JP6278838B2 - 荷重計測装置 - Google Patents
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Description
圧壊試験などで破壊荷重を制御する場合は、制御部は、ロードセルからの荷重値をフィードバックすることで、荷重発生量を制御する。
また、測定対象に応じて定格容量の異なるロードセルを用いることは、交換作業を伴うことによって多大な作業が必要となるので、現実的ではない。
荷重変換センサは、荷重発生部から作用する荷重を受けることで、電気信号を出力する。
検出装置は、荷重発生部からの荷重に関連する情報を検出可能である。
制御部は、高荷重の場合は荷重変換センサを選択し、低荷重の場合は検出装置を選択して、荷重発生部により発生された荷重を計測する。
この装置では、制御部は、高荷重の場合は荷重変換センサを選択し、低荷重の場合は検出装置を選択して、荷重計測を実行する。この結果、高荷重の場合は荷重変換センサによって荷重が精度良く計測される。また、検出装置の定格を、制御部が低荷重を計測するのに用いる検出装置からの情報の精度を保証するものにすることで、低荷重の場合に検出装置によって荷重が精度良く検出される。
なお、荷重発生部からの情報及び検出装置の種類については特に限定されない。
この装置では、例えば、計測開始前にオペレータが設定値を制御部に入力して、その後に、制御部が、その設定値に基づいて低荷重か高荷重かを判断し、荷重変換センサと検出装置との一方を選択する。
この装置では、計測中に、制御部が計測値に基づいて、低荷重からの高荷重への変化又は高荷重から低荷重への変化が発生したことを判断し、荷重変換センサと検出装置とを切り替える。
この装置では、検出装置が圧力センサであるので、制御部における低荷重計測の精度が高い。
この装置では、荷重変換センサに基づいて荷重を計測するときにはバルブを閉じるので、油圧ポンプから高圧が油圧シリンダに供給されている場合に、圧力センサに高圧が作用しない。したがって、定格圧力が小さい圧力センサを用いている場合でも、圧力センサが破損しにくい。
この装置では、圧力センサが2種類あるので、低荷重の測定をさらにその違いに応じて2種類の圧力センサに担当させることができる。その結果、低荷重を精度良く検出可能である。
(1)全体構成
図1を用いて、本発明の第1実施形態としての、圧壊試験装置1を説明する。図1は、本発明の一実施形態としての圧壊試験装置の模式的構成図である。圧壊試験装置1は、例えば、被試験物を圧壊する試験を行う装置である。圧壊試験装置1は、被試験物に作用する荷重を計測する荷重計測装置3(後述)を有している。
なお、油圧回路装置5の他の構成(オイルタンク、他の油路、他のバルブ)は図示及び説明を省略する。
荷重計測装置3は、上述の油圧回路装置5及びコントローラ7以外に、さらに、ロードセル35と、圧力センサ37とを有している。ロードセル35及び圧力センサ37は、油圧サーボシリンダ9において発生する荷重を計測するためのセンサである。コントローラ7は、油圧ポンプ11を制御する際に、これらセンサからの検出値に基づいてフィードバック制御を行う。
一例として、ロードセル35の定格容量は15〜35kNであり、精度は±1%FS(フルスケール)である。
図2を用いて、圧壊試験装置1において荷重発生が行われている際に、荷重計測装置3によって荷重を測定する制御動作を説明する。図2は、荷重計測制御のフローチャートである。この実施形態では、コントローラ7に入力される設定値によって荷重の高低が判断され、それに基づいてコントローラ7がロードセル35と圧力センサ37の一方を選択する。
設定荷重値が入力されて動作が開始されれば(ステップS1でYes)、コントローラ7は、設定荷重値が閾値より低いか否かを判断する(ステップS2)。閾値は特に限定されない。一例として、閾値は、5〜20kNの間に任意に設定できる。
なお、設定荷重値が圧力センサ37が壊れない範囲の圧力であれば、コントローラ7は、電動バルブ43を閉じなくてもよい。その場合は低圧であって、圧力センサ37が破損することがないからである。
最初に、コントローラ7は、制御信号を送信することで油圧ポンプ11を駆動して、油圧サーボシリンダ9に油圧を供給させる(ステップS7)。
次に、コントローラ7は、圧力センサ37からの信号(圧力値)に基づいて、油圧サーボシリンダ9の荷重を計測する(ステップS8)。具体的には、コントローラ7は、圧力値に油圧サーボシリンダ9の受圧面積を掛けて、荷重値を算出する。
計測荷重値が設定荷重値に到達していなければ(ステップS9でNo)、プロセスはステップS8に戻って荷重計測を繰り返す。
コントローラ7は、計測荷重値が設定荷重値に到達すれば(ステップ9でYes)、計測制御を終了する。
