JP3608279B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種材料の疲労試験、引張試験、圧縮試験などの試験を行う材料試験機に係り、特に、材料試験の種類に応じて決まる試験片（供試体）に対する負荷制御モードや試験条件の設定過程および負荷制御の実行過程における必要情報をモニタの画面に表示する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の材料試験機は、試験機の本体において、試験片へ荷重を加えるとともに材料試験実行中に試験片に加わる荷重や試験片の変形量を検出して、荷重と変形量の関係などに基き試験片の材料特性を測るというものである。従来装置の場合、材料試験の種類に応じて試験片に対する負荷制御モードや試験条件などを操作指令用のコントローラで設定した後、この操作指令用コントローラに関連して設けられた試験機本体側のコントローラが、設定された負荷制御モードに基づいて試験片に加わる荷重を制御するとともに、設定された試験条件に従って材料試験を実施してゆくという構成になっている。
さらにこの種の材料試験機では、負荷制御モードや試験条件の設定過程および負荷制御の実行過程では、必要情報がモニタの画面に表示される。すなわち、従来の材料試験機では、負荷制御モードや試験条件などの設定を行うための準備のための画面、あるいは、時々刻々の測定データや測定データの経時変化を示すグラフ等を表示するデータ表示用の画面などの各種画面がモニタ上に適時に映し出せるのである。オペレータはモニタの画面を見ながら必要な操作を行ったり、リアルタイムで画面に映し出される測定データから試験の進行状況を知ったりすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の材料試験機では、現在の負荷制御モードを示す情報が、モニタの画面に適切なかたちでは表示されていないという問題がある。
すなわち、負荷制御モードを示す情報は、通常、その制御モードの実行に使用される荷重検出器あるいは変形量検出器の検出信号を個別に取り込んでアナログ−ディジタル変換などを行なう制御信号変換部（制御トランスデューサ）の種類などで表されるが、その制御モードを示す情報が、一部の画面（例えば、制御モードを設定するための画面）だけにしか表示されない。試験片に対する現在の負荷制御モードが分かっていないと、次のような不都合を招来する恐れがある。
【０００４】
材料試験における負荷制御モードとして普通に用いられるのは、荷重制御方式と変位（変形量）制御方式である。前者の荷重制御方式は予め決められた強さの荷重が試験片に加わるように制御する方式であり、ロードセルからの荷重信号でもって負荷印加用の油圧アクチュエータを駆動する形態が例示される。後者の変位制御方式は予め決められた変位が試験片に生ずるように制御する方式であり、試験片に取り付けられた伸び計からの伸び信号や、油圧アクチュエータのピストンの変位信号でもって負荷印加用の油圧アクチュエータを駆動する形態が例示される。
【０００５】
一方、試験片の着脱や荷重・伸び等の検出系の調整の際に負荷制御を活かしたまま操作指令用のコントローラ側からの操作で手動的に本体側を駆動することがある。このとき、例えば荷重制御モードが設定されている場合は、負荷ロッドにオペレータが触れて荷重が不意に増加すると油圧アクチュエータのピストンが急に動いてしまい、試験片が損傷したりするなどの恐れがある。逆に、変位制御モードに設定されている場合、伸び計を試験片から外すと（実際はそうではないのに）試験片が大きく伸びた状態が検出される結果、これに応動して油圧アクチュエータのピストンに大ききな動きが生じて、試験片が損傷したりするなどの恐れがある。
以上のような不都合を招来する恐れがあることから、現在の負荷制御モードが何であるかをオペレータが認知することは非常に重要である。
【０００６】
