JPH01314941A - 引張試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、テレビジョンカメラ、ラインセンサーカメ
ラ、レーザースキャナーカメラなどの走査装置を複数台
利用して材料の引張特性を測定する引張試験装置に係わ
り、更に詳しくは複数台の走査装置に、各々ズームレン
ズを設けるとともに、その少なくとも一つのズームレン
ズを、駆動モータを介して視野を自動的に拡大するよう
に構成し、試験片の微小変形から大変形の切断まで、高
精度の伸び率を測定することが出来る引張試験装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

ゴム、樹脂、繊維などの材料の引張り強さ、伸長応力、
或いは破断時の伸びなどの引張特性を測定する引張試験
装置は、上記材料からなる試験片の両端をそれぞれチャ
ックで把持し、−方のチャックを移動させて試験片を引
っ張り、伸長変形を与えるように構成されている。

このような引張試験装置により、例えば１００％伸長時
の弾性率を測定するには、試験担当者が肉眼で試験片が
伸長する様子を常時観察しながら１００％に伸長した時
点を確認しなければならない。

このため測定作業には試験担当者の高い熟練が必要であ
り、その熟練度が低い場合には測定エラーを発生するこ
とがあった。

本発明者等は、このような試験担当者の熟練度等に依存
して発生する測定エラーの問題を解消するため、試験片
に光学特性の異なる測定マークを施し、それをテレビジ
ョンカメラ（以下、単にＴＶカメラという）などの走査
装置を利用して自動的に測定する引張試験装置を、特公
昭５６−１９８８２号公報、特公昭５６−１８０８６号
公報などによって既に提案している。

一方、ゴムなどのように破断するまでに５〜１０倍にも
大変形する材料では、その大変形したときの伸びの特性
だけでなく、低伸長域での微小な変形のときの特性も調
べることが必要な場合がある。

しかし、このような微小変形時の引張特性の測定にはま
すます熟練度が必要とされるため、上記ＴＶカメラを利
用した引張試験装置は、この微小変形の測定に好適とい
える。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来提案のＴＶカメラを利用す
る引張試験装置は、−台のＴＶカメラを用いて伸び率を
測定する方法である為、試験片に近づければ微小な伸長
変化を精度良く読取れるが、大変形時の伸びは、ＴＶカ
メラの視野から外れてしまい、またＴＶカメラを遠ざけ
た場合には、読み取り精度が低下するという問題があっ
た。

即ち、−度の測定操作で微小変形時の測定と大変形時の
測定との両方を同時に行えないという不便があり、作業
能率が上がらないという問題があった。

このような問題は、ＴＶカメラの場合だけでなく、走査
装置としてラインセンサーカメラやレーザースキャナー
カメラを使用する場合にも同様であった。

この発明は、かかる従来の問題点に着目して案出された
もので、引っ張り初めの微小変形から大変形までの伸び
率を高精度に測定することができると共に、１回の測定
操作だけで大きな伸長変形と小さな伸長変形とを高精度
に測定することができるようにした引張試験装置を提供
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記目的を達成するため、引張試験装置は、
地色と光学特性が異なる色の測定マークを少なくとも一
つ施した試験片の両端をチャックで把持し、一方のチャ
ックを移動させることにより前記試験片に引張荷重を加
えながら前記測定マークの引張方向の変化を走査装置で
走査し、前記測定マークの地色との光学特性の違いによ
り出力される電気信号により前記試験片の引張特性を測
定するようにしたもので、前記走査装置は、少なくとも
一方にズームレンズを備えた第１の走査装置と、第２の
走査装置とからなり、前記走査装置に設けたズームレン
ズを、駆動モータを介して視野を自動的に拡大するよう
に構成し、前記試験片の近傍に、試験片の測定マークと
、全視野にわたって正確な長さで比較表示する標準長さ
板と、上部及び下部位置基準板と、標準明るさ板及び標
準暗さ板とを配設したことを要旨とするものである。

