JP2019219336A - Displacement gauge - Google Patents

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Abstract

To provide a displacement gauge capable of measuring a distance between a plurality of gauge marks in a tensile test.SOLUTION: A displacement gauge 40 comprises: three pairs of arms 41a, 41b and 41c with respective edges brought into contact with a test piece 100; and distortion gauge bridge circuits SG1, SG2 and SG3 which are installed at base sections 42a, 42b and 42c on a base end side of the respective arms opposite to the edges as detection sections measuring changes in distances between gauge marks. A control section 30 has sensor amplifier units 36a, 36b and 36c which receive input from the distortion gauge bridge circuits SG1, SG2 and SG3 as built-in units. Displacement values of distances between the gauge marks GL1, GL2 and GL3 input through the sensor amplifier units 36a, 36b and 36c are input into a main unit 31 and displayed on a display section 18 through operation of a display control section 33.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、引張試験において標点間距離を測定する接触式の変位計に関する。   The present invention relates to a contact type displacement meter that measures a distance between gauge points in a tensile test.

引張試験では、上下つかみ具に両端を把持させた試験片に引張荷重を与える。そして、このときの試験片の伸びは、変位計によって測定される。変位計としては、試験片の伸びに伴って移動するアームを接触させて標点間距離の変位を検出する接触式の変位計や(特許文献1参照)、カメラにより撮影した画像を画像処理して標点間距離の変位を計算する非接触式の変位計がある(特許文献2参照)。   In the tensile test, a tensile load is applied to a test piece having both ends held by upper and lower grips. The elongation of the test piece at this time is measured by a displacement meter. As a displacement meter, a contact type displacement meter that detects a displacement of a distance between gauge points by contacting an arm that moves with the elongation of a test piece (see Patent Document 1), and an image captured by a camera is subjected to image processing. There is a non-contact type displacement meter that calculates a displacement of a distance between gauge points by using a method (see Patent Document 2).

特願2002−195805号公報Japanese Patent Application No. 2002-195805 特願2011−169727号公報Japanese Patent Application No. 2011-169727

特許文献1に記載されたような接触式の変位計は、均質材料の伸びを測定することを想定している。したがって、引張試験の試験片上の標点は2点であり、伸びを測定可能な標点間距離は1つとなる。一方、近年では熱硬化性樹脂と炭素繊維を複合させたCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)や熱可塑性樹脂と炭素繊維を複合させたCFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)などの炭素繊維と樹脂の複合材料の材料特性を評価する材料試験の要請がある。これらの複合材料は、母材となる樹脂に対して炭素繊維の方向がランダムとなる不均質な材料である。このような材料で従来のプラスチックの引張試験規格で規定されている小型試験片を作製すると、各試験片での炭素繊維の方向の違いにより材料の伸びに差が生じる。特に、カットされたCFRTPに一方向の炭素繊維テープをカットして敷き詰めた炭素繊維チョップドテープ強化熱可塑性樹脂複合材料では、従来の接触式の変位計での1つの標点間距離を測定すると、試験片の変位データを利用して算出する弾性率のバラツキが大きくなり、材料特性の評価が難しい。   The contact type displacement meter as described in Patent Literature 1 is assumed to measure elongation of a homogeneous material. Therefore, there are two gauge points on the test piece in the tensile test, and the gauge distance at which elongation can be measured is one. On the other hand, in recent years, carbon fiber and resin composite materials such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) in which a thermosetting resin and carbon fibers are composited, and CFRTP (Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics) in which a thermoplastic resin and carbon fibers are composited. There is a demand for a material test to evaluate the material properties of the material. These composite materials are heterogeneous materials in which the direction of carbon fibers is random with respect to the resin serving as the base material. When a small test piece stipulated by the conventional plastic tensile test standard is made of such a material, a difference in elongation of the material occurs due to a difference in the direction of the carbon fiber in each test piece. In particular, in a carbon fiber chopped tape reinforced thermoplastic resin composite material in which a unidirectional carbon fiber tape is cut and spread over the cut CFRTP, when measuring the distance between one gauge with a conventional contact type displacement meter, The variation of the elastic modulus calculated using the displacement data of the test piece becomes large, and it is difficult to evaluate the material properties.

非接触式の変位計における画像処理としては、カメラ撮影により取得したデジタル画像を利用したデジタル画像相関法(DIC:Digital Image Correlation)が知られている。このデジタル画像相関法では、試験対象となる供試体の表面に塗料などを用いてランダムパターンを配置し、引張などの荷重が加えられる前後のランダムパターンの変形量を観察することで、供試体の伸びを測定することが可能である。ランダムパターンから画像上で任意の標点間距離を設定して変位データを取得できることから、複合材料の変形挙動の解析手法として注目されている。   As image processing in a non-contact displacement meter, a digital image correlation method (DIC: Digital Image Correlation) using a digital image obtained by photographing with a camera is known. In this digital image correlation method, a random pattern is arranged on the surface of a test object to be tested using paint or the like, and the amount of deformation of the random pattern before and after a load such as tension is applied is observed. It is possible to measure elongation. Since the displacement data can be acquired by setting an arbitrary distance between the reference points on the image from the random pattern, the method is attracting attention as a method for analyzing the deformation behavior of the composite material.

