JP3858990B2 - 高速引張試験領域における真応力−歪みの測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高速衝撃試験機等を用いて試験片を引張試験する際、その高速引張領域において試験片に作用する真応力−歪み特性を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料などの試験片に５〜１０ｍ／ｓｅｃにもおよぶ高速度の引張試験を行うには、例えば引張方向に助走区間を設けたピストンなどを用いて、試験片の両端部を把持する一対の掴み具を急激に離隔させる構造を備えた高速引張試験機などが用いられる。このような高速引張領域における応力−歪み特性を測定する方法としては、従来、試験片に取り付けた治具にターゲットを貼着して、非接触式の光学式変位計を用いて伸びを計測する一方、試験片の掴み具等に貼り付けた歪みゲージの出力による試験力（引張荷重）の計測値から応力を算出する方法などが一般的に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような従来の高速引張領域における応力−歪み特性の測定方法においては、応力は引張荷重を試験片の初期断面積で除した公称応力であり、試験の進行に伴う試験片の変形による断面積の変化については考慮されていない。つまり、従来の測定方法によれば、真応力−歪み特性については測定することはできない。
【０００４】
本発明の目的は、高速引張領域における真応力−歪み特性を正確に測定することのできる装置を提供することにある。
【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、本発明の高速引張領域における真応力−歪みの測定装置は、高速引張領域における真応力−歪みを測定する装置であって、表面に標点に対応する少なくとも２つのマーカーが付された試験片を、互いに直交する２方向から撮影する撮像手段と、その撮像手段からの画像データを画像処理して、試験中における試験片の刻々の標点間の距離を求めるとともに、試験片の互いに直交する２方向における引張方向に直交する寸法情報から当該試験片の刻々の断面積を求める画像処理手段と、その画像処理手段により求められた試験片の刻々の断面積および標点間距離と、刻々の試験力を計測するロードセルからの荷重データを取り込み、各時点における断面積と同時刻の荷重データから刻々の真応力を算出するとともに、その各真応力と同時刻の標点間距離とから、真応力−歪みデータを求める演算手段を備えていることによって特徴づけられる。
【０００６】
本発明は、高速引張試験中の試験片を撮像手段により２方向から撮影し、その撮影デー タに基づいて試験片の形状変化を非接触のもとに測定することによって、試験中における刻々の断面積の変化を求め、各時点の断面積で同時刻の試験力（引張荷重）を除することによって刻々の真応力を算出することで、所期の目的を達成しようとするものである。
【０００７】
すなわち、試験片を互いに直交する２方向、例えば正面と右側面から撮影し、その撮影データを用いた画像処理によってこれら両方向における試験片の寸法解析を行うことで、試験片の刻々の断面積を算出することができる。撮像手段と画像処理手段により、試験片に付された２つの標点に対応するマーカー間の刻々の距離変化も併せて求めることができ、これらのマーカー間の刻々の断面積と同時刻に採取された試験力とから、試験片に作用する刻々の真応力を算出することができ、更にその真応力と同時刻に採取された伸びとから、真応力−歪みデータを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の全体構成図で、機械的構成を表す模式図と、電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【０００９】
高速試験機本体１は、テーブル１１上に設けられたコラム１２ａ〜１２ｄの頂部にクロスヨーク１３を固定し、テーブル１１の上面に移動側の掴み具１４ａを、クロスヨーク１３の下面に固定側の掴み具１４ｂをそれぞれ配した構造を有している。移動側の掴み具１４ａは、ピストンに助走区間が設けられた油圧アクチュエータ１５の駆動により移動する移動体１６に固定されている。また、固定側の掴み具１４ｂは、クロスヨーク１３に対してロードセル１７を介して固定されている。
【００１０】
試験片Ｗは、その上下両端部をこれらの掴み具１４ａ，１４ｂに把持された状態で試験に供される。この試験片Ｗには、あらかじめ２つの標点に対応する位置の２つのマーカーＭｇ１，Ｍｇ２と、更にこれらの間を等間隔に分割する位置の２つのマーカーＭ３，Ｍ４の合計４つのマーカーが付されており、各マーカーは、試験片Ｗの外周面をそれぞれ１周している。
【００１１】
高速試験機本体１１の油圧アクチュエータ１５は、試験機制御装置１８からのトリガー信号によって駆動を開始する。この油圧アクチュエータ１５の駆動により、移動側の掴み具１４ａが高速度で下降し、その掴み具１４ａと固定側の掴み具１４ｂの間に把持された試験片Ｗに高速度の引張荷重が負荷される。その引張荷重はロードセル１７によって刻々と検出される。
【００１２】
