(57)【要約】【課題】最小２乗法を用いて補正関数を求める従来の手法では、補正関数を用いて補正されたセンサ出力が有する測定誤差は、一定の絶対誤差内に留まるとはいえ、検定された実負荷・実変位の大きさとは、何の相関もないという問題があった。【解決手段】ロードセルから出力された信号は、入力端子２を介して非線形補正回路２０に送られる。非線形補正回路２０では、補正用多項式ｆ(ｘ)を用いてロードセルの非線形特性を補正する。補正用多項式ｆ(ｘ)の係数は、予め定めた多項式ｆ(x) にセンサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(ｘk) と、分銅などの検定器から得られる値ｙｋとの差を求め、その差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、除算結果の２乗の総和が最小となるように決定される。例えば、ｈ＝１に設定することにより、相対誤差を測定レンジ内でほぼ一定にすることができる。【選択図】図３
2010145290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
較正された実負荷および実変位のいずれか一方を所定の検定器により物理センサに与え、前記検定器により与えられた複数の検定器出力値ｙｋにそれぞれ対応するセンサ出力値ｘｋを求める検定手段と、
予め定めた多項式ｆ(ｘ) に前記センサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(ｘk) と前記検定器出力値ｙｋとの差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、その２乗の総和が最小となるような多項式係数を決定することにより、補正用多項式ｆ(ｘ)を得る多項式決定手段とを備えることを特徴とするセンサ特性補正装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ特性補正装置において、
前記センサ出力値ｘｋのうちゼロ値およびフルスケール値については予め補正をしておくことを特徴とするセンサ特性補正装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセンサ特性補正装置において、さらに加えて、
試験中に前記物理センサから得られたセンサ出力を前記補正用多項式ｆ(ｘ) に代入することにより、前記物理センサの非線形出力特性を補正する演算手段を備えることを特徴とするセンサ特性補正装置。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ特性補正装置において、
前記演算手段は、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、前記補正用多項式ｆ(ｘ) の演算を行うことを特徴とするセンサ特性補正装置。
【請求項５】
較正された実負荷および実変位のいずれか一方を所定の検定器により物理センサに与え、前記検定器により与えられた複数の検定器出力値ｙｋにそれぞれ対応するセンサ出力値ｘｋを求める検定手段と、
予め定めた多項式ｆ(ｘ) に前記センサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(ｘk) と前記検定器出力値ｙｋとの差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、その２乗の総和が最小となるような多項式係数を決定することにより、補正用多項式ｆ(ｘ)を得る多項式決定手段と、
試験中に前記物理センサから得られたセンサ出力を前記補正用多項式ｆ(ｘ) に代入することにより、前記物理センサの非線形出力特性を補正する演算手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項６】
請求項５に記載の材料試験機において、
前記センサ出力値ｘｋのうちゼロ値およびフルスケール値については予め補正をしておくことを特徴とする材料試験機。
【請求項７】
請求項５または６に記載の材料試験機において、
前記演算手段は、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、前記補正用多項式ｆ(ｘ) の演算を行うことを特徴とする材料試験機。
【請求項８】
供試体に負荷される試験力および供試体に生じる変位のいずれか一方を検出する物理センサからセンサ出力を読み込み、そのセンサ出力を所定の多項式に代入することにより、補正された検出結果を得る材料試験機において、
