JP3499518B2 - 材料試験機 - Google Patents

材料試験機

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JP3499518B2 JP2000249733A JP2000249733A JP3499518B2 JP 3499518 B2 JP3499518 B2 JP 3499518B2 JP 2000249733 A JP2000249733 A JP 2000249733A JP 2000249733 A JP2000249733 A JP 2000249733A JP 3499518 B2 JP3499518 B2 JP 3499518B2
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試験機本体の作動
をプログラム制御して圧縮や引っ張り等の材料試験を実
行する材料試験機に関する。
【0002】
【関連する背景技術】各種金属試料等の材料特性を評価
する材料試験は、該試料に圧縮や引っ張り等の荷重を加
えて、その荷重と試料の変位(伸び)と関係を求めるこ
とによってなされる。この種の材料試験機は、通常、試
料(試験片)を装着して該試料に荷重または変位を加え
る試験機本体と、この試験機本体の作動を制御する動力
計とを備える。そして、例えば動力計に組み込まれたコ
ントローラの制御の下で、予め設定された試験実行プロ
グラムとその実行パラメータとに従って上記試験機本体
を作動させながら、試験機本体に組み込まれた荷重セン
サ(ロードセル)にて前記試料に加えた荷重を検出し、
また変位センサにて該試料に生じた変位(伸び)を検出
するように構成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した材料
試験機を用いて実行される材料試験の形態には、引っ張
り試験モード、圧縮試験モード、サイクル試験モード等
の種別があり、またその制御形態にも荷重制御モードや
変位制御モードがある。しかして前記コントローラに与
えられる試験実行プログラムは、上述した各種の試験モ
ード毎に予め個別に作成されており、試験機本体にて実
行する材料試験の形態(試験モード)に従って選択的に
用いられる。
【0004】ちなみに引っ張り試験用の実行プログラム
は、概略的には、例えば図7(a)に示すように制御パラ
メータの入力ステップS1a、荷重センサにて検出され
る荷重値のクリアステップS2a、初期荷重動作のステ
ップS3a、変位計にて検出される変位のクリアステッ
プS4a、前述した実行パラメータに従って前記試料に
引っ張り荷重を加えるステップS5a、そして前記荷重
センサおよび変位センサにてそれぞれ検出される荷重値
と変位値とを、その試験結果として出力するステップS
6aとして与えられる。
【0005】また圧縮試験用の実行プログラムは、図7
(b)に示すように制御パラメータの入力ステップS1
b、荷重値のクリアステップS2b、初期荷重動作のス
テップS3b、更に変位のクリアステップS4b、前述
した制御パラメータに従って前記試料に圧縮荷重を加え
るステップS5b、そしてその試験結果を出力するステ
ップS6bとして与えられる。
【0006】しかしながら、このように材料試験の形態
(試験モード)に応じた複数の試験実行プログラムを準
備し、これをコントローラに選択的に与えて試験機本体
の作動を制御するように構成された従来の材料試験機に
おいては、例えば試験仕様に応じて試験機本体の動作内
容等を変更しようとした場合、上述した試験実行プログ
ラムの全体を見直して修正したり、或いは試験実行プロ
グラムそのものを取り替える必要がある。この為にはア
プリケーション開発技術を要する上、材料試験機(動力
計)上にプログラム開発環境を常に構築しておくことが
必要であり、しかもその作業が困難である等の問題があ
った。
【0007】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、プログラム開発環境を常設して
おくことなく、その試験仕様に応じた試験実行プログラ
ムを簡易に構築して試験機本体の作動を制御することの
できる材料試験機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る材料試験機は、試験片に荷重または変