〔発明の作用〕

このような引張試験装置は、上記のように構成され、ズ
ームレンズを備えた一方の走査装置のズームレンズの視
野を引張試験片の伸びに伴って駆動モータにより自動的
に拡大するものである。そして、引張試験開始後、予め
設定した伸び率（例えば１０χ）までは２台の走査装置
により、試験片標線の上部及び下部またはそれぞれの変
位を独立して測定し、次に、ズームレンズを備えた一方
の走査装置のみで両方の標線を同時に読み取り、走査装
置の視野が標線の間隔より略同じより少し広くなるよう
にズームレンズの視野を駆動モータを介して自動的に移
動させる。

このようにすることで、試験片の引張り初めの微小変形
から、例えば６００χまでの大変形の切断までの伸び率
を高精度に測定することが出来るのである。

この発明に使用される走査装置としては、工業用や放送
用等に使用されている既知のＴＶカメラ（撮像管）、ラ
インセンサーカメラ（ソリッドステイト線走査素子を用
いた光電変換カメラ）或いはレーザースキャナーカメラ
（レーザースキャナーと受光器を組み合わせて光源側か
線走査するカメラ）などが使用される。

これらの走査装置において、例えばＴＶカメラの場合に
は、２台のズームレンズを取付けたカメラの走査線の有
効画素数、水平３７８本×垂直４８５本の市販のＣＯＤ
カメラを使用した場合、試験片の上下標線をそれぞれ視
野１５ｉｔｍの範囲で、ＪＩＳ　３号試験片が１０％伸
びるまで±０．１８χの精度で読み取り、また１０％ま
で伸びると自動的に１台のＴＶカメラに切り変わり、試
験片の上下標線を同時に視野５０１の範囲で±０゜６χ
の精度で読み取り、その後、試験片の伸びに合わせてズ
ームレンズを自動的に移動させ、視野の全体を試験片の
伸びに合わせれば、伸び率の精度を試験片の切断（例え
ば、６００Ｘ）まで、±０，６χの精度で読み取る事が
出来るのである。

一方、試験片にはＪ　Ｉ　Ｓ　（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｉ
ｎｄｕｓｔｒｉａｌ　５ｔａｎｄａｒｄ）で規定される
ような引張試験片が使用され、第３図（ａｌにその一例
を例示した。試験片Ｓの表面には測定マークとして、長
手方向（引張方向）に離れた２個所に二つの標線Ｑ。

Ｑが付されている。この標線Ｑの色は試験片Ｓの地色と
光学特性が異なるようにしである。

特に標線Ｑの明度の方を地色のそれよりも高くなるよう
にしておくことが好ましい。例えば、試験片Ｓの地色に
黒色または暗い色を選び、標線Ｑに白色または明るい色
を選ぶようにする。

二つの標線Ｑ、　Ｑ間の距離りは、ＪＩＳでは２０ｍｍ
、２５ｍｍ、４０ｍｍの３種類が規定されており、これ
らから選ぶように定められている。

また、試験片に施す標線としては、第４図（ａｌに示す
ように、上記２個所の標線Ｑ、Ｑ間の距離りに相当する
部分全体を塗り込んだ標識領域Ｑ′を施した試験片Ｓ゛
を使用してもよい。この例の試験片Ｓ゛の場合には、標
識領域Ｑ゛の両エツジ部の境界ラインが標線に相当する
ことになる。

前述した走査装置は、このような試験片ＳまたはＳ”を
長手方向に伸長させながら、標線Ｑ。

Ｑや標識領域Ｑ゛等の測定マークによって定められた距
離りの変化を走査して測定する。

第３図ｆａ）、　Ｔｂ）は、この走査装置による測定の
方法を原理間で示している。

なお、この測定精度を向上させるため、試験片Ｓの近傍
には、試験片に付した測定マークと同一の明るさを有す
る標準量るさ板と、試験片の地色と同じ暗さを有する標
準暗さ板と、更に標準長さ板とを配設することが必要と
なる。

