JP7095639B2 - 衝撃試験機 - Google Patents
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Description
本発明は、衝撃試験機に関する。
材料の機械的な特性や性質を調べるための試験をする装置として、材料試験機が従来から工業、学術分野で広く用いられている。試験における主な測定値としては、材料の試験片を変形させる負荷を加えた際の、当該負荷の大きさや、試験片の変位などがある。
また材料試験機の１つに衝撃試験機が知られている。衝撃試験機は、例えば５ｍ／秒以上の高速な速度（「衝撃速度」とも呼ばれる）で試験片に負荷（「衝撃力」とも呼ばれる）を与え、高速変形時の試験片の特性や性質を調べる試験機である（例えば、特許文献１参照）。衝撃試験機は、高速引張試験やパンクチャー衝撃試験などの試験に用いられており、これらの試験で得られたデータは、材料の高速変形を伴うような自動車衝突や電子機器の落下の解析などに活用されている。
また材料試験機の１つに衝撃試験機が知られている。衝撃試験機は、例えば５ｍ／秒以上の高速な速度（「衝撃速度」とも呼ばれる）で試験片に負荷（「衝撃力」とも呼ばれる）を与え、高速変形時の試験片の特性や性質を調べる試験機である（例えば、特許文献１参照）。衝撃試験機は、高速引張試験やパンクチャー衝撃試験などの試験に用いられており、これらの試験で得られたデータは、材料の高速変形を伴うような自動車衝突や電子機器の落下の解析などに活用されている。
試験片の変形過程を所定のフレームレート（「撮影速度」とも呼ばれる）で撮影するビデオカメラを材料試験機に設けることで、当該フレームレートの逆数に相当する時間（以下、「撮影サンプリング周期」と言う）ごとに、変形過程を記録した撮影画像を得ることができる。そして、これらの撮影画像に基づいて、変形過程における試験片の変位の量や歪みの量（以下、「変形量」と言う）を非接触に計測することができ、また、変形量の計測結果に基づいて、試験片に与えた負荷と変形量との対応関係を解析できる。
しかしながら、負荷を計測する計測サンプリング周期と、撮影サンプリング周期との間に位相のずれ（すなわち、時間差）が生じている場合、ある時点の負荷に対しては、その時点から位相差分だけずれて撮影された撮影画像に基づく変形量が対応付けられることとなり、解析結果の信頼性が低下するという問題がある。
特に、衝撃試験機においては、静的な負荷を加える一般的な材料試験機とは異なり、試験片に与える負荷も、この負荷による試験片の変形量も共に高速に変化するため、位相のずれが解析結果の信頼性に与える影響は顕著になる。
本発明は、解析結果の信頼性の向上を図ることができる衝撃試験機を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、所定速度の負荷を試験片に与えて試験する試験機本体と、前記試験機本体を制御する制御装置と、前記試験片を撮影するビデオカメラと、パルスジェネレータと、を備え、前記試験機本体は、所定の計測サンプリング周期で前記負荷の検出信号を取り込む検出信号取込部と、前記計測サンプリング周期に同期したサンプリング同期信号を出力する同期信号出力部と、を有し、前記パルスジェネレータは、前記ビデオカメラに撮影を指示する撮影指示信号を、前記サンプリング同期信号を逓倍、又は分周して生成し、前記ビデオカメラに出力する撮影指示信号生成部を備えることを特徴とする衝撃試験機に関する。
本発明によれば、ビデオカメラが撮影指示信号の入力にしたがって撮影動作を実行するので、計測サンプリング周期と、ビデオカメラにおける撮影サンプリング周期との位相のずれが抑えられ、解析結果の信頼性の向上を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明に係る衝撃試験機として高速引張試験機を説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る高速引張試験機１の構成を模式的に示す図である。
