JP4352257B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

本発明は、試験体に対して引張、圧縮、曲げ、あるいはこれらを複合した荷重、更にはこれらの荷重を繰り返し付与してその強度等を調査するための材料試験機に関する。

材料試験機においては、一般に、負荷機構のアクチュエータのストロークを検出するストローク検出器や、試験体に作用する試験力を検出する力検出器を備えているとともに、これらの検出器による検出値を刻々と表示する表示器を備えている。

このようなストローク検出値や試験力検出値を表示する方法として、従来、指針を回動させて検出値を表示するアナログ表示器と、検出値を数値表示するデジタル表示器とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

また、アナログ表示として、上記のように指針を回動させる方式のものに代えて、検出値をバーグラフ表示するようにしたものも知られている（例えば特許文献２参照）。この文献記載のバーグラフ表示は、一端側をゼロ点として、その長さによって検出値の大きさを表すものであるが、例えば負荷機構アクチュエータのストロークの検出値をバーグラフにより±表示する場合には、図６（Ａ）に数値表示部６１を併せ持った表示器の例を示すように、バーグラフ表示部６２はその中央位置にゼロ点６２ａを対応させることになる。この例においては、アクチュエータの稼働範囲が±１００ｍｍである場合を示しており、ゼロ点を挟んで右側に伸びる場合には＋、左側に伸びる場合には−を表し、ゼロ点６２ａからの長さがその絶対値を表している。また、６３はゼロ点調整スイッチであって、このゼロ点調整スイッチ６３を操作することによって、その時点における検出値を数値表示部６１およびバーグラフ表示部６２の双方においてゼロ表示するためのスイッチである。
特開平４−３０１７１９号公報 特開平８−２１９８１３号公報

ところで、電気抵抗や電流、電圧、温度などを検出して表示する場合においては、ゼロ点調整を行ったとき、その時点の検出値をゼロにして、以後の検出値のゼロ点調整時における検出値に対する差分値を表示値としてバーグラフ表示することに何ら不都合はない。しかしながら、アクチュエータのストロークなどのように、一定の稼働範囲を持った量をバーグラフ表示する場合、このような表示では以下に示す不都合がある。すなわち、前記したように±１００ｍｍの稼働範囲を持つアクチュエータに対して、例えば＋４０ｍｍの位置にてゼロ点調整を行った場合、アクチュエータの実際の位置が＋４０ｍｍの位置で表示が０になり、前記した図６（Ａ）に示した場合と同じストローク位置であっても、その表示は同図（Ｂ）に示すように変化し、アクチュエータの稼働範囲は表示上において−１４０ｍｍから＋６０ｍｍに変化することになるが、そのことが表示上で反映されず、オペレータはこのことを表示から確認することができないという問題がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、一定の稼働範囲を持つ負荷機構のアクチュエータのストローク表示や、あるいは一定の検出範囲を有する力検出器による試験力表示を行う材料試験機において、これらの検出値を数値表示とバーグラフ表示を行うとともに、検出値のゼロ点調整を行ったときに、表示上でのアクチュエータの稼働範囲や力検出器の検出範囲が変化したことを反映することのできる、つまりゼロ点調整後における稼働範囲ないしは検出範囲をバーグラフ上でオペレータが直感的に把握することのできる材料試験機の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、試験体に負荷を加える負荷機構と、その負荷機構のストロークを検出するストローク検出器と、試験体に作用する試験力を検出する力検出器を備えた材料試験機において、上記ストロークの検出値および／または試験力の検出値を、それぞれ数値表示する数値表示手段およびバーグラフ表示するバーグラフ表示手段と、これらの数値表示手段およびバーグラフ表示手段による表示値のゼロ点を変更するゼロ点調整手段を備えるとともに、上記バーグラフ表示手段はバーグラフ上でゼロ点を表すゼロ点マーカーを含み、そのゼロ点マーカーは、上記ゼロ点調整手段によるゼロ点の変更に対応してバーグラフ上を移動するように構成されていることによって特徴づけられる。

