JPH0739936B2

JPH0739936B2 - 試験片の伸び測定装置

Info

Publication number: JPH0739936B2
Application number: JP60111894A
Authority: JP
Inventors: 正智茨木; 繁雄川末
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1985-05-23
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1995-05-01
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPS61269008A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、透明性を有する試験片、たとえばナイロン
やビニロン、さらにはフイルムなどの試験片について引
張試験をその他の材料試験を行なう際に使用される伸び
測定装置に関する。

（従来の技術とその問題点）試験片の伸び測定装置には種々のものがあるが、大別し
て接触方式と非接触方式との２種類が存在する。このう
ち接触方式は試験片に付された標線または標点に伸び測
定装置の接触片を直接接触させることによって、試験片
の伸びを電気的に検出する方式である。ところがこの方
式では、接触片の接触による不要な力が試験片に作用す
るために、引張力と伸びとの関係に誤差が生じてしまっ
て、高精度の測定ができないという欠点がある。

一方、非接触方式は、光を試験片に投射してその反射光
を観測する方式であるが、この場合も精度に問題がある
という欠点がある。

（発明の目的）この発明は、上述の欠点の克服を意図しており、透明性
を有する試験片の伸び測定に際して、非接触かつ高精度
の伸び測定を行なうことのできる試験片の伸び測定装置
を提供することを目的とする（目的を達成するための手段）上述の目的を達成するため、この発明にかかる試験片の
伸び測定装置では、透明性を有する試験片の表面に複数
の不透明標線を設けることを前提とし、光源とこの光源
からの光を伝達して前記試験片の標線に投光する光ファ
イバからなる投光手段と、この投光手段と一体的で前記
試験片を挟んで対向設置されかつ光ファイバから前記試
験片の標線を透過した光を受光する電荷結合素子を有す
る受光手段と、所定の状態における前記受光手段の電荷
結合素子と前記標線との相対的位置関係に基づいて前記
標線上の所定位置を基準として設定する基準位置設定手
段と、前記試験片の伸びによって生ずる前記基準位置の
移動量を前記電荷結合素子からの出力と前記基準位置設
定手段の設定出力とに基づいて検出する基準位置移動量
検出手段と、前記基準位置移動量検出手段の検出出力に
基づいて前記受光手段を前記基準位置の移動に追従して
移動させる受光手段移移動手段と、前記受光手段の移動
量を検出する受光手段移動量検出手段とを複数組備え、
前記基準位置移動量検出手段は前記基準位置の移動量と
ともに前記電荷結合素子からの出力により前記試験片の
伸びによって生ずる前記標線の幅の変化を検出するよう
構成されている。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例である試験片の伸び測定装
置の概略側面図であり、第２図は、第１図中に示した投
光器13aと受光器14aとの周辺を示す斜視図である。以
下、これらの図を参照して、この実施例の機構的構成を
説明する。なお、第１図中の他の投光器13bや受光器14b
も、第２図に示すものと同様の構成を有している。

この実施例における伸び測定装置１は、ナイロンやビニ
ロンなどの透明性を有する試験片２の伸び測定に使用さ
れるものであって、この試験片２は、引張試験装置（図
示せず）に設けられたチャック3a,3bによって保持され
ており、このチャック3a,3bを介して与えられる引張力
によって、図の下方へと引張られるようになっている。
そして、上記伸び測定装置１はこの引張試験装置のヨー
ク４に固定された支持杆５によって支持されている。こ
の支持杆５の上端部下面には、２個のサーボモータ6a,6
b（サーボモータ6bはサーボモータ6aの向う側に位置す
る。）が設けられており、各サーボモータ6a,6bには、
ネジ杆7a,7bがそれぞれ接続されている。互いに平行に
下方に伸びるこのネジ杆7a,7bのそれぞれの下端は、上
記支持杆５の下端部に設けられたエンコーダ8a,8b（エ
ンコーダ8aは第１図中では図示を省略されている。）に
それぞれ接続されており、これらのエンコーダ8a,8bに
よって、その回転量が検出されるようになっている。

