JPH0629720Y2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本考案は、異なる２つの制御対象の物理量をデジタル値
およびアナログ値でそれぞれ検出し所望に応じていずれ
か一方をフィードバックして試験する材料試験機に関す
る。

Ｂ．従来の技術 従来から、固定テーブルと、この固定テーブルに対して
昇降するクロスヘッドとを備え、固定テーブルとクロス
ヘッドにそれぞれつかみ具を装着し、つかみ具間に試験
片を把持して試験を行う材料試験機は広く知られてい
る。このような材料試験機においては、 クロスヘッドを定速度で駆動しながら試験片を負荷す
る試験パターン、 荷重速度を一定にして試験片を負荷する試験パター
ン、 試験片の歪速度を一定にして試験片を負荷する試験パ
ターンなど、複数の試験パターンで試験が行われる。

このような複数の試験パターンで各種試験を行う材料試
験機では、従来、例えば第３図のように構成される制御
回路を用いている。

第３図において、クロスヘッド駆動用のモータＭＴに直
結したロータリエンコーダ１でクロスヘッドの速度をパ
ルス列として検出し、クロスヘッドに取付けたロードセ
ル２で試験片に働く負荷荷重をアナログ値として検出
し、さらに、試験片に取付けた歪計３で試験片の歪をア
ナログ値として検出する。また、操作パネル４からの入
力操作にしたがって、クロスヘッドの目標速度を設定す
るクロスヘッド速度設定器５と、荷重速度を設定する荷
重速度設定器６と、試験片の歪速度を設定する歪速度設
定器７とが制御部１００内に設けられ、上記〜の試
験パターンに応じて、設定器５〜７からの各設定値と、
ロータリエンコーダ１，ロードセル２あるいは歪計３か
らの各検出出力を比較して偏差をとり、その偏差に応じ
てクロスヘッド駆動用モータＭＴを駆動制御している。

すなわち、の試験パターンが選択されるとスイッチＳ
Ｗ１は閉じ、スイッチＳＷ２はａ接点が閉じｂ接点が開
く。クロスヘッド速度設定器５からは目標速度に応じた
数のパルス列が出力され、このパルス信号はカウンタ８
のアップ端子に入力される。また、ロータリエンコーダ
１からのパルス信号はカウンタ８のダウン端子に入力さ
れる。カウンタ８のカウント値はＤ／Ａコンバータ９で
アナログ信号に変換されアンプ１０を介してモータＭＴ
にモータ駆動信号として送出される。これにより、モー
タＭＴは、クロスヘッドが設定された目標速度で昇降す
るように回転し、試験片が負荷される。

また、の試験パターンが選択されるとスイッチＳＷ１
は開き、スイッチＳＷ２，スイッチＳＷ３，ＳＷ４はｂ
接点が閉じ、荷重速度設定器６からのアナログ信号と、
ロードセル２からロードアンプ１１を介して出力される
荷重検出アナログ信号とが偏差器１２にそれぞれ入力さ
れ、両アナログ信号の偏差がとられる。この偏差信号に
ゲイン設定器１３でゲインを掛けアンプ１０を介してモ
ータＭＴに送出する。これにより、設定された荷重速度
で試験片の負荷荷重が増加するようにクロスヘッドが昇
降される。

の試験パターンについても同様に、歪速度設定器７か
らのアナログ信号と歪計３からの歪検出アナログ信号と
の偏差に応じてモータＭＴが駆動され、これにより歪速
度が一定となるようにクロスヘッドが駆動される。

なお、アップダウンカウンタ８と、Ｄ／Ａコンバータ９
とアンプ１０とによりサーボアンプ２００が構成され
る。また、２８はロードアンプ１１，ストレインアンプ
１４の出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ、
２４は、Ａ／Ｄコンバータ２８から送出される荷重信号
と歪信号に基づいて種々のデータ処理を行うＣＰＵであ
る。

Ｃ．考案が解決しようとする課題 しかしながら、このような制御回路では、サーボアンプ
の入力端子として、パルス列が入力されるデジタルポー
トＤＰとアナログ信号が入力されるアナログポートＡＰ
とが必要となり、その構成が複雑である。

