JP6278838B2 - 荷重計測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、荷重計測装置、特に、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を用いた荷重計測装置に関する。
二次電池市場における安全性試験として、釘刺試験、圧壊試験、内部短絡試験などがある。これら試験では、一般に、油圧サーボシリンダ・システムを用いて、二次電池に荷重を付与する。この試験のときに、シリンダ駆動部の荷重値を計測する手段として、ロードセルが用いられる。ロードセルとは、構成材料に荷重(引っ張り又は圧縮)を直接に付与することで、構成材料をひずませて、ひずみ量に比例した電流を発生するセンサである。
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。
なお、特許文献1では、ダウンコイラピンチロールギャップ制御方法が開示されている。この方法では、高精度の荷重制御が必要な薄物素材のロールギャップ制御には低定格のロードセル4が用いられ、高荷重の制御が必要な厚物素材のロールギャップ制御にはシリンダ圧力検出器7が用いられている。
特開2000−263130号公報
一般に、圧壊試験においては、測定荷重の対象は、高荷重から低荷重まで広い範囲にわたる。そこで、定格荷重が大きいサーボシリンダを採用し、さらに、高荷重に対応するために定格容量が大きなロードセルが採用される。本願の発明者は、ロードセルを用いて高荷重から低荷重まで広い範囲にわたって荷重の計測を行う際の下記の問題点について着目した。
ロードセルの計測の精度は、ロードセルの定格容量に依存する。つまり、定格容量が大きなロードセルでは、荷重計測の精度範囲が大きくなる。この結果、定格容量が大きなロードセルを用いる場合は、高荷重の場合には精度の影響が小さくて問題はないが、低荷重の場合は精度の影響が大きくなってしまい荷重を精度良く測定できない。
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。
本発明の課題は、荷重計測装置において、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にすることにある。
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る荷重計測装置は、荷重発生部と、荷重変換センサと、検出装置と、制御部とを備えている。
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。
高低が判断される荷重は、制御部に入力される設定値であってもよい。
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。
高低が判断される荷重は、制御部によって計測された計測値であってもよい。その場合、制御部は、荷重発生部による荷重発生中に、計測値に基づいて、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、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。
荷重発生部は、油圧ポンプと、油圧シリンダと、油圧ポンプと油圧シリンダとを接続する油路とを有していてもよい。その場合、検出装置は、油路に接続された圧力センサである。制御部は、圧力センサによって検出された圧力に基づいて、荷重を計測する。
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。
荷重計測装置は、圧力センサと油路との間に配置され、制御部によって開閉が行われるバルブをさらに備えていてもよい。その場合は、制御部は、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、検出装置に基づいて荷重を計測するときにはバルブを開く。
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。
荷重計測装置は、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いてもよい。その場合、制御部は、荷重の高低に応じて荷重変換センサ、圧力センサ、及び第2圧力センサのいずれかを選択して、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、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。
本発明に係る荷重計測装置では、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。
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(第1実施形態)。 荷重計測制御のフローチャート。 圧力センサによる荷重計測のフローチャート。 圧壊試験装置の模式的構成図(第2実施形態)。 荷重計測制御のフローチャート。 圧壊試験装置の模式的構成図(第3実施形態) 荷重計測制御のフローチャート。 荷重計測のフローチャート(第4実施形態) 位置制御のフローチャート(第5実施形態) 圧壊試験装置の模式的構成図(第6実施形態)。
1.第1実施形態(図1〜図3)
(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。
圧壊試験装置1は、主に、油圧回路装置5と、コントローラ7とを有している。
油圧回路装置5は、荷重発生部として機能する。油圧回路装置5は、油圧サーボシリンダ9と、油圧ポンプ11と備えている。油圧サーボシリンダ9は、油圧によって駆動され、荷重を被試験物に付与する装置である。油圧サーボシリンダ9は、ケース13と、ピストン15とを有している。ピストン15は、ケース13内で移動可能になっている。ピストン15は、台17に置かれた被試験物19に対して、先端治具21を介し荷重を付与するようになっている。油圧ポンプ11は、油圧サーボシリンダ9に対して油圧を供給及び排出可能な装置である。被試験物19は、例えば、二次電池である。
油圧回路装置5は、油圧ポンプ11と油圧サーボシリンダ9とを接続する第1油路25と、第2油路27とを有している。荷重発生時には、油圧ポンプ11から第1油路25を通って油圧サーボシリンダ9に対して油圧が供給され、同時に、油圧サーボシリンダ9から第2油路27を通って油圧が排出される。
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。
コントローラ7は、油圧ポンプ11を制御するための装置である。コントローラ7は、CPU、RAM、ROM及び他の装置からなるコンピュータである。コントローラ7は、ソフトウェアを実行することで、各種制御を実行する。また、コントローラ7は、後述する設定値及び計測値を記憶する記憶部を有しており、さらに、入力された計測値から荷重を算出する演算部を有している。コントローラ7には、入力装置31及び表示装置33が接続されている。入力装置31は、キーボード、マウス、タッチパネルなどである。表示装置33は、ディスプレイなどである。
