JP4390070B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

本発明は材料試験機に関し、更に詳しくは、試験片に作用する試験力や試験片の変形量（伸び）等の検出出力をＡ−Ｄ変換器によりデジタル化してこれらの計測データを得る材料試験機に関する。

材料試験機においては、一般に、負荷機構の駆動により試験片に負荷を加え、その負荷により試験片に作用する試験力をロードセルによって刻々と検出したり、あるいは試験片の変形、例えば伸びなどを伸び計によって刻々と検出し、これらの刻々の検出結果から試験片の特性を調査し、あるいはこれらの検出値のうち制御量として選択された検出値を目標値信号にフィードバックすることによって、負荷機構を駆動制御する。

このような材料試験機においては、通常、ロードセルによる試験力の検出出力や伸び計による伸びの検出出力はそれぞれに増幅器で増幅された後にＡ−Ｄ変換器によってデジタル化され、試験力や伸びの計測データとして各種データ処理やフィードバック制御に用いられる（例えば特許文献１，２参照）。

従来の材料試験機においては、複数の検出出力ごとにＡ−Ｄ変換器を設けるか、あるいは複数チャンネルを備えたＡ−Ｄ変換用のＩＣなどが用いられ、また、複数のチャンネルをマルチプレクスして用いるものも使用されているが、いずれにしても、Ａ−Ｄ変換用のチャンネル数はあらかじめ設定されている一定の数に固定され、そのチャンネル数の変更をできるようにはなっていない。また、各Ａ−Ｄ変換器あるいは各チャンネルのサンプリングレートや精度は、個々に一定であって、これらが変化することはない。
特開２００２−３５７５２１号公報 特開２００４−２１２１７２号公報

ところで、上記したような従来の材料試験機においては、装置として入力可能なＡ−Ｄ変換のためのチャンネル数が固定されているため、例えば４チャンネルのＡ−Ｄ変換用のチャンネルを持つ材料試験機において、１チャンネルしか使用しない場合、他の３チャンネル分は全く変換に寄与しておらず、無駄となっている。

本発明は、複数のＡ−Ｄ変換用チャンネルを備えた材料試験機において、使用しないチャンネルを無駄にすることなく、ユーザーの使用条件に応じた最大限のリソースを使用した設定が可能な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、試験片に対して負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力および試験片の変形を含む複数の物理量をそれぞれ検出する複数の検出器を備え、これらの各検出器の出力をＡ−Ｄ変換器によりデジタル化して上記各物理量の計測データを得る材料試験機において、上記Ａ−Ｄ変換器を複数個備えるとともに、その各Ａ−Ｄ変換器として、それぞれ複数のチャンネルを備え、かつ、外部からの選択信号によりその各チャンネルの使用／不使用を選択できるとともに、使用チャンネル数が少ないほどサンプリングレートおよび／または精度が向上するＡ−Ｄ変換器を用い、そのＡ−Ｄ変換器に対してチャンネルの使用／不使用の選択信号を供給する信号を供給する選択手段を備え、上記各検出器のうちの任意の少なくとも１つの検出器の出力が複数個のＡ−Ｄ変換器のチャンネルに並列に入力され、そのうちの任意の１個のＡ−Ｄ変換器のチャンネルを使用状態と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、近年のデルタ・シグマ型と称されるＡ−Ｄ変換用のＩＣをはじめとして、デジタルによる通信機能を備え、その通信内容に従ってチャンネル数とサンプリングレートを指定することが可能なＡ−Ｄ変換器を用い、このような機能を有効に用いることによって、課題を解決しようとするものである。

すなわち、デルタ・シグマ型のＡ−Ｄ変換器においては、デジタル通信により、複数のチャンネルそれぞれの使用／不使用を指定することが可能であり、その使用に供されるチャンネル数とサンプリングレートおよび／または精度はトレードオフとなっている。このようなＡ−Ｄ変換用のＩＣは従来の材料試験機にも用いられているのであるが、チャンネル数並びにサンプリングレート・精度は当初に設定された状態を固定して用いられている。本発明は、この機能を積極的に活かすものであり、このようなＡ−Ｄ変換器を用いてチャンネルの選択信号を供給するチャンネル選択手段を設けることにより、複数のチャンネル数のうち実際に用いるチャンネルのみを使用状態とし、他のチャンネルを不使用状態とすることを可能とする。これにより、チャンネル数とサンプリングレートをユーザーサイドによりダイナミックに変更することが可能となり、ユーザーにてチャンネル数とサンプリングレートまたは精度のうちどちらを優先させるかを選択することが可能となる。

