WO2020089974A1 - 材料試験機 - Google Patents

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融 松浦
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Definitions

  • the present invention relates to a material testing machine that applies a test force to a test object and executes a material test.
  • a material testing machine that executes a material test includes a load mechanism that applies a test force to a test piece that is a test target, and a force detector that detects a force actually applied to the test piece (see Patent Document 1). ).
  • a material testing machine that applies a high-speed tensile load to a test piece the displacement (elongation) of the test piece is measured by a high-speed camera (see Patent Document 2) or a contact-type extensometer attached to the test piece. It is measured (see Patent Document 3).
  • JP 2004-333221 A JP 2006-170959A JP, 2006-10409, A
  • FIG. 5 is a displacement-time graph of the high speed tensile test.
  • FIG. 6 is a graph showing a part of the displacement of FIG. 5 in an enlarged manner. These graphs show the relationship between the displacement generated in the test piece and the time when the tensile test was performed under the condition of the test speed of 20 m / s.
  • the left side is the displacement (mm: millimeter) and the right side is the test force (kN: kilonewton).
  • the horizontal axis represents time ( ⁇ s: microsecond).
  • test force data is shown by a broken line and the displacement data is shown by a solid line.
  • vertical axis of the graph of FIG. 6 is displacement (mm: millimeter), and the horizontal axis is time ( ⁇ s: microsecond).
  • FIG. 7 is a speed-time graph of the high-speed tensile test.
  • the left side is the speed (m / s: meter per second)
  • the right side is the test force (kN: kilonewton).
  • the horizontal axis represents time ( ⁇ s: microseconds).
  • the test force data is shown by a broken line and the speed data is shown by a solid line.
  • the displacement value detected by the extensometer is slightly fluctuating due to external disturbances (see Fig. 6), and in the speed-time graph obtained by differentiating the displacement data and converting it into speed, the minute fluctuations in the displacement data are magnified. As in the speed data indicated by the solid line in the graph of FIG. 7, large fluctuations in speed are displayed on the graph. For this reason, in an actual high-speed tensile test, it was sometimes difficult to clearly determine from the speed-time graph whether or not the target speed set as the test condition was obtained.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and a material testing machine capable of presenting information that allows a user to easily determine whether or not a target test speed is obtained together with a test result.
  • the purpose is to provide.
  • the invention according to claim 1 is a material testing machine that drives a load mechanism to apply a test force to a test object, and a force detector that detects a test force acting on the test object, and a material detector that occurs in the test object.
  • a displacement detector that detects displacement and a control device that controls the load mechanism are provided, and the control device includes a displacement value detected by the displacement detector and a target displacement value set in advance in a test condition.
  • a differential displacement calculation unit that obtains a differential displacement value; and a display control unit that displays a differential displacement graph, which is a graph of time series data of the differential displacement values calculated by the differential displacement calculation unit, on a display device.
  • the invention according to claim 2 is the material testing machine according to claim 1, wherein the control device detects a point of interest detection unit that detects a point of interest from the differential displacement graph and the point of interest in the differential displacement graph.
  • a reference speed straight line calculation unit that calculates a passing reference speed straight line, and the display control unit displays the reference speed straight line on the display device.
  • the display control unit adds an auxiliary line according to a required range of a test to the differential displacement graph and displays it on the display device. ..
  • a differential displacement value is obtained from the displacement value detected by the displacement detector and the target displacement value set in advance in the test condition, and the time series of the differential displacement values is obtained. Since the differential displacement graph in which the data is graphed is displayed on the display device, the user can easily understand what the test speed is with respect to the target speed. In addition, by plotting the differential displacement value in the graph, the upper and lower limit values of the numerical axis of the graph are reduced, so that the displacement variation is relatively enlarged and the displacement variation can be easily observed.
  • the reference speed straight line passing through the point of interest is calculated and displayed on the display device, various types including the test speed during the test by the user are displayed. Information can be confirmed more easily than displacement-time graphs and velocity-time graphs.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main control system of the material testing machine according to the present invention.
  • FIG. 3 is a display example of a graph of test results.
  • FIG. 4 is a display example in which an auxiliary line is added to the graph of FIG.
  • FIG. 5 is a displacement-time graph of the high speed tensile test.
  • FIG. 6 is a graph showing a part of the displacement of FIG. 5 in an enlarged manner.
