JPH068531Y2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本考案は、ビッカース硬さ試験機やマイクロビッカース
硬さ試験機等における負荷開始点を正確に検出するよう
にした材料試験機に関する。

Ｂ．従来の技術 この種材料試験機、例えば、ビッカース硬さ試験機で
は、古来より操作者が手動で所定の荷重を試験片に加え
て圧痕を形成して、圧痕の大きさ等から試験片の硬さを
判定していた。しかし近年、電磁力により試験片に所定
の荷重を負荷する硬さ試験機が提案されている。かかる
硬さ試験機では、磁石とコイル部を有する電磁式圧子駆
動部に電流を加えて圧子を試験片に向けて降下させる。
そのとき、電流は徐々に増加、例えば時間に比例して増
加するようになっており、圧子が試験片に接触した時点
の電流値を基準にして、その値からの電流の増加分を求
めて負荷荷重を制御している。

Ｃ．考案が解決しようとする問題点 この種のビッカース硬さ試験機では、圧子の変位を差動
トランス等の変位検出部でモニタしているが、圧痕の深
さの測定においても、圧子が試験片に接触した時点の差
動トランスの出力を基準にしている。従って、この種の
材料試験機においては、圧子が試験片に接触した時点を
正確に検出することが要求されている。

Ｄ．問題点を解決するための手段 本考案では、圧子が試験片に接触した時点を正確に検出
するため、試験片に当接して負荷荷重を与える圧子と、
該圧子の負荷作動を電気的に駆動する駆動部と、前記圧
子の変位量を検出する変位検出部と、その変位量の変化
率が基準値以下になったことを検出する変化率検出器と
を備え、この変化率検出器の出力から前記圧子が試験片
に当接した時点を検出するように構成したものである。

Ｅ．作用 駆動部は制御部からの制御信号により略一定速度で圧子
を降下させる。圧子の変位は変位検出部で逐次検出され
て変化率検出器に入力され、変化率検出器は、その変位
についての入力データから、圧子の変位量が略零になっ
た、すなわち変化率の変化した時点を判別して圧子が試
験片に接触したのを検出する。

Ｆ．実施例 第１図は本考案の一実施例を示し、符号１は圧子駆動部
であり、コイル部１ａおよび永久磁石１ｂを有する。コ
イル部１ａには圧子３が取付けられるとともに、略Ｌ字
状の変位検出バー５も取付けられている。変位検出バー
５の先端は差動トランス７の鉄心７ｂとされている。す
なわち、符号７は差動トランスであり、円筒状のボビン
に巻回されたコイル部７ａと、コイル部７ａの中心に挿
通される鉄心７ｂ（変位検出バー５の先端部に接続され
たもの）を有する。圧子駆動部コイル１ａは制御回路９
と接続され、電流の向きを制御することにより圧子３を
上昇、降下できる。また、コイル１ａと制御回路９との
間には負荷検出部１１が介装され、コイル１ａへの供給
負荷電流が測定される。また、差動トランス７のコイル
部７ａも制御回路９に接続され、変位検出バー５、すな
わち圧子３の変位量に応じた電圧が制御回路９に入力さ
れる。第１図において、１３は試料台を示し、１５は試
料台１３に載置された試験片を示す。また、１７は試験
片に加える負荷荷重を設定する負荷荷重設定器である。

次に第１図に示した材料試験機の動作について説明す
る。今、圧子３は試験片１５に接触していないものとす
る。

制御回路９からコイル１ａに負荷電流を供給すると、圧
子３は下降を開始する。ここで、負荷電流は、第２図に
符号Ａ′で示すように時間に比例して増加するように制
御される。このとき、コイル１ａにより生起する発生力
は負荷電流に比例するので、符号Ａ０で示すように増加
する。従って、圧子３は第２図に符号Ｂで示すように直
線的に変位していく。その変位量は差動トランス７によ
りモニタされて制御回路９に送られる。

圧子３が試験片１５に接触すると、圧子３の降下速度は
急速に低下し、第２図の時点t1に示すように、差動トラ
ンス７で測定された変位量の変化はほとんど零となる。
発生力Ａ０は点Ａ１に達する。負荷電流はその後も一律
に増大していくので、接触以後の圧子駆動部１の作動に
よる力は、試験片１５に負荷荷重Ａとして作用する。そ
して圧子３は試験片１５に喰い込み始め、これにより試
験片１５の表面に圧痕が生じる。なお、硬度の高い試験
片では、負荷荷重が増加してもほとんど圧子３が食込ま
ない場合も十分あり得る。

制御回路９は差動トランス７の出力信号を受けて、その
出力信号を変位量に比例したアナログ変位信号とし、そ
の変位信号、すなわち変位量の変位率を測定する。そし
て、その変化率が予め定めた基準値より小さくなったと
きをもって圧子３が試験片に接触した時点と判定する。

