JPS5856825B2 - 材料試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は材料試験装置、特にクロスヘッドの移動に伴
って、クロスヘッドと固定端との間に配置された材料試
験片に加えうれる荷重の大きさを、クロスヘッドに附設
されたロードセルによって測定する材料試験装置に関す
るものである。

ロードセルによって荷重の大きさを測定するこの種の従
来の試験装置では試゛１験装置そのものが起こす高周波
様振動（測定信号の変化からすれば高し）周波数という
意味である）力釦−ドセルそのものの出力信号として重
畳しているのを除去したり、電磁的に重畳する高周波雑
音成分を除去する目的からロードセルの増幅系統の周波
数応答性は相当遅くしであるのが普通である。

そのために荷重が安定するのに時間を要する剛性の高い
試験片を負荷する場合、特に高速で負荷試験を行う場合
には、前述の増幅系の応答遅れの制限から、正確な時々
刻々の荷重計測が遠戚できないという問題があった。

この発明（まロードセルからの荷重信号増幅系の周波数
応答性が遅いにもかかわらず剛性試験片の高速負荷試験
の場合にでも正確な荷重計測が遠戚できる装置を提供し
ようとするものであり、クロスヘッドが設定位置に到達
したことを検知して、このクロスヘッドを一定時間停止
させた後、上記ロードセルからの荷重信号を信号増幅系
を介して読みこみ、続いて上記クロスヘッドを次の設定
位置へ移動再開させるプログラム制御部を備え、このプ
ログラム制御部によって試験片への高速荷重設定および
この荷重値の正確な計測を行えるようにした装置である
。

次にこの発明を、バネを試、験片とする場合を例にとっ
てさらに詳しく説明する。

第１図はこの発明の一実施例であり、その要部構成の該
略を説明するために、バネ試験片に実際に荷重をかける
機械的構成と、各種の制御を行う電気系統の概略を説明
した図、第２図は実際に荷重の負荷から始まってバネ定
数の計算までに至る動作手順を示したフローチャートで
ある。

以下この第１図および第２図を参照しながら説明する。

この第１図において、１は試験機本体で１８はヨーク部
、１ｂは基台である。

２は駆動ネジ杆で、ヨーク１ａと基台１ｂとの間に垂直
に立てられており、この両駆動ネジ杆２には基台１ｂ側
に設けられた駆動部すなわちパルスモータ１６の回転力
が伝達ギヤ６．７によって伝達されるので、両駆動ネジ
杆２に螺合しているクロスヘッド３は両ネジ杆２の回転
に応じて上下動する。

４は下方圧盤８あるいは試験片取付具９に一端を固定さ
れるバネ試験片、５はクロスヘッド３に附設されたロー
ドセルである。

１ｏ、ｉｉはクロスヘッド３を停止させる位置（高さ）
をあらかじめ設定する高さ設定器、１２は時々刻々のク
ロスヘッド３の高さを表示するための高さ表示器、１３
はロードセル５からの荷重信号を増幅するためのロード
アンプ（信号増幅系）、１４はロードアンプ１３の出力
信号をディジタル化するためのＡ／Ｄコンバータである
。

１５は試験動作、信号処理動作等を制御するための電気
的制御部（プログラム制御部）であり、パルス発生部（
駆動信号発生機構）、パルス発生部からのパルス数を計
数してクロスヘッド位置に対応する信号を出力するカウ
ンタ一部（計数部）及び中央演算処理部を有する。

中央演算処理部は高さ設定器の設定位置とクロスヘッド
位置を比較する比較機構とパルス発生部の停止信号や荷
重信号（データ）読み込み信号の発生機構を兼ねており
、それらの機構をプログラムにより実行する。

その制御動作の詳細は後述するが、この制御部１５はク
ロスヘッド３が第１の設定位置に到達したことを検知し
て、このクロスヘッド３を一定時間停止させた後、ロー
ドセル５からの荷重信号を増幅系を介して読みこみ、続
いてクロスヘッド３に第２の設定位置への移動を再開さ
せる荷重・計測をプログラム動作させるものである。

以上の構成においてバネ試験片４の特性試験時の動作を
説明する。

この特性試験はクロスヘッド３と試験片取付具９との間
にバネ試験片４を吊設しクロスヘッド３の下方への移動
に伴うこのバネ試験片４の自然長からの伸ひと、そのと
きのロードセル５によって検出される荷重値とからこの
バネ試験片４のバネ定数を算出することによって行なわ
れる。

ます、あらカルめ高さ設定器ｉｏ、ｉ１によって荷重値
を必要データとして読みこむときのクロスヘッド３の位
置を指定し、これを記憶部に記憶しておく。

試験開始（スタート）とともにパルス発生部から逐次パ
ルスが発生しパルスモータ１駆動部１７に送られるので
パルスごとにパルスモータ１６が所定角度ずつ回転する
。

この回転は伝達ギヤ６．７によって両駆動ネジ杆２に伝
達され、クロスヘッド３はパルス数に比例した距離（高
さ）だけ下方に移動する。

他方パルス発生部からのパルスは、カウンタによってカ
ウントされる。

このカウンターのカウント数Ｃは、このクロスヘッド３
の移動距離量と一対一に対応するから、カウンター゛の
カウント数は高さ表示器１２？こ導入されて、時々刻々
のクロスヘッド３の高さを表示する。

