JP6610462B2 - Material testing machine - Google Patents
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Description
この発明は、モータの駆動によりクロスヘッドを移動させて試験片に試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機に関する。 The present invention relates to a material testing machine that performs a material test by moving a cross head by driving a motor and applying a test force to a test piece.
図1は、このような材料試験機の基本的な構成を示す概要図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of such a material testing machine.
この材料試験機は、基台11とクロスヨーク15とにわたり回転可能に立設された左右一対のねじ棹12を備える。このねじ棹12は、ボールねじから構成される。また、この材料試験機は、クロスヘッド14を備える。このクロスヘッド14の両端付近には、ねじ棹12と螺合するボールねじ用のナット13が内蔵されている。
This material testing machine is provided with a pair of left and
また、この材料試験機は、サーボモータ23と、このサーボモータ23の回転情報を取得するロータリエンコーダ24とを備える。サーボモータ23の回転力は、サーボモータ23の回転軸に配設された同期プーリ25、同期ベルト28、同期プーリ27を介して回転軸26に伝達される。回転軸26の両端部には複数のギアを有するギアボックス21が配設されており、回転軸26の回転力が一対のねじ棹12の回転力に変換され、一対のねじ棹12が同期して回転する。そして、一対のねじ棹12が同期して回転することにより、クロスヘッド14が昇降する。
The material testing machine also includes a
クロスヘッド14には、上つかみ具31が、ロードセル16を介して支持されている。また、基台11には、下つかみ具32が支持されている。図1において仮想線で示すように、試験片100は、これらの上つかみ具31および下つかみ具32によりその両端を把持される。この状態において、クロスヘッド14が上昇することにより、試験片100に対して引張試験力が付与され、材料試験としての引張試験が実行される。なお、上つかみ具31および下つかみ具32を圧盤等に変更することにより、試験片に対して圧縮試験を実行することも可能となっている。
An
このような材料試験機においては、クロスヘッド14の高さ位置は、サーボモータ23に連結されたロータリエンコーダ24の回転量によって計測され、図示を省略した表示部に表示される。このため、サーボモータ23からクロスヘッド14に至る動力の伝達系に伸びおよび縮みや、バックラッシュ等が発生すると、表示部に表示されるクロスヘッド14の位置と、実際のクロスヘッド14の位置とに差異が生ずることになる。
In such a material testing machine, the height position of the
ここで、表示部に表示される計算上のクロスヘッド14の位置と実際のクロスヘッド14の位置とに生ずる差異の最大の原因は、サーボモータ23からクロスヘッド14に至る動力の伝達系のうち、ギアボックス21における複数のギア間に生ずるバックラッシュである。このバックラッシュの量は、材料試験機の構成により様々ではあるが、例えば、クロスヘッドの位置に換算して数マイクロメートルから10数マイクロメートル程度である。
Here, the largest cause of the difference between the calculated position of the
このようなバックラッシュの存在により、例えば、クロスヘッド14が下方向に移動した後に、クロスヘッド14を上方向に移動させて試験片100に対する引張試験を実行した場合においては、材料試験の開始直後にサーボモータ23が回転した場合に、クロスヘッド14が移動したと認識され、表示部に表示されるクロスヘッド14の位置は変化するが、実際にはクロスヘッド14は移動していないことになる。
Due to the presence of such backlash, for example, when the
このため、試験力とクロスヘッド14との関係を正しく測定することができないという問題がある。また、材料試験の試験開始直後の試験力とクロスヘッド14の変位との関係から試験片100の剛性を測定して試験力制御に必要なパラメータを同定した場合には、試験片100の剛性が過度に小さく評価され、適切な試験力制御ができないという問題がある。
For this reason, there is a problem that the relationship between the test force and the
特許文献1には、試験片に負荷を与える駆動モータの増荷重時の回転方向と逆方向の回転力を、常時、ねじ棹に付与するバックラッシュ除去用モータを具備する材料試験機が開示されている。 Patent Document 1 discloses a material testing machine including a backlash removal motor that constantly applies to a screw rod a rotational force in the direction opposite to the rotational direction at the time of increased load of a drive motor that applies a load to a test piece. ing.