高速引張試験機１は、試験対象の材料の試験片ＴＰに、所定の衝撃速度で引張力（負荷）を与えて高速引張試験を実行するものであり、試験機本体２と、ビデオカメラ４と、制御装置６と、解析装置７と、パルスジェネレータ８と、を備える。衝撃速度は、例えば５ｍ／秒以上であり、本実施形態では、約２０ｍ／秒である。試験対象は、各種材料や工業製品、当該工業製品の部品又は部材などであり、試験片ＴＰは、材料試験のために所定の規格にしたがって作成される。
図１は、本実施形態に係る高速引張試験機１の構成を模式的に示す図である。
高速引張試験機１は、試験対象の材料の試験片ＴＰに、所定の衝撃速度で引張力（負荷）を与えて高速引張試験を実行するものであり、試験機本体２と、ビデオカメラ４と、制御装置６と、解析装置７と、パルスジェネレータ８と、を備える。衝撃速度は、例えば５ｍ／秒以上であり、本実施形態では、約２０ｍ／秒である。試験対象は、各種材料や工業製品、当該工業製品の部品又は部材などであり、試験片ＴＰは、材料試験のために所定の規格にしたがって作成される。
試験機本体２は、テーブル１１と、テーブル１１に立設された一対の支柱１２と、一対の支柱１２に架け渡されたクロスヨーク１３と、クロスヨーク１３に固定された油圧シリンダ３１を備える。
油圧シリンダ３１は、試験機本体２において引張力を試験片ＴＰに与える負荷機構を構成し、テーブル内に配置された油圧源（図示せず）からサーボバルブ３４を介して供給される作動油によって動作する。
油圧シリンダ３１のピストンロッド３２には、助走治具２５およびジョイント２６を介して上つかみ具２１が接続されている。一方で、テーブル１１には、力検出器であるロードセル２７を介して、下つかみ具２２が接続されている。
油圧シリンダ３１は、試験機本体２において引張力を試験片ＴＰに与える負荷機構を構成し、テーブル内に配置された油圧源（図示せず）からサーボバルブ３４を介して供給される作動油によって動作する。
油圧シリンダ３１のピストンロッド３２には、助走治具２５およびジョイント２６を介して上つかみ具２１が接続されている。一方で、テーブル１１には、力検出器であるロードセル２７を介して、下つかみ具２２が接続されている。
かかる構成の下、試験機本体２は、上述の５ｍ／秒以上（本実施形態では２０ｍ／秒）の衝撃速度でピストンロッド３２を引き上げる。これにより、一対の上つかみ具２１及び下つかみ具２２には、両者を急激に離間させる力が作用し、この力が両者によって把持された試験片ＴＰに引張力として作用する。
試験機本体２には、負荷機構の変位、すなわち、ピストンロッド３２の移動量に応じたストローク検出信号Ｄ１を制御装置６に出力するストロークセンサ３３と、引張力を示す力検出信号Ｄ２を制御装置６に出力する力検出器であるロードセル２７と、が設けられている。負荷機構の変位（ピストンロッド３２の移動量）は、試験片ＴＰの変形量に対応し、当該変位を示すストローク検出信号Ｄ１に基づいて変形量が求められる。
ビデオカメラ４は、高速引張試験時に、パルスジェネレータ８の後述する撮影指示信号Ｐｂに同期して試験片ＴＰの撮影動作を繰り返し実行し、試験片ＴＰを記録した撮影画像Ｅを撮影動作ごとに生成し、それらの撮影画像Ｅを制御装置６に出力する。これらの撮影画像Ｅを例えば解析装置７で画像処理することで、試験片ＴＰの変形量が計測される。この画像処理には公知の適宜の技術が用いられる。
制御装置６は、試験機本体２の動作を制御することで高速引張試験を実行し、高速引張試験の間における、試験片ＴＰの変形量を示すストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１、引張力を示す力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２、及び撮影画像Ｅの時系列データＱ３を取得する装置である。制御装置６には、例えばパーソナルコンピュータ等で構成された解析装置７が有線、又は無線によって接続されている。そして、各時系列データＱ１、Ｑ２、Ｑ３が制御装置６から解析装置７に適宜のタイミングで送られ、解析装置７が、これらの時系列データＱ１、Ｑ２、Ｑ３に基づいて、試験片ＴＰの高速変形に係る特性や性質を解析する。この解析装置７は、高速引張試験に係る各種の設定パラメータ（例えば衝撃速度など）を制御装置６に設定する入力インターフェースとしても機能する。