なお、実際には、油圧アクチュエータ１５は、油圧ユニットから供給される圧油によって駆動し、試験機制御装置１８のトリガー信号はその油圧ユニットに対して油圧アクチュエータ１８への圧油の供給を開始させるのであるが、図１においては説明の簡略化のために油圧ユニットの図示は省略している。
【００１３】
高速試験機本体１１の正面（図中右方）および右側面には、それぞれ撮像装置２１ａおよび２１ｂと、それぞれに対応する照明装置２２ａ，２２ｂが設けられている。各撮像装置２１ａ，２１ｂは、その視野が掴み具１４ａ，１４ｂに把持された試験片Ｗを試験開始当初から終了に至るまでカバーできるように位置決めされ、試験中を通じて試験片Ｗの正面および右側面が撮影される。なお、これらは実際には三脚などの固定具によって固定されているが、図１においてはこれらの図示を省略している。
【００１４】
各撮像装置２１ａ，２１ｂは、撮影速度１００万コマ／秒程度の高速撮影が可能であり、これらは試験機制御装置１８から出力される前記したトリガ信号によって試験開始と同時に動作を開始する。各撮像装置２１ａ，２１ｂからの画像データは、それぞれデータ処理装置２３の画像処理部２３ｂに取り込まれる。また、前記したロードセル１７による荷重検出信号は、一旦試験機制御装置１８に取り込まれた後、荷重検出データとしてデータ処理装置２３の演算部２３ｂに取り込まれる。データ処理装置２３は、コンピュータとその周辺機器を主体とするものであって、画像処理部２３ａおよび演算部２３ｂは、それぞれコンピュータにインストールされているプログラムによって以下に示すそれぞれの機能を発揮するのであるが、図１においては各機能ごとのブロック図で示している。
【００１５】
さて、画像処理部２３ａでは、各撮影装置２１ａ，２１ｂによる試験中における試験片Ｗの正面および右側面を撮影した刻々の画像データを用いて、試験片Ｗの２つの標点に対応するマーカーＭｇ１，Ｍｇ２の鉛直方向への位置解析を行うことにより、刻々の標点間距離を求めるとともに、これらの各マーカーＭｇ１，Ｍｇ２とその間の各マーカーＭ３，Ｍ４が付されている位置における正面および右側面の水平方向への寸法解析を行うことによって、試験中における各マーカー位置の刻々の断面積を求め、試験片Ｗの標点間における断面積の刻々の平均値（以下、単に断面積と称する）を求める。
【００１６】
演算部２３ｂでは、画像処理部２３ａで求めた刻々の標点間距離および刻々の断面積と、試験機制御装置１８からの刻々の荷重検出データを取り込み、互いに同時刻の荷重検出データを断面積で除して真応力を算出するとともに、更に同時刻における標点間距離と併せて、真応力−歪みデータを作成する。この真応力−歪みデータは、試験結果として表示器２４に表示される。
【００１７】
なお、以上の実施の形態では、試験片Ｗの正面および右側面をそれぞれ個別の撮像装置２１ａ，２１ｂによって撮影した例を示したが、試験片Ｗの正面ないしは側面に対して４５°の角度で傾斜するように鏡を配置し、その鏡に写った試験片Ｗの正面ないしは側面の像を、試験片Ｗの側面ないしは正面とともに１台の撮影装置で撮影して、画像処理に供することによっても、上記と同様に試験中における刻々の標点間距離と断面積変化を求めることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高速引張試験中における試験片を互いに直交する２方向から撮影することにより、試験中における試験片の刻々の断面積および標点間距離を非接触で求め、刻々の断面積と同時刻に取り込んだ荷重データとから試験片に作用する刻々の真応力を算出し、同じく同時刻に取り込んだ標点間距離と併せて、高速引張領域における真応力−歪み特性を求めることが可能となり、高速引張領域における材料特性の解析に有益なデータとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の全体構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【符号の説明】
１ 高速引張試験機本体
１１ テーブル
１２ａ〜１２ｄ コラム
１３ クロスヨーク
１４ａ，１４ｂ 掴み具
１５ 油圧アクチュエータ
１６ 移動体
１７ ロードセル
１８ 試験機制御装置
２１ａ，２１ｂ 撮像装置
２２ａ，２２ｂ 照明装置
２３ データ処理装置
２３ａ 画像処理部
２３ｂ 演算部
Ｗ 試験片
Ｍｇ１，Ｍｇ２，Ｍ３，Ｍ４ マーカー
Claims (1)
- 高速引張領域における真応力−歪みを測定する装置であって、表面に標点に対応する少なくとも２つのマーカーが付された試験片を、互いに直交する２方向から撮影する撮像手段と、その撮像手段からの画像データを画像処理して、試験中における試験片の刻々の標点間の距離を求めるとともに、試験片の互いに直交する２方向における引張方向に直交する寸法情報から当該試験片の刻々の断面積を求める画像処理手段と、その画像処理手段により求められた試験片の刻々の断面積および標点間距離と、刻々の試験力を計測するロードセルからの荷重データを取り込み、各時点における断面積と同時刻の荷重データから刻々の真応力を算出するとともに、その各真応力と同時刻の標点間距離とから、真応力−歪みデータを求める演算手段を備えていることを特徴とする高速引張領域における真応力−歪み測定装置。
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