JP3526767B2 - 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】本発明は、試験機本体に装着
された試験片に加えられる実荷重と、センサにて求めら
れる荷重値との差をリセット操作により自動補正する機
能を備えた材料試験機に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】材料試験機は、例えば図５に示す
ように試験片Ｓに荷重または変位を加える試験機本体１
と、この試験機本体１の作動を制御すると共に、前記試
験機本体１に組み込まれた荷重センサ２および変位セン
サ３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）４とを備えて構成される。

【０００３】上記試験機本体１は、概略的には上部クロ
スヘッド１１と下部クロスヘッド１２とを有し、ラム
（油圧シリンダ）１３の作動により、例えば上記クロス
ヘッド１１,１２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１３は前記動力計４の制御の下で油圧サーボシステム
１４により駆動される。しかして前記荷重センサ２は、
例えばラム１３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３は前記ラム１３の移動量を検出する如く設けら
れる。尚、図中５は試験片Ｓの伸びを光学的に検出する
伸び計である。

【０００４】ところで前記動力計４は、一般的には前記
荷重センサ２により検出される荷重値をアナログ表示す
る指針式の指示計２１を備えると共に、上記荷重値やそ
のピーク値（荷重ピークホールド値）、更には前記変位
センサ３により検出される変位量等をデジタル表示する
デジタル表示パネル２２を備えている。またこの動力計
４には、該動力計４を介して前記試験機本体１の作動を
マニュアル操作するための手動操作パネル２３や、前記
試験機本体１に対する自動制御情報を設定するための自
動操作パネル２４が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで前記荷重セン
サ２は、クロスヘッド１１を駆動するラム１３の油圧、
つまりラム１３がクロスヘッド１１を介して試験片Ｓに
加える圧力から、該試験片Ｓに加えられる荷重を検出す
る如く構成される。この為、荷重センサ２により検出さ
れる荷重値に上記ラム１３やクロスヘッド１１の自重が
加わることが否めず、一般的にはこれらの自重を打ち消
した出力（荷重値）が得られるようにその検出装置（回
路）が構成される。しかしラム１３の作動状態変化等に
よって、例えば図６に破線Ａで示すように試験片Ｓに加
えられる実荷重と、荷重センサ２により検出される荷重
値（計測値）との間にずれ（ドリフト）が生じることが
否めない。しかも上記ドリフトは環境によって変化す
る。

【０００６】そこで従来においては、例えば図７に示す
ようにデジタル表示パネル２２に、荷重値を補正するた
めの調整器（可変抵抗器）２５を設けている。そして無
荷重状態（試験片Ｓを装着しない状態）において前記指
示計２１の指針やデジタル表示パネル２２における荷重
表示値がゼロとなるように上記調整器２５をマニュアル
操作することで、前記荷重センサ２により検出される荷
重値にオフセット（補正値）を与え、これによって図６
に実線Ｂで示すようにその計測値が実荷重を示すように
している。この調整器２５の手回し操作による調整は荷
重値のゼロ補正と称され、材料試験の開始に先立って荷
重ピークホールド値のゼロリセットや、変位ストローク
のゼロリセットと共に実行される。

【０００７】しかしながら多数の試験片Ｓを繰り返し試
験するような場合、リセット用の押し釦（ピークリセッ
トスイッチ，ストロークリセットスイッチ）２６,２７
の押圧操作により簡単に実行される上記荷重ピークホー
ルド値や変位ストロークのゼロリセットと違って、前記
調整器２５の手回し操作による荷重値のゼロ補正が往々
にして忘れられることがあり、計測誤差の要因となって
いる。

【０００８】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、面倒な操作を伴うことなしに荷
重値のゼロ補正を確実に実行することができ、以て計測
精度の向上を図ることのできる材料試験機を提供するこ
とにある。

