JP7370515B2 - Indentation test device - Google Patents

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JP7370515B2 JP2019235412A JP2019235412A JP7370515B2 JP 7370515 B2 JP7370515 B2 JP 7370515B2 JP 2019235412 A JP2019235412 A JP 2019235412A JP 2019235412 A JP2019235412 A JP 2019235412A JP 7370515 B2 JP7370515 B2 JP 7370515B2
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Description

本発明は、被検体の柔らかさを測定できるようにした押し込み試験装置に関するものである。 The present invention relates to an indentation testing device capable of measuring the softness of a subject.

従来、物品の柔らかさなどを検出するための装置として、下記の特許文献1に記載されるような押し込み試験装置が提案されている。 BACKGROUND ART Conventionally, an indentation test device as described in Patent Document 1 below has been proposed as a device for detecting the softness of an article.

このような押し込み試験装置は、先端を半球状にした圧子と、この圧子の先端を突出させた状態で保持するケーシングと、このケーシングと圧子との間に設けられたロードセルとを備えて構成されるものであって、圧子を被検体に押し込んで柔らかさを検出する際に、その被検体への押し込み量Δxや、押し込み時に圧子に作用する荷重F、圧子の半球面の直径φ、被検体のヤング率E、被検体固有のポアソン比νなどを用いて、下式を用いて被検体のヤング率Eを測定できるようにしたものである。 Such an indentation test device includes an indenter with a hemispherical tip, a casing that holds the tip of the indenter in a protruding state, and a load cell provided between the casing and the indenter. When detecting the softness by pressing an indenter into a test object, the amount of push into the test object Δx, the load F acting on the indenter during pushing, the diameter φ of the hemispherical surface of the indenter, and the test object. The Young's modulus E of the subject can be measured using the following formula using the Young's modulus E of the subject and the Poisson's ratio ν specific to the subject.

Figure 0007370515000001
Figure 0007370515000001

このような装置によれば、被検体に圧子を押し込むことによって、その被検体の柔らかさを測定することができるため、肌の柔らかさ、食品や素材の柔らかさなどを測定することにより、食品の状態や物品の触感などを定量化することができるようになる。 According to such a device, it is possible to measure the softness of a subject by pushing an indenter into the subject. It becomes possible to quantify the condition of objects and the feel of objects.

特開2019-132623号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-132623

しかしながら、このような押し込み試験装置を用いて被検体の柔らかさを測定する場合、次のような問題がある。 However, when measuring the softness of a subject using such an indentation test device, there are the following problems.

すなわち、このような押し込み試験装置を被検体に押し込んで柔らかさを測定する場合、上記数1を用いて柔らかさを測定するようにしているが、この測定されるヤング率Eは、圧子を被検体の表面から法線方向に押圧することを前提として測定されるものであるため、実際に、圧子が斜め方向に押圧された場合には、正確にヤング率Eを測定することができない。 In other words, when such an indentation test device is pressed into a test object to measure the softness, the above equation 1 is used to measure the softness, but the measured Young's modulus E is Since the measurement is performed assuming that the indenter is pressed in the normal direction from the surface of the specimen, it is not possible to accurately measure the Young's modulus E if the indenter is actually pressed in an oblique direction.

具体的には、被検体に対して斜め方向に圧子が押圧された場合、被検体の表面は、図3に示すような盛り上がりや凹みなどを生ずる状態となり、圧子に対して複雑な方向からの押圧荷重と引張荷重が生ずることになる。また、圧子を斜めに押圧した場合、圧子に対する変位量は、実際に垂直に押圧した場合よりも小さくなるのに対して、数1では、大きいままの変位量で測定されることになる。そのため、圧子が斜めに押圧された場合、測定値が大きく変化してしまい、正確にヤング率Eを測定することができなくなる。 Specifically, when the indenter is pressed diagonally against the specimen, the surface of the specimen will be in a state of bulges and depressions as shown in Figure 3, and the indenter will be pressed from complicated directions. Pressure loads and tensile loads will occur. Furthermore, when the indenter is pressed diagonally, the amount of displacement with respect to the indenter is smaller than when it is actually pressed vertically, but in Equation 1, the amount of displacement remains large. Therefore, when the indenter is pressed obliquely, the measured value changes greatly, making it impossible to accurately measure Young's modulus E.

