JPH0363541A - 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、供試体の荷重−変位特性を精度よく測定する
材料試験機に関する。

Ｂ、従来の技術 従来から、例えばテーブル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供試体を設
置し、供試体を負荷しながらロードセルとパルスエンコ
ーダ等によって荷重と変位とを測定する材料試験機が知
られている。

また、上述した材料試験機の負荷枠はそれ自体が負荷に
よって変形することが知られており、この変形分を補正
して正確なたわみ量を得るものに実開昭５７−１５５４
６５号公報「たわみ補正湿材料試験機」がある。このた
わみ補正湿材料試験機では、負荷枠自体の荷重に対する
たわみ量を関数式あるいは数表から求めて実際に測定し
た供試体のたわみ量を補正する。

ところで１片振りあるいは両振りの疲労試験に際しては
、交番荷重に対するたわみ量の補正データで補正する必
要がある６例えば圧縮片振り疲労試験のように負荷枠に
圧縮荷重を加えて所定荷重に達すると徐々に除荷すると
きの荷重−たわみ曲線は第５図（ａ）に示すようなヒス
テリシスカーブとなる。同様に引張り片振り試験のよう
に負荷枠に引張荷重を加えて除荷したときの荷重−たわ
み曲線は第５図（ｂ）に示すようなヒステリシスカーブ
となる。そこで従来は、荷重印加、除荷を１回だけ行い
、そのときの荷重−たわみ特性のヒステリシスカーブを
補正データとして使用している。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、負荷枠に圧縮または引張り荷重を与えて
除荷する際の荷重−たわみ曲線のヒステリシスは、所定
回数だけ荷重印加と除荷を行わないと安定しない。その
ため、従来のように上回だけ荷重印加と除荷を行って補
正データを作成する方式では補正の精度が悪くなるとい
う問題点があった・ 本発明の技術的課題は、真のヒステリシスカーブを有す
る負荷枠の荷重−たわみ特性によって供試体の荷重−変
位特性を補正することにある。

０１課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図に対応づけて本発明を説明すると
１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出手段１２と、供試体ｓｐの変位
を検出する変位検出手段１３．２５とを備え、供試体ｓ
ｐに交番荷重を加えるようにした材料試験機に適用され
る。そして上述の技術的課題は、供試体を設置しない状
態で負荷枠ＬＦに交番荷重を所定周期印加し安定した状
態の荷重−たわみ特性を記憶する記憶手段２２と、供試
体ｓｐに交番荷重を加えて荷重検出手段１２で検出され
た荷重と変位検出手段１３゜２５で検出された変位とか
ら得られる供試体Ｓ　Ｆ’の荷重−変位特性に対して負
荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性で補正を行う補正手段２１
とを具備することにより解決される。

８１作用 供試体ＳＰに交番荷重を加えながら荷重と変位とを検出
し荷重−変位曲線を測定する。これを記憶手段２２の補
正データで補正する。記憶手段２２には、交番荷重を与
え安定したヒステリシスを有する負荷枠ＬＦの荷重−た
わみ特性が記憶されている。したがって、精度の高い補
正が可能となる。

なお１本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
１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
。

Ｆ、実施例 第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図である。同
図において、１０は供試体ＳＰに圧縮荷重と引張荷重と
を交互に加える試験機本体であり。

この試験機本体ＩＯは負荷枠ＬＦを備えている。

負荷枠ＬＦは、テーブル１０ｄ上に立設された一対のね
じ棹１０　ｋ、　１０ｍの上端にヨークｉ、ｏａを横架
するとともに、ねじ棹１０に、１０ｍにクロスヘツド１
０ｂを螺合して構成される。テーブル１０ｄには負荷用
のモータ１０ｅが設置され、このモータ］、　Ｏｅの回
転は、変速機１１を介して一対のねじ棹１０に、１０ｍ
に伝達され、ねじ棹１０に、１０ｍの回転によりクロス
ヘツド１０ｂが昇降する。