予め決定された多項式係数を格納しておく記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている多項式係数を用いた補正用多項式ｆ(ｘ)に、試験中に前記物理センサから得られるセンサ出力を代入することにより、前記物理センサの非線形出力特性を補正する演算手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項９】
請求項８に記載の材料試験機において、
前記物理センサと材料試験機本体を接続するためのケーブルユニット内に前記多項式係数を記憶するメモリを備えておき、前記メモリから読み出した前記多項式係数を前記記憶手段に格納することを特徴とする材料試験機。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の材料試験機において、
前記演算手段は、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、前記補正用多項式の演算を行うことを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理センサの出力値を補正するセンサ特性補正装置、および、試験力または変位を測定するセンサの特性補正機能を備えた材料試験機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、材料試験機に用いられているロードセルあるいは伸び計など各種センサの非線形特性を補正する際に、検定された複数のセンサ出力値に近似させるための補正関数を求めることが行われている。
この補正関数を求めるためには、予め定義したｎ次多項式に最小２乗法を適用することにより、多項式の係数を決定することが行われている。そして実際の測定時には、センサ出力値を補正関数に入力して補正することが行われている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−２１８８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、最小２乗法を用いて補正関数を求める従来の手法では、まず、検定済みの実負荷（≒真の試験力）あるいは実変位（≒真の変位）をセンサに与えたときに得られる実測値ｘi（複数のサンプル点）を求める。次に、予め定義した補正関数ｆ(ｘ)にｘiを代入することにより得られた演算値と、上記の実負荷・実変位との差をサンプル点ごとに求め、その差の２乗総和が最小となる係数を算出していた。
その結果、補正関数を用いて補正されたセンサ出力値（すなわち、ユーザに提供される測定指示値）が有する測定誤差は、一定の絶対誤差内に留まるとはいえ、検定された実負荷・実変位の大きさとは、何の相関もないという問題があった。例えば、材料試験機の試験力を測定するセンサとしてロードセルを用いる場合、実負荷が大きいサンプル点では相対誤差が小さくなる反面、実負荷が小さいサンプル点では相対誤差が大きくなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載のセンサ特性補正装置は、較正された実負荷および実変位のいずれか一方を所定の検定器により物理センサに与え、前記検定器により与えられた複数の検定器出力値ｙｋにそれぞれ対応するセンサ出力値ｘｋを求める検定手段と、予め定めた多項式ｆ(ｘ) に前記センサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(ｘk) と前記検定器出力値ｙｋとの差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、その２乗の総和が最小となるような多項式係数を決定することにより、補正用多項式ｆ(ｘ)を得る多項式決定手段とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載のセンサ特性補正装置は、請求項１に記載のセンサ特性補正装置において、前記センサ出力値ｘｋのうちゼロ値およびフルスケール値については予め補正をしておくものである。
請求項３に記載のセンサ特性補正装置は、請求項１または２に記載のセンサ特性補正装置において、さらに加えて、試験中に前記物理センサから得られたセンサ出力を前記補正用多項式ｆ(ｘ) に代入することにより、前記物理センサの非線形出力特性を補正する演算手段を備える。
請求項４に記載のセンサ特性補正装置は、請求項３に記載のセンサ特性補正装置において、前記演算手段は、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、前記補正用多項式ｆ(ｘ) の演算を行う。