そこで、本発明は、上記課題に着目してなされたもので、圧子が被検体に斜め方向から押圧された場合であっても、正確にその被検体の柔らかさを測定できるようにした押し込み試験装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made with attention to the above problem, and is an indentation test that enables accurate measurement of the softness of a test object even when an indenter is pressed against the test object from an oblique direction. The purpose is to provide equipment.

本発明は、上記課題を解決するために、柔らかさの測定対象である被検体に押し込まれる圧子と、当該圧子を収容するケーシングと、当該ケーシングから突出している圧子を被検体に押圧した際に、その圧子に作用する荷重を検出する3軸の荷重検出センサーと、を備えてなる押し込み試験装置において、前記ケーシングの長手方向と、被検体に作用する押圧方向との角度を、前記3軸に作用するそれぞれの荷重成分を用いて算出し、当該算出された角度に応じて、前記荷重検出センサーによる荷重、および、前記圧子が被検体に接触しうる先端部分の径、および、圧子の押し込み量を含むパラメーターを用いて被検体の柔らかさを測定する測定部を備えるようにしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an indenter that is pushed into a subject whose softness is to be measured, a casing that houses the indenter, and an indenter that protrudes from the casing when pressed against the subject. , and a triaxial load detection sensor for detecting the load acting on the indenter, the angle between the longitudinal direction of the casing and the pressing direction acting on the test object is adjusted along the three axes. Calculated using each acting load component , and according to the calculated angle, the load by the load detection sensor, the diameter of the tip of the indenter that can come into contact with the subject, and the amount of depression of the indenter. The apparatus includes a measurement section that measures the softness of the subject using parameters including the following.

このように構成すれば、被検体に対して圧子が斜めに押圧された場合、3軸の荷重によって押圧方向を推定し、その押圧方向とケーシングの長手方向との角度を荷重検出センサーで検出することができるとともに、その荷重検出センサーによって、被検体への押圧力を検出することができるようになる。
With this configuration, when the indenter is pressed diagonally against the test object, the pressing direction is estimated based on the triaxial loads, and the angle between the pressing direction and the longitudinal direction of the casing is detected by the load detection sensor. In addition, the load detection sensor can detect the pressing force on the subject.

さらに、柔らかさを測定する場合、角度に応じた補正値を乗じて柔らかさを測定する。 Furthermore, when measuring softness, the softness is measured by multiplying by a correction value according to the angle.

このように構成すれば、角度に応じた押し込み量や圧子の接触面積を補正することができ、正確な柔らかさを測定することができるようになる。 With this configuration, the amount of depression and the contact area of the indenter can be corrected depending on the angle, and the softness can be measured accurately.

本発明によれば、柔らかさの測定対象である被検体に押し込まれる圧子と、当該圧子を収容するケーシングと、当該ケーシングから突出している圧子を被検体に押圧した際に、その圧子に作用する荷重を検出する3軸の荷重検出センサーと、を備えてなる押し込み試験装置において、前記ケーシングの長手方向と、被検体に作用する押圧方向との角度を、前記3軸に作用するそれぞれの荷重成分を用いて算出し、当該算出された角度に応じて、前記荷重検出センサーによる荷重、および、前記圧子が被検体に接触しうる先端部分の径、および、圧子の押し込み量を含むパラメーターを用いて被検体の柔らかさを測定する測定部を備えるようにしたので、被検体に対して圧子が斜めに押圧された場合、3軸の荷重によって押圧方向を推定し、その押圧方向とケーシングの長手方向との角度を荷重検出センサーで検出することができるとともに、その荷重検出センサーによって、被検体への押圧力を検出することができるようになる。
According to the present invention, there is provided an indenter that is pushed into a subject whose softness is to be measured, a casing that houses the indenter, and an indenter that acts on the indenter when the indenter protruding from the casing is pressed against the subject. In an indentation test device comprising a three-axis load detection sensor for detecting a load, the angle between the longitudinal direction of the casing and the pressing direction acting on the test object is determined by each load component acting on the three axes. and, according to the calculated angle, using parameters including the load by the load detection sensor, the diameter of the tip portion where the indenter can contact the subject, and the amount of depression of the indenter. Since it is equipped with a measurement part that measures the softness of the specimen, when the indenter is pressed diagonally against the specimen , the pressing direction is estimated by the three-axis loads, and the pressing direction and the longitudinal direction of the casing are calculated. The load detection sensor can detect the angle with respect to the object, and the load detection sensor can also detect the pressing force on the subject.