クロスヘツド１０ｂにはロードセル１２を介して上つか
み具１０ｃが、テーブル１０ｄには下つかみ具１０ｆが
設けられる。１３は供試体ＳＰの変位を検出するための
パルスエンコーダであり。

変速機１１の回転あるいはねじ棹１０　ｋ、　ｌ　Ｏｍ
の回転に応じたパルスを出力する。

試験機本体１０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ＬＦの荷重−たわみ特性や供試体ｓ
ｐの荷重−変位特性を記憶するメモリ２２と、圧縮−引
張試験の諸データ（最大伸び量、最大縮み量、伸縮速度
などのデータ）の人力を行う操作部２３と、パルスエン
コーダ】−３から出力されるパルスに応じた計数動作を
行うカウンタ２５と、パルスエンコーダ１３の出力パル
ス周波数を電圧に変換するＦＶ変換回路２６と、制御回
路２１内の速度設定部２４が発生した電圧パターン波形
とＦＶ変換回路２６の出力電圧との偏差を求める加算器
２７と、この偏差信号に応じてモータ１０ｅの速度すな
わち回転数を制御するモータ制御回路２８とを有する。

パルスエンコーダ１３は変速機１１で減速されたモータ
１０ｅの回転数に対応した周波数のパルスを出力する。

従ってこのパルス出力は一対のねじ棹１０に、１０ｍの
回転数すなわち供試体ＳＰの変位に対応しており、制御
回路２１はカウンタ２５によってこのパルス数を計数す
ることによって供試体ＳＰに与えた変位量を知ることが
できる。

制御回路２工内の速度設定部２４は、操作部２３から入
力された上記諸データに基づいてモータ１０ｅの回転数
を設定するための電圧パターン波形を発生する。この電
圧パターン波形は加算器２７に入力され、そこでＦＶ変
変量回路２６出力すなわち現在のモータ１０ｅの回転数
に応じた電圧との偏差を求め、その偏差信号がモータ制
御回路２８に入力される。モータ制御回路２８は、電圧
パターン波形のある瞬間値と現在の回転数に応じた電圧
との差が零になるようにモータ１０ｅを制御するので、
電圧パターン波形で示された電圧に応じた所定の変位が
負荷枠ＬＦや供試体ｓｐに与えられることになる。

また、上述した材料試験機の制御系は、ロードセル上２
が検出した荷重信号を増幅するアンプ２９と、アンプ２
９の増幅出力（アナログ信号）をデジタルデータに変換
するＡ／Ｄ　（アナログデジタル）変換器３０と、供試
体ｓｐの荷重−変位特性をグラフ化して出力する記録計
３１と、制御回路２１から出力されるデジタルデータを
電圧に変換して記録計３１に入力するＤ／Ａ変換器３２
と、ＣＲＴ　（陰極線管）で構成され制御回路２１の処
理結果を表示する表示装置３３とを有する。

ロードセル１２の荷重信号はアンプ２９で増幅されＡ／
Ｄ変換器３０でデジタルの荷重データに変換されて制御
回路２１に入力される。制御回路２■は、カウンタ２５
の計数値によって負荷枠Ｌ　Ｆあるいは供試体ＳＰに与
えている変位を知ることができるため、この変位とＡ／
Ｄ変換器３０から入力される荷重データとをサンプリン
グすることにより供試体ＳＰの荷重−変位特性あるいは
負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性の測定を行う。

次に両振り試験を行う場合について説明する６最初に、
供試体ｓｐを設置しない状態で負荷枠ＬＦの両振り補正
データを測定する。第２図は補正データ作成のフローチ
ャートを示す。

まず、制御回路２１の制御によってヒステリシスループ
の１周分が含まれるような圧縮−引張荷重を加える（ス
テップＳ１）、速度設定部２４から所定の電圧パターン
波形を出力し、この電圧パターン波形に従ってモータ１
０ｅの回転数を制御することにより所定の変位を与えて
荷重を加える。

