JPS61246651A - 材料試験機の制御装置 - 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〕 本発明は負荷装置により試験すべき試料に加えられる応
力、張力、捩力などの荷重に関する測定値を入力側に荷
重フィードバックして該測定値を荷重目標値と比較し、
両者を一致させるように負荷装置を動作させる荷重フィ
ードバック制御系を有する材料試験機の制御装置に関す
るものである。

このような材料試験機を用いた試験の１つとして、例え
ばセラミック材料の試料に漸増する応力荷重を加えて破
断し、破断したときの応力荷重を測定することにより試
料の強度などを調べるものがある。

このような試験を行う場合、負荷装置の可動子を試料に
近づけて行き接触させた後、入力に加える荷重目標値を
漸増し、該荷重目標値とフィードバックされる応力荷重
の測定値とを比較し、該比較結果でサーボ弁を制御する
ことにより、試料に加える応力荷重を漸増することが行
われる。

また、他の試験として、例えば鋼材からなる試料に加熱
状態で漸増する引張り荷重を加えて切断し、切断したと
きの引張り荷重を測定することにより試料の強度などを
調べるものがある。

このような試験の場合、試料が破断した瞬間、測定値す
なわち荷重フィードバック量は零に低下するが、このよ
うな状態が生じると、荷重フィードバック系は引張り荷
重を目標値に近づけようとする方向に負荷装置を急速に
動かそうとするので、この負荷装置の動作は何らかの方
法で停止させ、その後負荷装置の可動子を所定の位置に
動かしてやらなければならない。

〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕従来、
負荷装置の可動子を試料に近づけて行き接触させるため
に変位フィードバック制御を用いて、いたが、この場合
、接触後荷重フィードバックに切換えるために、切換時
に発生する衝激によって試料に悪影響を及ぼす欠点があ
った。

また、荷重目標値が成る所定の値にあるときに荷重フィ
ードバック量が突然に零に低下した場合に生じる負荷装
置を急速に動かそうとする動作を停止させる１つの方法
は、負荷装置をストッパに突当てることであるが、この
ときの衝撃は極めて大きく、負荷装置にとって望ましく
ない。

そこで、荷重フィードバック量が零に低下したことを検
出して荷重目標値を零にし、負荷装置の急速な動作を停
止させる方法もあり、この方法によって上述の問題は一
応解決できる。しかし、この場合、サーボ増幅器、サー
ボ弁の性質上負荷装置を完全に止めることができず、そ
の時間的な累積によって負荷装置が大きく移動してしま
う、所謂ノーコントロール状態となる。このため、この
方法は、材料の強度を単に調べるための破断試験には適
用できても、試料が破断した後、負荷装置をその位置か
ら特定の位置へ移動することなどは不可能である。

他の方法として、フィードバック制御系を荷重から変位
に切換えることも考えられるが、この制御系の切換えに
は必ずある程度の衝激を伴なうので、精密な材料試験に
おいてはその衝激が無視できないという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した従来のものの問題点を解消し、荷重フ
ィードバック制御系のフィードバック量が零の時に変位
フィードバック系を用いることなしに負荷装置を所定の
位置に動かし得る材料試験機のａｍ装置を提供するもの
で、その手段は、本発明による装置の基本構成を示す第
１図（ａ）に見られる如く、負荷装置１により試験すべ
き試料２に加えられる荷重を荷重検出手段３により検出
し、これを入力側にフィードバックして該検出荷重と目
標値設定手段４から入力される荷重目標値とを比較し、
両者を一致させるように負荷装置１を動作させるフィー
ドバック制御系を存するものにおいて、上記荷重検出手
段３により検出される荷重が零であることを検出する荷
重零検出手段５と、上記負荷装置ｌの変位を検出する変
位検出手段６と、上記負荷荷装置の変位目標値を設定す
る変位目標値設定手段４と、上記荷重零検出手段５によ
る荷重零の検出時に上記変位検出手段６により検出して
いる変位を読み取り、該読み取った変位と上記変位目標
値とに基づいてフィードバック目標値を演算するフィー
ドフォワード目標値演算手段７とを備え、該フィードフ
ォワード目標値を上記荷重目標値に代えて入力して負荷
装置１を制御することを特徴とする材料試験機の制御装
置によってなされる。

