11 and 12. The worm speed reducers 32 and 33 are connected to a servo motor 31 that is a drive source of the load mechanism 30, and the rotation of the servo motor 31 is transferred to the pair of screw rods 11 and 12 via the worm speed reducers 32 and 33. It is configured to be transmitted. As the pair of screw rods 11 and 12 rotate in synchronization with the rotation of the servo motor 31, the crosshead 13 moves up and down along these screw rods 11 and 12.

クロスヘッド13には、試験片10の上端部を把持するための上つかみ具21が付設されている。一方、テーブル16には、試験片10の下端部を把持するための下つかみ具22が付設されている。引っ張り試験を行う場合には、試験片10の両端部をこれらの上つかみ具21および下つかみ具22により把持した状態で、クロスヘッド13を上昇させることにより、試験片10に試験力(引張荷重)を負荷する。   The crosshead 13 is provided with an upper gripping tool 21 for gripping the upper end portion of the test piece 10. On the other hand, the table 16 is provided with a lower gripping tool 22 for gripping the lower end portion of the test piece 10. When performing a tensile test, the test force (tensile load) is applied to the test piece 10 by raising the cross head 13 in a state where both ends of the test piece 10 are held by the upper gripping tool 21 and the lower gripping tool 22. ).

このときに、試験片10に作用する試験力はロードセル14によって検出され、制御部23に入力される。また、試験片10は、照明装置17により照明されており、試験力が付与されたことによる試験片10の変形および破断現象は、高速度ビデオカメラ15により撮影される。   At this time, the test force acting on the test piece 10 is detected by the load cell 14 and input to the control unit 23. The test piece 10 is illuminated by the lighting device 17, and the deformation and breakage phenomenon of the test piece 10 due to the application of the test force is photographed by the high-speed video camera 15.

制御部23は、コンピュータやシーケンサーおよびこれらの周辺機器によって構成されており、後述する荷重計測部40、データ処理部45等を備えている。また、制御部23は、高速度ビデオカメラ15における撮影の開始および終了等を制御するとともに、サーボモータ31をフィードバック制御する。   The control unit 23 includes a computer, a sequencer, and peripheral devices thereof, and includes a load measurement unit 40, a data processing unit 45, and the like, which will be described later. The control unit 23 controls the start and end of shooting in the high-speed video camera 15 and feedback-controls the servo motor 31.

図2は、この発明に係る材料試験機の主要な電気構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing the main electrical configuration of the material testing machine according to the present invention.

制御部23は、荷重計測部40とデータ処理部45を備え、荷重計測部40は、増幅部41と、A/D変換部42と、比較演算部43とを備える。ロードセル14からの試験力データは、荷重計測部40に取り込まれ、さらに荷重計測部40内の増幅部41において増幅される。増幅された試験力データは、A/D変換器42でデジタル信号に変換され、データ処理部45と比較演算部43に送信される。データ処理部45では、各種データ処理が実行される。一方、比較演算部43では、高速度ビデオカメラ15に送信するための撮影終了のトリガー信号を発生させるための演算処理が実行される。   The control unit 23 includes a load measurement unit 40 and a data processing unit 45, and the load measurement unit 40 includes an amplification unit 41, an A / D conversion unit 42, and a comparison calculation unit 43. Test force data from the load cell 14 is taken into the load measuring unit 40 and further amplified by the amplifying unit 41 in the load measuring unit 40. The amplified test force data is converted into a digital signal by the A / D converter 42 and transmitted to the data processing unit 45 and the comparison calculation unit 43. In the data processing unit 45, various data processing is executed. On the other hand, the comparison calculation unit 43 executes calculation processing for generating a shooting end trigger signal for transmission to the high-speed video camera 15.

