JP3350272B2 - 材料試験装置 - Google Patents

材料試験装置

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JP3350272B2 JP03348795A JP3348795A JP3350272B2 JP 3350272 B2 JP3350272 B2 JP 3350272B2 JP 03348795 A JP03348795 A JP 03348795A JP 3348795 A JP3348795 A JP 3348795A JP 3350272 B2 JP3350272 B2 JP 3350272B2
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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、金属材料等の試験片の
引張試験等を行う材料試験装置に関し、試験片に印され
た標線の位置を光学式伸び計で計測して標線間の伸びを
計測するようにした材料試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、材料試験装置に用いられる伸び計
として、例えば特開昭63−61106号公報に開示さ
れた光学式変位計がある。この特開昭63−61106
号公報の光学式変位計は、試験片の基準マークすなわち
標線を光学レンズ系でCCD等のラインセンサ上に結像
し、このラインセンサにおける標線の結像位置の差から
変位すなわち伸びを計測するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、カメラの
原理を用いた光学式伸び計においては、標線を結像する
光軸がレンズ中央から外れている場合、試験片の変形に
よる測定距離の変動により、結像される像の位置が変わ
ってしまう。このため、伸び計測値に誤差が生じるとい
う問題がある。
【0004】本発明は、光学式伸び計を用いた材料試験
装置において、試験片の変形による測定誤差を無くして
高精度で伸び計測を行うことを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の材料試験装置は、試験片に負荷を加
えるとともに、光学式伸び計で計測した標線の位置情報
から標線間の伸びを計測するようにした材料試験装置に
おいて、前記光学式伸び計の合焦点位置からの前記試験
片の負荷軸方向と垂直な方向におけるの変位量を検出す
る変位計測手段を備え、前記光学式伸び計による位置情
報を、前記変位計測手段で検出した変位量に基づいて前
記試験片の位置における位置情報に補正して前記標線間
の伸びを計測するようにしたことを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明の材料試験装置において、変位計測手段
は光学式伸び計の合焦点位置からの試験片の負荷軸方向
と垂直な方向におけるの変位量を検出する。光学式伸び
計は合焦点位置の標線に対しては正しい位置情報が得ら
れるように調整されており、試験片が負荷軸方向と垂直
な方向に変位すると標線も変位して正しい位置情報が得
られないが、上記変位計測手段で検出した変位量に基づ
いてこの光学式変位計の位置情報を試験片の位置におけ
る位置情報に補正すると標線の正しい位置情報が得られ
る。
【0007】なお、試験片の負荷軸方向と垂直な方向に
おける変位量として標線についての変位量を検出し、こ
の標線についての変位量に基づいて光学式伸び計による
位置情報を補正すると、補正時の演算等が容易になる。
【0008】さらに、試験片の負荷軸方向と垂直な方向
における変位量として2つの標線についての変位量をそ
れぞれ検出し、この2つの標線についての各変位量に基
づいて、2つの標線についての前記光学式伸び計による
位置情報をそれぞれ補正すると、試験片の変形状態に係
わらずより正確に補正することができる。
【0009】
【実施例】図1は本発明実施例の材料試験装置の要部の
構成を示す図である。図において、1は試験片であり、
この試験片1は、図4に示したように、中央の細い平行
部1aの両端に把持用の拡大部1bを有する板状をして
いる。また、この試験片1には、標点を示すために負荷
軸方向と直交する2本の平行な上標線と下標線が描かれ
ている。
【0010】図1において、2はレンズ2aとCCD2
bを備えた光学式伸び計、3は変位計測手段としての変
位計、4はシステム制御装置であり、光学式伸び計2
は、図示しないチャックに取り付けられた試験片1に対
して、この試験片1に変形がない場合に合焦点となると
ともに上下の標線が視野に入るように設定されている。
また、変位計3は、試験片1に対して光学式伸び計2と
同じ側で上標線の高さに設置されており、この変位計3
は、試験片1の表面1aと垂直な方向すなわち試験片1
に加わる負荷軸方向と垂直な方向(以後、「光軸方向」
という。)の試験片1の変位を検出する。
【0011】また、変位計3は、図示しないチャックの
中央までの変位を計測したときの出力が0であり、試験
片1が光学式伸び計2から遠ざかる向きに変位したとき