本考案の技術的課題は、制御対象の物理量をデジタル値
（パルス列）およびアナログ値で検出しそれぞれ択一的
にフィードバックする材料試験機において、サーボアン
プのアナログポートを廃止することにある。

Ｄ．課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図により説明すると、本考案に係る
材料試験機は次の構成により上述の技術的課題を解決す
る。

本発明による材料試験機は、試験片を負荷するためにク
ロスヘッドを昇降するアクチュエータＭＴと、検出する
クロスヘッドの昇降速度に応じた数のパルス列を出力す
るエンコーダ１と、検出する試験片の荷重や伸びなどの
物理量に応じたアナログ信号を出力する検出手段２
（３）と、入力操作によりクロスヘッドの目標昇降速度
に応じたパルス数を設定する第１の設定器２１と、入力
操作により荷重や伸びなどの物理量の目標値を設定する
第２の設定器２２（２３）とを有する。

また、第２の設定器２２（２３）で設定された目標値と
前記検出手段２（３）で検出された検出値との偏差をと
る偏差演算手段１０１と、偏差演算手段１０１でとられ
た偏差に基づいて、この偏差を打ち消すために必要とな
るクロスヘッドの昇降速度に応じたパルス数を演算する
パルス数演算手段１０２とを有する。

さらに、第１の設定器２１に設定されたパルス数および
パルス数演算手段１０２で演算されたパルス数のいずれ
か一方を選択する選択手段ＳＷ５と、この選択手段ＳＷ
５で選択された数のパルス列を出力するパルス発生器２
５と、このパルス発生器２５からのパルス列とエンコー
ダ１からのパルス列が入力され両者間の偏差をとりその
偏差に応じた回転速度でアクチュエータＭＴを駆動する
駆動信号を出力するサーボアンプ２００とを具備する。

Ｅ．作用 試験片の荷重や歪などの制御対象の物理量は検出手段２
（３）によりアナログ値で検出され、クロスヘッドの昇
降速度は、エンコーダ１によりデジタル値、すなわちパ
ルス列として検出される。検出された物理量のアナログ
値は偏差演算手段１０１で目標値と比較されて偏差が演
算される。その偏差はパルス数演算手段１０２でパルス
数に換算され、パルス発生器２５はその数のパルス列を
出力し、サーボアンプ２００に入力する。サーボアンプ
２００では、エンコーダ１からのパルスとパルス発生器
２５からのパルスとの間の偏差をとり、その偏差に応じ
てアクチュエータＭＴの速度が制御される。したがっ
て、サーボアンプ２００にはアナログ入力ポートが不要
となる。

なお、本考案の構成を説明する上記Ｄ項およびＥ項で
は、本考案を分かり易くするために実施例の図を用いた
が、これにより本考案が実施例に限定されるものではな
い。

Ｆ．実施例 第１図および第２図により本考案に係る材料試験機の一
実施例を説明する。第３図と同様な箇所には同一の符号
を付して説明する。

ロードセル２は、試験片に働く荷重を検出しそれに応じ
たアナログ検出信号を出力し、歪計３は試験片の歪を検
出しそれに応じたアナログ検出信号を出力する。ロード
アンプ１１は、ロードセル２のアナログ検出信号を増幅
し、ストレインアンプ１４は、歪計３のアナログ検出信
号を増幅し、Ａ／Ｄコンバータ２８は、アンプ１１，１
４の増幅出力をＡ／Ｄ変換する。ロータリエンコーダ１
は、クロスヘッドを昇降するモータＭＴの回転速度に応
じた、すなわちクロスヘッド昇降速度に応じた数のパル
ス列を出力する。