しかも、以上のようなＡ−Ｄ変換器を複数個備えて、１つの検出器の出力を複数個のＡ−Ｄ変換器のチャンネルに並列に入力して、そのうちの１個のみを使用状態とするように構成しているので、検出器の出力のＡ−Ｄ変換用チャンネルへの接続替え等を行うことなく、上記の作用を実現することができる。

本発明によれば、複数のＡ−Ｄ変換用チャンネルを備えた材料試験機において、使用しないチャンネルを無駄にすることなく、オペレータの選択のもとに使用チャンネル数とサンプリングレート並びに精度の優先順位を決定することができ、ユーザーが行う試験の内容等の使用条件に応じてチャンネル数とサンプリングレート・精度の組み合わせを最適に設定することができる。

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は本発明の実施の形態の全体構成図で、機械的構成表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図で、図２はその制御装置２の要部構成を示すブロック図である。

試験機本体１は、テーブル１１上に２本のねじ棹１２ａ，１２ｂを回転自在に配置し、その各ねじ棹１２ａ，１２ｂにクロスヘッド１３の両端部をナット１３ａ，１３ｂを介して支持し、各ねじ棹１２ａ，１２ｂを駆動装置１４によって回転駆動することにより、クロスヘッド１３がテーブル１１に対して接近／離隔する構造を有している。

この図１における試験機本体１は、引張試験を行う設定がなされており、テーブル１１およびクロスヘッド１３にそれぞれ掴み具１５ａ，１５ｂが対向するように取り付けられ、これらの掴み具１５ａ，１５ｂに試験片Ｗの両端部を把持した状態でクロスヘッド１３を上昇させることによって、試験片Ｗに引張荷重が加えられるようになっている。

試験片Ｗに作用する試験力はクロスヘッド１３と上側の掴み具１５ｂとの間に介在配置されているロードセル１６によって検出され、また、試験片Ｗの伸びは試験片Ｗに装着されている伸び計１７によって検出され、これらの各検出出力はそれぞれ制御装置２に刻々と取り込まれる。

制御装置２は、ＣＰＵ２１とＲＡＭ，ＲＯＭ等の周辺機器（図示せず）のほか、２つのＡ−Ｄ変換用ＩＣ２２，２３、および複数の増幅器２４ａ〜２４ｄを内蔵しており、ロードセル１６および伸び計１７からの出力は増幅器２４ａ，２４ｂによって増幅された後にＡ−Ｄ変換用ＩＣ２２または２３によってデジタル化され、試験力データおよび伸びデータに変換されたうえでＣＰＵ２１に取り込まれる。そして、ＣＰＵ２１では、このようにして試験中に得られる各計測データのうち、制御量に設定されている計測データを、あらかじめ設定されている目標値に対して刻々とフィードバックすることによって、計測データが目標値に追随するように駆動装置１４を制御すると同時に、これらの各計測データは別途メモリ（図示せず）に格納される。この制御量の設定や、Ａ−Ｄ変換用ＩＣ２２，２３における各チャンネルの使用／不使用の選択等は、制御装置２に接続されている操作部２ａをオペレータが操作することによって行うことができる。

また、この例においては、ロードセル１６および伸び計１７以外のセンサ、例えば試験片Ｗの特定の位置や、試験に伴って変形する特定の治具等に貼着された歪みゲージ１８，１９からの出力についても、増幅器２４ｃ，２４ｄによって増幅された後にＡ−Ｄ変換器２３によってデジタル化され、試験データとしてメモリに格納される。

さて、Ａ−Ｄ変換用ＩＣ２２，２３はそれぞれデルタ・シグマ型のＡ−Ｄ変換器であって、それぞれ複数のチャンネル（例えば３チャンネル）を備えているとともに、デジタル通信機能を備え、その通信機能を通じて送信された選択信号により、各チャンネルの使用／不使用状態を設定することができ、かつ、使用チャンネル数とサンプリングレートまたは精度とがトレードオフ、つまり使用チャンネル数が増えるほど各チャンネルのサンプリン周期が長くなるか精度が低下し、逆に使用チャンネル数が減るほどサンプリング周期が短くなるか精度が向上するようになっている。より詳しくは、３チャンネルのうち１チャンネルのみを使用する場合には、高速・高精度にて使用可能で、２チャンネルを使用する場合には高速・低精度あるいは低速・高精度で使用可能あって、３チャンネルの全てを使用する場合には低速・低精度となる。各チャンネルの使用／不使用状態の選択は、操作部２ａを操作することによってＣＰＵ２１を通じて各Ａ−Ｄ変換用ＩＣ２２，２３にデジタル通信することにより実行される。