プラスの値を出力するように予めセットされている。
【0012】試験片1はチャックの中央に取り付けられ
るので、試験片1の厚みをtとすると、変位計3の出力
が(−t/2)のとき光学式伸び計2の合焦点位置に試
験片1があることになる。したがって、試験片1の厚み
が予め分かっていれば、変位計3の出力から試験片上の
標線位置の合焦点位置からのずれを求めることができ
る。
【0013】システム制御装置4はマイクロコンピュー
タ等によって構成されており、このシステム制御装置4
は、図示しない試験機本体における負荷検出や駆動制
御、光学式伸び計2の出力、変位計3の出力を取り込ん
で、後述説明する演算を行って試験片1の伸びを計測す
る。
【0014】図2は実施例における誤差補正の原理を説
明する図であり、図示の試験片1は負荷を加える前の状
態、試験片1′は負荷(張力)を加えたときの状態を示
している。なお、同図では試験片1,1′について光軸
方向の距離を誇張して示してある。また、図示の各点に
印した記号のうち“U”,“u”は上標線に対応する
点、“L”,“l”は下標線に対応する点を示し、
“O”,“o”は光軸上の点を示し、“f”は合焦点位
置の点を示している。
【0015】試験片1,1′は通常、弧を描いて変形し
ているので、試験片の変形した状態は、図示のように合
焦点位置から光軸方向への平行移動で表現することがで
きる。なお、試験片1の変形によって負荷軸方向の位置
も変位するが、試験片1の変形量が小さい場合、この負
荷軸方向の変位量は光軸方向の変位量に比べてオーダー
的に小さいので無視することができる。
【0016】なお、図2において、レンズ位置から合焦
点位置までの距離f、レンズ位置からCCDまでの距離
Fは正の値、合焦点位置から試験片1,1′の標線まで
の変位量はレンズ位置から遠ざかる方向が正の値、レン
ズ位置よりも試験片1,1′側におけるY座標は光軸上
が0で上方向が正の値、レンズ位置よりもCCD側にお
けるY座標は光軸上が0で下側が正の値とする。
【0017】試験片1の変形によって合焦点位置から+
0 離れた位置に上標線u0 、下標線l0 があり、引張
試験の過程においては、試験片1′のように、試験片
1′が伸びるのと同時に変形が徐々に修正され、+d離
れた位置に上標線u,下標線lが移動したとする(原点
はそれぞれ光軸上の点o0 ,o)。このとき、光学式伸
び計2のCCDに結像される像は、それぞれU0
0 ,U,Lである(原点は光軸上の点O)。
【0018】ここで、従来方式によれば、CCDの結像
位置から算出する標線のそれぞれの位置は試験片が合焦
点位置にあることを前提とし、光学系の倍率(F/f)
をMとして次式(1)で算出する。なお、以下の説明に
おいては、各点の負荷軸方向(図2のY軸方向)の位置
座標を各点のラベルで表す。
【0019】
【数1】
【0020】したがって、負荷軸上の標線間隔の差であ
る伸びは、
【数2】 となり、
【0021】
【数3】 の伸び計測誤差を生じる。
【0022】ところで、u0 ,l0 とu0f,l0fおよび
u,lとuf ,lf との間には、次の式(2)の関係が
ある。
【0023】
【数4】
【0024】したがって、実際の標線の位置である
0 ,l0 ,u,lを結像位置の位置情報であるU0
0 ,U ,L と、合焦点位置からの変位量d0 ,d
で表現することができる。
【0025】すなわち、システム制御装置4は、試験片
に変形があった場合でも光学式伸び計2からの結像位置
の位置情報U0 ,L0 ,U ,L と変位計3からの変
位量d0 ,dを取り込み、上式(2)に基づいて実際の
標線の位置であるu0 ,l0,u,lを演算するととも
に、さらに、次式(3)の演算を行って、正確な伸びを
計測する。
【数5】
【0026】なお、上記の実施例では試験片の形状が弧
であると仮定して、上標線と下標線の合焦点位置からの
変位量を同じとして説明しているが、この仮定は本発明
の本質には関わりなく、上標線と下標線の合焦点位置か
らの変位量が異なる場合にも本発明は適用できる。その
場合は変位計を上下標線にそれぞれ対応させて設置し、
上式(3)のU,U0 に掛かる式の合焦点位置からのず
れを上標線専用に設置した変位計の出力から、また、
L,L0 に掛かる式の合焦点位置からのずれを下標線専
用に設置した変位計の出力から算出するようにすればよ
い。
【0027】図3は上標線と下標線の合焦点位置からの
変位量が異なる場合の誤差補正の原理を説明する図であ
り、同図は図2と同様に、試験片1,1′について光軸
方向の距離を誇張して示してある。なお、図示の各点に
印した記号は図2の場合と同様な点を示しており、前記
同様に各点の負荷軸方向(図2のY軸方向)の位置座標
を各点のラベルで表すまた、距離および座標値の正負は
図2の場合と同様である。
【0028】試験片1の変形によって、合焦点位置から
+du0離れた位置に上標線u0 が、+dl0離れた位置に
下標線l0 がぞれぞれあり、引張試験の過程において試
験片1′が伸びるのと同時に変形が徐々に修正され、+
u 離れた位置に上標線uが、+dl 離れた位置に下標