荷重を加える順序としては、第５図（ｃ）に示すように
例えば最初に引張荷重を徐々↓こ増加しくＯ→ｌ）、続
いて引張荷重を除荷していって（１→２）圧縮荷重を増
していき（２→３）、さらに続いて圧縮荷重を除荷して
いって（３→４）引張荷重を増していく（４→１）。

次に、制御回路２１は圧縮荷重と引張荷重の繰り返し回
数が所定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ２
）。所定回数に達しないときはステップＳ１に戻って圧
縮荷重と引張荷重を繰り返し加える。圧縮荷重と引張荷
重の繰り返し回数が所定回数に達すると、次に制御回路
２１は負荷枠ＬＦの荷重−たわみ特性の測定を行う（ス
テップＳ３）、圧縮荷重と引張荷重とを所定回数繰り返
して加えることにより荷重−たわみ特性のヒステリシス
が安定するから、この安定した特性を両振り補正データ
として測定する。制御回路２１は、Ａ／Ｄ変換器３０か
ら入力される荷重データと。

カウンタ２５から入力される変位データとの関係を、圧
縮荷重と引張荷重の１周期分順次サンプリングし、圧縮
、引張荷重の増減状態とともにメモリ２２に記憶して（
ステップＳ４）、補正データの測定を終了する。

第３図にこのようにして得られた負荷枠の荷重−たわみ
特性を示す６図において、縦軸は荷重を示しており正側
が引張荷重に、負側か圧縮荷重に対応している。また横
軸は変位を示しており、正側が引張荷重に対する負荷枠
の伸び量に、負側か圧縮荷重に対する負荷枠の縮み量に
対応している。

実線Ａは引張荷重を減少させ圧縮荷重を増加するときの
荷重−たわみ特性を、−点鎖＃ｊＡＢは、圧縮荷重を減
少させ引張荷重を増加するときの荷重−たわみ特性を示
している。ステップＳ１およびステップＳ２を繰り返す
ことにより実線Ａおよび一点鎖、ＩＢで示した荷重−変
位特性が安定し、ステップＳ３でサンプリングされた実
線Ａおよび一点鎖線Ｂが個別に指定可能な状態でメモリ
２２に格納される。

この補正データの作成は、メーカ側が出荷時に行ないＲ
ＯＭに格納してユーザに提供するのが一般的であるが、
フロッピーディスクなどの磁気メモリに格納してユーザ
に提供してもよい。フロッピーディスクなどを用いると
、新たな治具を用いるときにユーザ側で補正データの更
新を簡単に行うことができる。

次に、供試体ｓｐの荷重−変位特性を計測して補正する
動作を第４図のフローチャートに基づいて説明する。

まず、供試体ＳＰを上つかみ具１０ｃと下つかみ具↓Ｏ
ｆとの間に設置しくステップ５ｌｌ）。

引張荷重と圧縮荷重とを交互に加え負荷枠ＬＦの荷重−
たわみ特性を包含した荷重−変位特性をＡ、　／　Ｄ変
換器３０の出力とカウンタ２５の出力とによりサンプリ
ングする（ステップ５１２）。各サンプリング点におけ
る荷重データおよび変位データは、荷重状態情報ととも
にメモリ２２に格納する。この荷重状態情報とは、引張
荷重を減少させて圧縮荷重を増加する状態にあるのかあ
るいは圧縮荷重を減少させて引張荷重を増加する状態に
あるのかを識別するための情報であり、これらの状態を
識別するために例えば１ビツトの識別子が割り当てられ
ている。

