JP6737128B2

JP6737128B2 - Material testing machine

Info

Publication number: JP6737128B2
Application number: JP2016210229A
Authority: JP
Inventors: 博志辻
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: JP2018072096A

Description

この発明は、機能に応じた内蔵ユニットが設けられた制御装置と、制御装置に接続され
たパーソナルコンピュータと、を備えた材料試験機に関する。 The present invention relates to a material testing machine including a control device provided with a built-in unit corresponding to a function and a personal computer connected to the control device.

材料の強度や特性を評価するための材料試験を実行する材料試験機は、試験片の伸びに相当する変位を測定する変位計や、試験片に与えられる試験力を測定するためのロードセルなど、物理量を測定する複数の検出器を備えている。変位計は、変位計用のアンプを介して材料試験機の制御装置に接続されている。同様に、ロードセルもロードセル用のアンプを介して材料試験機の制御装置に接続されている。そして、制御装置は、これらセンサアンプから取り込んだデータを表示器に表示している（特許文献１参照）。また、変位計やロードセルなどの検出器が正常に動作しているか否かを確認するために、検出器やセンサアンプの故障の有無を自動的に判定する自動故障診断装置が提案されている（特許文献２参照）。 A material testing machine that executes a material test to evaluate the strength and properties of a material is a displacement meter that measures the displacement corresponding to the elongation of the test piece, or a load cell that measures the test force applied to the test piece. It is equipped with a plurality of detectors that measure physical quantities. The displacement gauge is connected to the control device of the material testing machine via an amplifier for the displacement gauge. Similarly, the load cell is also connected to the control device of the material testing machine via an amplifier for the load cell. Then, the control device displays the data acquired from these sensor amplifiers on a display (see Patent Document 1). Further, in order to confirm whether or not a detector such as a displacement meter or a load cell is operating normally, an automatic failure diagnosis device has been proposed that automatically determines whether or not there is a failure in the detector or sensor amplifier ( See Patent Document 2).

特開２００５−６９８６８号公報JP, 2005-69868, A 特公平５−７５２５４号公報Japanese Patent Publication No. 5-75254

各センサアンプからは、例えば、ロードセルであれば試験力（Ｎ：ニュートン）、変位計であれば変位量（ｍｍ：ミリメートル）で表すことができる測定結果が出力されている。そして、出力された測定結果が表示器に表示される表示値となる。ここで、表示器に表示された表示値が異常な値を示した場合、その原因の候補は複数考えられる。例えば、ロードセルの測定結果である試験力値が、表示器の表示でゼロのまま変化しない、という現象が発生した場合、ロードセルを励起する電圧の異常、ロードセルから出力された信号を処理する回路の何処かの異常、表示器の故障など、複数の原因候補があげられる。 From each sensor amplifier, for example, a measurement result that can be represented by a test force (N: Newton) for a load cell and a displacement amount (mm: millimeter) for a displacement meter is output. Then, the output measurement result becomes the display value displayed on the display. Here, when the display value displayed on the display shows an abnormal value, there are a plurality of possible causes. For example, when the phenomenon that the test force value, which is the measurement result of the load cell, does not change and remains zero on the display of the display, the voltage that excites the load cell is abnormal, the circuit that processes the signal output from the load cell There are several possible causes, such as some abnormality and display failure.

考えられる複数の原因候補の中から、実際に表示器の表示に異常を生じさせた原因を特定するために、従来は、機能ごとにまとめられた部品（ユニット）のうち、表示器の表示異常に関係すると考えられるユニットの全てを、フィールドエンジニアが材料試験機の設置場所まで持参して、それらのユニットをひとつずつ交換し、基準信号に対する応答が正常かどうかを確認することにより、異常を生じさせたユニットを特定する対応がとられていた。また、各ユニットには、複数の回路ブロックが配設されており、故障の原因となっている回路ブロックを特定するには、さらに手間と時間がかかっていた。 In order to identify the cause that actually caused an abnormality in the display of the display from multiple possible cause candidates, conventionally, among the parts (units) grouped by function, the display abnormality of the display is A field engineer brings all the units that are considered to be related to the above to the place where the material testing machine is installed, replaces them one by one, and confirms whether the response to the reference signal is normal. Correspondence was taken to identify the unit. Further, each unit is provided with a plurality of circuit blocks, and it takes more time and effort to specify the circuit block causing the failure.

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、装置の状態や故障の状況を容易に確認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 problems, and an object of the present invention is to provide a material testing machine capable of easily confirming the state of equipment and the state of failure.

