JPS6231291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、試験荷重負荷シリンダなどの負荷
機構によつて試験片に試験荷重を与え、試験片を
材料試験する材料試験機に関するものであり、特
に試験片の荷重またはひずみを検出し、その荷重
またはひずみ検出信号によつて前記負荷機構をフ
イードバツク制御する自動負荷制御装置に関する
ものである。

(ロ) 従来技術 試験片を材料試験するとき、クロスヘツドとヨ
ークに設けた一対のチヤツクによつて試験片の両
端を把持するようにした試験機が一般に使用され
ている。試験片に試験荷重を与えるには、試験荷
重負荷機構、例えば負荷シリンダによつてクロス
ヘツドを移動させればよい。クロスヘツドを移動
させると、各チヤツクを介して試験片に試験荷重
が与えられる。したがつて、試験片にひずみを生
じさせ、材料試験するとができる。また、試験片
の荷重を検出し、その荷重検出信号によつて負荷
シリンダをフイードバツク制御すると、試験荷重
をあらかじめ設定された速度で上昇させることが
でき、荷重制御試験することができるのは、周知
の通りである。試験荷重をあらかじめ設定された
値に保持することもできる。また、試験片のひず
みを検出し、そのひずみ検出信号によつて負荷機
構をフイードバツク制御すると、ひずみをあらか
じめ設定された速度で増大させることができ、ひ
ずみ制御試験することができる。ひずみをあらか
じめ設定された値に保持することもできる。第１
図は従来の自動負荷制御装置を示す。荷重制御試
験するには、試験片の試験荷重を荷重検出器１に
よつて検出し、その荷重検出信号ａを増幅器２に
よつて増幅し、増幅器２の出力信号Ａと基準信号
発生器３の荷重基準信号Ffを比較する。そし
て、その差（Fr―Ａ）を増幅器４によつて増幅
し、増幅器４の出力信号Ｏを試験荷重負荷シリン
ダの自動制御弁５に与えればよい。自動制御弁５
は、増幅器４の出力信号Ｏに応じて開閉動作し、
負荷シリンダに油圧を供給する。したがつて、荷
重検出器１の荷重検出信号ａによつて負荷シリン
ダをフイードバツク制御し、試験片を荷重制御試
験することができる。試験片の試験荷重をあらか
じめ設定された速度で上昇させるには、基準信号
発生器３の荷重基準信号Frをあらかじめ設定さ
れた速度で上昇させればよい。また、ひずみ制御
試験するには、試験片のひずみをひずみ検出器６
によつて検出し、そのひずみ検出信号ｂを増幅器
７によつて増幅し、増幅器７の出力信号Ｂと基準
信号発生器３のひずみ基準信号を比較する。そし
て、その差を増幅器４によつて増幅すればよい。
増幅器４の出力信号Ｏを試験荷重負荷シリンダの
自動制御弁５に与えると、ひずみ検出器６のひず
み検出信号ｂによつて負荷シリンダをフイードバ
ツク制御し、試験片をひずみ制御試験することが
できる。

しかしながら、試験片を無負荷状態から荷重ま
たはひずみ制御試験する場合、通常の試験機で
は、最初は試験片がチヤツクにくいこむまでいわ
ゆる初期すべりが生じ、試験片に試験荷重がかか
らず、ひずみが生じない。したがつて、例えば荷
重制御試験において試験荷重をあらかじめ設定さ
れた速度で上昇させるとき、第２図に示すように
初期すべりの時間t₁内は基準信号発生器３の荷重
基準信号Frだけが上昇する。試験片に試験荷重
Ｆがかからないため、増幅器２の出力信号Ａと基
準信号発生器３の荷重基準信号Frの差Fr―Ａは
時間が経過するに従つて増大する。したがつて、
増幅器４の出力信号Ｏが増大し、自動制御弁５の
開度が増加する。時間t₁が経過したとき、基準信
号発生器３の基準信号Frは相当高い値F₁に達
し、自動制御弁５の開度は相当大きくなつてい
る。このため、試験片がチヤツクにくいこんだと
き、荷重Ｆが急激に上昇する。その後、荷重Ｆは
基準信号発生器３の荷重基準信号Frに対し過度
に上昇した後、過度に下降し、荷重基準信号Fr
に追随せず、安定しない。このため、正確に荷重
制御試験することができないという問題があつ
た。ひずみ制御試験についても同様であり、試験
片がチヤツクにくいこんだとき、ひずみが急激に
増大する。このため、ひずみが基準信号発生器３
のひずみ基準信号に対し追随せず、正確にひずみ
制御試験することができない。

