JPH0434761B2 - - 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の制御装置に関し、特に、
Kth試験等の高平均レベルの微小振巾負荷を与え
る必要のある試験に適した材料試験機の制御装置
に関する。

(ロ) 従来技術 高性能の材料試験機では、その制御機構として
電気−油圧方式のサーボ機構を用いたものが多
い。このような材料試験機において、例えば荷重
制御によりくり返し負荷を与える場合、その制御
機構の構成は第４図に示す如きブロツク線図で表
わすことができる。この場合、可能な限り精度よ
く試験を行う為には、試験の最大荷重時にロード
アンプ１が飽和しない範囲内でその増巾度を最大
とすべく、ロードアンプ１のレンジ（通常４〜５
段階）の設定を行う。次にそのレンジのフルスケ
ールに対する数値として、くり返し波形の振巾値
および平均値が設定され、サーボアンプ２を介し
てサーボバルブを含む油圧式負荷機構３がフイー
ドバツク制御されることになる。

くり返し負荷の振巾目標値および平均値目標値
を時間とともに変化させる必要のある場合、第４
図に示す如き従来の制御装置によれば、振巾値お
よび平均値ともに減少あるいは増大するような試
験では、試験途中において順次ロードアンプ１の
レンジを変更することによつて制御精度を保つこ
とができるが、振巾値のみが時間とともに減少あ
るいは増加して、平均値が高レベルで殆ど変化し
ないような試験では、制御精度を試験全般に亘つ
て維持することは困難である。すなわち、第５図
ａに示す如きくり返し荷重を与える場合、例えば
領域において第４レンジ、領域において第３
レンジ…と、ロードアンプ１のレンジを変更する
とともに、各設定信号をそれに合わせて変更する
ことにより、高い制御精度を維持することができ
る。しかし、第５図ｂに示す如きくり返し荷重を
与える場合には、振巾値の減少に伴つてレンジを
変更することができず、一貫して第４レンジを使
用しなければならない。従つて微小振巾領域にお
いては振巾の増巾度が低く、高精度の制御ができ
ないという問題があつた。また、第５図ａに示す
如き試験においても、従来装置によると、レンジ
の切換時に一旦荷重を０に戻して試験を中断する
必要があつて、連続した試験を行うことができな
いという問題もあつた。

(ハ) 目的 本発明は上記に鑑みてなされたもので、Kth試
験のように、平均値が高レベルを保つた状態で振
巾のみが時間とともに変化するようなくり返し負
荷を与える必要のある試験においても、常に高い
制御精度を維持することができ、しかも、試験を
中断することなく連続的な試験を行うことのでき
る、材料試験機の制御装置の提供を目的としてい
る。

(ニ) 構成 上記の目的を達成するため、本発明は、被試験
体の負荷に関連して変化する物理量の検出値信号
と目標値信号を比較部で比較し、その偏差信号に
応じて被試験体の負荷を制御する制御機構を備え
た材料試験機において、くり返し負荷を与えるた
めの制御装置において、被試験体に与えるべきく
り返し負荷の平均値成分に対応する平均値信号を
発生する平均値信号発生手段と、そのくり返し負
荷の波形成分に対応するくり返し波形信号を発生
する波形発生手段と、上記検出値信号から上記平
均値信号を減じた信号を入力してその出力を上記
比較部に供給する可変増幅手段と、被試験体に加
えるべきくり返し負荷の振幅値に応じて上記可変
増幅手段の増幅度および上記波形発生手段の出力
波形振幅を設定する増幅設定手段とを備え、被試
験体に加えるべきくり返し負荷信号が上記平均値
信号とくり返し波形信号とに分離して出力され、
かつ、上記比較部には目標値信号として上記くり
返し波形信号が供給され、このくり返し波形信号
と上記可変増幅手段の出力の差が偏差信号として
出力されるとともに、上記増幅度設定手段は、上
記可変増幅手段における増幅度を、当該制御機構
内で信号が飽和しない最大の値に設定するよう構
成されていることによつて特徴付けられている。

(ホ) 実施例 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明
する。

第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク線
図である。油圧式負荷機構１１はサーボバルブを
含み、サーボアンプ１２からの信号に基づいて被
試験体を負荷することができる。その負荷によつ
て被試験体に作用する荷重は、ロードセル１３お
よびロードアンプ１４によつて検出される。その
検出信号は加算点１５、乗算器１６を経て比較部
１７にフイードバツクされている。加算点１５に
は、被試験体に加えるべきくり返し荷重の平均値
の反転信号が加え合わされており、また、乗算器
１６には後述する増巾度設定信号が入力されてお
り、従つて比較部１７にフイードバツクされる信
号は、荷重検出信号と荷重平均値信号との差に増
巾度設定信号を乗じた信号となつている。比較部
１７にはフイードバツク制御の目標値信号とし
て、被試験体に加えるべきくり返し荷重の波形に
対応する荷重波形信号が供給されている。上述し
た荷重平均値信号、増巾度設定信号および荷重波
形信号は、CPU，ROM，RAM，Ｄ−Ａ変換器
等を含むコンピユータシステム１８によつて、そ
の大きさ等が演算され、出力される。

次に、コンピユータシステム１８による上述の
各信号の設定の仕方等について、Kth試験の場合
を例にとつて、フローチヤートに基づいて説明す
る。第２図は、コンピユータシステム１８におけ
るKth試験の為のプログラムを示すフローチヤー
トである。なお、ロードアンプ１４のレンジは所
定のレンジに固定され、従つてそのフルスケール
値は試験全般に亘つて不変である。また、荷重平
均値信号および増巾度の設定の分解能は、それぞ
れ12bit（±1/2000）程度であるとする。