位を加えてその材料特性を試験する試験機本体と、予め
設定されたプログラムおよび実行パラメータに従って上
記試験機本体の作動を制御するコントローラとを具備し
たものであって、特に前記コントローラは、前記試験機
本体にて実行可能な複数の材料試験の実行手順を、その
基本的な動作手順のまとまりからなる実行単位を一区切
りとして予め区分した複数の命令形態中の互いに共通す
る命令形態を統合して整理し、これらの統合整理した複
数の命令形態をそれぞれ特定可能に付与した一連の命令
番号をインデックスとして、上記各命令形態とその命令
形態の実行に必要な実行パラメータとを登録したメモリ
と、前記命令番号の並びとして指定される材料試験の実
行手順に従って前記メモリから前記指定された命令番号
により特定される命令形態とその実行に必要な実行パラ
メータとを順に読み出して前記試験機本体の作動を制御
する試験実行プログラムを構築する手段とを備えたこと
を特徴としている。
【0009】 即ち、本発明は前記複数の材料試験の実
行手順を、基本的な動作手順のまとまりからなる実行単
位毎にそれぞれ複数の命令形態に区分し、これらの複数
の命令形態中の材料試験の異なりに拘わることなく互い
に共通する命令形態を統合して整理した後、これらの
合整理した複数の命令形態に前記一連の命令番号を順に
付与するものとなっている。
【0010】即ち、本発明に係る材料試験機は、試験機
本体にて実行可能な複数の材料試験の実行手順を、予め
その基本動作に係る実行単位毎に一区切りとする複数の
命令形態にそれぞれ区分し、これらの命令形態を統合整
理した後に一連の命令番号を順に付与する。そしてこれ
らの命令番号に対応付けて、該当する命令形態と、その
命令形態の実行に必要な実行パラメータを前記コントロ
ーラのメモリに登録しておく。
【0011】その上で前記試験機本体の作動を制御する
コントローラに与える試験実行プログラムを前記命令番
号の並びとして与え、コントローラにおいては前記メモ
リから命令番号に該当する命令形態と該命令形態に付随
する実行パラメータとを順に読み出しながら試験機本体
の作動を制御することで、その試験仕様に応じた実行プ
ログラムの下で材料試験を行い得るようにしたことを特
徴としている。
【0012】 また本発明は、更に請求項3に記載する
ように前記命令番号により指定された命令形態に対応付
けて記憶された実行パラメータを修正する手段を有する
ことを特徴としている。そして実行パラメータの修正に
より、試験仕様に応じた試験実行動作を行い得るように
したことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る材料試験機の特徴的な機能について説明
する。図1はこの実施形態に係る材料試験機の概略的な
構成を示しており、10は試験片Sに荷重または変位を
加える試験機本体、20は試験機本体10の作動を制御
すると共に、前記試験機本体10に組み込まれた荷重セ
ンサ11および変位センサ12によってそれぞれ検出さ
れる荷重と変位とを収集して前記試験片Sの材料特性を
求める動力計(計測制御部)である。
【0014】ちなみに図1に例示する試験機本体10
は、いわゆる油圧駆動型の万能試験機であって、上記試
験機本体10は、概略的には上部クロスヘッド13と下
部クロスヘッド14とを有し、ラム(油圧シリンダ)1
5の作動により、例えば上記クロスヘッド13,14間
に装着された金属材料等の試験片Sに荷重または変位を
加える如く構成される。尚、上記ラム15は前記動力計
20の制御の下で油圧サーボシステム16により駆動さ
れる。しかして前記荷重センサ11は、例えばラム15
を駆動する圧力(油圧)から前記試験片Sに加えられる
荷重を検出する如く設けられ、また変位センサ12は前
記ラム15の移動量を検出する如く設けられる。尚、図
中17は試験片Sの伸びを光学的に検出する伸び計であ
る。
【0015】一方、動力計20は、CPUを主体として
構成されるコントローラ21と、このコントローラ21
の作動に必要なプログラム等を記憶するメモリ22とを
備える。そしてコントローラ21は、操作パネル23か
ら与えられる指示に従って後述するようにメモリ22か
ら試験実行プログラムを求め、該試験実行プラグラムに
より示される材料試験の実行手順を順に実行する。この