第３図（ａｌ、　（ｂｌに示すように、引張荷重を加え
つつある試験片Ｓを、例えば走査装置としてＴＶカメラ
で撮像するとき、そのＴＶカメラの走査線Ｈ３の方向を
試験片Ｓの引張方向と直交するように走査させると、そ
の出力信号は、第３図（ｂ）に示すように標線Ｑ、Ｑに
対応する部分Ｐ。＋ＰＯが他の部分に比べて高レベルの
信号になって現れる。

従ってこの出力信号のうち、一定レベルＥ。

以上の信号のみを処理回路で取り出し、上記標線Ｑ、　
Ｑの間隔りに対応した時間間隔の信号だけを取り出すよ
うにすれば、その信号から標線間距離りを求めることが
できる。

第４図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）の例は、走査装置の
走査線Ｈ５が試験片Ｓ゛の引張方向と同方向になるよう
に線走査する場合の原理を示している。この場合には、
第４図（ｂｌのように標識領域Ｑ゛に対応するＰ、の部
分が他の部分に比べて高レベルの出力信号になって現れ
る。従って、第３図の場合と同様に、Ｐｌの出力部分か
ら一定しベルＥ１以上の信号だけを処理回路で取出すよ
うにすれば、標識領域Ｑ°の両端部間の距離りを求める
ことができる。このようにして出力信号が得られること
はレーザースキャナーカメラの場合にも同様である。

これに対し、ラインセンサーカメラの場合には、出力信
号が第４図（Ｃ１のようになって現れ、標Ｓｉａ　ＲＮ
域Ｑ°の走査時間Ｔに対応した素子数の数のパルス状出
力信号として得られる。

この発明の引張試験装置では、引張試験開始後、予め設
定した伸び率（例えば１０χ）までは２台の走査装置に
より、試験片標線の上部及び下部またはそれぞれの変位
を独立して測定し、次に、ズームレンズを備えた一方の
走査装置のみで両方の標線を同時に読み取り、走査装置
の視野と標線の間隔が略同じより少し広くなるようにズ
ームレンズの視野を駆動モータを介して自動的に移動さ
せることで、試験片の引張り初めの微少変形から、例え
ば６００χまでの大変形の切断までの伸び率を高精度に
測定することが出来るのである。

また、走査装置の分解能ｌは、それが全視野とする走査
範囲Ｈと素子数Ａとの比（Ｈ／Ａ）によって表され、素
子数は伸長域全体を全視野とする走査装置と同じであっ
ても、全視野の走査範囲が狭いため高い分解能を有する
ものになっている。

〔実施例〕 以下、この発明の実施例を、第１図及び第２図を参照し
ながら説明する。

第１図において、１ａは試験片Ｓの上端を把持する上部
チャックであり、１ｂは試験片Ｓの下端を把持する下部
チャックである。

前記、試験片Ｓの近傍には、第２図に示すように試験片
Ｓに付した標線Ｑ（測定マーク）と同一の明るさを有す
る標準間るさ板Ｘと、試験片Ｓの地色と同じ暗さを有す
る標準暗さ板Ｙと、更に標準長さ板Ｚとが配設され、光
学特性の相違を明確にして測定作業を容易にしている。

なお、標準長さ板Ｚは、後述するＴＶカメラのレンズが
可動ズームの場合には、試験片Ｓの伸張に合わせて視野
Ｈ（走査範囲）が順次拡大し、視野Ｈの範囲が異なるこ
とから目盛りを付した標準長さ板Ｚが必要となる。

なお、標準長さ板Ｚは、ＴＶカメラの数と位置が固定状
態の場合には、標準長さ板Ｚに刻設された目盛りの数に
対応するＴＶカメラの走査線の数を定数として予め制御
装置に設定し、これにより制御するものである。

