JP2605062B2

JP2605062B2 - 材料試験機

Info

Publication number: JP2605062B2
Application number: JP62277060A
Authority: JP
Inventors: 高史粟野; 就生柴田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JPH01118741A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、モータにて試験片を負荷する材料試験機に
関する。

B.従来の技術第４図の従来の材料試験機を示す。この材料試験機30
は、テーブル31上に立設された一対のねじ棹32と、ねじ
棹32に螺合されたクロスヘッド33と、ねじ棹32を回転駆
動するサーボモータ11とを有し、クロスヘッド33にはロ
ードセル12を介してつかみ具34が、テーブル31には下つ
かみ具35が設けられている。モータ11の回転は、変速機
36を介して一対のねじ棹32に伝達され、ねじ棹32の回転
によりクロスヘッド33が昇降して試験片37が負荷され
る。変速機36は、減速機361と、２つの電磁クラッチ36
2,363とを有し、電磁クラッチ362を継なぎ電磁クラッチ
363を切るとモータ11の回転がそのまま出力され、電磁
クラッチ362を切り電磁クラッチ363を継なぐとモータ11
の回転が減速されて出力される。38は駆動歯車列であ
る。

例えば、モータ11の速度範囲を２〜2000rpmとし、減
速機361の減速比を1/100とすれば、モータ速度範囲は0.
02〜2000rpmとなる。

すなわち、一般の材料試験機では、負荷速度が500〜
0.5mm/min程度であり、電磁クラッチ363を切り電磁クラ
ッチ362を継ないでモータ11の回転数を制御することに
よりこの負荷速度範囲を達成している。また、0.5mm/mi
n以下の負荷速度が必要な場合には、電磁クラッチ362を
切り電磁クラッチ363を継ないでモータ11の回転数を1/1
00に減速している。

C.発明が解決しようとする問題点しかしながら、従来のモータ制御装置においては機械
式の変速機36が不可欠で、構成が複雑であり、かつ変速
機36からギア音、振動が発生するという問題があった。

本発明の目的は、機械的な減速機を用いることなくモ
ータの駆動制御のみにより広範囲な負荷速度が得られる
材料試験機を提供することにある。

D.問題点を解決するための手段本発明は、試験片を負荷するためのモータと、モータ
回転速度を検出する検出手段と、目標モータ速度と検出
された速度との偏差に基づいてモータ駆動信号をモータ
へ供給するモータ駆動回路と、試験片の負荷荷重を検出
する荷重検出器とを備え、低速度運転時にはモータの出
力軸を間欠回転せしめ、この間欠回転時には試験片の負
荷速度が円滑に変化するように、材料試験機の剛性、材
料試験機運転部の慣性力を設定するとともに、間欠運転
時に最大となる単位回転角あたりの負荷荷重の変動が前
記荷重検出器の分解能よりも小さくなるように、前記荷
重検出器の分解能、前記モータの分解能を設定したこと
を特徴とする材料試験機である。

E.作用低速度運転時にモータの出力軸が間欠回転するが、材
料試験機の剛性、運転部の慣性用の設定により、試験片
の負荷速度が円滑に変化する。また、間欠回転時におけ
る最大の単位回転角あたりの負荷荷重の変動が、荷重検
出器の分解能よりも小さいから、荷重検出器によって検
出される試験片の変位−荷重特性図には、モータの回転
分解能に起因する段階状の変化が現れない。

F.実施例第１図（ａ），（ｂ）は、本発明に係る材料試験機の
概略構成図であり、第４図と同様の箇所には同一の符号
を付して説明する。モータ制御部10で制御されるモータ
１の回転は駆動歯車列38を介してねじ棹32に伝達され
る。モータ１にはエンコーダ２が設けられ、このエンコ
ーダ２からモータ回転数に対応した周波数のパルス信号
がモータ制御部10に入力される。また、試験片37の伸び
は伸び計15で検出される。

第１図（ｂ）はモータ制御部10を示し、位置コントロ
ーラ３には、負荷速度設定部４から目標負荷速度及び目
標位置に応じたパルス信号と、エンコーダ２から送給さ
れる実際のモータ回転数に相応したパルス信号が入力さ
れ、これら２つのパルス信号の回転数偏差が、単位時間
当たりの偏差、即ち周波数偏差に相応する電圧値に変換
されて出力される。F/Vコンバータ５は、エンコーダ２
のパルス信号をその周波数に相応した電圧値に変換し、
速度フィードバック信号として偏差器６に入力する。こ
の偏差器６には位置コントローラ３から出力された電圧
信号も入力されており、両入力信号の偏差をとり、モー
タ制御信号として次段のPWMモータ駆動回路７に入力さ
れる。

PWMモータ駆動回路７は、偏差器71と、コンパレータ7
2と、スイッチングトランジスタ73と、変流器74と、整
流器（全波整流器）75と、交流電源76とから成り、変流
器74の検出信号を偏差器71にフィードバックすることに
よりPWM制御が行なわれる。なお、変流器74は、モータ
１に供給される所定のデューティ比のモータ駆動パルス
信号の平均電圧を取り出すものである。

例えば、負荷速度として0.05〜1000mm/minを設定する
と、その速度比は1:20000となる。今、0.1〜1000mm/min
の高速運転時ではPWM制御によりモータ１の出力軸が連
続回転するようにし、0.05〜0.1mm/minの低速度運転時
では、モータ１の出力軸が設定された速度に相応した回
転角づつ間欠回転するように各機器の仕様を設定する。
そして、このモータ間欠回転時においても試験片の負荷
速度が滑らかに変動するように、材料試験機の剛性，各
運動部の慣性力などを適切に定める。

