JP3430724B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、各種材料の引張
試験や圧縮試験などの試験を行なう材料試験機に係り、
特に、各種材料に荷重を印加する負荷機構および材料に
印加されている荷重やその変位量を測定する測定手段を
制御する技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の材料試験機として、例え
ば、材料を取り付けられて引張や圧縮などの荷重をその
材料に対して印加する負荷機構と、材料に印加されてい
る荷重や材料の変位量を測定する測定部と、ＪＩＳやＩ
ＳＯなどの規格に基づいて負荷機構と測定手段の制御手
順（以下、制御パターンと称する）を予め記憶する制御
パターン記憶部と、その制御パターンに基づいて負荷機
構および測定部を制御する制御部と、を備えているもの
がある。 【０００３】このように構成されている材料試験機を利
用した試験のうち、引張試験を例に採って説明する。ま
ず、負荷機構に材料である試料を取り付ける。そして、
所望の制御パターンを指示すると、制御パターン記憶部
からその制御パターンが読み出される。この制御パター
ンは制御部によって実行され、負荷機構および測定部が
制御パターンに応じて制御される。負荷機構は制御パタ
ーンに応じて試料に所定の荷重を印加し、そのときの試
料の変位量は測定部により測定されるようになってい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、従来の材料試験機で実施可能な試験
は、制御パターン記憶部に予め格納されている各種の規
格に基づいた制御パターンによるものだけであり、これ
らの制御パターンは、例えば、荷重を印加する速度を増
減したりする程度のカスタマイズしか行なうことができ
ないので、社内的に、あるいは業界内だけで実施される
ような、ＪＩＳなどに規定されている試験方法とは異な
る特殊な試験を行なうことができない。その特殊な試験
は、例えば、試験結果を早く得る目的であったり、特殊
な使用環境を考慮する目的などで実施されるものであ
り、このような試験を実施するためには特別に制御パタ
ーンを材料試験機メーカーなどに依頼して作成してもら
う必要がある。または、特殊な試験とほぼ同等の結果を
得るために、複数回の試験を行なったり、特殊な試験に
できるだけ近い制御を行なって試験を行なう必要があ
る。すなわち、材料試験機のユーザー側で容易に任意の
材料試験を実施することができないという問題点があ
る。 【０００５】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、制御パターンを定義可能に構成する
ことにより、特殊な材料試験を容易に実施することがで
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】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、この発明に係る材料試験機は、各種材料の引張試験
や圧縮試験などの試験を行なう材料試験機であって、材
料を取り付けられて引張や圧縮などの荷重をその材料に
対して印加する負荷機構と、前記材料に印加されている
荷重や前記材料の変位量を測定する測定手段と、各種試
験方法に基づく前記負荷機構および前記測定手段の制御
手順（制御パターン）を予め記憶する制御パターン記憶
部と、前記負荷機構および前記測定手段の動作を制御す
る基本的な各種の制御命令を記憶する制御命令記憶部
と、前記制御パターン記憶部に記憶されている制御パタ
ーンに、前記制御命令記憶部に記憶されている各種の制
御命令を組み合わせたり、前記制御命令記憶部に記憶さ
れている各種の制御命令を組み合わせて新たな制御パタ
ーン（定義制御パターン）を定義するための指示部と、
前記指示部を介して定義された定義制御パターンを記憶
する定義制御パターン記憶部と、前記制御パターン記憶
部や前記定義制御パターン記憶部に記憶されている制御
パターンに基づいて前記負荷機構および前記測定手段を
制御する制御部と、を備えているものである。 【０００７】 【作用】この発明の作用は次のとおりである。制御パタ