本発明は、ストローク検出値および／または試験力検出値を表示するバーグラフ上にゼロ点を表すゼロ点マーカーを設けるとともに、そのゼロ点マーカーを、ゼロ点調整による表示のゼロ点の変更に呼応して移動させることによって、課題を解決しようとするものである。

すなわち、ゼロ点調整に対応してバーグラフ上でゼロ点マーカーを移動させるように構成すると、バーグラフの両端は、稼働範囲ないしは検出範囲の検出値に絶対的に対応させることができる。つまりバーグラフの両端が稼働範囲ないしは検出範囲を表し、バーグラフによる表示は、前記した図６（Ｂ）と同様のゼロ点調整を行った場合、図４に示すようになり、その時点における表示値が稼働範囲ないしは検出範囲に対してどのレベルに位置するのかを直感的に把握することができる。

本発明によれば、負荷機構のストロークや試験力の検出値を数値表示に加えてバーグラフ表示により行うことによって、検出値の大きさのアナログ的に感覚で把握できるとともに、検出値のゼロ点を変更した場合には、その変更に対応させてバーグラフ上でゼロ点マーカーを移動させるので、ストロークの実際の稼働範囲や試験力の実際の検出範囲と、刻々の検出値との関連や、稼働量や検出量の余力（あとどの程度かどう可能か、あるいはあとどの程度検出できるか等）についても直感的に認識することができる。

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は本発明を電気油圧サーボ式の材料試験機の適用した実施の形態の構成図である。

負荷フレーム１のテーブル部１ａには油圧アクチュエータ２が取り付けられており、その油圧アクチュエータ２と、負荷フレーム１のクロスヨーク部１ｂには、互いに対向するように一対の掴み具３ａ，３ｂが取り付けられている。試験体Ｗはこれらの掴み具３ａ，３ｂに両端が把持された状態で試験に供される。

試験体Ｗに作用する試験力は上側の掴み具３ｂとクロスヨーク部１ｂの間に介在配置された力検出器４によって刻々と検出され、また、油圧アクチュエータ２の位置はストローク検出器５によって刻々と検出され、これらの各検出出力は制御装置６に取り込まれる。

制御装置６では、内蔵するファンクションジェネレータ等から出力される信号を目標値信号として、その目標値信号に対して、試験力およびストロークの検出結果のうち、制御量として選択されている量の検出値をフィードバックし、その偏差に応じた信号を、サーボバルブ７に対して操作信号として供給し、その弁開度を制御する。このサーボバルブ７は油圧アクチュエータ２と油圧源８との間に介在して、油圧アクチュエータ２への作動油の流入・流出を制御し、従って制御装置６からの操作信号によって油圧アクチュエータ２が駆動制御され、これにより試験体Ｗに負荷が加えられる。

制御装置６には、ストローク検出器５による刻々の油圧アクチュエータ２のストロークの検出値と、力検出器４による刻々の試験力の検出値を表示するための表示器９が設けられている。図２にその表示器９の正面図を示す。この例においては、ストロークの検出値をそれぞれ数値表示およびバーグラフ表示するストローク数値表示部１０およびストロークバーグラフ表示部１１と、試験力の検出値を数値表示およびバーグラフ表示する試験力数値表示部１２および試験力バーグラフ表示部１３を備えているとともに、ストローク検出値の表示上のゼロ点を変更するためのストロークゼロ点調整キー１４と、試験力検出値の表示上のゼロ点を変更するための試験力ゼロ点調整キー１５を備えている。

