JPH0363542A - 材料試験機 - 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】

Ａ、産業上の利用分野 本発明は、供試体の荷重−変位特性を精度よく測定する
材料試験機に関する。 Ｂ、従来の技術 従来から、例えばテーブル上に一対の支柱を立設させそ
こにクロスヘツドを横架して成る負荷枠内に供試体を設
置し、供試体を負荷しながらロードセルとパルスエンコ
ーダ等によって荷重と変位とを測定する材料試験機が知
られている６また、上述した材料試験機の負荷枠はそれ
自体が負荷によって変形することが知られており、この
変形分を補正して正確なたわみ量を得るものに実開昭５
７−１５５４６５号公報「たわみ補正核材料試験機」が
ある。このたわみ補正核材料試験機では、負荷枠自体の
荷重に対するたわみ量を関数式あるいは数表から求めて
実際に測定した供試体のたわみ量を補正する。 ところで、このような材料試験機で圧縮−引張（両振り
）試験を行う場合、それぞれ別々に作成され記憶されて
いる圧縮荷重に対する片振り補正データと引張荷重に対
する片振り補正データとを合成して全体の両振り補正デ
ータとして使用していた。第５図（ａ）に負荷枠に圧縮
荷重を加えた場合の片振り補正データを、同図（ｂ）に
負荷枠に引張荷重を加えた場合の片振り補正データをそ
れぞれ示す、また、同図（Ｑ）にこれらの補正データを
合成した圧縮、引張荷重（両振り）の補正データを示す
。同図（Ｃ）における荷重およびたわみ量は正側が引張
に負側か圧縮に対応している。 Ｃ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、負荷枠に両振り荷重を与えたときの荷重
−たわみ特性は第５図に示すとおりヒステリシスを有し
ており、単に圧縮荷重の補正データと引張荷重の補正デ
ータとを合成して全体の補正データを得ていたのでは補
正の精度が悪くなるという問題点があった。 すなわち、圧縮荷重から引張荷重あるいは引張荷重から
圧縮荷重へ負荷方向が変わるとき、実際は第５図（ｃ）
に点線で示すように荷重−変位に連続して曲線が描かれ
るのに、補正データは点ａ→０あるいは点ｂ→０へ折曲
って不連続となり精度のよいたわみ補正ができなかった
。 本発明の技術的課題は、両振り試験時の真のヒステリシ
スを考慮した負荷枠の荷重−たわみ特性によって０（試
体の荷重−変位特性を補正することにある。 ０９課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図に対応づけて本発明を説明すると
１本発明は、一対の対向部材の間に供試体５Ｐｔｉ−設
置して負荷するアクチュエータ］、　Ｏｅと、供試体ｓ
ｐの負荷荷重を検出する荷重検出手段１２と、供試体ｓ
ｐの変位を検出する変位検出手段１３．２５とを備え、
供試体ｓｐに圧縮荷重と引張荷重とを交互に加えるよう
にした材料試験機に適用される。そして上述の技術的課
題は、供試体を！９置しない状態で負荷枠ＬＦに圧縮荷
重と引張荷重とを交互に加え負荷枠の両振り荷重−たわ
み特性を記憶する記憶手段２２と、供試体ｓｐに圧縮荷
重と引張荷重とを交互に加えて荷重検出手段１２で検出
された荷重と変位検出手段１３゜２５で検出された変位
とから得られる供試体ＳＰの両振り荷重−変位特性に対
して負荷枠ＬＦの両振り荷重−たわみ特性で補正する補
正手段２１とを具備することにより解決される。 Ｅ０作用 記憶手段２２には両振り荷重を与えたときのヒステリシ
スを有する負荷枠Ｌ　Ｆの荷重−たわみ特性が記憶され
ている。供試体ＳＰに圧縮荷重と引張荷重とを交互に加
えながら荷重と変位とを検出する。記憶手段２２に記憶
した負荷枠

【、Ｆの荷重−たわみ特性はヒステリシスを
有しているため同一の荷重に異なる２つのたわみ量が対
応しており、加える荷重の増減状態に従って何れか一方
のたわみ量を補正データとして供試体の荷重−変位特性
を補正する。したがって、圧縮→引張、引張→圧縮への
移行時の補正データに連続性があり、両振り試験におい