材料試験の実行は、例えば前記油圧サーボシステム16
の作動を制御することで前述したラム15を駆動するこ
とによってなされる。
【0016】 さてこの材料試験機が特徴とするところ
は、材料試験の実行プログラムを、例えば図2にその概
念を示すように、試験機本体10にて実行可能な複数の
材料試験の実行手順を、予めその基本動作に係る実行単
である、基本的な動作手順のまとまりからなる所定の
実行単位毎にそれぞれ区分し、統合整理した複数の命令
形態Aに対して付与した一連の命令番号Bの並びとして
与えるようにした点にある。
【0017】具体的には、例えば前述した図7(a)に示
す[荷重のクリア],[初期荷重動作],[変位のクリ
ア],[引張荷重動作],…からなる複数の命令形態Aを
順に実行するような場合、図2に示すように上記各命令
形態Aに予め対応付けた[01],[001],[0
2],[0001],…からなる命令番号Bの並びとし
て、その材料試験の実行手順を指定する。そしてメモリ
22から上記各命令番号Bに該当する命令形態Aの内容
Cと、その命令の実行に必要な実行パラメータDとを順
に読み出すことで試験実行プログラムEを構築し、この
試験実行プログラムEを前記コントローラ21にて実行
するようにしたことを特徴としている。
【0018】より具体的に説明すると、試験機本体10
にて実行される複数の材料試験の実行手順は、その基本
動作に係る実行単位を示す複数の命令形態Aの並びとし
てそれぞれ記述される。そこで本発明においては、試験
機本体10にて実行可能な複数の材料試験の実行手順
を、その実行単位毎に一区切りとする複数の命令形態A
にそれぞれ区分すると共に、これらの命令形態Aの中の
共通するものを1つにまとめて統合整理する。そしてこ
れらの各命令形態Aに対して一連の命令番号Bを順に付
与し、該命令番号Bによって1つの基本動作である命令
形態Aを特定し得るようにする。また同時に各命令形態
Aを実行するに必要な制御パラメータがある場合には、
その制御パラメータを当該命令形態Aに対応付けて定義
する。更には各命令形態Aの実行に必要なその他の付随
的情報、例えば終了判断の情報や、出力データに関する
情報についても併せて定義する。そしてこれらの統合整
理された複数の命令形態Aを、上記命令番号Bをインデ
ックスとして、例えば図3に示すように上述した制御パ
ラメータD1や終了判断の情報D2、出力データに関す
る情報D3等からなる実行パラメータD共に、前記メモ
リ22に予め登録している。
【0019】図3に示した命令形態Aについて簡単に説
明すると、複数の材料試験の実行手順を区分して求めら
れる複数の命令形態Aは、例えば[荷重ゼロ],[荷重
クリア],[変位クリア],[初期位置出し動作],[初
期予備荷重動作],[定速変位動作],[変位サイクル動
作],[荷重速度動作],[一時停止],[命令繰り返
し],[記録開始と記録周期変更],[記録一時停止],
[グローバル監視開始],[変位ゼロ位置動作],[終
了]等の基本的な処理動作に統合整理される。そしてこ
れらの各命令形態Aには、例えば[n1],[n2],
[n3],[20],[30],〜[98],[99]なる
一連の命令番号Bが順に付与される。
【0020】またこれらの各命令形態Aに付属する実行
パラメータDは、その命令の実行内容(処理動作)に応
じて定義されるもので、具体的にはその命令を実行する
上で用いられる[目標速度]や[試験速度]等の制御パ
ラメータD1、その命令の実行終了を判断する為の[目
標変位]や[タイマ]等の終了判定情報D2、更には出
力データの種別を特定(指定)する情報D3からなる。
但し、命令内容の性質上、実行パラメータD自体が不要
な場合には、その付加が省略される。
【0021】 例えば[n1]なる命令番号Bが付与さ
れた[荷重ゼロ]なる処理を指定する命令形態Aには、
制御パラメータD1および終了判断の情報D2がなく、
出力データに関する情報D3として[絶対荷重]および
[相対荷重]の2種類があることが示される。また[4
0]なる命令番号Bが付与された[変位サイクル動作]
なる処理を指定する命令形態Aには、制御パラメータD
1として[目標量]と[試験速度]の2種類があり、更
に終了判断に関する情報D2としては[最大荷重],
[目標タイマ],[サイクル回数],[最大到達荷重],
