JP4207674B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引張試験用つかみ具や圧縮試験用圧盤などの各種治具の使用に関する情報を出力して最適な試験を誘導する材料試験機に関する。
【０００２】
【背景技術】
材料試験機には、大別して引張試験機、圧縮試験機、曲げ試験機の３種類の試験機がある。引張試験機では、上下つかみ具に設けた一対のつかみ歯間に試験片を挟持して試験片に引張負荷を与える。圧縮試験機では、上下圧盤間で供試体に圧縮負荷を与える。曲げ試験機では、支点間に保持した供試体にポンチにより曲げ負荷を与える。つかみ具、圧盤あるいはポンチや支持台などの治具は、負荷の大きさ、試験片や供試体の種類に応じて選択して使用される。
【０００３】
従来は、試験条件に基づいて、作業者が経験により使用する治具を選択している。そのため、経験の浅い作業者は試験条件に最適な治具を選択することができず、信頼性の高い試験結果が得られないおそれがあった。あるいは、試験条件に最適な治具を選択するまでに種々の治具を使用してトライアンドエラーで試験を行い、その結果、効率が悪いこともあった。
【０００４】
本発明は、試験治具の使用に関する情報を出力することができる材料試験機を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明による材料試験機は、無線タグが装着され、作業者により試験機本体に取り付けられる治具と、治具が試験機本体に取り付けられたときの無線タグの通信可能領域内に設置され、無線タグから非接触でデータを読み出すリーダ装置と、作業者が入力した試験条件にしたがって試験片に負荷を与える負荷手段と、試験機本体に取り付けられた治具に装着された無線タグからリーダ装置によって読み出されたデータに基づいて、その治具の使用に関する情報（治具情報）を出力する制御手段と、制御手段から出力される治具情報と試験条件とを比較し、試験機本体に取り付けられている治具が試験条件に合致する治具であるか否かを判定する判定手段と、判定手段で試験条件に合致しない治具であると判定されたときに、負荷手段による試験を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする。
（２）このような材料試験機は、判定手段で試験条件に合致しない治具であると判定されたときに、試験条件に合致する推奨治具を表示する表示手段を備えるようにしてもよい。
（３）無線タグからリーダ装置によって読み出されたデータを治具の識別番号とする場合、制御手段は、識別番号と治具情報を対応づけたデータベースを有し、受信した識別情報に基づいてデータベースから治具情報を検索して出力するように構成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
―第１の実施の形態―
図１〜図５により本発明の一実施の形態による材料試験機を説明する。図１は材料試験機の正面図である。基台１の両側に一対の支柱２が立設され、一対の支柱２の上端はクロスヨーク３で接続されている。一対の支柱２の内部には不図示のねじ棹がそれぞれ支柱２に沿って配設され、クロスヘッド４にそれぞれ内設されているナットにねじ棹が螺合されている。すなわち、ねじ棹間にクロスヘッド４が横架され、ねじ棹の回転によりクロスヘッド４は昇降する。クロスヘッド４の下面にはロードセル６を介して上つかみ具７が設置され、基台１には下つかみ具８が設置されている。クロスヘッド４を上昇させて上下つかみ具間で試験片に引張負荷を加える。
【０００７】
上下つかみ具７，８の構造は略同様であり、図２にその概略構成を示す。つかみ具７，８は、連結ロッド７１、８１と、つかみ具本体７２、８２と、一対のくさび状のつかみ歯７３，８３とを有する。つかみ歯の試験片把持面にはやすり目が形成されている。つかみ具本体７２，８２は対向するテーパ面を有し、このテーパ面にそれぞれつかみ歯７３，８３が摺動可能に保持されている。つかみ具本体７２，８２と一対のつかみは７３，８３との負荷軸方向の相対位置関係を図示しない機構により変更して一対のつかみ歯間に試験片ＴＰを挟持することができる。試験片ＴＰの把持力は、試験片ＴＰに引張力が作用したときのつかみ歯７３，８３のくさび効果で増加する。
【０００８】
つかみ具本体７２，８２には、いわゆる無線タグ３０が装着されている。無線タグ３０は半導体メモリを内蔵している。半導体メモリには、リーダ/ライター３１を用いて誘導電磁波あるいは電波によって非接触でデータが書き込まれる。また、リーダ/ライター３１を用いて半導体メモリからデータが非接触で読み出される。なお、リーダ/ライター３１は無線タグ３０の通信可能領域内に設置されている。図１の例では、クロスヘッド４と基台１に設置されている。
【０００９】
