JPH0726900B2 - 材料試験機の過負荷防止装置 - Google Patents

材料試験機の過負荷防止装置

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JPH0726900B2
JPH0726900B2 JP30206887A JP30206887A JPH0726900B2 JP H0726900 B2 JPH0726900 B2 JP H0726900B2 JP 30206887 A JP30206887 A JP 30206887A JP 30206887 A JP30206887 A JP 30206887A JP H0726900 B2 JPH0726900 B2 JP H0726900B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、材料試験機において、試験片をチャッキン
グする際に生じる過大負荷を防止する装置に関する。
B.従来技術 第3図を参照して試験片チャッキング時に生じる過大負
荷について説明する。
同図において、符号1は固定負荷ロッド、2は昇降負荷
ロッドをそれぞれ示している。試験片3の上端は、ねじ
止めや油圧クランプなどの適宜な手段によって、固定負
荷ロッド1に取り付けられている。そして、試験片3の
下端を昇降負荷ロッド2に取り付けるために、図示しな
いアクチュエータが変位制御されることによって、昇降
負荷ロッド2が上昇する。
ところで、昇降負荷ロッド2と試験片3とを取りつける
ために、両者を接触させる必要があるから、第3図に示
すように変位制御の目標値Lは、試験片3の下端よりも
少し上の位置に設定されている。したがって、昇降負荷
ロッド2と試験片3とが接触したときに、昇降負荷ロッ
ド2は目標値Lにまで達していないので、変位制御機構
はアクチュエータを駆動して、昇降負荷ロッド2をさら
に上昇させようとする。その結果、試験片3に過大負荷
が加わる。このような過大負荷が試験片3に作用する
と、試験片3によっては塑性変形などが生じ、その材料
特性値が変化するため、正確な試験を行うことができな
くなることもある。
そこで、このような試験片チャッキング時に生じる過大
負荷を防止するために、第4図に示すような過負荷防止
装置が用いられている。
以下、第4図を参照して従来の材料試験機の過負荷防止
装置の構成を説明する。
同図において、符号4は電気油圧式の材料試験機本体を
示している。材料試験機本体4の固定負荷ロッド1の上
端には、試験片3に作用する負荷荷重を検出するための
荷重検出器5が設けられている。昇降負荷ロッド2は、
複動式の油圧アクチュエータ15に連結されている。油圧
アクチュエータ15に関連して、これに供給する油流量を
調整するためのサーボ弁6および油圧アクチュエータ15
のピストン変位を検出する変位検出器7が設けられてい
る。
過負荷防止装置は、荷重目標値が零荷重に設定された荷
重制御機構と、油圧アクチュエータ15のピストン変位
(即ち、昇降負荷ロッド2の変位)を制御する変位制御
機構とから構成されている。
荷重制御機構は、荷重検出器5、前記荷重検出器5の出
力を増幅する荷重増幅器8、荷重増幅器8と荷重目標値
S1との偏差を増幅する誤差増幅器9、誤差増幅器9の出
力を与えられるサーボ増幅器10、サーボ増幅器10の出力
を与えられるサーボ弁6などから構成されており、前記
荷重目標値S1は零荷重に設定されている。
一方、変位制御機構は、変位検出器7、変位検出器7の
出力を増幅する変位増幅器11、変位増幅器11と変位設定
器12との偏差をスイッチSW1を介して与えられるサーボ
増幅器10およびサーボ弁6などから構成されている。
以下、その動作を説明する。
昇降負荷ロッド2を変位制御によって上昇させるにあた
り、スイッチSW1はON状態にされる。続いて変位設定器1
2のツマミがオペレータによって適宜に調整されること
により、昇降負荷ロッド2の設定位置Lに対応した変位
目標値S2が設定される。変位制御機構は、この変位目標
値S2と、検出変位r3との偏差r2が零になる方向に油圧ア
クチュエータ15を駆動して昇降負荷ロッド2を上昇させ
る。
上昇した昇降負荷ロッド2が試験片3の下端に接触する
