JP3725714B2 - Tensile test method and tensile test apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料の機械的性質を調べるための引張り試験方法及び引張り試験装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、線材や棒材等の線状部材についてその材料の機械的性質を調べるために引張り試験が行われている。引張り試験では、線状部材を引張り試験機に装着し、その線状部材を徐々に引っ張る。そして、ある荷重で引っ張ったときに、線状部材はその荷重に耐えられずに破断する。破断した線状部材の伸びや破断面の形状は、線状部材の材料によって異なる。例えば、材料が柔らかい性質を有するものであれば、線状部材は長く伸びて破断し、しかも、破断面の径は細く絞られる。一方、材料が固い性質を有するものであれば、線状部材はあまり伸びずに破断し、破断面の径も他の部分とほとんど変わらない。したがって、引張り試験で線状部材が破断した後に、線状部材の伸びや絞り等を測定することにより、その材料の機械的性質を知ることができる。また、通常、引張り試験では、伸び、絞りの他に、最大張力と降伏点を測定する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の引張り試験機では、最大張力と降伏点については、線状部材を引っ張りながら自動的に測定することができる。これに対して、線状部材の伸びや絞りの測定は、破断した二つの線状部材を繋ぎ合わせた後、作業者によりノギス等を用いて手作業で行われていた。このため、作業者の負担が大きく、作業能率がよくないという問題があった。また、従来は、引張り試験を行う前の段階においても、作業者自身が、線状部材の径を測定したり、線状部材を引張り試験機に装着しなければならないので、この点からも作業者の負担が大きいという問題があった。したがって、これまで手作業で行われていた、線状部材の引張り試験機への装着や伸び及び絞りの測定等の一連の作業を自動で行うことができる引張り試験装置の実現が望まれている。
【0004】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、線状部材の引張り試験機への装着や伸び及び絞りの測定等について作業者の負担を軽減することができる引張り試験方法及び引張り試験装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明に係る引張り試験方法は、線状部材の径を測定する工程と、前記線状部材の曲がりを測定する工程と、前記線状部材の径に関する測定データに基づいて決定された一定の間隔で、前記線状部材に目印を付ける工程と、前記線状部材の端部を固着する二つの固着手段を有する引張り試験機を用い、前記線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて前記固着手段の間隔及び向きを調整して前記固着手段に前記線状部材を装着する工程と、前記固着手段で固着された前記線状部材を引っ張ることにより破断する工程と、前記引張り試験機にて破断したままの前記線状部材を撮像して得られた引張り試験後の前記目印の間隔に関するデータと、引張り試験前の前記目印の間隔に関するデータとに基づいて、前記線状部材の伸びを算出し、また前記引張り試験機にて破断したままの前記線状部材を撮像して得られた破断面における前記線状部材の径を求め、その求めた結果と、引張り試験前の線状部材の径に関するデータとを用いて、破断面における前記線状部材の絞り値を算出する工程と、
を具備することを特徴とするものである。
【0006】
上記の目的を達成するための本発明に係る引張り試験装置は、線状部材の径を測定する第一測定手段と、前記線状部材の曲がりを測定する第二測定手段と、
前記線状部材の径に関する測定データに基づいて決定された一定の間隔で、前記線状部材に目印を付ける目印形成手段と、前記線状部材の端部を固着する二つの固着手段を有し、前記線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて前記固着手段の間隔及び向きを調整すると共に、前記固着手段で固着された前記線状部材を引っ張ることにより破断する引張り試験機と、前記引張り試験機にて破断したままの前記線状部材についての画像データを撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像して得られた引張り試験後の前記目印の間隔に関するデータと、引張り試験前の前記目印の間隔に関するデータとに基づいて、前記線状部材の伸びを算出し、また前記撮像手段で撮像して得られた破断面における前記線状部材の径を求め、その求めた結果と、引張り試験前の線状部材の径に関するデータとを用いて、破断面における前記線状部材の絞り値を算出する画像処理手段と、前記線状部材を、前記第一測定手段、前記第二測定手段、前記目印形成手段及び前記固着手段が設けられた各位置に移動する移動手段と、を具備することを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態である引張り試験装置の概略ブロック図、図2はその引張り試験装置の概略構成図、図3はその引張り試験装置の径測定装置を説明するための図、図4はその引張り試験装置の曲がり測定装置を説明するための図、図5はその引張り試験装置のケガキ装置を説明するための図、図6はその引張り試験装置の引張り試験機に線状部材を装着したときの状態を示す図、図7は引張り試験機で行われる引張り試験を説明するための図、図8は引張り試験完了後に引張り試験機から線状部材を取り出すときの様子を示す図である。
【0008】
本実施形態の引張り試験装置は、図1及び図2に示すように、ストッカ10と、移動手段としてのハンドリングロボット20と、第一測定手段としての径測定装置30と、第二測定手段としての曲がり測定装置40と、目印形成手段としてのケガキ装置50と、引張り試験機60と、撮像手段としてのCCDカメラ70と、画像処理装置80と、制御装置90と、残材ストッカ110とを備えるものである。かかる引張り試験装置では、材料の機械的性質として、最大張力、降伏点、伸び、絞りを測定する。
【0009】
本実施形態では、線材や棒材等の線状部材2に対して引張り試験を行う場合について説明する。特に、線状部材2としては、断面が略円形で、円弧状に湾曲しているものを用いる。この線状部材2の太さは一様であるとする。
【0010】
ストッカ10は、線状部材2を収容するものであり、図2に示すように、多数の棚11を有する。各棚11は、例えばその中心軸に垂直な平面で切った断面が正方形であるような、細長い角柱状をしている。各棚11には、線状部材2が一本ずつ収容される。また、かかるストッカ10は、棚11の中心軸が鉛直線から約45度の角度だけ傾くようにして設置されている。このため、線状部材2を棚11に挿入すると、線状部材2はその自重によって上に凸の状態で安定して棚11の内面に接することになる。したがって、各線状部材2をすべて同じ状態で、それぞれの棚11に収容することができる。
【0011】
ハンドリングロボット20は、線状部材2を把持して、所定の位置に移動させるものである。具体的には、線状部材2を径測定装置30、曲がり測定装置40、ケガキ装置50が設けられた各位置に移動したり、線状部材2を引張り試験機60の所定の装着位置に移動したりする。また、ハンドリングロボット20は、ストッカ10から線状部材2を取り出す。このとき、上述のようにストッカ10の各棚11には線状部材2がすべて同じ状態で収容されているので、ハンドリングロボット20に各棚11の位置を覚え込ませておけば、ハンドリングロボット20は棚11に収容された線状部材2を確実に把持することができる。かかるハンドリングロボット20としては、例えば6軸垂直多関節ロボットを使用する。このハンドリングロボット20の動作は制御装置90によって制御される。