一方で、従来の2点の標点の間の距離を測定するひずみゲージ式の接触式の変位計で実現される測定精度(例えば、プラスチックの引張試験の国際規格ISO527−1で要求されている±1μmの絶対精度)を、非接触式の変位計に求めることは、現状では困難である。すなわち、引張試験ではカメラと試験片との相対距離が変動しやすく、画像を取得するカメラの分解能による制約もあるため、非接触式の変位計で取得したデジタル画像の解析処理にデジタル画像相関法を採用しても、信頼性の高いデータが得られているかという観点から不安が残る。また、試験対象となる供試体の表面に付すランダムパターンのユーザによる設置には個人差があり、ユーザの技量によりマーキングの再現性が低くなるという問題もある。   On the other hand, measurement accuracy realized by a conventional strain gauge type contact displacement meter for measuring the distance between two gauge points (for example, required by the international standard ISO527-1 for plastic tensile test). At present, it is difficult to obtain (± 1 μm absolute accuracy) for a non-contact type displacement meter. In other words, in the tensile test, the relative distance between the camera and the test piece tends to fluctuate, and there are restrictions due to the resolution of the camera that acquires the image. Therefore, the digital image correlation method is used to analyze the digital image acquired by the non-contact displacement meter. Even if is adopted, anxiety remains from the viewpoint of obtaining highly reliable data. In addition, there is an individual difference in a user's installation of a random pattern applied to the surface of a test object to be tested, and there is also a problem that the reproducibility of the marking is reduced depending on the skill of the user.

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、引張試験において複数の標点間距離を測定可能な変位計を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a displacement meter capable of measuring a plurality of gauge lengths in a tensile test.

請求項1に記載の発明は、変位計において、試験片の複数の標点に当接されるエッジを先端に有する複数のアームと、前記アーム間の相対的移動に応じて前記標点間距離の変化を測定する検出部と、を備える。   The invention according to claim 1 is a displacement meter, wherein in the displacement meter, a plurality of arms each having an edge at an end thereof that comes into contact with a plurality of test points of the test piece, and the distance between the test points according to relative movement between the arms. And a detector for measuring a change in

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の変位計において、前記アームは二つが一組の対をなすものであり、前記検出部は、対をなすアームのエッジとは逆側となる基端側にそれぞれ配設されたひずみゲージブリッジ回路から成る。   According to a second aspect of the present invention, in the displacement gauge according to the first aspect, the arm is a pair of two arms, and the detecting unit is provided on a side opposite to an edge of the arm forming the pair. And strain gauge bridge circuits respectively disposed on the base end side.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の変位計において、前記検出部は、前記アームの隣り合うアーム間にブラッグ波長が異なるFBGを設けた光ファイバひずみセンサから成る。   According to a third aspect of the present invention, in the displacement meter according to the first aspect, the detection unit includes an optical fiber strain sensor provided with an FBG having a different Bragg wavelength between arms adjacent to the arm.

請求項1から請求項3に記載の発明によれば、変位計が試験片にエッジで当接する複数対のアームを備えることから、複数の標点間距離の変位を測定することが可能となる。不均質材料において1つの試験片を分割測定ができることになり、複数の変位データを元に算出した弾性率の平均値・統計処理評価が可能なる。これにより、変位特性をより定量的に評価することができる。また、標点間距離を、アーム間の距離として正確に規定することで、試験の再現性の観点から、信頼性のある試験を繰り返し実行することが可能となる。   According to the first to third aspects of the present invention, since the displacement meter includes a plurality of pairs of arms that abut on the test piece at the edges, it is possible to measure the displacement of a plurality of gauge lengths. . Since one test piece can be divided and measured in a heterogeneous material, it is possible to evaluate the average value and statistical processing of the elastic modulus calculated based on a plurality of displacement data. Thereby, the displacement characteristics can be more quantitatively evaluated. In addition, by accurately defining the distance between the reference points as the distance between the arms, it is possible to repeatedly execute a reliable test from the viewpoint of test reproducibility.

請求項3に記載の発明によれば、標点間距離の変位測定系に光ファイバひずみセンサを採用することで、多点計測を容易に行うことが可能となる。   According to the third aspect of the invention, by adopting the optical fiber strain sensor for the displacement measurement system of the gauge length, it is possible to easily perform multi-point measurement.