請求項５に記載の材料試験機は、較正された実負荷および実変位のいずれか一方を所定の検定器により物理センサに与え、前記検定器により与えられた複数の検定器出力値ｙｋにそれぞれ対応するセンサ出力値ｘｋを求める検定手段と、予め定めた多項式ｆ(ｘ) に前記センサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(ｘk) と前記検定器出力値ｙｋとの差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、その２乗の総和が最小となるような多項式係数を決定することにより、補正用多項式ｆ(ｘ)を得る多項式決定手段と、試験中に前記物理センサから得られた任意のセンサ出力を前記補正用多項式ｆ(ｘ) に代入することにより、前記物理センサの非線形出力特性を補正する演算手段とを備えることを特徴とする。
請求項６に記載の材料試験機は、請求項５に記載の材料試験機において、前記センサ出力値ｘｋのうちゼロ値およびフルスケール値については予め補正をしておくものである。
請求項７に記載の材料試験機は、請求項５または６に記載の材料試験機において、前記演算手段は、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、前記補正用多項式ｆ(ｘ) の演算を行う。
請求項８に記載の材料試験機は、供試体に負荷される試験力および供試体に生じる変位のいずれか一方を検出する物理センサからセンサ出力を読み込み、そのセンサ出力を所定の多項式に代入することにより、補正された検出結果を得る材料試験機において、予め決定された多項式係数を格納しておく記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている多項式係数を用いた補正用多項式ｆ(ｘ)に、試験中に前記物理センサから得られるセンサ出力を代入することにより、前記物理センサの非線形出力特性を補正する演算手段とを備えることを特徴とする。
請求項９に記載の材料試験機は、請求項８に記載の材料試験機において、前記物理センサと材料試験機本体を接続するためのケーブルユニット内に前記多項式係数を記憶するメモリを備えておき、前記メモリから読み出した前記多項式係数を前記記憶手段に格納するものである。
請求項１０に記載の材料試験機は、請求項８または９に記載の材料試験機において、前記演算手段は、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、前記補正用多項式の演算を行う。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、予め定めた多項式ｆ(ｘ) にセンサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(ｘk) と、分銅・検力器あるいは伸び計較正装置などの検定器により与えられる値ｙｋとの差を求め、その差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、除算結果の２乗の総和が最小となるように多項式ｆ(ｘ)の係数を決定しているので、補正用多項式ｆ(ｘ)を用いて補正されたセンサ出力値（測定指示値）は、実負荷・実変位の大きさと一定の相関を持たせたものとなる。例えば、ｈ＝１とすることにより、相対誤差を測定レンジ内でほぼ一定にすることができる。また、ｈ＝０に設定することにより、測定レンジ内で一定値以内の絶対誤差を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した材料試験機を示す全体構成図である。本図において、ＬＣはロードセル（後に詳述する）、ＣＵはロードセルＬＣと材料試験機本体の制御盤４２とを接続するためのケーブルユニットである。３１Ａおよび３１Ｂは一対の支柱であり、その内部にはモータ（図示せず）により回転されるボールねじ（図示せず）が内装されている。３２はクロスヘッドであり、上記ボールねじの回転に応じて上下に移動する。一対の支柱３１Ａおよび３１Ｂの間には、固定された基台３４およびクロスヨーク３６を設けてある。３８は上つかみ具であり、ロードセルＬＣを介してクロスヘッド３２に接続されている。４０は下つかみ具であり、基台３４に接続されている。制御盤４２は、図示しない負荷機構の制御のみならず、各種インタフェース回路（図示せず）ならびに各種データ処理を行うための信号処理回路（図３参照）を備えている。ＫＫは伸び計である。伸び計ＫＫの信号線については省略してある。以上の各構成要素により、本実施の形態による材料試験機４４を構成する。