て負荷枠のたわみ分を除去した正確な結果が得られる。 なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
１本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。 Ｆ、実施例 第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図である。同
図において、１０は供試体ＳＰに圧縮荷重と引張荷重と
を交互に加える試験機本体であり、この試験機本体１０
は負荷枠ＬＦを備えている。 負荷枠Ｌ　Ｆは、テーブル１０ｄ上に立設された一対の
ねじ棹１０　ｋ、　１０ｍの上端にヨーク］、　Ｏａを
横架するとともに、ねじ棹１０に、１．０ｍにクロスヘ
ツド１０ｂを螺合して構成される。テーブル１０ｄには
負荷用のモータ１０ｅが設置され、このモータ１０ｅの
回転は、変速機１１を介して一対のねじ棹１０　ｋ、　
１０ｍに伝達され、ねじ棹１０　ｋ、　１０ｍの回転に
よりクロスヘツド］−０ｂが昇降する。 クロスヘツド１０ｂにはロードセル１２を介して上つか
み具１０ｃが、テーブル１０ｄには下つかみ具１０ｆが
設けられる。１３は供試体ＳＰの変位を検：Ｂするため
のパルスエンコーダであり。 変速機１１の回転あるいはねじ棹１０　ｋ、　１０ｍの
回転に応じたパルスを出力する。 試験機本体１０を制御する制御系は全体を制御する制御
回路２１と、負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性を記憶する
メモリ２２と、圧縮−引張試験の諸データ（最大伸び量
、最大縮み量、伸縮速度などのデータ）の入力を行う操
作部２３と、パルスエンコーダ１３から出力されるパル
スに応じた計数動作を行うカウンタ２５と、パルスエン
コーダ】３の出力パルス周波数を電圧に変換するＦＶ変
換回路２６と、制御回路２１内の速度設定部２４が発生
した電圧パターン波形とＦＶ変換回路２６の出力電圧と
の偏差を求める加算器２７と、この偏差信号に応じてモ
ータｌ０ＦＩの速度すなわち回転数を制御するモータ制
御回路２８とを有する。 パルスエンコーダ１３は変速機１１で減速されたモータ
１０ｅの回転数に対応した周波数のパルスを出力する。 従ってこのパルス出力は一対のねじ棹１０に、１０ｍの
回転数すなわち供試体ＳＰの変位に対応しており、制御
回路２１はカウンタ２５によってこのパルス数を計数す
ることによって供試体ＳＰに与えた変位量を知ることが
できる。 制御回路２１内の速度設定部２４は、操作部２３から入
力された上記諸データに基づいてモータ１０ｅの回転数
を設定するための電圧パターン波形を発生する。この電
圧パターン波形は加算器２７に入力され、そこでＦＶ変
換回路２６の出力すなわち現在のモータ１０ｅの回転数
に応じた電圧との偏差を求め、その偏差信号がモータ制
御回路２８に入力される。モータ制御回路２８は、電圧
パターン波形のある瞬間値と現在の回転数に応じた電圧
との差が零になるようにモータ］、　Ｏｅを制御するの
で、電圧パターン波形で示された電圧に応じた所定の変
位が負荷枠ＬＦや供試体ｓｐに与えられることになる。 また、上述した材料試験機の制御系は、ロードセル１２
が検出した荷重信号を増幅するアンプ２９と、アンプ２
９の増幅出力（アナログ信号）をデジタルデータに変換
するＡ／Ｄ　（アナログデジタル）変換器３０と、供試
体ｓｐの荷重−変位特性をグラフ化して出力する記録計
３１と、制御回路２１から出力されるデジタルデータを
電圧に変換して記録計３１に入力するＤ／Ａ変換器３２
と、ＣＲＴ　（陰極線管）で構成され制御回路２１の処
理結果を表示する表示装置３３とを有する。 ロードセル１２の荷重信号はアンプ２９で増幅されＡ／
Ｄ変換器３０でデジタルの荷重データに変換されて制御
回路２１に入力される。制御回路２１は、カウンタ２５
の計数値によって負荷枠ｔ、　Ｆあるいは供試体ＳＰに
与えている変位を知ることができるため、この変位とＡ
／Ｄ変換器３０から入力される荷重データとをサンプリ