このような変化率の測定を以下第３図に示すフローチャ
ートを参照して説明する。

所定のタイミングで第３図に示すプログラムが起動され
ると、まず、ステップＳ１では試験片１５に加えるべき
負荷荷重ＬＲを負荷荷重設定器１７の出力から読込み、
その値ＬＲを記憶領域Ｌ１に格納する。この負荷荷重Ｌ
Ｒは、試験開始前に予め操作者が設定するものである。
次いで、ステップＳ２では負荷検出部１１の出力信号に
基づいて現在の負荷荷重Ｌｉ（圧子３が試験片１５に接
触していない時点では発生力である）を読込みその値Ｌ
ｉを記憶領域Ｌ１に格納する。次いでステップＳ３で
は、差動トランス７の出力から現在の変位量Ｄｉを読込
み、その値Ｄｉを記憶領域Ｄ１に格納する。ステップＳ
４において、今回読込まれた変位量Ｄｉから、前回読込
まれて記憶領域Ｄ２に格納された前回の変位量Ｄ２を減
算してΔＤを求める。ステップＳ５に進むと、記憶領域
Ｄ１の値を記憶領域Ｄ２にシフトする。従って、記憶領
域Ｄ２には前回取込まれたデータが格納されたことにな
る。

ステップＳ６では、フラグｆが１か否かを判別して、否
定判別されるとステップＳ７に進む。ステップＳ７で
は、ΔＤが、変位量の変化率についての基準値ＲＥＦ未
満か否かを判定し、肯定判定されるとステップＳ８に進
んでフラグｆを立てる。ステップＳ９では、記憶領域Ｄ
２の値を記憶領域Ｄ０にシフトするとともに記憶領域Ｌ
２の値を記憶領域Ｌ０にシフトする。ステップＳ１０で
は、今回読込まれた負荷荷重Ｌｉの値Ｌ２から、変位量
の変化率が基準値未満と判定されてたきにステップＳ９
において記憶領域Ｌ０に格納されたデータＬ０を減算し
てΔＬを求める。そして、ステップＳ１１で、記憶領域
Ｌ１に格納された負荷荷重ＬＲとΔＬが等しいか否かを
判定する。もし等しければステップＳ１２において負荷
電流をオフするとともに、記憶領域Ｄ２のデータから記
憶領域Ｄ０のデータを減算して圧痕の深さＤＦを求め
る。

ステップＳ６で肯定判定された場合には既に圧子３が試
験片１５に接触したことが検出されているのでステップ
Ｓ１０にジャンプする。また、ステップＳ７で否定判定
された場合には、未だ圧子３が試験片１５に接触してい
ないのでステップＳ２にジャンプして再度負荷荷重（発
生力）Ｌｉを読込む。一方、ステップＳ１１で否定判定
された場合には、未だ負荷荷重（発生力）が設定値に達
していないのでステップＳ２にジャンプする。

要するに本実施例では、変位量の変化率ΔＤが基準値Ｒ
ＥＦより小さくなったときをもって圧子の接触時点とす
るとともに、その時点の負荷荷重値Ｌ０（第２図参照）
を読込んで記憶し、その値からの負荷荷重の増加分ΔＬ
を監視して負荷を制御し、それにより設定した負荷荷重
が与えられているか否かを判定している。同様に、圧子
の接触時点における変位量Ｄ０を記憶し、負荷電流をオ
フした時点の変位量Ｄｆから変位量Ｄ０を減算して圧痕
の深さを測定している。

なお、圧子の変位の変化量が、第２図に示すように試験
片に接触して暫く零の場合には基準値ＲＥＦを零に設定
すればよいが、実際には、変位特性は第４図に示すよう
になる場合が多いので、基準値ＲＥＦを零より大きい所
定の値にするのが好ましい。

また、以上の説明では、硬さ試験機について説明した
が、硬さ試験機に限らず、圧子等の接触子を試験片や試
料等に接触させ、その接触点を基準として各種の値を制
御したり、種々の値を測定する材料試験機にも本考案を
適用できる。

Ｇ．考案の効果 本考案によれば、圧子変位量の変化を監視することによ
り圧子が試験片に接触した時点を検出するようにしたの
で、廉価でコンパクトな材料試験機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロック図、第２図は
発生力曲線Ａｏ、負荷荷重曲線Ａ、負荷電流曲線Ａ′お
よび変位量曲線Ｂを示すグラフ、第３図は本考案の一手
順例を示すフローチャート、第４図は変位量曲線Ｂの他
の例を示すグラフである。 １：圧子駆動部、３：圧子 ７：差動トランス、９：制御回路 11：負荷検出部、15：試験片

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片に当接して負荷荷重を与える圧子
   と、該圧子の負荷作動を電気的に駆動する駆動部と、前
   記圧子の変位量を検出する変位検出部と、その変位量の
   変化率が基準値以下になったことを検出する変化率検出
   器とを備え、この変化率検出器の出力から前記圧子が試
   験片に当接した時点を検出するように構成したことを特
   徴とする材料試験機。