第１の実施の形態では、無線タグ３０の半導体メモリには、つかみ具本体７２，８２の識別番号、製造番号、製造年月日、購入年月日、引張／圧縮／曲げの試験種別、負荷容量などが記録される。これらの記録情報を総称して治具情報と呼び、治具情報に基づいて、試験条件の適否、最適な試験方法の提示、使用する計測器の適否を表示モニタ２４に表示する。なお、治具情報は事前にリーダ/ライター３１を介して無線タグ３０に記録しておく。
【００１０】
引張試験用つかみ具の種別として、主に金属、プラスチック試験片用の定位置くさび式つかみ具、あるいは、主にプラスチック、ゴム、布、織物用の平面型つかみ具がある。圧縮試験用圧盤の種別として、固定式圧盤や、実物試験に使用されるキーボード式圧縮試験治具などがある。また、曲げ試験用治具の種別として、プラスチック３点曲げ試験治具、小型試験用３点/４点曲げ試験治具、金属用３点曲げ試験治具などがある。
【００１１】
なお、上下つかみ具７，８のつかみ具本体７２，８２にそれぞれ設けられる無線タグ３０を区別する場合、上つかみ具７の無線タグに符号３０Ｕを、下つかみ具８の無線タグに符号３０Ｌを付して区別する。同様に、リーダ/ライター３１についても、上つかみ具用リーダ/ライターに符号３１Ｕを、下つかみ具用リーダ/ライターに符号３１Ｌを付して区別する。
【００１２】
材料試験機は制御装置２０を備えている。図３に示すように、この制御装置２０は、主にＣＰＵで構成される演算処理装置２１と、キーボード２２と、試験開始ボタン２３ａを有する制御パネル２３と、モニタ２４とを有する。上述したリーダ/ライター３１Ｕ，３１Ｌは演算処理装置２１と接続されている。試験結果はモニタ２４に表示される。モータ２５は、ねじ棹を駆動するための電動モータであり、演算処理装置２１によりその駆動が制御される。
【００１３】
材料試験機は試験条件ファイルに記録されている試験条件にしたがって試験を行う。試験条件ファイルには、引張／圧縮／曲げの試験種別、試験片材質、試験片寸法形状、試験速度、最大荷重、最大変位、データの出力形式などが記録される。試験条件ファイルは、試験に先立って作業者がキーボード２２から入力し、所定のファイル名を付与して演算処理装置２１の試験条件ファイルデータベースに記憶される。そして、試験を実行する際、試験条件ファイル名を入力すると、上記データベースから１つの試験条件ファイルが読み出される。
【００１４】
図４は試験開始ボタン２３ａが操作されると実行されるプログラムの処理手順を示すフローチャートである。プログラムは演算処理装置２１に格納されている。ステップＳ２１において、リーダ/ライター３１を介して無線タグ３０の半導体メモリに記憶されている治具情報を読み込み、治具情報をモニタ２４に表示する。
【００１５】
なお、この実施の形態では、上下つかみ具７、８は必ずセットで使用されることを前提にするため、上つかみ具用無線タグ３０Ｕとリーダ/ライター３１Ｕとの間でデータの授受を行うものとする。上下つかみ具７，８が必ずしもセットで使用されない場合もあり、その場合は、その旨を警告することが好ましい。
【００１６】
ステップＳ２１でつかみ具の情報を表示した後、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、演算処理装置２１に予め記録している試験条件ファイルを読み込み、モニタ２４に表示してステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、読み込んだ治具情報と設定されている試験条件ファイルの内容とを比較する。ステップＳ２３の比較の結果、治具情報と試験条件ファイルの内容が一致している場合、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、試験条件ファイルの内容にしたがって試験が行われる。ステップＳ２７において、試験終了が判定されるまで試験を続行し、試験終了が判定されると試験を終了する。
【００１７】
ステップＳ２３の比較の結果、治具情報と試験条件ファイルの内容が一致していない場合、ステップＳ２４に進み、試験を禁止する処理を行う。たとえば、ねじ棹用駆動モータ２５の電源回路を開路する。その後、ステップＳ２５において、試験が禁止されたことをモニタ２４に表示するとともに、治具情報と試験条件ファイルが不一致であるとしてモニタ２４に警告表示を行う。
【００１８】
ステップＳ２３の比較結果が不一致と判定されるのは、たとえば、試験条件ファイルでは曲げ試験が記録されているにもかかわらず、治具情報には引張試験用治具種別が記録されている場合である。この場合、治具の交換を促すメッセージを表示する。たとえば、「治具が違います。適切な治具に交換して下さい」と表示することができる。あるいは、図５に示すような推奨治具を表示してもよい。
