JP3271368B2 - 材料試験機 - Google Patents

材料試験機

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JP3271368B2 JP12227793A JP12227793A JP3271368B2 JP 3271368 B2 JP3271368 B2 JP 3271368B2 JP 12227793 A JP12227793 A JP 12227793A JP 12227793 A JP12227793 A JP 12227793A JP 3271368 B2 JP3271368 B2 JP 3271368B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、荷重変位曲線を表示さ
せる機能を備えた材料試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】材料の特性を調べる方法として、試験片
に加える荷重とこれに伴う変位の関係を測定することが
一般に行われている。例えば、材料試験の一種として広
く使用されている引張試験機では、試験片が延びる方向
に加えられた荷重とこれに伴なう試験片の伸びの変化を
それぞれ測定し、縦軸を荷重、横軸を変位として荷重変
位曲線を描くことによって、試験片の降伏点、耐力、最
大引張力、破断荷重、およびそれらの荷重に対応する伸
び等が測定される。
【0003】ところで、このような荷重変位曲線の表示
部を備えた材料試験機においては、測定された荷重及び
変位データをディジタル化しマイクロコンピュータ等に
よりこれらのデータに対して種々のデータ処理を施すこ
とが一般に行われている。かかる材料試験機においては
ディジタル処理を行うため測定された荷重及び変位デー
タを所定間隔でサンプリングしディジタルデータ化を図
るのであるが、従来においては材料試験の開始時から終
了時に至るまで予め定められた一定の時間間隔において
のみ検出データのサンプリングが行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、脆性材
料等の引張試験を行う場合において、通常、荷重変位曲
線は第4図のような曲線を描くのであるが、この曲線に
おいて無負荷時から降伏点に至るまでのように比較的曲
線がなめらか部分と降伏点以降に材料に生じているすべ
り部分等のように高周波成分を多く含む部分とが存在す
る。かかる場合、すべり部分を正確に再現する必要性か
らサンプリング間隔を十分に短くし、多くのディジタル
化したデータを得る必要性が生じるため、試験開始時か
ら試験の終了時まで処理するディジタルデータは膨大な
ものとなり、データ処理に多大な時間を要するという問
題があった。特に、荷重変位曲線の表示部にX−Yプロ
ッタ等の機械的動作を含むものを用いた場合には、デー
タの取り込み速度に対してX−Yプロッタ等のデータ処
理の速度が極端に遅くなるため、荷重変位曲線を表示す
るのに多大な時間がかかると共に、取り込んだデータを
保存しておくための多大なメモリを余分に必要とすると
いう問題があった。
【0005】そこで、本願発明はこれらの問題点を解消
するために創案されたものであって、材料試験に際して
荷重変位曲線を正確に表示すると共に、X−Yプロッタ
等の機械的動作を含む表示部を用いた場合であっても、
少ないメモリ容量でしかも荷重変位曲線を短時間で描く
ことができる材料試験機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願発明の実施例である
第5図を用いて、以下に本願発明の構成を説明する。本
願発明にかかる材料試験機は、試験片に加える荷重を検
出する荷重検出手段と試験片の変位を検出する変位検出
手段とを備え、試験片に加えられた荷重とこれに伴う変
位をそれぞれ検出して得られる各検出データに基づいて
データ表示部に荷重変位曲線を表示する材料試験機であ
って、前記荷重検出手段と変位検出手段からの信号を指
示された間隔でサンプリングするサンプリング手段2
と、前記サンプリング手段2でサンプリングされたデー
タを前記データ表示部6に対してサンプリングされた間
隔に基づいて所定の時間スケールで表示するよう指示す
るデータ処理部3と、一連の試験中に設定または変更す
べきサンプリング間隔の情報を知識ベースに基づいて提
供する情報提供手段4と、前記情報提供手段4により供
給される情報に基づいて前記サンプリング手段2及びデ
ータ処理部3に対して試験前あるいは試験中にサンプリ
ングすべき間隔を指示する制御手段5と、を備えたこと
を特徴とする。
【0007】
【作用】本願発明の実施例である第2図を用いて、以下
に本願発明の作用を説明する。材料試験機の機構部1で
検出された荷重及び変位の検出データはサンプリング手
段2でサンプリングされデータ処理部3を介してデータ
表示部5に表示される。かかる場合、制御手段5は一連
の試験中に設定または変更すべきサンプリング間隔の情
報を情報提供手段4から得て、試験前あるいは試験中に
おいてサンプリング手段2及びデータ処理部3に対して
サンプリングすべき間隔を指示し、サンプリング手段2
は指示された間隔で荷重及び変位データをサンプリング
し、データ処理部3は指示された間隔に基づいて、所定
スケールで荷重変位曲線を表示するようデータ表示部6
に表示指示を与える。
【0008】
【実施例】第1図は本発明にかかる材料試験機の一実施