この後、コントローラ7は、油圧ポンプ11による油圧サーボシリンダ9への油圧供給を停止させる(ステップS10)。
第1実施形態では、圧力センサの数は1つであったが、定格が互いに異なる複数の圧力センサを用いてもよい。その場合、圧力センサが複数あるので、低荷重の測定をさらにその違いに応じて2種類の圧力センサに担当させることができる。その結果、低荷重を精度良く検出できる。
設定荷重値が入力されて動作が開始されれば(ステップS11でYes)、コントローラ7は、設定荷重値が低・中・高のいずれであるかを判断する(ステップS12)。
第1実施形態及び第2実施形態では、圧力センサに対して電動バルブが設けられていたが、圧力センサに高圧が作用せずにそのため圧力センサの破損が生じない場合には、電動バルブは省略されてもよい。
設定荷重値が入力されれば(ステップS1でYes)、コントローラ7は、設定荷重値が閾値より低いか否かを判断する(ステップS2)。閾値は特に限定されない。一例として、閾値は、5〜20kNの間に任意に設定できる。
この実施形態では、第1実施形態に比べて、部品点数が少なくなる。
第1〜第3実施形態では高低が判断される荷重は、コントローラに入力される設定値であったが、高低が判断される荷重は、コントローラによって計測された計測値であってもよい。その場合、コントローラは、荷重発生部による荷重発生中に、計測値に基づいて、ロードセルと圧力センサとを切り替える。つまり、計測中に、コントローラが計測値に基づいて、低荷重からの高荷重への変化又は高荷重から低荷重への変化が発生したことを判断し、ロードセルと圧力センサとを切り替える。
図8のフローチャートは、例えば、図2のステップS6のロードセルモードによる荷重計測に対応している。したがって、設定値は高荷重であって、荷重検出を行うのはロードセルが予定されている。
次に、コントローラ7は、ロードセル35からの信号に基づいて、油圧サーボシリンダ9の荷重を計測する(ステップS22)。
計測荷重値が設定荷重値に到達すれば(ステップS23でYes)、プロセスはステップS28に移行し、コントローラ7は、計測制御を終了する。つまり、この後、コントローラ7は、油圧ポンプ11による油圧サーボシリンダ9への油圧供給を停止させる(ステップS28)。
フルストローク位置に到達していなければ(ステップS24でNo)、プロセスはステップS22に戻り、ロードセル35による荷重計測が繰り返される。
次に、コントローラ7は、最終の計測荷重値が閾値より低いか否かを判断する(ステップS25)。
最終的には、コントローラ7は、油圧ポンプ11による油圧サーボシリンダ9への油圧供給を停止させる(ステップS28)。
第4実施形態と同じく、高低が判断される荷重がコントローラによって計測された計測値である実施形態を説明する。ただし、この実施形態は、第1〜第4実施形態とは異なり、設定された荷重になるまで測定する荷重制御ではなく、予め設定された位置つまりストロークまでピストンを移動させて被試験物を押しつぶす試験における未知の荷重を測定する位置制御である。
最初に、コントローラ7は、例えばオペレータが設定位置を入力して、動作を開始するのを待つ(ステップS31)。
設定値が入力されてさらに動作が開始されると(ステップS31でYes)、プロセスはステップS32に移行する。
さらに、コントローラ7は、圧力センサモードによる荷重計測を行う(ステップS34)。
次に、コントローラ7は、計測荷重値が閾値より低いか否かを判断する(ステップS35)。
設定位置に到達すれば(ステップS36でYes)、コントローラ7は、最終計測荷重値を記憶部に格納し、処理を終了する。設定位置に到達していなければ(ステップS36でNo)、プロセスはステップS34に戻り、圧力センサ37を用いた荷重計測が繰り返される。
コントローラ7は、ピストン15が設定位置に到達したか否かを判断する(ステップS40)。
設定位置に到達すれば(ステップS40でYes)、コントローラ7は、最終計測荷重値を記憶部に格納し、処理を終了する。設定位置に到達していなければ(ステップS40でNo)、プロセスはステップS39に戻り、ロードセル35を用いた荷重計測が繰り返される。
第1〜第5実施形態では、荷重発生部は、油圧ポンプ11と、油圧サーボシリンダ9と、両者を接続する第1油路25とを有する油圧回路装置5であり、検出装置は、第1油路25に接続された圧力センサ37であった。しかし、検出装置は荷重発生部からの情報を検出可能であり、かつ、低荷重を荷重変換センサに比べて精度良く検出可能な定格を有していればよい。つまり、荷重発生部及び検出装置は上記の構成に限定されない。