【０００７】
次に、材料試験機４４のロードセル出力を補正するための手順および信号処理を説明する。
＜材料試験開始前の補正関数決定について＞
材料試験機本体にロードセルＬＣを取り付ける前に、ロードセルＬＣの検定を行う。この検定は、工場出荷時あるいはメインテナンス時・サービス提供時などに行う。本実施の形態では、トレーサビリティが確保されている較正済みの分銅を複数個用いてロードセルに荷重（試験力）を与えているが、より大きな荷重を与えるときにはループ式などの検力器を用いる。
【０００８】
ロードセルＬＣの検定を開始するのに先立って、ロードセルＬＣに接続されている計装アンプ（図示せず）のゼロオフセット調整を行う。すなわち、無荷重のときの測定値がゼロとなるようにオフセット調整を行う。さらに、ロードセルＬＣに定格荷重を与えたとき、定格荷重を表すフルスケール出力値が得られるように計装アンプのゲインを予め調整しておく。
【０００９】
次に、分銅を用いてロードセルＬＣの検定を行う。図２（Ａ）は、分銅により負荷される試験力（以下、実負荷という）と、ロードセルＬＣに実負荷を与えたときの測定値（以下、センサ出力という）との関係を示したグラフである。本図のＹ軸に示すＬは、定格荷重を表すフルスケール出力値である。より正確に図示するならば、分銅で検定した点のみをプロットすべきであるが、センサ出力の非直線性を明示するために連続した曲線として描いてある。この図２（Ａ）に示したＸ軸とＹ軸を入れ替えると、図２（Ｂ）に示す通りとなる。換言すると、図２（Ａ）に示した曲線を表す関数の逆関数が、図２（Ｂ）に示す曲線の関数である。
【００１０】
図２（Ｂ）においても、センサ出力ｘがゼロ値である点、およびフルスケール値Ｌである点は、既に補正済みである。センサ出力ｘがゼロである点と、先にロードセルＬＣの検定をした点と、フルスケールＬである点とを通る曲線（もしくは、これらの点に最も接近する曲線）を補正関数ｆ(ｘ)と呼ぶ。すなわち、補正関数ｆ(ｘ)は、図２（Ｂ）における（０，０）点と（Ｌ，Ｌ）点を通る多項式である。
【００１１】
そこで、ｘ＝０のときｆ(ｘ)＝０を満たし、且つｘ＝Ｌのときｆ(ｘ)＝Ｌを満たす多項式として、本実施の形態では、以下の数式１に示す補正関数ｆ(ｘ)を定義する。
【数１】
2010145290.tif 000003
【００１２】
先に行ったロードセルＬＣの検定において、ｎ個の検定結果が、
（センサ出力値，実負荷値）＝（ｘ0，ｙ0），（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2），・・・（ｘn−1，ｙn−1）
であるとすると、補正関数ｆ(ｘ)は、
（０，０），（ｘ0，ｙ0），（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2），・・・（ｘn−1，ｙn−1），（Ｌ，Ｌ）
の各点を通る多項式（もしくは、これらの点に最も接近する多項式）である。
【００１３】
いま、誤差関数e (x)として、次の数式２で示す関数を定義する。
【数２】
2010145290.tif 000004
【００１４】
数式２のｘおよびｙに上記ｎ個の検定結果を代入すると、次の数式３で示す誤差e kが得られる。
【数３】
2010145290.tif 000005
【００１５】
数式３において、誤差e kの分子が補正関数値ｆ(ｘk)と実負荷値ｙkの差であり、分母が|実負荷値ｙk|のｈ乗（ｈ＝０〜１）である理由は、補正されたセンサ出力と実負荷（≒真の試験力）との差である絶対誤差を、相対誤差に置き換えるためである。すなわち、ｈ＝１のときには、誤差e kは相対誤差を表すことになる。一方、ｈ＝０のときには分母が１となるので、誤差e kは絶対誤差そのものとなる。また、ｈ＝０．５のときには、相対誤差と絶対誤差の両方を含むことになる。
【００１６】
数式１で定義した補正関数ｆ(ｘ)の係数a0 , a1 , a2 , ・・・は、数式３で示した誤差e kの２乗の総和が最小となるように、最小２乗法を用いて算出する。以下、最小２乗法による係数a0 , a1 , a2 , ・・・の算出について説明していく。
【００１７】
数式３において、誤差e kの２乗の総和Ｅは次の数式４で与えられる。
【数４】
2010145290.tif 000006
なお、ｎ＝１である場合、すなわち図２（Ｂ）の０点とＬ点との間に１箇所だけロードセル検定を行った点がある場合には、数式４は単にＥ＝（e kの２乗）となる
【００１８】
本実施の形態では、４次の補正関数ｆ(ｘ)を用いる場合について説明していく。４次の補正関数ｆ(ｘ)を変形すると、次の数式５が得られる。