ングすることにより供試体ＳＰの荷重−変位特性あるい
は負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性の測定を行う。 次に動作について説明する。 最初に、供試体ｓｐを設置しない状態で負荷枠ＬＦの両
振り補正データを測定する。第２図は補正データ作成の
フローチャートを示す。 まず、制御回路２１の制御によってヒステリシスループ
の１周分が含まれるような圧縮−引張荷重を加える（ス
テップＳ１）、速度設定部２４から所定の電圧パターン
波形を出力し、この電圧パターン波形に従ってモータ１
０ｅの回転数を制御することにより所定の変位を与えて
荷重を加える。 荷重を加える順序としては１例えば最初に引張荷重を加
え、続いて引張荷重を減じていって圧縮荷重を増してい
き、さらに続いて圧縮荷重を減じていって引張荷重を増
していく。 次に、制御回路２１は圧縮荷重と引張荷重の繰り返し回
数が所定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ２
）、所定回数に達しないときはステップＳ１に戻って圧
縮荷重と引張荷重を繰り返し加える。圧縮荷重と引張荷
重の繰り返し回数が所定同数に達すると１次に制御回路
２１は負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性の測定を行う（ス
テップＳ３）、圧縮荷重と引張荷重とを所定回数繰り返
して加えることにより荷重−たわみ特性のヒステリシス
が安定するから、この安定した特性を両振り補正データ
として測定する。制御回路２１は、Ａ／Ｄ変換器３０か
ら入力される荷重データと、カウンタ２５から入力され
る変位データとの関係を、圧縮荷重と引張荷重のｔ周期
分順次サンプリングし、圧縮、引張荷重の増減状態とと
もにメモリ２２に記憶して（ステップＳ４）、補正デー
タの測定を終了する。 第３図にこのようにして得られた負荷枠の荷重−たわみ
特性を示す。図において、縦軸は荷重を示しており正側
が引張荷重に、負側か圧縮荷重に対応している。また横
軸は変位を示しており、正側が引張荷重に対する負荷枠
の伸び量に、負側か圧縮荷重に対する負荷枠の縮み量に
対応している。 実線Ａは引張荷重を減少させ圧縮荷重を増加するときの
荷重−たわみ特性を、−点鎖線８は、圧縮荷重を減少さ
せ引張荷重を増加するときの荷重−たわみ特性を示して
いる。ステップＳ１およびステップＳ２を繰り返すこと
により実線Ａおよび一点鎖線Ｂで示した荷重−変位特性
が安定し、ステップＳ３でサンプリングされた実＆ｆ、
Ａおよび一点鎖線ｎが個別に指定可能な状態でメモリ２
２に格納される。 この補正データの作成は、メーカ側が出荷時に行ないＲ
ＯＭに格納してユーザに提供するのが一般的であるが、
フロッピーディスクなどの磁気メモリに格納してユーザ
に提供してもよい。フロッピーディスクなどを用いると
、新たな治具を用いるときにユーザ側で補正データの更
新を簡単に行うことができる。 次に、供試体ｓｐの荷重−変位特性を計測して補正する
動作を第４図のフローチャートに基づいて説明する。 まず、供試体ＳＰを上っかみ具１０ｃと下つかみ具↓Ｏ
ｆとの間に設置しくステップ５１１）、引張荷重と圧縮
荷重とを交互に加え負荷枠Ｉ、　Ｆの荷重−たわみ特性
を包含した荷重−変位特性をＡ／Ｄ変換器３０の出力と
カウンタ２５の出力とによりサンプリングする（ステッ
プ５１２）。各サンプリング点における荷重データおよ
び変位データは、荷重状態情報とともにメモリ２２に格
納する。この荷重状態情報とは、引張荷重を減少させて
圧縮荷重を増加する状態にあるのかあるいは圧縮荷重を
減少させて引張荷重を増加する状態にあるのかを識別す
るための情報であり、これらの状態を識別するために例
えば１ビツトの識別子が割り当てられている。 ステップＳ１２におけるサンプリングが終了すると１次
に制御回路２１はメモリ２２に格納した各サンプリング
データを読み出してこのサンプリングデータの荷重状態
を判定する。引張荷重を減少させ圧縮荷重を増加する状
