JP5435127B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

この発明は、試験片に対して試験力を付与することにより材料試験を実行する材料試験機に関する。

このような材料試験機は、例えば、テーブル上に一対のねじ棹を互いに同期して回転自在に支持するとともに、それらのねじ棹にナットを介してクロスヘッドの両端部を支持した構成を有する。そして、モータの回転により一対のねじ棹を互いに同期して回転させることにより、クロスヘッドを一対のねじ棹に沿って移動させる。クロスヘッドとテーブルとには、それぞれつかみ具が連結されている。そして、これら一対のつかみ具により試験片の両端を把持した状態で、クロスヘッドを移動させることにより、試験片に対して試験力を加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、試験片に作用する試験力はロードセル等によって検出される。また、試験片における標点間の距離の変位量は、変位測定部により測定される。変位測定部により測定された変位量のデータは、サンプリング部によりサンプリングされ、試験片の変位データが試験片に対する試験力などのデータとともに取り込まれる。

この変位測定部として、試験片の画像を撮影するビデオカメラと、このビデオカメラにより撮影した試験片の画像から試験片の変位を抽出し、この試験片の変位の測定結果を出力する画像処理回路を備えたものも使用されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の材料試験機は、つかみ具が視野内に入るように設けたビデオカメラの出力を画像処理することにより、つかみ具の形状を認識する。そして、つかみ具の形状認識により読み出された情報に基づいて設定されたつかみ具間距離に一致するように、クロスヘッドを移動させる構成となっている。これにより、この材料試験機では、マニュアル操作によるつかみ具の位置決めを不要としている。

また、オペレータがつかみ具に試験片を装着するときに、一対のつかみ具の負荷軸と、試験片の中心とが一致しているか否かを示す補助表示をモニタに表示させることで、オペレータがモニタを見ながら試験片をつかみ具に把持させる作業を行える材料試験機も知られている（特許文献２参照）。

特開２００２−３６５１８８号公報 特開平０６−１６７４３３号公報

しかしながら、従来の材料試験機は、つかみ具間の距離を自動的に設定することができても、つかみ具に試験片を鉛直に装着できているかどうかの確認は単に目視で行っていた。また、オペレータがつかみ具に試験片を装着する作業を、特許文献２に記載されているように、補助表示を見ながら行うことでつかみ具に試験片を鉛直に装着できている確認が容易に行えたとしても、その前段階のつかみ具間距離の位置決めでは、オペレータが自ら手に持った定規を目視しながらクロスヘッドを上下移動させているという状況であった。このように、従来の材料試験機では、つかみ具間距離の位置決めと、つかみ具への試験片装着の両方の作業を効率的かつ正確に行えるものはなかった。そして、つかみ具間距離の位置決めと、つかみ具への試験片装着のうち一方はオペレータの目視による確認であるため、各オペレータにより設定にばらつきが生じるという問題があった。

また、引張試験を行う材料試験機では、試験片に標点間距離ＧＬ（Ｇａｇｅ Ｌｅｎｇｔｈ）の計測のための標線を標す必要がある。このとき、従来の材料試験機では、試験片をつかみ具に把持させた状態で、オペレータが試験片に定規を当てながら、試験片の負荷軸方向における中心から等しい距離だけ離れた位置に標線を標していた。このため、各オペレータの設定の差が標点間距離ＧＬのばらつきとなって表れるという問題もあった。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、つかみ具、試験片等の設置精度のばらつきを低減するとともに、試験準備を効率的かつ正確に行うことが可能な材料試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、試試験片に対して試験力を付与することにより材料試験を実行する材料試験機において、前記試験片を把持する一対のつかみ具と、前記一対のつかみ具および試験片を撮影する撮影部と、前記撮影部により撮影された試験力を付与された試験片の画像、試験条件および計測値の少なくとも１つを表示する第１の表示部と、前記一対のつかみ具の位置決め、試験片の装着、および、前記一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の配設の少なくともいずれか一つを補助する設定位置の指標を前記第１の表示部とは別の第２の表示部に表示させる表示データを、試験の目的により選択されたつかみ具の種別、試験片の長さ、試験片の幅、または、標線間距離に対応させて複数記憶する記憶部と、前記試験片を前記一対のつかみ具で把持させる試験準備のために、試験の目的により選択されたつかみ具の種別、試験片の長さ、試験片の幅、または、標線間距離に応じて、前記記憶部から表示データを呼び出して、前記一対のつかみ具周辺の画像とともに、前記一対のつかみ具の位置決め、試験片の装着、および、前記一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の配設の少なくともいずれか一つを補助する設定位置の指標を、前記第２の表示部に表示させる設定補助手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の表示部は、材料試験機本体とは分離して配設され、前記第２の表示部は、材料試験機本体の前記一対のつかみ具付近に配設される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第２の表示部は、試験片に対して試験力が付与されているときにおいては、前記撮影部により撮影された試験力を付与された試験片の画像および計測値を表示する。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記設定補助手段が前記第２の表示部に表示させる表示データにおける、前記一対のつかみ具の設置を補助する設定位置の指標は、前記一対のつかみ具のうちの一方の移動位置を示す水平線である。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記設定補助手段が前記第２の表示部に表示させる表示データにおける、前記試験片の設置を補助する設定位置の指標は、前記試験片の少なくとも一方の側端の位置を示す線である。