【数５】
2010145290.tif 000007
【００１９】
この数式５を数式４に代入すると、総和Ｅは次の数式６のように展開することができる。
【数６】
2010145290.tif 000008
【００２０】
いま、数式６を簡略化するために、次の数式７に示す通り、S(l , m）を新たに定義する。
【数７】
2010145290.tif 000009
【００２１】
数式７で定義したS(l , m）を用いて数式６を書き直すと、次の数式８が得られる。
【数８】
2010145290.tif 000010
【００２２】
数式８のＥについて、a0 , a1 , a2 でそれぞれ偏微分すると、次の数式９で示す結果が得られる。
【数９】
2010145290.tif 000011
【００２３】
数式８で示される総和Ｅはa0 , a1 , a2に関して下に凸な２次関数であることから、数式９で示される偏微分値が全てゼロとなるとき、総和Ｅが最小になる。すなわち、次の数式１０を満たす係数a0 , a1 , a2 を算出すればよいことになる。
【数１０】
2010145290.tif 000012
【００２４】
そこで、数式１０を数式９に代入してa0 , a1 , a2 で整理すると、最終的に、次の数式１１に示す行列の積が得られる。
【数１１】
2010145290.tif 000013
この数式１１の左辺には３行３列の行列があるので、この行列の逆行列を左右両辺に左側から掛けることにより、補正関数ｆ(ｘ)の係数a0 , a1 , a2 を求めることができる。
【００２５】
以上により、センサ出力を補正するための多項式、すなわち補正関数ｆ(ｘ)が決定される。具体的には、ロードセルＬＣと材料試験機本体を接続するためのケーブルユニットＣＵ（図１参照）のコネクタ内もしくはその近辺に多項式係数を記憶するメモリ（図示せず）を備えておき、そのメモリから読み出した多項式係数を材料試験機本体に供給する。なお、同一定格・同一製品名のロードセルであっても特性にばらつきがあるので、各ロードセル毎に補正関数ｆ(ｘ)の係数a0 , a1 , a2 を予め求めておく必要がある。そして、各ロードセルとケーブルユニットは常に一体として使用する。また、経年変化に起因した特性変化が生じ得るので、定期的なロードセルの検定および係数算出を行うのが好適である。
【００２６】
＜材料試験機によるセンサ出力の補正処理について＞
次に、決定された補正関数ｆ(ｘ)を用いてロードセルＬＣの出力を補正する処理について説明する。
図３は、材料試験機４４の制御盤４２（図１参照）に含まれている信号処理回路である。本図において、２は、ロードセルＬＣのケーブルユニットＣＵを接続するためのロードセル信号入力端子である。４はプリアンプ、６はアンチエリアシング処理を行うためのアナログフィルタ、８はＡ／Ｄ変換器、１０はオーバーサンプリングによるノイズを除去するためのデジタルフィルタである。
【００２７】
１２は、ロードセルＬＣが無負荷のときに、オフセット成分を除去して測定値をゼロ（図２（Ｂ）の原点０に相当する）にするためのオフセット除去回路である。１４は、オフセット値を設定するためのオフセット設定部である。１６は乗算回路であり、ロードセルＬＣに定格実負荷を与えとき、フルスケール値（図２（Ｂ）のＬに相当する）が得られるようにゲイン調整を行う。１８は、乗算回路１６の乗算率を設定するゲイン設定部である。なお、ロードセルＬＣに定格実負荷を与えるとき、分銅などを実際にロードセルＬＣに負荷するほか、模擬的なロードセル出力変化（抵抗値変化）を入力端子２に与えることによりゲイン調整を行うことも可能である。以上により、ロードセル出力を非線形補正する前の信号処理が終了する。
【００２８】
オフセット除去回路１２および乗算回路１６を設けた理由は、無負荷時のゼロ点調整および定格負荷時のフルスケール調整（すなわち、図２（Ｂ）の０点補正およびＬ点補正）を予め実行しておくことにより、ハードウェアで実現させやすい固定小数点演算を可能にするばかりでなく、補正関数ｆ(ｘ)を決定した後に再びゼロ点調整およびゲイン調整を行うことができるようにするためである。
【００２９】
２０は非線形補正回路、２２は後段の回路にデータを転送する際に用いるＦＩＦＯメモリ、２４は非線形補正された測定値を表示する表示器である。この非線形補正回路２０はハードウェアで構成してあり、補正関数ｆ(ｘ)に基づき、ロードセル出力（＝図２（Ｂ）のセンサ出力ｘ）の補正演算を実行する。ハードウェアを用いて数式５の補正関数ｆ(ｘ)を演算する際に、桁落ちなく固定小数点演算を行うためには、非常に大きなビット数のデータを処理しなければならない。そこで、本実施の形態では、数式５を次の数式１２のように変形する。