なお、解析装置７が撮影画像Ｅの時系列データＱ３に基づいて試験片ＴＰの変形量を計測する場合には、試験機本体２において、必ずしもストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１が解析装置７に出力される必要はない。
図２は、制御装置６、パルスジェネレータ８、及びビデオカメラ４の機能的構成を示す図である。
本実施形態では、制御装置６は、図２に示すように、サーボ駆動部５０と、検出信号取込部５２と、撮影画像入力部５４と、同期信号出力部５６と、を備える。
制御装置６は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリデバイスと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ装置と、センサ類や周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、解析装置７と通信する通信装置と、を備えたコンピュータを有し、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されているコンピュータプログラム（試験機制御プログラム）を実行することで、図２に示す機能が実現されている。
本実施形態では、制御装置６は、図２に示すように、サーボ駆動部５０と、検出信号取込部５２と、撮影画像入力部５４と、同期信号出力部５６と、を備える。
制御装置６は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリデバイスと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ装置と、センサ類や周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、解析装置７と通信する通信装置と、を備えたコンピュータを有し、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されているコンピュータプログラム（試験機制御プログラム）を実行することで、図２に示す機能が実現されている。
サーボ駆動部５０は、所定の高速度でピストンロッド３２が引き上げられるように、サーボバルブ３４に制御信号を供給し、油圧シリンダ３１を動作させる。
検出信号取込部５２は、ストローク検出信号Ｄ１と、力検出信号Ｄ２とのそれぞれを順次に取り込み、それらをＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換回路５３Ａ、５３Ｂを備える。これらＡ／Ｄ変換回路５３Ａ、５３Ｂの出力がストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１、及び力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２となる。
これらＡ／Ｄ変換回路５３Ａ、５３Ｂは、共通のクロック信号に同期して動作し、所定の計測サンプリング周期Ｔｂでストローク検出信号Ｄ１、及び力検出信号Ｄ２の取り込みと、それらの時系列データＱ１、Ｑ２の出力とを同期して行う。かかるクロック信号の発生源には、適宜のクロック回路を用いてもよく、例えばプロセッサが備えるクロック回路を用いてもよい。
これらＡ／Ｄ変換回路５３Ａ、５３Ｂは、共通のクロック信号に同期して動作し、所定の計測サンプリング周期Ｔｂでストローク検出信号Ｄ１、及び力検出信号Ｄ２の取り込みと、それらの時系列データＱ１、Ｑ２の出力とを同期して行う。かかるクロック信号の発生源には、適宜のクロック回路を用いてもよく、例えばプロセッサが備えるクロック回路を用いてもよい。