請求項１に記載の発明は、試験片に試験力を与える負荷機構と、前記負荷機構の状態を監視、および／または、前記試験片の物理的変化を測定するための複数の検出器と、信号の入出力端子を有する内蔵ユニットを備えた制御装置と、前記制御装置に通信回線を介して接続されるパーソナルコンピュータと、を備える材料試験機において、前記制御装置は、データを記憶する複数のレジスタと、前記複数のレジスタを接続する内部バスと、を有するデジタル回路と、前記デジタル回路に接続され、前記内部バスを介して前記デジタル回路における前記複数のレジスタの各々が保持するデータの読み取りを実行するプロセッサーと、前記複数の検出器の各々に対応させて複数設けられた前記内蔵ユニットの各々と接続され、前記プロセッサーが配置されたメインユニットと、を備え、前記デジタル回路は、前記内蔵ユニットと前記メインユニットの各々に配設され、前記プロセッサーは、前記パーソナルコンピュータからの命令により、通信コマンドを出力し、前記パーソナルコンピュータは、前記プロセッサーからの前記通信コマンドにより、前記複数のレジスタの各々から収集したデータの内容が、正常か異常かを判定することを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a load mechanism for applying a test force to a test piece, and a plurality of detectors for monitoring a state of the load mechanism and/or for measuring a physical change of the test piece, In a material testing machine including a control device including a built-in unit having a signal input/output terminal, and a personal computer connected to the control device via a communication line, the control device includes a plurality of data storage devices. A digital circuit having a register and an internal bus connecting the plurality of registers, and reading data held by each of the plurality of registers in the digital circuit via the internal bus, the digital circuit being connected to the digital circuit. A main unit that is connected to each of the plurality of built-in units provided corresponding to each of the plurality of detectors and in which the processor is disposed, and the digital circuit includes the built-in unit. And the main unit, the processor outputs a communication command in response to an instruction from the personal computer, and the personal computer outputs the communication command from the processor to each of the plurality of registers. It is characterized by determining whether the content of the collected data is normal or abnormal.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記メインユニットの前記デジタル回路には、前記プロセッサーの外部バスと前記メインユニットの前記デジタル回路における前記内部バスと、を接続するバスブリッジが設けられ、前記内蔵ユニットの前記デジタル回路には、前記メインユニットとの間でデータを送受信する通信部と、前記通信部が受信した前記通信コマンドを解析するコマンド解析部と、前記内蔵ユニットの前記デジタル回路における前記内部バスと前記通信部とを前記コマンド解析部を介して接続するバスブリッジと、が設けられる。 The invention according to claim 2 is the material testing machine according to claim 1 , wherein the digital circuit of the main unit includes an external bus of the processor and the internal bus of the digital circuit of the main unit. A bus bridge for connection is provided, and in the digital circuit of the built-in unit, a communication unit that transmits and receives data to and from the main unit, and a command analysis unit that analyzes the communication command received by the communication unit, A bus bridge that connects the internal bus in the digital circuit of the built-in unit and the communication unit via the command analysis unit is provided.

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記プロセッサーは、前記パーソナルコンピュータからの命令により、前記複数のレジスタのうち特定のレジスタが保持するデータの書き換えを実行する。 According to a third aspect of the present invention, in the material testing machine according to the first aspect, the processor executes rewriting of data held by a specific register of the plurality of registers according to an instruction from the personal computer. ..

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記パーソナルコンピュータの記憶装置には、前記デジタル回路の前記複数のレジスタの各々に保持されるデータの内容が正常か異常かを判定するときに参照するテーブルが記憶される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the material testing machine according to the first aspect, the content of the data held in each of the plurality of registers of the digital circuit is normal or abnormal in the storage device of the personal computer. A table to be referred to when determining whether or not is stored.

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記パーソナルコンピュータは、前記複数のレジスタの各々から読み取られたデータと、それらのデータの内容が正常か異常かを判定した結果とを記述したレポートファイルを作成する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the material testing machine according to the first aspect, the personal computer determines whether the data read from each of the plurality of registers and the contents of those data are normal or abnormal. Create a report file that describes the results.

請求項１から請求項５に記載の発明によれば、制御装置のデジタル回路内に内部バスを張り巡らし、プロセッサーにより、デジタル回路内のあらゆるレジスタが保持するデータを読み取り可能とするとともに、パーソナルコンピュータで、その内容が正常か異常を判定することから、装置の状態や故障の状況を容易に確認することが可能となるとともに、より詳細な故障原因の特定が可能となる。 According to the first to fifth aspects of the present invention, an internal bus is set up in the digital circuit of the control device so that the processor can read the data held by all the registers in the digital circuit and the personal computer. Then, since it is determined whether the content is normal or abnormal, it is possible to easily confirm the state of the device and the status of the failure, and it is possible to specify the cause of the failure in more detail.

請求項５に記載の発明によれば、レポートファイルにより、装置の状態を容易に把握することが可能となる。 According to the invention described in claim 5 , it is possible to easily grasp the state of the apparatus by the report file.

この発明に係る材料試験機の概要図である。It is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention. センサアンプ４１の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of a sensor amplifier 41. FIG. メインユニット４０の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing the configuration of a main unit 40. FIG. レポートファイルの記述内容の一例を示す表である。It is a table which shows an example of the description content of a report file.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention.

