KR100307270B1 - 재료시험기 - Google Patents

Abstract

재료시험기는, 시료에 부하를 주는 액츄에이터를 포함하는 서보계의 작동을, 시료에 주어지는 실부하가 목표부하에 합치하도록 하중제어계 또는 변위제어계에 의해 피드백 제어를 행하면서 재료시험을 행한다. 재료시험에 앞서서 제어계에서의 제어게인을 최소치로부터 점증시키는 사이에 시료에 미소변위가 생겼을 때의 부하를 유지하고, 시료의 변위가 안정된 후에 검출된 실부하와 실변위로부터 추정된 시료의 강성에 따라서 제어게인의 초기치를 설정한다. 재료시험중에 시료의 실부하와 실변위에 기초하여 추정한 시료의 강성에 따라서 제어게인이 보정된다. 하중제어모드와 변위제어모드와의 사이에서의 절체 직전에 서보계에 주어진 제어출력치에 기초하여 절체후의 제어출력치가 초기설정되고, 제어모드절체가 원활하게 행해진다.

Description

재료시험기

본 발명은 재료시험기에 관한 것이며, 특히 전기유압 서보제어식의 재료시험기에 관한 것이다.

유압원과 유압 액츄에이터와의 사이에 마련된 전기유압 서보밸브에, 유압 액츄에이터의 가동부(可動部)의 목표 변위에 따라 변화하는 전기신호입력을 서보 증폭기를 거쳐서 컨트롤러에서 공급되도록 한 전기유압 서보제어식의 재료시험기가 알려져 있다. 전형적으로는, 전기신호입력에 따라 서보밸브로부터의 출력유량이 변화하여 이 출력유량에 비례한 속도로 유압실린더 가동부가 변위하고, 이것에 의해 실린더 가동부에 의해 한쪽 끝이 유지된 시료에 부하가 가해진다. 그리고, 유압 실린더 가동부의 실변위(實變位)가 검출되어 피드백 신호로서 컨트롤러에 되돌아와서, 컨트롤러의 제어하에 실변위를 목표변위에 가깝게 하는 피드백 제어가 행해진다.

본원 명세서에서는, 액츄에이터 가동부에 연결된 시료의 한쪽 끝의 액츄에이터 가동부의 변위에 따른 변위를 용어 "시료의 변위"로 나타낸다. 액츄에이터의 2개의 가동부에 시료의 양끝을 유지하고 양 가동부를 전형적으로는 반대방향으로 변위시키는 재료시험기의 경우, 용어 "시료의 변위"는 2개의 유압 액츄에이터 가동부의 변위에 따라 시료의 양끝의 각각의 변위의 합을 나타낸다. 즉, 용어 "시료의 변위"는 액츄에이터 가동부의 변위에 따라 시료에 생기는 변형을 나타낸다.

주로 액츄에이터, 서보 증폭기 및 서보밸브로 이루어지는 시스템을 용어 "서보계"로 나타내고, 또한 주로 서보계 및 그 작동을 제어하는 컨트롤러로 이루어지는 시스템을 용어 "제어계"로 나타낸다. 그리고, 피드백 제어에 관련되어 주로 서보계, 컨트롤러 및 시료로 이루어지는 루프를 용어 "제어루프" 또는 "피드백 제어루프"로 나타내는 일이 있다. 또한, 시료에 가하는 실하중을 제어량으로 하여 피드백 제어를 실시하는 제어계를 용어 "하중제어계"로 나타내고, 시료의 실변위를 제어량으로 하여 피드백 제어를 실시하는 제어계를 용어 "변위제어계"로 나타낸다. 여기에서, 용어 "부하"는 일반적으로는 부하라고 칭해지는 하중과 변위를 포함하는 광의의 부하를 나타낸다. 또, 시료의 실하중 또는 실변위를 제어량이라 칭하는 경우에, 목표부하를 용어 "제어목표치"로 나타내는 일이 있다.

전술한 것처럼, 전형적인 전기유압 서보제어식의 재료시험기는, 시료에 주어지는 실부하(시료에 가하는 하중 또는 시료의 변위)를 목표부하로 피드백 제어하면서 재료시험을 행하는 것이고, 따라서 이 피드백 제어에서의 제어 게인을 최적화하여 재료시험을 효율적이고 안정적으로 행하는 것이 바람직하다. 즉, 제어 게인이 너무 작으면 제어응답성이 악화하여 재료시험의 소요시간이 길어지는 한편, 제어게인이 너무 크면 헌팅(hunting) 현상이 생겨서 재료시험의 안정성이나 신뢰성이 손상되며, 경우에 따라서는 시료가 파손되는 일이 있다.

그러나, 피드백 제어에서의 최적의 제어게인은, 시료의 기계적 성질, 특히 강성(剛性)(탄성계수)에 의해 변화한다. 이 때문에, 강성이 알려져있지 않은 시료에 대해 재료시험을 행하는 경우에, 종래에는 제어게인을 가설정하여 예비적인 재료시험을 반복 실시하여 최적인 제어게인을 시행착오에 의해 구하고 있어서, 노력과 시간을 요하고 있었다.

또한, 시료의 강성은 시료에 주어지는 부하에 따라 변화하고, 특히 시료가 탄성변형영역에 있는 경우에는 크게 변화한다. 바꿔 말하면, 피드백 제어에서의 최적의 제어게인은 시료의 강성이 변화하는데 따라서 재료시험의 실시중에도 변화한다. 이 때문에, 피드백 제어가 부적정하게 되어 재료시험의 효율이나 안정성을 해치는 일이 있다.

또한, 전기유압 서보제어식의 재료시험기에는, 시료에 가해지고 있는 실하중을 목표하중으로 피드백 제어하는 하중제어계와, 시료의 실변위를 목표변위로 피드백제어하는 변위제어계를 구비하고, 어느 한쪽의 제어계를 선택하여 피드백제어를 하중제어모드 또는 변위제어모드로 실시하는 것이 있다. 일반적으로, 재료시험중에 오퍼레이터의 지시에 의해 어느 한쪽의 제어모드가 선택된다.

그러나, 서보계의 작동을 컨트롤러에 의해 제어하는 재료시험기에서, 서보계와 컨트롤러와 시료로 이루어지는 제어루프 전체에서의 제어게인, 특히 컨트롤러에서의 제어게인은 하중제어모드와 변위제어모드에서 일반적으로는 크게 다르다. 즉, 하중제어모드에서의 컨트롤러의 제어게인은 낮게 설정되고, 변위제어모드에서의 컨트롤러의 제어게인은 높게 설정된다. 게다가, 시료의 기계적 성질, 특히 강성은 일반적으로는 시료에 주어지고 있는 부하에 따라 변화하고, 또한 적정한 제어게인은 시료의 기계적 성질에 의해 크게 변화한다. 그 때문에, 시료에 하중을 가한 채로 하중제어모드에서 변위제어모드로 바꾸면, 2개의 제어모드 사이에서의 제어게인의 차이에 기인하여 시료에 주어지는 부하가 급격히 변동하고, 시료에 큰 쇼크가 가해질 우려가 있다.

그래서, 종래 일반적으로는 서보계의 작동을 정지시켜서 시료에 주어지고 있는 부하를 해제한 상태에서 제어모드를 바꾼 후, 서보계를 새로운 제어모드로 작동시키도록 하고 있다. 따라서, 제어모드의 절체시마다 재료시험이 중단되어 재료시험 효율이 저하한다. 또한, 부하를 해제하는 작업은 번거롭다.

본 발명의 목적은, 시험중에 시료의 기계적 성질이 변화하도록 한 경우에도, 피드백 제어에서의 제어게인을 항상 최적화할 수 있고, 항상 안정하게 정밀도 높은 재료시험을 실시할 수 있는 재료시험기를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 재료시험기의 기본 구성을 보여주는 개략도이다.

도 2는 도 1의 재료시험기에서의 제어루프를 나타내는 블록선도이다.

도 3은 재료시험기의 하중제어계 및 변위제어계의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 4는 도 1의 재료시험기에 의한 제어게인 자동설정처리에서의 시료에 가하는 하중, 제어게인 및 시료의 변위의 시간경과에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는 도 3에 나타내는 변위제어계에서의 최적 제어게인과 시료의 스프링 정수와의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 6은 도 3에 나타낸 하중제어계에서의 최적제어게인과 시료의 스프링 정수와의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 7은 시료의 스프링 정수와 최적제어게인과의 여러가지 조합을 보여주는 테이블도이다.

도 8은 하중제어계의 스텝 응답에서의 비례게인과 시료의 스프링 정수와의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 9는 하중제어계에서의 제어게인 자동설정처리에서 이용되는 경과시간·비례게인특성을 보여주는 그래프이다.

도 10은 변위제어계의 스텝 응답에서의 비례게인과 시료의 스프링정수와의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 11은 변위제어계에서의 제어게인 자동설정처리에서 이용되는 경과시간·비례게인특성을 보여주는 그래프이다.

도 12는 스텝응답에서의 변위안정화에 필요한 시간을 시료의 스프링 정수의 함수로 보여주는 그래프이다.

도 13은 도 1에 나타낸 재료시험기의 제어부에 의해 실행되는 제어게인 자동설정 루틴의 일부를 보여주는 흐름도이다.

도 14는 제어게인 자동설정루틴의 나머지 부분을 보여주는 흐름도이다.

도 15는 피로시험에서 목표부하로 주어지는 정현파 신호를 나타내는 그래프이다.

도 16은 피로시험에서 목표부하를 나타내는 삼각파 신호의 그래프이다.

도 17은 피로시험에서 목표부하를 나타내는 구형파 신호의 그래프이다.

도 18은 피로시험에서 목표부하를 나타내는 램프파 신호의 그래프이다.