計測サンプリング周期Ｔｂは、静的な負荷を試験片ＴＰに与える通常の材料試験機で用いられる値（一般的には数ｋＨｚ程度）よりも速い値（数ＭＨｚ以上のオーダー）であり、衝撃速度の設定値が大きくなるほど速い周期が例えばプロセッサによって設定される。これにより、より大きな衝撃速度が設定され、試験片ＴＰの変化がより急激になる場合でも、常に、その急激な変化に対して十分な分解能でストローク検出信号Ｄ１、及び力検出信号Ｄ２を取り込み、変形量、及び引張力を計測できる。
撮影画像入力部５４は、ビデオカメラ４の撮影画像Ｅが入力される入力端子を有する。上述の通り、ビデオカメラ４は、パルスジェネレータ８の撮影指示信号Ｐｂに同期して撮影画像Ｅを順次に生成しており、各撮影画像Ｅが適宜のタイミングで撮影画像入力部５４に入力される。そして、制御装置６は、これらの撮影画像Ｅが撮影順に並んだデータを撮影画像Ｅの時系列データＱ３として解析装置７に送る。
同期信号出力部５６は、検出信号取込部５２における計測サンプリング周期Ｔｂに同期した信号（以下、「サンプリング同期信号Ｐａ」と言う）をパルスジェネレータ８に出力する。このサンプリング同期信号Ｐａは、Ａ／Ｄ変換回路５３Ａ、５３Ｂに入力されるクロック信号から生成される。
パルスジェネレータ８は、ビデオカメラ４に撮影を指示する撮影指示信号Ｐｂを、制御装置６におけるストローク検出信号Ｄ１、及び力検出信号Ｄ２の計測サンプリング周期Ｔｂに合わせて出力する撮影指示信号生成部７０を備えることで、ビデオカメラ４における撮影サンプリング周期Ｔａと、制御装置６における計測サンプリング周期Ｔｂとの位相のずれを抑える装置である。
具体的には、撮影指示信号生成部７０は、図２に示すように、サンプリング同期信号Ｐａを逓倍した逓倍信号を出力する逓倍回路６０と、サンプリング同期信号Ｐａを分周した分周信号を出力する分周回路６２と、逓倍信号、及び分周信号のいずれかを選択的に撮影指示信号Ｐｂとしてビデオカメラ４に出力する選択回路６４と、逓倍数、及び分周数を設定する設定部６６と、を備える。
逓倍回路６０、及び分周回路６２は例えばＰＬＬ回路を用いて構成される。
逓倍回路６０、及び分周回路６２は例えばＰＬＬ回路を用いて構成される。
選択回路６４には、逓倍信号、及び分周信号のどちらを選択するかが予め設定される。この選択は、制御装置６における計測サンプリング周期Ｔｂと、ビデオカメラ４の撮影動作時間とに基づいて決定される。
撮影動作時間は、撮影動作時間は、１フレーム分の撮影動作に要する時間であり、撮影速度の仕様から求められ、一般的には、撮影画像のデータサイズが大きいほど撮影動作時間も長くなる。
この撮影動作時間が計測サンプリング周期Ｔｂの１周期分よりも長い場合には分周信号が撮影指示信号Ｐｂに選択される。また、ビデオカメラ４が高速度カメラである場合、一般的には撮影動作時間が計測サンプリング周期Ｔｂの１周期よりも短くなる。この場合、撮影動作時間が計測サンプリング周期Ｔｂの１周期のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）以下であれば、逓倍信号が撮影指示信号Ｐｂに選択される。
撮影動作時間は、撮影動作時間は、１フレーム分の撮影動作に要する時間であり、撮影速度の仕様から求められ、一般的には、撮影画像のデータサイズが大きいほど撮影動作時間も長くなる。
この撮影動作時間が計測サンプリング周期Ｔｂの１周期分よりも長い場合には分周信号が撮影指示信号Ｐｂに選択される。また、ビデオカメラ４が高速度カメラである場合、一般的には撮影動作時間が計測サンプリング周期Ｔｂの１周期よりも短くなる。この場合、撮影動作時間が計測サンプリング周期Ｔｂの１周期のＮ分の１（Ｎは２以上の整数）以下であれば、逓倍信号が撮影指示信号Ｐｂに選択される。
設定部６６には、計測サンプリング周期Ｔｂの逓倍信号、又は分周信号に追従して撮影動作可能な逓倍数、又は分周数が撮影動作時間に基づいて設定され、上記逓倍回路６０、又は分周回路６２に入力される。この設定は手動でもよいし、パルスジェネレータ８が備えるプロセッサがユーザによって入力された撮影動作時間に基づいて逓倍数、又は分周数を演算して設定してもよい。