この材料試験機は、試験機本体１と、試験片１０の物理的変化を測定するために試験機本体１や試験片１０に配置された複数の検出器との間で信号を送受信する制御装置２から構成される。試験機本体１は、テーブル１６と、このテーブル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、１２と、これらのねじ棹１１、１２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に対して負荷を付与するための負荷機構３０と、被測定物である試験片１０における物理量の変化を電気信号に変換する検出器であるロードセル１４および変位計１５とを備える。 This material testing machine is a control device that transmits and receives signals between the testing machine body 1 and a plurality of detectors arranged on the testing machine body 1 and the test piece 10 in order to measure physical changes in the test piece 10. It consists of 2. The tester main body 1 is movable along a table 16, a pair of screw rods 11 and 12 erected rotatably on the table 16 in a state of facing the vertical direction, and these screw rods 11 and 12. A crosshead 13, a load mechanism 30 for moving the crosshead 13 to apply a load to the test piece 10, and a detector for converting a change in a physical quantity of the test piece 10 as an object to be measured into an electric signal. The load cell 14 and the displacement meter 15 are

クロスヘッド１３は、一対のねじ棹１１、１２に対して、図示を省略したナット（ボールナット）を介して連結されている。各ねじ棹１１、１２の下端部には、負荷機構３０におけるウォーム減速機３２、３３が連結されている。このウォーム減速機３２、３３は、負荷機構３０の駆動源であるサーボモータ３１と連結されており、サーボモータ３１の回転がウォーム減速機３２、３３を介して、一対のねじ棹１１、１２に伝達される構成となっている。サーボモータ３１の動作は、メインユニット４０によりサーボアンプ４４を介して制御され、サーボモータ３１の回転はロータリエンコーダ３４により検出される。サーボモータ３１の回転によって、一対のねじ棹１１、１２が同期して回転することにより、クロスヘッド１３は、これらのねじ棹１１、１２に沿って昇降する。なお、ロータリエンコーダ３４は、サーボモータ３１の回転を検出することにより、クロスヘッド１３の位置を監視する検出器でもある。 The crosshead 13 is connected to the pair of screw rods 11 and 12 via a nut (ball nut) not shown. Worm reducers 32 and 33 in the load mechanism 30 are connected to the lower ends of the screw rods 11 and 12, respectively. The worm reducers 32 and 33 are connected to a servo motor 31 that is a drive source of the load mechanism 30, and the rotation of the servo motor 31 is transmitted to the pair of screw rods 11 and 12 via the worm reducers 32 and 33. It is configured to be transmitted. The operation of the servo motor 31 is controlled by the main unit 40 via the servo amplifier 44, and the rotation of the servo motor 31 is detected by the rotary encoder 34. When the pair of screw rods 11 and 12 rotate in synchronization with the rotation of the servomotor 31, the crosshead 13 moves up and down along the screw rods 11 and 12. The rotary encoder 34 is also a detector that monitors the position of the crosshead 13 by detecting the rotation of the servo motor 31.

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。引張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（引張試験力）を負荷する。 The crosshead 13 is provided with an upper grip 21 for gripping the upper end of the test piece 10. On the other hand, the table 16 is provided with a lower grip 22 for gripping the lower end of the test piece 10. When performing a tensile test, the crosshead 13 is raised in a state where both ends of the test piece 10 are held by the upper grip 21 and the lower grip 22, so that the test force (tensile test) is applied to the test piece 10. Force).

制御装置２は、コンピュータやシーケンサーおよびこれらの周辺機器によって構成されており、後述するＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）９１や、装置の制御に必要な動作プログラムやデータ等が一時的にストアされるメモリを有し、装置全体を制御するメインユニット４０を備える。メインユニット４０は、ロードセル１４により測定した試験力および変位計１５により測定した変位量を表示するための表示器４８と、データ処理用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４９に接続されている。 The control device 2 includes a computer, a sequencer, and peripheral devices thereof, and includes an MPU (Micro Processing Unit) 91 described later and a memory in which an operation program and data necessary for controlling the device are temporarily stored. It has a main unit 40 that controls the entire apparatus. The main unit 40 is connected to a display device 48 for displaying the test force measured by the load cell 14 and the displacement amount measured by the displacement meter 15, and a personal computer (PC) 49 for data processing.

この材料試験機の制御装置２に設けられる主な内蔵ユニットは、ロードセル１４の信号を処理する試験力用のセンサアンプ４１ａと、変位計１５の信号を処理する変位用のセンサアンプ４１ｂと、ロータリエンコーダ３４の出力が入力されるカウンタユニット４３である。このように、制御装置２内には、材料試験の種別、試験片１０の材質に応じて選択される測定機器、サーボモータ３１の駆動状況を監視するセンサなどの機能に対応させて、複数の内蔵ユニットが設けられており、図１には記載していないが他の内蔵ユニットとして汎用入出力ユニットやパルスカウンタユニットなども存在する。 The main built-in unit provided in the control device 2 of this material testing machine is a test force sensor amplifier 41a that processes the signal of the load cell 14, a displacement sensor amplifier 41b that processes the signal of the displacement meter 15, and a rotary. The counter unit 43 receives the output of the encoder 34. As described above, in the controller 2, a plurality of measuring devices selected according to the type of material test, the material of the test piece 10, a sensor for monitoring the drive status of the servomotor 31, and the like are provided corresponding to a plurality of functions. A built-in unit is provided, and although not shown in FIG. 1, there are general-purpose input/output units, pulse counter units, etc. as other built-in units.