特許文献1に記載の構成を採用するためには、試験力を発生させるためのサーボモータとは別に、バックラッシュ除去用モータを配設する必要があることから、装置構成が複雑となる。また、常時バックラッシュ除去用モータにより負荷を生じさせる必要があることから、その間に電力を消費するという問題も生ずる。 In order to employ the configuration described in Patent Document 1, it is necessary to dispose a backlash removal motor separately from the servo motor for generating the test force, which complicates the apparatus configuration. Further, since it is necessary to always generate a load by the backlash removing motor, there is a problem that power is consumed during that time.
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、特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a material testing machine capable of removing backlash at the start of material testing without adding a special mechanism. .
請求項1に記載の発明は、モータの駆動によりクロスヘッドを移動させて試験片に試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機において、クロスヘッドを第1の方向に移動させて材料試験を行う場合において、前記モータに対して、前記クロスヘッドを前記第1の方向に予め設定した除去量だけ連続して回転させる回転動作が実行されることでバックラッシュが存在しない状態であるか、あるいは、前記回転動作が実行されないことでバックラッシュが存在する状態であるかを監視するバックラッシュ監視部と、前記クロスヘッドを前記第1の方向に移動させて材料試験を行う以前に前記クロスヘッドを移動させたときに、前記バックラッシュ監視部が、バックラッシュが存在する状態であると判定したときは、前記モータを、前記クロスヘッドを前記第1の方向とは逆の方向である第2の方向に前記除去量だけ回転させた後、前記クロスヘッドを前記第1の方向に前記除去量だけ回転させるバックラッシュ除去部と、を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a material testing machine for performing a material test by moving a cross head by driving a motor and applying a test force to a test piece, and moving the cross head in a first direction to make a material test. In the case where the test is performed, whether or not the motor is in a state where backlash does not exist by executing a rotation operation for continuously rotating the crosshead in the first direction by a preset removal amount. Alternatively, a backlash monitoring unit that monitors whether the backlash exists because the rotation operation is not executed, and the cross before moving the cross head in the first direction to perform the material test. When the backlash monitoring unit determines that the backlash exists when the head is moved, the motor is A backlash removing unit that rotates the crosshead in the first direction by the removal amount after rotating the crosshead in a second direction that is opposite to the first direction; , Provided.
請求項1に記載の発明によれば、バックラッシュ監視部によってバックラッシュが生じうる状態と判定されたときにバックラッシュ除去部によりバックラッシュ除去動作が実行されることから、特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能となる。このため、材料試験をより精度よく実行することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, since the backlash removing operation is executed by the backlash removing unit when it is determined by the backlash monitoring unit that the backlash can occur, a special mechanism is added. Therefore, it is possible to remove the backlash at the start of the material test. For this reason, it becomes possible to perform a material test more accurately.
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2は、この発明に係る材料試験機の制御系を示すブロック図である。なお、材料試験機の機械的な構成は、図1に示すものと同様であることから、詳細な説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the material testing machine according to the present invention. The mechanical configuration of the material testing machine is the same as that shown in FIG.
この材料試験機は、論理演算を実行するプロセッサーとしてのCPUと、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたROMと、制御時にデータ等が一時的にストアされるRAMとを備えた制御部50を有する。この制御部50は、機能的構成として、連続して実行される材料試験の内容を予め記憶した試験情報記憶部51と、バックラッシュが存在するか否かを常時監視するバックラッシュ監視部52と、バックラッシュが存在する状態であると判断されたときにバックラッシュ除去動作を実行するバックラッシュ除去部53とを備える。 This material testing machine includes a CPU as a processor that executes logical operations, a ROM that stores an operation program necessary for controlling the apparatus, and a RAM that temporarily stores data during control. 50. As a functional configuration, the control unit 50 includes, as a functional configuration, a test information storage unit 51 that stores in advance the content of material tests that are continuously executed, and a backlash monitoring unit 52 that constantly monitors whether backlash exists. A backlash removal unit 53 that performs a backlash removal operation when it is determined that a backlash exists.
また、この制御部50は、図1に示すサーボモータ23と、ロータリエンコーダ24と、ロードセル16に接続されている。さらに、この制御部50は、オペレータが各種の入力を実行するためのキーボード等の入力部58と、材料試験を実行中にロータリエンコーダ24の出力あるいはクロスヘッド14の位置や、ロードセル16により測定された試験力等を表示するための液晶表示パネル等の表示部59とも接続されている。
The control unit 50 is connected to the
図3は、バックラッシュ監視部52によるバックラッシュの監視動作を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing the backlash monitoring operation by the backlash monitoring unit 52.