比較演算部43は、FPGA(Field Programmable Gate Array)やDSP(Digital Signal Processor)等のプログラム可能な演算装置により構成される。このため、比較演算部43は、実行する各処理を演算装置にプログラムしておくことにより、1クロックで右1ビットシフト処理を行う1ビットシフト部51と、1クロックで右2ビットシフト処理を行う2ビットシフト部52と、1クロックで右3ビットシフト処理を行う3ビットシフト部53とを実装する。また、比較演算部43は、後述の試験力の現在値を保持するメモリと、試験力の最大値を保持するメモリと、試験力の最大値から演算されトリガー信号を発生する基準となる基準値を保持するメモリを備えている。   The comparison calculation unit 43 is configured by a programmable calculation device such as a field programmable gate array (FPGA) or a digital signal processor (DSP). For this reason, the comparison operation unit 43 programs each process to be executed in an arithmetic device, thereby performing a 1-bit shift unit 51 that performs right 1-bit shift processing in 1 clock and a right 2-bit shift process in 1 clock. A 2-bit shift unit 52 to perform and a 3-bit shift unit 53 to perform right 3-bit shift processing with one clock are mounted. In addition, the comparison calculation unit 43 includes a memory that holds a current value of a test force, which will be described later, a memory that holds a maximum value of the test force, and a reference value that is calculated from the maximum value of the test force and serves as a reference for generating a trigger signal It has a memory to hold.

図3は、比較演算部43での処理手順を説明するフローチャートである。図3において、Aは材料試験実行中の現在の試験力を示す現在値、Bはその材料試験実行中における試験力の最大値、Cは撮影終了のトリガー信号を発生させる基準となる基準値である。   FIG. 3 is a flowchart for explaining a processing procedure in the comparison operation unit 43. In FIG. 3, A is a current value indicating a current test force during execution of a material test, B is a maximum value of the test force during execution of the material test, and C is a reference value serving as a reference for generating a trigger signal for completion of imaging. is there.

材料試験が開始されると、まず、BとCに最低値である0が代入される(ステップS1)。A/D変換部42におけるデータのデジタル化が完了し新しいAの値が取得されると(ステップS2)、AとCの値の比較が行われる(ステップS3)。なお、新しいAの値が取得されなければ、次のステップに進むことはない。   When the material test is started, first, 0 which is the lowest value is assigned to B and C (step S1). When the digitization of data in the A / D converter 42 is completed and a new value of A is acquired (step S2), the values of A and C are compared (step S3). If no new A value is acquired, the process does not proceed to the next step.

材料試験開始直後においては、Cは0であるから、AとCとを比較した場合には、現在値であるAの方が大きな値となり、AとBを比較するステップS4へと移行する。ここでも、最大値であるBは、材料試験開始直後においては0であるから、AよりもBが小さい値となる。比較演算部43は、材料試験実行中の試験力の最大値を更新保持するため、BにAの値を代入する(ステップS5)。なお、AよりBの値が大きい場合には、最大値を更新する必要がないため、ステップS2へ戻ることになる。   Since C is 0 immediately after the start of the material test, when A and C are compared, A, which is the current value, becomes a larger value, and the process proceeds to step S4 where A and B are compared. Also here, B, which is the maximum value, is 0 immediately after the start of the material test, so B is smaller than A. The comparison calculation unit 43 substitutes the value of A for B in order to update and hold the maximum value of the test force during execution of the material test (step S5). When the value of B is larger than A, there is no need to update the maximum value, and the process returns to step S2.

次に、Aの値に置き換わったBを右1ビットシフト処理してBの1/2の値が、基準値としてCに代入される(ステップS6)。このステップS6における右1ビットシフト処理は、1ビットシフト部で実行される。なお、このステップS6におけるビットシフト処理を、2ビットシフト部または3ビットシフト部で実行した場合には、基準値としてCに代入される値は、それぞれBの1/4または1/8の値となる。   Next, B that has been replaced with the value of A is shifted by 1 bit to the right, and a value that is 1/2 of B is substituted into C as a reference value (step S6). The right 1-bit shift process in step S6 is executed by the 1-bit shift unit. When the bit shift process in step S6 is executed by the 2-bit shift unit or the 3-bit shift unit, the value assigned to C as the reference value is a value of 1/4 or 1/8 of B, respectively. It becomes.