負荷機構３０を動作させたときに、上つかみ具２１および下つかみ具２２により両端を把持された試験片１０に作用する試験力はロードセル１４によって検出され、センサアンプ４１ａを介してメインユニット４０に入力される。また、試験片１０に生じた伸びは、変位計１５により検出され、センサアンプ４１ｂを介してメインユニット４０に入力される。 When the load mechanism 30 is operated, the test force acting on the test piece 10 whose both ends are gripped by the upper grip 21 and the lower grip 22 is detected by the load cell 14, and is applied to the main unit 40 via the sensor amplifier 41a. Is entered. The elongation generated in the test piece 10 is detected by the displacement meter 15 and input to the main unit 40 via the sensor amplifier 41b.

メインユニット４０では、デジタル回路やメモリに格納された制御プログラムの動作により、ロードセル１４および変位計１５からの試験力データおよび変位量データを取り込み、表示器４８に表示させる表示制御が実行される。またメインユニット４０は、デジタルデータとして入力された試験力および変位量の変動を利用して、クロスヘッド１３の位置を制御するためにサーボモータ３１の回転駆動を制御する。 In the main unit 40, display control is executed by taking in the test force data and the displacement amount data from the load cell 14 and the displacement meter 15 and displaying them on the display 48 by the operation of the control program stored in the digital circuit or the memory. Further, the main unit 40 controls the rotational drive of the servo motor 31 in order to control the position of the crosshead 13 by utilizing the fluctuation of the test force and the displacement amount input as digital data.

この材料試験機の制御装置２に設けられる内蔵ユニットの構成を、ロードセル１４に接続される試験力用のセンサアンプ４１ａを例に説明する。以下では試験力用のセンサアンプ４１ａをセンサアンプ４１と記載する。図２は、センサアンプ４１の構成を説明するブロック図である。 The configuration of the built-in unit provided in the control device 2 of the material testing machine will be described by taking a sensor force sensor amplifier 41a connected to the load cell 14 as an example. Below, the sensor amplifier 41a for test force is described as the sensor amplifier 41. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the sensor amplifier 41.

センサアンプ４１には、検出器との間で信号を伝送するケーブルを接続する信号の入出力端子が設けられている。センサアンプ４１は、ロードセル１４のひずみゲージに与える励起電圧を出力する出力側のアナログ回路ブロックと、ロードセル１４から入力される信号を処理するための入力側のアナログ回路ブロックと、デジタル信号を処理するデジタル回路ブロックとから成る。ロードセル１４からの入力側のアナログ回路ブロックは、入力されたアナログ信号を増幅する計装アンプ５１と、ローパスフィルタ５２と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５３から構成される。また、ロードセル１４への出力側のアナログ回路ブロックは、デジタル回路から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５４と、ローパスフィルタ５５と、パワーアンプ５６とから構成される。なお、デジタル回路は、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）６０により構成される。 The sensor amplifier 41 is provided with a signal input/output terminal for connecting a cable for transmitting a signal to and from the detector. The sensor amplifier 41 processes an analog circuit block on the output side that outputs an excitation voltage applied to the strain gauge of the load cell 14, an analog circuit block on the input side for processing a signal input from the load cell 14, and a digital signal. It consists of a digital circuit block. The analog circuit block on the input side from the load cell 14 includes an instrumentation amplifier 51 that amplifies the input analog signal, a low-pass filter 52, and an A/D converter 53 that converts the analog signal into a digital signal. The analog circuit block on the output side to the load cell 14 includes a D/A converter 54 that converts a digital signal output from the digital circuit into an analog signal, a low-pass filter 55, and a power amplifier 56. Note that the digital circuit is configured by an FPGA (Field Programmable Gate Array) 60.

ロードセル１４から計装アンプ５１に入力され、入力側のアナログ回路ブロックを経た信号は、Ａ／Ｄ変換器用のインターフェイス６１を介してＦＰＧＡ６０に入力される。また、ロードセル１４を励起する信号は、ＦＰＧＡ６０内でその元となる波形を生成し、Ｄ／Ａ変換器５４用のインターフェイス６６を介して、出力側のアナログ回路ブロックへ出力される。しかる後、ローパスフィルタ５５で高周波成分が除去され、パワーアンプ５６で増幅された信号（アナログ電圧）によりロードセル１４が励起される。 The signal input from the load cell 14 to the instrumentation amplifier 51 and passing through the analog circuit block on the input side is input to the FPGA 60 via the interface 61 for the A/D converter. The signal that excites the load cell 14 generates a waveform that is the source of the signal in the FPGA 60, and is output to the analog circuit block on the output side via the interface 66 for the D/A converter 54. Thereafter, the low-pass filter 55 removes high-frequency components, and the load cell 14 is excited by the signal (analog voltage) amplified by the power amplifier 56.