【数１２】
2010145290.tif 000014
【００３０】
数式１２を見ると明らかなように、補正関数ｆ(ｘ)の演算を実行する際には、加算処理と乗算処理の繰り返しのみを行えばよいことが判る。そこで、非線形補正回路２０をハードウェアで実現するために、図４に従った演算アルゴリズムを実行させる。
【００３１】
図４は、ロードセルＬＣから得られたロードセル出力ｘ（図２（Ｂ）のセンサ出力に相当する）を入力し、数式１２に基づいて補正関数ｆ(ｘ)を演算するための手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、まずバッファＢをゼロにリセットする。
ステップＳ２では、バッファＢの内容に多項式係数ａ２を加算し、加算結果を再びバッファＢに格納（上書き）する。
ステップＳ３では、バッファＢの内容にロードセル出力ｘを乗じ、乗算結果を再びバッファに格納（上書き）する（＊は掛け算記号である）。
ステップＳ４では、バッファＢの内容に（ａ１−ａ２Ｌ）を加算し、加算結果を再びバッファＢに格納（上書き）する。ここで、ａ１およびａ２は多項式係数、Ｌはフルスケール値（図２（Ｂ）参照）である。
ステップＳ５では、バッファＢの内容にロードセル出力ｘを乗じ、乗算結果を再びバッファに格納（上書き）する。
ステップＳ６では、バッファＢの内容に（ａ０−ａ１Ｌ）を加算し、加算結果を再びバッファＢに格納（上書き）する。ここで、ａ０およびａ１は多項式係数、Ｌはフルスケール値である。
ステップＳ７では、バッファＢの内容にロードセル出力ｘを乗じ、乗算結果を再びバッファに格納（上書き）する。
ステップＳ８では、バッファＢの内容に（１−ａ０Ｌ）を加算し、加算結果を再びバッファＢに格納（上書き）する。ここで、ａ０は多項式係数、Ｌはフルスケール値である。
ステップＳ９では、バッファＢの内容にロードセル出力ｘを乗じ、乗算結果をバッファに格納（上書き）する。
ステップＳ９で得られたバッファＢの内容が、非線形補正されたロードセル出力となる。
【００３２】
−実施の形態による作用・効果−
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）トレーサビリティが確保されている較正済みの分銅あるいは検力器を用いて複数の実負荷をロードセルに与え、その実負荷にそれぞれ対応するロードセル出力値ｘｋを求めておき、予め定めた多項式の補正関数ｆ(X) にロードセル力値ｘｋを代入して得たｆ(Xk) と較正済みの値ｙｋとの差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、その２乗の総和が最小となるような多項式係数を決定することにより補正関数ｆ(X)を決定することとしているので、必要とされる測定精度に応じたｈ（０≦ｈ≦１）を選択することができる。すなわち、材料試験機の測定レンジ内において、絶対誤差のみならず相対誤差も併せて考慮した補正関数を決定することができる。特に、ｈ＝１のときには、測定誤差は相対誤差を表すことになる。ｈ＝０のときには、測定誤差は絶対誤差そのものとなる。また、ｈ＝０．５のときには、相対誤差と絶対誤差の両方を含む。
【００３３】
（２）実施の形態では、ロードセル出力のうち、ゼロ値およびフルスケール値を予め補正しておくので、より適切な多項式を定義することができるばかりでなく、補正用多項式ｆ(X)の演算を行う際に、ハードウェアを用いた固定小数点演算を実現することができる。
【００３４】
（３）ロードセルと材料試験機本体を接続するためのケーブルユニットＣＵ（図１参照）のコネクタ内もしくはその近辺に多項式係数を記憶するメモリを備えておき、そのメモリから読み出した多項式係数を読み込むこととしているので、材料試験機本体の電源投入に伴って、多項式係数を自動的に読み込むことができる。特に、ロードセルを交換した際にも自動的に多項式係数を読み込むことができるので、手動設定による煩わしさを避けることができる。
【００３５】
（４）ロードセルから出力ｘが得られるたびに補正関数ｆ(X)に代入して非線形補正を行うが、加算器と乗算器により補正関数ｆ(X) の演算を行うことができるので、簡易なアルゴリズムを用いたハードウェアを実現することができる。
【００３６】
−実施の形態における変形例−
（１）実施の形態では、材料試験機４４にロードセルＬＣを搭載する前に予め補正関数（ｎ次多項式）の係数を決定しているが、材料試験機内に搭載したＣＰＵ（図示せず）を用いて、ロードセルＬＣの検定を行うことも可能である。
【００３７】