例の全体図を示すもので、1は材料試験機の機構部であ
る。図において、10は材料試験の対象となる試験片、
11a、11bはねじ軸で駆動部12によってそれぞれ
独立して駆動され回転する。12a、12bは上下のク
ロスヘッドで、前記ねじ軸11a、11bにそれぞれ噛
み合いされ、前記ねじ軸11aの回転によって下部クロ
スヘッド12bが、また、前記ねじ軸11bの回転によ
って上部クロスヘッド12aがそれぞれガイド軸13
a、13bにガイドされながら上下方向に独立して移動
する。14は試験片に加えられた荷重を検出し出力する
荷重検出手段であるロードセル、15は試験片の変位を
検出し出力する変位検出手段である伸び計である。
【0009】20は操作卓で、キーボード21により試
験条件の設定や試験動作の指示がなされる。そして内部
には本願発明のサンプリング手段2、データ処理部3、
制御手段5及び情報提供手段4が配設されている。6は
データ表示部でX−Yプロッタ等の機械的動作を含むも
のや、CRTディスプレイで構成される。
【0010】第2図は、本願発明の第1の実施例の構成
をブロック図で表したものである。1は試験機本体の機
構部で、サンプリング手段2に対して試験片に加えられ
た荷重と試験片の変位を示す信号を出力する。2はサン
プリング手段で、制御手段5によって設定されたサンプ
リング間隔で荷重と変位の両信号をそれぞれサンプリン
グしディジタルデータとしてデータ処理部3に出力す
る。3はデータ処理部で、制御手段5により設定された
サンプリング間隔に応じて、データ表示部6に対して荷
重変位曲線の時間間隔を設定する。これにより、試験中
においてサンプリング間隔が変更された場合であっても
同一スケールで荷重変位曲線を描くことができる。ま
た、データ処理部3は所定容量のメモリを有し、サンプ
リング手段2での処理速度とデータ表示部3の処理速度
との差から生じるデータの停滞を吸収する。4は情報提
供手段である試験条件設定手段で、一連の試験中に制御
手段5がサンプリング手段2及びデータ処理部3に対し
てサンプリング間隔を設定するためのに必要な情報を制
御手段5に出力する。5は制御手段で試験条件設定手段
4によって与えられたサンプリング間隔の情報に基づい
て、サンプリング手段2でサンプリングされたデータに
応じて所定の間隔でサンプリングするようサンプリング
手段2に対して指示し、またデータ処理部3に対してサ
ンプリング手段2に指示したサンプリング間隔の情報を
設定する。6はデータ表示部で、データ処理部3によっ
て指示されたスケールで荷重変位曲線を表示する。
【0011】次に、一般に第4図に示されるような荷重
変位曲線を描く脆性材料を引張試験する場合について、
本願発明の第1の実施例の動作を第3図のフローチャー
トに基づいて説明する。まずS1において、試験条件設
定手段4によってサンプリング間隔n1、n2、n3及
び変位ε1、ε2が設定されるのを待つ。ここで、第4
図に示されるように脆性材料を試験する場合、変位εが
ε1付近までは弾性領域で荷重変位関係がほぼ比例関係
にあり、ε1付近で降伏点に達し、変位εがε1付近か
らε2付近の間で材料にすべりが生じ、荷重が略一定と
なる。そして、変位εがε2を越えると緩やかなカーブ
を描き変位εが所定の値となった時点で破断する性質を
有する。上述したε1及びε2は脆性材料であれば予め
値が決まっているため、試験条件設定手段4によって、
それぞれの材料に応じてε1は予想される降伏点よりも
幾分小さい値が、またε2は材料のすべりが終了する値
よりもやや大きめの値が設定され、又材料のすべりが生
じると予想される変位εがε1とε2の間にあるときの
みサンプリング間隔n2は小さい値が、その他のサンプ
リング間隔n1、n3は大きい値が設定される。なお、
上述のサンプリング間隔n1、n2、n3及び変位ε
1、ε2の値は、キーボードから手動により、またはI
Cカード等から自動により入力される。
【0012】次に、S2で試験開始の指示があるとS3
へ進んで、サンプリング手段2に対してサンプリング間
隔n1でサンプリングを行うよう指示すると共に、デー
タ処理部3に対してもサンプリング間隔n1をセット
し、S4でサンプリング手段2でサンプリングされた変
位εがε1になるのを待つ。ここで、試験片の変位εが
ε1になるまでは荷重と変位が略比例の関係を有するた
め、比較的大きいサンプリング間隔n1でサンプリング
しても正確な荷重変位曲線を描くことができ、しかもデ
ータ量が少ないため、データ表示部6において荷重変位
曲線が迅速に描かれることとなる。
【0013】そして、サンプリング手段2でサンプリン
グされた変位εがε1を越えるとS5に進んでサンプリ
ング手段2に対してサンプリング間隔n2でサンプリン
グを行うよう指示すると共に、データ処理部3に対して
もサンプリング間隔n2をセットし、S6でサンプリン
グ手段2でサンプリングされた変位εがε2になるのを
待つ。ここで、試験片の変位εがε2になるまでは降伏
点から変位の増加とともに荷重が小さい範囲で振動する
すべりの状態が生じるが、サンプリング間隔n2を小さ
い値で設定しているため、正確に荷重変位曲線を描くこ
とができ、しかも、すべりが生じる範囲であるε1とε
2の範囲は全体の変位量に対して小さいため、この部分
のみデータ量を多くしてもデータ表示部6での表示遅れ
が生じることがなく、またデータ処理部3のメモリ容量
をそれほど増大させる必要も生じない。