ＦＰＧＡ６０内には、ロードセル１４からの入力信号を試験力に変換する信号経路を形成する機能的構成として、デジタルフィルタ６２、オフセット計算部６３、ゲイン計算部６４、非線形補正部６５が設けられている。また、ＦＰＧＡ６０内には、ロードセル１４に出力する信号の元となる波形を生成する機能的構成として、励起信号生成部６７が設けられている。これらの機能的構成は、それぞれの信号処理時に利用するデータを保持するレジスタを備えている。 In the FPGA 60, a digital filter 62, an offset calculation unit 63, a gain calculation unit 64, and a non-linear correction unit 65 are provided as a functional configuration that forms a signal path that converts an input signal from the load cell 14 into a test force. .. In addition, an excitation signal generation unit 67 is provided in the FPGA 60 as a functional configuration that generates a waveform that is a source of a signal output to the load cell 14. These functional configurations are provided with registers that hold data to be used during signal processing.

ＦＰＧＡ６０に入力された信号は、デジタルフィルタ６２で不要な周波数成分が除去され、オフセット計算部６３で試験力のゼロ点に相当するオフセット量が差し引かれる。そして、ゲイン計算部６４でフルスケールを調整するための定数が乗算され、非線形補正部６５で非線形補正が行われる。一連の信号経路を経て求められた試験力は、通信部６８からメインユニット４０に出力される。 The digital filter 62 removes unnecessary frequency components from the signal input to the FPGA 60, and the offset calculation unit 63 subtracts the offset amount corresponding to the zero point of the test force. Then, the gain calculation unit 64 multiplies the constant for adjusting the full scale, and the non-linear correction unit 65 performs non-linear correction. The test force obtained through a series of signal paths is output from the communication unit 68 to the main unit 40.

この実施形態では、ＦＰＧＡ６０にバスブリッジ７４と通信コマンドを解析するコマンド解析部７３とを配設し、ＦＰＧＡ６０内のすべてのレジスタ、すなわち、インターフェイス６１、デジタルフィルタ６２、オフセット計算部６３、ゲイン計算部６４、非線形補正部６５、インターフェイス６６、励起信号生成部６７が持つすべてのレジスタを相互に内部バス６９で接続している。従来は、通信部６８からセンサアンプ４１の外部に送信される情報は、信号処理後の試験力値のみであったが、この実施形態のようにＦＰＧＡ６０内に内部バス６９を張り巡らせることにより、バスブリッジ７４および通信部６８を介して、センサアンプ４１の外部から、複数のレジスタの各々が保持する数値を読み取ることが可能となっている。 In this embodiment, the FPGA 60 is provided with a bus bridge 74 and a command analysis unit 73 for analyzing communication commands, and all registers in the FPGA 60, that is, the interface 61, the digital filter 62, the offset calculation unit 63, and the gain calculation unit. 64, the non-linear correction unit 65, the interface 66, and all the registers of the excitation signal generation unit 67 are mutually connected by an internal bus 69. Conventionally, the information transmitted from the communication unit 68 to the outside of the sensor amplifier 41 is only the test force value after the signal processing, but by providing the internal bus 69 in the FPGA 60 as in this embodiment, Through the bus bridge 74 and the communication unit 68, it is possible to read the numerical value held by each of the plurality of registers from the outside of the sensor amplifier 41.

図３は、メインユニット４０の構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the main unit 40.

メインユニット４０は、デジタル回路としてのＦＰＧＡ８０と、プロセッサーであるＭ
ＰＵ９１と、通信回線を通じてパーソナルコンピュータ４９に接続するためのイーサネットコントローラ９２（イーサネットは登録商標）を備える。 The main unit 40 includes an FPGA 80 as a digital circuit and an M as a processor.
A PU 91 and an Ethernet controller 92 (Ethernet is a registered trademark) for connecting to the personal computer 49 via a communication line are provided.

ＦＰＧＡ８０には、各内蔵ユニットとの間での通信を行うための機能的構成として、内蔵ユニットの各々に対応する複数の内蔵ユニット通信部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄが設けられている。このように、内蔵ユニット通信部８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄを複数設けることで、メインユニット４０に対し内蔵ユニットが複数接続される。また、ＦＰＧＡ８０には、さらに機能的構成として、クロスヘッド１３を移動させるための位置指令を生成してサーボアンプ４４に送信する位置制御部８２と、試験力用のセンサアンプ４１ａや、変位用のセンサアンプ４１ｂからメインユニット４０に入力された測定結果を表示器４８に送信する表示制御部８３が配置される。 The FPGA 80 is provided with a plurality of built-in unit communication units 81a, 81b, 81c, 81d corresponding to each built-in unit as a functional configuration for performing communication with each built-in unit. In this way, by providing a plurality of built-in unit communication units 81a, 81b, 81c, 81d, a plurality of built-in units are connected to the main unit 40. Further, the FPGA 80 further has, as a functional configuration, a position control unit 82 that generates a position command for moving the crosshead 13 and sends the position command to the servo amplifier 44, a test force sensor amplifier 41a, and a displacement sensor amplifier 41a. A display control unit 83 that transmits the measurement result input from the sensor amplifier 41b to the main unit 40 to the display 48 is arranged.