本発明の押し込み試験装置の構成を示す図A diagram showing the configuration of the indentation test device of the present invention 同形態における押し込み速度を変化させた場合の測定値を示す図Diagram showing measured values when changing the pushing speed in the same form 斜め方向に押し込んだ状態図Diagram of state when pushed diagonally 斜め方向に押し込んだ際の圧子の接触面積を示す図Diagram showing the contact area of the indenter when pressed in an oblique direction 押し込み角度を変化させた場合の測定値を示す比較例Comparative example showing measured values when changing the pushing angle

以下、本発明における一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

この実施の形態における押し込み試験装置1は、被検体6の柔らかさの指標をヤング率として測定して出力できるようにしたものであって、図1に示すように、ケーシング2の内部に、被検体6に押圧される圧子4と、この圧子4を被検体6に押圧させるための押圧部3と、この押圧部3によって押圧された圧子4の荷重を検出する荷重検出センサー5とを備えて構成される。そして、特徴的に、その圧子4を被検体6に押圧する際に、その押圧方向とケーシング2の長手方向に沿った軸線CLにとの角度を測定し、その角度によって、被検体6の柔らかさを測定できるようにしたものである。以下、本実施の形態における押し込み試験装置1について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明において、ケーシング2の長手方向をZ軸とし、これに直交する方向をX軸、Y軸とする。 The indentation test device 1 in this embodiment is capable of measuring and outputting an index of the softness of the test object 6 as Young's modulus, and as shown in FIG. It includes an indenter 4 that is pressed by the specimen 6, a pressing section 3 for pressing the indenter 4 against the specimen 6, and a load detection sensor 5 that detects the load of the indenter 4 pressed by the pressing section 3. configured. Characteristically, when pressing the indenter 4 against the subject 6, the angle between the pressing direction and the axis CL along the longitudinal direction of the casing 2 is measured. This makes it possible to measure the Hereinafter, the indentation test device 1 in this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the description, the longitudinal direction of the casing 2 is assumed to be the Z axis, and the directions orthogonal to this are assumed to be the X axis and the Y axis.

まず、この押し込み試験装置1の構造について、図1や図2を用いて説明する。 First, the structure of this indentation testing apparatus 1 will be explained using FIGS. 1 and 2.

この押し込み試験装置1を構成するケーシング2は、内部に押圧部3や荷重検出センサーや圧子4などを有するものであって、内部を中空に構成している。このケーシング2の先端部分には、被検体6に垂直に圧子4を押圧させるための平面状の接触部21を設けている。ここの接触部21は、可能な限り押し込み試験装置1の長手方向の軸線CLを被検体6の法線方向として接触できるように、上方の把持部20よりも外径を大きくしたリング形状としている。なお、ここでは、接触部21をリング形状としているが、把持部20よりも大きくした矩形状の形状であってもよく、その下端面を比較的大きな平面状とするようにしている。そして、このようなケーシング2を人間の手で把持して接触部21を被検体6に押圧させたり、あるいは、治具などに把持部を固定して、接触部21を被検体6に押圧させたりできるようにしている。 A casing 2 constituting this indentation test device 1 has a pressing part 3, a load detection sensor, an indenter 4, etc. therein, and has a hollow interior. A planar contact portion 21 for pressing the indenter 4 perpendicularly to the subject 6 is provided at the tip of the casing 2 . The contact part 21 here has a ring shape with an outer diameter larger than that of the upper grip part 20 so that it can be contacted with the longitudinal axis CL of the indentation test device 1 in the normal direction of the test object 6 as much as possible. . Here, the contact part 21 has a ring shape, but it may have a rectangular shape larger than the grip part 20, and the lower end surface thereof is made into a relatively large planar shape. Then, such a casing 2 is held by a human hand and the contact portion 21 is pressed against the subject 6, or the grip portion is fixed to a jig or the like and the contact portion 21 is pressed against the subject 6. I am making it possible to do so.