  • FIG. 7 is a speed-time graph of a high speed tensile test.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a material testing machine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main control system of the material testing machine according to the present invention.
  • This material testing machine executes an impact test that rapidly gives a shocking load to the test piece TP, and is also called a high-speed tensile tester.
  • This material testing machine includes a testing machine body 10 and a control device 40.
  • the tester main body 10 includes a table 11, a pair of columns 12 provided upright on the table 11, a cross yoke 13 spanning the pair of columns 12, and a hydraulic cylinder 31 fixed to the cross yoke 13.
  • the hydraulic cylinder 31 is connected via a servo valve 34 to a hydraulic power source (not shown) arranged in the table 11, and operates by hydraulic oil supplied from this hydraulic power source.
  • the upper grip 21 is connected to the piston rod 32 of the hydraulic cylinder 31 via a running jig 25 and a joint 26.
  • a lower grip 22 is connected to the table 11 via a load cell 27 which is a force detector.
  • the configuration of the tester main body 10 is such that the approaching section is provided in the pulling direction by the approaching jig 25 and the piston rod 32 is pulled up at a high speed of 0.1 to 20 m / s, so that both ends of the test piece TP are It is configured to execute a tensile test in which a pair of gripping tools that grips each other are rapidly separated.
  • the displacement (stroke) of the load mechanism when the tensile test is executed that is, the amount of movement of the piston rod 32 is detected by the stroke sensor 33, and the test force at that time is detected by the load cell 27.
  • the test piece TP is provided with an extensometer 35 as a displacement detector of the present invention.
  • the extensometer 35 is directly attached to the test piece TP in order to measure the elongation of the test piece TP, and has a structure as described in JP 2006-10409 A, for example. That is, a fixture fixed to each of two marked lines set on the test piece TP, a pipe made of a conductor fixed to one fixture, and a pipe fixed to the other fixture And a coil that is movably inserted into the pipe. The change in the inductance of the coil based on the change in the insertion amount of the coil with respect to the pipe is detected, and the elongation between the marked lines of the test piece TP is measured.
  • the displacement detector of the present invention may be the stroke sensor 33 or a non-contact extensometer such as a high speed video camera.
  • the control device 40 is composed of a main body control device 41 for controlling the operation of the tester main body 10 and a personal computer 42.
  • the main body control device 41 includes a memory 43 that stores a program, an arithmetic device 45 such as an MPU (micro processing unit) that executes various arithmetic operations, and a communication unit 46 that communicates with the personal computer 42.
  • the memory 43, the arithmetic unit 45, and the communication unit 46 are mutually connected by a bus 49.
  • the main body control device 41 includes a test control unit 44 as a functional configuration.
  • the test control unit 44 is stored in the memory 43 as a test control program.
  • a control signal is supplied to the servo valve 34 and the hydraulic cylinder 31 operates by executing the test control program.
  • the output signal of the stroke sensor 33, the output signal of the load cell 27, and the output signal of the extensometer 35 are taken into the main body control device 41 at predetermined time intervals.
  • the personal computer 42 includes a ROM that stores a data analysis program, a memory 53 that includes a RAM that temporarily stores data when the program is executed, and a computing device such as a CPU (central processing unit) that executes various computations. 55, a communication unit 56 for communicating with externally connected devices such as the main body control device 41, a storage device 57 for storing data, a display device 51 for displaying test results, and an input device 52 for inputting test conditions. ..
  • the memory 53 stores a program for operating the arithmetic unit 55 to realize the function.
  • the storage device 57 is a storage unit that stores time-series data, which is raw data of the test force input from the load cell 27, and is composed of a large-capacity storage device such as an HDD (hard disk drive).
  • the memory 53, the arithmetic unit 55, the communication unit 56, the storage unit 57, the display unit 51, and the input unit 52 are mutually connected by a bus 59.
  • a program installed in the personal computer 42 and stored in the memory 53 is shown as a functional block.
  • a differential displacement that calculates a differential displacement value that is a difference between the elongation (actual displacement amount) of the test piece TP input from the extensometer 35 and the target displacement value that is input in advance.
  • a unit 62 and a reference speed straight line calculation unit 63 that calculates a reference speed straight line passing through a point of interest in the differential displacement graph are provided.
  • FIG. 3 is a display example of a test result graph.