【０００９】

【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
位を加える試験機本体と、この試験機本体に組み込まれ
て前記試験片に加えられた荷重を検出する荷重センサ
と、前記試験片の変位を計測する変位センサと、前記荷
重センサにより検出された荷重値を補正して出力する機
能を備えた検出アンプと、前記試験機本体の作動を制御
すると共に前記検出アンプおよび変位センサを介してそ
れぞれ求められた荷重と変位とを収集して前記試験片の
材料特性を求める計測制御部とを備えたものであって、
特に前記計測制御部に、押し釦等によるリセット操作に
より起動されて前記試験片に加えられる実荷重を零とし
た状態において、前記検出アンプに互いに異なる補正値
Ｃ 1, Ｃ 2 与えたときに該検出アンプを介してそれぞれ求
められる荷重値Ｌ 1, Ｌ 2 と上記各補正値Ｃ 1, Ｃ 2 との関係
から前記検出アンプを介して求められる荷重値が零とな
る補正値Ｃ e を予測し、この予測した補正値Ｃ e が上記補
正値Ｃ 1, Ｃ 2 の間に位置するときに該予測した補正値Ｃ e
を前記検出アンプに設定する荷重値補正手段を設けたこ
とを特徴としている。

【００１０】本発明の好ましい態様は請求項２に示すよ
うに、前記荷重値補正手段においては、前記予測した補
正値Ｃ e が前記検出アンプに設定し得る補正上下限値Ｃ
b, Ｃ u から外れるとき、予測した補正値Ｃ e に所定の変位
±ｄを与えて新たな補正値Ｃ 1, Ｃ 2 を求めて前記荷重値
が零となる補正値Ｃ e を予測し直すことで荷重値に対す
るゼロ補正を実行することを特徴としている。

【００１１】また請求項３に記載するように、前記荷重
値補正手段においては、予測した補正値Ｃ e が上記補正
値Ｃ 1, Ｃ 2 の間に位置するときに該補正値Ｃ 1, Ｃ 2 を２分
する中間点を前記検出アンプに設定する補正値Ｃとして
求め、この補正値Ｃを設定したときに前記検出アンプか
ら得られる荷重値ＡＤが所定の誤差範囲内にあるときに
前記補正値Ｃを前記検出アンプに設定し、前記荷重値Ａ
Ｄが上記所定の誤差範囲から外れるときには、前記補正
値Ｃを新たな補正値Ｃ 1 またはＣ 2 として設定して前記補
正値Ｃを求め直すことを特徴とすることを特徴としてい
る。尚、前記荷重値補正手段を起動する押し釦等による
リセット操作により、荷重ピークホールド値および変位
カウンタのゼロリセットを同時に実行することが望まし
い。更に好ましくは請求項４に記載するように前記計測
制御部は、更に前記荷重値補正手段による自動補正が正
常に終了したときに完了音（例えばピッ）を発し、且つ
上記自動補正が失敗したときに警告音（例えばピッピ
ッ）を発する確認手段を備えることを特徴としている。

【００１２】

【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について、特に材料試験機が
備える荷重値のゼロ補正機能について説明する。この発
明に係る材料試験機は、基本的には先に図５を参照して
説明したように試験片Ｓを装着して該試験片Ｓに荷重ま
たは変位を加える試験機本体１と、この試験機本体１に
組み込まれて前記試験片Ｓに加えられる荷重を検出する
荷重センサ２および該試験片Ｓに生じる変位を検出する
変位センサ３と、前記試験機本体１の作動を制御すると
共に上記各センサ２,３にてそれぞれ求められた荷重と
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）４とを備えて構成される。

【００１３】しかしてこの発明に係る材料試験機が特徴
とするところは、図１にデジタル表示パネル２２の構成
例を示すように、従来一般的に設けられている荷重値ゼ
ロ補正用の調整器（可変抵抗器）を廃し、これに代わる
新たな操作器として荷重値のゼロ点を自動補正するため
の荷重オートゼロ用の押し釦（オートゼロスイッチ）２
８を設けると共に、上記荷重値の自動ゼロ補正と共に、
荷重ピークホールド値のゼロリセットおよび変位カウン
タのゼロリセットを同時に実行させるためのオールリセ
ット用の押し釦（オールリセットスイッチ）２９を設け
た点にある。