請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記設定補助手段が前記第２の表示部に表示させる表示データにおける、前記一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の設置を補助する設定位置の指標は、標点の位置を示す線である。

請求項１乃至請求項６に記載の発明によれば、一対のつかみ具周辺の画像とともに、一対のつかみ具の設置、試験片の設置、および、一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の設置のいずれかを補助する設定位置の指標を、第１の表示部とは別の第２の表示部に表示させる設定補助手段を備えることから、試験準備をするオペレータは、第２の表示部に表示された設定位置の指標を見ながら作業を行うことができる。このため、各オペレータによってつかみ具の設置や試験片の設置等の精度に差が生じることを防止し、それらの配置を正確に行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、第２の表示部は、材料試験機本体の一対のつかみ具付近に配設されることから、試験の準備作業を行っているオペレータの位置から、作業対象物であるつかみ具や試験片等と同一目線上に設置位置の指標を見ることができる。このため、オペレータは試験準備作業中に立ち位置を変えることなく、第２の表示部に表示された設定位置の指標を見ながらつかみ具の設置や試験片の設置等をより正確に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、第２の表示部は、試験片に対して試験力が付与されているときにおいては、撮影部により撮影された試験力を付与された試験片の画像および計測値を表示することから、材料試験機全体の制御モニタおよびデータ処理の計算機モニタとしても使用される第１の表示部の試験実行中における使用性を向上させることができる。

この発明に係る材料試験機の概要図である。 つかみ具の設定補助機能の動作を示すフローチャートである。 第２表示部２６の表示画面を示す模式図である。 試験片の設定補助機能の動作を示すフローチャートである。 第２表示部２６の表示画面を示す模式図である。 標点の設定補助機能の動作を示すフローチャートである。 第２表示部２６の表示画面を示す模式図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。

この材料試験機は、テーブル１６と、床面に立設された一対の支柱１９と、各支柱１９の内部におけるテーブル１６上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹１１と、これらのねじ棹１１に沿って移動可能なクロスヘッド１３と、このクロスヘッド１３を移動させて試験片１０に対して試験力を付与するための負荷機構３０とを備える。なお、図１においては、一対の支柱１９のうち紙面左側の支柱１９を取り払った状態を図示している。

クロスヘッド１３は、一対のねじ棹１１に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹１１の下端部は、負荷機構３０に連結されており、負荷機構３０の動力源からの動力が、一対のねじ棹１１に伝達される構成となっている。一対のねじ棹１１が同期して回転することにより、クロスヘッド１３は、これら一対のねじ棹１１に沿って昇降する。

クロスヘッド１３には、試験片１０の上端部を把持するための上つかみ具２１が付設されている。一方、テーブル１６には、試験片１０の下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。引っ張り試験を行う場合には、試験片１０の両端部をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、クロスヘッド１３を上昇させることにより、試験片１０に試験力（引張荷重）を負荷する。

このときに、試験片１０に作用する試験力はロードセル１４によって検出され、制御部２３に入力される。また、試験片１０は、ビデオカメラ１８により撮影され、その画像は制御部２３に入力される。なお、ビデオカメラ１８は上つかみ具２１および下つかみ具２２を同一視野に収めるように位置決めされている。