ビデオカメラ４は、図２に示すように、撮影指示信号入力部８０と、撮影動作実行部８２と、を備える。
撮影指示信号入力部８０は、撮影指示信号Ｐｂの入力を受け付ける入力端子を備え、当該撮影指示信号Ｐｂを撮影動作実行部８２に出力する。
撮影動作実行部８２は、撮影指示信号Ｐｂが入力されるごとに、試験片ＴＰを撮影する撮影動作を実行することで１フレーム分の撮影画像Ｅを生成し、内蔵のメモリデバイスに格納する。
撮影画像出力部８４は、新たな撮影画像Ｅがメモリデバイスに格納される都度、その撮影画像Ｅを制御装置６に出力し、或いは、１回の高速引張試験の間にメモリデバイスに格納された各撮影画像Ｅを、当該高速引張試験が完了するごとに制御装置６に出力する。
撮影指示信号入力部８０は、撮影指示信号Ｐｂの入力を受け付ける入力端子を備え、当該撮影指示信号Ｐｂを撮影動作実行部８２に出力する。
撮影動作実行部８２は、撮影指示信号Ｐｂが入力されるごとに、試験片ＴＰを撮影する撮影動作を実行することで１フレーム分の撮影画像Ｅを生成し、内蔵のメモリデバイスに格納する。
撮影画像出力部８４は、新たな撮影画像Ｅがメモリデバイスに格納される都度、その撮影画像Ｅを制御装置６に出力し、或いは、１回の高速引張試験の間にメモリデバイスに格納された各撮影画像Ｅを、当該高速引張試験が完了するごとに制御装置６に出力する。
図３は、ストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１、力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２、及び撮影画像Ｅの時系列データＱ３の各々の生成タイミングと、サンプリング同期信号Ｐａと、撮影指示信号Ｐｂとを示すタイミングチャートである。
ストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１、及び力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２はいずれも、検出信号取込部５２において、計測サンプリング周期Ｔｂで互いに位相のずれが略ない状態で生成され、これらに同期したサンプリング同期信号Ｐａがパルスジェネレータ８に出力される。
ストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１、及び力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２はいずれも、検出信号取込部５２において、計測サンプリング周期Ｔｂで互いに位相のずれが略ない状態で生成され、これらに同期したサンプリング同期信号Ｐａがパルスジェネレータ８に出力される。
パルスジェネレータ８では、サンプリング同期信号Ｐａの逓倍信号又は分周信号が撮影指示信号Ｐｂとして順次に出力され、それらの撮影指示信号Ｐｂはビデオカメラ４に順次に入力される。なお、図３には、サンプリング同期信号Ｐａを１／２に分周した分周信号を撮影指示信号Ｐｂとして選択した場合を示している。
ビデオカメラ４では、撮影指示信号Ｐｂの入力をトリガーとして、直ちに１フレーム分の撮影動作を行うことで、１枚の撮影画像Ｅを生成する。これにより、撮影画像Ｅの生成タイミングが、ストローク検出信号Ｄ１の時系列データＱ１、及び力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２の生成タイミングと常に同期する。この結果、同図に破線で示す撮影サンプリング周期Ｔａのような計測サンプリング周期Ｔｂとの間の位相ずれが十分に抑えられる。
図４は、力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２、及び撮影画像Ｅの時系列データＱ３を解析した解析結果の一例を示す模式的に示す図である。
同図に示すように、撮影画像Ｅの時系列データＱ３から求められた変形量が、力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２で示される引張力に対して直線的に変化するという解析結果が得られたとする。