(ハ) 目的 この発明は、この種の自動負荷制御装置におい
て、前記従来の問題を解決し、試験片の荷重また
はひずみを安定させ、正確に荷重またはひずみ制
御試験することができるようにすべくなされたも
のである。

(ニ) 構成 この発明は、試験片の荷重またはひずみのほか
に、試験荷重負荷シリンダなどの負荷機構のスト
ロークを検出し、最初はそのストローク検出信号
によつて負荷機構をフイードバツク制御する。そ
して、試験片の荷重またはひずみがあらかじめ設
定された値に達たとき、制御モードをストローク
制御から荷重またはひずみ制御に切り換えるよう
にしたことを特徴とするものである。

(ホ) 実施例 以下、この発明の実施例を説明する。第３図お
よび第４図はこの発明の一実施例を示す。試験片
８の両端はクロスヘツド９とクロスヨーク１０に
設けられた一対のチヤツク１１，１２によつて把
持されている。クロスヘツド９は、ヨーク１０に
対し相対的に上下方向に移動可能に案内され、試
験荷重負荷シリンダ１３に連結されている。

荷重検出器１は、試験荷重負荷シリンダ１３の
内圧を検出する圧力セルからなり、荷重計測表示
ユニツト１４に接続されている。ひずみ検出器６
は、試験片８の標点間の伸びを検出する伸び計か
らなり、増幅器７に接続されている。表示ユニツ
ト１４および増幅器７はそれぞれコントロールユ
ニツト１５に接続されている。この実施例では、
負荷シリンダ１３のストロークがストローク検出
器１６によつて検出される。ストローク検出器１
６は、例えばベース１７に固定したコイルとクロ
スヘツド９に連結した鉄芯を有する差動トランス
からなり、コントロールユニツト１５に接続され
ている。

負荷シリンダ１３は、自動制御弁１８および手
動制御弁１９を介して油圧ポンプ２０および油タ
ンク２１に接続されている。自動制御弁１８は流
量制御弁２２、背圧弁２３およびストツプ弁２４
を有し、手動制御弁１９は流量制御弁２５および
安全弁２６を有する。

第４図に示すように、コントロールユニツト１
５は、基準信号の設定および制御モードの選択な
どの操作を行なう操作パネル部２７と、基準信号
を発生する基準信号発生部２８と、入力部２９お
よび出力部３０に接続された演算制御部３１とか
らなる。演算制御部３１の作用については、後述
する。荷重検出器１、ひずみ検出器６およびスト
ローク検出器１６はそれぞれ増幅器２，７，３２
を介してコントロールユニツト１５の入力部２９
に接続されている。その出力部３０は、自動制御
弁１８の流量制御弁２２およびストツプ弁２４に
接続されている。

手動制御弁１９の流量制御弁２５は手動制御つ
まみ３３によつて手動操作される。

前記のように構成された材料試験機の自動負荷
制御装置において、負荷シリンダ１３はクロスヘ
ツド９を押し上げ、移動させる。したがつて、ク
ロスヘツド９のチヤツク１１を介して試験片８に
試験荷重が与えられる。その反力はチヤツク１２
からヨーク１０に伝達され、ヨーク１０は伝達さ
れる反力を受け、これを支持する。したがつて、
試験片８の標点間に伸びが生じ、材料試験される
ものである。荷重検出器１は試験片８の荷重とし
て負荷シリンダ１３の内圧を検出し、ひずみ検出
器６は試験片８のひずみとしてその標点間の伸び
を検出する。ストローク検出器１６は、負荷シリ
ンダ１３のストロークとしてクロスヘツド９の移
動量を検出する。荷重検出器１の荷重検出信号
ａ、ひずみ検出器６のひずみ検出信号ｂおよびス
トローク検出器１６のストローク検出信号ｃはそ
れぞれ増幅器２，１７，３２によつて増幅され
る。各増幅器２，１７，３２の出力信号Ａ，Ｂ，
Ｃはそれぞれコントロールユニツト１５の入力部
２９に与えられる。