【0012】
径測定装置30は、レーザを利用して、線状部材2の径を測定するものである。線状部材2は、図3に示すように、ハンドリングロボット20によって径測定装置30に装着される。そして、制御装置90からの指示を受けると、径測定装置30は線状部材2の径を測定する。この線状部材2の径に関する測定データは制御装置90に送られる。尚、径測定装置としては、レーザを利用するもの以外に、例えば撮像装置により線状部材2を撮像し、その撮像した画像に基づいて線状部材2の径を測定するものを用いてもよい。
【0013】
曲がり測定装置40は、線状部材2の曲がりを測定するものであり、図4に示すように、テーブル41と、X方向に沿って移動可能な第一押さえ手段42と、Y方向に沿って移動可能な第二押さえ手段43と、Y方向に沿って形成された第一衝立部44と、X方向に沿って形成された第二衝立部45とを有する。各押さえ手段42、43及び各衝立部44,45は、テーブル41上に設けられている。本実施形態では線状部材2は円弧状に湾曲しているので、線状部材2の曲がりを特徴付ける量として、線状部材2の両端を結ぶ直線の長さL1 と、その直線に直交する方向に沿っての線状部材2の長さL2 とを用いる。線状部材2は、ハンドリングロボット20によって曲がり測定装置40に手渡され、図4に示すように、テーブル41上において上に凸の状態で載せられる。そして、制御装置90からの指示を受けると、第一押さえ手段42及び第二押さえ手段43はそれぞれx方向、y方向に沿って移動する。これにより、線状部材2は第一衝立部44及び第二衝立部45に押しつけられ、第一押さえ手段42と第二押さえ手段43が停止する。このとき、第一押さえ手段42の位置に基づいて線状部材2の長さL1 が、また、第二押さえ手段43の位置に基づいて線状部材2の長さL2 が測定される。この線状部材2の曲がりに関する測定データ(L1 ,L2 )は制御装置90に送られる。尚、線状部材2が正確な円弧状でなく不規則な形状に湾曲しているような場合には、曲がり測定装置としては、例えば線状部材2の画像に基づいて線状部材2の形状やその両端の傾き角度等を測定するものを用いることが望ましい。
【0014】
尚、上述したように、径測定装置30、曲がり測定装置40としてはそれぞれ、線状部材2の画像データに基づいて測定を行うものを用いることができるが、特に、線状部材2の断面が略円形であれば、一つ測定装置を用いて、線状部材2についての一つの画像データに基づいて線状部材2の径と曲がりの両方を測定するようにしてもよい。
【0015】
ケガキ装置50は、線状部材2の表面に所定の間隔でケガキ線を刻むものである。このケガキ線の間隔は線状部材2の直径Dに応じて定められ、例えば4Dとされる。通常は線状部材2の径の公称値に基づいてケガキ線の間隔を定めるが、本実施形態では、制御装置90が、径測定装置30で測定した線状部材2の径に関する測定データに基づいてケガキ線の間隔を算出する。具体的には、線状部材2の径に応じて予め決められたケガキ線の間隔や深さをいくつかのパターンとして制御装置90の記憶部に記憶しておき、制御部90は径測定装置30で測定した線状部材2の径(又は公称値の径)に基づいて、そのパターンからケガキ線の間隔等を選択する。ケガキ装置50は、図5に示すように、テーブル51と、同図の左右方向に沿って移動可能な切込手段52とを有する。線状部材2は、ハンドリングロボット20によってケガキ装置50に手渡され、線状部材2の両端を結ぶ直線の方向が上記左右方向と平行になるように、テーブル51上の所定位置に載置される。そして、制御装置90からの指示を受けると、切込手段52は一定の間隔(例えば4D)ずつ移動しながら、切込手段52の刃を線状部材2に押し付ける動作を繰り返し、これにより、線状部材2に多数のケガキ線2aが入れられる。尚、切込手段52の刃の押し付け圧は数段階に調整可能である。
【0016】
引張り試験機60は、荷重をかけて線状部材2を引っ張ることにより線状部材2を破断させるものである。引張り試験機60には、図6に示すように、線状部材2の端部を固着する二つの固着手段61,62が設けられている。これらの固着手段61,62はそれぞれ軸63,63の回りに回動可能に構成されており、また、この回動動作をロックすることもできる。特に、本実施形態では、固着手段として首振りチャック機構を用いている。この引張り試験機60は、制御装置90からの指示に基づいて動作する。
【0017】
また、本実施形態では、ハンドリングロボット20と引張り試験機60とは互いに協調して、固着手段61,62に線状部材2を装着する動作を行う。具体的には、まず、制御装置90が、曲がり測定装置40で測定された線状部材2の曲がりに関する測定データに基づいて、固着手段61,62にその線状部材2を容易に装着することができるような、二つの固着手段61,62の間隔及び各固着手段61,62の向き(軸63の回りの回転角度)を算出し、その算出した結果を引張り試験機60に送る。すると、引張り試験機60はその送られた指示にしたがって、固着手段61,62の間隔及び向きを調整する。一方、ハンドリングロボット20は線状部材2を固着手段61,62の位置まで移動する。そして、固着手段61,62がそれぞれ線状部材2の上端部、下端部を固着することにより、図6に示すように、線状部材2が引張り試験機60に装着される。
【0018】
引張り試験が開始されると、引張り試験機60は線状部材2の上端を上方に引っ張る。これにより、線状部材2は変形し、遂には破断する(図7(b)参照)。また、引張り試験機60には、第三測定手段としての最大張力・降伏点測定装置(不図示)が設けられている。かかる最大張力・降伏点測定装置は、引張り試験を行っている際に、線状部材2の最大張力、降伏点を測定する。最大張力・降伏点測定装置で得られた最大張力、降伏点に関する測定データは制御装置90に送られる。
【0019】
本実施形態の引張り試験装置では、最大張力、降伏点の他に、線状部材2の伸びと絞りを測定する。引張り試験における伸びとは、破断した線状部材2が伸びた割合をいう。線状部材2の表面には、予め多数のケガキ線が所定の等間隔で刻まれているので、引張り試験後の線状部材2のケガキ線の間隔を測定することにより、伸びを求めることができる。
【0020】
また、引張り試験における絞りとは、破断前の線状部材2の断面積に対する、破断前後の線状部材2の断面積の差の割合をいう。この絞りは、破断面位置において測定する。また、JIS規格では、破断した二つの線状部材2の破断面同士を繋ぎ合わせた後、一の方向から見たときの絞りを測定すると共に、その方向に対して90度回転した方向から見たときの絞りを測定することが規定されている。
【0021】
本実施形態では、画像処理の手法を使って、引張り試験における線状部材2の伸びや絞りを自動測定する。かかる伸び及び絞りの測定処理は、大きく三つに分けられる。すなわち、線状部材2の画像に基づいて線状部材2の破断位置を測定する処理と、線状部材2の画像に基づいて伸びを測定する処理と、線状部材2の画像に基づいて絞りを測定する処理とである。
【0022】