制御部２３は設定補助部６１を備え、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部６２およびＣＰＵ等を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成される。制御部２３には、液晶ディスプレイ等の表示装置である第１表示部２５および第２表示部２６、マウスおよびキーボード等を有する入力部２４、ロードセル１４およびビデオカメラ１８、負荷機構３０が接続される。そして、制御部２３は、ロードセル１４からの試験力データおよびビデオカメラ１８からの撮影画像データを取り込んで、データ処理を実行する。このような制御部２３での演算等の処理により、試験片１０における標点間の距離の変位量が求められる。

設定補助部６１は、この材料試験機において、試験片１０を上つかみ具２１および下つかみ具２２で把持させる試験準備のために、上つかみ具２１および下つかみ具２２の位置決めを補助するつかみ具の設定補助機能、試験片１０の装着を補助する試験片の設定補助機能、および、上つかみ具２１および下つかみ具２２に把持された状態の試験片に標されるべき標点の配設を補助する標点の設定補助機能を実行する設定補助手段として機能する。

この材料試験機では、第１表示部２５は、制御部２３および入力部２４とともに材料試験機本体から分離して配設される。第１表示部２５は、試験実行中には撮影部により撮影された試験力を付与された試験片の画像、試験条件および計測値の少なくとも１つを表示し、材料試験機全体の制御モニタおよびデータ処理の計算機モニタとして機能する。

一方、第２表示部２６は、支柱１９の前面の上つかみ具２１および下つかみ具２２の付近に配設される。この上つかみ具２１および下つかみ具２２の付近とは、試験準備のために上つかみ具２１および下つかみ具２２の位置決め等の設定作業が行われる一対の支柱１９に挟まれた空間に近い位置であって、オペレータがこれらの作業を行っているときの目線とほぼ同一の高さとなる位置である。

次に、この材料試験機において、試験片１０に対して試験力を加える材料試験の前の試験準備を行うときの動作について説明する。この材料試験機において試験準備を行うときには、つかみ具の設定補助機能、試験片の設定補助機能、標点の設定補助機能を、この順に実行させる。

まず、試験片１０を上つかみ具２１および下つかみ具２２で把持させる試験準備のために、設定補助部６１により実行される動作について説明する。図２は、つかみ具の設定補助機能の動作を示すフローチャートであり、図３は、そのときの第２表示部２６の表示画面を示す模式図である。

入力部２４からの入力によりつかみ具の設定補助機能が選択されると、制御部２３における設定補助部６１の作用により、第２表示部２６に予め表示されている上つかみ具２１および下つかみ具２２周辺のライブ画像に重ね合わせるように、複数の水平線７１が等間隔に表示される（ステップＳ１１）。これらの水平線７１は、試験の負荷軸と直交する線である。

次に、オペレータの入力部２４からの入力により、下つかみ具２２の先端位置が指定される（ステップＳ１２）。そうすると、図３に太線で示すように、第２表示部２６に、つかみ具の間隔を示す水平線７２が２本表示される（ステップＳ１３）。図３に太線で示された、２本の水平線７２のうちの下側の線は、ステップＳ１２で指定された下つかみ具２２の先端位置と一致する線であり、上側の線は、上つかみ具２１を移動させるべき移動位置を示す。第２表示部２６へのこれらの水平線７１、７２の表示は、試験の目的により選択された一対のつかみ具の種別および試験片の長さに応じて変更される。すなわち、第２表示部２６への線の表示は、試験の目的により選択されたつかみ具の種別および試験片１０の長さ等に対応させて予め記憶部６２に記憶させておいた、上つかみ具２１および下つかみ具２２の間隔を表す表示データを呼び出すことにより行われる。したがって、図３に太線で示す２本の水平線７２は、この試験条件での上つかみ具２１および下つかみ具２２の間隔を示している。なお、ステップＳ１１で第２表示部２６に表示された複数の水平線７１は、補助線として第２表示部２６にそのまま表示されている。

オペレータは、第２表示部２６に表示された上つかみ具２１の移動位置である水平線７２を目標にして、マニュアル操作により上つかみ具２１を移動させる。しかる後、オペレータが試験片の設定補助等、別の機能または操作を選択すると（ステップＳ１４）、つかみ具の設定補助機能の一連の動作は終了する。なお、オペレータが別の機能の選択ではなく、つかみ具の設定補助機能を再選択した場合でも、つかみ具の設定補助機能の一連の動作は終了する。

上述した手順により、つかみ具の位置決めが完了すれば、次に、オペレータは、試験片１０を上つかみ具２１および下つかみ具２２に装着する。この作業は、試験片の設定補助機能を使って行われる。図４は、試験片の設定補助機能の動作を示すフローチャートであり、図５は、そのときの第２表示部２６の表示画面を示す模式図である。