ストロークバーグラフ表示部１１および試験力バーグラフ表示部１３は、それぞれ一定長さの表示範囲１１ａ，１３ａと、これらの表示範囲１１ａ，１３ａ内に配置されたゼロ点マーカー１１ｂおよび１３ｂを備えており、これらのゼロ点マーカー１１ｂおよび１３ｂは、後述するようにストロークゼロ点調整キー１４および試験力ゼロ点調整キー１５を操作することによってそれぞれ表示範囲１１ａ，１３ａ内で移動する。各バーグラフ表示部１１，１３の実態表示は、それぞれの表示範囲１１ａ，１３ａ中で色を変えた部分の長さによって行い、表示値が＋の場合はゼロ点マーカー１１ｂ，１３ｂの左側、−の場合は右側の範囲で表すようになっている。また、表示範囲１１ａ，１３ａの両端は、それぞれ油圧アクチュエータ２の移動範囲の上下限、あるいは力検出器４による±（引張および圧縮）のフルスケール値に対応している。図２におけるストロークバーグラフ表示部１１および試験力バーグラフ表示部１３は、ストロークが±１００ｍｍ、試験力が±５０ｋＮがフルスケールとなっている例を示している。

これらの各表示部１０〜１３およびゼロ点調整キー１４，１５は、例えば図３にブロック図で例示する回路構成のもとに、各表示部１０〜１３により該当の表示を行うとともに、各ゼロ点調整キー１４，１５の操作によりその表示内容を変更する。

すなわち、ストローク検出器５および力検出器４の出力は、それぞれアンプ１６，１７により増幅された後、Ａ−Ｄ変換器１８，１９によりデジタル化され、制御装置６に内蔵されている演算部２０に刻々と採取される。演算部２０では、これらの各採取データに移動平均化処理等の適当な演算を施すことにより、ストローク検出値および試験力検出値を求める。ストロークゼロ点調整キー１４および試験力ゼロ点調整キー１５が操作されていない状態、つまり油圧アクチュエータ２がそのストローク範囲の中位にある状態をストローク検出値のゼロ点に対応している状態、あるいは、力検出器４に作用している力が０の状態を試験力表示値の表示のゼロ点に対応している状態においては、前記したように求められたストローク検出値および試験力検出値がそのままストローク数値表示部１０および試験力数値表示部１２に数値表示されるとともに、ストロークバーグラフ表示部１１および試験力バーグラフ表示部１３のゼロ点マーカー１１ｂ，１３ｂがそれぞれバーグラフ表示範囲の中央に位置して、そのゼロ点マーカー１１ｂ，１３ｂの右側（＋）ないしは左側（−）において色を変えた部分の長さによりストローク検出値ないしは試験力検出値を表示する。

そして、ストロークゼロ点調整キー１４または試験力ゼロ点調整キー１５を操作すると、演算部２０はその時点におけるストローク検出値または試験力検出値を記憶し、以後、その記憶値と、刻々のストローク検出値または試験力検出値の差分を算出して、その算出結果をストローク数値表示部１０または試験力数値表示部１２の表示値とする。同時に、ストロークバーグラフ表示部１１または試験力バーグラフ表示部１３のゼロ点マーカー１１ｂまたは１３ｂを、これらの表示範囲１１ａまたは１３ａ中において上記の記憶値に対応する位置に移動させる。この状態をストローク表示を例にとって図４に示す。この図４の状態は、油圧アクチュエータ２が図２に示した状態と同じストローク位置に存在する状態で、＋４０ｍｍをゼロ点に変更した状態を示している。このゼロ点変更により、ストローク数値表示部１０が３０ｍｍに変わると同時に、ストロークバーグラフ表示部１１のゼロ点マーカー１１ｂが表示範囲１１ａ上で＋４０ｍｍに対応する位置に移動し、色が変化しているバーの先端位置は図２の状態のままで、ゼロ点マーカー１１ｂからそのバーの先端までの長さが３０ｍｍを表すようになる。

このようなバーグラフ表示によると、ゼロ点を変更したときのバーグラフ表示は、その表示範囲１１ａ上のゼロ点マーカー１１ｂの位置が変化し，表示範囲１１ａの両端部は油圧アクチュエータ２の稼働範囲に対応したままで、色の変化により表されるバーの先端位置も油圧アクチュエータ２の絶対的な位置が不変である場合には変化しないため、油圧アクチュエータ２の稼働範囲中における現在位置を直感的に把握することができる。

