JP4506926B2

JP4506926B2 - 材料試験機

Info

Publication number: JP4506926B2
Application number: JP2001167157A
Authority: JP
Inventors: 俊幸河野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002357521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料試験機においては、一般に、テーブルとクロスヘッドにそれぞれつかみ具を取り付け、その各つかみ具により試験片の両端部を把持した状態でクロスヘッドを移動させることによって、試験片に負荷を与えるように構成されている。
このような材料試験機においては、従来、その使用に際しての安全対策として、つかみ具を含む試験空間を覆う安全カバーを装着し、その安全カバーにインターロック機構を付けることにより、安全カバーを閉じていない状態では試験を開始できないようにする対策が知られている。この安全カバーは、試験片の破断時の飛散防止の目的で取り付けられる場合と、試験中に試験空間内に作業者が手などの身体の一部を入れないようにする目的で取り付けられる場合がある。
【０００３】
また、従来の材料試験機においては、通常、試験片をつかみ具に装着するに当たっては、試験片の端部をつかみ具のつかみ歯の間に差し込んだ状態で、手動によりつかみ歯を閉じることによって把持する。また、自動機においては、アクチュエータの駆動によりつかみ歯が開閉するつかみ具を用いるとともに、試験片を搬送手段によりその一端がつかみ具のつかみ歯の間に位置するように搬送・位置決めした状態で、つかみ歯を閉じることによって把持する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、安全カバーにより試験空間を覆うためには、試験機のサイズや型式により、様々な形・大きさのカバーを設計・製作する必要があり、コストが高いという問題がある。
【０００５】
本発明の第１の目的は、作業者が試験中に手などを試験空間内に入れないようにするための安全機構として、従来のインターロック機構付きの安全カバーを装着する場合に比して、同等の機能を有しながらもそのコストを削減することのできる材料試験機の提供することにある。
【０００６】
また、従来の材料試験機において試験片をつかみ具により把持するに当たり、試験片を片手で持ってその端部をつかみ歯の間に位置させた状態で、他方の手によってつかみ具を操作してつかみ歯を閉じる必要があり、その作業が容易ではないという問題があった。ここで、自動機においては、試験片のつかみ具に対する装着は自動的に行われるものの、この装着動作の制御はシーケンス制御であるために、試験片がつかみ具に対して正しく把持されていなくても試験を開始してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の第２の目的は、試験片のかつみ具に対する装着を、容易かつ確実なものとすることのできる材料試験機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した第１の目的を達成するため、請求項１に係る発明の材料試験機は、試験片をつかみ具により把持した状態で負荷を与える負荷機構と、その負荷機構の制御手段を備えた材料試験機において、上記つかみ具近傍を撮影する撮影手段と、その撮影手段からの出力を用いて、試験中における試験片の引張方向への伸びおよび／またはそれに直交する方向への幅変化を計測する計測用画像処理手段を備えるとともに、上記撮影手段からの出力を取り込んで画像処理を行う移動物体識別用画像処理手段を備え、この移動物体識別用画像処理手段は、試験開始後に上記撮影手段の視野内での移動物体の有無を識別し、試験動作に伴って移動する装置部材を除く移動物体の存在を検知したときに自動的に上記負荷機構の駆動停止指令を上記制御手段に供給することによって特徴づけられる。
【０００９】
ここで、請求項１に係る発明においては、上記画像処理手段が、試験開始前に上記つかみ具に対して人手により試験片を把持させたことを認識した後、つかみ具から手が引かれたことを認識した時点で、自動的に上記制御手段に対して試験開始指令を供給するように構成すること（請求項２）ができる。
【００１０】