ーン記憶部には、各種試験方法（例えばＪＩＳ）に基づ
いて、材料を取り付けられて引張や圧縮などの荷重をそ
の材料に対して印加する負荷機構と、材料に印加されて
いる荷重や材料の変位量を測定する測定手段とを制御す
る制御手順（制御パターン）が予め記憶されている。ま
た、制御命令記憶部には、負荷機構および測定手段の動
作を制御する基本的な各種の制御命令が記憶されてい
る。材料試験機のユーザーは、指示部を介して、制御パ
ターン記憶部に予め記憶されている制御パターンに、制
御命令記憶部に記憶されている各種の制御命令を組み合
わせたり、制御命令記憶部に記憶されている各種の制御
命令だけを組み合わせたりすることによって、すなわ
ち、各種の制御命令を部品のように取り扱うことによ
り、所望する新たな制御パターン（定義制御パターン）
を定義することができる。このようにして定義された定
義制御パターンは定義制御パターン記憶部に記憶され、
制御部が定義制御パターンを実行することにより、負荷
機構および測定手段を制御してユーザーが定義した定義
制御パターンに基づいて材料試験を行なうことができ
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施例を説明する。図１は、実施例に係る材料試験機
の概略構成を示すブロック図である。 【０００９】図中、符号１は負荷機構であり、基台２に
配設されて上部を連結された２本の機柱３と、機柱３に
沿って鉛直方向に昇降するクロスヘッド４とから構成さ
れている。クロスヘッド４の下部および基台２の上部に
は、材料である試料Ｓの端部をそれぞれ把持するチャッ
ク５が取り付けられている。クロスヘッド４側のチャッ
ク５は、試料Ｓに印加されている荷重を検出するロード
セル６を内蔵している。このロードセル６は、例えば、
ストレーンゲージなどにより構成されており、チャック
５に加わる荷重、すなわち、試料Ｓに印加されている荷
重を電気信号に変換して荷重信号Ａとして出力する機能
を有するものである。 【００１０】基台２はクロスヘッド４を昇降駆動するた
めのクロスヘッド駆動モータ７を内蔵しており、クロス
ヘッド駆動モータ７は機柱３に沿って配設された図示し
ないネジ軸を回転駆動することによりクロスヘッド４を
昇降するようになっている。クロスヘッド駆動モータ７
は、負荷制御部１０からの制御命令信号Ｂに応じてクロ
スヘッド４を昇降駆動する。また、クロスヘッド駆動モ
ータ７の回転軸には、回転量を検出して変位量を検出す
る変位計８が取り付けられており、変位計８により検出
されたその変位量は変位量信号Ｃとして負荷制御部１０
に与えられるようになっている。 【００１１】また、試料Ｓには、例えば、試料Ｓの伸び
を検出する伸び計１１が取り付けられ、この伸び量、す
なわち変位量は試料変位量信号Ｄとして負荷制御部１０
に与えられる。負荷制御部１０は、後述するデータ処理
装置２０からの制御命令に応じて負荷機構１に制御命令
信号Ｂを出力するとともに、荷重信号Ａと制御命令の荷
重値とを比較してそれらが一致するようにフィードバッ
ク制御を行なう。さらに、ロードセル６からの荷重信号
Ａと、変位計８からの変位量信号Ｃと、伸び計１１から
の試料変位量信号ＤとをＡ／Ｄ変換して測定信号Ｅとし
てデータ処理装置２０に出力する機能を有する。なお、
負荷制御部１０は、この発明における測定手段に相当す
る。 【００１２】データ処理装置２０は、負荷制御部１０か
らの測定信号Ｅを取り込むとともに、制御命令Ｆを負荷
制御部１０に所定のタイミングで出力する制御部２１
と、種々の制御命令Ｆから構成される、コンピュータプ
ログラムに相当する制御手順（以下、制御パターンと称
する）を記憶している制御メモリ２２と、測定信号Ｅを
データとして格納するデータメモリ２３と、データメモ
リ２３の各データから種々の特性値を算出するための計
算式を記憶している計算式メモリ２４と、種々の指示を
行なう指示部２５と、測定データや算出された特性値な
どを表示するＣＲＴ２６とから構成されている。 【００１３】制御メモリ２２は、ＪＩＳなどの各種規格
に基づく種々の制御パターンを予め記憶している制御パ
ターン記憶部２２ａと、負荷機構１と負荷制御部１０の
動作を制御する基本的な各種の制御命令を記憶している