さらに、従来の材料試験機では、試験実行中の計測データ情報を確認するためには、計測データを表示するための専用画面を呼び出す必要がある。換言すれば、他の画面では計測実行中の計測データを確認することができないので、試験実行中の試験片の状態変化（例えば、試験片の疲労の進み具合）や、試験機での異常事態（例えば、伸び計の外れ）の発生などを、オペレータが直ちに知ることが困難である。
【０００７】
この発明は、上記の事情に鑑み、現在設定されている負荷制御モードを示す情報をモニタの画面に適切なかたちで表示することのできる材料試験機を提供することを課題とする。
また、この発明の他の目的は、試験実行中の試験データ情報をモニタの画面に適切なかたちで表示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】
この発明は、上述の課題を達成するため、次のような構成をとる。すなわち、請求項１に記載の発明は、試験片へ材料試験のための荷重を加える負荷手段と、試験片に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、試験片の変形量を検出する変形量検出手段と、前記荷重検出手段からの荷重検出信号に基づいて前記負荷手段を制御するモードと前記変形量検出手段からの変形量検出信号に基づいて前記負荷手段を制御するモードとを含む各種の制御モードのうち、任意の制御モードの設定や試験条件の設定を行なう操作指令手段と、前記操作指令手段で設定された制御モードおよび試験条件に基づいて前記負荷手段の制御を行なう負荷制御手段とを備え、前記制御モードや試験条件の設定過程および負荷制御の実行過程における必要情報をモニタの画面に表示する表示制御手段とを備えた材料試験機において、前記表示制御手段は、前記操作指令手段によって設定された制御モードを示す情報を常に前記モニタの画面上の一定位置に強調表示するように構成されたものである。
【００１０】
【作用】
請求項１に記載の発明の材料試験機における負荷制御モードを示す情報のモニタ画面への表示作用を説明する。試験の開始に当たって試験片の装着を行うとともに操作指令手段によって材料試験の種類に応じた制御モードと試験条件の設定を行う。このとき、表示制御手段により、負荷制御モードの設定過程でのモニタの画面には現在の負荷制御モードを示す情報が常に画面上の一定位置に強調されたかたちで表示される。勿論、負荷制御モードの設定が変更された場合には、モニタの画面の表示も変更後の負荷制御モードを示す情報に変更される。
負荷制御モードや試験条件の設定など準備が終了すると、負荷制御手段が設定された制御モードおよび試験条件でもって試験片に対する材料試験を実行する。そして、この負荷制御の実行過程で、モニタの画面が例えば測定データ表示用の画面に切り換えられたとしても、そのモニタの画面には、表示制御手段により、現在の負荷制御モードを示す情報が常に画面の一定位置に強調されたかたちで表示される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
続いて、図面を参照しながら、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要部構成を示すブロック図である。実施例の材料試験機は、試験機本体Ａ、および試験機本体Ａを駆動するためのコントローラＢ（操作指令用コントローラ１５および本体コントローラ１６）とからなる。
【００１３】
試験機本体Ａは、テーブル１に２本の支柱２が配設されて上部側に可動クロスヘッド３が渡されている。可動クロスヘッド３は、昇降機構（図示省略）により、支柱２に沿って上下に移動して位置を変更できる。可動クロスヘッド３の下側には、ロードセル（荷重検出手段）５を介して、その先端にチャック６を具備する負荷ロッド７が配設されている。
【００１４】
一方、先端側にチャック１０を具備したピストン９をもつ油圧アクチュエータ（負荷手段）８がピストン９の長手方向を上下にした状態でテーブル１に設置されているとともに、油圧アクチュエータ８の下端側にピストン９のストローク量（移動量）を検出する差動トランス方式等のストローク検出器（第１の変形量検出手段）１１が配設されている。油圧アクチュエータ８を駆動するための高圧油は油圧源１２から供給される。両チャック６，１０に把持された試験片Ｓには、試験片Ｓの伸び（上下方向の長さ変位）を直に測定するための伸び計（第２の変形量測定手段）１３が装着されている。