また、前記した第２の目的を達成するため、請求項３に係る発明の材料試験機は、アクチュエータの駆動により一対のつかみ歯で試験片を把持するつかみ具を備え、そのつかみ具により試験片を把持した状態で負荷を与える材料試験機において、上記つかみ具近傍を撮影する撮影手段と、その撮影手段からの出力を用いて、試験中における試験片の引張方向への伸びおよび／またはそれに直交する方向への幅変化を計測する計測用画像処理手段を備えるとともに、上記撮影手段からの出力を取り込んで画像処理を行う移動物体識別用画像処理手段を備え、この移動物体識別用画像処理手段は、試験開始前に上記撮影手段の視野内での移動物体の有無を識別するとともに、移動物体中の試験片が上記つかみ具の一対のつかみ歯の間に挿入されたことを認識した時点で、自動的に上記つかみ歯を閉じるように上記アクチュエータに駆動指令を供給することによって特徴づけられる。
【００１２】
この請求項３に係る発明においては、試験片の両端を把持する各つかみ具が、クロスヘッドとテーブルにそれぞれ取り付けられた構成を有し、上記画像処理手段からの駆動指令によりいずれか一方のつかみ具の一対のつかみ歯を閉じて試験片の一端を把持した後、上記クロスヘッドがあらかじめ設定されている試験開始位置に自動的に移動して、他方のつかみ具の一対のつかみ歯を閉じて試験片の他端を把持するように構成すること（請求項４）ができる。
【００１３】
本発明は、試験中の試験片の撮影信号から試験片の伸びと幅変化を計測するビデオ式の伸び計並びにビデオ信号を用いた幅変化の計測機能における撮影手段を、移動物体識別用の撮影手段と兼用させることにより、ビデオ式伸び計および／またはビデオ信号を用いた幅変化の計測機能を備えた材料試験機に対して、移動物体識別用の画素処理ソフトのみを追加するだけで、以下の機能を実現しようとするものである。
【００１４】
請求項１に係る発明は、試験中につかみ具近傍を撮影し、試験空間であるつかみ具近傍に、試験動作に伴って移動する装置部材以外の移動物体が認められたときに自動的に試験動作を停止することで、第１の目的を達成しようとするものである。
【００１５】
すなわち、試験中につかみ具近傍を撮影する撮影手段の出力を画像処理手段により画像処理し、その視野中に、つまりつかみ具近傍に試験動作に伴って移動する装置部材以外の移動物体が認められた場合には試験動作を停止する。従ってこの請求項１に係る発明によれば、殆どの材料試験機に試験制御や試験結果のデータ処理用として付属しているパーソナルコンピュータを利用し、また、ビデオ式伸び計および／またはビデオ式の幅計測のための撮影手段、つまりカメラと画像ボードをそのまま利用し、移動物体を識別するための画像処理のソフトウエアを追加するだけで、試験機のサイズや型式に係わらず、共通のハード・ソフト構成のもとに、作業者の手などが試験空間に入ったときのための安全機構を構築することができ、試験機サイズや型式に対応した安全カバーとインターロック機構を設ける場合に比して、そのコストを低減させることができる。
【００１６】
また、このような撮影手段および移動物体識別用の画像処理手段を利用すれば、試験開始前にこれらを機能させ、請求項２に係る発明のように、試験片をつかみ具に把持させたことを認識した後、つかみ具から手が引かれたことを認識し、その時点で試験の開始を自動的に行うなどの機能を併せ持たせることができる。
【００１７】
一方、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明における主要な構成である撮影手段と、その出力を用いて移動物体を検知する移動物体識別用画像処理手段とを、共通の主要な構成として有する発明であり、これに加えてつかみ具のつかみ歯の開閉をアクチュエータの駆動により行う構成を設けて、試験開始前につかみ具近傍を撮影し、その視野中における移動物体の有無を識別し、試験片がつかみ具の一対のつかみ歯の間に挿入されたことを識別し、その時点で一対のつかみ歯を自動的に閉じて試験片を把持することで、片手で試験片を持ってつかみ歯の開閉操作を行う手動式のものに比して、試験片の把持操作を容易化することができ、また、シーケンス制御により搬送機構で試験片をつかみ歯の間にまで搬送してつかみ歯を閉じる自動機に比して、試験片の把持を確実化することができ、第２の目的を達成することができる。
【００１８】
この請求項３に係る発明においては、一対のつかみ歯の間に試験片が挿入された時点でそのつかみ歯を閉じる機能を、試験片の両端部をそれぞれに把持する各つかみ具に対して適用することができ、その場合、請求項４に係る発明のように、一方のつかみ具のつかみ歯を上記のように自動的に閉じて試験片の一端を把持した時点で、クロスヘッドを自動的に移動させ、他方のつかみ具におけるつかみ歯間に試験片の他端が挿入されたことを認識して、そのつかみ歯を自動的に閉じることによって、試験片の両端の把持を容易かつ確実に把持することができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