この発明の変位計40を適用する材料試験機の概要図である。It is a schematic diagram of a material testing machine to which the displacement meter 40 of the present invention is applied. 材料試験機の試験片100の伸びの計測に関係する主要な制御系を示すブロック図とともに第1実施形態に係る変位計40を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a displacement meter 40 according to the first embodiment together with a block diagram showing a main control system related to measurement of elongation of a test piece 100 of a material testing machine. 挟持機構60を説明する平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating a holding mechanism 60. 他の挟持機構60を説明する平面図である。It is a top view explaining other pinching mechanisms 60. 材料試験機の試験片100の伸びの計測に関係する主要な制御系を示すブロック図とともに第2実施形態に係る変位計50を示す概要図である。It is a schematic diagram showing a displacement meter 50 according to a second embodiment together with a block diagram showing a main control system related to measurement of elongation of a test piece 100 of a material testing machine.

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、この発明の変位計40を適用す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 to which a displacement meter 40 of the present invention is applied.

この材料試験機は、基台14と、クロスヨーク12と、基台14からクロスヨーク12にわたって回転可能に立設された一対のねじ棹11と、一対のねじ棹11に沿って移動可能なクロスヘッド13と、一対のねじ棹11を回転させる負荷機構26とを備える。クロスヘッド13は、一対のねじ棹11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。一対のねじ棹11の下端部は基台14内に配設された負荷機構26に連結されており、負荷機構26における動力源からの動力が、一対のねじ棹11に伝達される構成となっている。そして、一対のねじ棹11が同期して回転することにより、クロスヘッド13は、これら一対のねじ棹11に沿って昇降する。   The material testing machine includes a base 14, a cross yoke 12, a pair of screw rods 11 erected rotatably from the base 14 to the cross yoke 12, and a cross movable along the pair of screw rods 11. It includes a head 13 and a load mechanism 26 for rotating the pair of screw rods 11. The crosshead 13 is connected to the pair of screw rods 11 via nuts not shown. The lower ends of the pair of screw rods 11 are connected to a load mechanism 26 disposed in the base 14, and power from a power source in the load mechanism 26 is transmitted to the pair of screw rods 11. ing. When the pair of screw rods 11 rotate in synchronization, the crosshead 13 moves up and down along the pair of screw rods 11.

クロスヘッド13には、試験片100の上端部を把持するための上つかみ具21が、ロードセル23を介して配設されている。一方、基台14には、試験片100の下端部を把持するための下つかみ具22が配設されている。引張試験を行う場合には、試験片100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100に対して試験力(引張荷重)を負荷する。   An upper grip 21 for gripping the upper end of the test piece 100 is provided on the crosshead 13 via a load cell 23. On the other hand, the base 14 is provided with a lower grip 22 for gripping a lower end of the test piece 100. When a tensile test is performed, the crosshead 13 is raised in a state where both ends of the test piece 100 are gripped by the upper grip 21 and the lower grip 22, so that the test force ( (Tensile load).

このときに、試験片100に作用する試験力はロードセル23によって検出される。一方、試験片100に生じた変位は、変位計40により検出される。ロードセル23および変位計40の検出信号は、制御部30に入力される。この制御部30は、負荷機構26の動作制御を実行する。また、制御部30には、ユーザからの入力を受け付けるタッチパネルを備えた液晶パネルからなる表示部18と、クロスヘッド13の移動の開始と停止のためにユーザが操作する操作部19が接続されている。   At this time, the test force acting on the test piece 100 is detected by the load cell 23. On the other hand, the displacement generated in the test piece 100 is detected by the displacement meter 40. The detection signals of the load cell 23 and the displacement meter 40 are input to the control unit 30. The control unit 30 controls the operation of the load mechanism 26. The control unit 30 is connected to a display unit 18 including a liquid crystal panel having a touch panel that receives input from the user, and an operation unit 19 operated by the user to start and stop the movement of the crosshead 13. I have.

図2は、材料試験機の試験片100の伸びの計測に関係する主要な制御系を示すブロック図とともに第1実施形態に係る変位計40を示す概要図である。なお、図2においては、標点間距離の説明のために試験片100の部分正面図を合わせて図示している。図3は、挟持機構60を説明する平面図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the displacement meter 40 according to the first embodiment together with a block diagram showing a main control system related to the measurement of the elongation of the test piece 100 of the material testing machine. In FIG. 2, a partial front view of the test piece 100 is also shown for explanation of the distance between gauge points. FIG. 3 is a plan view illustrating the holding mechanism 60.