このバックラッシュ監視部52は、バックラッシュが存在しているか否かを常に監視する。このときには、バックラッシュ量に相当する値を見積もり、それを超える値である除去量(以下、記号でLBと表す)を予め設定する。バックラッシュ量は、サーボモータ23の駆動によりクロスヘッド14が一方向に移動した後、その方向とは逆方向に移動するときに、サーボモータ23が回転しているにもかかわらず、クロスヘッド14が移動しない量のことである。上記のLBは、クロスヘッド14の移動量として考えた場合に、バックラッシュ量より大きな値であって、それだけ動けば確実にバックラッシュを除去できる量である。このLBは、例えば、クロスヘッド14の移動量に換算して20マイクロメートル程度の値とすることができる。なお、クロスヘッド14はサーボモータ23の回転によって駆動されるものであるから、クロスヘッド14の移動量とサーボモータ23の回転量は互いに換算できるので、上記LBをサーボモータ23の回転量として考えて設定することも可能である。
The backlash monitoring unit 52 always monitors whether a backlash exists. At this time, a value corresponding to the backlash amount is estimated, and a removal amount (hereinafter referred to as symbol LB) that exceeds the value is set in advance. The amount of backlash is determined by the
バックラッシュ監視部52は、試験情報記憶部51に記憶した試験情報から、サーボモータ23が、クロスヘッド14を次に材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向(この発明に係る第1の方向)にLBだけ連続して回転したか否かを判定する(ステップS11)。そして、次に材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向にLBだけ連続して回転した場合にはバックラッシュがないと判断する(ステップS12)。一方、次に材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向とは逆の方向(この発明に係る第2の方向)に移動する方向に回転していた場合や、次に材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向と同じ方向に回転していたとしても、LBだけ連続して回転していない場合にはバックラッシュが存在すると判断する(ステップS13)。バックラッシュ監視部52は常時稼働しているソフトウェアモジュールであり、バックラッシュ有無の判断は、制御部の内部では、常に更新されつつフラッグとして記憶される。バックラッシュがあると判断された場合にはフラッグを立て、バックラッシュがないと判断された場合にはフラッグを倒す。制御部50における他のソフトウェアモジュールではこのフラッグを見て、その時点でバックラッシュがあるかないかを判定することができる。
The backlash monitoring unit 52 uses the test information stored in the test information storage unit 51 to move the
図4は、クロスヘッド14を原点位置に復帰させるリターン動作を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a return operation for returning the
試験開始前にクロスヘッド14を原点位置に復帰させるリターン動作を実行し、クロスヘッドが停止したときには(ステップS21)、バックラッシュ監視部52による監視によりバックラッシュが存在していると判定されているか否かを判断する(ステップS22)。バックラッシュが存在していないと判定されたときには、そのまま、リターン動作を終了する。一方、バックラッシュが存在していると判定されたときには、バックラッシュ除去動作を実行した後(ステップS23)、リターン動作を終了する。
When the return operation for returning the
図5は、バックラッシュ除去動作を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing the backlash removal operation.
リターン動作後にバックラッシュが存在していると判定されたときには、最初に、次に材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向とは逆方向に、サーボモータ23を設定値LBに相当する量だけ回転させる(ステップS31)。続いて、サーボモータ23を、次の材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向に、設定値LBに相当する量だけ回転させる(ステップS32)。これにより、バックラッシュが存在しない状態となる。なお、次の材料試験を行うときにクロスヘッド14が移動する方向は、試験情報記憶部51に記憶されている試験条件から知ることができる。
When it is determined that the backlash is present after the return operation, the
図6は、クロスヘッド14を所定距離だけ昇降させるジョグ動作を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a jog operation for raising and lowering the
試験開始前に、クロスヘッド14の位置を試験片100に合わせる等の理由でクロスヘッド14を少しの距離だけ移動させるジョグ動作を実行し、クロスヘッド14が停止したときには(ステップS41)、バックラッシュ監視部52による監視によりバックラッシュが存在していると判定されているか否かを判断する(ステップS42)。バックラッシュが存在していないと判定されたときには、そのまま、ジョグ動作を終了する。一方、バックラッシュが存在していると判定されたときには、上述した場合と同様、バックラッシュ除去動作を実行した後(ステップS43)、ジョグ動作を終了する。
Before starting the test, a jog operation is performed to move the
以上のように、この発明に係る材料試験機によれば、バックラッシュの有無を常に監視し、リターン動作またはジョグ動作実行後にバックラッシュが存在しているときにはバックラッシュ除去動作を実行することから、特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能となる。このため、材料試験をより精度よく実行することが可能となる。 As described above, according to the material testing machine according to the present invention, the presence or absence of backlash is always monitored, and when backlash exists after execution of the return operation or jog operation, the backlash removal operation is executed. Backlash at the start of material testing can be removed without adding a special mechanism. For this reason, it becomes possible to perform a material test more accurately.