と、試験片3に反力が生じ、この反力が荷重検出器5に
よって検出される。荷重増幅器8で増幅されて帰還され
る負荷荷重をr1で示す。負荷荷重r1と零荷重に設定され
た荷重目標値S1との負荷偏差εが、誤差増幅器9に与
えられる。誤差増幅器9の出力εと変位偏差r2との偏
差εがサーボ増幅器10に与えられる。
荷重制御機構は、前記偏差εが零になるように、出力
εと変位偏差r2とをバランスさせる。したがって、変
位偏差r2を打ち消すに必要な出力εに相当するだけの
負荷荷重r1が試験片3に作用する。
このように荷重目標値が零荷重に設定された荷重制御機
構の働きによって、変位制御機構の働き、即ち、昇降負
荷ロッド2を設定位置Lにまで上昇させようとする動き
が制限されるので、試験片3に作用する負荷荷重は、第
5図に実線で示したように、比較的に小さな負荷荷重r1
に抑えられる。
試験片3と昇降負荷ロッド2とのチャッキングが完了す
ると、スイッチSW1がOFF状態に切り換えられる。これに
より、荷重目標値S1が零に設定された荷重制御機構だけ
が動作することになり、試験片3に作用する負荷荷重は
第5図に実線で示すように、零荷重に移行する。
C.発明が解決しようとする問題点 上述した従来の過負荷防止装置によれば、昇降負荷ロッ
ド2が試験片3に接触したときに生じる負荷荷重r1は、
変位偏差r2、即ち、変位設定器12によって設定される変
位目標値S2の大きさによって左右される。そのため、オ
ペレータが誤って変位設定器12のツマミを大きく動かし
たために、変位目標値S2の値が大きくなると、これにバ
ランスさせるために、負荷荷重r1が第5図に鎖線で示す
ように上昇して、試験片3に過大負荷が加わる。
さらに、従来装置によれば、試験片3の下端と昇降負荷
ロッド2とを、例えば、ネジ止め、油圧クランプなどで
固定する際に荷重(外乱荷重)が発生すると、上述した
変位偏差r2によって生じた負荷荷重r1に前記外乱荷重が
上乗せされて、さらに大きな負荷が試験片3に作用する
ことになる。
このように、従来装置によれば、変位設定器12を誤って
過大に設定した場合や、チャッキング時に外乱荷重が生
じた場合に、試験片3に不測の過大負荷を与えることが
あり、そのため、試験片3に塑性変形などが生じて、そ
の特性値が変化し、正確な試験の実施が妨げられるとい
う問題点がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、変位設定器を過大に動かしたときや、試験片に外
乱荷重が加わった場合にも、試験片に過大負荷が加わら
ないようにした過負荷防止装置を提供することを目的と
している。
D.問題点を解決するための手段 この発明は、上記問題点を解決するために次のような構
成を備えている。
即ち、この発明に係る材料試験機の過負荷防止装置は、
負荷荷重と荷重目標値との偏差(負荷偏差)が零になる
ように負荷部を荷重制御する荷重制御機構と、前記負荷
部の変位と変位目標値との偏差が零になるように前記負
荷部を変位制御する変位制御機構とを備え、前記荷重目
標値が零荷重に設定されている材料試験機の過負荷防止
装置において、前記負荷荷重の許容値を設定する許容荷
重設定手段と、前記許容荷重設定手段に設定された許容
値と前記負荷偏差とを比較し、前記負荷荷重が許容値を
超えるときに所定の信号を出力する荷重比較手段と、前
記荷重比較手段から所定の信号を与えられることによ
り、前記負荷偏差を積分し、その積分値によって、前記
荷重制御機構の操作量を修正する操作量修正手段とを備
えたことを特徴としている。
E.作用 この発明に係る過負荷防止装置によれば、試験片に作用
する負荷荷重が許容値を超えた場合に、負荷荷重と荷重
目標値との偏差が積分され、その積分値によって荷重制
御機構の操作量が修正されるので、変位目標値か誤って
大きく設定された場合や、チャッキング時に外乱が作用
した場合にも、試験片に加わる負荷が抑制される。
F.実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、この発明の一実施例の構成の概略を示したブ
ロック図である。
同図において、第4図で説明した従来装置と同一の構成
部分は、同一符号を付して示されている。なお、負荷部
13は、第4図におけるサーボ増幅器10、サーボ弁6およ