【００１９】
このように、この実施の形態の材料試験機では、試験開始ボタン２３ａが操作されると、つかみ具に内蔵した無線タグ３０から治具情報を読み出すとともに、演算処理装置２１から試験条件ファイルを読み出して、両者の内容を比較する。そして、両者の内容に不一致がある場合、制御装置２０は試験を禁止して治具が不適切であることを作業者に報知する。したがって、不適切な治具の使用により信頼性の低いデータ採取を未然に防止できる。さらに、最適な推奨治具を表示するようにすれば、経験の浅い作業者でも適切に治具を選択することができる。
【００２０】
治具情報と試験条件ファイルの内容をステップＳ２３で比較する際、次のような項目を比較してもよい。
（１）つかみ具の使用荷重と最大試験荷重
たとえば、つかみ具の使用荷重が１００ｋｇであるときに最大試験荷重が５００ｋｇの場合、試験を禁止して警告表示する。
（２）つかみ具の種別と試験片の材質
たとえば、つかみ具がプラスチック用であるときに試験片の材質が金属である場合、試験を禁止して警告表示する。
【００２１】
―第２の実施の形態―
無線タグ３０につかみ具の種別や試験最大荷重などの具体的個別的情報を記録することに代えて、治具の識別番号を無線タグ３０に記録しておき、識別番号に基づいて、演算処理装置２１のデータベースから、治具の種別や試験最大荷重などの具体的個別的情報（治具情報）を読み出してもよい。このようにした第２の実施の形態の材料試験機について説明する。
【００２２】
第２の実施の形態の材料試験機では、無線タグ３０の半導体メモリにつかみ具の識別番号を書き込み、制御装置２０はリーダ/ライター３１を介して識別番号を読取る。なお、つかみ具の識別番号は事前にリーダ/ライター３１を介して記録しておく。制御装置２０の記憶領域には予め識別番号に対応した記憶領域が設定されており、その記憶領域につかみ具の種別、試験最大荷重などが書き込まれている。すなわち、演算処理装置２１には治具のデータベースが識別番号ごとに設けられている。
【００２３】
図６のフローチャートを参照して第２の実施の形態の処理手順を説明する。試験開始ボタン２３ａが操作されたときに図６の処理が開始される。ステップＳ１１において、制御装置２０はリーダ/ライター３１を介して無線タグ３０からつかみ具の識別番号を読取る。ステップＳ１２において、演算処理装置２１に設けたデータベースから識別番号に対応した治具情報を読み出し、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、読み出した治具情報をモニタ２４に表示する。その後、ステップＳ１４において、試験条件ファイルを演算処理装置２１から読み込み、ステップＳ１５において、試験条件ファイルの試験条件に適したつかみ具の一覧を推奨つかみ具として表示する。このとき、ステップＳ１３で表示している治具情報とともに推奨つかみ具をモニタ２４に表示する。
【００２４】
作業者は、このモニタ画面から判断して、装着されているつかみ具が推奨つかみ具一覧にあれば試験続行指示を入力する。これにより、ステップＳ１６が肯定されるとステップ１７で試験が開始され、ステップＳ１８で試験終了と判定されると試験が終了される。ステップＳ１５で表示される推奨つかみ具一覧内に装着されているつかみ具がない場合は、作業者は試験中断を指示する。この場合、ステップＳ１６が中断と判定され、この処理が終了する。
【００２５】
第２の実施の形態の材料試験機では、試験機に装着されているつかみ具の識別番号を無線タグから読取り、演算処理装置２１のデータベースから読み取ったつかみ具情報をモニタ２４に表示する一方、試験条件ファイルから読み込んだ試験条件もモニタ２４に表示する。作業者は、モニタ２４に同時表示されているつかみ具の使用に関する情報に基づいて、このつかみ具が試験条件から作成した推奨モニタ一覧に存在しない治具であると判定すると、試験をいったん中断する。つかみ具が推奨モニタ一覧に存在する治具である場合、引き続き試験を行う。その結果、第１の実施の形態と同様、不適切な治具の使用により信頼性の低いデータ採取を未然に防止できるとともに、経験の浅い作業者でも適切に治具を選択することができる。
【００２６】
以上では、つかみ具本体に無線タグを装着した一例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。たとえば、無線タグをつかみ歯に装着してもよい。つかみ歯の無線タグから読み込まれる情報も本明細書の治具情報である。無線タグには治具情報としてつかみ歯の種別を記録することができる。つかみ歯が使用対象とする試験片材質と、試験条件から認識する試験片の材質が異な場合、試験を禁止するとともに、モニタ２４に警告する。モニタ２４には、試験条件から認識した試験片材質に最適なつかみ歯を推奨つかみ歯として表示することが好ましい。また、つかみ歯の各種情報をモニタ２４に表示してもよい。