一方制御部１５では次のようなプログラム動作が進行し
ている。

先のカウンターのカウント数Ｃと高さ設定器１０で定さ
れた高さに相当するカウント数Ｘ１は逐次比較されＣＸ
１−Ｃ＝Ｏ）になるまで比較動作が継続する。

（Ｘｌ−Ｃ＝Ｏ）の状態になると、クロスヘッド３が高
さ設定器１０によって設定された高さに到達したことに
なるので、クロスヘッド３を一定時間（例えば０．２秒
）停止させるためにパルス発生部にパルス発生停止信号
を送る。

そして停止から一定時間が経過し、ロードアンプ１３の
出力が正確に荷重値に到達したのち荷重信号をＡ／Ｄコ
ンバータ１４でディジタル化してデータとして記憶部に
読みごみを行う。

パルス発生停止信号が消滅すると直ちにクロスヘッド３
の高速移動およびカウントが開始され、ふたたび高さ設
定器１１によって設定された高さに相当するカウント数
Ｘ２をもとに〔Ｘ２−Ｃ＝：＝Ｏ〕になるまで制御部に
て比較動作を続はクロスヘッドの高さがＸ２になったと
き、前述と同様にクロスヘッド３の停止とロードアンプ
１３からの信号読みこみ動作がが行なわれる。

このようにして設定された高さにおける（いいかえれば
、あらかじめ決められただけバネ試験片４の伸びたとき
の）バネ試験片４の荷重値の読みこみが終了すると、ク
ロスヘッド３は再び上昇するように逆向きにパルスモー
タが回転し、クロスヘッドは後に戻り荷重計測動作は終
了する。

そして読みこまれた荷重信号の大きさと読みこみ時のク
ロスヘッド３の設定高さとからバネ試験片４のバネ定数
が算出される。

なお、比較動作・算出に要する具体的機構については詳
しく述べなかったが、マイクロコンピュータを利用する
場合には、例えば設定高さＸｌ。

Ｘ２・・・・・・Ｘｏ・・・・・・をＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）にキーボードより入力しておき、演算
・論理ユニツ）（ＡＬＵ）にて（Ｘｎ−Ｃ）の比較演算
を行い、（Ｘｎ−Ｃ＝Ｏ）のときにパルス発生停止信号
を出力すると同時にタイマーをセットし、タイムアツプ
後Ａ／Ｄコンバータ１４から荷重信号を読み込みＲＡＭ
に格納し、試験が終了した後に特性算出プログラムに従
ってランダムアクセスメモリから設定高さと荷重信号を
再び読み出してバネ定数を算出するようにできる。

もちろんマイクロコンピュータに限らずクロスヘッドが
設定位置に到達したことを検知して、このクロスヘッド
を一定時間停止させた後、ロードセルからの荷重信号を
信号増幅系を介して読みこみ、続いてクロスヘッドの次
の設定位置への移動を再開させる荷重計測動作を行う制
御プログラムを附備実行させることができる制御部であ
れば何でもよいことはいうまでもない。

また以上はバネ試験片４の引張り方向の試験を行う場合
を説明したが、逆にバネ試験片４の圧縮方向の試験を行
う場合には、下方圧盤８に取り付け、クロスヘッド３の
下方移動により圧縮させ、その時の圧縮量と荷重値との
関連から特性を算出すればよい。

以上詳述したように、この発明によってバネ試験、Ｔの
ような剛性の高い試験片であっても常に正確な値の荷重
値を試験片の伸びと対応させて迅速に得ることができる
ので実用に供した場合の効果は極めて太きいものがある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の要部構成の概略・動作を説明するた
めに、試験片に実際に荷重をかける機械的構成と、各種
の制御を行う電気系統の概略を説明した図、第２剃は実
際ｌこ荷重の負荷から始まってバネ定数の計算に至る動
作手順を示したフローチャートである。 １ａ・・・・・・ヨーク、１ｂ・・・・・・基台、２・
・・・・・駆動ネジ杆、３・・・・・・クロスヘッド、
４・・・・・・バネ試験片、５・・・・・・ロードセル
、６，７・・・・・・伝達ギヤ、８・・・・・・下方圧
盤、９・・・・・・試験片取付具、１０，１１・・・・
・・高さ設定器、１２・・・・・・高さ表示器、１３・
・・・・・ロードアンフ、１４・・・・・・Ａ／Ｄコン
バータ、１５・・量制御部、１６・・・・・・パルスモ
ータ、１７・・・・・・パルスモータ１駆動部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クロスヘッドを移動させる駆動部を有しその移動に
   ともなう試験片の荷重の大きさをロードセルによって測
   定するものにおいて、クロスヘッドの位置を設定する設
   定器と、プログラム制御部とを有し、プログラム制御部
   は、上記の、駆動部を１駆動する１駆動値号発生機構と
   、前記設定器の設定位置と移動するクロスヘッド位置と
   を比較する比較機構とを有するとともにこのプログラム
   制御部は、クロスヘッドの位置が前記設定位置に到達し
   たとき前記比較機構が前記駆動部を一定時間幅停止させ
   た後の荷重信号を読取ることを特徴とする材料試験装置
   。 ２ 駆動部はパルスモータであり、１駆動値号発生機構
   は前記パルスモータを駆動するパルス発生部であり、プ
   ログラム制御部はパルス発生部からのパルス数を計数し
   て上記クロスヘッド位置と対応する信号を出力する計数
   部を有し、比較機構は前記計数部の出力信号と前記設定
   器の設定値を比較し両者が一致したときパルス発生部を
   一定時間幅停止させる停止信号と、この停止から一定時
   間経過後ロードセルからの荷重信号を読み込むデータ読
   み込み信号を発生することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の材料試験装置。