JPH0333637A - 材料試験機 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、Ｏ（状体の荷重−変位特性を精度よく測定す
る材料試験機に関する。

■、従来の技術 従来から、例えば基台上に一対の支柱を立設させそこに
クロスヘツドを横架して成る負荷枠内に０（状体を設置
し、供試体を負荷しながらロードセルと差動トランス等
によって荷重と変位とを測定し、第５図に示すような供
試体の荷重−変位特性を求める材料試験機が知られてい
る。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような材料試験機の負荷枠はそれ自
体が負荷により変形し、ある荷重−たわみ特性を有して
いるので、測定結果には負荷枠のたわみ分が誤差として
含まれている。この誤差は、負荷枠の剛性を上げれば黒
視てきる程度に小さくすることが可能であるが、剛性を
高くすると負荷枠が大形化して重量増を什ない＋Ｉまし
くない。

本発明の技術的課題は、負荷枠の剛性を」−げることな
く供試体の荷重−変位特性を正確に４］す足することに
ある。

００課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図により本発明を説明すると、本発
明は、一対の対向部材の間に供試体ＳＰを設置して負荷
するための負荷枠ＬＦと、この供試体ＳＰを負荷するア
クチュエータ１０ｅと、供試体ＳＰの負荷荷重を検出す
る荷重検、１１手段Ｊ２と、供試体ｓｐの変位を検出す
る変位検出手段１３とを備え、荷重検出手段１２が検出
した荷重と変位検出手段］３が検出した変位とにより０
（状体ｓｐの荷重−変位特性を求める材料試験機に適用
される。そして上述の技術的課題は、負荷枠型、Ｆのた
わみを検出するたわみ検出手段１４と、供試体ＴＰを設
置しない状態で負荷枠＋、Ｆに荷重を加え荷重検出手段
１２で検出される荷重とたわみ検出手段１４て検出され
るたオ）みから荷重−たわみ特性を記憶する記憶手段１
６と、供試体Ｓ　Ｉ”を負荷して荷重検出手段１２て得
られた荷車と変；１ 位検出手段１３で検出した変位から得られる供試体Ｓ　
Ｐの荷重−変（＜ｌ特性を負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特
性で補正する補正′ト段２５とをＪｌ、　ｍｉすること
により解決される Ｆ０作用 記憶手段１にには負荷枠１、Ｆの荷ｉｉ−たわみ特性が
記憶されている。供試体ｓ■〕を負荷しつつ’Ｑｊ重と
変位を検出する。記憶手段］６に記憶した負荷枠Ｌ　Ｉ
’の荷重−たわみ特性を用いて、検出された変位データ
から同一荷重に対応する負荷枠Ｌ　Ｆのたわみを減算し
て補正後の変位データを得る。

この変位テークにより供試体ｓ　ｐの荷重−変位特性を
求めれば、負荷枠り、　Ｆのたわみ分を除去した正確な
結果が得られる。

なお、本発明の詳細な説明する−に記り項およびＥ　ｘ
ｒｔでは、本発明を分かり易くするために実施例の図を
用いたが、これにより本発明が実施例に限定されるもの
ではない。

ド、実施例 第１ト１は本発明の・実施例を示す全体構成口である。

同図において、１０は供試体ＳＰに圧縮荷重または引張
荷重などを加える試験機本体であり、この試験機本体］
Ｏは負荷枠Ｔ、Ｆを備えている。

負荷枠■、Ｆは、基台１０ｄ上に立設された一対の支柱
１．０に、］、Ｏｍの上端にヨーク１０ａを横架すると
共に、支柱１０に、１０ｍにト下移動可能にクロスヘツ
ド１０　ｂを取付けて構成される。ノ、（台１０ｄには
負命用の抽圧アクチュエータ１０（うが設置され、油圧
アクチュエータ１０ｅの可＠部に取付けた下部治具１０
ｆとクロスヘツド１ｏｌＪにロ−ドセル１２を介して取
付けた上部治具１０ｃとの間に供試体ＳＰが設置される
。１３は、Ｒｔ＋圧アクチュエータ１．　Ｏｃのストロ
ーク、すなわち供試体ｓｐの変位を検出する差動トラン
ス、１４は、負荷枠Ｌ　Ｆのたわみを検出するたわみ検
出器である。

このたわみ検出器１４は、例えば第２図の拡大断面図に
示すように、油圧アクチュエータ１ｏ（４内のピストン
１０１１の周面に取付けた磁性片］Ｏｊと、シリンダ側
壁に取付けられ磁性バ］Ｏ４の位ＩＭｔを磁気的に検出
する磁気センサ］Ｏｊとで構成される。なお、油圧アク
チュエータ１０ｅは、サーボ弁１．０　ｇによって圧Ｒ
１＋力″向と圧油量が制御されてピストン１０　ｈが伸
縮するもので、このビス１〜ン１．　Ｏｈに連結したピ
ストンロッドに下部治具１０ｆが装着されている。