これらのＦＰＧＡ８０内の機能的構成は、各々レジスタを有する。そして、各レジスタは、内部バス８９に接続される。ＦＰＧＡ８０の内部バス８９を、ＭＰＵバスブリッジ８４を介して、ＭＰＵ９１の外部バスに接続することで、ＦＰＧＡ８０内の各機能的構成は、パーソナルコンピュータ４９の命令によるＭＰＵ９１からの通信コマンドを受け付けることが可能である。パーソナルコンピュータ４９は、演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置、表示部および入力装置を備え、各種動作命令を生成して、ＭＰＵ９１に命令を送信する。 The functional configurations within these FPGAs 80 each have a register. Then, each register is connected to the internal bus 89. By connecting the internal bus 89 of the FPGA 80 to the external bus of the MPU 91 via the MPU bus bridge 84, each functional configuration in the FPGA 80 can receive a communication command from the MPU 91 according to an instruction from the personal computer 49. Is. The personal computer 49 includes an arithmetic unit (CPU), a storage device, a display unit, and an input device, generates various operation commands, and sends the commands to the MPU 91.

パーソナルコンピュータ４９からの命令が、デジタル回路（ＦＰＧＡ６０およびＦＰＧＡ８０）内の全てのレジスタが保持する数値を取得する内容であった場合は、ＭＰＵ９１はそれに対応する通信コマンドを送信する。ＭＰＵ９１からＦＰＧＡ８０の内蔵ユニット通信部８１ａを経て、センサアンプ４１に送信された通信コマンドは、通信部６８を経てコマンド解析部７３で解析され、内部バス６９を介して、ＦＰＧＡ６０内の各レジスタからのデータの読み取りが行われ、メインユニット４０に送信される。 When the instruction from the personal computer 49 has the content to acquire the numerical values held by all the registers in the digital circuits (FPGA 60 and FPGA 80), the MPU 91 transmits the corresponding communication command. The communication command transmitted from the MPU 91 to the sensor amplifier 41 via the built-in unit communication unit 81a of the FPGA 80 is analyzed by the command analysis unit 73 via the communication unit 68, and transmitted from each register in the FPGA 60 via the internal bus 69. The data is read and transmitted to the main unit 40.

変位用のセンサアンプ４１ｂ、カウンタユニット４３、パラレル入出力ユニットなどの他の内蔵ユニットについても、図２を参照して説明したセンサアンプ４１と同様に、各ユニットに配置したデジタル回路内に内部バスを張り巡らせておくことで、メインユニット４０からの通信コマンドにより、各レジスタからのデータの読み取りが行われる。 As for the other built-in units such as the displacement sensor amplifier 41b, the counter unit 43, and the parallel input/output unit, similarly to the sensor amplifier 41 described with reference to FIG. 2, an internal bus is provided in the digital circuit arranged in each unit. The data is read from each register in response to a communication command from the main unit 40.

各レジスタから読み取られたデータの内容は、パーソナルコンピュータ４９に集約され、蓄積される。さらに、読み取られたデータの内容が正常か異常かの判定が行われる。そして、パーソナルコンピュータ４９は、各レジスタから読み取られたデータの内容とともに判定結果についてレポートファイルを作成し、ファイルを記憶装置に保存するとともにレポート内容を表示部に表示する。これにより、ユーザおよびフィールドエンジニアは、装置の状態や故障の状況を容易に確認することが可能となる。 The content of the data read from each register is collected and accumulated in the personal computer 49. Further, it is determined whether the content of the read data is normal or abnormal. Then, the personal computer 49 creates a report file for the determination result together with the content of the data read from each register, saves the file in the storage device, and displays the report content on the display unit. As a result, the user and the field engineer can easily confirm the state of the device and the status of failure.

図４は、レポートファイルの記述内容の一例を示す表である。図４（ａ）は、試験力用のセンサアンプ４１ａの情報、図４（ｂ）は、変位用のセンサアンプ４１ｂの情報、図４（ｃ）は、位置制御部８２の情報をそれぞれ示している。 FIG. 4 is a table showing an example of the description contents of the report file. 4A shows information on the sensor amplifier 41a for test force, FIG. 4B shows information on the sensor amplifier 41b for displacement, and FIG. 4C shows information on the position control unit 82. There is.

各項目は、デジタル回路内の各レジスタに対応し、現在値は、各レジスタに現在保持されている数値である。最大値と最小値は、各内蔵ユニットのデジタル回路での処理において許容される範囲の上限と下限を示すものである。各レジスタから読み取られた数値である現在値が正常か異常かは、現在値が最小値と最大値の間に収まっているか否かで判断できる。なお、図４に示す表の項目、最小値、最大値の情報を含む参照テーブルをパーソナルコンピュータ４９の記憶装置に記憶させておき、パーソナルコンピュータ４９の演算装置の作用により、項目ごとに現在値と参照テーブルの数値とを比較することで、各レジスタから読み取られたデータの内容が正常か異常かの判定を行うことができる。 Each item corresponds to each register in the digital circuit, and the current value is the numerical value currently held in each register. The maximum value and the minimum value indicate the upper limit and the lower limit of the range permitted in the processing by the digital circuit of each built-in unit. Whether the current value, which is the numerical value read from each register, is normal or abnormal can be determined by whether or not the current value falls between the minimum value and the maximum value. It should be noted that a reference table containing information on items, minimum values, and maximum values in the table shown in FIG. By comparing with the numerical value of the reference table, it is possible to judge whether the content of the data read from each register is normal or abnormal.