この場合、撮影サンプリング周期Ｔａと計測サンプリング周期Ｔｂとの間に位相のずれがあるときには、その位相のずれ量（時間差）と、位相のずれ方向（撮影サンプリング周期Ｔａが遅れる方向又は進む方向）に応じて、位相のずれがないとき（ずれ量＝ゼロ）に比べ、変形量の値が見かけ上、大きく、或いは小さくなり、解析結果の信頼度が悪くなる。
これに対して、この高速引張試験機１では、撮影サンプリング周期Ｔａと計測サンプリング周期Ｔｂとの位相のずれが十分に抑えられるので、信頼性が高い解析結果が得られることとなる。
同図に示すように、撮影画像Ｅの時系列データＱ３から求められた変形量が、力検出信号Ｄ２の時系列データＱ２で示される引張力に対して直線的に変化するという解析結果が得られたとする。
この場合、撮影サンプリング周期Ｔａと計測サンプリング周期Ｔｂとの間に位相のずれがあるときには、その位相のずれ量（時間差）と、位相のずれ方向（撮影サンプリング周期Ｔａが遅れる方向又は進む方向）に応じて、位相のずれがないとき（ずれ量＝ゼロ）に比べ、変形量の値が見かけ上、大きく、或いは小さくなり、解析結果の信頼度が悪くなる。
これに対して、この高速引張試験機１では、撮影サンプリング周期Ｔａと計測サンプリング周期Ｔｂとの位相のずれが十分に抑えられるので、信頼性が高い解析結果が得られることとなる。
本実施形態によれば、次の効果を奏する。
本実施形態の高速引張試験機１では、試験機本体２は、引張力を示す力検出信号Ｄ２の取込周期である所定の計測サンプリング周期Ｔｂに同期したサンプリング同期信号Ｐａを出力し、パルスジェネレータ８が、このサンプリング同期信号Ｐａの逓倍、又は分周によって撮影指示信号Ｐｂを生成し、それをビデオカメラ４に出力する。
これにより、ビデオカメラ４が撮影指示信号Ｐｂの入力にしたがって撮影動作を実行するので、制御装置６における計測サンプリング周期Ｔｂと、ビデオカメラ４における撮影サンプリング周期Ｔａとの位相のずれが抑えられ、解析結果の信頼性の向上が図られる。
これにより、ビデオカメラ４が撮影指示信号Ｐｂの入力にしたがって撮影動作を実行するので、制御装置６における計測サンプリング周期Ｔｂと、ビデオカメラ４における撮影サンプリング周期Ｔａとの位相のずれが抑えられ、解析結果の信頼性の向上が図られる。
本実施形態の高速引張試験機１では、ビデオカメラ４は、撮影指示信号Ｐｂの入力ごとに、当該撮影指示信号Ｐｂに同期して１枚の撮影画像Ｅを生成する。
これにより、制御装置６の計測サンプリング周期Ｔｂとの間で位相のずれがない撮影画像Ｅが得られるので、より信頼性の高い解析結果を得ることができる。
これにより、制御装置６の計測サンプリング周期Ｔｂとの間で位相のずれがない撮影画像Ｅが得られるので、より信頼性の高い解析結果を得ることができる。
本実施形態の高速引張試験機１では、衝撃速度に応じた計測サンプリング周期Ｔｂを設定可能にしたので、より大きな衝撃速度で試験が行われる場合でも、試験片ＴＰのより急激な変化に対して十分な分解能で力検出信号Ｄ２を取り込んで引張力を計測できる。
［第２実施形態］
本実施形態では、ビデオカメラ４として、高速度ビデオカメラの中でも、撮影速度（フレームレート）が一段と速い、いわゆる超高速度ビデオカメラを用いた場合を例示する。
超高速度カメラは、イメージセンサ（撮像素子）にバーストイメージセンサと呼ばれるセンサを用いることで、少なくとも１００万コマ／秒以上の超高速度での撮影を実現し、１回の撮影動作あたり、数十枚から数百枚の複数枚の撮影画像Ｅから成る撮影画像群Ｅｇを一度に生成するカメラである。
本実施形態では、ビデオカメラ４として、高速度ビデオカメラの中でも、撮影速度（フレームレート）が一段と速い、いわゆる超高速度ビデオカメラを用いた場合を例示する。
超高速度カメラは、イメージセンサ（撮像素子）にバーストイメージセンサと呼ばれるセンサを用いることで、少なくとも１００万コマ／秒以上の超高速度での撮影を実現し、１回の撮影動作あたり、数十枚から数百枚の複数枚の撮影画像Ｅから成る撮影画像群Ｅｇを一度に生成するカメラである。