【００１４】尚、デジタル表示パネル２２には従来の材
料試験機と同様に、荷重ピークホールド値をゼロリセッ
トするための押し釦（ピークリセットスイッチ）２６、
および変位ストロークをゼロリセットするための押し釦
（ストロークリセットスイッチ）２７がそれぞれ設けら
れる。これらの各押し釦（スイッチ）２６,２７,２８,
２９は、試験開始に先立ってそれぞれ独立に押圧操作さ
れるものであり、特にオールリセットスイッチ２９は、
他の３つのスイッチ２６,２７,２８を同時に押圧操作し
た場合と同じ役割を果たすものとなっている。

【００１５】ここで前記各スイッチ２６,２７,２８,２
９が担う機能、特にオートゼロスイッチ２８またはオー
ルリセットスイッチ２９の押圧操作に伴う荷重値の自動
ゼロ補正について図２を参照して説明する。動力計（計
測制御部）４に組み込まれたマイクロプロセッサ等から
なる制御装置は、ピークリセットスイッチ２６が押圧
（ＯＮ）操作されたとき［ステップＳ１］、これを検出
して荷重ピーク値を保持しているレジスタ（図示せず）
をゼロにリセットする［ステップＳ２］。また上記制御
装置は、ストロークリセットスイッチ２７が押圧（Ｏ
Ｎ）操作されたとき［ステップＳ３］、これを検出して
変位ストロークを保持しているレジスタ（図示せず）を
ゼロにリセットする［ステップＳ４］。これらの各レジ
スタのゼロリセットに伴い、デジタル表示パネル２２上
に表示される荷重ピークホールド値および変位ストロー
ク値も当然のことながら［０］表示となる。

【００１６】これに対してオートゼロスイッチ２８、ま
たはオールリセットスイッチ２９が押圧（ＯＮ）操作さ
れると［ステップＳ５,Ｓ６］、前記制御装置はこれを
検出して荷重値に対するゼロ補正処理を実行する。この
ゼロ補正処理は、試験機本体１における荷重を一定に保
った状態で、好ましくは試験機本体１に試験片Ｓを装着
しない状態で、つまり無荷重（無負荷）状態で前記荷重
センサ２により検出され、検出アンプを介して出力され
る荷重値を求めながら実行される。尚、検出アンプは、
例えば荷重に対する補正値をオフセットとして入力する
ことによりその出力（荷重値）を上記オフセットの大き
さ（量）だけシフトさせる機能を備えたもので、これに
より動力計４に取り込まれる荷重値の補正が行われる。

【００１７】即ち、ゼロ補正処理は、例えば図３にその
概念を示すように荷重センサ２により求められる荷重に
対する補正値（検出アンプに与えるオフセット）をＣ1
（＝０）としたときの第１の参考点における荷重値Ｌ1
（検出アンプの出力）と、上記補正値をＣ2にしたとき
の第２の参考点における荷重値Ｌ2とをそれぞれ求める
ことから開始される［ステップＳ７,Ｓ８］。そして上
記第１および第２の参考点をそれぞれ定める補正値Ｃ1,
Ｃ2と、当該参考点での荷重値Ｌ1,Ｌ2との関係から、勾
配法に従って前記検出アンプに設定するべくオフセット
（補正値）の予測値Ｃeを Ｃe ＝Ｃ1 −Ｌ1（Ｃ2−Ｃ1）／（Ｌ2−Ｌ1） として求める［ステップＳ９］。