このケーシング2の内部に設けられる押圧部3は、圧子4を被検体6に押圧できるようにしたものであって、ここでは、サーボモーターで構成される。そして、そのサーボモーターを駆動することによって、その回転量に応じた上下方向の変位を測定できるようにしており、圧子4の変位量を測定しながら被検体6を押圧させるようにしている。なお、ここでは、サーボモーターで押圧部3を構成しているが、バネや手動による押圧によって圧子4を押し込めるようにしてもよい。このとき、圧子4の上下方向の変位が分かるように、変位センサーなどを設けるようにしておくようにする。 A pressing section 3 provided inside the casing 2 is capable of pressing an indenter 4 against the subject 6, and is constructed of a servo motor here. By driving the servo motor, it is possible to measure vertical displacement according to the amount of rotation, and the subject 6 is pressed while measuring the amount of displacement of the indenter 4. Note that here, the pressing section 3 is constituted by a servo motor, but the indenter 4 may be pressed by a spring or manual pressing. At this time, a displacement sensor or the like is provided so that the vertical displacement of the indenter 4 can be detected.

荷重検出センサー5は、圧子4を被検体6に押圧した際に作用する荷重を検出できるようにしたものであって、圧子4の上端部分と押圧部3の間に設けられる。ここでは、荷重検出センサー5として、3軸方向の荷重(直交するXYZ軸方向の荷重)を検出できるロードセルを用いる。このロードセルは、周知のように、薄い金属板で構成された起歪部を四方向に設け、これを中央の作用部に向けて起立させてなるもので、その起歪部に掛かる荷重を電気信号の変化として検出できるように構成されるものである。そして、この電気信号の変化によって荷重を検出する際、その起歪部に貼り付けられたホイートストンブリッジによって、その起歪部の変形に伴って生ずる電圧変化を荷重として検出する。なお、このような荷重検出センサー5を設ける場合、ケーシング2の長手方向に沿った軸線CLをZ軸として検出し、また、これに垂直な方向をX軸、Y軸としてそれぞれの荷重を検出できるようにしておく。 The load detection sensor 5 is capable of detecting the load that acts when the indenter 4 is pressed against the subject 6, and is provided between the upper end portion of the indenter 4 and the pressing portion 3. Here, as the load detection sensor 5, a load cell capable of detecting loads in three axial directions (loads in orthogonal XYZ axes directions) is used. As is well known, this load cell has strain-generating parts made of thin metal plates installed in four directions, which are erected toward a central action part, and the load applied to the strain-generating parts is transferred by electricity. It is configured so that it can be detected as a change in the signal. When detecting a load based on a change in this electric signal, a Wheatstone bridge attached to the strain-generating portion detects a voltage change that occurs as the strain-generating portion deforms as a load. Note that when such a load detection sensor 5 is provided, the axis CL along the longitudinal direction of the casing 2 can be detected as the Z axis, and the directions perpendicular to this can be used as the X and Y axes to detect the respective loads. Let's do it like this.

この荷重検出センサー5が取り付けられる圧子4は、先端部分を半球面41としたものであって、ケーシング2の内壁に僅かな隙間をもって設けられる摺動部42で上下動するようになっている。そして、図2に示すように、圧子4を被検体6に押圧させ、その被検体6の柔らかさを測定できるようにしている。なお、この圧子4は、測定前においては、図1に示すようにケーシング2の内部に収容されており、その先端の半球面41をケーシング2の接触面21から突出させないようにしておく。そして、計測を開始した段階で、押圧部3を介して圧子4をケーシング2の接触面21から突出させるようにしている。 The indenter 4 to which the load detection sensor 5 is attached has a hemispherical end portion 41, and is configured to move up and down on a sliding portion 42 provided on the inner wall of the casing 2 with a small gap. As shown in FIG. 2, the indenter 4 is pressed against the subject 6 so that the softness of the subject 6 can be measured. Note that, before measurement, the indenter 4 is housed inside the casing 2 as shown in FIG. 1, and the hemispherical surface 41 at the tip thereof is kept from protruding from the contact surface 21 of the casing 2. Then, at the stage when measurement is started, the indenter 4 is made to protrude from the contact surface 21 of the casing 2 via the pressing part 3.