【００２７】
無線タグをロードセルに装着してもよい。ロードセルの無線タグから読み込まれる情報も本明細書の治具情報である。無線タグには治具情報としてロードセル容量を記録することができる。この場合、ロードセル容量が１００ｋｇであるときに最大試験荷重が５００ｋｇの場合、試験を禁止するとともに、モニタ２４に警告する。モニタ２４に最適なロードセル容量を推奨ロードセルとして表示することが好ましい。また、ロードセル情報をモニタ２４に表示してもよい。
【００２８】
あるいは、無線タグを伸び計に装着してもよい。伸び計の無線タグから読み込まれる情報も本明細書の治具情報である。この場合の治具情報を伸び計の最大測定距離とした場合、最大測定距離が１０ｍｍであるときに試験条件の最大測定伸びが２５ｍｍの場合、試験を禁止するとともに、モニタに警告する。モニタ２４に最適な最大測定距離を有する伸び計を推奨伸び計として表示することが好ましい。また、伸び計情報をモニタ２４に表示してもよい。
【００２９】
なお、アンテナ内蔵のリーダ/ライター３１をクロスヘッド４と基台６に設置したが、図７に示すように、材料試験機のアクリル製安全カバー４０にアンテナ４１を内蔵してもよい。この場合、アンテナ４１を専用ケーブル４２によりリーダ／ライター４３に接続し、さらに、リーダ／ライター４３を専用ケーブル４４で制御装置２０と接続して情報を読み書きする。なお、安全カバー４０は、破断した試験片が飛び散るのを防止するためのものである。
【００３０】
以上の実施の形態における負荷手段は一対のねじ棹とクロスヘッド４で構成したが、その他、種々の形式の材料試験機の負荷機構を用いることができる。制御手段も実施の形態に限定されない。また、無線タグは、半導体メモリを備え、近距離通信により治具の使用に関する各種情報を授受できるものであって、試験治具に装着できるものであれば、その形式は問わない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、つかみ具などの治具に無線タグを装着し、無線タグの情報に基づいて治具の使用に関する情報を出力するようにしたので、初心者でも試験に最適な治具を簡単に選択でき、その結果、信頼性の高い試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料試験機の一実施の形態を示す図
【図２】図１のつかみ具の概略構成を示す図
【図３】図１の制御装置を説明するブロック図
【図４】第１の実施の形態の処理手順を示すフローチャート
【図５】推奨つかみ具の表示例を示す図
【図６】第２の実施の形態の処理手順を示すフローチャート
【図７】アクリル製安全カバーにアンテナを内蔵して例を示す材料試験機の側面図
【符号の説明】
４：クロスヘッド ７：上つかみ具
８：下つかみ具 ２０：制御装置
３０，３０Ｕ，３０Ｌ：無線タグ ３１，３１Ｕ、３１Ｌ：リーダ／ライター

Claims (3)

1. 無線タグが装着され、作業者により試験機本体に取り付けられる治具と、
   前記治具が前記試験機本体に取り付けられたときの前記無線タグの通信可能領域内に設置され、前記無線タグから非接触でデータを読み出すリーダ装置と、
   前記作業者が入力した試験条件にしたがって試験片に負荷を与える負荷手段と、
   前記試験機本体に取り付けられた治具に装着された無線タグから前記リーダ装置によって読み出されたデータに基づいて、その治具の使用に関する情報（治具情報）を出力する制御手段と、
   前記制御手段から出力される治具情報と前記試験条件とを比較し、前記試験機本体に取り付けられている治具が前記試験条件に合致する治具であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段で前記試験条件に合致しない治具であると判定されたときに、前記負荷手段による試験を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１の材料試験機において、
   前記判定手段で前記試験条件に合致しない治具であると判定されたときに、前記試験条件に合致する推奨治具を表示する表示手段を備えることを特徴とする材料試験機。
3. 請求項１または２の材料試験機において、
   前記無線タグから前記リーダ装置によって読み出されたデータは前記治具の識別番号であり、
   前記制御手段は、識別番号と治具情報を対応づけたデータベースを有し、前記データベースを使用して前記治具の識別情報に対応した治具情報を検索して出力することを特徴とする材料試験機。

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