また、ネジ杆7a,7bには、ナット9a,9bがそれぞれ螺合さ
れており、これらのナット9a,9bは、ネジ杆7a,7bの回転
に応じて図の上下方向に移動する。これらのナット9a,9
bには、光源10（第２図）からの光を伝達する光ファイ
バ束11a,11bの各投光端部12a,12bを１次元的に配列して
保持した投光器13a,13bが固定されている。

さらに、上記投光器13a,13bからの光Ｌを受光する受光
器14a,14bが、上記投光器13a,13bの投光面に対向して設
けられている。この受光器14a,14bは、図の上下方向に
配列した電荷結合素子（以下、CCDと言う。）を含み、
このCCDによって受光を行なうものであって、この受光
部14a,14bと投光器13a,13bとは、連結材15a,15bによっ
てそれぞれ連結されている。ただし、第２図において
は、図示の目的で、連結材15aを切り分けて引き離した
位置関係として示している。そして、上記投光器13aと
受光器14aとは試験片２をはさむ位置関係で設けられ、
かつ、投光器13bと受光器14bとは、同様に、試験片２を
はさむ位置関係で設けられる。

一方、試験片２には、第２図に示すような第１の不透明
標線16a（および下方に存在する図示しない第２の不透
明標線）が付されている。したがって、上記投光器13a,
13bと受光器14a,14bとのそれぞれの間に上記第１の標線
16aおよび，第２の標線が位置する状態においては、投
光器13a,13bからの光の一部分が第１の標線16aおよび第
２の標線によって遮断されるため、後に詳述するよう
に、第１の標線16aおよび第２の標線の存在位置等が受
光器14a,14bの受光出力として検出されることになる。
このような状態における投光器13a、受光器14bおよび第
１の標線16aの相互位置関係を第３図に模式的正面図と
して示す。

次に、第４図を参照しつつ、この実施例の電気的構成と
動作とを説明する。この第４図では、第１図中の上方投
光器13aや受光器14aに関連する電気的構成のみを示して
いるが、下方の投光器13bや受光器14bに関連する電気的
構成や動作もこれと同様であり、重複説明は省略する。
この第４図において、投光器13aから投光された光Ｌ
は、試験片２を通して、第１図および第２図の受光器14
aに含まれるCCD17aに入射する。上述したように、試験
片２には不透明の第１の標線16aが付されているため、
投光器13aと受光器14a（したがってCCD17a）との間に上
記第１の標線16aが位置するように、投光器13aと受光器
14aとの上下方向の位置決めを行なっておくものとすれ
ば、このCCD17aに入射する光は、第１の標線16aが存在
する部分に陰を有する光となる。このため、クロックパ
ルス発生器18からの転送クロックによってCCD17aから転
送される受光出力は、第１の標線16aの上下方向の幅に
対応した部分だけレベルが変化したパルス信号列となっ
ている。この受光出力は増幅器19によって増幅された
後、闘値発生器21から出力された闘値信号とともに、比
較器20に入力される。

この闘値信号は、第５図（ａ），（ｂ）に示すような闘
値レベルV₀を有する信号であって、この比較器20は、こ
の闘値信号と上記受光出力とを比較し、闘値レベルV₀以
上のレベルを有する受光出力パルスのみを次段の計数器
22へと出力する。計数器22は、このようにして入力した
パルスをカウントするが、このカウント数は、第１の標
線16aの幅を反映したものとなっている。したがって試
験片２が引張試験装置によって伸びたときの第１の標線
16aの幅の変化がこの計数器22の出力として得られるこ
とになり、このデータも記録装置23に出力され、この記
録装置23において、伸び測定データのひとつとして記録
される。