び油圧アクチュエータ15に対応している。
この実施例において、荷重制御機構は、誤差増幅器9、
負荷部13、試験片3、荷重検出器5および荷重増幅器8
からなる制御ループによって構成されており、荷重目標
値S1は零荷重に設定されている。一方、変位制御機構
は、変位検出器7、変位増幅器11、変位増幅器11の出力
r3と変位目標値S2との偏差r2をスイッチSW1を介して与
えられる負荷部13からなる制御ループによって構成され
ている。
許容荷重設定器21,22は、試験片3に作用する負荷荷重
の許容値を設定する手段で、この発明における許容負荷
荷重設定手段に対応している。許容荷重設定器21の設定
値S3は、比較器23の負入力端子に基準入力として与えら
れる。許容荷重設定器22の設定値S4は比較器24の正入力
端子に基準入力として与えられる。比較器23の正入力端
子および比較器24の負入力端子には、負荷荷重r1と荷重
目標値S1との偏差(負荷偏差)εがそれぞれ与えられ
る。比較器23,24は、この発明における荷重比較手段に
対応している。
比較器23,24の各出力は、ORゲート25を介してRSフリッ
プ・フロップ26のS端子に入力される。RSフリップ・フ
ロップ26のQ出力は、スイッチ回路SW2および誤差積分
器27のコントロール信号としてそれぞれ与えられる 誤差積分器27は、スイッチ回路SW2を介して与えられた
負荷偏差εを積分する。その積分値εによって、誤
差増幅器9の出力である操作量εが修正される。誤差
積分器27は、この発明における操作量修正手段に対応し
ている。なお、押しボタンスイッチSW3は、RSフリップ
・フロップ26のリセット用のスイッチである。
つぎに、上述した実施例の動作を説明する。
昇降負荷ロッド2を上昇させるにあたり、変位制御機構
を働かせるために、スイッチSW1がON状態にされる。こ
のとき、荷重制御機構の荷重目標値S1は零荷重に設定さ
れている。さらに、押しボタンスイッチSW3がプッシュ
オンされて、RSフリップ・フロップ26がリセットされ
る。
つぎに昇降負荷ロッド2を上昇させるために、オペレー
タによって変位設定器12のツマミが操作され、変位目標
値S2が設定される。これにより、変位目標値S2と検出変
位r3との偏差r2が少なくなるように、負荷部13が駆動さ
れることによって、昇降負荷ロッド2が上昇する。
試験片3の下端に昇降負荷ロッド2が接触すると、試験
片3に反力が発生する。この反力は荷重検出器5によっ
て検出され、その検出信号は荷重増幅器8で増幅され
る。負荷荷重r1と荷重目標値S1との偏差ε(このと
き、荷重目標値S1は零荷重であるから、r1=εにな
る)が、許容荷重S3およびS4で設定された許容範囲内で
あれば、比較器23および24の出力は、『L』レベルのま
まであるから、Q出力は『L』レベルを維持する。した
がって、負荷荷重r1が許容範囲内であれば、誤差積分器
27は動作しない。
一方、オペレータが変位設定器12の変位目標値S2を過大
に設定したときや、昇降負荷ロッド2に試験片3の下端
をチャッキングするときに外乱荷重εが加わると、試
験片3に作用する負荷荷重r1が増大する。その結果、負
荷偏差εが許容荷重S3またはS4を超えると、比較器23
または24の出力が『H』レベルに反転し、RSフリップ・
フロップ26のS端子に『H』レベルが入力される。これ
により、RSフリップ・フロップ26のQ出力が『H』レベ
ルに反転し、スイッチ回路SW2がON状態になるととも
に、誤差積分器27が動作状態になる。
そうすると、負荷偏差εがスイッチ回路SW2を介して
誤差積分器27に与えられる。誤差積分器27は、この負荷
偏差εを積分し、その積分値εを出力する。この積
分値εは、誤差増幅器9から出力された操作量ε
少なくなるように加え合わされる。誤差積分器27は、一
旦動作状態に入ると、次にRSフリップ・フロップ26がリ
セットされるまでの間、動作状態を維持する。したがっ
て、第2図に示すように、許容範囲に達した負荷荷重r1
は、誤差積分器27の働きによって、次第に零になるよう
に制御される。
昇降負荷ロッド2と試験片3との取り付けが完了する
と、スイッチSW1がOFF状態に切り換えられて、変位制御
動作が解除される。また、押しボタンスイッチSW3がプ