도 19는 인장시험에서의 목표부하를 나타내는 램프파 신호의 그래프이다.

도 20은 압축시험에서의 목표부하를 나타내는 램프파 신호의 그래프이다.

도 21은 크립 릴랙세이션(creep relaxation) 압축시험에서의 목표부하를 나타내는 램프홀드파(ramp hold波) 신호의 그래프이다.

도 22는 크립 릴랙세이션 인장시험에서의 목표부하를 나타내는 램프홀드파 신호의 그래프이다.

도 23은 도 1의 재료시험기의 컨트롤러에 의해 실시되는 제어게인 보정루틴의 흐름도이다.

도 24는 재료시험기에서의 하중제어모드에서 변위제어모드로의 절환을 보여주는 개념도이다.

도 25는 변위제어모드에서 하중제어모드로의 절환을 보여주는 개념도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 로드셀(load cell), 2 프레임,

3 액츄에이터, 4 유압원(油壓源),

5 서보밸브, 6 변위계,

7 변형 게이지, 8 제어부,

8a 검출앰프, 8b 편차기,

8c 컨트롤러, 8d 신호발생기,

8e 제어게인 설정부, 9 서보앰프,

11 서보계, 12 하중제어계,

13 변위제어계, 14 제어계 절환수단,

17a,17b 컨트롤러.

본 발명에 의하면, 재료에 부하를 주는 유압 액츄에이터를 포함하는 서보계의 작동을 시료에 주어지는 실부하가 목표부하에 합치되도록 컨트롤러에 의해 피드백 제어하면서, 시료에 주어진 부하와 시료에 생긴 기계적 변화(예를 들면 변위 또는 변형)에 기초하여 시료의 기계적 성질을 계측하는 재료시험기가 제공된다.

이 재료시험기는 재료시험중에 실시되는 피드백 제어에서의 제어게인을 설정하는 게인설정수단과, 피드백제어를 행하면서 실시되는 재료시험중에 각각 주기적으로 검출되는 시료의 실부하와 시료의 기계적 변화에 기초하여 시료의 기계적 성질을 추정하는 추정수단과, 추정된 기계적 성질에 따라 게인설정수단에 의해 설정된 제어게인을 보정하는 게인보정수단을 구비한다.

상기 재료시험기에 의하면, 재료시험중에 주기적으로 검출되는 시료의 부하와 기계적 변화(예를 들면 변위 또는 변형)로부터 추정한 시료의 기계적 성질에 기초하여 피드백 제어에서의 제어게인이 보정된다. 따라서, 게인설정수단이 설정한 제어게인이 최적치가 아닌 경우나, 재료시험중에 생긴 시료의 기계적 변화에 따라 제어게인이 그 최적치로부터 벗어난 경우, 제어게인을 보정하여 최적화하므로, 시료에 항상 적절한 부하를 가하면서 재료시험을 고정밀도로 또한 안정하게 실시할 수 있다.

바람직하게는, 추정수단은 재료시험중에 각각 주기적으로 검출되는 시료의 실하중과 시료의 실변위에 기초하여 시료의 강성을 추정한다.

이 바람직한 형태에 의하면, 제어게인에 특히 영향을 미치는 시료의 강성에 대한 추정결과에 기초하여 제어게인을 보정하여 최적의 제어게인을 얻는 것이 가능하다.

바람직하게는, 재료시험에 앞서서, 재료시험중에 실시되는 피드백 제어에서의 제어게인의 초기값을 설정하기 위한 초기설정이 행해진다. 이 초기설정에서는, 재료시험중의 피드백 제어에 유사한 피드백 제어를 실시하면서 시료에 부하를 줌과 동시에, 시료의 실부하 및 기계적 변화가 검출되고, 또한 시료의 기계적 성질이 추정된다. 초기설정중, 게인설정수단은 제어게인을 그 최소값에서 서서히 높힌다. 게인보정수단은, 초기설정중에 시료의 기계적 변화가 검출된 시점에서의 실부하와 시료의 기계적 변화로부터 추정수단이 추정한 시료의 추정 기계적 성질에 기초하여 제어게인을 보정하여 제어게인의 초기값을 설정한다. 그리고, 제어게인의 초기값의 설정후, 재료시험을 개시한다.

이 바람직한 형태에 의하면, 제어계의 제어게인의 초기값을 적절하게 설정한 후에 재료시험을 개시할 수 있고, 따라서, 시료에 과잉의 부하를 본의아니게 가하는 일이 없이 재료시험을 실시할 수 있다.

바람직하게는, 게인보정수단은 시료의 기계적 성질의 함수로서 제어게인을 시료의 종별마다 미리 설정한 테이블을 참조하여, 게인설정수단이 설정한 제어게인을 추정수단이 추정한 시료의 추정 기계적 성질에 대응하는 제어게인에 합치하도록 보정한다.

이 바람직한 형태에 의하면, 시료의 종별마다 미리 수집한 시료의 기계적 성질과 최적 제어게인과의 관계를 나타내는 테이블을 참조함으로써, 재료시험중에 실시되는 피드백 제어에서의 최적의 제어게인을 미리 설정하므로, 간이하게 하여 효과적으로 재료시험중의 서보계의 작동안정화를 도모하고, 재료시험을 정밀도 좋게 안정하게 행할 수 있다.

바람직하게는, 재료시험기는 재료시험에 앞서서 서서히 증대하는 부하(하중 또는 변위)를 시료에 주고 있는 사이에 시료의 미소변화(예를 들면 시료에 가해지는 실하중의 미소변화 또는 시료의 미소한 기계적 변화)가 검출된 시점에서의 부하를 유지하는 부하유지수단과, 피드백 제어에서의 제어게인의 초기값을 설정하는 초기게인설정수단을 구비한다. 추정수단은 시료의 미소변화의 검출시점에서의 부하가 유지되고 있는 사이에 시료의 변위가 안정된 후에 각각 검출되는 시료의 실부하와 시료의 기계적 변화에 기초하여 시료의 기계적 성질을 추정한다. 초기게인설정수단은 부하가 유지되고 있는 사이에 추정수단에 의해 추정된 시료의 기계적 성질에 따라 제어게인의 초기값을 설정한다.

상기의 바람직한 형태에 의하면, 시료의 기계적 성질(예를 들면 강성)이 확실치 않은 경우에도, 시료에 본의아닌 부하를 주는 일이 없이 단시간내에 정밀도 좋게 시료의 기계적 성질을 추정할 수 있으며, 또한, 추정한 기계적 성질에 적합한 제어게인의 초기값을 자동적으로 설정할 수 있다. 따라서, 기계적 성질이 불명확한 시료를 포함하는 각종 시료에 대한 재료시험을 간단하고 효율적으로 실행가능하게 된다.

바람직하게는, 초기게인설정수단은 재료시험에 앞서서 시료에 부하를 주기 시작할 때에 제어게인을 최소값으로 설정하고, 그후 시간경과와 함께 제어게인을 서서히 증대시킨다. 검출기의 검출분해능을 넘어서는 것같은 시료의 기계적 변화가 검출되었을 때 시료의 미소변화가 검출된다.

이 바람직한 태양에 의하면, 재료시험중에 실시되는 피드백 제어에서의 제어게인의 초기값의 부적정한 설정에 기인하여 과대한 부하가 시료에 주어지는 일을 확실히 방지할 수 있다.

바람직하게는, 재료시험기는 피드백 제어에서의 제어량으로서의, 시료에 가해지는 실하중에 기초하여 서보계의 작동을 피드백 제어하는 컨트롤러를 포함하는 하중제어계와, 피드백 제어에서의 제어량으로서의, 시료의 실변위에 기초하여 서보계의 작동을 피드백 제어하는 컨트롤러를 포함하는 변위제어계와, 하중제어계 또는 변위제어계의 어느 한쪽을 선택적으로 작동시키는 제어계 절환수단을 구비한다. 이 제어계 절환수단은, 절환하기 전의 제어계의 컨트롤러가 제어계의 절환 직전에서 서보계에 주어지고 있는 제어출력값에 기초하여 절환후의 제어계의 컨트롤러로부터의 제어출력치를 초기설정하고, 이어서 제어계를 절환한다.

상기의 바람직한 형태에 의하면, 제어계의 절환 직전에 서보계에 주어지고 있는 제어출력치에 기초하여 절환후의 제어계의 컨트롤러로부터의 제어출력치를 초기설정함으로써, 양 제어계에서의 제어게인의 차이를 흡수할 수 있다. 그 결과, 하중제어계와 변위제어계에서의 제어게인의 차이에 구애받지 않고, 게다가 시료에 쇼크를 주는 일 없이, 또한 시료에의 하중 인가를 일단 해제하는 일 없이, 제어계의 절환을 부드럽게 행할 수 있다.

바람직하게는, 하중제어계의 컨트롤러는 서보계에 대한 제어출력치 U_K를 다음식에 따라 구한다.

U_K=P_K⋅Δ e_K+I_K⋅Σ K

여기에서, P_K및 I_K는 미리 설정되는 비례제어게인 및 적분제어게인을 나타내고, Δe_K및 ΣK는 시료에 가해야 할 목표하중과 시료에 가하는 실하중과의 편차와 그 적분치를 나타낸다.

변위제어계의 컨트롤러는 서보계에 대한 제어출력치 U_H를 다음 식에 따라 구한다.

U_H=P_H⋅Δ e_H+I_H⋅Σ H

여기에서, P_H및 I_H는 미리 설정된 비례제어게인 및 적분제어게인을 나타내며, Δe_H및 ΣH는 시료의 목표변위와 실변위와의 편차와 그 적분값을 나타낸다.