この実施形態では、比較演算部43に1ビットシフト部51、2ビットシフト部52および3ビットシフト部53を備える構成としているが、これに限定されるものではない。FPGAやDSP等の演算装置により構成される比較演算部43においては、所定のビット数分(nビット)、右ビットシフト処理を行うようプログラムを書き換えることで、最大値の1/2の値を基準値とする演算処理を1クロックで実行させることができる。さらに、右ビットシフト処理のみでなく、所定のビット数分、ビットシフト処理を行うようプログラムを書き換えれば、少ないクロック数で基準値を演算することも可能である。 In this embodiment, the comparison operation unit 43 includes the 1-bit shift unit 51, the 2-bit shift unit 52, and the 3-bit shift unit 53. However, the present invention is not limited to this. In the comparison operation unit 43 constituted by an arithmetic device such as an FPGA or DSP, a value of ½ n of the maximum value is obtained by rewriting the program so as to perform the right bit shift processing for a predetermined number of bits (n bits). Can be executed in one clock. Furthermore, if the program is rewritten so that not only the right bit shift process but also the bit shift process is performed for a predetermined number of bits, the reference value can be calculated with a small number of clocks.

材料試験実行中においては、試験時間の経過に伴い、ロードセル14により検出される試験力も大きくなる。そうすると、試験片10が破断し試験力が降下するまで、上述したステップS2からステップS6までが繰り返され、比較演算部43が基準値より大きく、かつ、そのときまでの最大値より大きい値の新しいAの値を取得する毎に、比較演算部43に試験力の最大値と基準値とが更新保持されることになる。   During the execution of the material test, the test force detected by the load cell 14 increases as the test time elapses. Then, until the test piece 10 breaks and the test force decreases, the above-described steps S2 to S6 are repeated, and the comparison operation unit 43 is a new one having a value larger than the reference value and larger than the maximum value up to that time. Each time the value A is acquired, the maximum value of the test force and the reference value are updated and held in the comparison calculation unit 43.

試験片10が破断すると、ロードセル14が検出する試験力は降下する。このとき、ステップS3でのCの値は、材料試験の開始から試験片10が破断するまでの間で最も大きな試験力、すなわち、その試験における試験片破断時の最大試験力の1/2の値となっている。そして、試験片10の破断後に取得される試験力の現在値であるAの値が、基準値Cをより小さい値となると、撮影終了のトリガー信号が高速度ビデオカメラ15に出力され(ステップS7)、高速度ビデオカメラ15による試験片10の撮影が終了する。   When the test piece 10 breaks, the test force detected by the load cell 14 decreases. At this time, the value of C in step S3 is the largest test force from the start of the material test until the test piece 10 breaks, that is, half the maximum test force at the time of the test piece break in the test. It is a value. When the value of A, which is the current value of the test force acquired after the test piece 10 is broken, becomes a value smaller than the reference value C, a shooting end trigger signal is output to the high-speed video camera 15 (step S7). ), The photographing of the test piece 10 by the high-speed video camera 15 is completed.

以上のように、この発明に係る材料試験機においては、試験力の最大値に対してビットシフト処理をおこなうことにより、試験力の最大値の1/2の値等、個々の材料試験における最大試験力から所定の割合だけ減少した値を、トリガー信号を発生させるための基準値として保持することができる。このため、従来のようにTTLやCMOSを使用することなく、FPGAやDSP等のプログラム可能な演算装置により、基準値を演算することができ、トリガー信号を正確、かつ、高速に発生させることが可能となる。 As described above, in the material testing machine according to the present invention, by performing the bit shift process on the maximum value of the test force, the value of ½ n of the maximum value of the test force, etc. A value decreased by a predetermined rate from the maximum test force can be held as a reference value for generating a trigger signal. Therefore, the reference value can be calculated by a programmable calculation device such as FPGA or DSP without using TTL or CMOS as in the prior art, and the trigger signal can be generated accurately and at high speed. It becomes possible.