線lがそれぞれ移動したとする。このとき、光学式伸び
計2のCCDに結像される像は、それぞれU0 ,L0
U,Lである。
【0029】前掲の(2)式と同様に、試験片1′の上
標線と下標線の座標u,l、試験片1の上標線と下標線
の座標u0 ,l0 はF,f,du ,dl ,du0,dl0
U,L,U0 ,L0 によりそれぞれ次式(4)で示され
る。
【0030】
【数6】
【0031】ここで、この実施例の場合には上標線と下
標線の光軸方向の位置が僅かにずれているので、実際の
標線間隔(試験片1,1′に沿った方向の間隔)は厳密
には光軸方向の座標にも関係するが、実際の標線間隔の
光軸方向成分は負荷軸方向成分より遙に小さいので、こ
の負荷軸方向成分を実質的な標線間隔することができ
る。したがって、標線間隔を負荷軸方向成分とすると、
試験片1の標線間隔glおよび試験片1′の標線間隔g
0 は次式(5)で示される。
【数7】
【0032】したがって、負荷軸上の標線間隔の差であ
る伸びsは次式(6)で示される。
【数8】
【0033】上式(6)において、第1項は映像による
伸び、第2項は初期の標線位置からの相対変位による補
正量、第3項は初期の標線位置からの絶対位置による補
正量を示している。
【0034】なお、上式(6)を展開して整理すると、
次式(7)に示したように、前掲の式(3)のU,U0
に掛かる式の合焦点位置からのずれを上標線位置の座標
に、また、L,L0 に掛かる式の合焦点位置からのずれ
を下標線位置の座標にそれぞれ置き換えた式になる。
【数9】
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明の材料試験装
置によれば、光学式伸び計を用いた材料試験装置におい
て、光学式伸び計の合焦点位置からの試験片の負荷軸方
向と垂直な方向におけるの変位量を検出し、光学式伸び
計による位置情報をこの検出した変位量に基づいて試験
片の位置における位置情報に補正して標線間の伸びを計
測するようにしたので、試験片の変形による測定誤差を
無くして高精度で伸び計測を行うことができる。
【0036】なお、試験片の負荷軸方向と垂直な方向に
おける変位量として標線についての変位量を検出し、こ
の標線についての変位量に基づいて光学式伸び計による
位置情報を補正すると、補正時の演算等が容易になる。
【0037】さらに、試験片の負荷軸方向と垂直な方向
における変位量として2つの標線についての変位量をそ
れぞれ検出し、この2つの標線についての各変位量に基
づいて、2つの標線についての前記光学式伸び計による
位置情報をそれぞれ補正すると、試験片の変形状態に係
わらずより正確に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の材料試験装置の要部の構成を示
す図である。
【図2】本発明実施例における誤差補正の原理を説明す
る図である。
【図3】本発明他の実施例における誤差補正の原理を説
明する図である。
【図4】本発明実施例における試験片を示す図である。
【符号の説明】
1 試験片 2 光学式伸び計 3 変位計 4 システム制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−61106(JP,A) 特開 昭62−231106(JP,A) 特開 平6−241967(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/06 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験片に負荷を加えるとともに、光学式
    伸び計で計測した標線の位置情報から標線間の伸びを計
    測するようにした材料試験装置において、前記光学式伸
    び計の合焦点位置からの前記試験片の負荷軸方向と垂直
    な方向における変位量を検出する変位計測手段を備え、
    前記光学式伸び計による位置情報を、前記変位計測手段
    で検出した変位量に基づいて前記試験片の位置における
    位置情報に補正して前記標線間の伸びを計測するように
    したことを特徴とする材料試験装置。
  2. 【請求項2】 前記変位計測手段は、前記光学式伸び計
    の合焦点位置からの前記試験片の負荷軸方向と垂直な方
    向における変位量として前記標線についての変位量を検
    出し、該標線の変位量に基づいて該標線についての前記
    光学式伸び計による前記位置情報を補正するようにした
    ことを特徴とする請求項1記載の材料試験装置。
  3. 【請求項3】 前記変位計測手段は、前記光学式伸び計
    の合焦点位置からの前記試験片の負荷軸方向と垂直な方
    向における変位量として前記2つの標線についての変位
    量をそれぞれ検出し、該2つの標線についての各変位量
    に基づいて該2つの標線についての前記光学式伸び計に
    よる前記位置情報をそれぞれ補正するようにしたことを
    特徴とする請求項2記載の材料試験装置。
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