前記上部チャック１ａは、一定位置に静止するように設
置され、かつその上端側に引張荷重を検出するロードセ
ル２を連結している。このロードセル２が検出した引張
荷重は、増幅器３を介して中央演算部４に入力されるよ
うになっている。

一方、下部チャック１ｂは、ねじ軸５ａを介してギヤボ
ックス５を介して駆動モータ６に連結されている。下部
チャック１ｂはこのモータ６の駆動により上下移動して
上記試験片Ｓに引張荷重を与えるようになっている。

前記モータ６は、モータ制御部７を介して上記中央演算
部４の指令によって駆動され、引張速度を変えられるよ
うになっている。

これら上部チャック１ａと下部チャック１ｂとからなる
引張機構は、図示しないが、冷却コイルを内蔵した恒温
槽の中に収納されている。

恒温槽の側面には二重ガラスの透視部が設けられ、この
透視部を介して外側から内部を目視できるようになって
いる。

二重ガラスの透視部の空間部には乾燥した熱風が通され
、ガラス面に露結によるくもりが発生しないようにしで
ある。この恒温槽は、高温及び低温下での材料特性を測
定するためのものであり、常温条件での材料特性を測定
するものについては必ずしも必要とするものではない。

上記透視部の外側には、内部の引張機構を臨むように２
台のズームレンズ３ａ、３ｂを備えたＴＶカメラ９ａ、
９ｂが第１．第２の走査装置として設置され、試験片Ｓ
に対し、２台のＴＶカメラ９ａ、９ｂが引張試験開始後
、予め設定した伸び率（例えば１０χ）まで試験片Ｓの
標線Ｑの上部及び下部またはそれぞれの変位を独立して
測定し、次に、ズームレンズ８ｂを備えた一方のＴＶカ
メラ９ｂのみで両方の標線Ｑを同時に読み取り、ＴＶカ
メラ９ｂの視野と標線Ｑの間隔が略同じより少し広くな
るようになるようにズームレンズ８ｂの視野を駆動モー
タ１０を介して自動的に移動させる。

このようにすることで、試験片Ｓの引張り初めの微小変
形から、例えば６００χまでの大変形の切断までの伸び
率を高精度に測定することが出来るのである。

なお、ＴＶカメラの台数は、上記の２台に限定されず、
更に台数を増やして全視野を分割してそれぞれの領域を
分割測定すれば、更に高精度の測定が可能となる。

また、上記のズームレンズ８ｂの視野の拡大速度は、ズ
ームレンズ８ｂの駆動モータ１０の回転速度によるが、
これは試験片Ｓの引張開始時間または引張試験機の駆動
モータ６と同期させても良い。

また、上記のズームレンズ８ａ、８ｂを備えたＴＶカメ
ラ９ａ、９ｂの走査線の有効画素数を、例えば市販され
ているＣＯＤカメラの、水平３７８本×垂直４８５本と
したものを使用した場合、試験片Ｓの上下標線をそれぞ
れ視野１５ｍの範囲で、ＪＩＳ　３号試験片が１０％伸
びるまで±０．１８χの精度で読み取り、また１０％ま
で伸びると自動的に他のＴＶカメラ９ｂに切り変わり、
試験片Ｓの上下標線Ｑを同時に視野５０１１の範囲で±
０．６ｚの精度で読み取り、その後、試験片の伸びに合
わせてズームレンズ８ｂを駆動モータ６により自動的に
移動させ、視野の全体を試験片Ｓの伸びに合わせれば、
伸び率の精度を試験片の切断（例えば、６００χ）まで
、±０．６χの精度で読み取る事が出来るのである。

また、前記上部チャック１ａと下部チャック１ｂに把持
された試験片Ｓの近傍には、第２図に示すように、位置
基準板１１ａ、ｌｌｂが配置され、この位置基準板１１
ａ、ｌｌｂは機枠側に固定されて移動しないようにしで
ある。