【００１５】
ロードセル５からは試験片Ｓに印加される荷重が電気信号のかたちで荷重信号ａとして送り出される。伸び計１３からは試験片Ｓの伸び量が電気信号のかたちで伸び信号ｂとして送り出される。ストローク検出器１１からはピストン９のストローク量が電気信号のかたちでストローク信号ｃとして送り出される。このピストン９のストローク量は試験片Ｓの上下方向の移動距離、つまりは試料Ｓの長さ変位量と対応していることになる。
【００１６】
油圧アクチュエータ８の側方の開閉バルブ１４はコントローラＢ側からのサーボ制御信号ｄによって切替え制御される。この開閉バルブ１４の切替え制御に伴いピストン９が上昇ないし下降することにより、試験片Ｓに印加される負荷量が変わることにもなる。
【００１７】
コントローラＢは、パソコン等で構成される操作指令コントローラ（操作指令手段）１５とＣＰＵなども搭載して試験機本体Ａを直に駆動制御する本体コントローラ（負荷制御手段）１６とからなる。
操作指令コントローラ１５はメモリ部１８を有しており、メモリ部１８は、ＣＰＵ１７の指令に応じて材料試験の実施に必要なアプリケーションプログラムなどを立ち上げて保持するものであり、ハードディスクドライブ方式の記憶機器やＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶デバイスなどの組み合わせからなるが、便宜上、メモリ部１８としてひとつに纏めて図示してある。メモリ部１８にアクセスされるプログラムには負荷制御モードや各種の試験条件の設定を行う操作処理機能やアプリケーションの開始から終了までの間に必要な情報をモニタの画面に表示する画像処理機能などを持つものが含まれる。また、キー操作部１９やマウス２０は制御モードや試験条件の設定や、試験機本体Ａへの操作指令を入力するためのものである。表示制御部２１は、負荷制御モードや試験条件の設定過程および負荷制御の実行過程における必要情報をモニタ２２の画面に表示するものであり、主としてＣＰＵ１７のもつ処理機能と画像処理プログラムなどで構成されるものである。この他に、試験結果を出力したりするプリンタ（図示省略）なども具備する。
【００１８】
本体コントローラ１６は、試験機本体Ａからインターフェイス（図示省略）を介して送られてくる各種検出信号を増幅した後にディジタル信号に変換する検出信号変換部２３を有しており、具体的には、荷重信号ａを増幅した後にディジタル信号に変換する荷重信号変換部ＴＤ−１、伸び信号ｂを増幅した後にディジタル信号に変換する伸び信号変換部ＴＤ−２、ストローク信号ｃを増幅した後にディジタル信号にストローク信号変換部ＴＤ−３などの変換部を複数列具備する。各信号変換部ＴＤ−１，ＴＤ−２，ＴＤ−３，…から出力されるディジタル信号は測定データとして、計測データ格納部２６に格納される。検出信号変換部２３としては、上記に例示のものに限らず、必要に応じて増設される、例えば試験片Ｓの温度を測定する温度センサの検出信号変換器などが増設されるようであってもよい。
【００１９】
一方、本体コントローラ１６は、操作指令コントローラ１５から送られてくる制御モード情報や試験条件情報などを受け入れて統括する試験条件統括部２５を有しており、ここで試験を実行するのに必要な負荷制御の基準となる信号波形（基準信号）などを作成して負荷制御信号出力部２４等へ送出する。負荷制御信号出力部２４は基準信号と、試験機本体Ａから送られてくる各種検出信号の中における、制御モードとして選択された検出信号に対応する測定データとを差引演算して差分信号（フィードバック信号）としてアクチュエータ駆動部２７に送出する。
【００２０】
アクチュエータ駆動部２７は差分信号に応じて必要なサーボ制御信号ｄを試験機本体Ａ側へ送出する。試験条件統括部２５は計測データ格納部２６へデータ採取間隔を定める信号などを送る機能も有する。上記の計測データ格納部２６、試験条件統括部２５および負荷制御信号出力部２４はそれぞれがＣＰＵを具備し互いに連携しながら動作する構成となっている。