クロスヘッド速度設定器２１は、操作パネル４から入力
されるクロスヘッド目標速度信号によりその目標速度に
応じたパルス数を記憶する。荷重速度設定器２２は、操
作パネル４から入力される荷重速度信号により試験片に
負荷する荷重の速度をデジタル値として記憶する。歪速
度設定器２３は、操作パネル４から入力される歪速度信
号により試験片の歪速度をデジタル値として記憶する。
ＣＰＵ（中央演算処理装置）２４は、ロードセル２で検
出される荷重の速度を求め、この荷重速度と荷重速度設
定器２２から送出される荷重速度との間の偏差を演算す
る。そして、演算された荷重速度の偏差、すなわち、目
標荷重速度と実荷重速度の差を打ち消すために必要なク
ロスヘッドの昇降速度に応じたパルス数を演算する。Ｃ
ＰＵ２４は同様に歪速度の偏差およびその偏差に応じた
パルス数を演算する。したがって、このＣＰＵ２４は、
偏差演算手段１０１と、パルス数演算手段１０２とを包
含する。

スイッチＳＷ５（選択手段）は、クロスヘッド昇降速度
設定器２１に設定されたパルス数とＣＰＵ２４で演算さ
れたパルス数のいずれか一方を択一的にパルス発生器２
５に送出する。パルス発生器２５は入力されたパルス数
のパルス列に出力する。

サーボアンプ２００は、アップダウンカウンタ８を有
し、そのダウン端子にはロータリエンコーダ１からのパ
ルス列が入力され、アップ端子には、パルス発生器２５
からのパルス列が入力される。したがって、カウンタ８
のカウント値は、クロスヘッドの実速度と指令速度との
偏差を示す。Ｄ／Ａコンバータ９は、カウンタ８のカウ
ント値をＤ／Ａ変換し、カウント値に応じたアナログ信
号を形成する。このアナログ信号はアンプ１０で増幅さ
れモータ駆動信号としてモータＭＴに送出される。

このような構成された材料試験機の動作を説明する。

クロスヘッド昇降速度一定で試験する場合、試験開始操
作に連動してスイッチＳＷ５はａ接点側に切り替えら
れ、クロスヘッド昇降速度設定器２１に設定されたパル
ス数がパルス発生器２５に入力される。パルス発生器２
５はその数のパルス列をアップダウンカウンタ８のアッ
プ端子に入力する。アップダウンカウンタ８のダウン端
子にはロータリエンコーダ１からのパルス列が入力され
るが、試験開始時にモータＭＴは停止しているからロー
タリエンコーダ１からパルスが出力されていない。その
ため、カウンタ８は、パルス発生器２５からのパルスに
よりアップカウントし、Ｄ／Ａコンバータ９を介してア
ンプ１０から得られるアナログモータ駆動信号が増加し
てモータＭＴが加速される。モータＭＴが回転を始める
とロータリエンコーダ１からパルスが出力され、カウン
タ８のダウン端子に入力される。ロータリエンコーダ１
からのパルス列の数がパルス発生器２５からのパルス列
の数よりも高くなるとカウンタ８はカウントダウンして
モータＭＴは減速し、その逆の場合はカウントアップし
てモータＭＴは加速する。また、両者が等しいときは、
設定されたクロスヘッド昇降速度に応じた値でカウント
値が保持され、モータＭＴは定速度で回転し、クロスヘ
ッドは設定された速度で昇降する。

荷重速度一定で試験する場合、試験開始操作に連動して
スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５はｂ接点側に切り替え
られる。ＣＰＵ２４は、ロードセル２からの荷重信号に
基づいて実荷重速度を演算する。荷重速度設定器２２に
設定された目標荷重速度は、ＣＰＵ２４で演算された実
荷重速度と比較されて両者の偏差がとられる。ＣＰＵ２
４はさらに、その偏差を打ち消すに必要なクロスヘッド
昇降速度に応じたパルス数を演算する。このパルス数の
演算は、第２図に示す手順で行われる。

第２図において、まず、ステップＳ１で荷重信号を読み
込み、前回読み込まれた荷重信号との差から実荷重速度
を求める。ステップＳ２では、この実荷重速度と荷重速
度設定器２２で設定された目標荷重速度との偏差を求
め、ステップＳ３でその偏差にゲインを乗じる。ゲイン
は操作パネル４から入力され、材料の剛性に応じて適宜
の値が選択される。ステップＳ４では、ステップＳ３で
得られた乗算結果からパルス数を求める。ＣＰＵ２４で
演算されたパルス数は、ステップＳ５においてパルス発
生器２５に入力される。