このような構成のもと、圧子4の押圧によって被検体6の柔らかさを測定する。 With this configuration, the softness of the subject 6 is measured by pressing the indenter 4.

測定部では、まず、荷重検出センサー5に作用するXYZ軸方向の荷重成分を用いて、実際に作用した荷重の方向を推定し、その荷重の方向とケーシング2の長手方向(Z軸方向)との角度を算出する。この角度を算出するに際しては、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向のそれぞれに作用する荷重成分から合成ベクトルを実際に作用した荷重の方向と推定し、その合成ベクトルとZ軸方向に対する角度を算出する。この算出された角度には、X軸回りのロール角やY軸回りのピッチ角が存在することになるが、それぞれの角度を算出しておく。なお、このようなXYZ軸方向の荷重成分からZ軸方向に対する角度を算出する場合、ケーシング2のZ軸方向との角度が整合しない場合がある。具体的には、圧子4を斜め方向に被検体6に押し込んだ場合、図3に示すように、押し込み方向に被検体6が盛り上がって押圧荷重が作用し、また、反対方向には凹みを生じて引張荷重が作用する。そして、これらの押圧荷重や引張荷重によって、ケーシング2のZ軸方向に対する傾斜角度を正確に算出することができなくなる。そこで、被検体6の盛り上がりや凹みなどによる荷重への影響を考慮して補正係数を掛けるようにしている。このような補正係数としては、0度から20度の傾斜範囲内においては、実験によって1.5から2.0の範囲内に設定しておくと正確な角度が検出できることが分かった。 The measurement unit first estimates the direction of the load that actually acts using the load components in the XYZ axis directions that act on the load detection sensor 5, and compares the direction of the load with the longitudinal direction (Z axis direction) of the casing 2. Calculate the angle of When calculating this angle, the composite vector is estimated to be the direction of the load that actually acts from the load components acting in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction, and the angle between the composite vector and the Z-axis direction is calculated. Calculate. This calculated angle includes a roll angle around the X-axis and a pitch angle around the Y-axis, and each angle is calculated in advance. Note that when calculating the angle with respect to the Z-axis direction from such load components in the XYZ-axis directions, the angle of the casing 2 with the Z-axis direction may not match. Specifically, when the indenter 4 is pushed diagonally into the specimen 6, as shown in FIG. A tensile load is applied. These pressing loads and tensile loads make it impossible to accurately calculate the inclination angle of the casing 2 with respect to the Z-axis direction. Therefore, a correction coefficient is multiplied in consideration of the influence on the load due to bulges, depressions, etc. of the subject 6. As for such a correction coefficient, it has been found through experiments that an accurate angle can be detected if it is set within the range of 1.5 to 2.0 within the inclination range of 0 degrees to 20 degrees.

次に、このように算出された角度から、実際に圧子4を押圧した際の荷重方向(合成ベクトルの方向)に沿った変位量Δxを求める。このとき、圧子4がZ軸方向に沿って押圧している場合は、サーボモーターによる回転量に応じた変位がそのまま被検体6を押圧した変位となり、また、例えば、Z軸方向から45度傾いている場合は、そのサーボモーターによる変位に対して1/√2の値だけ変位した値となる。 Next, from the angle thus calculated, the amount of displacement Δx along the load direction (direction of the composite vector) when the indenter 4 is actually pressed is determined. At this time, if the indenter 4 is pressing along the Z-axis direction, the displacement according to the amount of rotation by the servo motor will be the displacement that presses the subject 6, and for example, if the indenter 4 is tilted at 45 degrees from the Z-axis direction If it is, the value is a value that is 1/√2 of the displacement caused by the servo motor.

また、このように算出された合成ベクトル方向に対する変位Δxを用いて、サーボモーターの回転速度などから、合成ベクトル方向に対する押し込み速度も算出する。 Further, using the displacement Δx in the direction of the resultant vector calculated in this manner, the pushing speed in the direction of the resultant vector is also calculated from the rotational speed of the servo motor and the like.