一方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２２の第１チャンネルには、ロードセル１６による試験力検出信号が入力され、第２チャンネルには伸び計１７による伸び検出信号がそれぞれ入力されている。この伸び計１７による伸び検出信号は他方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２３の第１チャンネルにも入力されている。また、この他方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２３の第２チャンネルおよび第３チャンネルには、それぞれ歪みゲージ１８および１９による変形検出信号が入力されている。

以上の構成において、ロードセル１６の出力のみをデジタル化する場合には、オペレータが操作部２ａを操作することにより一方のＡ−Ｄ変換器２２の第１チャンネルのみを使用状態とする。これにより、ロードセル１６の出力が高速・高精度のもとにデジタル化される。

ロードセル１６の出力および伸び計１７の出力をデジタル化する場合には、一方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２２の第１チャンネルと、他方のＡ−Ｄ変換用ＩＣの第１チャンネルを使用状態とする。これにより、これらの各出力はいずれも高速・高精度のもとにデジタル化される。

ロードセル１６の出力および伸び計１７の出力のほか、２つの歪みゲージ１８，１９の出力をもデジタル化する必要がある場合には、一方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２２の第１および第２チャンネルと、他方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２３の第２および第３チャンネルを使用状態とする。これにより、ロードセル１６，伸び計１７および２つの歪みゲージ１８，１９の各出力が低速・高精度あるいは高速・低精度のもとにデジタル化される。

あるいはこれらの４つの出力をデジタル化するものの、ロードセル１６の出力のみを高速・高精度でデジタル化する必要がある場合には、一方のＡ−Ｄ変換用ＩＣの第１チャンネルと、他方のＡ−Ｄ変換用ＩＣ２３の第１〜第３チャンネルを使用状態とする。これにより、ロードセル１６の出力は高速・高精度のもとにデジタル化され、伸び計１７および各歪みゲージ１８，１９の出力は低速・低精度のもとにデジタル化される。

以上の本発明の実施の形態において特に注目すべき点は、各検出出力のデジタル化に際して、オペレータの選択のもとにチャンネル数とサンプリングレート並びに精度の優先順位を決定することができる点であり、試験の内容等の使用条件に応じてチャンネル数とサンプリングレート・精度を最適に設定することができる。

なお、Ａ−Ｄ変換用ＩＣの数やそのチャンネル数等については、上記した実施の形態に限られることなく、任意とし得ることは勿論であり、検出器の種類についても上記した実施の形態に記載したものに限定されないことは言うまでもない。更には本発明は引張試験のほか、疲労試験等の他の試験にも等しく適用しえることについても勿論である。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態における制御装置２の要部構成を示すブロック図である。

１ 試験機本体
１１ テーブル
１２ａ，１２ｂ ねじ棹
１３ クロスヘッド
１４ 駆動装置
１５ａ，１５ｂ 掴み具
１６ ロードセル
１７ 伸び計
１８，１９ 歪み計
２ 制御装置
２ａ 操作部
２１ ＣＰＵ
２２，２３ Ａ−Ｄ変換用ＩＣ
２４ａ〜２４ｄ 増幅器
Ｗ 試験片

Claims (1)

1. 試験片に対して負荷を加える負荷機構と、その負荷により試験片に作用する試験力および試験片の変形を含む複数の物理量をそれぞれ検出する複数の検出器を備え、これらの各検出器の出力をＡ−Ｄ変換器によりデジタル化して上記各物理量の計測データを得る材料試験機において、
   上記Ａ−Ｄ変換器を複数個備えるとともに、その各Ａ−Ｄ変換器として、それぞれ複数のチャンネルを備え、かつ、外部からの選択信号によりその各チャンネルの使用／不使用を選択できるとともに、使用チャンネル数が少ないほどサンプリングレートおよび／または精度が向上するＡ−Ｄ変換器を用い、そのＡ−Ｄ変換器に対してチャンネルの使用／不使用の選択信号を供給する信号を供給する選択手段を備え、上記各検出器のうちの任意の少なくとも１つの検出器の出力が複数個のＡ−Ｄ変換器のチャンネルに並列に入力され、そのうちの任意の１個のＡ−Ｄ変換器のチャンネルを使用状態と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。

Images