図４に示すレポートファイルの記述例では、判定結果は、現在値が最小値と最大値の間に収まる数値であれば、「正常」と表記される。また、図４（ａ）のオフセット値のように、現在値３０００が、最大値+２０００を超えている場合には、「異常（Ｈ）」と表記され、図４（ｃ）の現在速度のように、現在値−２０００が最小値−１５００を下回っている場合には、「異常（Ｌ）」と表記される。 In the description example of the report file shown in FIG. 4, the determination result is described as “normal” if the current value is a numerical value that falls between the minimum value and the maximum value. Further, when the current value 3000 exceeds the maximum value +2000 as in the offset value of FIG. 4A, it is described as “abnormal (H)” and the current speed of FIG. As described above, when the current value −2000 is less than the minimum value −1500, it is described as “abnormal (L)”.

上述したように、この材料試験機では、メインユニット４０およびセンサアンプ４１などの内蔵ユニットのデジタル回路に内部バス６９、８９を張り巡らしたことで、この材料試験機では、パーソナルコンピュータ４９からの命令によるＭＰＵ９１からの通信コマンドにより、各レジスタが保持する情報を読み取ることが可能である。そして、ユーザおよびフィールドエンジニアは、レポートファイルを参照することで、材料試験機のどこに不具合が生じているのかを、容易に知ることができるようになる。また、内部バス６９、８９により、ＭＰＵ９１を介してパーソナルコンピュータ４９から各レジスタへのアクセスを可能としたことで、図４に示すレポートで異常と判断された特定のレジスタについて、パーソナルコンピュータ４９の命令により数値を書き換えることも可能である。さらに、特定のレジスタの数値を書き換えた後の各レジスタの数値の変化を見ることで、故障の原因の特定に有用な、より詳細な情報を取得することもできる。 As described above, in the material testing machine, the internal buses 69 and 89 are stretched around the digital circuits of the built-in units such as the main unit 40 and the sensor amplifier 41, so that the instruction from the personal computer 49 is executed in the material testing machine. It is possible to read the information held in each register by a communication command from the MPU 91 according to. Then, the user and the field engineer can easily know where the defect occurs in the material testing machine by referring to the report file. Further, the internal buses 69 and 89 enable the personal computer 49 to access the respective registers via the MPU 91, so that the instructions of the personal computer 49 regarding the specific register determined to be abnormal in the report shown in FIG. It is also possible to rewrite the numerical value by. Further, by observing the change in the value of each register after rewriting the value of the specific register, it is possible to obtain more detailed information useful for specifying the cause of the failure.

また、レポートファイルをパーソナルコンピュータ４９の記憶装置に保存し、このレポートファイルをパーソナルコンピュータ４９から通信回線を通じてさらに遠隔のパーソナルコンピュータに送ることで、サービス拠点に材料試験機の状態を知らせることも容易となる。サービス拠点では、ユーザからのメンテナンス依頼があったときに、担当するフィールドエンジニアが予めレポートファイルの内容を検討し、不具合の原因箇所を絞り込むことができるため、従来のように、多くの部品を持参して材料試験機の設置場所を訪問する必要がなくなり、メンテナンス作業も効率化される。レポートファイルの内容を検討した結果、例えば、特定のレジスタの数値を書き換える対応や、制御設定の変更などで特定のレジスタの数値の異常が解消できるなど、制御装置２の内部のユニットの交換の必要性がない場合には、フィールドエンジニアが材料試験機の設置場所を訪問することなく、ユーザに対処法を連絡するなどの対応で、極めて短時間に問題を解決することも可能となる。 Further, by saving the report file in the storage device of the personal computer 49 and sending this report file from the personal computer 49 to a remote personal computer via a communication line, it is easy to notify the service base of the state of the material testing machine. Become. At the service base, when a user requests maintenance, the field engineer in charge can examine the contents of the report file in advance and narrow down the cause of the problem, so bring many parts as before. There is no need to visit the installation site of the material testing machine, and the maintenance work becomes efficient. As a result of examining the contents of the report file, it is necessary to replace the internal unit of the control device 2, for example, by rewriting the numerical value of a specific register or eliminating the abnormality of the numerical value of a specific register by changing the control settings. If there is no property, the field engineer can solve the problem in an extremely short time by notifying the user of the location of the material testing machine and notifying the user of the countermeasure.

パーソナルコンピュータ４９での各レジスタの数値の収集とレポートファイルの作成は、所定の時間間隔で自動的に行ってもよく、任意の日時にユーザがパーソナルコンピュータ４９の入力装置を操作して行うようにしてもよい。なお、各レジスタの数値の収集とレポートファイルの作成を所定の時間間隔で自動的に行わせておけば、ユーザおよびフィールドエンジニアは、時間を追ってレポートファイルを参照することで、材料試験機の測定機器や制御機器の長い時間軸での状態変化を把握することが可能となる。装置の各部の消耗状態が確認できるため、故障が発生する前に、部品の交換や点検をサービス拠点からユーザに提案することも可能となる。 The collection of the numerical value of each register and the creation of the report file in the personal computer 49 may be automatically performed at a predetermined time interval, and the user may operate the input device of the personal computer 49 at an arbitrary date and time. May be. If the values of each register are collected and the report file is created automatically at predetermined time intervals, users and field engineers can refer to the report file over time and measure the material tester. It is possible to grasp the state changes of equipment and control equipment over a long time axis. Since the consumption state of each part of the device can be confirmed, it becomes possible to propose replacement or inspection of parts to the user from the service base before a failure occurs.