ステップＳ１２におけるサンプリングが終了すると、次
に制御回路２１はメモリ２２に格納した各サンプリング
データを読み出してこのサンプリングデータの荷重状態
を判定する。引張荷重を減少させ圧縮荷重を増加する状
態にあるか否かを各サンプリングデータと一緒に格納し
た識別子によって判定しくステップ８１３）、肯定判断
すると第３図の実線Ａで示した補正データをメモリ２２
から読み出し、着目しているサンプリング点の荷重デー
タに基づいて変位データを補正する（ステップ５１４）
、具体的にはサンプリング点の荷重に対応した実Ｎ１Ａ
Ａ上の変位データを読み出し、サンプリング点の変位デ
ータから減算して補正する。

ステップＳ３で否定判断すると、同様にして第３図の一
点鎖線Ｂで示した補正データをメモリ２２から読み出し
て着目しているサンプリング点の荷重データに基づいて
変位データを補正する（ステップ５１５）。

あるサンプリング点についての補正が終了すると、次に
制御回路２１はすべてのサンプリング点について補正が
終了したか否かを判定しくステップ５１６）、否定判断
の場合には補正が未終了のサンプリング点についてステ
ップ８１３以降の処理を繰り返す。全サンプリング点に
ついて補正が終了すると、補正した荷重−変位特性を出
力する（ステップ５１７）。制御回路２１から出力した
補正後の荷重データおよび変位データを表示装置３３に
表示したり、Ｄ／Ａ変換器３２を介して記録計３１に描
かせる。

このように、本実施例では、予め負荷枠ＬＦに両振り荷
重を所定回数だけ与えて（１→２→３→４→１のループ
を複数回）荷重−たわみ特性のヒステリシスカーブが安
定した時点で両振り補正データとして荷重−たわみ特性
を記憶し、この補正データにより供試体の荷重−変位特
性を補正するようにした。したがって補正データは真の
ヒステリシスを示すから、従来よりも補正精度が向上す
る。

なお、圧縮あるいは引張りの片振り試験では、第５図（
ａ）、（ｂ）のようなヒステリシスカーブが得られるか
ら、上述したのと同様にしてヒステリシスカーブが安定
してから補正データを作成すれば、補正精度を向上でき
る。また１以上ではバッチ処理により荷重−変位のデー
タを補正するようにしたがリアルタイムで補正してもよ
い。さらに、負荷枠の荷重−たわみ特性は上下つかみ具
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、
試験時に使用治具を操作部２３から指定して選択するよ
うにしてもよい。さらにまた。

負荷枠をねじ棹方式にしたが油圧シリンダ方式でもよい
。

Ｇ０発明の詳細 な説明したように本発明においては１両振りあるいは片
振り荷重時における負荷枠の真の荷重−たわみのヒステ
リシスカーブを補正データとして用いるようにしたので
、測定した供試体の荷重−変位特性の補正精度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
補正データ作成に関する一実施例のフローチャート、第
３図は負荷枠のヒステリシスを有する荷重−たわみ特性
の説明図、第４図は供試体の荷重−変位特性測定に関す
る一実施例のフローチャート、第５図は片振りおよび両
振り時のヒステリシスカーブの説明図である。 １０：試験機本体　１０ｂ＝クロスヘツド１０ｃ：上つ
かみ具　１０ｄ：テーブル１０ｅ　：モータ　　　１０
ｆ　：下つかみ真上１：変速機　　　　１２：ロードセ
ル１３ニバルスエンコーダ ２１：制御回路　　　２２：メモリ ２５：カウンタ　　　２６　：　ＦＶ変換器２７：加算
器　　　　２９：アンプ ２８：モータ制御回路

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、前記供試体に交番
   荷重を加えるようにした材料試験機において、供試体を
   設置しない状態で前記負荷枠に交番荷重を所定周期印加
   しヒステリシスが安定した状態の荷重−たわみ特性を記
   憶する記憶手段と、前記供試体に交番荷重を加えて前記
   荷重検出手段で検出された荷重と変位検出手段で検出さ
   れた変位とから得られる供試体の荷重−変位特性に対し
   て前記負荷枠の荷重−たわみ特性で補正を行う補正手段
   とを具備することを特徴とする材料試験機。