제어계 절환수단은 제어계의 절환 직전에 서보계에 주어지고 있는 제어출력치 U_K또는 U_H에 기초하여, 절환후의 제어계에 초기설정되는 제어량과 제어목표치와의 편차의 적분치 ΣH 또는 ΣK를 다음식에 따라서 구하고, 제어계의 절환 전후에 서보계에 주어지는 제어출력치 U_K, U_H를 같게 한다.

이 바람직한 형태에 의하면, 제어계의 절환 전후에서 서보계에 주어지는 제어출력치 U_K, U_H를 같게 하는 것이 가능하고, 제어계의 절환을 부드럽게 행할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면에 비한정적인 예로서만 도시한 특정 실시예의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 관한 전기유압 서보형의 재료시험기를 설명한다.

도 1에 보인 것처럼, 이 재료시험기는 시험기 본체의 프레임(2)측에 마련된 정지 척킹부(2a)와 유압실린더로 이루어지는 액츄에이터(3)측에 마련된 가동(可動) 척킹부(3a)와의 사이에 시험편(S)을 유지하고, 이어서, 유압원(4)으로부터의 압력유(유압)를 서보밸브(5)를 거쳐서 액츄에이터(3)에 주어 액츄에이터(3)의 가동 로드(3b)를 작동시키고, 이것에 의해 시험편(S)에 부하를 가하는 것과 같이 구성되어 있다. 또, 재료시험의 종류에 따라서는, 정지 척킹부(2a)를 제거함과 동시에 가동 척킹부(3a) 대신 다이를 설치하고, 다이(3a)와 로드셀(1)과의 사이에 시료(S)를 장착하도록 하여도 좋다.

가동 로드(3b)에서 시험편(S)에 가해지는 실하중은 로드셀(1)에 의해 검출되고, 또한 시험편(S)에 생기는 변위는 변위계(6)에 의해 검출되며, 시험편(S)의 변형은 시험편에 붙여진 변형게이지(7)에 의해 검출된다. 마이크로컴퓨터 등에 의해 구성되는 제어부(8)의 컨트롤러(8c)는 상기와 같이 각각 검출된 하중, 변위, 변형을 입력하고, 예를 들면 로드셀(1)에 의해 검출되는 하중과 제어부(8)의 신호발생기(8d)로부터 주어지는 목표하중과의 편차가 영으로 되도록 제어게인설정부(8e)에 의해 설정된 제어게인으로, 서보앰프(9)를 거쳐서 서보밸브(5)의 작동을 피드백 제어한다. 이와 같은 피드백 제어계에 의해 유압 액츄에이터(3)가 서보제어되어 시험편(S)에 가해지는 하중(부하)이 조정된다.

이 전기유압 서보제어계는 도 2에 보인 것처럼 피드백 제어루프로서 표현된다. 즉, 이 제어계는 부하에 관한 제어목표치(예를 들면 목표하중 또는 목표변위)와 시험편(S)에 생긴 변화(예를 들면 실하중 또는 실변위)를 나타내는 검출앰프(8a)의 출력과의 편차 Δ를 구하는 편차기(8b)와, 이 편차 Δ에 따라 서보앰프(9)를 거쳐서 서보밸브(5)의 작동을 제어하는 컨트롤러(8c)를 구비하고, 편차 Δ를 영으로 하도록 서보밸브(5)의 작동을 제어하여 액츄에이터(3)를 유압구동하고, 이것에 의해 시험편(S)에 가하는 부하를 조정한다.

바람직하게는, 이 재료시험기의 피드백 제어계는 도 3에 개략적으로 보인 것처럼, 시료(S)에 가해지는 실하중 K와 목표하중치 R_K와의 편차 Δe_K에 따라서, 도 2에 도시한 유압 액츄에이터(3), 서보밸브(5) 및 서보앰프(9)를 포함하는 서보계(11)의 작동을 피드백 제어하는 하중제어계(12)와, 시료(S)에 생긴 실변위 H와 목표변위치 R_H와의 편차 Δe_H에 따라서 피드백 제어를 실시하는 변위제어계(13)와, 하중제어계(12) 또는 변위 제어계(13)를 택일적으로 작동시키는 제어계 절환수단(선택 스위치)(14)를 구비한다.

한편, 도 3에 있어서, 참조부호 15a는 로드셀(1)의 출력에서 실하중 K를 검출하는 검출앰프, 또 15b는 변위계(6)의 출력에서 실변위를 검출하는 검출앰프이다. 또한, 참조부호 16a, 16b는 실하중 K와 그 목표하중치 R_K와의 편차 Δe_K및 실변위 H와 그 목표변위치 R_H와의 편차 Δe_H를 각각 구하는 편차기이다. 참조부호 17 a, 17b는 편차 Δe_K, Δe_H에 소정의 제어 게인을 곱함으로써 제어출력치 U_K, U_H를 각각 생성하는 컨트롤러를 나타낸다. 컨트롤러 17a는 제어출력치 U_K를 서보계(11)에 공급하여 하중제어모드에서의 피드백 제어를 실시하고, 컨트롤러 17b는 제어출력치 U_H를 서보계(11)에 공급하여 변위제어모드에서 피드백 제어를 실시한다.

이 실시예에 관한 재료시험기는, 재료시험을 개시하는데 앞서서 그 제어부(8)가 피드백 제어루틴에서의 제어게인을 시료(S)의 기계적 성질(바람직하게는 강성)에 따라서 자동적으로 또한 최적으로 설정하는 기능을 가지며, 강성을 알지못하는 시료에 대한 재료시험도 용이하게 실시가능하다는 점을 특징으로 하고 있다.

상세하게는, 이 제어게인 자동설정기능에 관련하여, 재료시험기는 시험기 본체의 척킹부(2a, 3a)에 양단이 파지(把持)된 시료(S)에 대해서 서서히 부하, 예를 들면 하중을 가하면서, 시료(S)에 가하는 실하중의 변화나 시료(S)에 생기는 기계적 변화, 즉 변위 또는 변형의 변화(바람직하게는 변위의 변화)를 감시하는 제1의 기능과, 시료(S)의 미소변화, 예를 들면 변위계(6)의 최소분해능을 넘어서는 정도의 미소변위가 검출되었을 때, 그 시점에서 시료(S)에 가해지고 있는 부하를 그대로 유지하는 제2의 기능과, 시료의 기계적 변화, 예를 들면 변위가 안정화된 상태에서 시료에 가해지고 있는 실하중과 시료에 생기고 있는 실변위를 각각 검출하는 제3의 기능과, 검출된 실하중과 실변위와의 관계로부터 시료(S)의 스프링 정수 KL을 추정하는 제4의 기능과, 추정한 스프링 정수 KL에 따라서 피드백 제어루프에서의 제어게인을 자동설정하는 제5의 기능을 가진다.

재료시험기에 의한 제어게인 자동설정처리에서는, 피드백 제어루프에서의 제어게인을 도 4에 파선 C로 보인 것처럼 그 최소치에서 서서히 높이면서 액츄에이터(3)의 작동을 제어하고, 이것에 의해 도 4에 실선 D로 보인 것처럼 시료(S)에 가하는 부하, 예를 들면 하중을 서서히 증대시킨다. 이 하중의 인가는 변위계(6)에 의해 검출되는 시료(S)의 변위를 감시하면서, 변위계(6)의 최소분해능을 약간 넘어서는 정도의 미소변위가 검출될 때까지 행해진다(처리기간 T1). 제어게인 자동설정처리에서 시료(S)에 가할 수 있는 최대하중을, 제어게인설정후에 실시되는 재료시험에서의 목표최대하중(도 4에 2점쇄선 E의 수평선 부분으로 나타냄)의 30∼50% 정도의 값으로 제한하여 두는 것이 바람직하고, 이것에 의해 제어게인 자동설정처리중에 시료(S)에 큰 하중이 가해지지 않도록 한다. 제어게인설정에서의 최대하중은 추정되는 시료(S)의 기계적 성질에 기초하여 구해진다.

그러나, 하중의 인가에 따른 시료(S)의 미소변위가 검출되었다고 하면, 액츄에이터(3)의 작동상태를 유지하여, 그 시점에서 시료(S)에 가해지고 있는 하중을, 도 4에 실선 F로 보인 것처럼, 시료(S)의 변위가 안정해질 때까지 소정시간에 걸쳐서 유지한다(처리시간 T2). 이때, 시료 S의 강성이 높고, 그 스프링 정수 KL이 큰 경우에는, 도 4의 시간·변위특성 A에 보인 것처럼 비교적 단시간중에 변위가 안정된다. 그러나 시료(S)의 강성이 낮고, 그 스프링 정수 KL이 작은 경우에는, 도 4의 특성 B에 보인 것처럼 어느 정도 변위가 변화한 후에 그 변위가 안정된다. 상기 하중상태 유지시간 T2는 스프링 정수에 의해 변위의 안정화에 필요한 시간이 다른 것을 예상하여 길게 설정된다.

그후, 시료(S)에 가해지는 실하중과 시료(S)에 생기고 있는 실변위를 각각 복수회에 걸쳐서 검출한다(처리시간 T3). 이 하중과 변위의 검출은 검출오차 등을 상쇄하기 위해, 예를 들면 100∼200회 정도에 걸쳐서 반복하여 행해진다. 그후, 검출된 하중치의 평균과, 변위량의 평균을 각각 구하고, 평균하중치를 평균변위량으로 나누어, 시료(S)의 스프링 정수 KL을 추정한다(처리시간 T4). 그리고, 이와 같이 하여 추정한 스프링 정수 KL에 따라서 예를 들면 미리 구하여 둔 스프링 정수와 최적제어게인과의 관계를 나타내는 테이블에 따라서, 피드백 제어루프에 설정해야 할 최적의 제어게인을 구하고, 이것을 초기설정한다.

