JP2020148704A - 材料試験機および材料試験機における検出精度の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検力ループや重錘等を使用することなく、容易に材料試験機の検出精度を測定することが可能な材料試験機および材料試験機における検出精度の測定方法を提供する。【解決手段】制御部４０は、正常な材料試験を実行可能な状態において測定されたテーブルとクロスヘッドとの距離とその時にロードセル１６により検出した力との関係を第１のデータとして記憶するとともに、材料試験を実行する前に測定されたテーブルとクロスヘッドとの距離とその時にロードセル１６により検出した力との関係を第２のデータとして記憶する記憶部４１と、記憶部４１に記憶された第１のデータと第２のデータとを比較する比較部４２と、比較部４２により比較した第１のデータと第２のデータとの比較結果に基づいて警告を表示する警告表示部４３と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、材料試験機、および、この材料試験機の検出精度を測定するための材料試験機における検出精度の測定方法に関する。

このような材料試験機は、テーブルに対して昇降するクロスヘッドと、試験力を検出するロードセルとを備える。このような材料試験機において材料試験を実行するときには、その検出精度を担保する必要がある。このため、材料試験を開始する前に、検力ループや重錘等を使用することにより実際の負荷とロードセルにより検出した試験力とを比較することで検出精度の確認を行っている（特許文献１参照）。また、材料試験機におけるテーブルに配設された下部圧盤とクロスヘッドに配設された上部圧盤とを当接させて負荷を付与し、その時にロードセルにより検出した試験力が負荷に応じて滑らかに増加しているかを確認することによって、材料試験機本体に異常がないかを確認している。

特開２０００−４６７０８号公報

検力ループや重錘を使用して材料試験機の検出精度を測定する場合には、検出精度を測定するときに、検力ループや重錘を準備する必要がある。このような検出精度の測定は、材料試験を実行する度に行う必要があることから、検力ループや重錘の準備作業は煩雑なものとなる。

また、ロードセルにより検出した試験力が負荷に応じて滑らかに増加しているかを確認するためには、レコーダ等を利用して負荷と検出された試験力の関係を示すグラフを描画した上で、このグラフに異常箇所がないか目視で確認する必要があり、そのグラフから異常箇所がないかを判断することは困難である。

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、検力ループや重錘等を使用することなく、容易に材料試験機の検出精度を測定することが可能な材料試験機および材料試験機における検出精度の測定方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、下部圧盤が配設されたテーブルと、上部圧盤が配設され前記テーブルに対して昇降するクロスヘッドと、前記下部圧盤と前記上部圧盤間に付与された力を検出するロードセルと、を備えた材料試験機であって、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離を測定する測定手段と、正常な材料試験を実行可能な状態において測定された、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第１のデータとして記憶するとともに、材料試験を実行する前に測定された、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第２のデータとして記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記第１のデータと前記第２のデータとを比較する比較部と、前記比較部により比較した前記第１のデータと前記第２のデータとの比較結果に基づいて警告を表示する警告表示部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、下部圧盤が配設されたテーブルと、上部圧盤が配設され、前記テーブルに対して昇降するクロスヘッドと、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離を測定する測定手段と、前記下部圧盤と前記上部圧盤間に付与された力を検出するロードセルと、を備えた材料試験機における検出精度の検査方法であって、正常な材料試験を実行可能な状態において、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第１のデータとして測定する第１測定工程と、材料試験を実行する前に、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第２のデータとして測定する第２測定工程と、前記第１のデータと前記第２のデータとを比較する比較工程と、を含むことを特徴とする。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、正常な材料試験を実行可能な状態において測定された第１のデータと材料試験を実行する前に測定された第２のデータとを比較することから、検力ループや重錘等を使用することなく、材料試験機の検出精度を容易に測定することが可能となる。

この発明に係る材料試験機の概要図である。 この発明に係る材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。 正常時データ取得動作を示すフローチャートである。 検出精度測定動作を示すフローチャートである。

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。

この材料試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に回転可能に立設された左右一対のねじ棹１２と、左右一対のねじ棹１２と螺合するナット部を備え、テーブル１１に対して昇降するクロスヘッド１３とを備える。クロスヘッド１３には、上部圧盤１４が、ロードセル１６を介して配設されている。また、テーブル１１上には下部圧盤１５が配設されている。圧縮試験を行うときには、試験片を上部圧盤１４と下部圧盤１５との間に配置し、この試験片を上部圧盤１４と下部圧盤１５とにより圧縮する。試験片に付与される試験力は、上部圧盤１４に接続されたロードセル１６により検出される。なお、試験片に対して引張試験を行うときには、上部圧盤１４および下部圧盤１５にかえて上つかみ具および下つかみ具を使用し、試験片の両端をこれらの上つかみ具および下つかみ具により把持する。