この位置基準板１１ａ、ｌｌｂにはそれぞれ基準線ｑ、
ｑが印され、それぞれ試験片Ｓ上の二つの標線Ｑ、　Ｑ
に対応するようにしである。

なお、位置基準板１１ａ、Ｉｌｂは、この実施例では２
枚の位置基準板１１２．１１ｂに分割されたものである
が、１枚の板だけから構成してあってもよい。

なお、位置基準板１１ａ、Ｉｌｂは、機枠側に固定され
ているため、必ずしも設ける必要はなく、前記位置基準
板１１ａ、ｌｌｂの位置に対応するＴＶカメラ９ａ、９
ｂの走査線の数を定数として、予め制御装置に設定し、
これにより測定することも可能である。

上記のＴＶカメラ９ａ、９ｂは、第３図に示すように、
前者のカメラ９ａは試験片Ｓの上部側標線Ｑと位置基準
板９ａの基準線ｑの間の距離すの変化を測定し、また後
者のカメラ９ｂは下部側標線Ｑと位置基準板１１ｂの基
準線ｑの間の距離Ｃの変化を測定するようにしである。

これらの測定によって試験片の伸長率を求めるには、次
のような計算式に基づいて行われる。

即ち、上記試験片Ｓが微小伸長すると、上部側標線Ｑは
長さαの伸長による移動を行い、下部側標線Ｑは長さβ
の伸長による移動を行う。

上記二つの基準線ｑ、ｑ間の距離をａとすれば、初期の
標線Ｑ、　Ｑ間の長さＬｏは、Ｌ、＝ａ−ｂ−ｃ であり、また伸長変形後の長さし、は、Ｌ、＝ａ−ｂ−
α−〇＋β であるから、伸長率εは ε＝　（Ｌ、　−ＬＯ）　／Ｌ＋１ ＝（β−α）／ａ−ｂ−ｃ の式によって算出されることになる。

従って、上記上下部２個所ずつの標線Ｑと基準線ｑとの
間の変形量α、βを読み取ることにより、上記式により
中央演算部４で伸長率εが演算され、プリンター１４に
出力することができるのである。

即ち、それぞれのカメラ９ａ、９ｂは、試験片Ｓの標線
Ｑ、　Ｑ間の距離りを、例えば第３図（ａ）、　（ｂ）
に示した電気信号として検出し、それを映像回路１２で
処理して中央演算部４へ入力するようにしている。

また、映像回路１２で処理された出力信号は、モニター
表示部１３によってモニタリングできるようになってい
る。１４は測定結果を出力するプリンター、１５は測定
に必要なデータを入力するキーボードである。

なお、第３図に示す実施例では、上部側の標線Ｑに対す
る基準線ｑを上方側に位置させ、下部側の標準線Ｑに対
する基準線ｑを下方側に位置させるようにしたが、この
上下の相対関係はこの実施例に限定されることなく任意
であってよい。

上述した引張試験装置におけるＴＶ左カメラａ、９ｂは
、その全視野を試験片Ｓの標線Ｑ。

Ｑ間の距離りに拘束されることなく設定することができ
る。すなわち、ＪＩＳで規定される標線Ｑ、Ｑ間の最小
距離２０開よりも短い長さにも任意に設定することがで
きる。そのため全視野を可及的に小さくすることができ
るため、これらＴＶ左カメラａ、９ｂの測定精度を著し
く向上させることができる。

例えば、ＴＶ左カメラａ、９ｂの有効走査線数を４００
本とし、ズームレンズを使用して全視野を最小標線間距
離２０ｍｍよりも短い１５ｍｍに設定したとする。

このときのＴＶカメラ１０ａ、１０ｂの分解能ｌは、 ｚ＝Ｈ／Ａ＝１５／４００＝０．０３７５ｍｍとなる。

したがって、ＴＶカメラ１０ａ、１０ｂの測定精度は、
標線間距離りが２０ｍｍの試験片に対しては±０．１８
％、２５ｍｍの試験片に対しては±０．１５％、４０ｍ
ｍの試験片に対しては±０．０９％になり、ＴＶカメラ
の測定精度を一段と高精度のものになる。