한편, 상기 스프링 정수와 최적제어게인과의 관계에 대해서는, 예를 들면 스프링 정수 KL을 미리 알고 있는 여러가지 시료(S)에 대해서 서보제어계의 최적화 제어하에 미리 이 재료시험기에서의 최적제어게인을 각각 구하고, 이들 데이터를 정리함으로써 서보제어계에 고유한 테이블 데이터로서 미리 구해진다. 또한 재료시험의 실행에 수반하여, 그때의 스프링 정수 KL과 최적제어게인이 새로이 구해질 때마다, 그 실적 데이터를 학습함으로써 테이블 데이터의 갱신이 행해진다.

이하, 시료(S)의 강성을 보여주는 스프링 정수 KL과 서보제어계에서의 최적인 제어게인과의 관계에 대해서 설명한다.

시료(S)에 하중을 가하는 유압 액츄에이터(3)를 구동하는 서보계를 안정동작시킬 때의 제어루프의 최적인 제어게인은, 시료(S)의 강성(스프링 정수)에 따라 다르며, 또한 제어루프에 고유한 값을 취한다. 즉, 재료시험기의 제어루프는 도 2에 도시한 것처럼 서보앰프(9), 서보밸브(5), 액츄에이터(3) 및 시료(S)(부하)를 포함하는 폐루프 전달계로서 구성되므로, 서보계의 안정동작을 실현하는데는, 재료시험기에 고유한 전달계(전달함수)와 시료(S)의 기계적 성질에 의존한 부하의 전달계(전달함수)를 고려하여, 예를 들면 컨트롤러(8c)에 최적인 제어게인을 설정할 필요가 있다.

덧붙여서 말하면, 시료(S)의 변위에 기초하여 액츄에이터(3)의 작동을 서보제어하는 변위제어계에서의, 시료(S)의 스프링 정수 KL에 대응한 최적의 제어게인은, 예를 들면 도 5에 도시한 것처럼 된다. 도 5는 변위제어계에서의 최적인 비례 게인 KP를 스프링 정수 KL의 함수로 나타낸다. 변위제어계에서의 최적인 스프링 정수 KL·적분게인 KI 특성선은 비례 게인 KP의 경우와 마찬가지이다. 또한, 시료(S)에 가하는 하중에 기초하여 액츄에이터(3)의 작동을 서보제어하는 하중제어계에서의, 시료(S)의 스프링 정수 KL에 대응한 최적인 비례 게인 KP 및 적분게인 KI는, 예를 들면 도 6에 도시한 것처럼 된다.

제어게인 자동설정처리전에 본 실시예에서는, 재료시험기의 시험대상으로 되는 시료의 스프링 정수 범위를 커버하는 여러가지 스프링 정수 KL을 가지는 다수의 시료(S)를 사용하여 재료시험기를 운전하고, 변위제어계 및 하중제어계의 각각에서의 비례 게인 KP와 적분게인 KI를 제어계가 최적화되도록 튜닝하여, 각종 스프링 정수 KLi (i=1,2,…,N)에 대한 최적인 제어게인 KPi, KIi를 구하여 둔다. 그리고, 이들 각종 스프링 정수 KLi와 최적인 제어게인 KPi, KIi와의 관계를 나타내는, 예를 들면 도 7에 도시한 것과 같은 테이블 구조의 데이터를 미리 준비하여 둔다. 재료시험기에 고유한, 예를 들면 도 5 및 도 6에 도시하는 것과 같은 최적제어게인 KP, KI는 이와 같은 테이블 데이터에 기초하여 후술하는 것처럼 시료(S)의 스프링 정수 KL에 따라서 부여하는 것이 가능하다.

재료시험의 개시에 앞서는 제어게인 자동설정처리에서는, 시료(S)의 스프링 정수 KL을 추정하기 위해, 전술한 것처럼 시료(S)의 미소변위가 검출될 때까지 시료(S)에 대해서 서서히 하중이 가해진다. 하중제어계에서의 스텝응답시의 스프링 정수 KL과 비례게인 KP와의 도 8에 예시하는 관계에 비추어서, 특히 스프링 정수를 알지 못하는 시료(S)에 대해서 가하는 하중의 제어는, 예를 들면 도 9에 도시한 것처럼 시간 경과에 따라서 비례 게인 KP를 서서히 증대시킴으로써 적정하게 실현되는 것이 이해된다. 구체적으로는, 예를 들면 도 4에 도시하는 것처럼 최대하중을 제한한 램프·홀드 파형으로 나타내어지는 목표하중변화 패턴에 따라서 하중을 가변제어하기 위해, 제어계에서의 비례게인 KP의 초기치를 최대강성의 시료에 적합한 비례게인 KP의 최소치로 설정하고, 그후 시간경과에 따라서 게인값을 서서히 증대시킨다. 이 하중제어중, 적분게인 KI는 예를 들면 영으로 설정된다.

한편, 변위제어계에서의 스텝 응답시의 스프링 정수 KL과 비례 게인 KP와의 관계는 도 10과 같이 나타내어진다. 이 관계를 이용하여 제어게인 자동설정에 있어서 하중제어 대신에 변위제어를 실시하여도 좋다. 이 경우, 변위제어하에서, 예를 들면 도 11에 도시하는 것처럼 시간경과에 따라서 비례게인 KP를 서서히 증대시킨면서 시료(S)에 변위를 가한다. 또한, 하중제어하에서 실시되는 제어게인 자동설정의 경우와 마찬가지로, 시료(S)의 미소한 변위가 검출된 시점에서 그 부하상태를 일단 유지한다.

다시 하중제어모드에서의 제어게인 자동설정의 설명으로 돌아간다.

상술한 것처럼 시료(S)에 부하(하중)을 가함으로써 변위계(6)에서의 최소분해능을 넘어서는 정도의 시료(S)의 미소변위가 검출되면, 그 시점에서 예를 들면 그때의 비례게인값과 제어목표치가 일정하게 유지된다. 이것에 의해 시료의 부하(하중)가 유지되고, 시료(S)에 대해서 필요이상의 하중이 가해지는 일이 없다. 그리고, 이 부하유지상태에서 시료(S)에 생기는 변위의 안정화를 기다린다. 도 12에 보인 스텝응답시의 변위안정화 시간으로부터 알 수 있는 것처럼, 이 변위의 안정화에 필요한 시간은 시료(S)의 스프링 정수 KL에 따라 다르다. 그래서, 재료시험대상으로 되는 각종 시료의 스프링 정수 KL을 커버하는 스프링 정수 범위에서 스프링 정수 KL이 가장 작은 시료의 변위의 안정화에 요하는 시간에 기초하여 하중유지시간 T2를 설정한다.

이상과 같이 하여 시료(S)의 변위 안정화를 기다린 후, 시료의 변위량과 하중치를 복수회에 걸쳐서 주기적으로 수집하고, 그 평균을 구한다. 이 복수회의 계측치를 평균화하는 것에 의해 외란이나 기타의 요인에 의한 계측치의 변동이 경감된다. 그후, 평균하중치를 평균변위량으로 나눔으로써, 시료(S)의 스프링 정수 KL을 추정한다. 이상과 같이, 본 실시예에서는 시료(S)에 가벼운 부하(하중)을 가함으로써 시료(S)에 미소한 변위를 발생시키고, 이때의 하중과 변위와의 관계로부터 시료(S)의 스프링 정수 KL을 추정한다.

이와 같이 하여 시료(S)의 스프링 정수 KL을 추정하였다면, 다음에 전술한 테이블에 따라서 추정 스프링 정수 KL에 대응하는 제어게인을 역산한다. 이것에 의해 제어계에 설정해야 할 최적인 제어게인 KP, KI를 구하는 것이 가능하게 되고, 스프링 정수 KL을 알 수 없는 시료(S)를 시험할 때의 최적화 제어게인의 자동설정이 실현 가능하다.

이하, 도 13 및 도 14를 참조하여 제어게인 자동설정에서의 제어부(8)에서의 처리수순의 일례를 설명한다.

제어부(8)는 제어계 절환처리를 행한다(스텝 S1). 이 제어계 절환처리에서는, 도 3에 도시하는 제어계 절환수단(14)을 절환작동시켜서 컨트롤러(17a,17b)의 한쪽, 예를 들면 하중제어계의 컨트롤러(17a)가 선택된다.

스텝 S1에서 하중제어계가 선택된 경우, 게인조정용의 시간·게인특성(도 4의 파선 C의 경사부분에 대응됨)을 도 9에 도시하는 것처럼 설정하고(스텝 S2), 게인조정용의 목표하중변화 패턴을 도 4에 실선 D와 2점쇄선 E와의 조합으로 보여주는 램프·홀드 파형으로 되도록 설정한다(스텝 S3). 그후, 하중제어계에서의 초기게인(최소치)을 세트한 후(스텝 S4), 상기 시간·게인 특성 및 목표하중변화 패턴에 따라서 실시되는 하중제어를 개시한다(스텝 S5).

이 상태에서 변위계(6)에 의해 검출되는 시료(S)의 실변위로부터, 변위계(6)에서 검출가능한 최소 변위가 검출되었는지 아닌지를 감시한다(스텝 S6). 그리고, 시료(S)의 최소변위가 검출되었을 때(도 4의 t1 시점), 이 t1 시점에서의 비례게인과 목표하중을 도 4에 파선 C 및 실선 F로 나타내는 것처럼 유지한다(스텝 S7). 그 결과, t1 시점에서 시료(S)에 가해지고 있었던 실하중이 대략 일정하게 유지된다. 다음에 t1 시점에서 전술한 변위안정화를 위한 소정시간 T2가 경과하였는지 아닌지를 판별하고(스텝 S8), 소정 시간 T2가 경과하여있지 않으면, 스텝 S7로 되돌아가서 비례게인 및 목표하중의 유지를 계속함과 동시에 변위계(6)에 의해 검출되는 시료(S)의 실변위가 컨트롤러(17a)에 읽혀들여진다.