さらに、このように算出されたZ軸に対する傾斜角度によって、圧子4の押圧面の面積も補正する。実際に圧子4をZ軸方向に押圧した場合、被検体6との接触面は円形状となるが、傾斜して押圧された場合は、図4の斜線部に示すような形状の接触面となり、接触表面積Sが小さくなる。そこで、この傾斜角度に応じて接触表面積Sを補正する。この接触表面積Sは、傾斜角度に応じて、半球面の表面積から非接触部分の面積を減じて算出する。 Furthermore, the area of the pressing surface of the indenter 4 is also corrected based on the thus calculated inclination angle with respect to the Z axis. When the indenter 4 is actually pressed in the Z-axis direction, the contact surface with the subject 6 is circular, but when it is pressed at an angle, the contact surface has a shape as shown in the shaded area in FIG. , the contact surface area S becomes smaller. Therefore, the contact surface area S is corrected according to this inclination angle. The contact surface area S is calculated by subtracting the area of the non-contact portion from the surface area of the hemisphere depending on the inclination angle.

そして、このように補正された押し込み量Δxや押し込み速度、接触表面積Sなどを用いて、測定部では、次の数2を用いてヤング率Eを測定する。 Then, using the pushing amount Δx, pushing speed, contact surface area S, etc. corrected in this way, the measuring section measures Young's modulus E using the following equation 2.

Figure 0007370515000002
Figure 0007370515000002

ここで、既知数は、補正された変位Δx、Z軸方向の荷重F、補正された圧子の接触表面積S、ポアソン比ν、補正された速度(Δxの微分値)である。一方、未知数としては、ヤング率E、速度補正係数cとなるため、数2だけではヤング率Eや速度補正係数cを測定することができない。そのため、数2を時間で微分した数3を用いる。 Here, the known quantities are the corrected displacement Δx, the load F in the Z-axis direction, the corrected contact surface area S of the indenter, the Poisson's ratio ν, and the corrected speed (differential value of Δx). On the other hand, since the unknown quantities are the Young's modulus E and the speed correction coefficient c, it is not possible to measure the Young's modulus E and the speed correction coefficient c using Equation 2 alone. Therefore, the equation 3 obtained by differentiating the equation 2 with respect to time is used.

Figure 0007370515000003
Figure 0007370515000003

ここで、被検体6を押圧する際の変位量はごく僅かであり、等速で押圧していると仮定すると、変位の二回微分の項(加速度項)はゼロとなり、次の数4となる。 Here, the amount of displacement when pressing the test object 6 is very small, and assuming that it is pressed at a constant velocity, the second differential term (acceleration term) of the displacement is zero, and the following equation 4 is obtained. Become.

Figure 0007370515000004
Figure 0007370515000004

このFの微分項は、荷重をサンプリング時間で割った値であるため既知数となり、この数4や数2を用いて、ヤング率Eや速度依存係数cを算出する。 Since the differential term of this F is a value obtained by dividing the load by the sampling time, it becomes a known quantity, and using Equation 4 and Equation 2, the Young's modulus E and the speed dependence coefficient c are calculated.

そして、このように測定されたヤング率Eや速度依存係数cなどを表示可能に出力するとともに、その際の押し込速度も表示できるようにしておく。 Then, the Young's modulus E, the velocity dependence coefficient c, etc. thus measured are outputted in a displayable manner, and the pushing speed at that time can also be displayed.

このような構成を有する押し込み試験装置を用いて被検体を種々の角度で押圧した際のヤング率について、数1を用いた場合と、数4を用いた場合の結果を図5に示す。 FIG. 5 shows the results of Young's modulus when using Equation 1 and Equation 4 when the test object was pressed at various angles using the indentation testing apparatus having such a configuration.

図5において、上段の図は被検体6に垂直に圧子4を押圧した状態(傾斜0度)で押し込んだ際のヤング率Eを測定したものであり、中段の図は10度傾斜させた状態で押し込んだ際のヤング率E、下段の図は20度傾斜させた状態で押し込んだ際のヤング率Eを測定したものである。実験においては、サンプルによる誤差を調べるために、3種類のサンプルを用いてヤング率Eを測定した。 In FIG. 5, the upper diagram shows Young's modulus E measured when the indenter 4 is pressed perpendicularly to the specimen 6 (0 degree inclination), and the middle diagram shows the measurement with the indenter 4 pressed at a 10 degree inclination. The Young's modulus E was measured when the product was pressed in at a 20-degree angle. In the experiment, Young's modulus E was measured using three types of samples in order to investigate errors due to samples.