(2)荷重計測装置
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。
ロードセル35は、油圧サーボシリンダ9のピストン15の先端と先端治具21との間に設けられている。ロードセル35は、油圧回路装置5から作用する荷重を受けることで、電気信号を出力する。ロードセル35で発生した電気信号は、コントローラ7に出力される。
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。
圧力センサ37は、第1油路25に接続された第3油路39に接続されている。したがって、圧力センサ37には、油圧サーボシリンダ9に供給される油圧と同じ油圧が供給される。圧力センサ37で発生した電気信号は、コントローラ7に出力される。コントローラ7は、圧力センサ37によって検出された圧力に基づいて、荷重を計測する。荷重の計測は、圧力に油圧サーボシリンダ9の受圧面積を乗じることで行われる。
圧力センサ37は、低圧の計測精度を向上させるために、定格圧力が小さいものが使用される。言い換えると、圧力センサ37の定格は、コントローラ7が低荷重を計測するのに用いる圧力値の精度を保証するものが選ばれる。具体的には、圧力センサ37の定格圧力は、ロードセル35が計測を予定している荷重(油圧サーボシリンダ9の定格荷重に対応)に対応する圧力より十分に低くなっている。その結果、圧力センサ37を用いた場合、ロードセル35を用いた場合に比べて低荷重を精度良く検出可能である。一例として、圧力センサ37の定格圧力は、荷重数kNに対応する圧力である。
第3油路39には、電動バルブ43が設けられている。電動バルブ43は、圧力センサ37を保護するためのバルブである。電動バルブ43は、モータ45によって開閉される。モータ45は、コントローラ7からの駆動信号によって駆動される。
ピストン15又は先端治具21の近傍には、位置センサ47が配置されている。位置センサ47は、ピストン15又は先端治具21の移動位置を検出するためのセンサである。位置センサ47で発生する電気信号は、コントローラ7に出力される。位置センサ47の種類及び位置は特に限定されない。
(3)荷重制御
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。
最初に、入力装置31を利用して、オペレータがコントローラ7に設定荷重値を入力して、動作を開始するのを待つ(ステップS1)。
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。
設定荷重値が閾値より低ければ(ステップS2でYes)、コントローラ7は、電動バルブ43を開き(ステップS3)、さらに、圧力センサモードによる荷重計測を行う(ステップS4)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、圧力センサ37からの検出信号(圧力値)に基づいて荷重を計測する。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の受圧面積を掛けることで、油圧サーボシリンダ9の荷重を算出する。
設定荷重値が閾値より低くなければ(ステップS2でNo)、コントローラ7は、電動バルブ43を閉じ(ステップS5)、ロードセルモードによる荷重計測を行う(ステップS6)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、ロードセル35からの検出信号に基づいて荷重を計測する。具体的には、コントローラ7は、検出信号に基づいて、油圧サーボシリンダ9の荷重を算出する。
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。
以上述べたように、コントローラ7は、高荷重の場合はロードセル35を選択し、低荷重の場合は圧力センサ37を選択して、油圧回路装置5により発生された荷重を計測する。この結果、高荷重の場合はロードセル35によって精度良く荷重が計測される。また、圧力センサ37はロードセル35に比べて低荷重を精度良く検出可能なように定格圧力が低いものを用いているので、低荷重の場合は圧力センサ37によって荷重が精度良く検出される。このように計測の精度が向上することで、フィードバックして制御される試験荷重の精度が向上する。
さらに、以上述べたように、コントローラ7は、ロードセル35に基づいて荷重を計測するときには電動バルブ43を閉じ、圧力センサ37に基づいて荷重を計測するときには電動バルブ43を開く。このようにロードセル35に基づいて荷重を計測するときには電動バルブ43を閉じるので、油圧ポンプ11から高圧が油圧サーボシリンダ9に供給されている場合に、高圧が圧力センサ37に作用しない。したがって、定格圧力が低くても圧力センサ37が破損しにくい。
図3を用いて、図2のステップS4を詳細に説明する。図3は、圧力センサによる荷重計測のフローチャートである。
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。
コントローラ7は、計測荷重値が設定荷重値に到達するのを待つ(ステップS9)。
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)。
なお、上記の図3に基づいた説明は圧力センサによる荷重計測を対象にしていたが、ロードセルによる荷重計測にも当てはまる。
2.第2実施形態(図4〜図5)
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。
図4を用いて、第2実施形態を説明する。図4は、圧壊試験装置1の模式的構成図である。なお、第1実施形態と同じ構造について説明を省略する。
第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bが、第1油路25に接続された第3油路39A及び第4油路39Bにそれぞれ接続されている。したがって、第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bには、油圧サーボシリンダ9に供給される油圧と同じ油圧が供給される。第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bで発生した電気信号は、コントローラ7に出力される。コントローラ7は、第1圧力センサ37A又は第2圧力センサ37Bによって検出された圧力に基づいて、荷重を計測する。荷重の計測は、圧力に油圧サーボシリンダ9の受圧面積を乗じることで行われる。
