JPH0145012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は材料試験機に関し、特に、試験片に動
的負荷を与えるのに適した材料試験機に関する。

(ロ) 従来技術 負荷の制御をサーボ機構によつて行なう従来の
材料試験機においては、試験機本体、試験片、検
出器その他の諸条件により、系全体の伝達関数が
一定とはならず、従つて試験を行う度にPID動作
等による調節を必要とし、この調節作業は勘と熟
練を要するとともに個人差ないしは人為的誤差を
生じ、その為、測定精度や制御精度の低下をきた
す場合があり、信頼性の点で問題があつた。ま
た、機械部分や検出器は一般に共振周波数が低
く、フラツトな周波数応答特性のもとに試験を行
う為には、検出器等の共振周波数の数分の１程度
の周波数領域においてしか試験をすることができ
なかつた。上述した調節作業は、一般に、被試験
体と同等のダミーを用意して試験機に装着し、実
際の試験条件のもとに試験機を駆動しつつ、目標
値信号に対する測定値信号の誤差が可及的に０に
近づくようゲインを調節し、系の感度を最適に設
定する。ここで、材料試験機においては、通常、
系の平均感度が高いほど誤差０に近くなるが、被
試験体および使用する検出器の位相特性により、
感度を上げると正帰還がかかつてハンチングをお
こしてしまう。従つて、上述の調整時には、ゲイ
ンを一旦上げてハンチングをおこさせた後、徐々
にゲインを下げてゆく方法が採られる。被試験体
のダミーが得られない場合、被試験体が例えば大
型の構造物の場合には、被試験体そのものを用い
て上述の調節を行う必要があるが、このとき、ハ
ンチングが生じると、被試験体にダメージが加わ
つて実際の試験結果に影響を及ぼす危険性があ
る。特にコンクリート等の脆性材料の試験におい
てはその危険性は大きい。

(ハ) 目的 本発明の目的は、系内に不確定の伝達要素があ
つても、ダミー等を用いることなく試験に先立つ
て系全体の伝達特性を知り、それに基づいて系の
周波数特性を電気的に補償して常に個人差なく信
頼性の高い試験を行うことができ、しかも、広範
囲の周波数領域においてフラツトな周波数特性を
得ることのできる材料試験機を提供することにあ
る。

(ニ) 構成 本発明材料試験機は、ホワイトノイズを発生す
る発振器と、その発振器からのホワイトノイズと
負荷波発生器からの波形信号とを選択的に切換え
て制御系に目標値信号として供給する目標値信号
切換手段と、制御系内に挿入され、指令に基づい
て伝達特性を変化させ得る可変伝達要素と、制御
系内に被試験体を挿入した状態で、かつ、この制
御系にホワイトノイズを供給した状態で動作し、
供給されたホワイトノイズおよびその状態での測
定値信号からの当該制御系の逆伝達関数を算出し
て可変伝達要素の伝達特性を変化させる演算制御
手段を備えている。そして、可変伝達要素の伝達
特性を、算出された逆伝達関数と等価な特性に設
定した状態で負荷波発生器からの波形信号を目標
値信号として供給するよう構成している。

(ホ) 実施例 以下、図面に基づいて本発明実施例を説明す
る。

第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク図
で、サーボ機構に電気−油圧方式のサーボ機構を
採用した場合の例を示している。

試験すべき負荷の目標値信号は負荷波発生用関
数発生器１から供給される。試験片Ｗに作用して
いる負荷に関する物理量、例えば変位は、試験片
Ｗに装着された伸び計２と検出増巾器３とによつ
て検出され、その出力すなわち測定値信号は、目
標値信号にフイードバツクされ、制御動作信号を
得るよう構成されている。この制御動作信号は、
可変伝達要素４を経由した後サーボアンプ５に供
給され、サーボアンプ５はその入力信号に応じて
サーボバルブ６を制御し、油圧源７からの作動油
流量を加減して加振器８を駆動制御する。可変伝
達要素４は、外部からの指令に基づいて自らの伝
達特性を任意に設定することができ、例えば等価
器によつて構成することができる。