変位計40は、上つかみ具21と下つかみ具22とに把持された平板状の試験片100に取り付けられる。変位計40は、先端のナイフエッジNA(図3参照)で試験片100に接触する3対のアーム41a、41b、41cと、各対のエッジと逆側の基端側の基部42a、42b、42cに標点間距離の変化を測定する検出部としてひずみゲージブリッジ回路SG1、SG2、SG3を備える。ひずみゲージブリッジ回路SG1、SG2、SG3は、対をなすアーム41a、41b、41cの基端側のアーム間に装架された板バネに取り付けられる。各アームの基端側とひずみゲージブリッジ回路SG1、SG2、SG3とが収納された基部42a、42b、42cは、下端が基台14に固定される支持板46により支持されている。なお、支持板46に対して各基部42a、42b、42cの高さ位置は、移動可能となっている。変位計40のアーム41a、41b、41cのナイフエッジNAが試験片100に接触しているところが試験片100の標点となり、対をなすアーム41aの変位が標点間距離GL1の変位、対をなすアーム41bの変位が標点間距離GL2の変位、対をなすアーム41cの変位が標点間距離GL3の変位となる。   The displacement gauge 40 is attached to a flat test piece 100 gripped by the upper grip 21 and the lower grip 22. The displacement meter 40 includes three pairs of arms 41a, 41b, and 41c that come into contact with the test piece 100 at the tip knife edge NA (see FIG. 3), and bases 42a and 42b that are opposite to the edges of each pair. 42c is provided with strain gauge bridge circuits SG1, SG2, SG3 as a detecting unit for measuring a change in the distance between gauge points. The strain gauge bridge circuits SG1, SG2, SG3 are attached to leaf springs mounted between base arms of the pair of arms 41a, 41b, 41c. The bases 42a, 42b, 42c in which the base ends of the arms and the strain gauge bridge circuits SG1, SG2, SG3 are accommodated are supported by a support plate 46 whose lower end is fixed to the base 14. The height positions of the bases 42a, 42b, 42c with respect to the support plate 46 are movable. The point where the knife edge NA of the arms 41a, 41b, 41c of the displacement meter 40 is in contact with the test piece 100 becomes the reference point of the test piece 100. The displacement of the arm 41b is a displacement of the distance GL2, and the displacement of the arm 41c is a displacement of the distance GL3.

図3に示すように、3対のアーム41a、41b、41cのナイフエッジNA側には、試験片100におけるナイフエッジNAの当接位置がずれることを防ぐための挟持機構60が付設されている。図3に示す挟持機構60は、アーム側に固定されたエッジ支持部61と試験片100を挟んでナイフエッジNAと対向する位置にポンチ等の対向部材63を配置するための押さえ部62と、押さえ部62をエッジ支持部61に連結するとともに押さえ部62をエッジ支持部61に対して近接/離隔させるためのネジ64とから成る。ネジ64のネジ部は、押さえ部62を貫通して、エッジ支持部61に接続されたガイド71のネジ穴にねじ込まれる。押さえ部62側のガイド71に対向する位置には、ガイド72が接続され、押さえ部62とネジ64の頭部との間には円筒のバネ65が介挿される。この挟持機構60では、ネジ64の締結によりバネ65を圧縮したときの反力を利用して、対向部材63とナイフエッジNAとにより試験片100を挟持する。   As shown in FIG. 3, a clamping mechanism 60 for preventing the contact position of the knife edge NA on the test piece 100 from being shifted is provided on the knife edge NA side of the three pairs of arms 41a, 41b, 41c. . The holding mechanism 60 shown in FIG. 3 includes an edge supporting portion 61 fixed to the arm side and a pressing portion 62 for arranging an opposing member 63 such as a punch at a position opposing the knife edge NA with the test piece 100 interposed therebetween. A screw 64 for connecting the pressing portion 62 to the edge supporting portion 61 and for moving the pressing portion 62 toward and away from the edge supporting portion 61. The screw portion of the screw 64 passes through the holding portion 62 and is screwed into a screw hole of the guide 71 connected to the edge support portion 61. A guide 72 is connected to a position facing the guide 71 on the holding portion 62 side, and a cylindrical spring 65 is inserted between the holding portion 62 and the head of the screw 64. In the clamping mechanism 60, the test piece 100 is clamped between the opposing member 63 and the knife edge NA using a reaction force when the spring 65 is compressed by fastening the screw 64.

再度、図2を参照して、制御部30には、ひずみゲージブリッジ回路SG1、SG2、SG3の各々に励起信号を入力し、ひずみゲージブリッジ回路SG1、SG2、SG3からの入力を受け付けるセンサアンプユニット36a、36b、36cが、内蔵ユニットとして配置されている。なお、各センサアンプユニット36a、36b、36cは、信号を増幅するアンプ、信号からのノイズ除去用のフィルタ、A/D変換器、D/A変換器、入力信号から伸びの信号を抽出して変位値を出力するFPGAなどを利用したデジタル回路から構成される。   Referring to FIG. 2 again, a sensor amplifier unit that inputs an excitation signal to each of strain gauge bridge circuits SG1, SG2, and SG3 and receives an input from strain gauge bridge circuits SG1, SG2, and SG3 is provided to control unit 30. 36a, 36b and 36c are arranged as built-in units. Each of the sensor amplifier units 36a, 36b, and 36c extracts an expanded signal from an amplifier that amplifies a signal, a filter for removing noise from the signal, an A / D converter, a D / A converter, and an input signal. It is composed of a digital circuit using an FPGA or the like that outputs a displacement value.

