JPH09210889A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータにより負荷される供試体の荷
重や変位などの制御量が所定値を越えたとき、供試体に
衝撃や損傷を与えることなく、安全に供試体の荷重を０
にする。 【解決手段】 アクチュエータ１５を振幅、平均値およ
び周波数で表される所定荷重パターン信号で駆動すると
ともに供試体ＳＰに作用する荷重をロードセル１７で検
出することにより、供試体ＳＰを荷重フィードバック制
御で負荷する。ロードセル１７で検出された荷重が予め
定めた値に達したとき、供試体の荷重をゼロの状態で試
験機を停止する荷重ゼロモードであれば、ストローク制
御に切換える。このとき、上記振幅はゼロとし、平均値
は現在のストローク値に応じた値に設定する。荷重がゼ
ロに近づく方向に平均値を調節していき、荷重がゼロの
ときにアクチュエータ１５を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引張り試験機や圧
縮試験機などの材料試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】供試体に引張り荷重や圧縮荷重などを負
荷して試験を行なう材料試験機が知られている。この種
の材料試験機では、図３に示すように、供試体に負荷す
る荷重または変位の試験波形ｗの振幅ａ、平均値ｍおよ
び周波数を設定し、アクチュエータにより負荷される供
試体の制御量が試験波形ｗに追従するようにフィードバ
ック制御している。また、供試体の荷重または変位が所
定値を越えると、油圧源を停止したり試験波形を停止し
てアラーム処理を行なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した材料
試験機では、アラーム時に供試体に荷重がかかったまま
アクチュエータが停止するので、供試体が変形するおそ
れがある。そこで、アラーム時に荷重制御を行ない、供
試体の荷重を０にすることが考えられる。ところが、供
試体が破断していると、荷重検出用センサによって破断
した供試体の自重が検出され、その検出荷重が０になる
ように荷重制御が行なわれる。その時、アクチュエータ
の動作方向が特定されず、制御系の状態により収縮方向
に動作したり、伸張方向に動作したりする。収縮方向に
動作すると、破断した供試体どうしがぶつかり、供試体
の破断面を傷めてしまうおそれがある。

【０００４】本発明の目的は、アクチュエータにより負
荷される供試体の荷重や変位などの制御量が所定値を越
えた時に、供試体に衝撃や損傷を与えることなく、安全
に供試体の荷重を０にするようにした材料試験機を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明の一実施の形態を示
す図２により本発明を説明すると、本発明は、アクチュ
エータにより供試体に負荷する制御対象５０を備えた材
料試験機に適用され、制御対象５０の制御量ｙが所定値
を越えた時に、供試体の荷重が０になるようにアクチュ
エータのストロークを制御する制御装置３１を備える。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態の構成
を示す図である。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１０は、基台１１上に一対の支
柱１２ａ，１２ｂとヨーク１３とにより負荷枠を形成
し、支柱１２ａ，１２ｂに上下に移動可能にクロスヘッ
ド１４を取り付けて構成される。基台１１には負荷用の
油圧アクチュエータ１５が設置され、そのピストンロッ
ド１５ａには供試体固定用の下部治具１６ａが取り付け
られている。また、クロスヘッド１４にはロードセル１
７を介して供試体固定用の上部治具１６ｂが取り付けら
れている。油圧アクチュエータ１５はサーボ弁１８によ
り圧油方向と圧油量が制御されてピストンロッド１５ａ
が伸縮し、それによって上部治具１６ａと下部治具１６
ｂとの間に固定された供試体ＳＰが負荷される。油圧ア
クチュエータ１５のストロークは、油圧アクチュエータ
１５に取り付けられた作動トランス１９により検出され
る。また、供試体ＳＰの変位は変位センサ２０により検
出される。