試験機本体１は、テーブル１１の上に２本のねじ棹１２ａ，１２ｂを鉛直に配置するとともに、そのねじ棹１２ａ，１２ｂにクロスヘッド１３の両端部をナットを介して支承した構造を有している。各ねじ棹１２ａ，１２ｂは駆動装置１４によって回転が与えられ、この駆動装置１４の駆動によってクロスヘッド１３が上下動するようになっている。
【００２１】
試験片Ｗは、テーブル１１とクロスヘッド１３にそれぞれ装着されたつかみ具１５ａ，１５ｂによってその両端部が把持され、その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。各つかみ具１５ａ，１５ｂは、それぞれ一対のつかみ歯Ｔを開閉することによって試験片Ｗを把持／開放するものであって、この各つかみ歯Ｔは、それぞれ油圧駆動型もしくは電動型のアクチュエータを備えたチャック機構１６ａ，１６ｂの駆動により開閉する。
【００２２】
クロスヘッド１３の変位は変位センサ１７によって検出され、また、試験片Ｗに作用する荷重はロードセル１８によって検出され、それぞれアンプ２１ａ，２１ｂを介してＡ−Ｄ変換器２２ａ，２２ｂでデジタル化された後、後述する制御装置３０に取り込まれる。
【００２３】
さて、一方のねじ棹１２ａのカバーにＣＣＤカメラ４０が固定されており、このＣＣＤカメラ４０は、つかみ具１５ａ，１５ｂおよびこれらに把持された試験片Ｗを含む試験空間を撮影するようにその視野が設定されている。このＣＣＤカメラ４０の出力は、画像ボード（キャプチャーボード）４１を介して所定の微小インターバルごとに制御装置３０に取り込まれる。
【００２４】
制御装置３０は、実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに従って各種機能を実行するのであるが、説明の簡素化のために、この図１においては機能ごとのブロックの集合として図示している。
【００２５】
前記した変位センサ１７およびロードセル１８により検出された変位データおよび荷重データは、それぞれ制御装置３０のデータ処理部３１に取り込まれる。また、画像ボード４１を介したＣＣＤカメラ４０による撮影データは、計測用画像処理部３２と、移動物体識別用画像処理部３３の双方の画像処理に供される。
【００２６】
計測用画像処理部３２は、試験中の試験片Ｗの画像処理により、試験片Ｗの刻々の伸びと幅（荷重軸に直交する方向への寸法）の変化を求め、その結果をデータ処理部３１に供給する。データ処理部３１では、変位センサ１７による変位データと、ロードセル１８による荷重データ、および、計測用画像処理部３２による試験片Ｗの伸びと幅変化の計測結果を、例えば荷重−伸び曲線等として関連付けてデータ記憶部３４に格納するとともに、表示器５０に表示する。
【００２７】
前記したクロスヘッド１３を駆動する駆動機構１４は、駆動制御部３５から供給される駆動制御信号によって制御される。試験中においては、変位、荷重、伸びのうち、制御量に設定された物理量をあらかじめ設定されている目標値にフィーバックすることにより、試験片Ｗに目標値通りの負荷が加えられるようにクロスヘッド１３を駆動する。また、各つかみ具１５ａ，１５ｂのつかみ歯Ｔを開閉するチャック機構１６ａ，１６ｂは、チャック制御部３６ａ，３６ｂから供給される駆動信号によって動作する。
【００２８】
制御装置３０には操作部６０が接続されており、この操作部６０を操作することによってクロスヘッド１３を手動により上下動させ、また、各つかみ具１５ａ，１５ｂのつかみ歯Ｔを開閉させることができる。
【００２９】
移動物体識別用画像処理部３３は、試験中および試験開始前において、それぞれ以下の動作により、駆動制御部３５およびチャック制御部３６ａ，３６ｂに対して駆動指令を供給する。
【００３０】
すなわち、移動物体識別用画像処理部３３は、試験中においては、ＣＣＤカメラ４０の視野内に移動物体があるか否かを識別する。この移動物体の識別は、所定の微小時間ごとにフレーム情報を取り込むごとに、前回の情報との差分をとる。この差分処理により、視野中において静止している部分が消去され、移動物体のみの像が残り、この差分後の情報から移動物体の有無を検知することができる。移動物体を検知した場合には、駆動制御部３５に対して動作停止指令を与え、クロスヘッド１３を停止させる。