10 試験片
11 ねじ棹
12 ねじ棹
13 クロスヘッド
14 ロードセル
15 高速度ビデオカメラ
16 テーブル
17 照明装置
18 動ひずみアンプ
21 上つかみ具
22 下つかみ具
23 制御部
30 負荷機構
31 サーボモータ
40 荷重計測部
41 増幅部
42 A/D変換部
43 比較演算部
45 データ処理部
51 1ビットシフト部
52 2ビットシフト部
53 3ビットシフト部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Test piece 11 Screw rod 12 Screw rod 13 Crosshead 14 Load cell 15 High-speed video camera 16 Table 17 Illumination device 18 Dynamic strain amplifier 21 Upper gripper 22 Lower gripper 23 Control part 30 Load mechanism 31 Servo motor 40 Load measurement part 41 Amplifying section 42 A / D conversion section 43 Comparison operation section 45 Data processing section 51 1-bit shift section 52 2-bit shift section 53 3-bit shift section

Claims (3)

試験片に対して試験力を付与するとともに、そのときの試験力をロードセルにより検出する材料試験機において、
前記試験片を撮影する高速度ビデオカメラと、
前記ロードセルにより検出された信号を計測する荷重計測部と、を備え、
前記荷重計測部は、
前記ロードセルからの検出信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅された検出信号をデジタル化する変換部と、
試験実行中に変化する試験力の最大値を更新保持するとともに、前記高速度ビデオカメラに対する撮影終了のトリガー信号を発生させるための基準値を前記最大値より演算して更新保持し、現在の試験力の値が前記基準値より小さくなったときに、前記高速度ビデオカメラに対する撮影終了のトリガー信号を発生させる比較演算部と、
を備えることを特徴とする材料試験機。
In a material testing machine that applies a test force to a test piece and detects the test force at that time by a load cell
A high-speed video camera for photographing the specimen;
A load measuring unit for measuring a signal detected by the load cell,
The load measuring unit is
An amplifying unit for amplifying a detection signal from the load cell;
A converter for digitizing the detection signal amplified by the amplifier;
The maximum value of the test force that changes during the test execution is updated and held, and the reference value for generating the shooting end trigger signal for the high-speed video camera is calculated from the maximum value and is updated and held. A comparison operation unit for generating a shooting end trigger signal for the high-speed video camera when the force value is smaller than the reference value;
A material testing machine comprising:
請求項1に記載の材料試験機において、
前記比較演算部は、前記最大値に対して所定のビット数分、ビットシフト処理を行うことにより、前記基準値を演算する材料試験機。
The material testing machine according to claim 1,
The comparison operation unit is a material testing machine that calculates the reference value by performing bit shift processing for a predetermined number of bits with respect to the maximum value.
請求項1に記載の材料試験機において、
前記比較演算部は、
前記最大値に対して1ビット右ビットシフト処理を行う1ビットシフト部と、
前記最大値に対して2ビット右ビットシフト処理を行う2ビットシフト部と、
前記最大値に対して3ビット右ビットシフト処理を行う3ビットシフト部と、
を備え、
前記1ビットシフト部、2ビットシフト部、3ビットシフト部のいずれかにより前記基準値を演算することにより、前記最大値の1/2、1/4、1/8の値のいずれかを基準値として更新保持する材料試験機。
The material testing machine according to claim 1,
The comparison operation unit
A 1-bit shift unit that performs 1-bit right bit shift processing on the maximum value;
A 2-bit shift unit that performs 2-bit right bit shift processing on the maximum value;
A 3-bit shift unit that performs a 3-bit right bit shift process on the maximum value;
With
By calculating the reference value by any one of the 1-bit shift unit, 2-bit shift unit, and 3-bit shift unit, one of the values of 1/2, 1/4, and 1/8 of the maximum value is used as a reference. Material testing machine that keeps updated as a value.
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