【０００７】試験機本体１０を制御する制御系３０は、
制御回路３１、入出力装置３２、増幅器３３，３５，３
７，３９、Ａ／Ｄ変換器３４，３６，４０、Ｄ／Ａ変換
器３８などを備えている。制御回路３１は、マイクロコ
ンピュータとその周辺部品から構成され、供試体ＳＰを
負荷する試験波形と、ロードセル１７から増幅器３３お
よびＡ／Ｄ変換器３４を介して入力した荷重信号と、変
位センサ２０から増幅器３５およびＡ／Ｄ変換器３６を
介して入力した変位信号と、作動トランス１９から増幅
器３９およびＡ／Ｄ変換４０を介して入力した油圧アク
チュエータ１５のストローク信号とに基づいて、油圧ア
クチュエータ１５を駆動するための制御信号を生成し、
Ｄ／Ａ変換器３８および増幅器３７を介してサーボ弁１
８へ出力する。入出力装置３２は、供試体ＳＰの試験波
形ｗの振幅ａ、平均値ｍ、周波数などを入力する入力部
と、試験結果の供試体のＳＰの荷重−変位特性などを出
力する出力部とを備えている。

【０００８】図２は、ソフトウエアにより構成される制
御回路３１の制御ブロック図である。制御回路３１は、
マイクロコンピュータのソフトウエア形態で構成される
試験波形発生回路３１１、減算器３１２、コントローラ
３１３、フィードバック切換器３１４を備えている。制
御対象５０は、上述したサーボ弁１８、油圧アクチュエ
ータ１５、供試体ＳＰ、Ｄ／Ａ変換器３８および増幅器
３７である。また、検出器６０は、供試体ＳＰの荷重を
検出するためのロードセル１７、増幅器３３およびＡ／
Ｄ変換器３４と、供試体ＳＰの変位を検出するための変
位センサ２０、増幅器３５およびＡ／Ｄ変換器３６であ
る。ストローク検出器７０は、作動トランス１９、増幅
器３９およびＡ／Ｄ変換器４０である。

【０００９】制御回路３１は制御対象５０へ荷重または
変位またはストロークの操作量ｕを出力し、制御対象５
０は荷重または変位またはストロークの制御量ｙを発生
する。ここで、操作量ｕは制御回路３１からＤ／Ａ変換
器３８へ出力されるサーボ弁１８の制御信号である。荷
重または変位の検出器６０は荷重または変位の制御量ｙ
を検出し、信号ｆとして制御回路３１にフィードバック
する。また、ストローク検出器７０はアクチュエータ１
５のストローク制御量ｙを検出し、信号ｆとして制御回
路３１にフィードバックする。

【００１０】試験波形発生回路３１１は、供試体ＳＰの
試験条件に応じて入出力装置３２で設定された試験波形
ｗを発生する。試験波形ｗは、図３に示すように、所定
の振幅（amplitude、記号ａで表わす）と、平均値（mea
n、記号ｍで表わす）と、周波数とにより設定される。
この試験波形ｗは減算器３１２に供給される。

【００１１】減算器３１２、コントローラ３１３、制御
対象５０および検出器６０，７０はフィードバック制御
系を構成し、減算器３１２は試験波形ｗとフィードバッ
ク信号ｆとの偏差ｅを求め、コントローラ３１３は偏差
ｅに基づいて制御量ｙが試験波形ｗに追従するようにフ
ィードバック制御する。なお、コントローラ３１３は古
典制御理論に基づくＰＩＤのフィードバック制御を行っ
てもよいし、現代制御理論に基づく適応制御やオブザー
バーなどを用いてもよい。これらの制御方法は周知であ
り、本発明とは直接関係がないので説明を省略する。フ
ィードバック切換器３１４は、荷重または変位のフィー
ドバック量ｆが所定値を越えると、荷重または変位のフ
ィードバック信号から、検出器７０からの油圧アクチュ
エータ１５のストロークのフィードバック信号へ切り換
える。

【００１２】図４は制御回路３１の処理を示すフローチ
ャートである。このフローチャートにより、この実施形
態の動作を説明する。ステップ１において、入出力装置
３２により試験波形ｗの振幅ａ、平均値ｍ、周波数を設
定し、続くステップ２で材料試験を開始し、試験波形ｗ
で荷重または変位のフィードバック制御を行なう。ステ
ップ３で、フィードバック信号ｆに基づいて荷重または
変位が所定値を越えたかどうかを確認し、越えていれば
ステップ４へ進み、越えていなければステップ１２へ進
む。荷重または変位が所定値を越えていない時は、ステ
ップ１２で入出力装置３２により試験の終了操作が行な
われたかどうかを確認し、終了操作が行なわれたら処理
を終了し、そうでなければステップ２へ戻って上記処理
を繰り返す。