【００１８】しかる後、上述した如く求められた予測値
Ｃeが、検出アンプに設定可能なオフセットの補正下限
値Ｃbと補正上限値Ｃuとにより定められる範囲内に存在
するか否かを判定する［ステップＳ１０］。上記予測値
Ｃeが上記オフセットの調整可能範囲を外れる場合に
は、最早、検出アンプに対するオフセット調整によって
ゼロ補正を行い得る限界を超えることになるので、荷重
に対する自動ゼロ補正が失敗に終わった旨を提示し、オ
ートゼロ処理を終了する［ステップＳ１１］。この場
合、［ピッ，ピッ］等の警告音を出力ことが望ましい。

【００１９】これに対して前述した如く求められた予測
値Ｃeが、前記補正下限値Ｃbと補正上限値Ｃuとの間に
ある場合、上記予測値Ｃeを以て荷重値に対する補正値
（オフセット）とし、これを検出アンプにセットしてオ
ートゼロ処理を終了しても良いが、ここではオートゼロ
処理の精度を高めるべく、更に次に示す処理を実行する
ものとなっている。

【００２０】即ち、この場合には、前述した如く求めら
れた予測値Ｃe（ゼロクロス位置）が前述した第１およ
び第２の参考点Ｃ1,Ｃ2の間に存在するか否かを調べる
［ステップＳ１２］。そして予測値Ｃeが第１および第
２の参考点Ｃ1,Ｃ2の間から外れる場合には、図４に示
すように上記予測値Ｃeに所定の変位±ｄを与え、これ
を新たな第１および第２の参考点Ｃ1（＝Ｃe−ｄ）,Ｃ2
（＝Ｃe＋ｄ）とする。しかる後、これらの新たに設定
された第１および第２の参考点Ｃ1,Ｃ2における荷重値
Ｌ1,Ｌ2をそれぞれ検出し［ステップＳ１３］、前述し
たステップＳ９に示される予測値Ｃeの算出処理からの
手順を繰り返し実行する。

【００２１】このようにして先に求められた予測値Ｃe
に基づいて第１および第２の新たな参考点Ｃ1,Ｃ2を設
定し、これらの新たな第１および第２の参考点Ｃ1,Ｃ2
の下で新たに予測値Ｃeを求めながら、その予測値Ｃeを
評価して行くことにより［ステップＳ９,Ｓ１０,Ｓ１
２,Ｓ１３］、演算精度等に起因する誤差を次第に小さ
くすることが可能となる。そしてこのような手順の下で
求められた予測値Ｃeのゼロクロス位置が前記第１およ
び第２の参考点Ｃ1,Ｃ2の間に位置することが確認され
たとき［ステップＳ１２］、該第１および第２の参考点
Ｃ1,Ｃ2間を２分する中間点を検出アンプに与えるべき
補正値Ｃとして求め、このときの荷重値ＡＤ（検出アン
プの出力）を求める［ステップＳ１４］。そしてこの荷
重値ＡＤが予め設定された許容誤差±ｋの範囲内にある
か否かを判定し、具体的には上述したようにこのゼロ補
正に対する処理が無荷重（荷重＝０）の状態で行われる
ことから、（−ｋ≦ＡＤ≦＋ｋ）なる条件が満たされる
か否かを判定し［ステップＳ１５］、この条件が満たさ
れる場合には自動ゼロ補正が完了として、オートゼロ処
理を終了する［ステップＳ１６］。この場合、自動ゼロ
補正が正常に終了したことを示す、例えば［ピッ］なる
完了音を発するようにすることが望ましい。