一対のねじ棹１２の下端部には、各々、ウオームホイール３２が固定されている。そして、その両端に各ウオームホイール３２と螺合するウオームギア（図示せず）を有する駆動軸３１が、水平方向を向く軸を中心として回転可能に配設されている。このため、この駆動軸３１は、互いに螺合するウオームギアおよびウオームホイール３２からなる歯車機構により一対のねじ棹１２と連結されており、駆動軸３１を回転させることで、一対のねじ棹１２が同期して回転する。

この材料試験機は、材料試験を実行するときの駆動源としてのサーボモータ２１を備える。このサーボモータ２１の回転軸には同期プーリ３４が配設されている。駆動軸３１には同期プーリ３３が配設されており。同期プーリ３４と同期プーリ３３には、同期ベルト３７が巻回されている。このため、駆動軸３１は、サーボモータ２１の駆動により回転し、この駆動軸３１の回転に伴って、一対のねじ棹１２が回転する。この一対のねじ棹１２の回転に伴って、クロスヘッド１３が一対のねじ棹１２の軸心方向に移動する。

サーボモータ２１は、回転軸の回転角を検出するためのエンコーダ２３と、このエンコーダ２３の出力を検出するサーボアンプ２２とを備える。このサーボアンプ２２からの信号により、サーボモータ２１の回転軸の回転量の絶対値を検出することができる。従って、このサーボアンプ２２からの信号に基づいて、クロスヘッド１３の絶対位置を検出することができ、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離を測定することが可能となる。このサーボアンプ２２を備えたサーボモータ２１は、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離を測定する測定手段として機能する。

なお、サーボアンプ２２を備えたサーボモータ２１をテーブル１１とクロスヘッド１３との距離を測定する測定手段として使用するかわりに、駆動軸３１または一対のねじ棹１２の回転を検出するロータリエンコーダや、クロスヘッド１３の移動量を検出するリニアエンコーダ等を、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離を測定する測定手段として使用してもよい。要するに、クロスヘッド１３の絶対位置を検出することで、テーブル１１とクロスヘッド１３との絶対的な距離を測定し得る構成であればよい。

図２は、この発明に係る材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。

この発明に係る材料試験機は、装置全体を制御する制御部４０を備える。この制御部４０は、ソフトウエアがインストールされたコンピュータから構成される。この制御部４０に含まれる各部の機能は、コンピュータにインストールされているソフトウエアを実行することで実現される。

この制御部４０は、正常な材料試験を実行可能な状態において測定されたテーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時にロードセル１６により検出した力との関係を第１のデータとして記憶するとともに、材料試験を実行する前に測定されたテーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時にロードセル１６により検出した力との関係を第２のデータとして記憶する記憶部４１と、記憶部４１に記憶された第１のデータと第２のデータとを比較する比較部４２と、比較部４２により比較した第１のデータと第２のデータとの比較結果に基づいて警告を表示する警告表示部４３と、を備える。また、この制御部４０は、上述したサーボモータ２１と、ロードセル１６と、液晶表示パネル等からなる表示部１９と接続されている。

次に、上述した材料試験機において検出精度の測定を行うときの動作について説明する。この材料試験機において検出精度の測定を実行するためには、最初に、正常な材料試験を実行可能な状態において、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時にロードセル１６により検出した力との関係を第１のデータとして取得する正常時データ取得動作を実行する。しかる後、材料試験を実行する前に、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時にロードセル１６により検出した力との関係を第２のデータとして取得した後、第１のデータと第２データとを比較することにより検出精度を測定する検出精度測定動作を実行する。

図３は、第１のデータを取得するための正常時データ取得動作を示すフローチャートである。

第１のデータを取得するときには、最初に、材料試験機が正常状態であるか否かを確認する(ステップＳ１１)。この時には、従来と同様、検力ループや重錘等を使用することにより、実際の負荷とロードセル１６により検出した試験力とを比較することで検出精度を確認し、材料試験機が正常状態であることを確認する。なお、第１データの取得は、例えば、年一回程度の材料試験機の検定時に併せて行われる。このため、この正常状態の確認動作を頻繁に実行する必要はない。

次に、クロスヘッド１３を下降させることにより上部圧盤１４と下部圧盤１５とを当接させた後、例えば、クロスヘッド１３を、そのストローク速度を０．５ｍｍ／秒程度の低速として下降させることにより、圧縮動作を開始する（ステップＳ１２）。そして、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離と、その時のロードセル１６による力の検出値とを一定時間毎に取得する（ステップＳ１３）。この動作を、ロードセル１６による力の検出値がロードセル１６の容量となるまで実行する（ステップＳ１４）。そして、その測定値を、第１のデータとして、図２に示す記憶部４１に記憶する（ステップＳ１５）。