先ずセツトされた試験片の初期のき裂長さが計
測され、その計測結果に基づいて公知の演算によ
り試験片に加えるべきくり返し荷重の振巾目標値
および平均目標値が算出される。次に、比較部１
７に供給すべき荷重波形信号の振巾を、高精度の
制御装置が可能なる様、相当の大きさの任意値に
設定する。同時に、その設定値と、ロードアンプ
１４のフルスケール値、および上述の振巾目標値
とから、増巾度を次の式によつて算出する。

増巾度＝荷重波形信号振巾設定値×ロードアンプ１４の
フルスケース値／荷重振巾目標値 そして荷重波形信号の振巾を上述の設定値とし
て出力するとともに、荷重平均値信号を算出され
た荷重平均目標値の反転値として加算点１５に供
給し、更に上述の式で算出された増巾度に基づい
て乗算器１６に増巾度設定信号を供給し、負荷を
開始する。

負荷によつて変化するき裂長さが都度計測さ
れ、その計測結果に基づいて荷重振巾目標値およ
び平均目標値が更新されるが、Kth試験では第５
図ｂに示す如きくり返し荷重を与える場合があ
る。この各目標値の変化に対応して、荷重平均値
信号はその値を平均目標値に追随させるが、荷重
波形信号の振巾および増巾度設定信号は次のよう
にその値を変化させる。すなわち、荷重振巾目標
値の減少に際して、荷重波形信号の振巾を変化さ
せずに、先ず、増巾度を上げることによつて対処
し、振巾目標値に対して実際に試験片に作用する
振巾が下がり過ぎてしまわない最大の増巾度にま
で上げられる。そしてその増巾度に対して、振巾
目標値に応じた振巾で試験片が負荷されるよう、
荷重波形信号の振巾が微調整される。従つて、フ
イードバツク信号は常に振巾成分のみとなるとと
もに、その増巾度は振巾目標値の変化に対応して
常に最大限に自動的に設定され、これによりサー
ボアンプ１２に入力される設定信号は高い増巾度
を保ち、高精度制御が可能となる。

なお、ロードアンプ１４に、外部から連続的に
増巾度が可能な機能を持たせると、第３図に示す
如きブロツク線図によつて、本発明を適用するこ
とができる。

また、以上の実施例では、荷重制御による例を
示したが、変位制御、ひずみ制御等の負荷に係る
任意の物理量を制御量としても、本発明を適用し
得ることは云うまでもない。

(ヘ) 効果 以上説明したように、本発明によれば、フイー
ドバツクループ内の増巾手段の前段で検出信号か
らくり返し負荷の平均目標値を減算するととも
に、増巾手段の増巾度が、可能な限り高くなるよ
う自動的に設定されるので、従来のようにロード
アンプ内で信号が飽和することなく常に大きな振
巾の波形信号を目標値信号として供給することが
でき、高い制御精度を維持することができる。特
に、従来装置に比して、高平均レベルの微小振巾
制御の精度が著しく向上し、Kth試験等に対して
その効果は大きい。また、連続自動運転が可能で
ある為、第５図ａに示す如きくり返し荷重を与え
る場合においても、従来装置のように試験を中断
する必要がなく、被試験体への荷重変動がなくな
り、試験の信頼性が向上する。

【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線
図、第２図はそのコンピユータシステム１８によ
るKth試験用プログラムを示すフローチヤート、
第３図は本発明の他の実施例の構成を示すブロツ
ク線図、第４図は従来装置の構成を示すブロツク
線図、第５図ａ，ｂはそれぞれ試験片に加えるべ
きくり返し荷重の例を示すグラフである。 １１……油圧式負荷機構、１２……サーボアン
プ、１３……ロードセル、１４……ロードアン
プ、１４……加算点、１６……乗算器、１７……
比較部、１８……コンピユータシステム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被試験体の負荷に関連して変化する物理量の
   検出値信号と目標値信号を比較部で比較し、その
   偏差信号に応じて被試験体の負荷を制御する制御
   機構を備えた材料試験機において、くり返し負荷
   を与えるための制御装置であつて、被試験体に与
   えるべきくり返し負荷の平均値成分に対応する平
   均値信号を発生する平均値信号発生手段と、その
   くり返し負荷の波形成分に対応するくり返し波形
   信号を発生する波形発生手段と、上記検出値信号
   から上記平均値信号を減じた信号を入力してその
   出力を上記比較部に供給する可変増幅手段と、被
   試験体に加えるべきくり返し負荷の振幅値に応じ
   て上記可変増幅手段の増幅度および上記波形発生
   手段の出力波形振幅を設定する増幅度設定手段と
   を備え、被試験体に加えるべきくり返し負荷信号
   が上記平均値信号とくり返し波形信号とに分離し
   て出力され、かつ、上記比較部には目標値信号と
   して上記くり返し波形信号が供給され、このくり
   返し波形信号と上記可変増幅手段の出力の差が偏
   差信号として出力されるとともに、上記増幅度設
   定手段は、上記可変増幅手段における増幅度を、
   当該制御機構内で信号が飽和しない最大の値に設
   定するよう構成されていることを特徴とする材料
   試験機におけるくり返し負荷制御装置。