【0014】次に、S6でサンプリング手段2でサンプ
リングされた変位εがε2を越えるとS7に進んでサン
プリング手段2に対してサンプリング間隔n3でサンプ
リングを行うよう指示すると共に、データ処理部3に対
してもサンプリング間隔n3をセットしてS8へ進む。
この状態から破断するまでは、比較的緩やかな円弧状の
曲線を描くため、比較的大きなサンプリング間隔n3で
サンプリングしても正確な荷重変位曲線を描くことがで
き、しかもデータ量が少ないため、データ表示部6にお
いて荷重変位曲線が迅速に描かれることとなる。
【0015】そして、S8では第1図のロードセル14
からの荷重検出信号Lが予めキーボード21等により設
定された十分小さい荷重値LM よりも小さくなった時
点、即ち試験片が破断した時点で試験が終了したものと
して処理を終わる。
【0016】尚、データ処理部3は設定されたサンプリ
ング間隔n1,n2,n3に応じてデータ表示部6が表
示する時間スケールを変更するため、試験中においてサ
ンプリング間隔が変更された場合であっても荷重変位曲
線のスケールが途中で変わることはない。又、ディジタ
ル化されたデータに対して種々のフィルタ処理を施すこ
とも可能である。
【0017】ここで、本願発明の第2の実施例として、
本願発明の構成要件である情報提供手段としての第1の
実施例の試験条件設定手段4に代えて第5図のブロック
図に示されるように知識ベース4’を用いることもでき
る。上述した通り、試験体の引張試験等を行う場合、脆
性材料であるか延性材料であるかにより荷重変位曲線は
特有の形状を有し、かつ材料に応じてほぼ同一の変位値
で同一の降伏点等を有するため、知識ベース4’には複
数の材料についてサンプリング間隔の情報が記憶されて
いる。例えば、脆性材料である場合には、第1の実施例
において試験条件設定手段4で設定された弾性領域の限
界付近を示す変位ε1及びすべり領域の限界付近を示す
変位ε2、さらにε1、ε2で分けられる3つの領域に
おけるサンプリング間隔n1、n2及びn3がそれぞれ
の材料毎に記憶されている。そして、制御手段5は第1
図のキーボード等から与えられた材料の種類のみ認識し
て知識ベース4’から前記ε1、ε2及びn1、n2、
n3の情報を読み出す。そして、第1の実施例の第4図
のフローチャートで示したようにS2〜S8の動作を行
う。
【0018】このように情報提供手段として、知識ベー
スを用いた場合には、試験すべき材料の種類を入力する
だけで、荷重変位曲線を正確に表示すると共に、X−Y
プロッタ等の機械的動作を含む表示部を用いた場合であ
っても、少ないメモリ容量でしかも荷重変位曲線を短時
間で描くことが可能となる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、荷重変位曲線の作成に
際して、低周波成分のみ含む部分はサンプリング間隔を
大きく、また高周波成分を含む部分はサンプリング間隔
を小さく荷重及び変位の検出データをサンプリングし、
さらにサンプリング間隔に応じて表示スケールを変更で
きるよう知識ベースを用いて簡単に試験条件設定ができ
る構成を採用したため、検出された荷重及び変位データ
に基づいて荷重変位曲線を正確に表示できると共に、X
−Yプロッタ等の機械的動作を含む表示部を用いた場合
であっても、少ないメモリ容量でしかも荷重変位曲線を
短時間で描くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施例を示す全体図である。
【図2】本願発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】本願発明の第1の実施例の制御手段の動作を示
すフローチャートである。
【図4】脆性材料の引張試験における荷重変位曲線の一
例を示す図である。
【図5】本願発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 材料試験機の機構部 2 サンプリング手段 3 データ処理部 4 情報提供手段 5 制御手段 6 データ表示部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験片に加える荷重を検出する荷重検出
    手段と試験片の変位を検出する変位検出手段とを備え、
    試験片に加えられた荷重とこれに伴う変位をそれぞれ検
    出して得られる各検出データに基づいてデータ表示部に
    荷重変位曲線を表示する材料試験機において、前記荷重
    検出手段と変位検出手段からの信号を指示された間隔で
    サンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリン
    グ手段でサンプリングされたデータを前記データ表示部
    に対してサンプリングされた間隔に基づいて所定の時間
    スケールで表示するよう指示するデータ処理部と、一連
    の試験中に設定または変更すべきサンプリング間隔の情
    報を知識ベースに基づいて提供する情報提供手段と、前
    記情報提供手段により提供される情報に基づいて、前記
    サンプリング手段及びデータ処理手段に対して試験前あ
    るい試験中にサンプリングすべき間隔を指示する制御手
    段と、を備えたことを特徴とする材料試験機。
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