최소변위검출시점 t1으로부터 소정 시간 T2가 경과한 것이 스텝 S8에서 판별되었다고 하면, t1 시점으로부터 소정시간 T2가 경과할 때까지에 순차 읽혀들여진 시료(S)의 실변위의 변화경향에 기초하여 시료(S)의 실변위가 안정되었는지 아닌지를 판별한다(도 14의 스텝 S10). 소정 시간 T2가 경과한 시점에서는 시료(S)의 실변위는 통상은 안정화되어 있지만, 안정화되어 있지 않은 것이 스텝 S10에서 판별된 경우에는 안정화를 기다린다.

시료(S)의 실변위가 안정화한 것이 스텝 S10에서 판별된 경우, 이 안정화 상태에서 로드셀(1)로부터 실하중을 주기적으로 복수회, 예를 들어 200회에 걸쳐서 읽어들임과 동시에 변위계(6)로부터 실변위를 주기적으로 복수회, 예를 들어 200회에 걸쳐서 반복하여 읽어들이고, 이어서 실하중의 평균치 및 실변위의 평균치를 산출한다(스텝 S11). 그리고, 평균실하중과 평균실변위로부터 시료(S)의 추정 스프링 정수 KL을 계산하고(스텝 S12), 이 추정 스프링 정수 KL에 따라서 도 7에 나타내는 데이터 테이블로부터 시료(S)의 스프링 정수 KL에 적합한 하중제어모드에서의 최적인 비례게인 KP와 비례게인 KI를 각각 구하여 하중제어계의 컨트롤러(17a)에 세트한다(스텝 S13).

다음에, 플랙 F가 하중제어계 및 변위제어계의 한쪽의 제어게인설정으로부터 다른쪽 제어계의 제어게인설정으로 이행하였다는 것을 나타내는 값 1인지 아닌지를 판별한다(스텝 S14). 플랙 F가 값 1이 아니라면, 플랙 F를 값 1로 세트하고(스텝 S15), 도 13의 스텝 S1로 돌아가서 제어계 절환처리를 실시한다. 이 설명예에서는 하중제어계의 제어게인설정이 완료되어 있으므로, 변위제어계의 제어게인설정처리로 이행한다.

변위제어계의 제어게인 설정처리는 하중제어계의 경우과 마찬가지로 실시된다. 즉, 도 10에 나타내는 시간·게인특성이 스텝 S2에서 설정되고, 도 4의 목표하중변화 패턴에 유사한 목표변위변화패턴(도시 생략)이 스텝 S3에서 설정된다. 여기에서의 목표변위의 초기치는, 예를 들면 하중제어모드에서의 제어게인 설정완료시의 시료의 실변위와 목표변위변화패턴에서의 목표변위의 초기치와의 합과 같은 값으로 설정된다.

다음에, 변위제어계에서의 초기제어게인이 스텝 S4에서 설정되고, 변위제어가 스텝 S5에서 개시된다. 그리고, 시료(S)의 최소변위(여기에서는 하중제어모드에서의 제어게인 설정완료시의 시료(S)의 실변위와 최소변위와의 합과 같은 변위)의 검출이 스텝 S6에서 판별되면, 이 시점에서의 제어게인과 목표변위가 스텝 S7 및 S8에서 소정시간에 걸쳐서 유지된다. 소정시간 경과후에 시료(S)의 실변위가 안정화된 것이 스텝 S10에서 판별되면, 시료(S)의 실하중 및 실변위의 평균치가 스텝 S11에서 산출되고, 평균실하중 및 평균실변위에 기초하여 스프링 정수가 스텝 S12에서 추정되며, 추정 스프링 정수에 적합한 변위제어모드에서의 비례 게인 KP 및 적분 게인 KI가 스텝 S13에서 변위제어계의 컨트롤러(17b)에 세트된다.

스텝 S14에서 판별결과가 긍정으로 되므로, 스텝 S16에서 플랙 F가 값 0으로 리셋되고, 다음 스텝 S17에서 스텝 응답성을 조사하는 등 하여, 제어게인이 최적화되어 있는지 아닌지를 확인하고, 일련의 제어게인 설정처리를 끝낸다. 상세하게는, 스텝 S17에서는 필요에 따라 제어계 절환처리를 실시하여 하중제어계에서의 스텝 응답성 및 변위제어계에서의 스텝 응답성을 조사한다. 이 경우, 시료(S)에 과대한 부하가 가해지지 않도록, 목표하중의 스텝 입력 및 목표변위의 스텝 입력이 설정된다.

그후, 자동설정된 제어게인하에서 시료(S)의 피로시험, 크립 시험, 릴랙세이션 시험, 인장시험, 압축시험중 필요한 것이 실행된다.

전술한 것처럼, 본 실시예의 재료시험기에 의하면, 시료(S)의 기계적 성질, 예를 들면 강성(스프링 정수)이 전혀 알려져 있지 않은 경우라도, 매우 간단하고 또한 단시간에 효율적으로 시료(S)의 기계적 성질에 따른 최적의 제어게인을 설정하는 것이 가능하다. 게다가, 간단한 제어 알고리즘하에서 시료(S)에 과대한 부하를 가하는 일이 없이 그 스프링 정수 KL을 추정하고, 최적인 제어게인설정을 행할 수 있다. 특히 시료(S)에 근소한 하중을 가한 상태에서 그 변위의 안정화를 기다리고, 안정상태에서 시료(S)에 가해지고 있는 하중치와 변위량을 복수회에 걸쳐서 샘플링한 다음에, 이들 데이터에 기초하여 스프링 정수 KL을 추정하므로, 그 추정 정밀도를 충분히 높일 수 있다. 그리고 추정한 스프링 정수로부터 제어계에 최적인 제어게인을 역산하고 이것을 제어계에 세트하므로, 시료(S)에 여분의 부담을 주지 않고 효율적으로 제어게인의 자동설정을 행할 수 있다고 하는 이점이 있다.

한편, 본 실시예의 제어게인 자동설정처리는 여러가지로 변형이 가능하다.

예를 들면, 시료(S)의 시험조건에 따라서 시료(S)에 가하는 하중이나 변위의 조건이 다르므로, 시료(S)의 스프링 정수를 추정하는데 있어서 설정하는 게인특성이나 목표부하변화 패턴을, 특히 그 패턴에서의 최대하중치 등을 시험조건에 따라서 설정하도록 하여도 된다.

구체적으로는, 피로시험을 행하는 경우에는, 시료(S)에 가하는 하중을 도 16에 도시한 것처럼 삼각파 모양으로 변화시키고, 또한 크립/릴랙세이션 시험을 행하는 경우에는 도 21에 도시한 것처럼 하중을 램프파형 모양으로 증대시킨 후, 그 하중을 일정하게 홀드한다. 더욱이 인장시험 또는 압축시험을 실행하는 경우에는 도 19 또는 도 20에 도시하는 것처럼, 하중 또는 변위를 일정한 구배(勾配)로 증대시킨다. 따라서, 이와 같은 시험조건의 차이에 따라서 예를 들면 재료시험에 있어서 시료(S)에 가하는 목표최대 하중치의 30∼50% 정도의 하중을 가하면서 시료(S)가 안정된 상태에서 변위와 하중과의 관계를 구하고, 이것에 의해 그 스프링 정수를 추정하도록 하면 된다.

또한, 변위계(6)의 최소분해능을 넘어서는 정도의 미소변위를 검출한 시점에서의 목표하중을 일정화하면서 스프링 정수 추정을 위한 시료변위를 주기적으로 검출하는 경우, 검출변위량 자체가 노이즈에 파묻히기 쉬운 상태에 있다. 따라서, 노이즈의 영향을 저감하기 위해서, 소정 주기마다 변위량을 읽어들이면서, 예를 들면 그 변위 데이터를 이동평균 등의 방법을 이용하여 필터링한 다음에 그 검출치(변위)를 판정하고, 더욱이는 소정량의 변위가 복수회 연속하여 검출되었을 때에, 부하(하중)에 의해 시료에 의미있는 변위가 생겼다는 것을 판정하면 된다.

더욱이, 도 7에 도시하는 스프링 정수와 제어게인과의 관계를 나타내는 테이블 데이터량이 적은 경우에서의 제어게인의 결정에는, 그 데이터에 기초하여 결정되는 근사식하에 평균하중치와 평균변위량으로부터 추정된 스프링 정수 KL에 따라서 최적제어게인의 근사치를 산출하도록 하여도 된다.

또한, 시료(S)의 변형을 제어량으로 하는 변형제어를 실시하면서, 변형 제어계의 제어게인을 자동설정하는 것도 가능하다.

이하, 본 실시예의 재료시험기의 다른 특징에 대해서 설명한다.

전술한 재료시험에 앞서서 실시되는 제어게인 자동설정과는 다른, 재료시험기의 특징은, 소정의 제어게인하에서 실행되는 재료시험중의 시료(S)의 기계적 변화(강성의 변화)를 감시하고, 이 기계적 변화에 따라서 제어게인을 보정함으로써 재료시험중에 실시되는 피드백제어에서의 제어게인을 최적화하는 기능을 구비하는 점에 있다.

이 기능은, 소정의 제어게인이 설정된 피드백제어계에 의한 제어하에서 시료(S)에 부하를 가하여 재료시험을 행하고 있는 사이에, 시료(S)에 가해지고 있는 실하중과 시료(S)의 실변위를 소정 주기로 계측하는 수단과, 계측된 시료(S)의 하중과 변위와의 관계로부터 시료(S)의 스프링 정수를 추정하는 수단과, 설정완료된 제어게인을 추정된 스프링 정수에 따라서 보정하여 최적화하는 수단에 의해 실현된다.