【００３１】
従って、試験中にＣＣＤカメラ４０の視野内、つまり試験空間に誤って作業者が手などを近づけても、自動的にクロスヘッド１３が停止するので、特にインターロック付きの安全カバー等を設けることなく、安全を確保することができる。
【００３３】
また、移動物体検知用画像処理部３３は、試験開始前においては、上記と同様に所定の微小時間後とのフレーム情報の差分処理を施すことによって移動物体を検知するとともに、その移動物体中の試験片Ｗを識別して、その一端がいずれか一方のつかみ具つかみ具１５ａ，１５ｂのつかみ歯Ｔ間に挿入されたことを認識して、該当のつかみ具１５ａまたは１５ｂに対応するチャック制御部３６ａまたは３６ｂに対してチャック歯Ｔを閉じる旨の指令を与える。次に、駆動制御部３５に指令を供給してクロスヘッド１３を試験開始位置に移動させた後、他方のつかみ具１５ａまたは１５ｂのつかみ歯Ｔ間に試験片Ｗの他端が挿入されたことを上記と同様にして認識し、該当のチャック制御部３６ａまたは３６ｂに対してチャック歯Ｔを閉じる旨の指令を与える。
【００３２】
従って、作業者は、試験片Ｗを装着するに当たり、試験片Ｗを持ってその一端をいずれか一方のつかみ具、例えば上方のつかみ具１５ｂのつかみ歯Ｔ間に挿入し、そのつかみ具１５ｂが閉じられ、かつ、クロスヘッド１３が規定位置にまで移動するのを待ったうえで、試験片Ｗの他端を下方のつかみ具１５ａのつかみ歯Ｔ間に挿入するだけで、試験片Ｗの両端が半自動的に把持されるので、試験片Ｗの装着作業を容易かつ確実に行うことができる。
【００３３】
更に、移動物体検知用画像処理部３３は、以上のように試験片Ｗの両端部をつかみ具１５ａ，１５ｂで把持した後においても、ＣＣＤカメラ４０の視野内で移動物体の有無を識別し、つかみ具１５ａ，１５ｂの近傍から手が引かれたことを認識して、その認識時点において自動的に駆動制御部３５に対して試験開始指令を供給して、クロスヘッド１３を自動的に試験動作に移行させる。
【００３４】
以上の本発明の実施の形態におけるＣＣＤカメラ４０の撮影データを用いた移動物体識別用画像処理部３３の動作をまとめると、試験開始前に試験片Ｗを手で持ってその一端を一方のつかみ具１５ａまたは１５ｂのつかみ歯Ｔ間に挿入することによって、自動的にそのつかみ具１５ａまたは１５ｂが閉じて試験片Ｗの一端を把持し、その後自動的にクロスヘッド１３が試験開始位置にまで移動し、その状態で試験片Ｗの他端を他方のつかみ具１５ａまたは１５ｂのつかみ歯Ｔ間に挿入することによってそのつかみ具１５ａまたは１５ｂが閉じて試験片Ｗの装着が完了し、その状態で手をつかみ具１５ａ，１５ｂから引くことにより、自動的に試験が開始する。そして、試験中においては、つかみ具１５ａ，１５ｂの近傍に手などを近づけると、安全のために自動的にクロスヘッド１３が停止して試験動作を停止させる。
【００３５】
そして、以上の実施の形態において特に注目すべき点は、上記の移動物体識別用画像処理部３３により処理すべき画像情報が、試験片Ｗの伸びないしは幅変化を計測するためのＣＣＤカメラ４０からの画像情報を用いている点であり、従って、このようなビデオ式の伸び計等を有している材料試験機おいては、上記した移動物体識別用画像処理部３３による各機能を持たせるために追加すべきハードウエアは実質的になく、移動物体識別用の画像処理ソフトを追加するだけでよく、低コストのもとに上記の各機能を持たせることができる。
【００３６】
なお、以上の実施の形態においては、移動物体識別用画像処理部３３において処理すべき画像情報を、１台のＣＣＤカメラ４０からの画像情報とした例を示したが、監視すべき領域が広い場合には複数台のＣＣＤカメラを配置してもよく、また、１つもしくは複数のラインセンサによる画像情報を用いてもよいことは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、試験中においてつかみ具の近傍を撮影する撮影手段からの出力を画像処理して移動物体の有無を識別し、移動物体の検知によって自動的に試験動作を停止するので、試験機の型式や大きさ等に応じた安全カバーとインターロック機構を設ける従来の対策に比して、低コストのもとに同等の機能を持たせることができる。
【００３８】
しかも、移動物体識別のために用いる撮影手段は、試験中における試験片の伸びおよび／または幅を計測するためのビデオ式伸び計ないしは幅計測装置の撮影手段と兼用させているため、ビデオ式伸び計を有する材料試験機との比較において、上記の機能を実現するために要するコストは実質的に移動物体識別用のソフトのみの追加ですみ、各機能を持たせるためのコストを相対的に低下させることができ、低コストで多種の機能を有する材料試験機が得られる。