ところで、試験片２の伸び測定にあたっては、試験片２
の伸びに応じた第１の標線16aの変位を知ることが必要
となる。この発明に従えば、第１の標線16aの変位（移
動量）に追従して受光器14aを移動させ、受光器14aの移
動量から第１の標線16aの変位を知ろうとするのである
が、上述したように第１の標線16a自体が幅を有してい
るため、その幅が試験片の伸びに応じて広がることにな
る。このため、第１の標線16aの幅のうちのいずれの位
置を基準として変位量を測定するかが問題となる。特
に、第１の標線16aの幅が広がれば、その不透明性が弱
くなるため、上述の闘値レベルV₀をあまり大きくとって
おくと、大きな伸びにおいて、第１の標線16aに対応す
る受光出力パスルがこの闘値を下まわり、第１の標線16
aの観測そのものができないために、上記闘値レベルV₀
はある程度小さくとっておかねばならない。このため、
この闘値レベルV₀以上のレベルを有する受光出力パルス
数が増加し、第１の標線16aの検出幅も大きくなって、
上記基準位置の設定がさらに重要になってくる。

このような事情を考慮して、第４図の回路には、基準位
置設定手段としての基点設定器25を設けている。この基
点設定器25は、試験片２の引張りを行なう前の状態で上
記受光出力の観測を行ない、第５図（ａ）に示すよう
に、闘値レベルV₀以上のレベルを有するパルスのうち最
後に入力するパルスが、CCD17aに含まれる多数の単位素
子のうちのいずれの単位素子から入力されたかを特定し
て、その単位素子番号ｎを記憶・設定する回路である。
ただし、この実施例では、CCD17aからの受光出力の転送
が第１図または第２図の上方に位置する単位素子から順
に行なわれると想定して、上述のように、最後に入力す
るパルスに対応する単位素子つまり、引張り前において
第１の標線16aの幅の下端（基準位置）に相当する単位
素子を基点として設定しているが、第１の標線16aの幅
の上端や中央に相当する単位素子を基点とすることも可
能である。第１の標線16aの幅上で設定される基点を、
このようにCCD17aの中の単位素子番号で表現しておくこ
とが可能であるのは、後述するように、このCCD17aが第
１の標線16aの変位につれて移動するためである。

次に、第４図の計数器22より後段の構成と動作との説明
に移る。上述したように、計数器22では、比較器20の出
力であるパルスのカウントを行なうが、この計数器22
は、これと同時に、クロックパルス発生器18からの転送
クロックを入力し、これを参照することによって、比較
器20から与えられるパルスのうち最後に入力するパルス
がCCD17aの中のどの単位素子から転送されてきたかを特
定する。そして、その単位素子番号を示すデータを変位
検出器24に出力する。また、この変位検出器24には、上
述した基点設定器25から、基点に相当する単位素子番号
ｎがデータとして入力されている。変位検出器24は、こ
の番号ｎと、計数器22から与えられた番号とを比較し
て、第１の標線16a上の基点の移動量を検出し、この移
動量に応じた信号をサーボモータ駆動系26に与える。そ
して、このサーボモータ駆動系26は、入力された信号に
応じてサーボモータ6aを回転駆動する。

したがって、たとえば、引張り前においては、第５図
（ａ）に示すような受光出力のままであり、計数器22か
ら変位検出器24に与えられる番号データもｎのままであ
るため、変位検出器24の出力はゼロ信号となって、サー
ボモータ6aは回転しない。ところが、引張りによって試
験片２が伸びると、第５図（ｂ）のように、闘値レベル
V₀以上のレベルを有するパルスのうち、最後のパルスに
対応する単位素子番号が（ｎ＋ｍ）へと変化するため、
その差ｍに相当する信号が変位検出器24から出力され
て、サーボモータ6aが回転する。すると、第１図の機構
によってネジ杆7aが回転してナット9aが下方に移動し、
それについて投光器13aおよび受光器14aも下方に移動す
る。そして、CCD17aのｎ番目の単位素子が第１の標線16
aの下端に対向するようになると、計数器22の出力がこ
の番号ｎを指示することによって変位検出器24の出力は
ゼロ出力となり、サーボモータ6aの回転が止まり、した
がって受光器14a等の移動が停止する。