【００１３】一方、材料試験中に荷重または変位が所定
値を越えた時は、ステップ４で荷重を０にして停止する
モードかどうかを確認し、荷重０停止モードが設定され
ている場合はステップ５へ進み、そうでなければステッ
プ１３へ進む。荷重０停止モードでない場合は、油圧ア
クチュエータ１５の油圧源を停止する油圧源停止モード
か、あるいは試験波形ｗの平均値ｍを保持して停止する
平均値停止モードか、あるいは油圧アクチュエータ１５
の現在のストロークを保持して停止するストロークホー
ルドモードかを確認し、設定されている停止モードによ
り停止処理を行なう。なお、これらの停止モードについ
ては本発明と直接関係がないので説明を省略する。

【００１４】荷重０停止モードが設定されている場合
は、ステップ５で直ちに振幅ａを０にし、続くステップ
６で現在ストローク制御が行なわれているかどうかを確
認する。ストローク制御が行なわれている時はステップ
７をスキップしてステップ８へ進み、ストローク制御が
行なわれていない時はステップ７へ進む。ステップ７で
は、作動トランス１９で検出した現在のストローク値を
平均値ｍに設定してストローク制御に切り換える。

【００１５】ステップ８において、ロードセル１７から
の荷重信号を監視しながら荷重が減少するように平均値
ｍを変更する。ステップ９で、荷重が０かどうかを確認
し、荷重が０であれば処理を終了し、荷重が０でなけれ
ばステップ１０へ進む。ステップ１０では、荷重の増加
または減少があったかどうかを確認する。荷重が０にな
るように平均値ｍを変更してストローク制御を行なった
時に、荷重の増減がなければ供試体ＳＰが破断している
と判断して直ちに処理を終了する。一方、荷重の増減が
あれば供試体ＳＰは破断していないと判断してステップ
１１へ進み、アラーム停止時のバックアップタイマーが
タイムアップしているかどうかを確認する。タイムアウ
トしていれば処理を終了し、そうでなければステップス
テップ８へ戻って処理を続ける。

【００１６】このように、アクチュエータにより供試体
に負荷する制御対象の制御量が所定値を越えた時に、供
試体の荷重が０になるようにアクチュエータのストロー
クを制御するようにしたので、供試体に衝撃を与えるこ
となく安全に負荷荷重を減少させることができる。特
に、供試体が破断している時でも破断した供試体の破断
片がぶつかり合うようなことが避けられ、破断面の損傷
を防止することができる。

【００１７】以上の一実施形態の構成において、油圧ア
クチュエータ１５がアクチュエータを、制御回路３１が
制御装置をそれぞれ構成する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クチュエータにより供試体に負荷する制御対象の制御量
が所定値を越えた時に、供試体の荷重が０になるように
アクチュエータのストロークを制御するようにしたの
で、供試体に衝撃を与えることなく安全に負荷荷重を減
少させることができる。特に、供試体が破断している時
にも破断した供試体の破断片がぶつかり合うようなこと
が避けられ、破断面の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施形態の構成を示す機能ブロック図。

【図２】 制御回路の構成を示す制御ブロック図。

【図３】 試験波形を示す図。

【図４】 制御回路の処理を示すフローチャート。

【符号の説明】

１０ 試験機本体 １５ 油圧アクチュエータ １７ ロードセル １８ サーボ弁 １９ 作動トランス ２０ 変位センサ ３０ 制御系 ３１ 制御回路 ３２ 入出力装置 ３３，３５，３７，３９ 増幅器 ３４，３６，４０ Ａ／Ｄ変換器 ３８ Ｄ／Ａ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータにより供試体に負荷する
   制御対象を備えた材料試験機において、前記制御対象の
   制御量が所定値を越えた時に、前記供試体の荷重が０に
   なるように前記アクチュエータのストロークを制御する
   制御装置を備えることを特徴とする材料試験機。