図４は、検出精度測定動作を示すフローチャートである。

この検出精度測定動作は、検出精度を担保するために、材料試験を開始する前に実行される。検出動作を測定するときには、最初に、上述した正常時データの取得時と同様、クロスヘッド１３を下降させることにより上部圧盤１４と下部圧盤１５とを当接させた後、例えば、クロスヘッド１３を、そのストローク速度を０．５ｍｍ／秒程度の低速として下降させることにより、圧縮動作を開始する（ステップＳ２１）。そして、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離と、その時のロードセル１６による力の検出値とを一定時間毎に取得する（ステップＳ２２）。この動作を、ロードセル１６による力の検出値がロードセル１６の容量となるまで実行する（ステップＳ２３）。そして、その測定値を、第２のデータとして、図２に示す記憶部４１に記憶する（ステップＳ２４）。

次に、図２に示す比較部４２により、記憶部４１に記憶された第１のデータと第２のデータとを比較する（ステップＳ２５）。すなわち、材料試験機の検出精度が適正範囲にある場合においては、その状態で測定された第２のデータは、材料試験機が正常な状態で測定された第１のデータと略同一となるはずである。このため、第２のデータと第１のデータとを比較し、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時のロードセル１６による力の検出値との関係が、第１のデータと第２のデータとで予め設定された範囲内にあるかどうかを確認する。そして、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時のロードセル１６による力の検出値との関係が第１のデータと第２のデータとで予め設定された範囲内にあった場合には、材料試験機は正常範囲であると判断し、予め設定した範囲外であった場合には、異常が生じていると判断する。

また、このデータの比較と並行して、クロスヘッド１３を低速で下降させたときに、ロードセル１６による力の検出値が単調増加となっているか否かを取得したデータに基づいて確認する（ステップＳ２６）。これにより、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時のロードセル１６による力の検出値とのサンプリング間隔が長い場合においても、測定結果の異常を検出することが可能となる。但し、テーブル１１とクロスヘッド１３との距離とその時のロードセル１６による力の検出値とのサンプリング間隔が短い場合等においては、単調増加であるか否かの確認を省略してもよい。また、この時、クロスヘッド１３の移動速度が設定値（例えば、０．５ｍｍ／秒）となっているか否かを確認するようにしてもよい。

そして、ステップＳ２５およびステップＳ２６で確認したデータに異常があったときには（ステップＳ２７）、図２に示す警告表示部４３により、表示部１９に警告表示を行う（ステップＳ２８）。この警告表示は、表示部１９への表示だけではなく、音または光によるものを併用してもよい。これにより、材料試験を開始する前に、材料試験機が正常状態であるか否かを確認することが可能となる。従って、材料試験機が正常状態でないまま材料試験が実行されることを防止することが可能となる。

１１ テーブル
１２ ねじ棹
１３ クロスヘッド
１４ 上部圧盤
１５ 下部圧盤
１６ ロードセル
１９ 表示部
２１ サーボモータ
２２ サーボアンプ
２３ エンコーダ
３１ 駆動軸
３２ ウオームホイール
３３ 同期プーリ
３４ 同期プーリ
３７ 同期ベルト
４０ 制御部
４１ 記憶部
４２ 比較部
４３ 警告表示部

Claims (2)

1. 下部圧盤が配設されたテーブルと、上部圧盤が配設され前記テーブルに対して昇降するクロスヘッドと、前記下部圧盤と前記上部圧盤間に付与された力を検出するロードセルと、を備えた材料試験機であって、
   前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離を測定する測定手段と、
   正常な材料試験を実行可能な状態において測定された、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第１のデータとして記憶するとともに、材料試験を実行する前に測定された、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第２のデータとして記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記第１のデータと前記第２のデータとを比較する比較部と、
   前記比較部により比較した前記第１のデータと前記第２のデータとの比較結果に基づいて警告を表示する警告表示部と、
   を備えたことを特徴とする材料試験機。
2. 下部圧盤が配設されたテーブルと、上部圧盤が配設され、前記テーブルに対して昇降するクロスヘッドと、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離を測定する測定手段と、前記下部圧盤と前記上部圧盤間に付与された力を検出するロードセルと、を備えた材料試験機における検出精度の検査方法であって、
   正常な材料試験を実行可能な状態において、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第１のデータとして測定する第１測定工程と、
   材料試験を実行する前に、前記テーブルと前記クロスヘッドとの距離とその時にロードセルにより検出した力との関係を第２のデータとして測定する第２測定工程と、
   前記第１のデータと前記第２のデータとを比較する比較工程と、
   を含むことを特徴とする材料試験機における検出精度の測定方法。
   

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