CCDカメラ70は、線状部材2を撮像するためのものである。このCCDカメラ70にはズーム機構が付いており、画像処理装置80からの指示に基づいて倍率を変えることができる。破断位置を測定する場合には、破断した二つの線状部材2が一つの画像中に写るようにCCDカメラ70の倍率を設定する。一方、伸びや絞りを測定する場合には、線状部材2の一部を拡大した画像を得ることができるようにCCDカメラ70の倍率を設定する。CCDカメラ70で撮像された画像は画像処理装置80に送られ、所定の画像処理が施される。通常、CCDカメラ70は線状部材2に形成したケガキ線と対向させて配置する。
【0023】
また、CCDカメラ70は、上下方向及び前後方向に沿って移動可能であり、また、引張り試験機60の回りに回転することができる。線状部材2を撮像する際には、CCDカメラ70を所定の撮像位置まで前進させると共に所定の上下方向位置に昇降させる。そして、線状部材2を撮像した後、CCDカメラ70を後退させる。また、CCDカメラ70を回転可能に構成したのは、上記のJIS規格に適合した絞り測定を行うためである。尚、CCDカメラを回転可能に構成する代わりに、CCDカメラを二台用意し、互いに直交する方向から線状部材を撮像できるように構成してもよい。
【0024】
引張り試験機60の周囲には、線状部材2に光を照射する照明装置(不図示)が設けられている。この照明下で線状部材2が撮像されることになる。破断位置の測定、絞りの測定を行う場合には、線状部材2の輪郭がはっきり写った画像を得る必要があるため、照明装置は、線状部材2から見てCCDカメラ70と反対側から光を線状部材2に照射する。一方、伸びの測定を行う場合には、線状部材2に設けたケガキ線がはっきりと写った画像を得る必要があるため、照明装置は、CCDカメラ70の側から光を線状部材2に照射する。
【0025】
画像処理装置80は、CCDカメラ70で取得した画像に所定の画像処理を施すことにより、線状部材2の破断位置を測定したり、伸びや絞りを測定するものである。また、画像処理装置80は、破断位置の測定処理で得た測定データに基づいて、伸び又は絞りを測定するのに適したCCDカメラ70の位置及び倍率を算出すると共に、その算出結果に基づいてCCDカメラ70に指示を与える。
【0026】
制御装置90は、各装置を統括的に管理するものである。具体的には、ハンドリングロボット20、引張り試験機60、画像処理装置80等を制御したり、径測定装置30、曲がり測定装置40、最大張力・降伏点測定装置や画像処理装置80から送られた各種の測定データを管理する。本実施形態では、かかる制御装置90をコンピュータで構成している。
【0027】
残材ストッカ110は、破断した線状部材2を収容するものである。線状部材2は、伸び及び絞りの測定が完了すると、ハンドリングロボット20によって引張り試験機60から取り出され、残材ストッカ110の所定の棚に収容される。
【0028】
次に、本実施形態の引張り試験装置の動作手順について説明する。図9はその引張り試験装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。
【0029】
多数の線状部材2は、図2に示すように、予めストッカ10の各棚に一つずつ収容されている。まず、ハンドリングロボット20は、ストッカ10から一つの線状部材2を取り出し、その線状部材2を径測定装置30に移動する。図3に示すように線状部材2が径測定装置30に装着されると、径測定装置30はその線状部材2の径を測定する(step11)。この線状部材2の径に関する測定データは径測定装置30から制御装置90に送られる。その後、ハンドリングロボット20はその線状部材2を径測定装置30から曲がり測定装置40に移動する。線状部材2が曲がり測定装置40のテーブル41上に載せられると、曲がり測定装置40は、図4に示すように、第一押さえ手段42及び第二押さえ手段43を作動させて、その線状部材2の曲がりを測定する(step12)。この線状部材2の曲がりに関する測定データは曲がり測定装置40から制御装置90に送られる。次に、制御装置90は、線状部材2の径に関する測定データに基づいて線状部材2に刻むべきケガキ線の間隔を求めた後、その求めたケガキ線の間隔に関するデータをケガキ装置50に送る。そして、ハンドリングロボット20が線状部材2を曲がり測定装置40からケガキ装置50に移動し、線状部材2をケガキ装置50のテーブル51上に載せる。すると、ケガキ装置50は、図5に示すように、制御装置90から送られたケガキ線の間隔に関するデータにしたがって線状部材2に多数のケガキ線2aを形成する(step13)。
【0030】
次に、制御装置90は、線状部材2の曲がりに関する測定データに基づいて、引張り試験機60の二つの固着手段61,62の間隔と、各固着手段61,62の向きとを求める。この求めた間隔及び向きに関するデータは引張り試験機60に送られ、引張り試験機60はそのデータに基づいて、固着手段61,62の間隔と向きを調整する。そして、ハンドリングロボット20が線状部材2をケガキ装置50から固着手段61,62の位置まで移動すると、固着手段61,62はそれぞれ線状部材2の上端部、下端部を固着する。こうして、図6に示すように、線状部材2が引張り試験機60に装着される(step14)。
【0031】
その後、引張り試験機60は線状部材2の引張り試験を行う(step15)。すなわち、徐々に大きな荷重をかけて線状部材2を上方に引っ張る。このとき、各固着手段61,62の軸63,63についてはロックを解除して、回動自在とされる。このため、線状部材2を引っ張っていくと、まず、線状部材2は、図7(a)に示すように、直線状に伸びる。その後、荷重がある値に達したときに、線状部材2が破断し、荷重が急激に落ちる。引張り試験機60は、荷重が落ちたことを検出することにより、線状部材2が破断した瞬間を知ることができる。引張り試験機60は、線状部材2が破断した瞬間から一定の時間後に各部の動作を停止する。これにより、破断した二つの線状部材2の間には隙間ができ、線状部材2は、図7(b)に示すように、二つに分離した状態のまま保持される。また、引張り試験を行っている際に、引張り試験機60の最大張力・降伏点測定装置は、線状部材2の最大張力と降伏点を測定し、その測定データを制御装置90に送る(step16)。
次に、線状部材2の伸び及び絞りの測定を行う。かかる伸び及び絞りの測定は、破断位置の測定処理、伸びの測定処理、絞りの測定処理の順に行われる。最初に、線状部材2の破断位置を測定する処理を実行する(step17)。
【0032】
まず、制御装置90は、画像処理装置80に画像を取り込む旨の信号を送る。画像処理装置80はCCDカメラ70に信号を送り、CCDカメラ70は破断した線状部材2の略全体を撮像する。この線状部材2を撮像する際には、照明装置からの光が線状部材2に後方から照射されているため、この画像(濃淡画像)中、線状部材2を表す部分は濃度レベル(輝度値)が低く、その部分の画像は暗い。このCCDカメラ70で得られた画像は画像処理装置80に送られる。次に、画像処理装置80は、ノイズを除去するため、画像にフィルタリング処理を施した後、その画像を二値化処理する。ここでは、濃度レベルがしきい値以下である画素に「1」の値を、濃度レベルがしきい値より大きい画素に「0」の値を付与する。これにより、線状部材2を表す二値画像を得ることができる。次に、画像処理装置80は、二値画像にラベル付けの処理を施す。そして、ラベル付けられた各島について、所定の特徴量を抽出する。ここで、特徴量としては、例えば、島の数、各島についての面積値、各島についての重心位置を用いる。
【0033】
