JP4508993B2 - 材料試験機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験片に対して各種負荷を与える材料試験機の制御装置に関する。

材料試験機においては、一般に、試験片に負荷を与える負荷機構を制御する制御装置では、試験片に作用する試験力や試験片の伸び、更には負荷機構の変位（ストローク）などのうち、制御量に選択された物理量の検出値を目標値にフィードバックすることによって、負荷機構を制御する。

このような材料試験機で用いるロードセルや伸び計などの検出器は、歪みゲージを用いてブリッジを形成したタイプのものが多用されている。材料試験機の制御装置においては、歪みゲージ式検出器の出力を増幅するとともに、校正係数を乗じる等によって試験力等の検出値に換算する検出回路が設けられている。従って、この種の検出器を装着した時点、あるいは必要に応じて随時に、検出回路の校正を行う必要がある（例えば特許文献１参照）。

歪みゲージ式検出器の校正のための回路として、図３にその代表的な構成例を示す。この図３においてＤはロードセル等の歪みゲージ式検出器であり、４つの歪みゲージＧｓ１〜Ｇｓ４によってブリッジＢ１を形成し、励起電圧ＥＸを与えることにより歪み量に応じた出力がＯＵＴに現れる。Ａは制御装置の検出器接続部分の要部回路であり、ＯＵＴは検出器出力を増幅および変換するアンプ／検出回路（以下、単にアンプと称する）の入力に接続される。

ＥＸとＯＵＴの間には、シャント抵抗ＲｓとスイッチＳ１とが互いに直列に接続されている。この回路構成において、スイッチＳ１を閉じると、シャント抵抗Ｒｓが歪みゲージ式検出器１は並列接続されることになり、シャント抵抗Ｒｓの抵抗値に応じた信号がＯＵＴから出力され、アンプに供給される。すなわち、検出器を構成しているブリッジ回路Ｂ１に、シャント抵抗Ｒｓを並列接続することによって、検出器があらかじめ設定されている被測定量を検出した場合と同じ信号を電気的に生成し、アンプの校正係数等はその信号の大きさに基づいて決定される。
特開平８−２４７８６３号公報

ところで、以上のような従来のシャント抵抗を用いてアンプ・検出回路の電気的校正を行う場合、シャント抵抗を検出器に並列接続することにより出力される校正値信号は、歪みゲージの物理的な歪みによる出力とシャント抵抗により電気的に発生した出力を加算した値となる。このことから、この方法でアンプ・検出回路の電気的校正を行う場合、厳密には歪みゲージに物理的な歪みが生じていない状態でシャント抵抗を接続することが望ましい。

しかしながら、材料試験機などに使用されているロードセル等には、試験を行うための様々な治具が取り付けられており、この治具の質量が検出器内の歪みゲージにいくらかの物理的歪みを与えており、これを０にすることは困難である。そのため、シャント抵抗を接続する前にあらかじめ歪みゲージの物理的な歪みによる出力をキャンセルするＲバランス（初期平衡）の作業が必要となる。このＲバランスのために、検出器側には、例えばブリッジを形成する歪みゲージの１つに並列に可変抵抗を接続してブリッジのバランスをとれるようにされているのであるが、このＲバランスを行う場合、歪みゲージの物理的な歪み量が大きいとその調整範囲を越えてしまうことがあるため、オペレータは歪みゲージに余分な物理的歪みが加わっていないことを確認しなければならない。

従って、従来の方法では、アンプ・検出回路の電気的校正を行うにはオペレータの介在が不可欠であり、全自動化することができないという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、歪みゲージ式検出器のアンプ・検出回路の電気的校正に際してオペレータが介在する必要をなくし、校正を自動化することのできる材料試験機の制御装置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の制御装置は、試験片に作用する試験力や試験片の伸びなどの物理量のうち、制御量として選択された物理量の検出値を目標値にフィードバックすることによって、試験機本体の負荷機構を制御するサーボ機構を備えるとともに、上記制御量として選択可能な物理量の検出器に、歪みゲージ式の検出器を含む材料試験機の制御装置において、上記歪みゲージ式の検出器の接続部とその検出出力を増幅するアンプとの間の配線内に、アンプ校正用の基準ブリッジ回路と、スイッチの動作によりその基準ブリッジ回路に対して並列接続状態となるシャント抵抗が接続されていることによって特徴づけられる。

本発明は、アンプの校正に、制御装置に接続された歪み式検出器とそれに並列接続されるシャント抵抗を用いることなく、制御装置側に別途設けた基準ブリッジ回路と、その基準ブリッジ回路に選択的に並列接続されるシャント抵抗をを用いることにより、課題を解決しようとするものである。

すなわち、本発明においては、歪み式検出器の接続部とアンプとの間の配線内に、アンプ校正用の基準ブリッジ回路と、スイッチの駆動によりその基準ブリッジ回路に対して並列接続可能なシャント抵抗を設け、これらによって校正値信号を発生する。従って、歪みゲージ式検出器の状態によらず、アンプの電気的校正を行うことができ、オペレータが歪みゲージに余計な力が加わっていない等の確認をする必要がなく、常に正確な校正を行うことが可能となる。

本発明によれば、歪みゲージ式検出器を接続する部分にアンプ校正用の基準ブリッジ回路およびシャント抵抗を設け、これらによってアンプ校正用の信号を発生するように構成しているので、従来のようにＲバランスのための調整が不要となり、歪みゲージ式検出器の歪みゲージに余分な歪みが生じていないかを確認する必要がなくなる結果、校正の自動化を達成することができる。

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は本発明を適用した材料試験機の構成図で、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。