図5から分かるように、数1を用いて押し込み力を測定した場合、傾斜角度が大きくなるとヤング率Eが小さく測定されるのに対し、傾斜角度を考慮した数4を用いてヤング率Eを測定した場合、変化が小さいことが分かる。このことから、傾斜角度が変わった場合であっても、正確にヤング率Eを測定できることが分かる。 As can be seen from FIG. 5, when the indentation force is measured using Equation 1, the Young's modulus E is measured to be smaller as the inclination angle increases, whereas the Young's modulus E is measured using Eq. When measured, it can be seen that the change is small. From this, it can be seen that the Young's modulus E can be accurately measured even when the inclination angle changes.

このように上記実施の形態によれば、柔らかさの測定対象である被検体6に押し込まれる圧子4と、当該圧子4を収容するケーシング2と、当該ケーシング2から突出している圧子4を被検体6に押圧した際に、その圧子4に作用する荷重を検出する3軸の荷重検出センサー5とを備えてなる押し込み試験装置1において、前記ケーシング2の長手方向(CL)と被検体6に作用する押圧方向との角度を、前記3軸に作用するそれぞれの荷重成分を用いて算出し、当該算出された角度に応じて、前記荷重検出センサー5による荷重F、および、前記圧子4が被検体6に接触する圧子4の径に基づく接触表面積S、および、圧子4の押し込み量Δxを含むパラメーターを用いて被検体6のヤング率Eを測定するようにしたので、3軸の荷重によって押圧方向を推定し、その押圧方向とケーシング2の長手方向との角度を荷重検出センサー5で検出することができるとともに、その荷重検出センサー5によって、被検体6への押圧力を検出することができるようになる。
In this way, according to the above embodiment, the indenter 4 that is pushed into the subject 6 whose softness is to be measured, the casing 2 that accommodates the indenter 4, and the indenter 4 that protrudes from the casing 2 are inserted into the subject 6. In the indentation testing apparatus 1, which is equipped with a triaxial load detection sensor 5 that detects the load acting on the indenter 4 when the indenter 6 is pressed, the load acting on the longitudinal direction (CL) of the casing 2 and the test object 6 is applied. The angle with the pressing direction is calculated using the respective load components acting on the three axes , and the load F by the load detection sensor 5 and the indenter 4 Since the Young's modulus E of the specimen 6 is measured using parameters including the contact surface area S based on the diameter of the indenter 4 that contacts the indenter 6 and the indentation amount Δx of the indenter 4, it is possible to can be estimated, and the angle between the pressing direction and the longitudinal direction of the casing 2 can be detected by the load detection sensor 5, and the pressing force on the subject 6 can be detected by the load detection sensor 5. become.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms.

例えば、上記実施の形態では、押し込み速度を考慮してヤング率Eを測定するようにしたが、押し込み速度を考慮せずにヤング率Eを測定するようにしてもよい。この場合、補正された変位や接触表面積によって、数1を用いて算出される。 For example, in the above embodiment, the Young's modulus E is measured in consideration of the pushing speed, but the Young's modulus E may be measured without considering the pushing speed. In this case, it is calculated using Equation 1 based on the corrected displacement and contact surface area.

また、上記実施の形態では、傾斜角度を算出する場合、3軸の荷重検出センサー5を用いた合成ベクトルとZ軸方向の角度を算出するようにしたが、その他の方法で被検体6の表面の法線方向とケーシング2の長手方向との角度を算出するようにしてもよい。この場合、角度を算出する場合、別途測距センサーなどを用いてケーシング2と被検体6の表面との距離などを測定し、その距離に応じてケーシング2の傾斜角度を算出する方法などを用いることができる。 Furthermore, in the above embodiment, when calculating the inclination angle, the angle between the composite vector and the Z-axis direction using the triaxial load detection sensor 5 is calculated. The angle between the normal direction and the longitudinal direction of the casing 2 may be calculated. In this case, when calculating the angle, a method is used in which the distance between the casing 2 and the surface of the subject 6 is measured using a separate distance sensor, etc., and the inclination angle of the casing 2 is calculated according to that distance. be able to.