試験機本体］Ｏを制御する制御系は、全体を制御する制
御回路２１と、負荷枠ｒ、Ｆの荷重−たゎみ特性を記憶
するメモリ２２と、試験条件入力部２３から制御回路２
１を介して指示された荷重負荷パターンに対応した負荷
パターン波形を発生する波形発生回路２４とを有する。

また、波形発生回路２４が発生した負荷パターン波形と
ロードセル１２が検出した荷重値との偏差を求める加算
器２５と、その偏差信号を増幅してサーボ弁１ｏｇに入
力するサーボアンプ２６とをイｆする。さらに、ロード
セル１２からの出力を増幅する増幅器２７と、増幅した
荷重信号をデジタル信号に変換して制御回路２１に入力
するＡ　ｒ）変換器２８と、斧動トランス１３およびた
オ）み検出器１４が検出した変位信号およびたわみ信珍
をそれぞれ増幅する増幅器２９．３０と、増幅器２９．
３０の出力信シ）を選択する切換スイッチ３】と、この
切換スイッチ３］の出力信号をテジタル信号に変換して
制御回路２］に入力するＡ　Ｉ）変換器３２とを右する
１゜さらにまた、ロードセル１２が検出した荷重４．１
号と差１１１１　＋−ランス１３が検出した変位信号と
が人力され、このうち変位信号については制御回路２１
からの補正信号によって補正して出力する補正回路３３
と、この補正回路３３から出力される荷重信号と変位信
号によって供試体ｓ　ｐの荷重変位特性をグラフ化して
出力するレコーダ３４とを備える。また、３５は、材料
試験機自体の荷重たわみ特性を測定して記憶するメモリ
モー１−を指示するスイッチ、３６は、使用する上下治
具に応して操作される治具選択スイッチてあり、メモリ
２２に格納された複数の治具に応じた複数の荷重−たわ
み特性を選択するものである。

次に動作について説明する。

まず、メモリモードスイッチ３５をオンすると切換スイ
ッチ３１がｂ側に切換わりたわみ信号選択モードとなる
。負荷枠Ｌ　Ｆの荷重−たわみ特性を求めるために上下
治具１．　Ｃ）ｃ、　　１０　ｆに供試体を数代しない
状態で制御開路２１から波形発生回路２４に指令を与え
、波形発生＋ｉｌ路２４から例えばある比例定数で直線
的に増加するパターンの負荷パターン波形（ランプ波形
）を発生させる。この【１荷パターン波形は加算器２５
に入力され、そこでロー１−セル１２が検出している現
在の荷重信２シとの偏差を求め、その偏差信号が増幅器
２６で増幅されてサーボ弁１．０　ｇに入力される。サ
ーボづｆｌｏｇは、負負荷パターン波形のある瞬時植と
現在の荷重信号との差が零になるように油圧アクチュエ
ータ１００を制御するので、負荷枠Ｌ　Ｆは」１下治具
１０ｃ、１．Ｏｆを介して負荷パターン波形に従った荷
重パターンで供試体ＳＰを圧縮する。

この圧縮の過程で負荷枠Ｌ　Ｆは、第４図の模式口に破
線で示すようにたオ〕み、そのたオ）み量は圧縮荀ｉＰ
、の増加と井に大きくなる。この時、ロードセル］２が
検出している圧縮荷重を増幅器２７を介してＡ／Ｄ変換
器２８に入力し、デジタル変換された荷重信号を制御回
路２１に人力する。また、たわみ検出器］４が検出して
いるたわみ借りを増幅器３０および切換スイッチ３１を
介してＡ／Ｄ変換器３２に入力し、デジタル変換された
たわみ信号を制御回路２１に入力する。これにより、制
御回路２」は入力された荷重信号とたわみ信号を順次サ
ンプリングし、第３図のグラフの失線Ａで示すように、
負荷枠型、Ｆの荷重−たわみ特性としてメモリ２２に記
憶させる。

次に、供試体ｓｐの荷重−変位特性をイ１す定するため
治具１０　ｃ、と１Ｏｆとの間に供試体ＳＰを設置し、
メモリスイッチ３６をオフして切換スイッチ３１をａ側
に切換える。その後、波形発生回路２４から所望の勾配
で変化する負荷パターン波形を出力し」二連したと同様
にサーボ弁１０ｇにより油圧アクチュエータ１０ｅを制
御して供試体Ｓ　ｌ）に負荷パターン波形に従った圧縮
荷重を加える。