試験機本体１は、テーブル１１上に２本のコラム１２を鉛直方向に沿って設けるとともに、そのコラム１２にクロスヘッド１３の両端部をガイドした構造を有している。テーブル１１の下面には油圧シリンダ１４が固定されており、そのピストンロッド１４ａはテーブル１１を貫通してその上方に臨んでいる。そして、このピストンロッド１４ａの先端に下側の掴み具１５ａが装着されている。また、クロスヘッド１３の下面には、ロードセル１６を介して上側の掴み具１５ｂが装着されている。試験片Ｗはこれらの上下の掴み具１５ａ，１５ｂにその両端が把持された状態で試験に供される。

試験中に試験片Ｗに作用する試験力は前記したロードセル１６によって検出され、また、油圧シリンダ１４のピストンロッド１４ａの変位（ストローク）はストロークセンサ１７によって検出されるとともに、試験片Ｗの伸びは当該試験片Ｗに装着された伸び計１８によって検出される。

油圧シリンダ１４はサーボバルブ１９を介して油圧源（図示せず）からの作動油が供給され、このサーボバルブ１９の弁開度は制御装置２から供給される信号によって駆動制御される。また、上記の各検出機の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、これらの各検出値のうち、制御量に選択されている検出値をあらかじめ設定されている目標値にフィードバックしてサーボバルブ１９を制御する。これにより、試験片Ｗには、目標値通りの負荷が与えられる。

さて、上記した各検出器のうち、ロードセル１６および伸び計１８は歪みゲージ式の検出器であり、これらの各検出器の制御装置２への接続部と、当該制御装置２内の各検出器の出力を入力するアンプとの間には、図２に示すような回路が設けられている。

ロードセル１６や伸び計１８等の歪みゲージ式検出器Ｄは、図３に示した従来のものと同じであり、４つの歪みゲージＧｓ１〜Ｇｓ４によりブリッジＢ１を形成しており、励起電圧ＥＸを与えることにより、各歪みゲージＧｓ１〜Ｇｓ４の歪み量に応じた出力がＯＵＴに現れるようになっているとともに、ＥＸとＯＵＴとの間にシャント抵抗ＲｓとスイッチＳ１が接続されている点も同じである。

この例の特徴は、制御装置２の歪みゲージ式検出器Ｄの接続部分Ａに、４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなる基準ブリッジ回路Ｂ２と、シャント抵抗ＲｃおよびスイッチＳ２が設けられている点である。基準ブリッジ回路Ｂ２は励起電圧ＥＸに対して歪みゲージ式検出器Ｄと並列に接続され、その出力はＣＡＬに導かれている。そして、そのＣＡＬとＥＸとの間に、互いに直列接続されたスイッチＳ２とシャント抵抗Ｒｃが接続されている。なお、基準ブリッジ回路Ｂ２を構成する各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は互いに等しい。

以上の実施の形態において、アンプの電気的校正を行う場合、スイッチＳ２を開いた状態でのＣＡＬからの出力をモニタして、スイッチＳ２を閉じてシャント抵抗Ｒｃを基準ブリッジ回路Ｂ２に並列接続する。これにより、ＣＡＬにはシャント抵抗Ｒｓ相当分の既知の大きさの信号が現れ、アンプを校正することができる。

なお、以上の例において、歪みゲージ式検出器Ｄに対し、スイッチＳ１を介して並列接続可能に設けられているシャント抵抗Ｒｓは、校正には勿論不要であるが、このシャント抵抗Ｒｓは、スイッチＳ１を閉じることによってＯＵＴに現れ信号の大きさから、検出器Ｄが正しく接続されているかどうかや、検出器Ｄ内の断線等の有無等を確認することができる。

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、基準ブリッジ回路Ｂ２と、その基準ブリッジ回路Ｂ２に並列接続されるシャント抵抗Ｒｃによって校正用の信号を生成する点であり、これにより、歪みゲージ式検出器Ｄに例えば試験用治具等が負荷されて歪みゲージＧｓ１〜Ｇｓ４に物理的な歪みが発生していても、これに関係することなく理想的な校正を行うことができる。その結果、例えばロードセル等の歪みゲージ式検出器に余計な力が加わっていないか否か等をオペレータが確認する必要がなくなり、校正の自動化を達成することができる。

本発明を適用した材料試験機の構成図で、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。 本発明の実施の形態におけるロードセル１６および伸び計１８などの歪みゲージ式検出器の制御装置２への接続部とアンプとの間に設けられている回路の要部を示す図である。 従来の材料試験機の制御装置に設けられている歪みゲージ式検出器の校正用の回路の例を示す図である。

符号の説明

１ 試験機本体
１１ テーブル
１２ コラム
１３ クロスヘッド
１４ 油圧シリンダ
１５ａ，１５ｂ 掴み具
１６ ロードセル
１７ ストロークセンサ
１８ 伸び計
１９ サーボバルブ
２ 制御装置
Ｂ２ 基準ブリッジ回路
Ｄ 歪みゲージ式検出器
Ｇｓ１〜Ｇｓ４ 歪みゲージ
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
Ｒｃ，Ｒｓ シャント抵抗
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ

Claims (1)

1. 試験片に作用する試験力や試験片の伸びなどの物理量のうち、制御量として選択された物理量の検出値を目標値にフィードバックすることによって、試験機本体の負荷機構を制御するサーボ機構を備えるとともに、上記制御量として選択可能な物理量の検出器に、歪みゲージ式の検出器を含む材料試験機の制御装置において、
   上記歪みゲージ式の検出器の接続部とその検出出力を増幅するアンプとの間の配線内に、アンプ校正用の基準ブリッジ回路と、スイッチの動作によりその基準ブリッジ回路に対して並列接続状態となるシャント抵抗が接続されていることを特徴とする材料試験機の制御装置。

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