【００２１】
実施例の材料試験機では疲労試験における負荷制御モードとして、例えば、下記の３つの態様が挙げられる。第１はロードセル５を用いる荷重制御方式であり、荷重信号変換部ＴＤ−１の荷重測定データと、予め決められた大きさの荷重に相当する基準信号とが、負荷制御信号出力部２４で差引演算され差分信号としてアクチュエータ駆動部２７に送出されて負荷印加用の油圧アクチュエータ８が駆動される制御形態である。基本的には荷重測定データと基準信号の差がゼロとなるようにする負帰還制御となる。
【００２２】
第２は伸び計１３を用いる伸び変位制御方式であり、伸び信号変換部ＴＤ−２の伸び測定データと、予め決められた試験片の変位量に相当する基準信号とが、負荷制御信号出力部２４で差引演算されて差分信号としてアクチュエータ駆動部２７に送出されて負荷印加用の油圧アクチュエータ８が駆動される制御形態である。やはり伸び測定データと基準信号の差がゼロとなるようにする負帰還制御となる。
【００２３】
第３はストローク検出器１１を用いるストローク変位制御方式であり、ストローク信号変換部ＴＤ−３のストローク測定データと、予め決められたストローク量に相当する基準信号とが、負荷制御信号出力部２４で差引演算されて差分信号としてアクチュエータ駆動部２７に送出されて負荷印加用の油圧アクチュエータ８が駆動される制御形態である。ストローク測定データと基準信号の差がゼロとなるようにする負帰還駆動制御である。
【００２４】
次にこの発明の特徴的な構成である表示制御部２１まわりの構成について、表示画面を示す図面を参照しながら詳しく説明する。
表示制御部２１は、負荷制御モードや試験条件の設定過程および負荷制御の実行過程における必要情報をモニタ２２の画面に表示する手段であり、試験の進行状況と対応した複数枚の画面をモニタ２２の上に映し出せる他、全画面において、本体コントローラ１６で現在設定されている負荷制御モードを示す情報が常に画面上の一定位置に強調したかたちで表示されるように構成されている。
【００２５】
なお、上記の負荷制御モードを示す情報とは、表示の形態は特定のものに限らないが、ロードセル５からの検出信号を使った荷重制御であるか、ストローク検出器１１からの検出信号を使った変位制御であるか、あるいは伸び計１３からの検出信号を使った変位制御であるかなど、具体的な制御系統を特定できる情報を指し、本実施例では検出信号変換部２３を構成している各変換部の名称（ＴＤ−１、ＴＤ−２、ＴＤ−３、…）を使っている。
【００２６】
アプリケーションプログラムが立ち上げられると、表示制御部２１がモニタ２２の画面に図２に示す準備画面ＰＡを表示する。図２に示すように、準備画面ＰＡには試験機における主要準備要素の現況を示す表示がされており、その上部には、荷重信号変換部ＴＤ−１を使用する制御モードが現在設定されていることを示す制御モード情報３０として『ＴＤ−１』の文字が一段と大きく目立つように強調されたかたちで表示されている。
【００２７】
準備画面ＰＡの段階で制御モードを変更する場合、検出信号変換部２３の種類を切り換える画面内スイッチＳＡをマウス２０でクリックすればよい。画面内スイッチＳＡをクリックすると、設定されている信号変換部のリストが表示される。このリストの中から、制御モードとして選択する信号変換部をクリックすると、選択された信号変換部による制御モードに切替えられて制御モードが変化すると同時に制御モード情報３０の表示の方もＴＤ−１からＴＤ−２、ＴＤ−３・・・・と連動で切り替わる。
【００２８】
また、試験片Ｓの取り付けは、通常、油圧源１２の立ち上げを要することから、画面内スイッチＳＢをマウス２０でクリックし油圧源１２を立ち上げて油圧アクチュエータ８への油圧供給を開始しておいてから、必要に応じて試験片の取り付け操作にかかる。
【００２９】