態にあるか否かを各サンプリングデータと一緒に格納し
た識別子によって判定しくステップ５１３）、肯定判断
すると第３図の実線Ａで示した補正データをメモリ２２
から読み出し、着目しているサンプリング点の荷重デー
タに基づいて変位データを補正する（ステップＳ１４）
。具体的にはサンプリング点の荷重に対応した実線Ａ上
の変位データを読み出し、サンプリング点の変位データ
から減算して補正する。 ステップＳ１３で否定判断すると、同様にして第３図の
一点鎖ＢＢで示した補正データをメモリ２２から読み出
して着目しているサンプリング点の荷重データに基づい
て変位データを補正する（ステップ５１５）。 あるサンプリング点についての補正が終了すると１次に
制御回路２１はすべてのサンプリング点について補正が
終了したか否かを判定しくステップ５１６）、否定判断
の場合には補正が未終了のサンプリング点についてステ
ップＳ１３以降の処理を繰り返す。全サンプリング点に
ついて補正が終了すると、補正した荷重−変位特性を出
力する（ステップ５１７）。制御回路２１から出力した
補正後の荷重データおよび変位データを表示装置３３に
表示したり、Ｄ／Ａ変換器３２を介して記録計３１に描
かせる。 このように、予め負荷枠ｒ６Ｆに両振り荷重を与えて荷
重−たわみ特性のヒステリシスカーブを補正データとし
て記憶し、この補正データにより供試体の荷重−変位特
性を補正するようにした。したがって、引張→圧縮、圧
縮→引張に移行する際の補正データに連続性があるから
、従来よりも補正精度が向上する。 なお、以」二ではバッチ処理により荷重−変位のデータ
を補正するようにしたがリアルタイムで補正してもよい
。また、負荷枠の荷重−たわみ特性は上下つかみ具によ
り異なるので、使用する治具ごとに予め荷重−たわみ特
性を測定してそれらをメモリ２２に記憶しておき、試験
時に使用治具を操作部２３から指定して選択するように
してもよい。さらに、負荷枠をねじ棹式にしたがこれに
限定されず洲圧シリンダ方式などでもよい。 Ｇ０発明の詳細 な説明したように本発明においては１両振り荷重時の負
荷枠の荷重−たわみ特性を予め採取しておき、測定した
供試体の荷重−たわみ特性をその荷重−たわみ特性によ
って補正するようにしたので、補正の精度を上げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第（図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
補正データ作成に関する一実施例のフローチャート、第
３図は負荷枠のヒステリシスを有する荷重−たわみ特性
の説明図、第４図は供試体の荷重−変位特性測定に関す
る一実施例のフローチャー１・、第５図は従来例の補正
データ合成の説明図である。 ■０：試験機本体　１０ｂ：クロスヘッド１０ｃ：上つ
かみ具　１０ｄ：テーブル１０ｅ：モータ　　　１０ｆ
：下つかみ具１１：変速機　　　　１２：ロードセルエ
３：パルスエンコーダ ２１：制御回路　　　２２：メモリ ２５：カウンタ　　　２６　：　ＦＶ変換器２７：加算
器　　　　２９：アンプ ２８：モータ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の対向部材の間に供試体を設置して負荷するための
   負荷枠と、この供試体を負荷するアクチュエータと、供
   試体の負荷荷重を検出する荷重検出手段と、供試体の変
   位を検出する変位検出手段とを備え、前記供試体に圧縮
   荷重と引張荷重とを交互に加えるようにした材料試験機
   において、供試体を設置しない状態で前記負荷枠に圧縮
   荷重と引張荷重とを交互に加え負荷枠の両振り荷重−た
   わみ特性を記憶する記憶手段と、前記供試体に圧縮荷重
   と引張荷重とを交互に加えて前記荷重検出手段で検出さ
   れた荷重と変位検出手段で検出された変位とから得られ
   る供試体の荷重−変位特性に対して前記負荷枠の両振り
   荷重−たわみ特性で補正する補正手段とを具備すること
   を特徴とする材料試験機。