〔作　用〕

荷重検出手段３によって検出されている荷重が零である
ことが荷重零検出手段５によって検出されているとき目
標値設定手段４から入力されている変位目標値と変位検
出手段６による検出変位とに基づき、フィードフォワー
ド制御を行うためのフィードフォワード目標値がフィー
ドフォワード目標値演算手段７によって演算され、該フ
ィードフォワード目標値が荷重目標値に代えて入力され
て負荷装置１の変位が制御されるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明による材料試験機の制御装置の−実施例を
図に基づいて説明する。

第２図において、１０は固定部１２に固定された負荷装
置としての電気油圧アクチェータであり、該アクチェー
タ１０が有するサーボ弁１０ａに加えられる電気信号に
よってアクチェータ１０のシリンダに供給される圧油の
方向と流量とが制御されてピストン１０ｂが動かされる
。１４はピストン１０ｂの変位を検出する変位検出器、
１６は破断試験すべきセラミックの試料、１８はアクチ
ェータ１０により試料１６に加えられる応力荷重を検出
する荷重検出器であり、ピストン１０ｂにはチャック２
０を介して可動子２２が連結され、試料１６は固定部１
２に設けられている荷重検出器１８上のチャック２４に
よって両持支持され、その中央部に可動子２２によって
応力荷重が加えられるようになっている。

２６．２８は変位検出器１４、荷重検出器１８によって
得られた検出信号をそれぞれ増幅するアンプ、３０，３
２はアンプ２６，２８によって増幅されたアナログ信号
である変位及び荷重検出信号をデジタル信号にそれぞれ
変換するＡ−Ｄ変換器であり、その出力がセントラルブ
ロセッシングユニット（ＣＰＵ）３４の入力Ｘ、Ｙにそ
れぞれ入力される。

ＣＰＵ３４はその内部に演算部、リードオンリーメモリ
　（ＲＯＭ）　、ランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）
などを備え、ＲＯＭに予め格納されているプログラムに
従って、ＲＡＭに予め格納されているデータに基づいて
出力Ｚに設定目標値を出力すると共に、入力Ｙの信号な
どに基づいて入力Ｘに入力される測定値を演算処理して
出力Ｚにフィードフォワード目標値を出力する。ＣＰＵ
３４の出力２から出力されるデジタル信号である設定目
標値及びフィードフォワード目標値はＤ−Ａ変換器３６
によってアナログ信号に変換されて加算点３８の十入力
に印加される。加算点３８は出入力に印加されている信
号の偏差を出力し、該出力はサーボアンプ４０で増幅さ
れた後アクチェータ１０のサーボ弁１０ａに印加される
。

以上の構成において、ＣＰＵ３４がそのＲＯＭに格納し
ている制御プログラムに従って行う仕事を示す第３図の
フローチャートを参照しながら動作を説明する。

今、セラミック試料１６に応力荷重を加えるアクチェー
タ１０のピストン１０ｂが上方にあって可動子２２がセ
ラミック試料１６に接触していないとすると、プログラ
ムのスタート直後の最初のステップＳ１における荷重フ
ィードバック量零であるか否かの判定はＹＥＳであるの
で、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、上記ステ
ップＳ１での判定が最初のものであるか否かを判定する
が、今回の判定はＹＥＳであるので、ステップＳ３に進
み、ここでＣＰＵ３４は出力Ｚからの設定目標値を零に
する。

その後、ＣＰＵ３４は、ステップＳ４においては、入力
Ｘに加えられている変位検出器１４からの変位検出信号
り、を読み取り、これをアドレスＡに格納し、該格納を
行った後は一ステップＳ５において第４図（ａ）に示す
ように一定時間Ｔ後の目標変位Ｄ！を設定し、これをア
ドレスＢに格納する。

その後、ステップＳ６に進み、ここで上記アドレスＡ、
Ｂにそれぞれ格納した変位ＤＩ　、Ｄｔの偏差Ｍを求め
る。この求めた偏差Ｍは次のステップＤ７において、速
度Ｖ＝Ｍ／Ｔを求めるために利用される。

続くステップＳ８では、上記速度Ｖがフィードフォワー
ド目標値としてＣＰＵ３４の出力Ｚから出力され、この
結果サーボ弁１０ａが第４回出）に示すサーボ電流で駆
動され、アクチェータ１０が上記偏差Ｍを零にする方向
に動かされる。