このようにして、受光器14aの移動量は第１の標線16aの
下端の移動に追従したものとなり、受光器14aの移動量
に対応するネジ杆7aの回転量をエンコーダ8aでエンコー
ドして記録装置23に取り込み、これを記録すれば、第１
の標線16aの下端における伸び量が精密に測定されるこ
とになる。そして、この記録装置23に、第２の標線の移
動量とその幅の変化量とのそれぞれを表現するデータ3
0,31を第５図と同様の回路から取り込み、第１の標線16
aおよび第２の標線の移動量の差をとって記録すること
によって、これら２本の標線の間における伸び量の測定
が可能となる。また、受光手段を標線上の基点に追従し
て移動させているため、大きな伸びがあっても、標線が
受光手段の受光範囲を逸脱してしまうこともない。

なお、上記実施例では、投光手段として光ファイバを含
んだ構成を採用しており、このようにすることによっ
て、光源からの熱を試験片２に与えることなく伸び測定
を行なうことができ、熱膨脹などの悪影響を防止するこ
とができる。試験片も透明性の高いものに限らず、半透
明など透明性を有するものであればよい。この場合に
は、レーザ光などの強い光を投光することが望ましい。

上記実施例では、上記各手段を２組設けているが、標線
を３本以上設けるとともに上記各手段も３組以上設け
て、各標線の間の相対的移動量を測定することも可能で
ある。

さらに、特公昭59−25442号に開示されているように、
上記闘値を時間的に変化させて、闘値以上のレベルを持
った受光出力パルスを複数回のCCD走査にわたってカウ
ントし、カウント値の平均を求めるようにすれば、標線
幅の変化をより正確に測定することもできる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、標線上の基準
位置に追従して受光手段を移動させ、その移動量を検出
することによって伸び検出を行なっているため、透明性
を有する試験片につき非接触かつ高精度の伸び測定を行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である試験片の伸び測定装
置の機構的構成を示す概略側面図、第２図は第１図に示
した装置の投光器と受光器との周辺を示す斜視図、第３
図は第１図の装置における位置関係を示す模式図、第４
図は第１図の装置の電気的構成の一部分を示すブロック
図、第５図は、第４図の回路におけるCCDの受光出力例
を示す図である。１……伸び測定装置、２……試験片、 6a,6b……サーボモータ、 8a,8b……エンコーダ、 13a,13b……投光器、 14a,14b……受光器、 16a……第１の標線、17a……CCD、 21……闘値発生器、22……計数器、 24……変位検出器、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明性を有する試験片の表面に複数の不透
明標線を設け、前記標線によって前記試験片の伸びを測
定する装置であって、光源とこの光源からの光を伝達し
て前記試験片の標線に投光する光ファイバからなる投光
手段と、この投光手段と一体的で前記試験片を挟んで対
向設置されかつ光ファイバから前記試験片の標線を透過
した光を受光する電荷結合素子を有する受光手段と、所
定の状態における前記受光手段の電荷結合素子と前記標
線との相対的位置関係に基づいて前記標線上の所定位置
を基準として設定する基準位置設定手段と、前記試験片
の伸びによって生ずる前記基準位置の移動量を前記電荷
結合素子からの出力と前記基準位置設定手段の設定出力
とに基づいて検出する基準位置移動量検出手段と、前記
基準位置移動量検出手段の検出出力に基づいて前記受光
手段を前記基準位置の移動に追従して移動させる受光手
段移動手段と、前記受光手段の移動量を検出する受光手
段移動量検出手段とを複数組備え、前記基準位置移動量
検出手段は前記基準位置の移動量とともに前記電荷結合
素子からの出力により前記試験片の伸びによって生ずる
前記標線の幅の変化を検出するよう構成されていること
を特徴とする試験片の伸び測定装置