전술한 제어게인 자동설정처리에 의해 제어부(8)의 최적제어게인(보다 일반적으로는, 피드백 제어 루프에서의 최적제어게인)을 초기설정한 후에, 이 최적제어게인하에서 시료(S)의 시험이 개시된다. 구체적으로는, 제어계에 대해 부여하는 목표부하를 신호발생기(도 1에 부호 8d로 표시)에 의해 가변제어함으로써, 시료(S)에 대한 피로시험, 크립 시험, 릴랙세이션 시험, 인장시험 또는 압축시험이 선택적으로 실행된다.

피로시험의 경우, 도 15 내지 도 18에 나타내는 정현파, 삼각파, 구형파 또는 램프파 등의 일정 패턴으로 반복해서 변화하는 시험파형이 신호발생기(8d)에서 생성되고, 이 시험파형이 제어목표치로서 제어부(8)의 컨트롤러(8c)에 입력된다. 그 결과, 시료(S)에 가하는 부하의 목표치가 반복해서 변화하고, 이것에 의해 시료(S)의 피로시험이 실행된다. 인장시험 또는 압축시험의 경우에는, 도 19 또는 도 20에 보인 램프파형을 목표치로 부여한다. 또한 크립·릴랙세이션 압축 또는 인장 시험의 경우에는, 도 21 또는 도 22에 보인 램프·홀드 파형을 목표치로 부여한다.

그런데, 시료(S)에 대한 재료시험을 실행할 때에, 특히 주기적으로 반복 변화하는 시험파형을 목표치로서 부여하여 실시되는 피로시험(동적시험)을 실시하는 경우에는, 시험의 진행에 따른 시료(S)의 기계적 성질(강성)의 변화에 의해, 제어부(8)(보다 일반적으로는 서보제어계)에 설정되어 있는 제어게인이 그 최적치에서 벗어나는 일이 있다. 이와 같은 제어게인의 최적치로부터의 벗어남은, 시료에 대하여 실제로 가해지는 부하의 변동 요인으로 되어 시험정밀도가 저하하는 것을 부정할 수 없다.

즉, 어느 변화폭(진폭)으로 부하를 반복해서 변화시키면서 피로시험을 행하는 경우, 시료(S)의 실부하(실하중)의 변화폭이나 그 레벨(평균 실하중)이 변화하는 일이 있다. 이와 같은 시료(S)의 부하조건의 변화는 시험조건을 변화시키고, 당연한 일이지만 재료시험에서의 오차요인으로 되어 시험정밀도의 저하, 더 나아가서는 피로시험에 대한 신뢰성 저하의 원인이 된다.

그래서, 본 실시예의 재료시험기에서는, 유압서보제어계에 대하여 소정의 제어게인을 설정하여 시료(S)의 재료시험을 실시하고 있는 과정에서, 시료(S)에 가해지고 있는 하중과 시료(S)에 생기고 있는 변위를 소정의 주기로 계측하고, 이들 계측된 하중과 변위와의 관계로부터 시료(S)의 스프링 정수 KL을 주기적으로 추정하고, 그 스프링 정수 KL의 변화를 감시하는 것으로 되어 있다. 그리고 시료(S)의 스프링 정수 KL의 변화가 검출되었을 때에, 예를 들면 전술한 테이블을 참조함으로써 시료(S)의 새로운 스프링 정수 KL에 따른 최적제어게인을 구하고, 먼저 유압서보제어계에 설정되어 있는 제어게인을 보정함으로써 그 최적화를 도모하는 것으로 되어 있다.

구체적으로는, 재료시험 실시중에 도 23에 나타내는 제어게인 보정 루틴이 제어부(8)에 의해 실시된다.

이 제어게인 보정 루틴에서는, 시료(S)에 가하고 있는 하중의 변화주기보다도 충분히 짧은 주기로, 예를 들면 제어부(8)에서의 연산처리의 주기(예를 들면 100 μ초)로 시료(S)에 가해지고 있는 하중과 그 하중에 의해 시료에 생기고 있는 변위를 계측한다(스텝 S101). 그리고 소정 샘플수의 하중 데이터와 변위데이터가 수집되었는지 아닌지를 판정하고(스텝 S102), 스프링 정수 KL의 추정에 충분한 샘플수의 데이터가 얻어지고 있다면, 하중의 평균치 및 변위의 평균치를 각각 구하고, 이들 평균치에 기초하여 시료(S)의 스프링 정수 KL를 추정한다(스텝 S103).

그후, 추정한 스프링 정수 KL과 현시점에서 유압서보제어계에 설정되어 있는 제어게인에 대응하는 스프링 정수와의 차 ΔKL, 즉 시료(S)의 부하상태변화에 따른 스프링 정수의 변화분을 구한다(스텝 S104). 그리고, 스프링 정수의 변화분 ΔKL이 미리 설정된 판정 문턱치를 넘어서고 있는지 아닌지를 판정한다(스텝 S105). 한편, 이 판정 문턱치는 스프링 정수의 근소한 변화에 의한 제어게인의 과민한 수정을 방지하기 위한 것이다. 스프링 정수의 변화분 ΔKL이 판정문턱치를 넘어서고 있을 때, 스프링 정수에 의미 있는 변화가 생겼다고 판정하고, 예를 들면 전술한 스프링 정수와 최적제어게인과의 관계를 나타내는 테이블을 참조함으로써, 새로운 스프링 정수 KL에 대응한 최적제어게인을 구한다(스텝 S106).

이상과 같이 하여 시료(S)의 새로운 스프링 정수 KL에 대응한 최적 제어게인이 상기 테이블의 참조에 의해 구해졌다면, 이 최적제어게인을 유압서보제어계에 설정함으로써, 유압서보제어계에 설정되어 있는 제어게인을 보정한다(스텝 S107). 이 제어게인의 보정은, 예를 들면 전술한 것과 같은 유압서보제어계에 부여하는 목표치(하중)의 변화주기에 동기한 타이밍으로 행해진다.

전술한 것처럼 하여 시료(S)의 시험중에 시료(S)의 스프링 정수 KL이 변화한 경우에는, 변화한 스프링 정수 KL에 따른 최적제어게인을 구하고, 이것을 유압서보제어계에 재설정함으로써 서보제어계의 제어게인을 최적화 보정하게 되어 있다.

따라서, 이와 같은 유압서보제어계에 대한 제어게인의 최적화 설정기능을 구비한 재료시험기에 의하면, 상기 제어게인 자동설정처리에 의해 최적의 제어게인이 설정된 상태에서 재료시험이 개시되었다고 하여도, 그 시험의 진행에 따라서 시료(S)의 기계적 성질(스프링 정수 KL)이 변화하여 제어게인이 그 최적화 조건에서 벗어나는 것과 같은 경우에는, 시료(S)의 시험과정에서 추정되는 시료(S)의 스프링 정수에 따라서 제어게인이 최적화 보정되게 된다.

또한, 재료시험 전의 제어게인 자동설정기능을 가지지 않고, 유압서보제어계의 제어게인을 시행착오에 의해 설정하지 않을 수 없는 재료시험기에서도, 그 시험기에 본 실시예의 제어게인 보정기능을 갖게 함으로써, 시행착오적으로 초기설정한 제어게인과 최적제어게인과의 오차가 큰 경우라도, 시료(S)의 시험과정에서 추정되는 시료(S)의 스프링 정수에 따라서 제어게인을 최적화할 수 있게 된다.

따라서, 이와 같은 제어게인의 최적화 기능에 의하면, 유압서보제어계의 제어게인을 항상 최적화하고, 그 제어계를 안정하게 유지하면서 시료(S)의 시험을 실행할 수 있으므로, 시험정밀도를 충분히 높일 수 있다. 게다가 전술한 것처럼 시료(S)의 스프링 정수 KL이 판정문턱치를 넘어서서 변화한 때에만, 즉 제어게인의 설정오차가 무시할 수 없는 경우에만, 그 제어게인을 최적화 보정하므로, 시료(S)의 근소한 스프링 정수의 변화에 과민하게 반응하여 제어게인이 수정되는 일이 없다. 따라서 제어계의 안정상태를 유지하면서 그 제어게인을 최적설정하여 고정밀도로 재료시험을 실행하는 것이 가능하게 된다.

한편, 본 실시예의 제어게인 보정은 여러가지로 변형가능하다.

예를 들면, 실시예에서는 각종 시료의 스프링 정수 KL에 대한 최적의 제어게인을 테이블화하여 미리 구해 두고, 이 테이블을 참조함으로써 추정한 스프링 정수에 대응하는 최적 제어게인을 구하도록 하였지만, 스프링 정수와 최적제어게인과의 관계를 수차의 근사식의 형태로 부여하여 두고, 이 근사식에 따라서 스프링 정수 KL에 따른 최적제어게인을 근사계산처리에 의해 구하여도 좋다.

또한, 유압서보제어계에 대한 제어게인의 초기설정을 상기의 제어게인 자동설정처리에 의해 실시하는 것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들면, 경험적으로 추정되는 스프링 정수를 고려하여 설정한 제어게인을 시행착오적으로 가변하면서 제어게인의 초기치를 정하도록 하여도 좋고, 또한 시료(S)에 대해서 미리 알고 있는 데이터(스프링 정수 등)에 기초하여 설정하도록 하여도 좋다. 또한, 목표하중을 나타내는 시험파형을 부여하는 재료시험기의 경우에, 제어게인 보정중에 시험파형의 레벨이나 그 진폭을 수정하는 것도 가능하다.