マウス２０で画面内スイッチＳＣをクリックすると、表示制御部２１がモニタ２２の画面に図３に示す試験条件入力画面ＰＢを表示する。試験条件入力画面ＰＢには、負荷印加波形（正弦波，三角波，台形波）や最大値・最小値、試験周波数および繰り返し回数、さらには試験実行中に主要な荷重データ（メイン荷重）や主要な変形量データ（メイン変位）を画面上で強調表示するにあたり、そのメイン荷重やメイン変位の種類（検出信号変換部２３の各変換部の名称で表示される）などの条件設定アイテムが主として表示されており、その上部には、制御モード情報３０としての『ＴＤ−１』の文字が図２の場合と同じ位置に同様に強調表示されている。制御モード情報３０としての『ＴＤ−１』などの情報表示は、アプリケーションプログラムが作動しているかぎり全画面に同様の状態で表示されるものである。画面内スイッチＳＤ，ＳＥの選択で試験片情報コメント画面やデータ採取サイクル画面への切替えも出来るが、それらの画面でも、制御モード情報３０の表示が前記画面の場合と同様に表示される。
【００３０】
上のように画面ＰＡ，ＰＢなどの表示段階において制御モードや試験条件の設定が終了すると、画面内スイッチＳＦをマウス２０でクリックすると、表示制御部２１がモニタ２２の画面に図４に示す計測値／制御値表示画面ＰＣを表示する。図４の画面の右側にある『試験実行』スイッチをクリックすると試験が開始される。なお、試験実行前に、図２の準備画面ＰＡに戻りたいときは、画面内スイッチＳＧをマウス２０でクリックする。
【００３１】
計測値／制御値表示画面ＰＣでは、上部に制御モード情報３０としての『ＴＤ−１』の文字が図２の場合と同じ位置に同様に強調されたかたちで表示されている他、直ぐ下には試験条件入力画面ＰＢで設定したメイン荷重とメイン変位（変形量）の測定データがリアルタイムで主要計測データ情報３１〜３４として大きく目立つように表示されている。
【００３２】
試験実行中は、Ｘ−Ｔグラフ、Ｘ−Ｙグラフ、ピーク値の履歴、計測値／制御値表示、アラーム設定、試験片／データ採取といった他の各画面が画面内スイッチＳＨ〜ＳＭをマウス２０でクリックして選択できる。例えば、画面内スイッチＳＪをマウス２０でクリックすると、表示制御部２１が、図５に示すピーク値の履歴画面ＰＤに切り替わる。ピーク値の履歴画面ＰＤでも、上部に制御モード情報３０の文字（ここでは、『ＴＤ−１』）が他の画面の場合と同様に強調表示されている他、直ぐ下には主要計測データ情報３１〜３４がリアルタイムで大きく目立つように表示されている。つまり、試験実行中に表示される全画面には、主要計測データ情報３１〜３４が各画面の同じ位置に同様に強調表示されるのである。
【００３３】
モニタ２２の画面の主要計測データ情報３１〜３４の表示により、オペレータは試験片の状態変化（例えば、疲労の進み具合）や試験機での異常事態（例えば、伸び計の外れなど）の発生を直ちに知ることができる。
【００３４】
さらに、試験実行中の主要計測データ情報３１〜３４の表示形態として、図６（ａ）に示すごとくピーク値での表示と、図６（ｂ）に示すごとくダイレクト値での表示のいずれかを、画面内スイッチＳＮ，ＳＯをクリック操作による切替えで選択できる構成にもなっている。
試験が終了すると、必要に応じて試験結果がプリンタで打ち出されるとともに、表示制御部２１が、モニタ２２の画面を図２に示す準備画面ＰＡに戻すことができる。
【００３５】
以上に述べたように、図２〜図４の上部の制御モード情報３０を含む画面エリアＲＡはアプリケーションプログラムが作動している間、全画面に表示される。図３および図４の上部の主要計測データ情報３１〜３４を含む画面エリアＲＢは試験実行中の全画面に表示される。通常ルーチンの画面だけでなく、各種の測定機器の再調整用の際の非通常の画面にも画面エリアＲＡや画面エリアＲＢが同様に表示されるような構成にしてもよい。上述のように、各画面に共通する画面エリアＲＡや画面エリアＲＢの表示は、いわゆるウインドウズの画像制御方式を用いれば容易に実施できる。
【００３６】
また、制御モード情報３０や主要計測データ情報３１〜３４の強調表示の方法は、拡大表示方法、枠取り表示方法、色枠取り表示方法、カラー表示方法、周囲に空白を作る表示、バックグランドを明るくする表示方法などの単独あるいは併用によって様々な形態で実現できるものであり、特定の強調表示方法に限られるものではない。また、制御モード情報３０の表示は、記号表示でなく、制御モードの名称表示であってもよい。