【００３９】
また、請求項２に係る発明のように、移動物体の有無の識別機能を利用して、つかみ具により試験片を装着した後、つかみ具から手が引かれたことを検知した時点で自動的に試験を開始するように構成することにより、試験の作業性を向上させることができる。
【００４０】
一方、請求項３に係る発明によれば、試験開始前においてつかみ具近傍を撮影する撮影手段からの出力を画像処理して移動物体の有無を識別するとともに、その移動物体中の試験片がつかみ具のつかみ歯の間に挿入されたことを認識し、その認識時点で自動的につかみ歯を閉じるので、試験片の把持のための操作が従来のものに比して大幅に容易化され、また、シーケンス制御をもとに試験片を搬送して把持する自動機による試験片の把持動作に比して、試験片の把持をより確実化することができる。
【００４１】
また、請求項４に係る発明ように、一方のつかみ具のつかみ歯間に試験片の一端を挿入することにより上記と同様に自動的にそのつかみ具を閉じて試験片を把持した後、自動的にクロスヘッドを試験開始位置にまで移動させ、更に試験片の他端を他方のつかみ具のつかみ歯間に挿入することにより同じく自動的にそのつかみ具を閉じて試験片を把持するように構成すれば、試験片の装着作業をより一層容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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試験機本体
１１テーブル
１２ａ，１２ｂねじ棹
１３クロスヘッド
１４負荷機構
１５ａ，１５ｂつかみ具
１６ａ，１６ｂチャック機構
１７変位センサ
１８ロードセル
３０制御装置
３１データ処理部
３２計測用画像処理部
３３移動物体識別用画像処理部
３４記憶部
３５駆動制御部
３６ａ，３６ｂチャック制御部
４０ＣＣＤカメラ
４１画像ボード
５０表示器
６０操作部
Ｔつかみ歯
Ｗ試験片

Claims

試験片をつかみ具により把持した状態で負荷を与える負荷機構と、その負荷機構の制御手段を備えた材料試験機において、
上記つかみ具近傍を撮影する撮影手段と、その撮影手段からの出力を用いて、試験中における試験片の引張方向への伸びおよび／またはそれに直交する方向への幅変化を計測する計測用画像処理手段を備えるとともに、上記撮影手段からの出力を取り込んで画像処理を行う移動物体識別用画像処理手段を備え、この移動物体識別用画像処理手段は、試験開始後に上記撮影手段の視野内での移動物体の有無を識別し、試験動作に伴って移動する装置部材を除く移動物体の存在を検知したときに自動的に上記負荷機構の駆動停止指令を上記制御手段に供給することを特徴とする材料試験機。
上記移動物体識別用画像処理手段が、試験開始前に上記つかみ具に対して人手により試験片を把持させたことを認識した後、つかみ具から手が引かれたことを認識した時点で、自動的に上記制御手段に対して試験開始指令を供給することを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
アクチュエータの駆動により一対のつかみ歯で試験片を把持するつかみ具を備え、そのつかみ具により試験片を把持した状態で負荷を与える材料試験機において、
上記つかみ具近傍を撮影する撮影手段と、その撮影手段からの出力を用いて、試験中における試験片の引張方向への伸びおよび／またはそれに直交する方向への幅変化を計測する計測用画像処理手段を備えるとともに、上記撮影手段からの出力を取り込んで画像処理を行う移動物体識別用画像処理手段を備え、この移動物体識別用画像処理手段は、試験開始前に上記撮影手段の視野内での移動物体の有無を識別するとともに、移動物体中の試験片が上記つかみ具の一対のつかみ歯の間に挿入されたことを認識した時点で、自動的に上記つかみ歯を閉じるように上記アクチュエータに駆動指令を供給することを特徴とする材料試験機。
試験片の両端を把持する各つかみ具が、クロスヘッドとテーブルにそれぞれ取り付けられた構成を有し、上記移動物体識別用画像処理手段からの駆動指令によりいずれか一方のつかみ具の一対のつかみ歯を閉じて試験片の一端を把持した後、上記クロスヘッドがあらかじめ設定されている試験開始位置に自動的に移動して、他方のつかみ具の一対のつかみ歯を閉じて試験片の他端を把持するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の材料試験機。