確認移行]からなる複数種の判定条件があることが示
される。更に出力データに関する情報D3としては[最
終荷重],[最終変位],[サイクル回数],[最大荷
重],[最大到達変位]なる種類があることが示され
る。
【0022】これらの実行パラメータD1,D2,D3の
各設定内容については、例えば当該命令形態Aに付随し
て設定された一連のパラメータ管理情報[1],〜[1
2]に従って、各項目毎にその内容を設定入力したり、
予め設定されている規定値を修正したり、更にはその設
定の有無を指定することにより、試験仕様に応じて与え
られる。そして、例えば命令番号[40]によって特定
される[変位サイクル動作]について、そのパラメータ
管理情報[1],[5],[8]により示される実行パラ
メータDだけを指定した場合には、[目標量]をその制
御パラメータD1として上記[変位サイクル動作]を
[目標タイマ]によって特定される時間に至るまで繰り
返し実行し(終了条件D2)、この命令の実行によって
得られる[最終荷重]を出力すること(出力データ条件
D3)が特定されることになる。
【0023】さて前記試験機本体10を用いて実行する
材料試験の試験実行プログラムは、上述した如くメモリ
22に登録された命令形態Aの組み合わせることにより
構築され、命令番号Bを用いて上記各命令形態Aを順に
指定する命令番号Bの並びとして前記コントローラ21
に与えられる。このような試験実行プログラムの入力設
定は、例えば前記操作パネル23から命令番号Bを順に
入力することにより行われる。或いはメモリ23に予め
登録されている、上記命令番号Bの並びからなる試験実
行プログラムを指定することによってなされる。
【0024】するとコントローラ21は、その命令番号
Bの並びに従って前記メモリ22から該当する命令形態
Aと、その命令形態Aに対応付けて登録している実行パ
ラメータDとを順に読み出して、例えば図4に示すよう
にその試験手順を登録する。そして各命令形態Aの実行
パラメータDの内容を前記操作パネル23のディスプレ
イ(図示せず)を介して表示する等してその確認を促
す。このようにして提示される実行パラメータDを、そ
の試験内容(試験仕様;条件)に応じて適宜修正するこ
とで、制御パラメータD1等の最適化が行われる。
【0025】例えば引っ張り試験用の試験実行プログラ
ムを構築する場合には、その試験実行手順が[グローバ
ル監視],[荷重クリア],[初期予備荷重動作],[変
位クリア],[記録開始],[定速変位動作],[終了]
として与えられることから、図4に示すようにこれらの
各命令形態Aをそれぞれ指定する命令番号を[97],
[2],[21],[3],[80],[30],[99]
として順に登録する。するとこれらの命令番号Bによっ
て特定される命令形態Aが前記メモリ22から順に求め
られ、各命令形態Aの実行に必要な実行パラメータDを
記述するためのメモリ占有エリアが設定される。そして
これらの実行パラメータDの設定の有無等の問い合わせ
が行われ、操作パネル23からの指示に従って当該命令
形態Aの実行に必要な実行パラメータDの設定や修正が
行われる。
【0026】そしてこのようにして設定された命令形態
Aとその実行パラメータDとの並びを特定するべく、例
えば図5に示すようにそのデータ内容を順に記述するこ
とによりその試験実行プログラムが構築されることにな
る。具体的には、この例においては上記命令形態Aの実
行手順は[97],[102],[321],[110
3],[1380],[1430],[2699]なるデ
ータ列としてメモリ22に記述される。そしてこれらの
各データの下位2桁の番号にて命令形態Aが特定され、
また上位2桁の番号にて当該命令形態Aの実行パラメー
タDを記憶したメモリエリアが特定されるようになって
いる。
【0027】しかして上述した如く構築された試験実行
プログラムの実行を指定すると、コントローラ21はメ
モリ22から図5に示したデータ列を順に読み出し、そ
のデータ内容を解析して命令番号Bによって特定される
命令形態Aを実行する。この際、当該命令形態Aの実行
パラメータDを上記データ列により指定されるメモリエ
リアから求めることで、該命令形態Aの実行を制御す
る。
【0028】具体的には図6にその実行手順を示すよう
に、所定のプログラム管理の下で命令番号を順に読み出