さらに、上記実施の形態では、傾斜角度に応じて圧子4の接触表面積Sを補正するようにしたが、圧子4が非常に小さく構成されており、傾斜状態で押圧しても半球面全体で押圧するような場合は、接触表面積Sに対する補正を行わないようにしてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the contact surface area S of the indenter 4 is corrected according to the inclination angle, but the indenter 4 is configured to be very small, and even if it is pressed in an inclined state, the entire hemispherical surface will not be able to press. In such a case, the contact surface area S may not be corrected.

1・・・押し込み試験装置
2・・・ケーシング
21・・・接触面
3・・・押圧部
4・・・圧子
41・・・半球面
42・・・摺動部
5・・・荷重検出センサー
6・・・被検体
1... Indentation test device 2... Casing 21... Contact surface 3... Pressing part 4... Indenter 41... Hemispherical surface 42... Sliding part 5... Load detection sensor 6 ...Subject

Claims (4)

柔らかさの測定対象である被検体に押し込まれる圧子と、
当該圧子を収容するケーシングと、
当該ケーシングから突出している圧子を被検体に押圧した際に、その圧子に作用する荷重を検出する3軸の荷重検出センサーと、
を備えてなる押し込み試験装置において、
前記ケーシングの長手方向と、被検体に作用する押圧方向との角度を、前記3軸に作用するそれぞれの荷重成分を用いて算出し、当該算出された角度に応じて、前記荷重検出センサーによる荷重、および、前記圧子が被検体に接触しうる先端部分の径、および、圧子の押し込み量を含むパラメーターを用いて被検体の柔らかさを測定する測定部を備えるようにしたことを特徴とする押し込み試験装置。
An indenter that is pushed into the subject whose softness is to be measured,
a casing that accommodates the indenter;
a triaxial load detection sensor that detects the load acting on the indenter when the indenter protruding from the casing is pressed against the test object;
In an indentation test device comprising:
The angle between the longitudinal direction of the casing and the pressing direction acting on the subject is calculated using the respective load components acting on the three axes , and the load detected by the load detection sensor is determined according to the calculated angle. and a measurement unit that measures the softness of the subject using parameters including the diameter of the tip of the indenter that can come into contact with the subject, and the amount of depression of the indenter. Indentation test equipment.
前記測定部が、角度に応じた補正値を乗じて測定されるものである請求項1に記載の押し込み試験装置。The indentation test device according to claim 1, wherein the measuring section measures by multiplying by a correction value according to the angle. 柔らかさの測定対象である被検体に押し込まれる圧子と、
当該圧子を収容するケーシングと、
当該ケーシングから突出している圧子を被検体に押圧した際に、その圧子に作用する荷重を検出する3軸の荷重検出センサーと、
を備えてなる押し込み試験装置を用いた押し込み試験方法において、
前記ケーシングの長手方向と、被検体に作用する押圧方向との角度を、前記3軸に作用するそれぞれの荷重成分を用いて算出し、当該算出された角度に応じて、前記荷重検出センサーによる荷重、および、前記圧子が被検体に接触しうる先端部分の径、および、圧子の押し込み量を含むパラメーターを用いて被検体の柔らかさを測定するようにしたことを特徴とする押し込み試験方法。
An indenter that is pushed into the subject whose softness is to be measured,
a casing that accommodates the indenter;
a triaxial load detection sensor that detects the load acting on the indenter when the indenter protruding from the casing is pressed against the test object;
In an indentation test method using an indentation test device comprising:
The angle between the longitudinal direction of the casing and the pressing direction acting on the subject is calculated using the respective load components acting on the three axes , and the load detected by the load detection sensor is determined according to the calculated angle. and an indentation test characterized in that the softness of the subject is measured using parameters including the diameter of the tip of the indenter that can come into contact with the subject, and the amount of indentation of the indenter. Method.
前記測定が、角度に応じた補正値を乗じて測定するようにしたものである請求項3に記載の押し込み試験方法。4. The indentation test method according to claim 3, wherein the measurement is performed by multiplying a correction value according to the angle.
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