入力部２４からの入力により試験片の設定補助機能が選択されると、第２表示部２６に予め表示されている上つかみ具２１および下つかみ具２２周辺のライブ画像に重ね合わせるように、試験の負荷軸を中心にその負荷軸と平行な複数の垂直線８１が表示される（ステップＳ２１）。

次に、オペレータの入力部２４からの入力により、上つかみ具２１の縦方向の中央位置が指定される（ステップＳ２２）。そうすると、図５に太線で示すように、第２表示部２６に試験片の幅に対応する２本の垂直線８２と、試験片の中心軸に対応する垂直線８３が表示される（ステップＳ２３）。第２表示部２６へのこれら垂直線８１、８２、８３の表示は、試験片１０の幅に応じて変更される。すなわち、第２表示部２６への線の表示は、試験片１０の幅に対応させて予め記憶部６２に記憶させておいた、試験片１０の中心軸が負荷軸と一致するときの試験片１０の側端の位置を表す表示データを呼び出すことにより行われる。したがって、図５に太線で示す２本の垂直線８２は、この試験条件での試験片１０の両側端の位置を示している。なお、ステップＳ２１で第２表示部２６に表示された複数の垂直線８１は、補助線としてそのまま第２表示部２６に表示されている。

オペレータは、第２表示部に表示された試験片１０の両側端の位置を示す垂直線８２を目標にして、試験片１０の中心軸が試験の負荷軸と一致するように、上つかみ具２１および下つかみ具２２に装着する。しかる後、オペレータが標点の設定補助等、別の機能または操作を選択すると（ステップＳ２４）、試験片の設定補助機能の一連の動作は終了する。なお、オペレータが別の機能の選択ではなく、試験片の設定補助機能を再選択した場合でも、試験片の設定補助機能の一連の動作は終了する。

なお、この実施形態では、第２表示部２６に上つかみ具２１および下つかみ具２２および試験片１０の全体が同一視野に収まるようにビデオカメラ１８を設定しているため、図５に示すように、表示画面には試験片１０の両側端に合わせた２本の垂直線８２を太線で表示している。しかし、ビデオカメラ１８の設定が、試験片１０の全体を視野に収めるものでない場合であっても、試験片１０の一方の側端が視野内にあれば、試験片１０の設定を正しく行うことができる。すなわち、この場合には、試験片１０の一方の側端位置を示す１本の垂直線を第２表示部２６に表示させる。これにより、オペレータは試験片１０の一方の側端位置を示す１本の垂直線を目標として試験片１０を正しく装着することができる。

上述した手順により、試験片１０の上つかみ具２１および下つかみ具２２への装着が完了すれば、次に、オペレータは、試験片１０に標点を付ける。この作業は、標点の設定補助機能を使って行われる。図６は、標点の設定補助機能の動作を示すフローチャートであり、図７は、そのときの第２表示部２６の表示画面を示す模式図である。

入力部２４からの入力により標点の設定補助機能が選択し、オペレータは、第２表示部２６に表示されている上つかみ具２１および下つかみ具２２周辺のライブ画像上の上つかみ具２１の下端位置９３および下つかみ具の上端位置９４を指定する（ステップＳ３１）。次に、上つかみ具２１および下つかみ具２２周辺のライブ画像に重ね合わせるように、上つかみ具２１および下つかみ具２２の間に複数の水平線９１が等間隔に表示される（ステップＳ３２）。

しかる後、図７に太線で示すように、第２表示部２６に標点間距離ＧＬに相当する間隔だけ離隔した２本の水平線９２が表示される（ステップＳ３３）。第２表示部２６へのこれら水平線９１、９２の表示は、標点間距離ＧＬに応じて変更される。すなわち、第２表示部２６への線の表示は、標点間距離ＧＬに対応させて、予め記憶部６２に記憶させておいた標点位置を示す表示データを、ステップＳ３１で指定された上つかみ具２１の下端位置９３および下つかみ具２２の上端位置９４から求められる把持された状態の試験片１０の中心（上つかみ具２１の上端と下つかみ具２２の下端との中間点）を基準位置として呼び出すことにより行われる。したがって、図７に太線で示す２本の水平線９２は、試験片１０の中心から等しい距離離隔した位置に表示され、この試験条件での試験片１０上の標点が標されるべき位置を示している。なお、ステップＳ３２で第２表示部２６に表示された複数の水平線９１は、補助線としてそのまま第２表示部２６に表示されている。