  • This test result shows the relationship between the differential displacement and the time when the tensile test was executed under the condition of the test speed of 20 m / s, and the test force is also shown for reference.
  • the right side of the two vertical axes of the graph is the test force (kN: kilonewton), and the left side is the differential displacement value (mm: millimeter) with respect to the target.
  • the horizontal axis represents time ( ⁇ s: microsecond).
  • the test force data is shown by a broken line and the displacement data is shown by a solid line.
  • the difference displacement value is a value obtained by subtracting the target displacement value from the actual displacement value, that is, the difference displacement value. From the viewpoint of displaying on a graph, the target displacement value is subtracted from the displacement value (detected displacement value) detected by the extensometer 35 so that the inclination on the graph becomes 0 (zero) when operating at the target speed, Furthermore, the start point is offset so that it becomes the origin.
  • the calculation of the differential displacement value and the display of the differential displacement graph are realized by the arithmetic unit 55 executing the program read from the differential displacement calculating unit 61 and the display control unit 64 of the memory 53.
  • the differential displacement value is obtained by the following equation (1).
  • the target displacement value is the product of the preset target speed and time.
  • the starting point is the point of interest of this invention at the start of the test.
  • the detection of the point of interest is realized by the arithmetic unit 55 executing the program read from the point of interest detection unit 62 of the memory 53.
  • the calculation of the reference speed straight line passing through the point of interest is realized by the arithmetic unit 55 executing the program read from the reference speed straight line calculation unit 63 of the memory 53.
  • the reference speed straight line can be obtained by the following equation (2).
  • Reference speed line (time-time of interest) x (reference speed-target speed) + b (2)
  • b in the formula is a differential displacement value at the time of interest.
  • the time of interest is the time of the data point detected as the point of interest in the graph.
  • the reference speed is the initial speed
  • the reference speed is the speed at break. Then, the display control unit 64 draws the calculated reference speed line in the graph.
  • the load cell 27 detects the test force applied to the test piece TP.
  • the test piece TP As the test force applied to the test piece TP increases, the test piece TP is displaced, and the elongation of the test piece TP detected by the extensometer 35 attached to the test piece TP increases, so that the test result is displayed on the display device 51.
  • the differential displacement value with respect to the target also increases.
  • the average speed in the actual test is 20.5 m / s up to 800 ⁇ s with respect to the target speed of 20 m / s, and then from the time when the test force data shows the maximum test force. It can be confirmed that the vehicle has stalled and is below the target speed.
  • the user can confirm various information by using the displacement-time graph shown in FIG. 5 and the speed-time graph shown in FIG. It will be easier than that.
  • the reference speed straight line passing through the point of interest is displayed, but the reference speed straight line is calculated by detecting such a point of interest, and the user does not have to display it to display the reference speed straight line.
  • the test speed with respect to the target speed That is, as described above, in the differential displacement value, the target displacement value is subtracted from the displacement value detected by the extensometer 35 so that the slope of the target speed is 0 (zero), and the starting point is the origin. It has been offset so that Therefore, in the differential displacement graph with respect to the target shown in FIG. 3, the horizontal line on the scale of 0 (zero) of the differential displacement value with respect to the target corresponds to the target velocity line.
  • the upper and lower limit values (vertical axis scale of the graph) of the entire data are lowered, and the displacement fluctuation is relatively enlarged.
  • the vertical axis of the displacement graph showing the output of the extensometer 35 shown in FIG. 5 has a minimum value of ⁇ 20 mm and a maximum value of 60 mm
  • the vertical displacement is shown in the differential displacement graph of FIG.
  • the graph has a minimum axis value of -3 mm and a maximum axis value of 1.5 mm.
  • FIG. 4 is a display example in which an auxiliary line is added to the graph of FIG.
  • auxiliary line is not limited to the initial speed auxiliary line shown in FIG. That is, the speed during the actual test varies depending on time such that the reference speed straight line having the starting point A as the target point and the reference speed straight line having the breaking point B as the target point have different slopes. Therefore, instead of the auxiliary line starting from the point of interest, for example, a permissible range of the differential displacement, which is the basis of the speed calculation, may be shown in a band shape along the time series data.
  • the present invention is applied to confirm that a target speed is obtained in the test, such as a high-speed compression test in which a compressive load is applied to a test body such as concrete. It is possible to Further, the present invention can be applied to a tensile test in a speed range which is not particularly high.