第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bは、低圧の計測精度を向上させるために、定格圧力が小さいものが使用される。第1圧力センサ37A又は第2圧力センサ37Bが計測することを予定している圧力は、ロードセル35が計測することを予定している荷重(油圧サーボシリンダ9の荷重定格値に対応)に対応する圧力より十分に低くなっている。その結果、第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bは、ロードセル35に比べて低荷重を精度良く検出可能である。一例として、第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bの定格圧力は、荷重数kNに対応する圧力である。
第1圧力センサ37Aの定格圧力は、第2圧力センサ37Bの定格圧力より小さい。したがって、コントローラ7は、低荷重の測定時においても、さらに細かく荷重の高低に従って第1圧力センサ37Aと第2圧力センサ37Bを選択することができる。
第3油路39A及び第4油路39Bには、第1電動バルブ43A及び第2電動バルブ43Bがそれぞれ設けられている。第1電動バルブ43A及び第2電動バルブ43Bは、第1圧力センサ37A及び第2圧力センサ37Bをそれぞれ保護するためのバルブである。第1電動バルブ43A及び第2電動バルブ43Bは、第1モータ45A及び第2モータ45Bによってそれぞれ開閉される。第1モータ45A及び第2モータ45Bは、コントローラ7からの駆動信号によって駆動される。
図5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5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、第1圧力センサ37A、第2圧力センサ37Bのいずれか1つを選択する。
最初に、入力装置31を利用して、オペレータがコントローラ7に設定荷重値を入力して、動作を開始するのを待つ(ステップS11)。
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)。
設定荷重値が低ければ(ステップS12で「低」)、コントローラ7は、第1電動バルブ43Aを開き(ステップS13)、さらに、第1圧力センサ37Aによる荷重計測を行う(ステップS14)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、第1圧力センサ37Aからの検出信号に基づいて荷重を計測する。
設定荷重値が中くらいであれば(ステップS12で「中」)、コントローラ7は、第2電動バルブ43Bを開き(ステップS15)、さらに、第2圧力センサ37Bによる荷重計測を行う(ステップS16)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、第2圧力センサ37Bからの検出信号に基づいて荷重を計測する。
設定荷重値が高ければ(ステップS12で「高」)、コントローラ7は、第1電動バルブ43A及び第2電動バルブ43Bを閉じ(ステップS17)、ロードセルモードによる荷重計測を行う(ステップS18)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、ロードセル35からの検出信号に基づいて荷重を計測する。なお、設定荷重値が圧力センサ37A、37Bが壊れない範囲の圧力であれば、コントローラ7は、第1電動バルブ43A及び第2電動バルブ43Bを閉じなくてもよい。
以上述べたように、コントローラ7は、高荷重の場合はロードセル35を選択し、低荷重の場合は第1圧力センサ37A又は第2圧力センサ37Bを選択して、油圧回路装置5により発生された荷重を計測する。この結果、高荷重の場合はロードセル35によって精度良く荷重が計測される。また、第1圧力センサ37A又は第2圧力センサ37Bを用いた場合はロードセル35用いた場合に比べて低荷重を精度良く検出可能であるので、低荷重の場合は第1圧力センサ37A又は第2圧力センサ37Bを用いることで荷重が精度良く検出される。
なお、圧力センサの数は3以上であってもよい。
3.第3実施形態(図6〜図7)
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。
図6を用いて、第3実施形態を説明する。図6は、圧壊試験装置1の模式的構成図である。なお、第1実施形態と同じ構造について説明を省略する。
圧力センサ37は、第1油路25に接続された第3油路39に接続されている。したがって、圧力センサ37には、油圧サーボシリンダ9に供給される油圧と同じ油圧が供給される。圧力センサ37で発生した電気信号は、コントローラ7に出力される。コントローラ7は、圧力センサ37によって検出された圧力に基づいて、荷重を計測する。荷重の計測は、圧力に油圧サーボシリンダ9の受圧面積を乗じることで行われる。
第1実施形態とは異なり、第3油路39には、電動バルブが設けられていない。
図7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7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。
最初に、入力装置31を利用して、オペレータがコントローラ7に設定荷重値を入力するのを待つ(ステップS1)。
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。
設定荷重値が閾値より低ければ(ステップS2でYes)、圧力センサモードによる荷重計測を行う(ステップS4)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、圧力センサ37からの検出信号に基づいて荷重を計測する。
設定荷重値が閾値より低くなければ(ステップS2でNo)、コントローラ7は、ロードセルモードによる荷重計測を行う(ステップS6)。具体的には、コントローラ7が油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11が油圧サーボシリンダ9に油圧を供給する。その結果、ピストン15及び先端治具21が移動して、被試験物19を押す。このときに、コントローラ7は、ロードセル35からの検出信号に基づいて荷重を計測する。
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。
4.第4実施形態(図8)
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を用いて、第4実施形態を説明する。図8は、荷重計測のフローチャートである。なお、この実施形態は、例えば、第1実施形態の装置によって実現される。
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。
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S21)。
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)。
さらに、コントローラ7は、計測荷重値が設定荷重値に到達したか否かを判断する(ステップS23)。
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)。