なお、上述した実施形態において、必要に応じ、オペレータが図2に示す入力部58を操作することにより、バックラッシュ除去動作の実行を一時的に停止するようにすることが好ましい。すなわち、例えば、検力動作を実行する場合においては、上述したバックラッシュ除去動作が実行されることにより、材料試験機におけるヒステリシスループが打ち消されることになって、正しい検力を実行し得ないためである。オペレータによりこのような一時的停止操作がなされた場合においては、制御部50は、バックラッシュ除去部53によるバックラッシュ除去動作を実行しない。 In the above-described embodiment, it is preferable that the execution of the backlash removal operation is temporarily stopped by the operator operating the input unit 58 shown in FIG. 2 as necessary. That is, for example, in the case of executing a force detection operation, the hysteresis loop in the material testing machine is canceled by executing the above-described backlash removal operation, and thus the correct force detection cannot be executed. It is. When such a temporary stop operation is performed by the operator, the control unit 50 does not execute the backlash removal operation by the backlash removal unit 53.
上述した実施形態においては、リターン動作およびジョグ動作に対してこの発明を適用した場合について説明したが、上つかみ具31および下つかみ具32により試験片100の両端を把持して、実際に材料試験を実行する前の段階でクロスヘッド14を移動させるその他の状況においても、この発明を同様に適用することができる。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the return operation and the jog operation has been described. However, the both ends of the
また、上述した実施形態においては、上つかみ具31および下つかみ具32により試験片100の両端を把持して引張試験を実行する材料試験機にこの発明を適用した場合について説明したが、圧縮試験を実行する材料試験機等のその他の材料試験機に対してこの発明を適用してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the material testing machine that holds the both ends of the
11 基台
12 ねじ棹
13 ナット
14 クロスヘッド
15 クロスヨーク
16 ロードセル
21 ギアボックス
23 サーボモータ
24 ロータリエンコーダ
31 上つかみ具
32 下つかみ具
50 制御部
51 試験情報記憶部
52 バックラッシュ監視部
53 バックラッシュ除去部
58 入力部
59 表示部
100 試験片
11
Claims (1)
クロスヘッドを第1の方向に移動させて材料試験を行う場合において、前記モータに対して、前記クロスヘッドを前記第1の方向に予め設定した除去量だけ回転させる回転動作が連続して実行されることでバックラッシュが存在しない状態であるか、あるいは、前記回転動作が実行されないことでバックラッシュが存在する状態であるかを監視するバックラッシュ監視部と、
前記クロスヘッドを前記第1の方向に移動させて材料試験を行う以前に前記クロスヘッドを移動させたときに、前記バックラッシュ監視部が、バックラッシュが存在する状態であると判定したときは、前記モータを、前記クロスヘッドを前記第1の方向とは逆の方向である第2の方向に前記除去量だけ回転させた後、前記クロスヘッドを前記第1の方向に前記除去量だけ回転させるバックラッシュ除去部と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
In a material testing machine that performs a material test by moving a crosshead by driving a motor and applying a test force to a test piece,
When the material test is performed by moving the crosshead in the first direction, the motor is continuously rotated to rotate the crosshead by a preset removal amount in the first direction. A backlash monitoring unit that monitors whether the backlash does not exist or whether the backlash exists because the rotation operation is not executed,
When the cross head is moved before the material test is performed by moving the cross head in the first direction and the backlash monitoring unit determines that a backlash exists, The motor rotates the crosshead by the removal amount in a second direction that is opposite to the first direction, and then rotates the crosshead by the removal amount in the first direction. A backlash remover;
A material testing machine characterized by comprising:
Priority Applications (1)
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JP2016147148A JP6610462B2 (en) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Material testing machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016147148A JP6610462B2 (en) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Material testing machine |
Publications (2)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2016147148A Active JP6610462B2 (en) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Material testing machine |
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