ッシュオンされて、誤差積分器27が非動作状態に戻され
る。これ以後は、荷重制御機構だけの働きによって、試
験片3に作用する荷重が零になるように制御される。試
験片3の特性を試験するにあたっては、荷重目標値S1
所定の荷重値に設定され、一般的な荷重制御機構の働き
によって、その設定値に応じた負荷荷重が試験片3に加
わる。
なお、上述の実施例では材料試験を行うにあたり、誤差
積分器27を非動作状態にしたが、荷重目標値S1を頻繁に
変化させないで試験を行う場合には、誤差積分器27を試
験中に動作状態にすることによる若干の応答遅れが問題
にならないので、試験期間中、誤差積分器27を動作状態
にしておいてもよい。この場合、次の試験を行うために
新たな試験片をチャッキングする前に、押しボタンスイ
ッチSW3をプッシュオンして、RSフリップ・フロップ26
をリッセトすればよい。
G.発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る材料試
験機の過負荷防止装置は、試験片に作用する負荷荷重が
許容値を超えた場合に、負荷偏差を積分し、その積分値
によって荷重制御機構の操作量を修正するようにしたの
で、変位目標値が過大に設定された場合や、試験片をチ
ャッキングする際に外乱荷重が加わっても、試験片に作
用する負荷荷重は許容範囲内になるように制御される。
したがって、この発明によれば、試験片に不測の過大荷
重が加わって、試験片の特性値を変化させることがない
ので、試験片を正しく試験することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る材料試験機の過負荷
防止装置の構成の概略を示したブロック図、第2図は前
記実施例における負荷荷重の変化を示した波形図、第3
図は試験片と昇降負荷ロッドとのチャッキングの説明
図、第4図は従来の過負荷防止装置の構成の概略を示し
たブロック図、第5図は前記従来装置の負荷荷重の変化
を示した波形図である。 3……試験片、5……荷重検出器 7……変位検出器、8……荷重増幅器 9……誤差増幅器、11……変位増幅器 12……変位設定器、13……負荷部 21,22……許容荷重設定器 23,24……比較器 26……RSフリップ・フロップ 27……誤差積分器 S1……荷重目標値、S2……変位目標値 S3,S4……許容荷重設定値 r1……負荷荷重、r2……変位偏差 r3……検出変位、ε……負荷偏差 ε……操作量、ε……外乱 ε……積分値

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷荷重と荷重目標値との偏差(負荷偏
    差)が零になるように負荷部を荷重制御する荷重制御機
    構と、前記負荷部の変位と変位目標値との偏差が零にな
    るように前記負荷部を変位制御する変位制御機構とを備
    え、前記荷重目標値が零荷重に設定されている材料試験
    機の過負荷防止装置において、前記負荷荷重の許容値を
    設定する許容荷重設定手段と、前記許容荷重設定手段に
    設定された許容値と前記負荷偏差とを比較し、前記負荷
    荷重が許容値を超えるときに所定の信号を出力する荷重
    比較手段と、前記荷重比較手段から所定の信号を与えら
    れることにより、前記負荷偏差を積分し、その積分値に
    よって、前記荷重制御機構の操作量を修正する操作量修
    正手段とを備えたことを特徴とする材料試験機の過負荷
    防止装置。
JP30206887A 1987-11-30 1987-11-30 材料試験機の過負荷防止装置 Expired - Lifetime JPH0726900B2 (ja)

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JP2019507889A (ja) * 2015-12-10 2019-03-22 メカニカル テスティング サービシズ, エルエルシーMechanical Testing Services, Llc インテリジェント自動負荷制御システムおよび方法

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