この系への目標値信号として、上述の負荷波発
生用関数発生器１からの試験すべき負荷の目標値
信号以外に、ホワイトノイズ発振器９からのホワ
イトノイズを供給することができ、いずれの信号
を目標値信号として入力するかは、演算制御部１
０からの指令信号に基づいて作動される切替スイ
ツチ１１によつて選択される。演算制御部１０
は、外部からの指令に基づき、この系を試験モー
ド又は特性調査モードに設定することができる。
すなわち、特性調査モードにおいては、上述した
切替スイツチ１１をホワイトノイズが目標値信号
として入力するよう作動させるとともに、そのホ
ワイトノイズとその時の測定値信号とを入力し
て、この系全体の伝達関数の逆関数を算出し、そ
の算出結果を可変伝達要素４に供給して、その伝
達特性を系全体の逆伝達関数と等価な特性に設定
する。試験モードにおいては、可変伝達要素４の
伝達特性を特性調査モードで設定された特性に保
つた状態で、目標値信号として試験すべき負荷波
を入力して試験機を駆動せしめる。

なお、ホワイトノイズと、ホワイトノイズによ
り駆動された系の測定値信号とを入力し、系の逆
伝達関数を算出する手法は、公知の技術によつて
達成することができ、例えば高速フーリエ変換器
およびラプラス変換回路等によつて実施すること
ができ、演算制御部１０はこれらハードウエア
と、これをドライブする出力機能、および他の制
御信号等を発生し得る機能を有し、例えばコンピ
ユータによつて構成することができる。

次に、上述の本発明実施例の作用を、その使用
方法とともに述べる。

試験片Ｗを装着後、まず、特性調査モードに設
定して、ホワイトノイズによつて試験機を励振す
る。この励振は試験片Ｗに影響を及ぼさない程度
の微少なものが望ましい。このホワイトノイズに
よる励振によつて、上述した如く可変伝達要素４
の伝達特性が系の逆伝達関数と等価な特性に設定
される。次に試験モードに設定して、負荷波発生
用関数発生器１からの出力を目標値信号として試
験機を駆動する。その結果、従来の第２図ａに示
す如き周波数特性を有していた系が、第２図ｂに
示す如き特性に設定された可変伝達要素４の挿入
により、第２図ｃに示す如く、広範囲にわたつて
フラツトな周波数特性を有する系に改善される。
その後にPID調節を行う。このとき、実際の試験
条件のもとに試験機を駆動しても系全体の特性が
フラツトになつているからハンチングの生じる虞
れがない。

(ヘ) 効果 以上説明したように、本発明によれば、従来の
共振点の低い検出器や機械部分等を使用しても、
広範囲にわたつてフラツトな周波数特性を有する
系に補償され、信頼性の高い安定した試験を行う
ことができる。更に、試験に先立つPID調節時に
はダミーを用いる必要がなく、しかも、調節に当
つてハンチングが生じる虞れがなくなり、被試験
体にダメージを与えることなく、しかも勘や経験
に頼ることなく容易に平均感度を上げて誤差を０
に近づけることができ、試験結果に個人差等が介
入しにくく、特に脆性材料の試験に有効であると
ともに、オンラインの全自動材料試験機として使
用することも可能となつた。また、広範囲にわた
るフラツトな周波数特性を容易に得ることができ
るので、実働応力やプログラム波等による複雑な
試験分野での限界を拡張する事も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク
図、第２図は作用説明図であつて、ａ図は従来の
系の周波数特性、ｂ図は本発明実施例の特性調査
モードにおいて可変伝達要素に設定された周波数
特性、ｃ図は本発明実施例の試験モードにおける
系の周波数特性を示すグラフである。 １……負荷波発生用関数発生装置、２……伸び
計、３……検出増巾器、４……可変伝達要素、５
……サーボアンプ、６……サーボバルブ、８……
加振器、９……ホワイトノイズ発振器、１０……
演算制御部、１１……切替スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被試験体に与えるべき負荷の波形信号を発生
   する負荷波発生器からの目標値信号に、実際に被
   試験体に作用している負荷に関する物理量の測定
   値信号をフイードバツクして、制御動作信号を得
   るよう構成された制御系を有する材料試験機にお
   いて、ホワイトノイズを発生する発振器と、その
   発振器からのホワイトノイズと上記負荷波発生器
   からの波形信号とを選択的に切換えて上記制御系
   に供給する目標値信号切換手段と、上記制御系内
   に挿入され、指令に基づいて伝達特性を変化させ
   得る可変伝達要素と、上記制御系内に被試験体を
   挿入した状態で、かつ、当該制御系に上記ホワイ
   トノイズを供給した状態で動作し、その供給され
   たホワイトノイズおよびその状態での測定値信号
   とから当該制御系の逆伝達関数を算出して上記可
   変伝達要素の伝達特性を変化させる演算制御手段
   とを備え、上記可変伝達要素の伝達特性を上記逆
   伝達関数と等価な特性に設定した状態で上記負荷
   波発生器からの波形信号を上記制御系に供給する
   よう構成されていることを特徴とする材料試験
   機。