制御命令記憶部２２ｂと、この装置のユーザーによって
定義された新たな制御パターン（以下、定義制御パター
ンと称する）を記憶する定義制御パターン記憶部２２ｃ
とから構成されている。 【００１４】データメモリ２３は、測定信号Ｅを順次に
記憶するデータ記憶部２３ａと、データ記憶部２３ａに
記憶された多数のデータのうち、演算を行なう範囲を記
憶するデータ処理範囲記憶２３ｂとから構成構成されて
いる。 【００１５】計算式メモリ２４の計算式記憶部２４ａ
は、例えば、データに基づいて算出する応力や弾性率な
どの計算式を予め記憶しており、演算子記憶部２４ｂは
四則演算や三角関数などの関数を記憶している。また、
定義計算式記憶部２４ｃは、ユーザーが所望する材料特
性値を算出するための特殊な計算式を記憶するものであ
る。 【００１６】なお、制御メモリ２２、データメモリ２
３、計算式メモリ２４は、それぞれデータ処理装置２０
の内部メモリとして構成されているものであるが、それ
ぞれ個別に記憶領域を確保されてハードディスク装置な
どの外部記憶装置に格納されており、装置の起動時に各
メモリ２２〜２４にロードされるようになっている。さ
らに、各メモリ内の記憶部の内容は、フロッピーディス
ク装置などの補助記憶装置により保存することができる
ように構成されている。 【００１７】指示部２５は、数値や記号を指示したり、
後述するように制御パターンを指示するためのキーボー
ド２５ａと、ＣＲＴ２６上の任意の位置を指示してキー
ボード２５ａと同様に利用されるマウス２５ｂとから構
成されている。 【００１８】制御パターン記憶部２２ａに記憶されてい
る、各種の規格に基づく制御パターンとしては、Creep,
Relaxationが挙げられる。 【００１９】Creep およびRelaxationは、それぞれクリ
ープ試験とリラクゼーション試験を示し、これらは規格
に基づいて既に制御命令を組み合わせて構成されてい
る。したがって、これらにさらに制御命令を組み合わせ
ることにより定義制御パターンを容易に定義することが
できる。 【００２０】また、制御命令記憶部２２ｂに記憶されて
いる、負荷機構１と負荷制御部１０の動作を制御する基
本的な各種の制御命令としては、例えば、Control,Up,D
own,Stop,Hold,Speed,Gain,Range,ALSCOn,ALSCOff,Load
>=,Load <=,Stroke >=,Stroke <=,GetData,Timer など
が挙げられる。 【００２１】Control は、コントロール試験を意味し、
ユーザーが定義する制御パターンの先頭に付されて制御
の開始位置を示すものである。Up,Down,Stop,Hold は、
クロスヘッド４の昇降に係る制御命令であり、順にクロ
スヘッド４を上昇、下降、停止、保持させるものであ
る。Speed は試験速度を設定し、Gainは制御ゲインを設
定し、Range は荷重レンジを設定するものである。ALSC
On,ALSCOffは、自動負荷装置の動作／非動作を設定する
ものである。Load >=,Load <= はロードセル６の荷重信
号Ａが設定値以上／以下である場合には、次のステップ
に移行する条件制御命令であり、Stroke >=,Stroke <=
は変位計８の変位量信号Ｃが設定値以上／以下のとき
は、次のステップに移行する条件制御命令である。な
お、ALSCOn,ALSCOff制御命令は、データ処理装置２０か
らの制御を一旦離れて、負荷制御部１０が単独で負荷機
構１を制御するものであり、例えば、一定の荷重を所定
時間だけ試料Ｓに印加するように制御するものである。 【００２２】GetData は、ロードセル６からの荷重信号
Ａと、変位計８からの変位量信号Ｃと、伸び計１１から
の試料変位量信号Ｄとを得て、それらをＡ／Ｄ変換して
測定信号Ｅとして出力するように負荷制御部１０に指示
する制御命令である。Timerは、負荷制御部１０に、所
定時間だけ負荷機構１をそれ以前の状態に保持するよう
に指示する制御命令である。 【００２３】次に、ユーザーの所望する特殊な制御パタ
ーンを定義する処理について、図２及び図３を参照して
説明する。なお、図２は制御パターンの定義処理を示す
フローチャートであり、図３はその処理を起動した際に