【００２２】これに対して上記荷重値ＡＤが許容誤差±
ｋの範囲を外れている場合には［ステップＳ１５］、前
述した予測値Ｃe（ゼロクロス点）が第１の参考点Ｃ1と
前記補正値Ｃ（第１および第２の参考点Ｃ1,Ｃ2間を２
分する中間点）との間にあるか、或いは第２の参考点Ｃ
2と前記補正値Ｃとの間にあるかを判定する［ステップ
Ｓ１７,Ｓ１８］。そして予測値Ｃe（ゼロクロス点）が
第１の参考点Ｃ1と前記補正値Ｃとの間に存在する場合
には、上記補正値Ｃを新たな第１の参考点Ｃ1として設
定し直し［ステップＳ１９］、前述したステップＳ１４
に示す荷重値ＡＤを求める処理手続きからを繰り返し実
行する。逆に予測値Ｃe（ゼロクロス点）が第２の参考
点Ｃ2と前記補正値Ｃとの間に存在する場合には、上記
補正値Ｃを新たな第２の参考点Ｃ2として設定し直し
［ステップＳ２０］、前述したステップＳ１４に示す荷
重値ＡＤを求める処理手続きからを繰り返し実行する。

【００２３】尚、上述した如く第１および第２の参考点
Ｃ1,Ｃ2を修正しながら求められる予測値Ｃe（ゼロクロ
ス点）が、計算誤差等に起因して前記第１および第２の
参考点Ｃ1,Ｃ2の間から外れるような事態が生じた場合
には、これを検出した時点でオートゼロ処理が失敗に終
わった旨を提示し、その処理を終了する［ステップＳ２
１］。

【００２４】かくして上述した如くオートゼロスイッチ
２８またはオールリセットスイッチ２９が押圧操作され
たときに起動されて、荷重センサ２により検出される荷
重に対するゼロ補正を自動的に実行する自動ゼロ補正機
能を備えた材料試験機によれば、従来のように調整器
（可変抵抗器）２５を手回しによりマニュアル操作して
ゼロ補正を実行する必要がない。そしてオートゼロスイ
ッチ２８またはオールリセットスイッチ２９を押圧操作
すると言う、単純な操作だけで自動的に荷重値に対する
ゼロ補正を行い得る。特にオールリセットスイッチ２９
を押圧操作した場合には、上述した荷重値の自動ゼロ補
正と共に、荷重ピークホールド値のゼロリセットおよび
変位カウンタのゼロリセットを一括して行うことがで
き、材料試験を実行する上での操作の簡素化を図り得
る。

【００２５】特に荷重ピークホールド値のゼロリセット
および変位カウンタのゼロリセットは、試験の開始に先
立って必ず行わなければならないものであるから、オー
トゼロスイッチ２８の押圧操作により、上記荷重ピーク
ホールド値および変位カウンタのゼロリセットを含めて
荷重値の自動ゼロ補正を一括して起動するようにすれ
ば、多数の試験片Ｓを繰り返し試験する場合であって
も、荷重値のゼロ補正をし忘れる虞がなくなり、その計
測精度を十分に高く維持することが可能となる。

【００２６】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。例えば実施形態においては図２に示す
処理手順に従って荷重値に対するゼロ補正を行うべく補
正値Ｃ（検出アンプに対するオフセット）を求めたが、
補正値Ｃを仮設定しながらそのときの荷重値ＡＤを評価
し、そのずれの程度によって上記補正値Ｃを逐次修正し
ていく等の、その他の手法を採用することも勿論可能で
ある。

【００２７】また変位センサ３の出力に代えて前記伸び
計５の出力を用いてゼロ補正を実行することもできる。
この場合には、その補正モードを図示しないスイッチ等
により切り替えてゼロ補正を同様に実行するようにすれ
ば良い。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。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る材料試
験機によれば、リセット操作により起動されて試験片に
加えられる実荷重と荷重センサにて求められる荷重値と
の差を自動補正する荷重値補正手段を備えるので、例え
ば押し釦スイッチの押圧操作だけで簡単にゼロ補正を実
行することができ、環境変化に拘わることなくその計測
精度を高く維持することができる。

【００２９】特に荷重値に対する自動ゼロ補正と同時に
荷重ピークホールド値および変位カウンタのゼロリセッ
トを一括して起動するように構成することで、試験開始
に先立つ上記初期設定処理操作の簡素化を図ると共に、
初期設定のし忘れを未然に防ぐことができる等の効果が
奏せられる。また上記自動ゼロ補正の完了と失敗を報知
するので、その確認を容易に行い得る等の効果が奏せら
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における
デジタル表示パネルの構成例を示す図。