し〈ステップS11〉、その命令番号に従ってメモリ2
2を参照して命令形態Aとその実行パラメータDとを求
める〈ステップS12〉。そして実行パラメータDに従
って動作制御しながらその命令形態Aを実行する〈ステ
ップS13〉。そしてその命令が[End命令]である
か否かを判定し〈ステップS14〉、[End命令]が
検出されるまで上述した処理を繰り返し実行するだけで
良い。即ち、この図6に示す処理手順により、種々の試
験実行プログラムを適応的に実行することが可能とな
る。
【0029】従って図5に示す試験実行プログラムを実
行する場合には、先ず最初のデータ[97]に従い、命
令番号[97]によって指定される命令形態[グローバ
ル監視]を実行する。次いでデータ[102]に従い、
命令番号[02]によって指定される命令形態[荷重ク
リア]を実行する。この際、この命令形態[荷重クリ
ア]が2種類の実行パラメータを有することがその占有
エリア数として予め特定されていることから、前記デー
タ[102]に従ってメモリエリア《01》から順に記
述されている2つの実行パラメータを求め、これらの実
行パラメータに従って上記命令形態[荷重クリア]の実
行を制御する。
【0030】その後、次のデータ[321]に従って、
命令番号[21]によって指定される命令形態[初期予
備荷重動作]を実行する。この場合においては命令形態
[初期予備荷重動作]が8種類の実行パラメータを有す
ることが予め明らかであることから、前記データ[32
1]に従ってメモリ《03》から順に記述されている8
個の実行パラメータを求め、これらの実行パラメータに
従って上記命令形態[初期予備荷重動作]の実行を制御
する。
【0031】以降同様にして、データ[1380]に従
ってメモリ《13》から順に記憶されている実行パラメ
ータを求め、命令番号[80]によって指定される命令
形態[記録開始]を実行する。次にデータ[1430]
に従ってメモリ《14》から記録されている実行パラメ
ータを求めて、命令番号[30]によって指定される命
令形態[定速変位動作]を実行した後、データ[269
9]に従って命令番号[99]によって指定される命令
形態[終了]を実行する。するとこの命令形態[終了]
の実行により、その試験実行プログラムの実行終了が検
出されることになる。
【0032】かくして上述したように試験実行プログラ
ムを構築し、この試験実行プログラムに従って試験機本
体10の作動を制御して材料試験を実行する材料試験装
置によれば、試験実行の基本処理を特定する命令形態A
を、予めその命令形態Aに付された命令番号Bを用いて
指定すれば、当該命令形態Aの実行に必要な実行パラメ
ータDについての確認が促される。従ってその指示に従
って、試験仕様に応じた実行パラメータDを設定し、或
いは規定値として与えられる試験条件を修正するだけ
で、その命令形態Aの実行に必要な最適な実行パラメー
タDを与えることができる。
【0033】従って試験実行プログラムのアプリケーシ
ョン開発技術に関する知識を有していなくても、試験実
行の標準的な実行手順に従って命令番号Bを順に指定す
るだけで、簡易にその試験仕様に応じた実行形態の試験
実行プログラムを構築することができる。また材料試験
の実行形態を変更しようとする場合には、命令番号B自
体を変更したり、或いは命令番号Bの並びを入れ換える
だけで良く、更には命令番号Bによって指定される命令
形態Aに付随して提示される実行パラメータDを修正・
変更するだけで、その試験条件を修正することができ
る。従って材料試験機(動力計)上にプログラム開発環
境が構築されていない状況下においても、その試験実行
プログラムを容易に変更することが可能となる。
【0034】また上述した如く分類整理された実行形態
Aを用いれば、例えば引っ張り試験と圧縮試験とを、そ
の命令形態[定速変位動作]における[目標速度]とし
て与えられる実行パラメータの数値(速度)の極性を変
えるだけで、前述したラム15の移動の向きを変更する
ことができる。従ってラム15を下降させることで試料
に引っ張り荷重を与え、逆にラム15を上昇させること
で試料に圧縮荷重を与えるようにすることができるの
で、一見、全く逆の動作が要求される材料試験の実行プ
ラグラムを、その実行パラメータだけが異なる共通の実
行プログラムとして実現することもできる。更にはサイ