図に示すように、荷重発生部として、電気駆動システム91が設けられている。電気駆動システム91は、主に、電動アクチュエータ93を有している。電動アクチュエータ93は、モータ97と、直動部99と、ピストン101とを備えている。モータ97は、直動部99に駆動力を付与することで直動部99を直線方向に移動させ、それによりピストン101を上下動させる。モータ97は、コントローラ7によって駆動及び停止させられる。
上記第1〜第5実施形態は、下記の構成及び機能を共通に有している。
荷重計測装置(例えば、荷重計測装置3)は、荷重発生部(例えば、油圧サーボシリンダ9、電動アクチュエータ93)と、荷重変換センサ(例えば、ロードセル35)と、検出装置(例えば、圧力センサ37、第1圧力センサ37A、第2圧力センサ37B、電流検出部96)と、制御部(例えば、コントローラ7)とを備えている。
荷重変換センサ(例えば、ロードセル35)は、荷重発生部(例えば、油圧サーボシリンダ9、電動アクチュエータ93)から作用する荷重を受けることで、電気信号を出力する。
検出装置(例えば、圧力センサ37、第1圧力センサ37A、第2圧力センサ37B、電流検出部96)は、荷重発生部(例えば、油圧サーボシリンダ9、電動アクチュエータ93)からの荷重に関連する情報(例えば、油圧、モータ97の電流(トルク))を検出可能である。
制御部(例えば、コントローラ7)は、高荷重の場合は荷重変換センサ(例えば、ロードセル35)を選択し、低荷重の場合は検出装置(例えば、圧力センサ37、第1圧力センサ37A、第2圧力センサ37B、電流検出部96)を選択して、荷重発生部(例えば、油圧サーボシリンダ9、電動アクチュエータ93)により発生された荷重を計測する。
以上に述べたように、この荷重計測装置では、高荷重から低荷重にわたって広い範囲において、荷重を精度良く計測可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
(a)前記実施形態では荷重変換センサとしてロードセルの例を説明したが、荷重を測定するセンサはロードセルに限定されない。また、ロードセルの種類、形状、位置、個数も特に限定されない。
(b)前記実施形態では二次電池の安全性試験として圧壊試験装置が説明されたが、本発明に係る荷重計測装置は、例えば、他の安全性試験装置、材料破壊試験装置、圧入装置に適用可能である。
(c)前記実施形態では被試験物は二次電池であったが、特に限定されない。
(e)第4実施形態の計測荷重値に従ってロードセルによる荷重計測を圧力センサによる荷重計測に切り替える制御動作は、第1〜第3実施形態の装置によって実現されてもよい。
(g)第6実施形態の電動アクチュエータによる荷重発生及びその荷重測定は、第1〜第5実施形態に適用可能である。
3 :荷重計測装置
5 :油圧回路装置
7 :コントローラ
9 :油圧サーボシリンダ
11 :油圧ポンプ
13 :ケース
15 :ピストン
17 :台
19 :被試験物
21 :先端治具
25 :第1油路
27 :第2油路
35 :ロードセル
37 :圧力センサ
Claims (5)
- 荷重発生部と、
前記荷重発生部から作用する荷重を受けることで、電気信号を出力する荷重変換センサと、
前記荷重発生部からの荷重に関連する情報を検出可能である検出装置と、
高荷重の場合は前記荷重変換センサを選択し、低荷重の場合は前記検出装置を選択して、前記荷重発生部により発生された荷重を計測する制御部とを備え、
前記荷重発生部は、油圧ポンプと、油圧シリンダと、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとを接続する油路とを有しており、
前記検出装置は、前記油路に接続された圧力センサである、荷重計測装置。 - 高低が判断される荷重は、前記制御部に入力される設定値である、請求項1に記載の荷重計測装置。
- 高低が判断される荷重は、前記制御部によって計測された計測値であり、
前記制御部は、前記荷重発生部による荷重発生中に、前記計測値に基づいて、前記荷重変換センサと前記検出装置とを切り替える、請求項1に記載の荷重計測装置。 - 前記圧力センサと前記油路との間に配置され、前記制御部によって開閉が行われるバルブをさらに備え、
前記制御部は、前記荷重変換センサに基づいて荷重を計測するときには、前記バルブを閉じ、
前記制御部は、前記検出装置に基づいて荷重を計測するときには、前記バルブを開く、請求項1〜3のいずれかに記載の荷重計測装置。 - 前記圧力センサと定格が異なる第2圧力センサをさらに備えており、
前記制御部は、荷重の高低に応じて前記荷重変換センサ、前記圧力センサ、及び前記第2圧力センサのいずれかを選択して、前記荷重発生部により発生された荷重を計測する、請求項1〜4のいずれかに記載の荷重計測装置。
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