また、この制御部30は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたメモリ32、論理演算を実行する演算装置であるMPU35、データを記憶する記憶素子が配置されたメインユニット31と、メインユニット31に接続する複数の内蔵ユニットを備える。メモリ32には、センサアンプユニット36a、36b、36cとの通信を行う内蔵ユニット通信部34と表示部18への各標点間距離GL1、GL2、GL3の変位値を表示する表示制御を実行する表示制御部33がプログラムとして配置されている。各センサアンプユニット36a、36b、36cから入力された標点間距離GL1、GL2、GL3の変位値は、メインユニット31に入力され、表示制御部33の作用により、表示部18に表示される。   The control unit 30 includes a memory 32 in which an operation program necessary for controlling the apparatus is stored, an MPU 35 which is an arithmetic unit for performing a logical operation, a main unit 31 in which a storage element for storing data is arranged, A plurality of built-in units connected to the unit 31 are provided. The memory 32 executes display control for displaying the displacement values of the reference points GL1, GL2, and GL3 to the display unit 18 and the built-in unit communication unit 34 for communicating with the sensor amplifier units 36a, 36b, and 36c. The display control unit 33 is provided as a program. The displacement values of the gauge lengths GL1, GL2, GL3 input from the sensor amplifier units 36a, 36b, 36c are input to the main unit 31 and displayed on the display unit 18 by the operation of the display control unit 33.

負荷機構26の動作によりクロスヘッド13が上昇し、試験片100の引張試験力が与えられたときには、対をなすアーム41aの変位は、ひずみゲージブリッジ回路SG1により検出され、制御部30に入力される。制御部30では、センサアンプユニット36aを介してメインユニット31にひずみ信号が入力され、標点間距離GL1の変位値が求められる。対をなすアーム41bの変位はひずみゲージブリッジ回路SG2により検出され、制御部30に入力される。制御部30では、センサアンプユニット36bを介してメインユニット31にひずみ信号が入力され、標点間距離GL2の変位値が求められる。さらに対をなすアーム41cの変位はひずみゲージブリッジ回路SG3により検出され、制御部30に入力される。制御部30では、センサアンプユニット36cを介してメインユニット31にひずみ信号が入力され、標点間距離GL3の変位値が求められる。すなわち、3対のアーム41a、41b、41cにより、標点間距離GL1、GL2、GL3の変位が試験片100の伸びとして測定される。なお、この実施形態では、センサアンプユニット36a、36b、36cを制御部30に内蔵ユニットとして配設しているが、センサアンプを外部機器として構成し、制御部30に設けた外部機器との接続端子を備えた入出力ユニットを介して信号を入力するようにしてもよい。   When the crosshead 13 is raised by the operation of the load mechanism 26 and a tensile test force is applied to the test piece 100, the displacement of the pair of arms 41a is detected by the strain gauge bridge circuit SG1 and input to the control unit 30. You. In the control unit 30, the distortion signal is input to the main unit 31 via the sensor amplifier unit 36a, and the displacement value of the distance GL1 between the gauges is obtained. The displacement of the pair of arms 41b is detected by the strain gauge bridge circuit SG2 and input to the control unit 30. In the control unit 30, the distortion signal is input to the main unit 31 via the sensor amplifier unit 36b, and the displacement value of the gauge length GL2 is obtained. Further, the displacement of the pair of arms 41c is detected by the strain gauge bridge circuit SG3 and input to the control unit 30. In the control unit 30, the distortion signal is input to the main unit 31 via the sensor amplifier unit 36c, and the displacement value of the gauge length GL3 is obtained. That is, the displacement of the gauge lengths GL1, GL2, GL3 is measured as the elongation of the test piece 100 by the three pairs of arms 41a, 41b, 41c. In this embodiment, the sensor amplifier units 36a, 36b, and 36c are provided as built-in units in the control unit 30. However, the sensor amplifier is configured as an external device, and connection to an external device provided in the control unit 30 is performed. A signal may be input via an input / output unit having a terminal.

図4は、他の挟持機構60を説明する平面図である。なお、図3と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is a plan view illustrating another holding mechanism 60. In addition, about the structure similar to FIG. 3, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

図4に示す挟持機構60は、押さえ部62に永久磁石67を配設するとともに、エッジ支持部61に鉄心とコイルから成る電磁石66を配設している。そして、押さえ部62とエッジ支持部61との間には、電磁石66に連結された軸69を貫通させて支持するすべり軸受68が介挿されている。この挟持機構60では、電磁石66の通電により、押さえ部62とエッジ支持部61が近接し、試験片100が、ナイフエッジNAと対向部材63により挟持される。この場合には、制御部30のメインユニット31に、電磁石66の通電を制御するデジタル回路を設けてもよく、制御部30とは別に、挟持機構60のコントローラを変位計40に接続するようにしてもよい。   In the holding mechanism 60 shown in FIG. 4, a permanent magnet 67 is disposed on the holding section 62, and an electromagnet 66 including an iron core and a coil is disposed on the edge support section 61. A slide bearing 68 is provided between the pressing portion 62 and the edge support portion 61 to penetrate and support a shaft 69 connected to the electromagnet 66. In the holding mechanism 60, the energization of the electromagnet 66 causes the pressing portion 62 and the edge supporting portion 61 to approach each other, and the test piece 100 is held between the knife edge NA and the facing member 63. In this case, a digital circuit for controlling the energization of the electromagnet 66 may be provided in the main unit 31 of the control unit 30, and the controller of the clamping mechanism 60 is connected to the displacement meter 40 separately from the control unit 30. You may.