ＣＲＴ２６に表示される画面を示す図である。 【００２４】なお、図３に示すＣＲＴ２６に表示される
画面中、命令一覧表と表題の付された領域３０は制御パ
ターン記憶部２２ａおよび制御命令記憶部２２ｂに記憶
されている制御パターン（Creep,Relaxationなど）およ
び制御命令（Control,Up,Down,Stopなど）が表示され、
プログラムリストと表題の付された領域３１は定義制御
パターン記憶部２２ｃに定義制御パターンとして格納さ
れるようになっている。 【００２５】まず、ステップＳ１では、プログラム名を
入力する。具体的には、マウス２５ｂで図示しないポイ
ンタを領域３１（２２ｃ）の第１番目のステップを選択
した後、キーボード２５ａを介して適宜のプログラム名
を入力する。ここではプログラム名としてContorolを入
力したとする。 【００２６】次に、ステップＳ２においてプログラム名
（Contorol）に続いて命令を入力する。この命令は上述
した各種の制御命令であり、命令一覧表の領域３０に表
示されている所望の制御命令をマウス２５ｂで選択する
ことにより、その制御命令がプログラムリストの領域３
１に入力される。ここでは、制御命令としてクロスヘッ
ド４を下降させるDownが入力されたとする。 【００２７】制御命令を入力した際に、パラメータを有
する制御命令である場合には、ステップＳ３において、
ステップＳ４に分岐してパラメータの入力を促す。上述
した制御命令のうち、Load >=,Load <= などは条件分岐
であるので、その条件となる設定値をパラメータとして
入力する必要がある。現在入力されている制御命令はパ
ラメータのない制御命令Downであるので、ステップＳ５
に分岐し、制御パターンの作成が終了したか否かにより
処理を分岐する。ここでは続けて制御命令を入力するの
で、ステップＳ２に戻ってさらに制御命令を入力する。 【００２８】例えば、上述したようにステップＳ２〜ス
テップＳ５を繰り返し行なって、以下に示すような制御
パターンを入力したとする。 命令 パラメータ１ パラメータ２ Control Down Load >= 50.0 N GetData Timer 5 Up Load <= 10.0 N GetData Timer 5 Down Load >= 40.0 N GetData Timer 5 Up Load <= 20.0 N ……… ……… 【００２９】このうち制御命令Load >= は、パラメータ
を有する命令であるので〔図２のフローチャート中のス
テップＳ３を経てステップＳ４に移行し〕、図３に示す
画面にて、パラメータ入力領域３２をマウス２５ｂで選
択し、キーボード２５ａを介して直接的に数値を入力し
たり、マウス２５ｂで数値を上下に可変することにより
パラメータを指定する。この場合には、ロードセル６の
荷重信号Ａが設定値（５０Ｎ）以上である場合には、次
のステップに移行するように設定している。なお、この
命令はパラメータ１とパラメータ２の２つのパラメータ
を有し、パラメータ１が荷重値であり、パラメータ２が
その単位（kgf やN ）である。なお、制御命令Timer
は、パラメータ１だけであり、その単位は既定値として
(sec) が設定されている。 【００３０】そして、所望の制御パターンを入力し終え
ると、ステップＳ５からステップＳ６に分岐する。この
分岐は、例えば、図３中の下方に配置されている『Ｏ
Ｋ』をマウス２５ｂで指示したり、キーボード２５ａか
ら特定キーを指示することによって行なわれる。そし
て、プログラムリストの領域３１の一連の制御命令が１
つの定義制御パターンとして定義制御パターン記憶部２
２ｃに格納される。この格納された定義制御パターンを
入力部２５を介して選択し、制御部２１により実行させ
ることにより、容易に特殊な制御パターンで材料試験を
実施することができる。 【００３１】上述したように、定義制御パターン記憶部
２２ｃに記憶されている各種の制御命令を組み合わせ
て、新たな制御パターン（定義制御パターン）を定義可
能に構成することにより、特殊な材料試験を容易に実施
することが可能となる。したがって、従来装置では不可
能であった、社内的に、あるいは業界内だけで実施され