이하, 본 실시예에 관한 재료시험기의 또 다른 특징을 설명한다.

본 실시예의 재료시험기는, 도 3에 보인 것처럼, 하중제어계(12) 또는 변위제어계(13)의 어느 것인가를 제어계 절환수단(14)에 의해 선택하여 서보계(11)의 작동을 하중제어모드 또는 변위제어모드에서 피드백 제어하도록 되어 있다.

하중제어계(12)는 유압서보계(프로세스)(11)가 시료(S)에 가하는 부하를 피드백 제어하기 위해, 시료(S)에 가해진 하중과 그 목표하중치 R_K와의 편차 Δe_K에 따라서 유압서보계(11)에 대한 제어출력치 U_K를 생성한다. 구체적으로는, 하중제어계(12)의 컨트롤러(17a)는 미리 설정된 비례제어게인 P_K와 적분제어게인 I_K하에서

U_K=P_K⋅Δ e_K+I_K⋅Σ K …(1)

로 그 제어출력치 U_K를 구한다.

한편, 변위제어계(13)는 시료(S)에 생긴 실변위와 그 목표변위치 R_H와의 편차 Δe_H에 따라서 상기 유압서보계(11)에 대한 제어출력치 U_H를 생성한다. 상세하게는, 변위제어계(13)의 컨트롤러(17b)는, 미리 설정된 비례제어게인 P_H와 적분제어게인 I_H하에서

U_H=P_H⋅Δ e_H+I_H⋅Σ H …(2)

로 그 제어출력치 U_H를 구한다. 단, 상기 각 식에서 ΣK는 편차 Δe_K의 적분치이고, ΣH는 편차 Δe_H의 적분치이다. 이들 각 식에서 보여지는 것처럼, 여기에서의 유압서보계(11)에 대한 피드백 제어는 PID제어에서의 미분항을 영으로 한 PI제어에 의해 실현되지만, 미분제어게인을 부여하여 PID제어를 실행하는 것도 물론 가능하다.

그런데, 전술한 하중제어계(12)와 변위제어계(13)로 이루어지는 2계통의 제어계를 구비하고, 이들 제어계를 택일적으로 작용시켜서 유압서보계(11)의 작동을 제어하는 본 실시예의 재료시험기에서, 제어계의 절환은 예를 들면 시료(S)의 시험과정에서 오퍼레이터의 지시하에 실행된다. 예를 들면, 도 24에 보인 것처럼 시료의 실하중을 목표하중으로 제어하는 하중제어모드에서 시료(S)의 실변위를 목표변위로 제어하는 변위제어모드로 이행하거나, 이와는 반대로 도 25에 보인 것처럼 변위제어모드에서 하중제어모드로 이행하는 일이 있다.

이와 같은 제어모드의 절환을 행할 때, 하중제어계(12) 및 변위제어계(13)에서의 제어게인의 차이에 기인하여, 유압서보계(11)의 작동을 제어하는 제어출력치 U가 그 절환 전후에서 크게 변화하고, 이에 따라서 시료(S)에 가해지는 부하가 급격하게 변화하고, 시료(S)에 대하여 본의아닌 쇼크를 줄 우려가 있다. 이와 같은 것을 방지하기 위해, 종래에는 시료(S)에 가하는 부하를 일단 영으로 리셋하는 등하여 부하를 해제하고 있었지만, 이 재료시험기에서는 다음과 같이 하여 시료(S)에 쇼크를 주지않고 그 제어모드의 절환을 실현하도록 되어 있다.

즉, 제어모드의 절환은 도 24 및 도 25에 삼각 마크로 표시하는 절환 요구를 받았을 때에 실행된다. 이때, 제어모드의 절환직전에 유압서보계(11)에 주어지고 있는 제어출력치와, 절환후에 유압서보계(11)에 주는 제어출력치가 같다면, 유압서보계(11)의 작동상태가 실질적으로 변화하는 일이 없으므로, 그 절환시에 시료(S)에 가해지는 부하가 변화하는 일이 없게 된다.

구체적으로는, 유압서보계(11)를 소정의 제어주기로 제어하는 경우에, 예를 들어 제어계의 절환 직전의 제어타이밍[i-1]에 하중제어계(12)의 컨트롤러(17a)에서 서보계(11)에 대해서 주고 있는 제어출력치 U_K(i-1)과, 제어계의 절환후의 제어타이밍[i]에서 변위제어계(13)의 컨트롤러(17b)에서 서보계(11)에 주는 제어출력치 U_H(i)가 같으면, 시료(S)에 대한 쇼크를 초래하는 일이 없이 제어계의 절환을 행할 수 있다. 마찬가지로, 변위제어모드에서 하중제어모드로 절환하는 경우에는, 변위제어계(13)의 컨트롤러(17b)에서 서보계(11)에 대해 주고 있는 제어출력치 U_H(i-1)과, 모드절환후에 하중제어계(12)의 컨트롤러(17a)에서 서보계(11)로 주는 제어출력치 U_K(i)가 같다면, 쇼크를 발생하는 일이 없이 제어계의 절환을 행할 수 있다.

그래서, 본 실시예에서는 제어계의 절환 직전의 제어타이밍[i-1]에서 서보계(11)에 주어지고 있는 제어출력치 U(i-1)에 기초하여, 제어계 절환수단(14)이 절환후의 제어계에서의 적분항의 값(편차의 적분치 ΣK 또는 ΣH)을 초기설정하고, 제어게인의 차이에 기인하는 제어계의 절환 전후에서의 제어출력치 U_K, U_H의 차가 없게 되도록 하고 있다.

즉, 하중제어계(12)에서 변위제어계(13)로 절환하는 경우, 제어타이밍 [i-1]에서의 하중제어계(12)에서의 제어출력치 U_K(i-1)은

U_K(i-1)=P_K⋅Δ e_K(i-1)+I_K⋅Σ K …(1a)

이고, 또 그 절환후의 제어타이밍 [i]에서의 변위제어계(13)에서의 제어출력치 U_H(i)는

U_H(i)=P_H⋅Δ e_H(i)+I_H⋅Σ H …(2a)

이다. 따라서

U_K(i-1)=U_H(i) …(3)

인 관계를 만족하도록 변위제어계(13)의 컨트롤러(17b)로부터의 제어출력치 U_H(i)를 결정하면 된다.

식 (2a)의 우변에서, 편차 Δe_H(i)는 변위계(6)에서 검출되는 변위량 H(i)와 변위제어계(13)에 주는 변위목표치 R_H(i)로부터

Δ e_H(i)=R_H(i)-H(i)

로 구해진다. 모드절환 전후에서의 부하변동방지의 관점에서는, 모드절환 직후에서의 변위목표치 R_H(i)를, 모드절환 직전의 실변위 H(i-1)과 일반적으로는 실질적으로 동일한 변위량 H(i)와 같은 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 비례제어게인 P_H및 적분제어게인 I_H는 시료(S)의 스프링 정수에 따라서 결정된다. 따라서, 제어출력치 U_H(i)에 관하여, 그 비례항 P_H·Δe_H(i) 및 적분게인 I_H를 임의로 설정할 여지는 적다. 한편, 식 (2a) 우변의 적분항 I_H·ΣH에서의 편차의 적분치 ΣH는 임의로 설정가능하고, 따라서 편차의 적분치 ΣH를 적절한 값으로 초기설정하여 전술한 식 (3)에 보인 관계를 만족시키는 것이 가능하다.

그래서, 제어계 절환수단(14)은 모드절환 직전의 제어타이밍[i-1]에서 서보계(11)에 주어지고 있는 제어출력치 U_K(i-1)과 같은 제어출력치 U_H(i)를 얻기 위해 필요한 적분치 ΣH를

Σ H=(U_K(i-1)-P_H⋅Δe_H(i)) / I_H …(4)

로 산출하고, 이것을 컨트롤러(17b)에서의 식 (2)에 나타내는 제어연산에 사용하는 적분항의 값으로서 초기설정하게 되어 있다. 식 (4)에 따라서 제어모드의 절환 직전에 서보계(11)에 주어지고 있던 제어출력치 U_K(i-1)에 기초하여 계산되는 적분치 ΣH는, 하중제어계(12)의 제어하에 시료(S)에 가해진 하중에 의해 시료(S)의 변위의 이력을 나타낸다.

이 적분치 ΣH를 사용하여 변위제어계(13)에서의 제어출력치 U_H를 초기설정한 후에 하중제어모드에서 변위제어모드로 절환하면, 제어모드의 절환 전후에서의 제어출력치 U_K(i-1), U_H(i)를 서로 같게 하여, 그 제어계(12,13)의 절환을 부드럽게 실행하는 것이 가능하게 된다. 즉, 제어계(12,13)에서의 제어게인의 차이에 기인하는 양 제어출력치의 차이를 흡수하는 것이 가능하다.

변위제어계(13)에서 하중제어계(12)로의 절환도 마찬가지로 실행된다. 이 경우에는, 식 (5a)에서 구해지는 제어타이밍 [i-1]에서의 변위제어계(13)의 제어출력치 U_H(i-1)과, 식 (5b)에서 구해지는 절환후의 제어 타이밍[i]에서 하중제어계(12)에서 주어지는 제어출력치 U_K(i)가 식 (6)에 보인 것처럼 같게 되도록 하중제어계(12)에 초기설정하는 적분치 ΣK를 식 (7)에서 구한다.