なお、図3の挟持機構60では、ネジ64をユーザが手動で締めるのに対し、図4の挟持機構60では、電磁石66への通電により、複数の標点での試験片100の把持を一括して行うことができる。   In the holding mechanism 60 shown in FIG. 3, the user manually tightens the screw 64. On the other hand, in the holding mechanism 60 shown in FIG. You can do it.

図5は、材料試験機の試験片100の伸びの計測に関係する主要な制御系を示すブロック図とともに第2実施形態に係る変位計50を示す概要図である。なお、図5においては図2と同様に、標点間距離の説明のために試験片100の部分正面図を合わせて図示している。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a displacement meter 50 according to the second embodiment together with a block diagram showing a main control system related to the measurement of the elongation of the test piece 100 of the material testing machine. In FIG. 5, similarly to FIG. 2, a partial front view of the test piece 100 is also shown for explanation of the distance between gauge points.

変位計50は、第1実施形態と同様に、上つかみ具21と下つかみ具22とに把持された平板状の試験片100に取り付けられる。変位計50は、先端のナイフエッジNAで試験片100に接触する複数のアーム51を備える。なお、図5においては、対をなすアーム51a、51b、51cを図示しているが、これらを総称するときは、アーム51と称する。各アーム51のナイフエッジNA側には、先に図3および図4を参照して説明した、試験片100におけるナイフエッジNAの当接位置がずれることを防ぐための挟持機構60が付設されている。これらのアーム51は、ナイフエッジNAと逆側の基端側が、標点間距離の変化を測定する検出部としてFBG(Fiber Bragg Gratings)1、FBG2、FBG3が設けられた光ファイバ57に接続され、FBG1、FBG2、FBG3に対する配置により、標点間距離の変化を測定する対を形成する。なお、FBGは、光ファイバのコア中に回折格子を形成し、光フィルタとしての機能を持たせた光ファイバセンサのセンサ部である。FBG1、FBG2、FBG3は、一本の光ファイバ内に異なるピッチのグレーティング(回折格子)を形成する加工を施すことにより作られている。   The displacement meter 50 is attached to the flat test piece 100 gripped by the upper grip 21 and the lower grip 22 as in the first embodiment. The displacement meter 50 includes a plurality of arms 51 that come into contact with the test piece 100 at the tip of the knife edge NA. Note that FIG. 5 shows the pair of arms 51a, 51b, and 51c, but these are collectively referred to as the arm 51. On the knife edge NA side of each arm 51, a clamping mechanism 60 for preventing the contact position of the knife edge NA on the test piece 100 described above with reference to FIGS. 3 and 4 is provided. I have. The base ends of the arms 51 opposite to the knife edge NA are connected to an optical fiber 57 provided with FBGs (Fiber Bragg Gratings) 1, FBG 2, and FBG 3 as a detection unit for measuring a change in the distance between gauge points. , FBG1, FBG2, and FBG3 form a pair for measuring a change in the distance between gauge points. The FBG is a sensor unit of an optical fiber sensor in which a diffraction grating is formed in the core of an optical fiber and has a function as an optical filter. FBG1, FBG2, and FBG3 are manufactured by performing processing for forming gratings (diffraction gratings) having different pitches in one optical fiber.

光ファイバ57は、1mm間隔でスリットが形成された櫛型の支持板56に固定されている。支持板56の櫛の歯の先端には、永久磁石54が取り付けられる。各アーム51は、両端が支持板56に固定されたガイド53に沿って移動可能に配設されており、各アーム51の基端側には電磁石55が取り付けられている。各アーム51をナイフエッジNAが標点に接触する位置に移動させた後に、電磁石55に通電することで磁力を発生させ、永久磁石54との引き合う力により各アーム51を所定の位置に固定している。各アーム51の位置は、独立して変更可能であり、長さの異なる複数の標点間距離に対応することが可能である。また、各アーム51の位置は、電磁石55への通電により、一括して行うことができ、標点が多数ある場合でも、ユーザは各アーム51の固定を素早く行うことができる。試験中に各アーム51間の相対的移動に伴って光ファイバ57が変形すると各FBG1、FBG2、FBG3をグレーディングのピッチが変わりブラッグ波長が変化することを利用して、ひずみを検出している。   The optical fiber 57 is fixed to a comb-shaped support plate 56 having slits formed at intervals of 1 mm. The permanent magnets 54 are attached to the tips of the comb teeth of the support plate 56. Each arm 51 is disposed movably along a guide 53 having both ends fixed to a support plate 56, and an electromagnet 55 is attached to the base end side of each arm 51. After each arm 51 is moved to a position where the knife edge NA contacts the reference point, a magnetic force is generated by energizing the electromagnet 55, and each arm 51 is fixed at a predetermined position by the attractive force with the permanent magnet 54. ing. The position of each arm 51 can be independently changed, and can correspond to a plurality of distances between gauge points having different lengths. Further, the positions of the arms 51 can be collectively performed by energizing the electromagnet 55, and the user can quickly fix the arms 51 even when there are a number of reference points. When the optical fiber 57 is deformed due to the relative movement between the arms 51 during the test, the distortion is detected by utilizing the fact that the grading pitch of the FBG1, FBG2, and FBG3 changes and the Bragg wavelength changes.