オペレータは、第２表示部２６に表示された標点位置を示す水平線９２を目標にして、試験片１０に標点シールを貼設することで、標点を正しい位置に配設することができる。しかる後、オペレータが別の機能または操作を選択すると（ステップＳ３４）、標点の設定補助機能の一連の動作は終了する。なお、オペレータが別の機能の選択ではなく、標点の設定補助機能を再選択した場合でも、標点の設定補助機能の一連の動作は終了する。

なお、この実施形態では、試験片１０に標点を標すのに標点シールを用いているが、オペレータがマーカー等を使って、標点位置を示す水平線９２に沿って標点を試験片１０に記入するようにしてもよい。

また、この実施形態では、試験片１０を上つかみ具２１および下つかみ具２２に把持させた状態で標点シールを貼設しているが、先に標点を付けておいた試験片１０を、上つかみ具２１および下つかみ具２２に把持させることもできる。このときには、第２表示部２６の表示画面にグリッド状の補助線を表示させるとともに、試験片の幅を示す垂直線８２と、標点間距離ＧＬを示す水平線９２を同時に表示させ、試験片の設定補助機能と標点の設定補助機能とを並行して実行させればよい。

上述した実施形態では、一対のつかみ具の位置決め、試験片の装着、一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の配設のいずれかを補助する設定位置の指標を線で表しているが、位置を正確に表現することができるものであれば、これらの指標に矢印等の各種記号を採用できる。

また、上述した実施形態では、第２表示部２６は、材料試験機本体に設置されているが、この設置位置は、必ずしも固定されている必要はない。すなわち、オペレータが見やすい位置に第２表示部２６を移動させることを可能とする種々の変形が可能である。

１０ 試験片
１１ ねじ棹
１３ クロスヘッド
１４ ロードセル
１８ ビデオカメラ
１９ 支柱
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２３ 制御部
２４ 入力部
２５ 第１表示部
２６ 第２表示部
３０ 負荷機構
６１ 設定補助部
６２ 記憶部
７２ 水平線
８２ 垂直線
９２ 水平線

Claims (6)

1. 試験片に対して試験力を付与することにより材料試験を実行する材料試験機において、
   前記試験片を把持する一対のつかみ具と、
   前記一対のつかみ具および試験片を撮影する撮影部と、
   前記撮影部により撮影された試験力を付与された試験片の画像、試験条件および計測値の少なくとも１つを表示する第１の表示部と、
   前記一対のつかみ具の位置決め、試験片の装着、および、前記一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の配設の少なくともいずれか一つを補助する設定位置の指標を前記第１の表示部とは別の第２の表示部に表示させる表示データを、試験の目的により選択されたつかみ具の種別、試験片の長さ、試験片の幅、または、標線間距離に対応させて複数記憶する記憶部と、
   前記試験片を前記一対のつかみ具で把持させる試験準備のために、試験の目的により選択されたつかみ具の種別、試験片の長さ、試験片の幅、または、標線間距離に応じて、前記記憶部から表示データを呼び出して、前記一対のつかみ具周辺の画像とともに、前記一対のつかみ具の位置決め、試験片の装着、および、前記一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の配設の少なくともいずれか一つを補助する設定位置の指標を、前記第２の表示部に表示させる設定補助手段と、
   を備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記第１の表示部は、材料試験機本体とは分離して配設され、
   前記第２の表示部は、材料試験機本体の前記一対のつかみ具付近に配設される材料試験機。
3. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記第２の表示部は、試験片に対して試験力が付与されているときにおいては、前記撮影部により撮影された試験力を付与された試験片の画像および計測値を表示する材料試験機。
4. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記設定補助手段が前記第２の表示部に表示させる表示データにおける、前記一対のつかみ具の設置を補助する設定位置の指標は、前記一対のつかみ具のうちの一方の移動位置を示す水平線である材料試験機。
5. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記設定補助手段が前記第２の表示部に表示させる表示データにおける、前記試験片の設置を補助する設定位置の指標は、前記試験片の少なくとも一方の側端の位置を示す線である材料試験機。
6. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記設定補助手段が前記第２の表示部に表示させる表示データにおける、前記一対のつかみ具に把持された状態の試験片に標されるべき標点の設置を補助する設定位置の指標は、標点の位置を示す線である材料試験機。

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