第２図は記録部のブロック図であり、試験片に負荷さ
れる荷重を検出するロードセル12の検出信号はアンプ13
を介してレコーダ14の縦軸駆動端子に入力される。試験
片の伸びを検出する伸び計15の検出信号はアンプ16を介
してレコーダ14の横軸駆動端子に入力される。

第３図は、横軸をモータ回転角、縦軸を荷重としたグ
ラフであり、実線は、第１図（ａ）に示した材料試験機
のロードセル下端を固定してモータ１をある角度づつ回
転させたときのロードセル12の出力特性を示している。
１点鎖線は、つかみ具まで含めた場合の同様の特性であ
る。

第３図から、ロードセル12の分解能が荷重ａであると
き、無負荷状態のロードセル12が荷重ａを出力するだけ
材料試験機を変形させるためには、モータ１を回転角ｂ
だけ回転すればよいことがわかる。今、モータ１の回転
分解能がｂより大きい回転角ｃとすると、モータ１を回
転角ｃづつ回転するとき、ロードセル12が2aづつ増加す
ることがあり、記録計13の荷重−伸び線図がステップ状
となることがある。

したがって本発明では、材料試験機の剛性、ロードセ
ル12の分解能、モータ１の分解能を次のように設定す
る。

第３図に示すとおり、ロードセル12の分解能をａと
し、材料試験機の剛性が１点鎖線で示されるものとする
場合、モータ１の回転分解能がｂよりも小さいｄとなる
ように設定する。これにより、モータ１が回転角ｄだけ
回転しても実際に試験片に働く荷重がロードセル12の分
解能以下であるから、モータ１の出力軸が間欠に駆動さ
れても記録計の表示はステップ状に変化することがな
く、スムースな測定が可能となる。

このような実施例の動作を説明する。

速度設定部４において所望の負荷速度及び変位を設定
すると、モータ１の出力軸が連続回転するようなパルス
信号が駆動回路７からモータ１に供給される。モータ１
の回転速度及び回転数はエンコーダ２で検出され、回転
数に比例したパルス信号が位置コントローラ３に入力さ
れる。位置コントローラ３には、速度設定部４から負荷
速度及び変位に応じたパルス信号も供給され、両入力パ
ルス数の単位時間当たりの差、即ち周波数偏差に相応し
た電圧信号を偏差器６に送る。エンコーダ２からのパル
ス信号はF/Vコンバータ５で電圧値に変換され偏差器６
に入力される。偏差器６は、両入力の偏差をとり、PWM
モータ駆動回路７に偏差に相応した信号を入力する。PW
Mモータ駆動回路７は周知の回路であり、入力電圧信号
の大小に応じたデューティ比のモータ駆動パルス信号を
モータ１に供給する。モータ１はこのモータ駆動信号に
より回転駆動される。

上述したように、低速度運転時にモータ１の出力軸は
間欠回転するが、材料試験機の剛性や運動部の慣性力を
適切に定めているから試験片の負荷速度は滑らかに変動
する。

また、間欠回転時の最大単位回転角に伴い変動する荷
重がロードセル12の分解能よりも小さくなるようにして
いるから、記録計14においてステップ状ではなく連続し
た伸び−荷重特性図が得られる。

なお、本実施例ではPWM制御を行っているから、高速
運転時にもモータ１はモータ駆動パルス信号が供給され
るが、モータ自身の回転部の慣性力によって、その出力
軸は間欠回転せず滑めらかに連続回転する。

また、高低速用の２種類のモータ駆動回路を設け、高
速時はPWN制御をせずに電圧制御によりモータ１を回転
駆動し、低速時にのみモータ１をパルス駆動するように
切換制御してもよい。

G.発明の効果本発明の材料試験機によれば、低速度運転時にモータ
の出力軸が間欠回転するが、材料試験機の剛性、運転部
の慣性力の設定により、滑らかに試験片の負荷をかける
ことができる。また、間欠回転時における最大の単位回
転角あたりの負荷荷重の変動が、荷重検出器の分解能よ
りも小さいので、試験片の変位−荷重特性図には、モー
タの回転分解能に起因する段階状の変化が現れず、円滑
な測定を行うことができる。従って、モータの駆動制御
のみで広範囲な負荷速度が得られ、機械的な減速機が省
略された簡素で静粛な材料試験機を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を説明するもので、
第１図（ａ）が材料試験機の正面図、第１図（ｂ）がそ
のモータ制御部のブロック図、第２図がロードセル，伸
び計，記録計の結線図、第３図がモータ回転角と荷重と
の関係を示すグラフである。第４図が従来の材料試験機を示す正面図である。 1:モータ、2:エンコーダ 3:位置コントローラ、4:速度設定部 7:PWMモータ駆動回路 30:材料試験機

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試験片を負荷するためのモータと、モータ
回転速度を検出する検出手段と、目標モータ速度と検出
された速度との偏差に基づいてモータ駆動信号をモータ
へ供給するモータ駆動回路と、試験片の負荷荷重を検出
する荷重検出器とを備え、低速度運転時にはモータの出
力軸を間欠回転せしめ、この間欠回転時に試験片の負荷
速度が円滑に変化するように、材料試験機の剛性、材料
試験機運転部の慣性力を設定するとともに、間欠運転時
に最大となる単位回転角あたりの負荷荷重の変動が前記
荷重検出器の分解能よりも小さくなるように、前記荷重
検出器の分解能、前記モータの分解能を設定したことを
特徴とする材料試験機。