【図２】本発明の一実施形態に係る荷重値の自動ゼロ補
正の処理手順を示す図。

【図３】荷重値の自動ゼロ補正を実行する上での予測点
Ｃeの算出原理を示す図。

【図４】荷重値の自動ゼロ補正に用いられる予測点Ｃe
に対する修正処理の原理を示す図。

【図５】材料試験機の概略構成を示す図。

【図６】試験片に加えられる実荷重と荷重センサにて求
められる荷重値との差（ドリフト）を示す図。

【図７】従来の材料試験機における、荷重値ゼロ補正用
の調整器を備えたデジタル表示パネルの構成例を示す
図。

【符号の説明】

１ 試験機本体 ２ 荷重センサ ３ 変位センサ ４ 動力計（計測制御部） ２２ デジタル表示パネル ２６ ピークリセットスイッチ（荷重ピークホールド値
のリセット用） ２７ ストロークリセットスイッチ（変位ストロークの
リセット用） ２８ オートゼロスイッチ（荷重値のゼロ補正用） ２９ オールリセットスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−133037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−167432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−25439（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−257648（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113431（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−286949（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−63542（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−48132（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−94302（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−30756（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 (4)

(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る試験機
   本体と、この試験機本体に組み込まれて前記試験片に加
   えられた荷重を検出する荷重センサと、前記試験片の変
   位を計測する変位センサと、前記荷重センサにより検出
   された荷重値を補正して出力する機能を備えた検出アン
   プと、前記試験機本体の作動を制御すると共に前記検出
   アンプおよび変位センサを介してそれぞれ求められた荷
   重と変位とを収集して前記試験片の材料特性を求める計
   測制御部とを具備し、 前記計測制御部は、リセット操作により起動されて前記
   試験片に加えられる実荷重を零とした状態において、前
   記検出アンプに互いに異なる補正値Ｃ 1, Ｃ 2 与えたとき
   に該検出アンプを介してそれぞれ求められる荷重値Ｌ 1,
   Ｌ 2 と上記各補正値Ｃ 1, Ｃ 2 との関係から前記検出アンプ
   を介して求められる荷重値が零となる補正値Ｃ e を予測
   し、この予測した補正値Ｃ e が上記補正値Ｃ 1, Ｃ 2 の間に
   位置するときに該予測した補正値Ｃ e を前記検出アンプ
   に設定する荷重値補正手段を備えることを特徴とする材
   料試験機。
2. 【請求項２】 前記荷重値補正手段は、前記予測した補
   正値Ｃeが前記検出アンプに設定し得る補正上下限値Ｃ
   b,Ｃuから外れるとき、予測した補正値Ｃeに所定の変位
   ±ｄを与えて新たな補正値Ｃ1,Ｃ2を求めて前記荷重値
   が零となる補正値Ｃeを予測し直す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】 前記荷重値補正手段は、予測した補正値
   Ｃ e が上記補正値Ｃ 1, Ｃ 2 の間に位置するときに該補正値
   Ｃ 1, Ｃ 2 を２分する中間点を前記検出アンプに設定する
   補正値Ｃとして求め、この補正値Ｃを設定したときに前
   記検出アンプから得られる荷重値ＡＤが所定の誤差範囲
   内にあるときに前記補正値Ｃを前記検出アンプに設定
   し、前記荷重値ＡＤが上記所定の誤差範囲から外れると
   きには前記補正値Ｃを新たな補正値Ｃ 1 またはＣ 2 として
   設定して前記補正値Ｃを求め直すことを特徴とする請求
   項１に記載の材料試験機。
4. 【請求項４】 前記計測制御部は、更に前記荷重値補正
   手段による自動補正が正常に終了したときに完了音を発
   し、上記自動補正が失敗したときに警告音を発する確認
   手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の材料試
   験機。