次に、画像処理装置80は、特徴量に基づいて、破断した二つの線状部材2に対応する二つの線状部材領域を抽出する。その後、画像処理装置80は、その二つの線状部材領域に対して、破断面の位置と、破断面間の中心位置とを算出する。具体的には次のように行う。二値画像の中では、上側に位置する線状部材領域の下辺が上の破断面を表し、下側に位置する線状部材領域の上辺が下の破断面を表している。このため、上(下)の破断面の位置を算出するには、例えば、上(下)側に位置する線状部材領域の下辺(上辺)を構成する各画素の位置データに基づいて、その下辺(上辺)を表す直線の方程式を算出する。そして、その直線の方程式を用いて、その線状部材領域の下辺(上辺)の中心位置を求め、これを上(下)の破断面の位置とすればよい。また、破断面間の中心位置は、上下の破断面の位置の中点を求めることにより、容易に得ることができる。画像処理装置80は、こうして線状部材2の破断面の位置等を測定すると、その測定データを制御装置90に送る。これで、破断位置の測定処理が終了する。
【0034】
尚、ここでは、画像を用いて破断面の位置等を測定する場合について説明したが、例えばセンサを用いて破断面の位置等を検出するようにしてもよい。
【0035】
次に、線状部材2の伸びを測定する処理に移行する(step18)。図10は線状部材2の伸びを測定する処理を説明するための図である。
【0036】
まず、制御装置90は、画像処理装置80に画像を取り込む旨の信号を送る。画像処理装置80は、上記の破断位置の測定処理で得られた測定データに基づいて、CCDカメラ70の所定の上下方向位置及び拡大倍率を算出し、その算出結果に基づいてCCDカメラ70の倍率を設定し、CCDカメラ70を所定の上下方向位置に移動する。CCDカメラ70は所定の上下方向位置に移動すると、線状部材2を撮像する。これにより、図10(a)に示すように、二つに破断した線状部材2の、少なくとも二つのケガキ線を含む部分であって且つケガキ線間に破断面が介在する部分についての拡大画像を取得する。かかる拡大画像を取得するのは、線状部材2のケガキ線の位置を正確に測定するためである。
【0037】
また、この線状部材2を撮像する際には、照明装置からの光が線状部材2に前方から照射されているため、この拡大画像(濃淡画像)中、凹んでいるケガキ線の部分は最も明るく写り、輝度値(濃度レベル)が一番高い。次に輝度値が高いのはケガキ線以外の線状部材2の部分であり、最も輝度値が低いのは背景部分である。この拡大画像は画像処理装置80に送られる。
【0038】
次に、画像処理装置80は、拡大画像について、ケガキ線の輪郭を強調するため、フィルタリング処理を行う。その後、かかるフィルタリング処理後の画像を二値化処理する。ここでは、濃度レベルが所定のしきい値以上である画素に「1」の値を、濃度レベルがしきい値よりも小さい画素に「0」の値を付与する。これにより、ケガキ線の輪郭を表す二値画像を得ることができる。次に、画像処理装置80は、二値画像にラベル付けの処理を施し、各島にラベルを付けた後、各島について所定の特徴量を抽出する。ここで、特徴量として、例えば、各島についての外接長方形の面積値を用いる。その後、画像処理装置80は、特徴量に基づいて、各島の中からケガキ線の輪郭を表すもの(ゲカキ線領域)を抽出する。
【0039】
次に、画像処理装置80は、かかる二値画像に基づいて、破断面の位置よりも上側に位置するケガキ線領域を、所定の距離dだけ下方に移動する処理を内部的に行う。ここで、下方に移動する距離dは、破断位置の測定処理で得られた上下の破断面の位置の差、及びCCDカメラ70の拡大倍率に基づいて求められる。また、ケガキ線領域が破断面の位置よりも上側に位置するか否かも、破断位置の測定処理で得られた測定データ等に基づいて容易に判断できる。図10(b)に示す例では、ケガキ線領域R1 ,R2 は破断面の下側に位置するので、そのままにしておく。そして、ケガキ線領域R3 ,R4 は破断面の上側に位置するので、それぞれ距離dだけ下側に移動する。尚、図10(b)に示すように、この二値画像において、横方向をx軸、縦方向をy軸としたxy座標系を取る。
【0040】
その後、画像処理装置80は、この移動処理を施した二値画像に基づいて、各ケガキ線領域の位置データ(ここではy座標)を取得する。具体的には、ケガキ線領域は略長方形状になるので、その長方形の中心位置のy座標をそのケガキ線領域の位置とする。そして、隣り合うケガキ線領域のy座標の差分を取ることにより、ケガキ線の間隔を求める。画像処理装置80は、こうして求めた引張り試験後のケガキ線の間隔に関する測定データと、引張り試験前のケガキ線の間隔に関する測定データとに基づいて、線状部材2の伸びを算出する。この算出した伸びに関する測定データは制御装置90に送られる。これで、伸びの測定処理が終了する。
【0041】
次に、線状部材2の絞りを測定する処理に移行する(step19)。図11は線状部材2の絞りを測定する処理を説明するための図である。
【0042】
まず、制御装置90は、画像処理装置80に画像を取り込む旨の信号を送る。画像処理装置80は、上記の破断位置の測定処理で得られた測定データに基づいて、CCDカメラ70の所定の上下方向位置及び拡大倍率を算出し、その算出結果に基づいてCCDカメラ70の倍率を設定し、CCDカメラ70を所定の上下方向位置に移動する。CCDカメラ70は所定の上下方向位置に移動すると、線状部材2の破断した部分を撮像し、図11(a)に示すように、その破断した部分が略中央に位置するような拡大画像を取得する。このような拡大画像を取得するのは、破断面の近傍における絞りを正確に求めるためである。
【0043】
また、この線状部材2を撮像する際には、照明装置からの光が線状部材2に後方から照射されているため、この拡大画像(濃淡画像)中、線状部材2を表す部分は濃度レベル(輝度値)が低く、背景を表す部分は濃度レベルが高い。かかる拡大画像は画像処理装置80に送られる。
【0044】
次に、画像処理装置80は、ノイズを除去するために拡大画像にフィルタリング処理を施した後、その拡大画像を二値化処理する。ここでは、濃度レベルが所定のしきい値以下である画素に「1」の値を、濃度レベルがしきい値より大きい画素に「0」の値を付与する。これにより、線状部材2を表す二値画像を得ることができる。次に、画像処理装置80は、二値画像にラベル付けの処理を施す。そして、各島について所定の特徴量を抽出する。ここで、特徴量としては、例えば、島の数、各島についての面積値、各島についての重心位置を用いる。
【0045】
次に、画像処理装置80は、特徴量に基づいて、破断した二つの線状部材2に対応する二つの線状部材領域を抽出する。その後、画像処理装置80は、二つの線状部材領域についてボーダーサーチを行い、二つの線状部材領域の各輪郭点の座標データを取り込む。そして、その輪郭形状に基づいて各線状部材領域の破断面を特定する。二値画像の中では、線状部材2は上下に二つに分離しているので、上側に位置する線状部材領域の下辺が上の破断面を表し、下側に位置する線状部材領域の上辺が下の破断面を表している。これより、各線状部材領域の破断面を容易に特定することができる。
【0046】
次に、画像処理装置80は、二値画像に基づいて、上下の破断面が一致するように線状部材領域を移動する処理を内部的に行う。通常、引張り試験機60では、線状部材2の下端を固定しているので、上側の線状部材領域を略下方に移動させることにより、上側の線状部材領域の破断面を下側の線状部材領域の破断面に突き合わせる。これにより、図11(b)に示すように、上下の破断面を突き合わせた二値画像を得ることができる。その後、画像処理装置80は、その上下の破断面を突き合わせた二値画像に基づいて、破断面における線状部材2の絞りを測定する。具体的は、まず、破断面における線状部材2の横方向の画素数に基づいて、破断面における線状部材2の径D1 を求める。そして、その求めた結果と、引張り試験前の線状部材2の径に関する測定データとを用いて、破断面における線状部材2の絞り値を算出する。画像処理装置80は、こうして得られた線状部材2の絞りに関する測定データを制御装置90に送る。以上の絞り測定は、CCDカメラ70を90度回転させた位置で、再度行う。これで、線状部材2の絞りを測定する処理が終了する。