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Abstract

試験結果とともに目標とする試験速度が出ているか否かをユーザが容易に判断できる情報を提示する。　伸び計で測定された試験片の実際の伸びと、予め設定されている目標変位値との差分である差分変位値を計算し、縦軸をその差分変位値とし、横軸を時間としてグラフ表示する。着目点である試験の開始点Ａや破断点Ｂを通る参考速度直線を表示してもよく、試験力データを同時に表示してもよい。

Description

材料試験機
　この発明は、試験対象に試験力を負荷し材料試験を実行する材料試験機に関する。
　材料の特性を評価するために、材料の種別や性質に応じた各種材料試験が行われている。材料試験を実行する材料試験機は、試験対象である試験片に試験力を与える負荷機構と、実際に試験片にかかった力を検出するための力検出器を備えている（特許文献１参照）。また、高速度の引張荷重を試験片に加える材料試験機においては、試験片の変位（伸び）は、高速度カメラ（特許文献２参照）や、試験片に装着される接触式の伸び計によって計測される（特許文献３参照）。
特開２００４－３３３２２１号公報 特開２００６－１７０９５９号公報 特開２００６－１０４０９号公報
　高速引張試験や高速圧縮試験においては、速度ごとの材料特性を求めるため、試験結果から目標とする速度が出ているかどうかを確認する必要がある。図５は、高速引張試験の変位―時間グラフである。図６は、図５の変位の一部を拡大して示すグラフである。これらのグラフは、試験速度２０ｍ／ｓの条件で引張試験を実行したときの試験片に生じた変位と時間との関係を示すものである。図５のグラフの縦２軸のうち左側は変位（ｍｍ：ミリメートル）であり、右側は試験力（ｋＮ：キロニュートン）である。また、横軸は時間（μｓ：マイクロ秒）である。グラフ中、試験力データを破線で示し、変位データを実線で示している。また、図６のグラフの縦軸は変位（ｍｍ：ミリメートル）であり、横軸は時間（μｓ：マイクロ秒）である。
　力検出器が検出した試験力と、変位検出器としての伸び計が検出した変位を、図５に示すように、試験結果として表示装置に同時に表示したとしても、変位の時間経過を観察するだけでは、高速引張の現実の試験で、試験条件として設定した目標速度が出ていることを確認することは困難である。また、図６のように変位グラフの一部を拡大したとしても、小さな変位変動は確認することは難しい。
　図７は、高速引張試験の速度―時間グラフである。図７のグラフの縦２軸のうち、左側は速度（ｍ／ｓ：メートル毎秒）であり、右側は試験力（ｋＮ：キロニュートン）である。そして、横軸は、時間（μｓ：マイクロ秒）である。また、図７のグラフ中、試験力データを破線で示し、速度データを実線で示している。
　伸び計で検出される変位の値は外乱等により微小変動しており（図６参照）、変位データを微分して速度に換算した速度―時間グラフでは、変位データの微小変動が拡大してしまい、図７のグラフ中に実線で示す速度データのように、グラフ上で速度の変動が大きく表示される。このため、高速引張の現実の試験で、試験条件として設定した目標速度が出ているのかどうかを速度―時間グラフから明確に判断することが難しいことがあった。
　この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、試験結果とともに目標とする試験速度が出ているか否かをユーザが容易に判断できる情報を提示することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、負荷機構を駆動して試験対象に試験力を与える材料試験機であって、前記試験対象に作用する試験力を検出する力検出器と、前記試験対象に生じる変位を検出する変位検出器と、前記負荷機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記変位検出器により検出された変位値と予め試験条件に設定された目標変位値とから差分変位値を求める差分変位算出部と、前記差分変位算出部において算出された差分変位値の時系列データをグラフにした差分変位グラフを表示装置に表示する表示制御部と、を備えることを特徴とする。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記制御装置は、前記差分変位グラフから着目点を検出する着目点検出部と、前記差分変位グラフおける前記着目点を通る参考速度直線を計算する参考速度直線算出部と、を備え、前記表示制御部は、前記参考速度直線を前記表示装置に表示する。
　請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記表示制御部は、前記差分変位グラフに試験の要求範囲に応じた補助線を追加して前記表示装置に表示する。