クル試験を行う場合には、実行形態Aとして[命令繰り
返し]を用いて命令形態Aの戻り先を指定するようにす
れば、試料に一定量の負荷を加える処理動作を繰り返し
実行させることが可能となるので、その実行プログラム
の構築も容易に行うことが可能となる等の利点がある。
【0035】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば材料試験の実行手順を区分して
設定される命令形態Aの区分単位(実行単位)を更に細
かく設定することも勿論可能である。また上記命令形態
Aについては、その開発段階において想定される試験形
態の全てを網羅するように設定しておけば良く、必要に
応じて追加設定するようにしても良い。また命令形態A
に付属する実行パラメータDについても、予め標準的な
試験条件に従って定められる条件を規定値として与えて
おくようにすれば十分てである。その他、本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
験実行プログラムのアプリケーション開発技術に関する
知識を有していなくても、試験実行の標準的な実行手順
に従って命令番号を順に指定するだけで、簡易にその試
験仕様に応じた実行形態の試験実行プログラムを構築す
ることができる。また命令番号の並びを変更したり、命
令番号により指定される命令形態に付随する実行パラメ
ータを修正・変更するだけで、その試験条件を簡易に、
しかも的確に修正することができる等の実用上多大なる
効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る材料試験機の概略構
成図。
【図2】本発明に係る試験実行プログラムの構築原理を
概略的に示す図。
【図3】本発明の一実施形態において用いられる複数の
命令形態とその実行パラメータの例を示す図。
【図4】命令番号により指定される命令形態とその実行
パラメータとにより示される引っ張り試験の処理手順の
例を示す図。
【図5】命令番号の列により構築される試験実行プログ
ラムのデータ構造例を示す図。
【図6】試験実行プログラムの実行手順を示す図。
【図7】従来の試験実行プログラムの例を示す図。
【符号の説明】
10 試験機本体 20 動力計(計測制御部) 21 コントローラ 22 メモリ 23 操作パネル A 命令形態 B 命令番号 D 実行パラメータ E 試験実行プログラム

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験片に荷重または変位を加えてその材
    料特性を試験する試験機本体と、予め設定されたプログ
    ラムおよび実行パラメータに従って上記試験機本体の作
    動を制御するコントローラとを具備し、前記コントローラは、 前記試験機本体にて実行可能な複
    数の材料試験の実行手順を、その基本的な動作手順の実
    行単位毎に予め区分した複数の命令形態中の互いに共通
    する命令形態を統合して整理し、これらの統合整理した
    複数の命令形態をそれぞれ特定可能に付与した一連の命
    令番号をインデックスとして、上記各命令形態とその
    令形態の実行に必要な実行パラメータとを登録したメモ
    リと、 前記命令番号の並びとして指定される材料試験の実行手
    順に従って、前記メモリから前記指定された命令番号に
    より特定される命令形態とその実行に必要な実行パラメ
    ータとを順に 読み出して前記試験機本体の作動を制御す
    る試験実行プログラムを構築する手段とを具備したこと
    を特徴とする材料試験機。
  2. 【請求項2】 前記試験機本体にて実行する材料試験の
    プログラムは、前記命令番号の並びとして与えられるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の材料試験機。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の材料試験機において、
    前記命令番号により指定された命令形態に対応付けて記
    憶された実行パラメータを修正する手段を有することを
    特徴とする材料試験機。
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