【0047】
こうして、線状部材2の伸び及び絞りの測定処理が終了すると、ハンドリングロボット20は、図8に示すように、引張り試験機60から破断した線状部材2を取り出した後、その線状部材2を残材ストッカ110に移動し、所定の棚に収容する。以上で、一つの線状部材2に対する引張り試験装置の動作が終了する。その後、他の線状部材2について引張り試験を行う場合には、上記の動作を繰り返す。
【0048】
本実施形態の引張り試験装置では、径測定装置で得られた線状部材の径に関する測定データに基づいてケガキ線の間隔を求めると共に、その求めたケガキ線の間隔に関するデータを用いてゲカキ装置を制御することにより、線状部材にケガキ線を刻む処理を自動で行うことができる。また、曲がり測定装置で得られた線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて引張り試験機の固着手段の間隔や向きを調整した後、ハンドリングロボットが線状部材を固着手段の位置に移動し、固着手段がその線状部材を固着することにより、線状部材の引張り試験機への装着を自動で行うことができる。更に、線状部材の破断位置を撮像して得られた画像に基づいて線状部材の伸びや絞りを測定することにより、従来、作業者がノギス等を用いて手作業で行っていた伸び及び絞りの測定を、正確かつ迅速に自動で行うことができる。したがって、本実施形態の引張り試験装置では、線状部材の引張り試験機への装着や伸び及び絞りの測定等の一連の作業を自動で行うことができ、作業者の負担を軽減することができる。
【0049】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【0050】
上記の実施形態では、線状部材の表面にケガキ線を刻んだ場合について説明したが、一般に、引張り試験用の所定の目印を線状部材の表面に設けるようにしてもよい。かかる目印としては、ケガキ線の他に、例えはポンチ穴や塗料でペイントした線等を用いることができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の引張り試験方法によれば、線状部材の径に関する測定データに基づいて決定された一定の間隔で、線状部材に目印を付けることにより、目印を付ける作業を容易に行うことができる。また、線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて引張り試験機の固着手段の間隔や向きを調整することにより、線状部材を引張り試験機に装着する作業を容易に行うことができる。更に、線状部材の破断位置を撮像して得られた画像に基づいて線状部材の伸びや絞りを測定することにより、従来、作業者がノギス等を用いて手作業で行っていた伸び及び絞りの測定を、正確かつ迅速に自動で行うことができる。したがって、本発明の引張り試験方法を適用することにより、線状部材の引張り試験機への装着や伸び及び絞りの測定等について作業者の負担を軽減することができる。
【0052】
また、本発明の引張り試験装置によれば、第一測定手段で得られた線状部材の径に関する測定データに基づいて決定された一定の間隔で、目印形成手段が線状部材に目印を付けることにより、線状部材に目印を付ける処理を自動で行うことができる。また、第二測定手段で得られた線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて引張り試験機の固着手段の間隔や向きを調整した後、移動手段が線状部材を固着手段の位置に移動し、固着手段が線状部材を固着することにより、線状部材の引張り試験機への装着を自動で行うことができる。更に、線状部材の破断位置を撮像して得られた画像に基づいて線状部材の伸びや絞りを測定することにより、従来、作業者がノギス等を用いて手作業で行っていた伸び及び絞りの測定を、正確かつ迅速に自動で行うことができる。したがって、本発明の引張り試験装置では、線状部材の引張り試験機への装着や伸び及び絞りの測定等の一連の作業を自動で行うことができ、作業者の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である引張り試験装置の概略ブロック図である。
【図2】その引張り試験装置の概略構成図である。
【図3】その引張り試験装置の径測定装置を説明するための図である。
【図4】その引張り試験装置の曲がり測定装置を説明するための図である。
【図5】その引張り試験装置のケガキ装置を説明するための図である。
【図6】その引張り試験装置の引張り試験機に線状部材を装着したときの状態を示す図である。
【図7】引張り試験機で行われる引張り試験を説明するための図である。
【図8】引張り試験完了後に引張り試験機から線状部材を取り出すときの様子を示す図である。
【図9】その引張り試験装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。
【図10】線状部材の伸びを測定する処理を説明するための図である。
【図11】線状部材の絞りを測定する処理を説明するための図である。
【符号の説明】
2 線状部材
2a ケガキ線
10 ストッカ
11 棚
20 ハンドリングロボット
30 径測定装置
40 曲がり測定装置
41 テーブル
42 第一押さえ手段
43 第二押さえ手段
44 第一衝立部
45 第二衝立部
50 ケガキ装置
51 テーブル
52 切込手段
60 引張り試験機
61,62 固着手段
63 軸
70 CCDカメラ
80 画像処理装置
90 制御装置
110 残材ストッカ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tensile test method and a tensile test apparatus for examining the mechanical properties of a material.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, tensile tests have been performed on wire members such as wires and rods in order to investigate the mechanical properties of the materials. In the tensile test, a linear member is attached to a tensile tester, and the linear member is gradually pulled. And when it pulls with a certain load, a linear member will not endure the load but will fracture. The elongation of the broken linear member and the shape of the fracture surface vary depending on the material of the linear