　請求項１から請求項３に記載の発明によれば、変位検出器により検出された変位値と予め試験条件に設定された目標変位値とから差分変位値を求め、その差分変位値の時系列データをグラフにした差分変位グラフを表示装置に表示することから、ユーザは、目標速度に対して、試験速度がどの程度であるかを理解するのが容易となる。また、差分変位値をグラフにすることで、グラフの数値軸の上下限値が小さくなることから、変位変動が相対的に拡大され、変位変動の観察が容易になる。
　請求項２に記載の発明によれば、差分変位グラフから着目点を検出し、着目点を通る参考速度直線を計算して表示装置に表示することから、ユーザによる試験中の試験速度を含む各種情報の確認が、変位―時間グラフや、速度―時間グラフに比べて容易となる。
　請求項３に記載の発明によれば、差分変位グラフに、試験の要求範囲に応じた補助線を追加して表示装置に表示することから、ユーザは、実際の試験速度が試験の要求範囲内にあるかどうかを、容易に確認することが可能となる。
図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。 図２は、この発明に係る材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。 図３は、試験結果のグラフの表示例である。 図４は、図３のグラフに補助線を追加した表示例である。 図５は、高速引張試験の変位―時間グラフである。 図６は、図５の変位の一部を拡大して示すグラフである。 図７は、高速引張試験の速度―時間グラフである。
　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。図２は、この発明に係る材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。
　この材料試験機は、試験片ＴＰに急速に衝撃的な負荷を与える衝撃試験を実行するものであり、高速引張試験機とも呼称される。この材料試験機は、試験機本体１０と、制御装置４０を備える。試験機本体１０は、テーブル１１と、テーブル１１に立設された一対の支柱１２と、一対の支柱１２に架け渡されたクロスヨーク１３と、クロスヨーク１３に固定された油圧シリンダ３１を備える。
　油圧シリンダ３１は、サーボバルブ３４を介してテーブル１１内に配置された油圧源（図示せず）と接続されており、この油圧源から供給される作動油によって動作する。油圧シリンダ３１のピストンロッド３２には、助走治具２５およびジョイント２６を介して上つかみ具２１が接続されている。一方で、テーブル１１には、力検出器であるロードセル２７を介して、下つかみ具２２が接続されている。このように、この試験機本体１０の構成は、助走治具２５により引張方向に助走区間を設け、ピストンロッド３２を０．１～２０ｍ／ｓの高速で引き上げることにより、試験片ＴＰの両端部を把持する一対のつかみ具を急激に離間させる引張試験を実行するための構成となっている。引張試験を実行したときの負荷機構の変位（ストローク）、すなわち、ピストンロッド３２の移動量は、ストロークセンサ３３により検出され、その時の試験力はロードセル２７により検出される。
　また、試験片ＴＰには、この発明の変位検出器としての伸び計３５が配設されている。伸び計３５は、試験片ＴＰの伸びを測定するために、試験片ＴＰに直接取り付けられるものであり、例えば、特開２００６－１０４０９号公報に記載されているような、構造を有する。すなわち、試験片ＴＰに設定されている２箇所の標線にそれぞれに固定された固定具と、一方の固定具に固着される伝導体から成るパイプと、他方の固定具に固着されるパイプ内に移動自在に挿入されるコイルとを備え、パイプに対するコイルの挿入量の変化に基づくコイルのインダクタンスの変化を検出して、試験片ＴＰの標線間の伸びを測定している。なお、この発明の変位検出器は、ストロークセンサ３３であってもよく、高速ビデオカメラなどの非接触式の伸び計であってもよい。
　制御装置４０は、試験機本体１０の動作を制御するための本体制御装置４１と、パーソナルコンピュータ４２とから構成される。本体制御装置４１は、プログラムを格納するメモリ４３と、各種演算を実行するＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）などの演算装置４５と、パーソナルコンピュータ４２との通信を行う通信部４６とを備える。メモリ４３、演算装置４５および通信部４６は、相互にバス４９により接続されている。また、本体制御装置４１は、機能的構成として試験制御部４４を備える。試験制御部４４は、試験制御プログラムとしてメモリ４３に格納されている。高速引張試験を実行するときには、試験制御プログラムを実行することにより、サーボバルブ３４に制御信号が供給され、油圧シリンダ３１が動作する。ストロークセンサ３３の出力信号、ロードセル２７の出力信号、および、伸び計３５の出力信号は所定の時間間隔で本体制御装置４１に取り込まれる。