パルス発生器２５はその数のパルス列をアップダウンカ
ウンタ８のアップ端子に入力する。試験開始時にはロー
ドセル２からの検出出力が零であり、したがって、実荷
重速度も零である。そのため、ＣＰＵ２４は荷重速度設
定器２２の荷重速度に応じた信号を偏差として求めるか
ら、演算されるパルス数は大きく、多くのパルスがカウ
ンタ８のアップカウント端子に入力される。このときモ
ータＭＴは停止しているから、カウンタ８のダウン端子
にパルスが入力されず、したがって、モータＭＴが加速
される。またモータＭＴが回転を始めると、上述したと
同様にモータＭＴが減速され、あるいは定速度で回転し
て、設定した荷重速度で試験片が負荷される。

歪速度一定で試験を行う場合は、スイッチＳＷ３，ＳＷ
４，ＳＷ５がｃ接点側に切替られる以外は荷重速度一定
の試験と同様である。

このように、アナログ値で検出されフィードバックされ
る荷重や歪などの制御対象があるのに拘らず、目標アナ
ログ値と実検出アナログ値との偏差を所定数のパルス列
に変換してサーボアンプに入力するようにしたので、サ
ーボアンプにはパルス列入力端子ＤＰだけ設ければよ
く、従来必要であったアナログポートが不要となり、構
成が簡素化される。

なお、アナログ量の偏差を演算する回路とその偏差から
パルス数を演算する演算回路をハードウエアの形態で構
成してもよい。また、モータによりクロスヘッドを昇降
するようにしたが、流体アクチュエータでクロスヘッド
を昇降する材料試験機にも本考案を適用できる。その場
合、油圧アクチュエータを駆動制御する電気−油圧サー
ボ弁が用いられ、サーボアンプの出力によりその電気−
油圧サーボ弁が制御される。

Ｇ．考案の効果 本考案によれば、制御対象に関する目標アナログ値と実
検出アナログ値との偏差を所定数のパルス列に変換して
サーボアンプに入力するようにしたので、サーボアンプ
にはパルス用のデジタル入力端子だけ設ければよく、そ
の構成が簡素化される

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る材料試験機の全体構成
を示すブロック図、第２図は処理手順例を示すフローチ
ャート、第３図は従来例を示すブロック図である。 １：ロータリエンコーダ ２：ロードセル、３：歪計 ８：カウンタ ９：Ｄ／Ａコンバータ ２１：クロスヘッド速度設定器 ２２：荷重速度設定器 ２３：歪速度設定器、２４：ＣＰＵ ２５：パルス発生器 １００：制御部、１０１：偏差演算手段 １０２：パルス数演算手段 ２００：サーボアンプ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片を負荷するためにクロスヘッドを昇
   降するアクチュエータと、検出するクロスヘッドの昇降
   速度に応じた数のパルス列を出力するエンコーダと、検
   出する試験片の荷重や伸びなどの物理量に応じたアナロ
   グ信号を出力する検出手段と、入力操作によりクロスヘ
   ッドの目標昇降速度に応じたパルス数を設定する第１の
   設定器と、入力操作により荷重や伸びなどの物理量の目
   標値を設定する第２の設定器と、この第２の設定器で設
   定された目標値と前記検出手段で検出された検出値との
   偏差をとる偏差演算手段と、偏差演算手段でとられた偏
   差に基づいて、この偏差を打ち消すために必要となるク
   ロスヘッドの昇降速度に応じたパルス数を演算するパル
   ス数演算手段と、前記第１の設定器に設定されたパルス
   数およびパルス数演算手段で演算されたパルス数のいず
   れか一方を選択する選択手段と、この選択手段で選択さ
   れた数のパルス列を出力するパルス発生器と、このパル
   ス発生器からのパルス列と前記エンコーダからのパルス
   列が入力され両者間の偏差をとりその偏差に応じた回転
   速度で前記アクチュエータを駆動する駆動信号を出力す
   るサーボアンプとを具備することを特徴とする材料試験
   機。