制御回路２１は、Ａ／Ｄ変換器３２から入力される変位
信号およびＡ／Ｄ変換器２８から入力される荷重信号を
順次にサンプリングする。これにより、第３０の実線ｎ
に示すように負荷枠Ｔ、Ｆの荷重−たわみ特性を包含し
た供試体Ｓ　Ｐの荷重−変位特性がサンプリングされる
が、ある荷ｊｅｔ　Ｐ　ｉの荷重信号をサンプリングし
たならば、この荷重Ｐｌをアクセスポイントとしてメモ
リ２２をアクセスし、荷重Ｐ］における負荷枠Ｉ、Ｆの
たわみｒｌ］を読み１１ｊシ、補正回路３３に補正信号
として入力する。

補正回路３３にはロードセル１２が検出している荷重信
号と差動トランス１３が検出している変位信号が人力さ
れて′いるが、たわみＲ１を示す補正信号が入力される
と、差動トランス１３から入力されている変位信号から
たオ）み８ｊに相当する変位を減算する。そして、この
補正された変位信号と荷重信号とをレコーダ３４に出力
する。

これにより、レコーダ３４ては、第３図の破線Ｃて示す
ように４ｊ（状体Ｓ　ｌ”の荷重−変イＳｔ特性かグラ
フ化されて出力される。すなわち、負荷枠型、Ｆの荷車
−たわみ特性（たオ）み分）が含まれない供試体ｓｐに
固有の荷重−変位特性が正確に測定されて出力される。

また、制御回路２１内でも同様な補正演算を行ない補正
後の荷重−変位特性を記憶する。

このように、負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性をキャンセ
ルする機能を設けたことにより、負荷枠ＬＦの剛性を高
くすることなく小形、軽量の材料試験機で精度の高い荷
重−変位特性を得ることができる。

なお、負荷枠の荷重−たわみ特性は上下治具により異な
るので、使用する治具ごとに予め荷重たわみ特性を測定
してそれらをメモリ２２に記憶しておき、試験時に使用
治具選択スイッチ３６により補正演算に供する荷重−た
わみ特性を選択するようにしてもよい。この場合、メモ
リ２２を電池等によってバンクアップしておく。また、
圧縮試験以外の各挿試験にも本発明を実施できる。さら
に、負荷枠のたわみを実施例以外の部位で異なった方式
で計測してもよい。例えば、特別のたわみ検出手段を設
けることなく、供試体なしで圧縮１１ を行なった際に、変位検出用差動トランスなどで測定さ
れる変位量を負荷枠のたわみと考えてもよい。この場合
には構成が簡素化される。この発明が特許請求の範囲で
ぃう「たオ）み検出手段」はこれらを包含するものであ
る。

Ｇ１発明の詳細 な説明したように本発明においては、測定したａ（状体
の荷重−変イＱ特性から負荷枠のたわみ分をキャンセル
するようにしたので、剛性を高めることなく供試体に固
有の荷重−変位特性を正確に１１１１１定することがで
き、材料試験機の小形軒量化に寄与する。

４、口面の筒車な説明 第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
たわみ検出器の一例を示す拡大断面図、第３図は負荷枠
と供試体の荷重−変位（たわみ）特性の一例を示すグラ
フ、第４図は負荷枠がたわむ様子を示す模式図、第５図
は供試体の荷重−変位特性の一例を示すグラフである。

ＪＯ：試験機本体　１．　Ｏｂ　：クロスヘッド２ １０ｏ：上側治具　　１．ｏｄ：基台 １０ｃ：抽圧アクチュエータ １０ｆ：下側治具　　ｌｏｇ：サーボ弁１０ｉ：磁性片
　　　１０ｊ：磁気センサ１２：ロードセル　　１３：
差動１−ランス１４：たわみ検出器　２１：制御回路 ２２：メモリ　　　　２４：波形発生回路３１；切換ス
イッチ　３３：補正回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の対向部材の間に供試体を設置して負荷するための
   負荷枠と、この供試体を負荷するアクチュエータと、供
   試体の負荷荷重を検出する荷重検出手段と、供試体の変
   位を検出する変位検出手段とを備え、前記荷重検出手段
   が検出した荷重と前記変位検出手段が検出した変位とに
   より供試体の荷重−変位特性を求める材料試験機におい
   て、前記負荷枠のたわみを検出するたわみ検出手段と、
   供試体を設置しない状態で前記負荷枠に荷重を加え前記
   荷重検出手段で検出される荷重と前記たわみ検出手段で
   検出されるたわみから荷重−たわみ特性を記憶する記憶
   手段と、前記供試体を負荷して前記荷重検出手段で得ら
   れた荷重と変位検出手段で検出した変位から得られる供
   試体の荷重−変位特性を前記負荷枠の荷重−たわみ特性
   で補正する補正手段とを具備することを特徴とする材料
   試験機。