　パーソナルコンピュータ４２は、データ解析プログラムを記憶するＲＯＭ、プログラム実行時にプログラムをロードして一時的にデータを記憶するＲＡＭなどから成るメモリ５３、各種演算を実行するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）などの演算装置５５、本体制御装置４１などの外部接続機器との通信を行う通信部５６、データを記憶する記憶装置５７、試験結果が表示される表示装置５１および試験条件を入力するための入力装置５２を備える。メモリ５３には、演算装置５５を動作させて機能を実現するプログラムが格納されている。なお、記憶装置５７は、ロードセル２７から入力された試験力の生データである時系列データなどを記憶する記憶部であり、ＨＤＤ（ｈａｒｄ　ｄｉｓｋ　ｄｒｉｖｅ）などの大容量記憶装置から構成される。メモリ５３、演算装置５５、通信部５６、記憶装置５７、表示装置５１および入力装置５２は相互にバス５９により接続されている。
　図２においては、パーソナルコンピュータ４２にインストールされ、メモリ５３に記憶されているプログラムを機能ブロックとして示している。この実施形態では、機能ブロックとして、伸び計３５から入力された試験片ＴＰの伸び（現実の変位量）と、予め入力されている目標変位値との差分である差分変位値を算出する差分変位算出部６１と、差分変位値を、試験力データとともに表示装置に表示する表示制御部６４と、目標に対する差分変位値の時系列データをグラフにした差分変位グラフから着目点を検出する着目点検出部６２と、差分変位グラフにおける着目点を通る参考速度直線を計算する参考速度直線算出部６３を備える。
　このような構成の材料試験機で高速引張試験を実行するときの、表示装置５１への試験結果の表示について説明する。図３は、試験結果グラフの表示例である。この試験結果は、試験速度２０ｍ／ｓの条件で引張試験を実行したときの差分変位と時間との関係を示すものであり、参考として試験力を共に表示している。グラフの縦２軸のうち右側は試験力（ｋＮ：キロニュートン）であり、左側は目標に対する差分変位値（ｍｍ：ミリメートル）である。また、横軸は時間（μｓ：マイクロ秒）である。グラフ中、試験力データを破線で示し、変位データを実線で示している。
　差分変位値は実際の変位値から目標の変位値を引いた値すなわち差分の変位値である。グラフに表示するという観点では、目標速度で動作した場合にグラフ上での傾きが０（ゼロ）となるように、伸び計３５が検出した変位値（検出変位値）から目標変位値を差し引き、さらに、開始点が原点となるようにオフセットしたものである。差分変位値の算出および差分変位グラフの表示は、演算装置５５がメモリ５３の差分変位算出部６１および表示制御部６４から読み込んだプログラムを実行することにより実現される。差分変位値は、下記式（１）により得られる。
　差分変位値＝検出変位値－目標変位値　・・・　（１）
　ここで、目標変位値は、予め設定した目標速度と時間との積である。
　また、開始点は、試験開始時におけるこの発明の着目点である。着目点の検出は、演算装置５５がメモリ５３の着目点検出部６２から読み込んだプログラムを実行することにより実現される。さらに、着目点を通る参考速度直線の計算は、演算装置５５がメモリ５３の参考速度直線算出部６３から読み込んだプログラムを実行することにより実現される。なお、参考速度直線は、下記式（２）により求めることができる。
　参考速度直線＝（時間－着目時間）×（参考速度－目標速度）＋ｂ　・・・　（２）
　ここで、式中のｂは、着目時間における差分変位値である。また、着目時間は、グラフ中の着目点として検出したデータ点の時間である。着目点が開始点Ａの参考速度直線の場合、参考速度は初期速度となり、着目点が破断点Ｂの参考速度直線の場合は、参考速度は破断時速度となる。そして、表示制御部６４は、算出された参考速度直線をグラフ中に描画する。
　試験が開始されピストンロッド３２が引き上げられると、ロードセル２７は試験片ＴＰにかかった試験力を検出する。試験片ＴＰにかかる試験力の上昇に伴い、試験片ＴＰが変位し、試験片ＴＰに装着した伸び計３５が検出する試験片ＴＰの伸びが上昇することにより、表示装置５１に試験結果として表示されるグラフにおいて、目標に対する差分変位値も上昇する。図３の例では、目標速度２０ｍ／ｓに対して、８００μｓまでは、実際の試験での平均速度が２０．５ｍ／ｓあり、その後、試験力データが最大試験力を示した付近の時間から失速し、目標速度を下回っていることが確認できる。
　このように、目標に対する差分変位グラフと参考速度直線を表示装置５１に表示することで、ユーザによる各種情報の確認が、図５に示す変位―時間グラフや、図７に示す速度―時間グラフに比べて容易となる。