変位計50はFBG用の測定器59を介して制御部30に接続されている。測定器59は、FBGのブラッグ波長を含む光ファイバ57への入射光を供給する光源を備え、波長分割多重フィルタを用いて一本の光ファイバ57に複数の波長(光信号)を同時に伝送し、各FBG1、FBG2、FBG3からの反射光の波長を測定する波長測定器としての機能を有する。また、測定器59は光信号を電気信号に変換する光電素子とアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器を備え、測定器59の測定結果は、制御部30に入力される。制御部30のメモリ32には、各アーム51の変位に伴ってブラッグ波長のスペクトルの重心波長が、試験開始前に比べて試験中にどの程度移動したのかを認識して、この重心波長のシフト量を試験片100における標点間距離の伸びに変換する変換部39が、プログラムとして配置されている。   The displacement meter 50 is connected to the control unit 30 via a measuring device 59 for FBG. The measuring device 59 includes a light source that supplies incident light to the optical fiber 57 including the Bragg wavelength of the FBG, and simultaneously transmits a plurality of wavelengths (optical signals) to one optical fiber 57 using a wavelength division multiplexing filter. , Has a function as a wavelength measuring device for measuring the wavelength of the reflected light from each of the FBG1, FBG2, and FBG3. The measuring device 59 includes a photoelectric element that converts an optical signal into an electric signal and an A / D converter that converts an analog signal into a digital signal. The measurement result of the measuring device 59 is input to the control unit 30. The memory 32 of the control unit 30 recognizes how much the center-of-gravity wavelength of the spectrum of the Bragg wavelength has moved during the test as compared with before the start of the test due to the displacement of each arm 51, and shifts the center-of-gravity wavelength. A conversion unit 39 for converting the amount into an increase in the distance between the gauges in the test piece 100 is provided as a program.

図5において、標点間距離GL1の伸びは、対をなすアーム51aの変位をその基端側のFBG1のブラッグ波長のシフト量により検出される。標点間距離GL2の伸びは、対をなす2本のアーム51bはその基端側のFBG2ブラッグ波長のシフト量により検出される。標点間距離GL3の伸びは、対をなす2本のアーム51cはその基端側のFBG3のブラッグ波長のシフト量により検出される。なお、図5においては、アーム51が二つで一組の複数の対として配置されている例を説明したが、アーム51は必ずしも対でなくてもよい。隣り合った各アーム51の間にFBGを配置するようにすればそれぞれのアーム間の距離の変動を測定することができる。   In FIG. 5, the extension of the distance GL1 between the gauges is detected by detecting the displacement of the pair of arms 51a based on the shift amount of the Bragg wavelength of the FBG1 on the base end side. The extension of the reference point distance GL2 is detected by the amount of shift of the FBG2 Bragg wavelength at the base end of the two arms 51b forming a pair. The extension of the reference point distance GL3 is detected by the amount of shift of the Bragg wavelength of the FBG 3 on the base end side of the pair of arms 51c. Although FIG. 5 illustrates an example in which two arms 51 are arranged as one set of a plurality of pairs, the arms 51 need not necessarily be pairs. By arranging the FBG between the adjacent arms 51, it is possible to measure the variation in the distance between the arms.

制御部30のメインユニット31では、測定器59からの入力に基づいて、標点間距離GL1、GL2、GL3の変位値を求め、表示部18に表示する。なお、この実施形態では、第1実施形態のように、ひずみゲージブリッジ回路に対応する数のセンサアンプユニットを配置する必要がなく、一台の測定器59で、複数のひずみを検出することができる。また、この実施形態では、光ファイバ57に3個のブラッグ波長の異なる回折格子を形成しているが、これに限定されない。1本の光ファイバに、適当な測定点の間隔で必要な数のFBGを配置すればよい。また、この第2実施形態の変位計50では光ファイバ57による光通信を利用することから、第1実施形態の電気回路を使用するひずみゲージ式の変位計40のように、磁気の影響をうけることがなく、よりノイズのすくない安定した測定が可能となる。   The main unit 31 of the control unit 30 obtains displacement values of the distances GL1, GL2, and GL3 based on the input from the measuring device 59, and displays the displacement values on the display unit 18. In this embodiment, unlike the first embodiment, there is no need to arrange the number of sensor amplifier units corresponding to the strain gauge bridge circuit, and one measuring instrument 59 can detect a plurality of strains. it can. Further, in this embodiment, three diffraction gratings having different Bragg wavelengths are formed in the optical fiber 57, but the present invention is not limited to this. The required number of FBGs may be arranged on one optical fiber at an appropriate interval between measurement points. Further, since the displacement meter 50 of the second embodiment uses optical communication by the optical fiber 57, it is affected by magnetism like the strain gauge type displacement meter 40 using the electric circuit of the first embodiment. This allows stable measurement with less noise.