上記ステップＳ８の後、次のステップＳ９において時間
Ｔのタイマがスタートされ、続くステップＳＩＯで該タ
イマがタイムアツプしたか否かが判定され、タイマがタ
イムアツプするまでステップＳＩＯの判定が繰返される
。

そして、ステップＳＩＯでの判定がＹＥＳとなると、ス
テップＳｌｌにおいてＣＰＵ３４の出力Ｚからの信号出
力が停止され、再びステップＳ１に戻る。

このステップＳｌでの判定がＹＥＳであれば、ステップ
Ｓ２に進むが、今度はステップＳ２の判定はＮＯでステ
ップＳ３を通らずにステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、第４図（ａｌに示すような変位検出
器１４からの変位検出信号Ｄ２′を前のＤＩに代えてア
ドレスＡに格納し、次のステップＳ５では、一定時間Ｔ
後の目標変位Ｄ３を設定し、これを前のり、に代えてア
ドレスＢに格納する。

以後、上述したと同様にしてフィードフォワード目標値
を求めてサーボ弁１０ａを第４回出）に示すようなサー
ボ電流で駆動する。そして、時点ｔｎにおいて可動子２
２が試料１６に接触すると、荷重検出器１８が第４図（
Ｃ１に示すような荷重検出信号を出力し、これが加算点
３８にフィードバックされる。このため、サーボ電流が
第４回出）に示すように減少し、これに伴い変位の増加
率が徐々に減少し、同期のＴの終りで変位目標値が０に
なると、荷重フィードバック量分だけサーボ電流が負側
に振れるようになり、これに伴って可動子２２は変位を
減少する方向に動かされ、ついには荷重が零となる接触
状態が保持されるようになる。

以上、可動子２２を試料に接近して接触させる場合につ
いて説明したが、第５図に示すように加熱手段４５によ
る加熱状態で鋼材などの試料４７の引張り荷重試験にお
ける荷重零検出以後の制御にも等しく適用することがで
きる。

更に、実施例では荷重の例として応力、張力の場合を示
したが、捩力の場合にも適用でき、この場合の変位は角
度により検出される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、荷重の零検出時
において、そのときの変位を検出し、該変位と変位目標
値とに基づいてフィードフォワード制御を行っているた
め、試料負荷装置の可動子を試料に接近接触させたり、
試料破断後に負荷装置の可動子を所望の位置に保持した
り移動させたりすることが荷重フィードバックの状態で
可能となり、油圧試験機による精密な材料試験が容易に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の基本構成を示すブロック図
、第２図は本発明による装置の一実施例を示すブロック
図、第３図は第２図中のＣＰＵが行う仕事を示すフロー
チャート図、第４図は第２図の装置の制御動作時の各部
の状態を示す波形図、第５図は本発明の他の実施例を示
すブロック図である。 １・・・負荷装置、２・・・試料、３・・・荷重検出手
段、４・・・荷重又は変位目標値設定手段、５・・・荷
重零検出手段、６・・・変位検出手段、７・・・フィー
ドフォワード目標値演算手段。 特　許　出　願　人　　株式会社鷺宮製作所第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷装置により試験すべき試料に加えられる荷重を荷重
   検出手段により検出し、これを入力側にフィードバック
   して該検出荷重と目標値設定手段から入力される荷重目
   標値とを比較し、両者を一致させるように負荷装置を動
   作させる荷重フィードバック制御系を有する材料試験機
   の制御装置において、前記荷重検出手段により検出され
   る荷重が零であることを検出する荷重零検出手段と、前
   記負荷装置の変位を検出する変位検出手段と、前記負荷
   装置の変位目標値を設定する変位目標値設定手段と、前
   記荷重零検出手段による荷重零の検出時に前記変位検出
   手段により検出している変位を読み取り、該読み取つた
   変位と前記変位目標値とに基づいてフィードフォワード
   目標値を演算するフィードフォワード目標値演算手段と
   を備え、該フィードフォワード目標値を前記荷重目標値
   に代えて入力して負荷装置をフィードフォワード制御す
   ることを特徴とする材料試験機の制御装置。