U_H(i-1)=P_H⋅Δ e_H(i-1)+I_H⋅Σ H …(5a)

U_K(i)=P_K⋅Δ e_K(i)+I_K⋅Σ K …(5b)

U_H(i-1)=U_K(i) …(6)

Σ K=(U_H(i-1)-P_K⋅Δ e_K(i)) / I_K …(7)

이리하여 전술한 것처럼 제어모드의 절환 전후에서의 하중제어계(12)의 컨트롤러(17a)로부터의 제어출력치 U_K와 변위제어계(13)의 컨트롤러(17b)로부터의 제어출력치 U_H를, 그 적분치 ΣK, ΣH의 초기설정에 의해 서로 같게 하는 기능을 구비한 제어계 절환수단(14)을 가지는 재료시험기에 의하면, 유압서보계(11)의 작동을 일단 정지시켜서 시료(S)에 가해지는 부하를 영으로 리셋한다고 하는 여분의 작업이 전혀 필요없으므로, 제어모드의 절환을 수시로 간단하게 행하는 것이 가능하다. 게다가 유압서보계(11)에 주는 제어출력치 U를 일정하게 유지한 상태에서 제어계의 절환을 행하는 것이 가능하므로, 시료(S)에 본의아닌 쇼크를 주는 일이 전혀 없다는 등의 효과가 얻어진다.

한편, 본 실시예의 제어모드 절체는 여러가지로 변형이 가능하다.

예를 들면, 제어모드의 절환후의 제어계(12,13)에 주는 편차 Δe를 실질적으로 영으로 설정하여, 모드 절환을 간단하게 실행할 수 있다. 즉, 제어모드 절환 직후의 목표하중치 또는 목표변위치의 초기값을 모드절환 직전에 검출된 실하중이나 실변위와 같은 값으로 설정함으로써, 모드 절환 직후에서의 편차 Δe를 영으로 한다. 이 경우, 제어모드의 절환시에서의 제어연산이 간단하게 된다.

또한, 전술한적분치 ΣH, ΣK의 초기설정처리를, 예를 들면 하중제어계의 제어게인과 변위제어계의 그것과의 차이가 크고, 제어모드의 절환시에서의 제어출력치 [U_K,U_H]의 변화가 클 때에만 실행하도록 하여도 좋다. 구체적으로는 시료(S)의 스프링 정수에 기초한 예측에 있어서, 제어모드의 절환시에서의 제어출력치 [U_K,U_H]가 소정의 판정 문턱치 이상으로 변화한다고 예상된 경우에만, 적분치 ΣH, ΣK의 초기설정처리를 실행하도록 하여도 좋다. 또한, 변위제어계에서의 목표변위치와 하중제어계에서 목표하중치를 환산하여 구해지는 목표변위치와의 비율이, 소정의 판정문턱치를 넘어서는지 아닌지에 따라서, 전술한 적분치 ΣH, ΣK의 초기설정처리를 선택적으로 실행하는 것도 가능하다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 시험중에 시료의 기계적 성질이 변화하도록 한 경우에도, 피드백 제어에서의 제어게인을 항상 최적화할 수 있고, 항상 안정하게 정밀도 높은 재료시험을 실시할 수 있는 재료시험기가 제공된다.

Claims (10)

1. 시료(S)에 부하를 부여하는 유압 액츄에이터(3)를 포함하는 서보계(11)의 작동을, 시료에 주어지는 실부하가 목표부하에 합치하도록 컨트롤러(8)에 의해 피드백 제어하면서, 시료에 주어진 부하와 시료에 생긴 기계적 변화에 기초하여 시료의 기계적 성질을 계측하는 재료시험기에 있어서,

   재료시험중에 실시되는 피드백 제어에서의 제어게인을 설정하는 게인설정수단(S2)과,

   상기 피드백 제어를 행하면서 실시되는 재료시험중에 각각 주기적으로 검출되는 시료의 실부하와 시료의 기계적 변화에 기초하여 시료의 기계적 성질을 추정하는 추정수단(S12,S103)과,

   상기 추정된 기계적 성질에 따라서, 상기 게인설정수단(S2)에 의해 설정된 제어게인을 보정하는 게인보정수단(S107)

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
2. 제1항에 있어서, 상기 추정수단(S103)은 재료시험중에 각각 주기적으로 검출되는 시료의 실하중과 시료의 실변위에 기초하여 시료의 강성을 추정하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
3. 제1항에 있어서,

   재료시험에 앞서서, 재료시험중에 실시되는 피드백 제어에서의 제어게인의 초기치를 설정하기 위한 초기설정(도 13, 도 14)이 행해지고, 이 초기설정에서는 재료시험중의 피드백 제어에 유사한 피드백 제어를 실시하면서 시료에 부하를 줌과 동시에, 시료의 실부하 및 기계적 변화가 검출되고, 또한 시료의 기계적 성질이 추정되며,

   상기 초기설정중, 상기 게인설정수단(S2)은, 상기 제어게인을 그 최소치에서 서서히 높이며,

   상기 게인보정수단(S107)은 상기 초기설정중에 시료의 기계적 변화가 검출된 시점에서의 실부하와 시료의 기계적 변화로부터 상기 추정수단이 추정한 시료의 기계적 성질에 기초하여 상기 제어게인을 보정하여 제어게인의 초기값을 설정하고,

   상기 제어게인의 초기값의 설정후에, 재료시험이 개시되는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
4. 제1항에 있어서, 상기 게인보정수단(S107)은 시료의 기계적 성질의 함수로서 제어게인을 시료의 종별마다 미리 설정한 테이블을 참조하여, 상기 게인설정수단이 설정한 제어게인을 상기 추정수단(S103)이 추정한 시료의 기계적 성질에 대응하는 제어게인에 합치하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
5. 제1항에 있어서,

   재료시험에 앞서서, 서서히 증대하는 부하를 시료에 부여하고 있는 사이에 시료의 미소변화가 검출된 시점(t1)에서의 부하를 유지하는 부하유지수단(S7)과, 피드백 제어에서의 제어게인(KP, KI)의 초기값을 설정하는 초기게인설정수단(S13)을 구비하며,

   추정수단(S12)은 시료의 미소변화의 검출시점에서의 부하가 유지되고 있는 사이에 시료의 기계적 변화가 안정된 후에 각각 검출되는 시료의 실부하와 시료의 기계적 변화에 기초하여 시료의 기계적 성질(KL)을 추정하고,

   초기게인설정수단(S13)은 부하가 유지되고 있는 사이에 추정수단에 의해 추정된 시료의 기계적 성질에 따라서 제어게인(KP, KI)의 초기값을 설정하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 초기게인설정수단(S13)은 상기 추정수단(S12)이 추정한 시료의 기계적 성질에 따라서 컨트롤러(8)에서의 제어게인(KP, KI)의 초기치를 설정하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
7. 제5항에 있어서,

   상기 초기게인설정수단(S13)은 재료시험에 앞서서 시료에 부하를 부여하기 시작할 때에 상기 제어게인(KP)을 최소값으로 설정하고, 그후 시간경과와 함께 상기 제어게인을 서서히 증대시키며,

   검출기(6)의 검출분해능을 넘어서는 시료의 기계적 변화가 상기 검출기(6)에의해 검출된 때에(도 13의 S6), 상기 부하유지수단은 상기 시료의 미소변화가 검출되는 것을 판별하여, 이 판별시점(t1)에서의 부하를 유지하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
8. 제5항에 있어서,

   상기 초기게인설정수단(S13)은 시료의 기계적 성질의 함수로서 제어게인의 초기값을 미리 설정한 테이블(도 7)을 참조하여, 상기 추정수단(S12)이 추정한 시료의 기계적 성질(KL)에 기초하여 상기 제어게인(KP,KI)의 초기값을 설정하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
9. 제1항에 있어서,

   시료에 가해지는 실하중을 제어량으로 하여 상기 서보계의 작동을 피드백 제어하는 컨트롤러(17a)를 포함하는 하중제어계(12)와,

   시료의 실변위를 제어량으로 하여 상기 서보계의 작동을 피드백 제어하는 컨트롤러(17b)를 포함하는 변위제어계(13)와,

   상기 하중제어계 또는 상기 변위제어계의 어느 한쪽을 선택적으로 작동시키는 제어계 절환수단(14)을 구비하며,

   상기 제어계 절환수단은 절환전의 제어계가 제어계의 절환 직전에 상기 서보계에 부여하고 있는 제어출력치(U_K또는 U_H)에 기초하여 절환후의 제어계로부터의 제어출력치(U_H또는 U_K)를 초기설정하고, 이어서 제어계를 절환하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 하중제어계의 컨트롤러(17a)는 상기 서보계에 대한 제어출력치 U_K를 다음 식

    U_K=P_K⋅Δ e_K+I_K⋅Σ K

    에 따라서 구하고,

    여기에서, P_K및 I_K는 미리 설정되는 비례제어게인 및 적분제어게인을 나타내며, Δe_K및 ΣK는 시료에 가해야 할 목표하중과 시료에 가해지는 실하중과의 편차와 그 적분치를 나타내며,

    변위제어계의 컨트롤러(17b)는 서보계에 대한 제어출력치 U_H를 다음 식

    U_H=P_H⋅Δ e_H+I_H⋅Σ H

    에 따라서 구하며,

    여기에서 P_H및 I_H는 미리 설정된 비례제어게인 및 적분제어게인을 나타내며, Δe_H및 ΣH는 시료의 목표변위와 실변위와의 편차와 그 적분치를 나타내며,

    제어계 절환수단(14)은 제어계의 절환직전에 서보계에 주어지고 있는 제어출력치 U_K또는 U_H에 기초하여 절환후의 제어계에 초기설정되는 제어량과 제어목표치와의 편차의 적분치 ΣH 또는 ΣK를 다음 식

    에 따라서 구하며, 제어계의 절환전후에 서보계에 부여하는 제어출력치 U_K, U_H를 같게 하는 것을 특징으로 하는 재료시험기.