上述したように、この発明の複数対のアームを備える変位計40、50を材料試験に適用することにより、1つの試験片に対して複数の標点間距離の変位を1回の試験で測定することができる。このため、不均質材料において1つの試験片を分割測定ができることになり、複数の変位データを元に算出した弾性率の平均値・統計処理評価が可能なる。これにより、変位特性をより定量的に評価することができる。また、標点間距離を、対をなすアーム間の距離として正確に規定することで、非接触式変位計のランダムパターンの設置のように、標点設置において、ユーザの技量に依存することがない。したがって、試験の再現性の観点から、信頼性のある試験を繰り返し実行することが可能となる。   As described above, by applying the displacement gauges 40 and 50 having a plurality of pairs of arms of the present invention to a material test, displacement of a plurality of gauge lengths for one test piece can be measured in one test. can do. For this reason, one test piece can be divided and measured in a heterogeneous material, and the average value and statistical processing evaluation of the elastic modulus calculated based on a plurality of displacement data can be performed. Thereby, the displacement characteristics can be more quantitatively evaluated. In addition, by accurately defining the distance between the reference points as the distance between the paired arms, it is possible to depend on the skill of the user in setting the reference point, such as setting a random pattern of a non-contact type displacement meter. Absent. Therefore, it is possible to repeatedly execute a reliable test from the viewpoint of test reproducibility.

11 ネジ棹
12 クロスヨーク
13 クロスヘッド
14 基台
18 表示部
19 操作部
21 上つかみ具
22 下つかみ具
23 ロードセル
26 負荷機構
30 制御部
31 メインユニット
32 メモリ
33 表示制御部
34 内蔵ユニット通信部
35 MPU
36 センサアンプユニット
37 入出力ユニット
40 変位計
41a、41b、41c アーム
42 基部
50 変位計
51a、51b、51c アーム
53 ガイド
54 永久磁石
55 電磁石
56 支持板
57 光ファイバ
59 測定器
60 挟持機構
61 エッジ支持部
62 押さえ部
63 対向部材
64 ネジ
65 バネ
66 電磁石
67 永久磁石
68 すべり軸受
69 軸
71 ガイド
72 ガイド
100 試験片
GL 標点間距離
SG ひずみゲージブリッジ回路
NA ナイフエッジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Screw rod 12 Cross yoke 13 Cross head 14 Base 18 Display part 19 Operation part 21 Upper grip 22 Lower grip 23 Load cell 26 Load mechanism 30 Control part 31 Main unit 32 Memory 33 Display control part 34 Built-in unit communication part 35 MPU
36 Sensor amplifier unit 37 Input / output unit 40 Displacement meter 41a, 41b, 41c Arm 42 Base 50 Displacement meter 51a, 51b, 51c Arm 53 Guide 54 Permanent magnet 55 Electromagnet 56 Support plate 57 Optical fiber 59 Measuring device 60 Clamping mechanism 61 Edge support Part 62 Holding part 63 Opposing member 64 Screw 65 Spring 66 Electromagnet 67 Permanent magnet 68 Slide bearing 69 Shaft 71 Guide 72 Guide 100 Test piece GL Distance between gauge points SG Strain gauge bridge circuit NA Knife edge

Claims (3)

試験片の複数の標点に当接されるエッジを先端に有する複数のアームと、
前記アーム間の相対的移動に応じて前記標点間距離の変化を測定する検出部と、
を備える変位計。
A plurality of arms having at their ends an edge abutting on a plurality of gauge points of the test piece,
A detection unit that measures a change in the distance between the gauges according to the relative movement between the arms,
Displacement meter equipped with.
請求項1に記載の変位計において、
前記アームは二つが一組の対をなすものであり、
前記検出部は、対をなす前記アームのエッジとは逆側となる基端側にそれぞれ配設されたひずみゲージブリッジ回路から成る変位計。
The displacement meter according to claim 1,
The arm is a pair of two,
A displacement meter comprising: a strain gauge bridge circuit disposed on a base end side opposite to an edge of the pair of arms, the detection section being opposite to an edge of the pair of arms.
請求項1に記載の変位計において、
前記検出部は、前記アームの隣り合うアーム間にブラッグ波長が異なるFBGを設けた光ファイバひずみセンサから成る変位計。
The displacement meter according to claim 1,
The displacement meter, wherein the detection unit includes an optical fiber strain sensor provided with an FBG having a different Bragg wavelength between arms adjacent to the arm.
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