上述したように、この発明による引張試験装置は、上部
側の標″ｆａＱと、下部側の標線Ｑとをそれぞれ独立し
た局部領域のＴＶ左カメラａ。

９ｂで見るようにすることで、ＴＶカメラの全視野を縮
小することが出来、従って、ＪＩＳで規定されている標
線間距離の最小が２０鶴の場合であっても、この寸法以
上に全視野を扁小して測定することが可能となり、従来
の測定精度の限界を打破して高精度の測定を可能とする
ことが出来るのである。また、ズームレンズ８ｂを備え
た一方のＴＶ左カメラｂのみで両方の標線Ｑを同時に読
み取り、ＴＶ左カメラｂの視野と標線Ｑの間隔が略同じ
ようになるようにズームレンズ８ｂの視野を駆動モータ
１０を介して自動的に移動させる。

このようにすることで、試験片Ｓの引張り初めの微少変
形から、例えば６００χまでの大変形の切断までの伸び
率を高精度に測定することが出来るのである。

〔発明の効果〕

この発明は、上記のように走査装置は、少なくとも一方
にズームレンズを備えた第１の走査装置と、第２の走査
装置とからなり、前記走査装置に設けたズームレンズを
、駆動モータを介して視野を自動的に拡大するように構
成し、前記試験片の近傍に、試験片の測定マークと、全
視野にわたって正確な長さで比較表示する標準長さ板と
、上部及び下部位置板と、標準明るさ板及び標準暗さ板
とを配設したため、引っ張り初めの微少変形から大変形
までの伸び率を高精度に測定することができると共に、
１回の測定操作だけで大きな伸長変形と小さな伸長変形
とを高精度に測定することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による引張試験装置を示す概
略図、第２図は第１図の装置に装着された試験片の部分
を拡大して示す正面図、第３図（ａ）、第３図（ｈ）は
、それぞれ走査装置を使用した引張試験装置の原理を示
す説明図、第４図（ａ）、第４図（ｂ）、及び第４図（
Ｃ）は、それぞれ走査装置を使用した引張試験装置の原
理の他の例を示す説明図である。 ｌａ、ｌｂ・・・上下チャック、６・・・駆動モータ、
８ａ、８ｂ・・・ズームレンズ、９ａ・・・第１の走査
装置（ＴＶカメラ）、９ｂ・・・第２の走査装置（ＴＶ
カメラ）、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・位置基準板、Ｓ・・・
試験片、Ｑ・・・測定マーク（標＆５１）、ｑ・・・基
準線、Ｘ・・・標準量るさ板、Ｙ・・・標準暗さ板、Ｚ
・・・標準長さ板。 代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地色と光学特性が異なる色の測定マークを少なくと
   も一つ施した試験片の両端をチャックで把持し、一方の
   チャックを移動させることにより前記試験片に引張荷重
   を加えながら前記測定マークの引張方向の変化を走査装
   置で走査し、前記測定マークの地色との光学特性の違い
   により出力される電気信号により前記試験片の引張特性
   を測定するようにした引張試験装置において、前記走査
   装置は、少なくとも一方にズームレンズを備えた第１の
   走査装置と、第２の走査装置とからなり、前記走査装置
   に設けたズームレンズを、駆動モータを介して視野を自
   動的に拡大するように構成したことを特徴とする引張試
   験装置。 ２、試験片の近傍に、試験片の測定マークと、全視野に
   わたって正確な長さで比較表示する標準長さ板とを設け
   て成る請求項１に記載の引張試験装置。 ３、試験片の近傍に、上部及び下部位置基準板を配設し
   て成る請求項１または請求項２に記載の引張試験装置。