member. For example, if the material has a soft property, the linear member extends long and breaks, and the diameter of the fracture surface is narrowed down. On the other hand, if the material has a hard property, the linear member breaks without extending so much, and the diameter of the fractured surface is almost the same as other parts. Therefore, after the linear member breaks in the tensile test, the mechanical properties of the material can be known by measuring the elongation or drawing of the linear member. Usually, in the tensile test, the maximum tension and the yield point are measured in addition to elongation and drawing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional tensile testing machine, the maximum tension and the yield point can be automatically measured while pulling the linear member. On the other hand, the measurement of the elongation and the drawing of the linear member has been performed manually by a worker using a caliper or the like after joining the two broken linear members. For this reason, there is a problem that the burden on the worker is large and the work efficiency is not good. Conventionally, even before the tensile test is performed, the operator himself has to measure the diameter of the linear member or attach the linear member to the tensile tester. There was a problem that the burden on the person was heavy. Therefore, it is desired to realize a tensile test apparatus that can automatically perform a series of operations such as mounting of a linear member to a tensile tester and measurement of elongation and drawing, which has been performed manually. .
[0004]
The present invention has been made based on the above circumstances, and includes a tensile test method and a tensile test apparatus that can reduce the burden on an operator for mounting a linear member on a tensile tester and measuring elongation and drawing. It is intended to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The tensile test method according to the present invention for achieving the above object includes a step of measuring the diameter of the linear member, a step of measuring the bending of the linear member, and measurement data relating to the diameter of the linear member. The step of marking the linear member at a fixed interval determined based on the above and a bending tester having two fixing means for fixing the end of the linear member, and the bending of the linear member Adjusting the interval and orientation of the fixing means based on the measurement data and attaching the linear member to the fixing means; and breaking by pulling the linear member fixed by the fixing means; In the tensile tester Fractured Leave Obtained by imaging the linear member The elongation of the linear member is calculated based on the data regarding the interval of the mark after the tensile test and the data regarding the interval of the mark before the tensile test, and the line remains broken by the tensile tester. The diameter of the linear member in the fracture surface obtained by imaging the linear member is obtained, and the linear member in the fracture surface is obtained by using the obtained result and data on the diameter of the linear member before the tensile test. The aperture value for Process,
It is characterized by comprising.