荷重制御試験において、試験片８の荷重をあら
かじめ設定された速度で上昇させるとき、コント
ロールユニツト１５の基準信号発生部２８は操作
パネル部２７から受けた操作信号に基づいて荷重
基準信号Frおよびストローク基準信号Srを演算
制御部３１に与える。演算制御部３１は、最初は
増幅器３２のストローク検出信号Ｃと基準信号発
生部２８のストローク基準信号Srを比較し、そ
の差Sr―Ｃを出力部３０に伝達する。出力部３
０の出力信号Ｏは自動制御弁１８の流量制御弁２
２に与えられる。流量制御弁２２は、出力部３０
の出力信号Ｏに応じて開閉動作し、負荷シリンダ
１３に油圧を供給する。したがつて、ストローク
検出器１６のストローク検出信号ｃによつて負荷
シリンダ１３がフイードバツク制御されるもので
ある。第５図に示すように、基準信号発生部２８
はストローク基準信号Srをあらかじめ設定され
た速度で上昇させる。したがつて、負荷シリンダ
１３のストローク、すなわちクロスヘツド９の移
動量はあらかじめ設定された速度で増大する。

前述したように、試験片８を無負荷状態から荷
重制御試験する場合、試験片８がチヤツク１１，
１２にくいこむまで初期すべりが生じ、試験片８
に試験荷重はかからない。しかしながら、クロス
ヘツド９はそれに関係なく移動するため、増幅器
３２の出力信号Ｃと基準信号発生部２８のストロ
ーク基準信号Srの差Sr―Ｃは増大しない。した
がつて、出力部３０の出力信号Ｏは増大せず、流
量制御弁２２の開度は増加しない。したがつて、
試験片８がチヤツク１１，１２にくいこんだと
き、円滑に試験片８に試験荷重Ｆが与えられる。
荷重Ｆは急激には上昇しない。

その後、試験片８の荷重Ｆがあらかじめ設定さ
れた値αに達すると、コントロールユニツト１５
の演算操作部３１は制御モードをストローク制御
から荷重制御に切り換える。そして、増幅器２の
出力信号Ａと基準信号発生部２８の荷重基準信号
Frを比較し、その差Fr―Ａを出力部３０に伝達
する。出力部３０の出力信号Ｏは自動制御弁１８
の流量制御弁２２に与えられ、流量制御弁２２は
出力部３０の出力信号Ｏに応じて開閉動作する。
したがつて、荷重検出器１の荷重検出信号ａによ
つて負荷シリンダ１３がフイードバツク制御され
るものである。基準信号発生部２８は、荷重基準
信号Frをあらかじめ設定された速度で上昇させ
る。試験荷重Ｆは、円滑に荷重基準信号Frに追
随する。したがつて、荷重Ｆを安定させ、あらか
じめ設定された速度で上昇させることができ、正
確に荷重制御試験することができる。

ひずみ制御試験についても、同様である。最初
はストローク検出器１６のストローク検出信号ｃ
によつて負荷シリンダ１３をフイードバツク制御
し、試験片８のひずみがあらかじめ設定された値
に達したとき制御モードをストローク制御からひ
ずみ制御に切り換えると、試験片８のひずみを安
定させ、正確にひずみ制御試験することができ
る。

(ヘ) 効果 以上説明したように、この発明は、試験荷重負
荷シリンダなどの負荷機構のストロークを検出
し、最初はそのストローク検出信号によつて負荷
機構をフイードバツク制御するようにしたから、
試験片がチヤツクにくいこんだとき、試験片の荷
重およびひずみは急激には上昇しない。そして、
試験片の荷重またはひずみがあらかじめ設定され
た値に達したとき、制御モードをストローク制御
から荷重またはひずみ制御に切り換えるようにし
たから、荷重またはひずみを安定させ、正確に荷
重またはひずみ制御試験することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動負荷制御装置を示すブロツ
ク図、第２図は第１図の自動負荷制御装置の制御
特性を示すグラフ、第３図はこの発明の一実施例
を示す説明図、第４図は第３図の自動負荷制御装
置を示すブロツク図、第５図は第３図の自動負荷
制御装置の制御特性を示すグラフである。 １……荷重検出器、６……ひずみ検出器、８…
…試験片、１３……試験荷重負荷シリンダ、１５
……コントロールユニツト、１６……ストローク
検出器、１８……自動制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 試験荷重負荷機構によつて試験片に試験荷重
   を与え、前記試験片の荷重またはひずみを検出
   し、その荷重またはひずみ検出信号によつて前記
   負荷機構をフイードバツク制御し、荷重またはひ
   ずみ制御試験するようにした自動負荷制御装置に
   おいて、前記負荷機構のストロークを検出し、最
   初はそのストローク検出信号によつて前記負荷機
   構をフイードバツク制御し、試験片の荷重または
   ひずみがあらかじめ設定された値に達したとき制
   御モードをストローク制御から荷重またはひずみ
   制御に切り換えるようにしたことを特徴とする材
   料試験機の自動負荷制御装置。