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S23でNo)、プロセスはステップS24に移行し、コントローラ7は、例えば、位置センサ47からの信号に基づいて、ピストン15又は先端治具21がフルストローク位置に到達したか否かを判断する(ステップS24)。
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。
フルストローク位置に到達すれば(ステップS24でYes)、プロセスはステップS25に移行する。
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)。
最終の計測荷重値が閾値より低ければ(ステップS25でYes)、プロセスはステップS26に移行する。コントローラ7は、電動バルブ43を開き(ステップS26)、さらに、圧力センサモードによる荷重計測を行う(ステップS27)。
最終の計測荷重値が閾値より低くなければ(ステップS25でNo)、プロセスはステップS29に移行する。コントローラ7は、ロードセル35による荷重計測を行う又は記憶部に残った最終的な計測荷重値を利用する(ステップS29)。
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)。
上記のように、この実施形態では、ピストン15がフルストロークになってしかも計測荷重値が閾値より低い場合は、ロードセル35による荷重測定から圧力センサ37による荷重設定に切り替える。この結果、実際の計測荷重値が低い場合に、圧力センサ37によって精度良く荷重を計測できる。
5.第5実施形態(図9)
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。
図9を用いて、位置制御を説明する。図9は、位置制御のフローチャートである。なお、この実施形態は、例えば、第1実施形態の装置によって実現される。
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。
コントローラ7は、電動バルブ43を開き(ステップS32)、さらに、油圧ポンプ11に制御信号を送信して、油圧ポンプ11に油圧サーボシリンダ9へ油圧を供給させる(ステップS33)。
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)。
計測荷重値が閾値より低ければ(ステップS35でYes)、プロセスはステップS36に移行する。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S36)。
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。
計測荷重値が閾値より低くなければ(ステップS35でNo)、プロセスはステップS38に移行する。コントローラ7は、電動バルブ43を閉じ(ステップS38)、ロードセルモードによる荷重計測を行う(ステップS39)。
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。
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)。
上記のように、この実施形態では、低荷重の状態では圧力センサにより荷重を計測し、計測荷重値が閾値を超えて高荷重に変化すると、圧力センサによる荷重測定からロードセルによる荷重計測に切り替えられる。このようにして、低荷重から高荷重にわたって荷重測定を可能にしつつ、低荷重を精度良く計測可能である。
6.第6実施形態(図10)
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10を用いて、荷重発生部及び検出装置が第1〜第5実施形態と異なる実施形態を説明する。図10は、圧壊試験装置1の模式的構成図である。
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。
電気駆動システム91は、さらに、電圧駆動部95と、電流検出部96とを有している。電圧駆動部95は、コントローラ7からの信号に基づいてモータ97に駆動電圧を印加する装置である。電流検出部96は、モータ97によって発生するトルクを電流値として検出する装置である。電流検出部96からの検出結果は、コントローラ7に出力される。
以上の構成によって、コントローラ7は、モータ97のトルク(荷重発生部からの情報)に基づいて、直動部99のスペック及び他の条件を考慮することで、電動アクチュエータ93によって発生する荷重を計測できる。なお、電流検出部96の定格は、コントローラ7が低荷重を計測するのに用いる電流検出部96からの電流値の精度を保証するものである必要がある。
7.実施形態の共通事項
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。
この装置では、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(例えば、ロードセル35)によって荷重が精度良く計測される。また、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)の定格が、制御部(例えば、コントローラ7)が低荷重を計測するのに用いる検出装置(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)からの情報の精度を保証するものであれば、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)によって荷重が精度良く検出される。
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。
8.他の実施形態
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。
(d)第2実施形態と第3実施形態とは組み合わせ可能である。すなわち、複数の圧力センサを有する実施形態において、電動バルブを省略してもよい。
(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。
(f)第5実施形態の計測荷重値に従って圧力センサによる荷重計測をロードセル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。
本発明は、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荷重変換センサを用いた荷重計測装置に広く適用できる。
1 :圧壊試験装置
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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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