[0006]
The tensile test apparatus according to the present invention for achieving the above object includes a first measuring means for measuring the diameter of the linear member, a second measuring means for measuring the bending of the linear member,
There are mark forming means for marking the linear member at fixed intervals determined based on measurement data relating to the diameter of the linear member, and two fixing means for fixing the end of the linear member. A tension tester that adjusts the interval and orientation of the fixing means based on measurement data relating to the bending of the linear member, and breaks by pulling the linear member fixed by the fixing means; In the tensile tester Fractured Leave Imaging means for imaging image data of the linear member, and imaging by the imaging means The elongation of the linear member is calculated based on the data regarding the interval between the marks after the tensile test and the data regarding the interval between the marks before the tensile test, and captured by the imaging unit. The diameter of the linear member at the fracture surface obtained is obtained, and the aperture value of the linear member at the fracture surface is calculated using the obtained result and data relating to the diameter of the linear member before the tensile test. An image processing unit; and a moving unit that moves the linear member to each position where the first measuring unit, the second measuring unit, the mark forming unit, and the fixing unit are provided. It is what.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram of a tensile test apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the tensile test apparatus, and FIG. 3 is a diagram for explaining a diameter measuring apparatus of the tensile test apparatus. 4 is a diagram for explaining a bending measuring device of the tensile test device, FIG. 5 is a diagram for explaining a marking device of the tensile test device, and FIG. 6 is a diagram showing a linear member in the tensile tester of the tensile test device. FIG. 7 is a diagram for explaining a tensile test performed by a tensile tester, and FIG. 8 is a diagram showing a state when a linear member is taken out from the tensile tester after completion of the tensile test. is there.
[0008]
As shown in FIGS. 1 and 2, the tensile test apparatus of the present embodiment includes a
[0009]
This embodiment demonstrates the case where a tension test is performed with respect to
[0010]
The
[0011]
The handling
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
As described above, as the
[0015]
The marking
[0016]
The
[0017]
In the present embodiment, the handling
[0018]
When the tensile test is started, the
[0019]
In the tensile test apparatus of the present embodiment, the elongation and drawing of the
[0020]
The term “drawing” in the tensile test refers to the ratio of the difference in the cross-sectional area of the
[0021]
In the present embodiment, the elongation and aperture of the
[0022]
The
[0023]
Further, the
[0024]
A lighting device (not shown) for irradiating the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The remaining
[0028]
Next, the operation procedure of the tensile test apparatus of this embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation procedure of the tensile test apparatus.
[0029]
A large number of
[0030]
Next, the
[0031]
Thereafter, the
Next, the elongation and diaphragm of the
[0032]
First, the
[0033]
Next, the
[0034]
Here, the case where the position of the fractured surface and the like are measured using an image has been described, but the position of the fractured surface and the like may be detected using a sensor, for example.
[0035]
Next, the process proceeds to a process of measuring the elongation of the linear member 2 (step 18). FIG. 10 is a diagram for explaining a process for measuring the elongation of the
[0036]
First, the
[0037]
Further, when the
[0038]
Next, the
[0039]
Next, the
[0040]
Thereafter, the
[0041]
Next, the process proceeds to a process for measuring the aperture of the linear member 2 (step 19). FIG. 11 is a diagram for explaining the process of measuring the aperture of the
[0042]
First, the
[0043]
Further, when imaging the
[0044]
Next, the
[0045]
Next, the
[0046]
Next, the
[0047]
Thus, when the measurement processing of the elongation and the drawing of the
[0048]
In the tensile test apparatus according to the present embodiment, the distance between the marking lines is obtained based on the measurement data related to the diameter of the linear member obtained by the diameter measuring apparatus, and the geki apparatus is used using the data related to the obtained distance between the marking lines. By controlling, it is possible to automatically perform the process of marking the marking line on the linear member. Further, after adjusting the interval and direction of the fixing means of the tensile tester based on the measurement data regarding the bending of the linear member obtained by the bending measuring device, the handling robot moves the linear member to the position of the fixing means, By fixing the linear member by the fixing means, the linear member can be automatically mounted on the tensile tester. Furthermore, by measuring the elongation and aperture of the linear member based on an image obtained by imaging the breaking position of the linear member, conventionally, the elongation and the operator manually performed using a caliper or the like The aperture can be automatically measured accurately and quickly. Therefore, in the tensile test apparatus of the present embodiment, a series of operations such as attachment of the linear member to the tensile tester and measurement of elongation and drawing can be automatically performed, and the burden on the operator can be reduced. .
[0049]
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary.
[0050]
In the above embodiment, the case where the marking line is engraved on the surface of the linear member has been described, but in general, a predetermined mark for a tensile test may be provided on the surface of the linear member. As the mark, in addition to the marking line, for example, a punch hole, a line painted with paint, or the like can be used.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the tensile test method of the present invention, the marking work can be easily performed by marking the linear member at regular intervals determined based on the measurement data related to the diameter of the linear member. Can be done. Further, by adjusting the interval and direction of the fixing means of the tensile tester based on the measurement data relating to the bending of the linear member, the work of mounting the linear member on the tensile tester can be easily performed. Furthermore, by measuring the elongation and aperture of the linear member based on an image obtained by imaging the breaking position of the linear member, conventionally, the extension and the manually performed by the operator manually using a caliper or the like The aperture can be automatically measured accurately and quickly. Therefore, by applying the tensile test method of the present invention, it is possible to reduce the burden on the operator regarding the mounting of the linear member to the tensile tester, the measurement of the elongation and the drawing, and the like.