　なお、上述した実施形態では、着目点を通る参考速度直線を表示するようにしているが、このような着目点を検出して参考速度直線を算出し、それを表示しなくても、ユーザは目標速度に対して、試験速度がどの程度であるかを、把握することは可能である。すなわち、先に説明したように、差分変位値は、目標速度の傾きが０（ゼロ）となるように、伸び計３５が検出した変位値から目標変位値を差し引き、さらに、開始点が原点となるようにオフセットしたものである。このため、図３に示す目標に対する差分変位グラフでは、目標に対する差分変位値の０（ゼロ）の目盛りの水平線が目標速度線に相当することになる。したがって、グラフに表される時系列データの変化の傾向が、目標に対する差分変位値の０（ゼロ）の目盛りの水平線に対して、上向きに傾いているか、下向きに傾いているかを見ることで、ユーザは目標速度に対して、試験速度がどの程度であるかを、把握することができる。
　また、差分変位グラフでは、データ全体の上下限値（グラフの縦軸スケール）が下がることになり、変位変動が相対的に拡大される。例えば、図５に示す伸び計３５の出力を表す変位グラフの縦軸の最小値が－２０ｍｍ、最大値が６０ｍｍのグラフとなるのに対し、図３に示す目標に対する差分変位グラフにおいては、縦軸の最小値が－３ｍｍ、最大値が１．５ｍｍのグラフとなる。このように、差分変位グラフの表示は、変位変動が相対的に拡大された状態となるため、ユーザは、図５、図６に示す従来のグラフと比べて、変位変動の程度や、ノイズをグラフからより読み取りやすくなる。
　図４は、図３のグラフに補助線を追加した表示例である。
　例えば、初期速度は目標速度２０ｍ／ｓに対して、１０％の範囲内でなければならない、などの試験の要求範囲がある場合、その範囲を示すために、図４のグラフ中に２点鎖線で示すように、１９．５ｍ／ｓ、１９．０ｍ／ｓなどの速度補助線を追加して表示してもよい。
　なお、補助線としては、図４に示す初期速度に関する補助線に限定されるものではない。すなわち、実際の試験中の速度は、開始点Ａを着目点とする参考速度直線と破断点Ｂを着目点とする参考速度直線とでは傾きが異なるように、時間によって速度は変動する。従って、着目点を起点とする補助線に代えて、例えば、時系列データに沿うように速度計算の基となる差分変位の許容範囲などを帯状に示してもよい。
　上述した実施形態では、高速引張試験について説明したが、圧縮荷重をコンクリートなどの試験体に与える高速圧縮試験など、試験において目標とする速度が出ていることを確認するために、この発明を適用することが可能である。また、とくに高速とは言えない速度範囲の引張試験などにこの発明を適用することも可能である。
　１０　　　試験機本体
　１１　　　テーブル
　１２　　　支柱
　１３　　　クロスヨーク
　２１　　　上つかみ具
　２２　　　下つかみ具
　２５　　　助走治具
　２６　　　ジョイント
　２７　　　ロードセル
　３１　　　油圧シリンダ
　３２　　　シリンダロッド
　３３　　　ストロークセンサ
　３４　　　サーボバルブ
　３５　　　伸び計
　４０　　　制御装置
　４１　　　本体制御装置
　４２　　　パーソナルコンピュータ
　４３　　　メモリ
　４４　　　試験制御部
　４５　　　演算装置
　４６　　　通信部
　５１　　　表示装置
　５２　　　入力装置
　５３　　　メモリ
　５５　　　演算装置
　５６　　　通信部
　５７　　　記憶装置
　６１　　　差分変位算出部
　６２　　　着目点検出部
　６３　　　参考速度直線算出部
　６４　　　表示制御部
　ＴＰ　　　試験片

Claims (3)

  1. 　負荷機構を駆動して試験対象に試験力を与える材料試験機であって、
    　前記試験対象に作用する試験力を検出する力検出器と、
    　前記試験対象に生じる変位を検出する変位検出器と、
    　前記負荷機構を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記変位検出器により検出された変位値と予め試験条件に設定された目標変位値とから差分変位値を求める差分変位算出部と、
    　前記差分変位算出部において算出された差分変位値の時系列データをグラフにした差分変位グラフを表示装置に表示する表示制御部と、
    　を備えることを特徴とする材料試験機。
  2. 　請求項１に記載の材料試験機において、
    　前記制御装置は、
    　前記差分変位グラフから着目点を検出する着目点検出部と、
    　前記差分変位グラフおける前記着目点を通る参考速度直線を計算する参考速度直線算出部と、
    　を備え、
    　前記表示制御部は、前記参考速度直線を前記表示装置に表示する材料試験機。
  3. 　請求項１に記載の材料試験機において、
    　前記表示制御部は、前記差分変位グラフに試験の要求範囲に応じた補助線を追加して前記表示装置に表示する材料試験機。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002243602A (ja) * 2001-02-21 2002-08-28 Shimadzu Corp 材料試験機