【００３７】
続いて、上記実施例の材料試験機で材料試験を行うときの代表的な動作順序を説明する。
〔ステップＳ１〕 操作指令コントローラ１５でアプリケーションプログラムを立ち上げる。モニタ２２には準備画面ＰＡが出る。
【００３８】
〔ステップＳ２〕 準備画面ＰＡの上で必要に応じて制御モードの選択や油圧源の立ち上げ、試験片の装着などを行う。
【００３９】
〔ステップＳ３〕 モニタ２２に出た試験条件入力画面ＰＢの上で試験条件や測定データの表示値の設定などを行い、必要に応じて他の設定用の画面を呼び出し測定データの採取間隔などを設定する。
【００４０】
〔ステップＳ４〕 準備完了に続いて試験実行の開始操作を行う。
【００４１】
〔ステップＳ５〕 試験実行中は、適宜、モニタ２２の画面を切り換えて、試験の進行状況や異常発生の有無等をチェックする。
【００４２】
〔ステップＳ６〕 設定した条件の試験が済むと必要に応じてデータファイルを作成し試験は完了する。
【００４３】
この発明は、上記実施例に限られるものではなく、例えば、以下のように変形実施できる。
（１）上記実施例では、疲労試験が実行されたが、実行する試験は疲労試験に限らず、引張試験や圧縮試験など各種材料試験に適用できる。
【００４４】
（２）上記実施例では、試験片Ｓに取り付けられた変位量測定器が伸び計であったが、変位量測定器が試験片Ｓの曲げ量測定器など他の種類のものであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の材料試験機によれば、材料試験における負荷制御モードの設定過程や試験の実行過程でのモニタの画面に現在の負荷制御モードを示す情報の表示が、常に画面上の一定位置に強調されたかたちで実施されるため、オペレータは、材料試験機において現在設定されている負荷制御モードをいつでも正確かつ容易に認識できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の材料試験機の要部構成を示すブロック図である。
【図２】実施例装置のモニタに出る準備画面を示す図である。
【図３】実施例装置のモニタに出る試験条件入力画面を示す図である。
【図４】実施例装置のモニタに出る計測値／制御値表示画面を示す図である。
【図５】実施例装置のモニタに出るピーク値の履歴画面を示す図である。
【図６】主要計測データ情報の表示タイミングを説明するグラフである。
【符号の説明】
５…荷重検出手段としてのロードセル
８…負荷手段としての油圧アクチュエータ
１１…変形量検出手段としてのストローク検出器
１３…変形量検出手段としての伸び計
１５…操作指令コントローラ
１６…本体コントローラ
２１…表示制御部
２２…モニタ
Ｓ…試験片

Claims (1)

1. 試験片へ材料試験のための荷重を加える負荷手段と、試験片に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、試験片の変形量を検出する変形量検出手段と、前記荷重検出手段からの荷重検出信号に基づいて前記負荷手段を制御するモードと前記変形量検出手段からの変形量検出信号に基づいて前記負荷手段を制御するモードとを含む各種の制御モードのうち、任意の制御モードの設定や試験条件の設定を行なう操作指令手段と、前記操作指令手段で設定された制御モードおよび試験条件に基づいて前記負荷手段の制御を行なう負荷制御手段とを備え、前記制御モードや試験条件の設定過程および負荷制御の実行過程における必要情報をモニタの画面に表示する表示制御手段とを備えた材料試験機において、前記表示制御手段は、前記操作指令手段によって設定された制御モードを示す情報を常に前記モニタの画面上の一定位置に強調表示するように構成されたことを特徴とする材料試験機。

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