[0052]
Further, according to the tensile test apparatus of the present invention, the mark forming means marks the linear member at a constant interval determined based on the measurement data regarding the diameter of the linear member obtained by the first measuring means. Thereby, the process which marks a linear member can be performed automatically. Further, after adjusting the interval and direction of the fixing means of the tensile tester based on the measurement data regarding the bending of the linear member obtained by the second measuring means, the moving means moves the linear member to the position of the fixing means. When the fixing means fixes the linear member, the linear member can be automatically mounted on the tensile tester. Furthermore, by measuring the elongation and aperture of the linear member based on an image obtained by imaging the breaking position of the linear member, conventionally, the extension and the manually performed by the operator manually using a caliper or the like The aperture can be automatically measured accurately and quickly. Therefore, in the tensile test apparatus of the present invention, a series of operations such as attachment of the linear member to the tensile tester, measurement of elongation and drawing, etc. can be performed automatically, and the burden on the operator can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a tensile test apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the tensile test apparatus.
FIG. 3 is a view for explaining a diameter measuring device of the tensile test device.
FIG. 4 is a view for explaining a bending measuring device of the tensile test device.
FIG. 5 is a view for explaining a marking device of the tensile test device.
FIG. 6 is a view showing a state when a linear member is attached to a tensile tester of the tensile test apparatus.
FIG. 7 is a diagram for explaining a tensile test performed by a tensile tester.
FIG. 8 is a diagram showing a state when a linear member is taken out from a tensile tester after completion of a tensile test.
FIG. 9 is a flowchart for explaining an operation procedure of the tensile test apparatus.
FIG. 10 is a diagram for explaining processing for measuring elongation of a linear member.
FIG. 11 is a diagram for explaining processing for measuring a diaphragm of a linear member;
[Explanation of symbols]
2 Linear members
2a marking line
10 Stocker
11 shelves
20 Handling robot
30 diameter measuring device
40 Bending measuring device
41 tables
42 First holding means
43 Second holding means
44 First screen
45 Second screen
50 scribing equipment
51 tables
52 Cutting means
60 Tensile tester
61, 62 Adhering means
63 axes
70 CCD camera
80 Image processing device
90 Control device
110 Remaining material stocker
Claims (8)
前記線状部材の曲がりを測定する工程と、
前記線状部材の径に関する測定データに基づいて決定された一定の間隔で、前記線状部材に目印を付ける工程と、
前記線状部材の端部を固着する二つの固着手段を有する引張り試験機を用い、前記線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて前記固着手段の間隔及び向きを調整して前記固着手段に前記線状部材を装着する工程と、
前記固着手段で固着された前記線状部材を引っ張ることにより破断する工程と、
前記引張り試験機にて破断したままの前記線状部材を撮像して得られた引張り試験後の前記目印の間隔に関するデータと、引張り試験前の前記目印の間隔に関するデータとに基づいて、前記線状部材の伸びを算出し、また前記引張り試験機にて破断したままの前記線状部材を撮像して得られた破断面における前記線状部材の径を求め、その求めた結果と、引張り試験前の線状部材の径に関するデータとを用いて、破断面における前記線状部材の絞り値を算出する工程と、
を具備することを特徴とする引張り試験方法。Measuring the diameter of the linear member;
Measuring the bending of the linear member;
Marking the linear member at regular intervals determined based on measurement data relating to the diameter of the linear member;
Using a tensile tester having two fixing means for fixing the end of the linear member, the interval and direction of the fixing means are adjusted based on measurement data relating to the bending of the linear member, and the fixing means is Attaching a linear member;
A step of breaking by pulling the linear member fixed by the fixing means;
Based on the data relating to spacing of the mark after the resulting tensile tested by imaging the linear member remains broken, and data relating to spacing of the mark prior to the tensile test at the tensile tester, the line The elongation of the linear member is calculated, and the diameter of the linear member in the fracture surface obtained by imaging the linear member that has been broken by the tensile tester is obtained, and the obtained result and the tensile test Using the data regarding the diameter of the previous linear member, and calculating the aperture value of the linear member at the fracture surface ;
A tensile test method characterized by comprising:
前記線状部材の曲がりを測定する第二測定手段と、
前記線状部材の径に関する測定データに基づいて決定された一定の間隔で、前記線状部材に目印を付ける目印形成手段と、
前記線状部材の端部を固着する二つの固着手段を有し、前記線状部材の曲がりに関する測定データに基づいて前記固着手段の間隔及び向きを調整すると共に、前記固着手段で固着された前記線状部材を引っ張ることにより破断する引張り試験機と、
前記引張り試験機にて破断したままの前記線状部材についての画像データを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像して得られた引張り試験後の前記目印の間隔に関するデータと、引張り試験前の前記目印の間隔に関するデータとに基づいて、前記線状部材の伸びを算出し、また前記撮像手段で撮像して得られた破断面における前記線状部材の径を求め、その求めた結果と、引張り試験前の線状部材の径に関するデータとを用いて、破断面における前記線状部材の絞り値を算出する画像処理手段と、
前記線状部材を、前記第一測定手段、前記第二測定手段、前記目印形成手段及び前記固着手段が設けられた各位置に移動する移動手段と、
を具備することを特徴とする引張り試験装置。First measuring means for measuring the diameter of the linear member;
Second measuring means for measuring the bending of the linear member;
Mark forming means for marking the linear member at regular intervals determined based on measurement data relating to the diameter of the linear member;
Two fixing means for fixing the end of the linear member, and adjusting the interval and direction of the fixing means based on measurement data relating to the bending of the linear member, and the fixing by the fixing means A tensile tester that breaks by pulling a linear member;
Imaging means for imaging image data about the linear member that remains broken by the tensile tester ;
The elongation of the linear member is calculated based on the data regarding the interval between the marks after the tensile test obtained by imaging with the imaging unit and the data regarding the interval between the marks before the tensile test, and the imaging The diameter of the linear member in the fractured surface obtained by imaging with the means is obtained, and using the obtained result and data on the diameter of the linear member before the tensile test, the linear member in the fractured surface is obtained. Image processing means for calculating an aperture value ;
Moving means for moving the linear member to each position provided with the first measuring means, the second measuring means, the mark forming means, and the fixing means;
A tensile test apparatus comprising:
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