本実施形態では、ビデオカメラ４には、株式会社島津製作所製の「Hyper Vision HPV-X2」を超高速度カメラとして用いており、この超高速度カメラは、１０００万コマ／秒の撮影速度で、１回の撮影動作あたり２５６枚の撮影画像群Ｅｇを生成している。すなわち、この超高速度カメラは、１枚あたり約０．１μ秒のオーダーで撮影画像Ｅを生成し、また１回の撮影動作あたり約２５．６μ秒という短い時間で撮影画像群Ｅｇの生成を完了する。
この場合、計測サンプリング周期Ｔｂに同期してビデオカメラ４が１回の撮影動作を行うことで、１回の撮影動作で得られた撮影画像群Ｅｇのそれぞれの撮影画像Ｅと、計測サンプリング周期Ｔｂとの間では、位相のずれが略無視できる程度に抑えられる。
そこで、本実施形態では、図５に示すように、ビデオカメラ４は、パルスジェネレータ８からの撮影指示信号Ｐｂの入力をトリガーとして１回の撮影動作を実行することで、複数枚（本実施形態では１２８枚）の撮影画像Ｅを高速度で生成し、撮影画像群Ｅｇを生成する。
そこで、本実施形態では、図５に示すように、ビデオカメラ４は、パルスジェネレータ８からの撮影指示信号Ｐｂの入力をトリガーとして１回の撮影動作を実行することで、複数枚（本実施形態では１２８枚）の撮影画像Ｅを高速度で生成し、撮影画像群Ｅｇを生成する。
これにより、毎回の撮影動作における最初の撮影画像Ｅが、計測サンプリング周期Ｔｂと同期して撮影されるので、これら最初の撮影画像Ｅを、力検出信号Ｄ２の取込と位相のずれがない画像として用いることができる。
さらに、１回の撮影動作で得られる撮影画像群Ｅｇによって、試験片ＴＰの変形過程を、より細かい時間間隔で観察できる。
さらに、１回の撮影動作で得られる撮影画像群Ｅｇによって、試験片ＴＰの変形過程を、より細かい時間間隔で観察できる。
上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
上述した各実施形態において、サンプリング同期信号Ｐａ、又は撮影指示信号Ｐｂを、各種の計測機器に入力してもよい。これにより、計測サンプリング周期Ｔｂ、撮影サンプリング周期Ｔａに加え、当該計測機器のサンプリング周期との間の位相のずれも抑えることができ、高精度な試験を実現できる。かかる計測機器としては、例えば、温度、圧力等の物理的計測機器や、電気抵抗、分極による電圧等の電気的計測機器などが挙げられる。
図２に示す機能ブロックは、本願発明を理解容易にするために、構成要素を主な処理内容に応じて分類して示した概略図であり、各構成要素は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。
また上述した実施形態において、各種の数値は、特段の断りがなされていない限り、その数値の周辺の範囲を意識的に除外するものではなく、同一の作用効果を奏し、また臨界的意義を有する限りにおいて、その数値の周辺の範囲（いわゆる、均等の範囲）を含む。
なお、上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項） 一態様に係る衝撃試験機は、所定速度の負荷を試験片に与えて試験する試験機本体と、前記試験機本体を制御する制御装置と、前記試験片を撮影するビデオカメラと、パルスジェネレータと、を備え、前記制御装置は、所定の計測サンプリング周期で前記負荷の検出信号を取り込む検出信号取込部と、前記計測サンプリング周期に同期したサンプリング同期信号を出力する同期信号出力部と、を有し、前記パルスジェネレータは、前記ビデオカメラに撮影を指示する撮影指示信号を、前記サンプリング同期信号を逓倍、又は分周して生成し、前記ビデオカメラに出力する撮影指示信号生成部を備えていてもよい。
第１項によれば、ビデオカメラが撮影指示信号の入力にしたがって撮影動作を実行するので、計測サンプリング周期と、ビデオカメラにおける撮影サンプリング周期との位相のずれが抑えられ、解析結果の信頼性の向上を図ることができる。