るような、ＪＩＳなどに規定されている試験方法とは異
なる特殊な試験を、特殊な装置を利用したり、特殊な試
験に近似的な試験で代えることなく容易に行なうことが
できる。 【００３２】なお、上述した例では、制御命令記憶部２
２ｂに記憶されている各種の制御命令のみを組み合わせ
て定義制御パターンを定義したが、各種の規格に基づい
て既に記憶されている制御パターンを制御パターン記憶
部２２ａから読み出して、これを制御命令で修正して定
義制御パターンを定義するようにしてもよい。これによ
り、定義制御パターンをより容易に定義することができ
る。 【００３３】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、制御パターン記憶部に予め記憶されている
制御パターンに、制御命令記憶部に記憶されている各種
の制御命令を指示部を介して組み合わせたり、制御命令
記憶部に記憶されている各種の制御命令だけを組み合わ
せたりすることにより、所望する新たな制御パターン
（定義制御パターン）を定義することができる。このよ
うにして定義された定義制御パターンは定義制御パター
ン記憶部に記憶され、制御部が定義制御パターンを実行
することにより、負荷機構および測定手段を制御してユ
ーザーが定義した定義制御パターンに基づいて材料試験
を行なうことができる。つまり、特殊な制御パターンの
材料試験を容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施例に係る材料試験機の概略構成を示すブロ
ック図である。 【図２】制御パターンの定義処理を示すフローチャート
である。 【図３】制御パターンの定義処理においてＣＲＴに表示
される画面を示す図である。 【符号の説明】 １ … 負荷機構 ２ … 基台 ４ … クロスヘッド ６ … ロードセル １０ … 負荷制御部（測定手段） ２０ … データ処理装置 ２１ … 制御部 ２２ … 制御メモリ ２２ａ … 制御パターン記憶部 ２２ｂ … 制御命令記憶部 ２２ｃ … 定義制御パターン記憶部 ２５ … 指示部 ２６ … ＣＲＴ ３０ … 命令一覧表の領域 ３１ … プログラムリストの領域 ３２ … パラメータ入力領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−110353（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−113342（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−25033（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−103250（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−39402（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 各種材料の引張試験や圧縮試験などの試
   験を行なう材料試験機であって、材料を取り付けられて
   引張や圧縮などの荷重をその材料に対して印加する負荷
   機構と、前記材料に印加されている荷重や前記材料の変
   位量を測定する測定手段と、各種試験方法に基づく前記
   負荷機構および前記測定手段の制御手順（制御パター
   ン）を予め記憶する制御パターン記憶部と、前記負荷機
   構および前記測定手段の動作を制御する基本的な各種の
   制御命令を記憶する制御命令記憶部と、前記制御パター
   ン記憶部に記憶されている制御パターンに、前記制御命
   令記憶部に記憶されている各種の制御命令を組み合わせ
   たり、前記制御命令記憶部に記憶されている各種の制御
   命令を組み合わせて新たな制御パターン（定義制御パタ
   ーン）を定義するための指示部と、前記指示部を介して
   定義された定義制御パターンを記憶する定義制御パター
   ン記憶部と、前記制御パターン記憶部や前記定義制御パ
   ターン記憶部に記憶されている制御パターンに基づいて
   前記負荷機構および前記測定手段を制御する制御部と、
   を備えていることを特徴とする材料試験機。