このようなバーグラフ表示と数値表示を同時に行う本発明の実施の形態によると、油圧アクチュエータ２の設定されたゼロ点からの移動量（図４の例では＋３０ｍｍ）が数値表示により表され、油圧アクチュエータ２の稼働範囲中での絶対的な位置（同じく図４の例では＋７０ｍｍ）がバーグラフによって表されることになり、オペレータは油圧アクチュエータ２の稼働範囲中での位置や余力についても認識することができる。

なお、以上はストローク表示について述べたが、試験力表示についても全く同様であり、例えば力検出器４に上側の掴み具３ｂを取り付けた状態でゼロ点調整を行ってその重量分を試験力表示値からキャンセルする場合等において、引張荷重の検出余力等を一目で把握することができる。

ここで、材料試験のうち、疲労試験や耐久試験など、試験体に対して繰り返し負荷を与える試験においては、通常、繰り返し負荷のピーク値を数値として表示する場合が多い。この場合においても、そのバーグラフ表示には本発明を適用することができる。図５にその例を示す。この例は繰り返し負荷のストローク表示を示すものであって、−３０ｍｍ〜＋５０ｍｍの負荷を与えている状態における表示を示し、ストローク数値表示部１０によりこれらの±のピーク値を数値表示すると同時に、ストロークバーグラフ表示部１２では、ゼロ点マーカー１１ｂを挟んでその両側に±のピーク値をバーグラフ表示している。ゼロ点調整キー１４によりゼロ点を変更した場合には、上記した例と同様にゼロ点マーカー１１ｂを表示範囲１１ａ上で移動させることで、上記と同等の作用効果を奏することができる。

なお、前記した実施の形態においては、ストロークおよび試験力の双方について数値表示とバーグラフ表示を行う例を示したが、本発明は、これらのうちのいずれか一方のみに前記した実施の形態で述べた表示方法を適用し得ることは勿論である。

本発明を電気油圧サーボ式材料試験機に適用した実施の形態の構成図である。 本発明の実施の形態における表示器９の正面図である。 本発明の実施の形態における表示器９に関連する回路構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるストローク表示に関し、油圧アクチュエータ２の絶対位置が図２と同じで、ゼロ点を＋４０ｍｍに変更した場合の表示の状態の説明図である。 本発明を繰り返し負荷を与える試験の表示に適用した場合のストローク表示の例の説明図である。 数値表示部とバーグラフ表示部を併せ持った従来の材料試験機の表示器の例を示す正面図（Ａ）と、そのうちのストローク表示に関してゼロ点を変更した後の表示例の説明図（Ｂ）である。

符号の説明

１ 負荷フレーム
２ 油圧アクチュエータ
３ａ，３ｂ 掴み具
４ 力検出器
５ ストローク検出器
６ 制御装置
７ サーボバルブ
８ 油圧源
９ 表示器
１０ ストローク数値表示部
１１ ストロークバーグラフ表示部
１１ａ 表示範囲
１１ｂ ゼロ点マーカー
１２ 試験力数値表示部
１３ 試験力バーグラフ表示部
１３ａ 表示範囲
１３ｂ ゼロ点マーカー
１４ ストロークゼロ点調整キー
１５ 試験力ゼロ点調整キー

Claims (1)

1. 試験体に負荷を加える負荷機構と、その負荷機構のストロークを検出するストローク検出器と、試験体に作用する試験力を検出する力検出器を備えた材料試験機において、
   上記ストロークの検出値および／または試験力の検出値を、それぞれ数値表示する数値表示手段およびバーグラフ表示するバーグラフ表示手段と、これらの数値表示手段およびバーグラフ表示手段による表示値のゼロ点を変更するゼロ点変更手段を備えるとともに、上記バーグラフ表示手段はバーグラフ上でゼロ点を表すゼロ点マーカーを含み、そのゼロ点マーカーは、上記ゼロ点変更手段によるゼロ点の変更に対応してバーグラフ上を移動するように構成されていることを特徴とする材料試験機。

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