また、上述した実施形態では、ロードセル１４などの検出器の状態を捉えるための内蔵ユニットについて主に説明したが、この発明の内蔵ユニットはこれに限定されない。すなわち、検出器の検出信号に限らず、制御信号などの信号の入出力端子を有し、何らかの信号処理を行うデジタル回路を備える内蔵ユニット（例えば、汎用入出力ユニット）であればよい。 Further, in the above-described embodiment, the built-in unit for capturing the state of the detector such as the load cell 14 has been mainly described, but the built-in unit of the present invention is not limited to this. That is, any built-in unit (for example, a general-purpose input/output unit) having an input/output terminal for a signal such as a control signal as well as the detection signal of the detector and including a digital circuit for performing some signal processing may be used.

１試験機本体
２制御装置
１０試験片
１１上つかみ具
１２下つかみ具
１３クロスヘッド
１４ロードセル
１５変位計
１６テーブル
２１上つかみ具
２２下つかみ具
３１サーボモータ
３２ウォーム減速機
３３ウォーム減速機
３４ロータリエンコーダ
４１センサアンプ
４３カウンタユニット
４４サーボアンプ
４８表示器
４９パーソナルコンピュータ
５１計装アンプ
５２ローパスフィルタ
５３Ａ／Ｄ変換器
５４Ｄ／Ａ変換器
５５ローパスフィルタ
５６パワーアンプ
６０ＦＰＧＡ
６１インターフェイス
６２デジタルフィルタ
６３オフセット計算部
６４ゲイン計算部
６５非線形補正部
６６インターフェイス
６７励起信号生成部
６９内部バス
７３コマンド解析部
７４バスブリッジ
８０ＦＰＧＡ
８１内蔵ユニット通信部
８２位置制御部
８３表示器制御部
８４ＭＰＵバスブリッジ
８９内部バス
９１ＭＰＵ
９２イーサネットコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Testing machine main body 2 Control device 10 Test piece 11 Upper gripping tool 12 Lower gripping tool 13 Crosshead 14 Load cell 15 Displacement meter 16 Table 21 Upper gripping tool 22 Lower gripping tool 31 Servo motor 32 Worm reducer 33 Worm reducer 34 Rotary encoder 41 sensor amplifier 43 counter unit 44 servo amplifier 48 display 49 personal computer 51 instrumentation amplifier 52 low-pass filter 53 A/D converter 54 D/A converter 55 low-pass filter 56 power amplifier 60 FPGA
61 Interface 62 Digital Filter 63 Offset Calculation Unit 64 Gain Calculation Unit 65 Non-Linear Correction Unit 66 Interface 67 Excitation Signal Generation Unit 69 Internal Bus 73 Command Analysis Unit 74 Bus Bridge 80 FPGA
81 Built-in Unit Communication Section 82 Position Control Section 83 Display Control Section 84 MPU Bus Bridge 89 Internal Bus 91 MPU
92 Ethernet controller

Claims

A built-in unit having a load mechanism for applying a test force to a test piece, a plurality of detectors for monitoring the state of the load mechanism and/or measuring a physical change of the test piece, and a signal input/output terminal In a material testing machine, comprising: a control device including; and a personal computer connected to the control device via a communication line,
The control device is
A digital circuit having a plurality of registers for storing data, and an internal bus connecting the plurality of registers,
A processor connected to the digital circuit for reading data held by each of the plurality of registers in the digital circuit via the internal bus;
A main unit connected to each of the plurality of built-in units provided corresponding to each of the plurality of detectors, in which the processor is arranged;
Equipped with
The digital circuit is provided in each of the built-in unit and the main unit,
The processor outputs a communication command according to an instruction from the personal computer,
The material testing machine, wherein the personal computer judges whether the content of the data collected from each of the plurality of registers is normal or abnormal by the communication command from the processor.

In the material testing machine according to claim 1 ,
The digital circuit of the main unit is provided with a bus bridge that connects the external bus of the processor and the internal bus of the digital circuit of the main unit,
In the digital circuit of the built-in unit, a communication unit that transmits and receives data to and from the main unit, a command analysis unit that analyzes the communication command received by the communication unit, and a digital circuit of the built-in unit. A material testing machine provided with a bus bridge that connects the internal bus and the communication unit via the command analysis unit.

In the material testing machine according to claim 1,
The material testing machine, wherein the processor executes rewriting of data held in a specific register of the plurality of registers according to an instruction from the personal computer.

In the material testing machine according to claim 1,
A material testing machine in which a storage device of the personal computer stores a table to be referred to when it is determined whether the content of data held in each of the plurality of registers of the digital circuit is normal or abnormal.

In the material testing machine according to claim 1,
The personal computer is a material testing machine that creates a report file that describes data read from each of the plurality of registers and a result of determining whether the content of the data is normal or abnormal.