JP2004333221A (ja) 2003-05-02 2004-11-25 Shimadzu Corp 衝撃引張試験機用スパナ、衝撃引張試験機の試験片装着方法および衝撃引張試験機
JP2006010409A (ja) 2004-06-23 2006-01-12 Shimadzu Corp 伸び計
JP2006170959A (ja) 2004-12-20 2006-06-29 Shimadzu Corp 高速引張試験機
JP4206614B2 (ja) * 2000-06-16 2009-01-14 株式会社島津製作所 材料試験機
JP2011169773A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Shimadzu Corp 材料試験機

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2356763A (en) * 1943-04-10 1944-08-29 Keinath George Method and means for testing materials
US2756590A (en) * 1954-02-16 1956-07-31 Goodyear Tire & Rubber Device to record elongation under load
JP2773355B2 (ja) 1990-02-27 1998-07-09 株式会社島津製作所 材料試験機の制御装置
JPH05232002A (ja) 1991-03-01 1993-09-07 Sumitomo Metal Ind Ltd Ｓｓｒｔ試験機の歪速度制御方法
EP0897110A3 (en) * 1997-08-13 2000-01-12 Japan Tobacco Inc. Material testing machine
JP3852072B2 (ja) * 2001-09-28 2006-11-29 株式会社島津製作所 油圧サーボ式材料試験機
JP2003344248A (ja) * 2002-05-28 2003-12-03 Shimadzu Corp 材料試験機
JP4333162B2 (ja) * 2003-02-27 2009-09-16 Ｊｆｅスチール株式会社 テンションレベラによる伸び率制御方法
US7258022B2 (en) * 2003-04-11 2007-08-21 Honeywell Federal Manufacturing & Technologies Micro-tensile testing system
WO2007141839A1 (ja) * 2006-06-05 2007-12-13 Shimadzu Corporation 試験装置、試験装置の駆動制御方法
WO2012011173A1 (ja) * 2010-07-22 2012-01-26 株式会社島津製作所 材料試験機
CN204422343U (zh) * 2015-02-10 2015-06-24 北京奥科瑞检测技术开发有限公司 一种用于测量预应力钢筋张拉伸长量的数显装置
JP6285396B2 (ja) * 2015-07-17 2018-02-28 ファナック株式会社 工作機械の実測定の要否を自動判定する熱変位補正装置
CN106769505B (zh) * 2016-12-07 2019-06-28 北京工业大学 一种双位移传感器实现位移控制的方法
JP6885276B2 (ja) * 2017-09-19 2021-06-09 株式会社島津製作所 材料試験機

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4206614B2 (ja) * 2000-06-16 2009-01-14 株式会社島津製作所 材料試験機
JP2002243602A (ja) * 2001-02-21 2002-08-28 Shimadzu Corp 材料試験機
JP2004333221A (ja) 2003-05-02 2004-11-25 Shimadzu Corp 衝撃引張試験機用スパナ、衝撃引張試験機の試験片装着方法および衝撃引張試験機
JP2006010409A (ja) 2004-06-23 2006-01-12 Shimadzu Corp 伸び計
JP2006170959A (ja) 2004-12-20 2006-06-29 Shimadzu Corp 高速引張試験機
JP2011169773A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Shimadzu Corp 材料試験機

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