（第２項） 第１項に記載の衝撃試験機において、前記ビデオカメラは、前記撮影指示信号の入力ごとに、当該撮影指示信号に同期して１枚の撮影画像を生成してもよい。
第２項によれば、制御装置６の計測サンプリング周期との間で位相のずれがない撮影画像が得られるので、より信頼性の高い解析結果を得ることができる。
（第３項） 第１または第２項に記載の衝撃試験機において、前記ビデオカメラは、１００万コマ／秒以上の撮影速度で、１回の撮影動作あたり複数枚の撮影画像を生成する超高速度カメラであり、前記撮影指示信号の入力に同期して、前記１回の撮影動作を行うことで前記複数枚の撮影画像を生成してもよい。
第３項によれば、毎回の撮影動作における最初の撮影画像が、計測サンプリング周期と同期して撮影されるので、これら最初の撮影画像を、負荷の検出信号の取込と位相のずれがない画像として用いることができる。
さらに、１回の撮影動作で得られる複数枚の撮影画像により、試験片の変形過程を、より細かい時間間隔で観察できる。
さらに、１回の撮影動作で得られる複数枚の撮影画像により、試験片の変形過程を、より細かい時間間隔で観察できる。
（第４項） 第１から第３項のいずれかに記載の衝撃試験機において、前記負荷の速度に応じた前記計測サンプリング周期を設定可能にしてもよい。
第４項によれば、より大きな速度で試験が行われる場合でも、試験片のより急激な変化に対して十分な分解能で検出信号を取り込んで負荷を計測するこができる。
１ 高速引張試験機（衝撃試験機）
２ 試験機本体
４ ビデオカメラ
６ 制御装置
７ 解析装置
８ パルスジェネレータ
２７ ロードセル
３３ ストロークセンサ
５２ 検出信号込部
５６ 同期信号出力部
７０ 撮影指示信号生成部
Ｄ１ ストローク検出信号
Ｄ２ 力検出信号
Ｅ 撮影画像
Ｅｇ 撮影画像群
Ｐａ サンプリング同期信号
Ｐｂ 撮影指示信号
ＴＰ 試験片
Ｔａ 撮影サンプリング周期
Ｔｂ 計測サンプリング周期
２ 試験機本体
４ ビデオカメラ
６ 制御装置
７ 解析装置
８ パルスジェネレータ
２７ ロードセル
３３ ストロークセンサ
５２ 検出信号込部
５６ 同期信号出力部
７０ 撮影指示信号生成部
Ｄ１ ストローク検出信号
Ｄ２ 力検出信号
Ｅ 撮影画像
Ｅｇ 撮影画像群
Ｐａ サンプリング同期信号
Ｐｂ 撮影指示信号
ＴＰ 試験片
Ｔａ 撮影サンプリング周期
Ｔｂ 計測サンプリング周期
Claims (4)
- 所定速度の負荷を試験片に与えて試験する試験機本体と、
前記試験機本体を制御する制御装置と、
前記試験片を撮影するビデオカメラと、
パルスジェネレータと、を備え、
前記制御装置は、
所定の計測サンプリング周期で前記負荷の検出信号を取り込む検出信号取込部と、
前記計測サンプリング周期に同期したサンプリング同期信号を出力する同期信号出力部と、を有し、
前記パルスジェネレータは、
前記ビデオカメラに撮影を指示する撮影指示信号を、前記サンプリング同期信号を逓倍、又は分周して生成し、前記ビデオカメラに出力する撮影指示信号生成部を備える
ことを特徴とする衝撃試験機。 - 前記ビデオカメラは、
前記撮影指示信号の入力ごとに、当該撮影指示信号に同期して１枚の撮影画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃試験機。 - 前記ビデオカメラは、
１００万コマ／秒以上の撮影速度で、１回の撮影動作あたり複数枚の撮影画像を生成する超高速度カメラであり、
前記撮影指示信号の入力に同期して、前記１回の撮影動作を行うことで前記複数枚の撮影画像を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃試験機。 - 前記負荷の速度に応じた前記計測サンプリング周期を設定可能にした、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の衝撃試験機。
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