（２）実施の形態では４次の多項式（数式５）を定義したが、多項式の次数は４次に限定されない。この場合にも、図４に示したのと同様のアルゴリズムを適用することができる。すなわち、補正関数が高次の多項式となった場合にも、加算処理および乗算処理の繰り返しにより非線形補正演算を行うことができる。換言すると、補正演算を実行するためのハードウェアリソースが次数に依存しないので、より高次の補正用多項式を設定することができる。その結果、より正確な非線形補正を実施する場合にも、高速演算が可能となる。さらに、既述のｈ（０≦ｈ≦１）と多項式の次数とを適宜選択することにより、非線形補正に必要とされるロードセル検定の数を減らすことができる。
【００３８】
（３）実施の形態ではロードセルを用いて試験力を測定する場合について述べたが、歪みゲージ式センサ以外のセンサ、例えば伸び計・幅計などの変位計についても、同様に非線形特性を補正することができる。
【００３９】
（４）歪みゲージ式荷重測定センサのフルスケール値（図２（Ｂ）のＬ参照）を電気的に校正する際に、歪み検出用のブリッジ回路に抵抗器を接続して疑似的な負荷を与える周知技術を利用することが可能である。他方、試験片の伸び・幅などの変位量を測定するために、差動トランスあるいは静電容量式センサを用いる場合にも、ケーブルユニット内のメモリに補正用データを記憶させておくことにより、電気的キャリブレーションを実施することができる。ここでいう電気的キャリブレーションとは、材料試験機側のゲイン調整を行う際に、電気的処理のみによりゲイン調整を完了させることを意味する。例えば、較正された実変位を差動トランスの可動コアに実際に与えることなく仮想的な物理的変位を電気的に再現することができる。
【００４０】
（５）試験力あるいは変位を測定するセンサのみならず、電圧・電流・抵抗などを測定する他の物理センサを用いる場合にも、実施の形態で述べた非線形補正を行うことができる。すなわち、任意の物理センサから得られるセンサ出力ｘを補正するための多項式ｆ(X)を決定する際に、予め定義した誤差関数に最小２乗法を適用して多項式の係数を決定することが可能である。
より具体的に述べると、センサ特性補正装置として、
a) 較正された実負荷または実変位を所定の検定器により物理センサに与え、その検定器により与えられた複数の検定器出力値ｙｋにそれぞれ対応するセンサ出力値ｘｋを求め、
b) 予め定めた多項式ｆ(X) にセンサ出力値ｘｋを代入して得たｆ(Xk) と検定器出力値ｙｋとの差を|ｙk|ｈ（０≦ｈ≦１）で除算し、その２乗の総和が最小となるような多項式係数を決定することにより、補正用多項式ｆ(X)を得ることができる。
【００４１】
このセンサ特性補正装置においても、数式１に示した多項式を定義するために、センサ出力値ｘｋのうちゼロ値およびフルスケール値については予め補正をしておくことが可能である。
さらに、物理センサから得られたセンサ出力を補正用多項式ｆ(X) に代入することにより、物理センサの非線形出力特性を補正する演算回路を備えることも可能である。
また、数式１２および図４と同様に、加算器と乗算器により補正用多項式ｆ(X) の演算を行うことも可能である。すなわち、多項式の次数に拘わりなく、加算処理および乗算処理を繰り返して実行することにより、補正用多項式の演算を行うことができる。
【００４２】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態による材料試験機の全体構成図である。
【図２】較正された実負荷と、ロードセルに実負荷を与えたときのセンサ出力との関係を示したグラフである。
【図３】材料試験機４４の制御盤４２に含まれている信号処理回路である。
【図４】ロードセルから得られた出力ｘを補正関数ｆ(ｘ)に入力して演算するための手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
２  ロードセル信号入力端子
４  プリアンプ
６  アンチエリアシング処理用アナログフィルタ
８  Ａ／Ｄ変換器
１０  デジタルフィルタ
１２  オフセット除去回路
１４  オフセット設定部
１６  乗算回路
１８  ゲイン設定部
２０  非線形補正回路
２２  ＦＩＦＯメモリ
２４  表示器
３２  クロスヘッド
３４  基台
３６  クロスヨーク
３８  上つかみ具
４０  下つかみ具
４２  制御盤
４４  材料試験機
ＣＵ  ケーブルユニット
ＬＣ  ロードセル
ＫＫ  伸び計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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