(57)【要約】【課題】試験力の変化状態の目視による確認が容易なレンジレス材料試験機の提供。【解決手段】試験力を表示する指針付きのアナログ表示器２３Ａを備え、レンジレスで取り込まれた計測データに基づく試験力指針の駆動を、試験力レンジセレクタ２２１により指示された仮想表示レンジに応じて表示制御回路２６１により制御するようにしたので、試験力が小さな場合は、仮想表示レンジを小さくして試験力指針の動きを拡大することで、材料試験中の特異点（降伏点など）の発生を、分かりやすく読み取ることができる。すなわち、レンジレスの材料試験機であっても、仮想表示レンジを設けることで、計測値の表示に関しては、レンジ付きの材料試験機と同様の使い勝手を実現することができ、レンジ付きの材料試験機に慣れたユーザにとって使いやすい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に負荷を与える負荷装置と、
前記負荷装置による試験力を検出するセンサと、
前記センサの検出信号を、計測データとしてレンジレスで取り込むデータ取得手段と、
前記試験力を表示する指針付き表示器と、
前記指針付き表示器のフルスケールを設定するための表示レンジを指示する操作部材と、
前記計測データに基づく前記指針の駆動を、前記操作部材により指示された表示レンジに応じて制御する指針駆動手段とを備えたことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
センサにより検出された試験力をレンジレスの計測データとして取り込む材料試験機に用いられ、前記材料試験機より入力される前記レンジレスの計測データに基づいて試験力を表示する試験力表示装置であって、
試験力を表示する指針付き表示器と、
前記指針付き表示器のフルスケールを設定するための表示レンジを指示する操作部材と、
前記計測データに基づく前記指針の駆動を、前記操作部材により指示された表示レンジに応じて制御する指針駆動手段とを備えたことを特徴とする試験力表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験力をレンジレスで計測する材料試験機、および、レンジレスの計測データに基づき試験力を表示する試験力表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料試験機において計測される試験力値は、計測分解性能を上げるために、試験力アンプの増幅率に相当するレンジを装備しているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。試験力指示計にアナログ式の指示計を装備している試験機の場合、レンジの切り換えに応じて、指示計のフルスケールが示す試験力値の範囲が変化する。
【０００３】
近年は、Ａ／Ｄ変換器の高分解能化やアンプの高精度化によりＳ／Ｎ向上が図られ、必ずしもレンジを使わなくても十分な計測分解能が得られるようになってきた。このようなレンジレスの試験機において、試験力指示計として指針を備えたアナログ式指示計を装備した場合、指示計の１周分は試験機容量となり使い勝手が悪くなる。そのため、レンジレスの試験機においては、試験力値をデジタル表示するものが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−８３１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレンジを備えた材料試験機では、手動操作による材料試験の際にアナログ指針の動きを見ながら試験力速度の調整が行われる。しかし、デジタル表示を備えるレンジレスの材料試験機においては、デジタル表示による試験力の変化が確認しづらく、微調整が困難になるという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明による材料試験機は、試験片に負荷を与える負荷装置と、負荷装置による試験力を検出するセンサと、センサの検出信号を、計測データとしてレンジレスで取り込むデータ取得手段と、試験力を表示する指針付き表示器と、指針付き表示器のフルスケールを設定するための表示レンジを指示する操作部材と、計測データに基づく指針の駆動を、操作部材により指示された表示レンジに応じて制御する指針駆動手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、センサにより検出された試験力をレンジレスの計測データとして取り込む材料試験機に用いられ、材料試験機より入力されるレンジレスの計測データに基づいて試験力を表示する試験力表示装置であって、試験力を表示する指針付き表示器と、指針付き表示器のフルスケールを設定するための表示レンジを指示する操作部材と、計測データに基づく指針の駆動を、操作部材により指示された表示レンジに応じて制御する指針駆動手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レンジレスの材料試験機において、試験力の変化状態の目視による確認が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本実施の形態における材料試験機を示す図であり、試験機本体１と計測制御装置２とを示す模式図である。図１では、引張試験のためのセッティング状態を示す。
【０００９】
試験機本体１は、２本のねじ棹７と２本の支柱８とがそれぞれ鉛直に配設されている。ねじ棹７および支柱８は、矩形状のテーブル４の対角線上にそれぞれ配置されており、図１では図示手前側に配されたねじ棹７および支柱８が左右に並んでいる。２本の支柱８には、上部クロスヘッド６が固定されている。２本のねじ棹７には、下部クロスヘッド５が昇降可能に保持されている。上部クロスヘッド６および下部クロスヘッド５には、試験片ＴＰを把持するための掴み具１１ａ，１１ｂが装着されている。
【００１０】
下部クロスヘッド５が装着された２本のねじ棹７は、ベッド３上に立設されている。上部クロスヘッド６が固定された２本の支柱８は、テーブル４の上に立設されている。ベッド３の中央部には、負荷シリンダ１０が固定されている。負荷シリンダ１０には、テーブル４に連結するラム１２が嵌め込まれている。よって、油圧装置３０から負荷シリンダ１０に圧力油が送り込まれると、ラム１２が上昇する。すなわち、テーブル４、支柱８および上部クロスヘッド６が一体で上昇し、上下の掴み具１１ａ，１１ｂにより把持された試験片ＴＰに、引っ張り力が負荷される。逆に、圧力油が油圧装置３０の油タンク３０４に戻されると、ラム１２は下降する。１３は圧力セルであり、負荷シリンダ１０内の油圧を電気信号に変換する変換器であり、出力された信号は計測制御装置２に入力される。
【００１１】
下部クロスヘッド５には昇降モータ（不図示）が設けられており、試験片ＴＰを掴み具１１ａ，１１ｂに装着する際に昇降モータを駆動し、下部クロスヘッド５の上下位置を調整する。油圧装置３０には、負荷ポンプ３０１、ポンプ用モータ３０２、負荷制御弁３０３および油タンク３０４が設けられている。負荷ポンプ２０１には、ギヤーポンプが用いられている。負荷制御弁３０３は、安全弁、圧力調整弁および流量調整弁を一体としたものである。
【００１２】
試験機本体１の動作を制御する計測制御装置２には、負荷操作パネル２１、表示レンジ切り換えパネル２２、試験力指示計２３が設けられている。負荷操作パネル２１に設けられた負荷制御つまみ２１１を操作することにより、負荷制御弁３０３に設けられた流量調整弁を調節することができる。
【００１３】
図２は、計測制御装置２に設けられた試験力指示計２３、表示レンジ切り換えパネル２２および負荷制御つまみ２１１を示す図である。図２（ａ）に示す試験力指示計２３には、アナログ表示器として試験力指針２３１、最小目盛表示器２３２および５つの分割目盛表示器２３３が設けられ、デジタル表示器として試験力表示器２３４および試験力ピークホールド表示器２３５が設けられている。
【００１４】
試験力指針２３１は現在の試験力値をアナログ表示するもので、ステッピングモータやサーボモータで回転駆動する。また、分割目盛表示器２３３によって、目盛盤のフルスケール（１週分）の５分割位置の試験力値がデジタル表示される。一方、試験力表示器２３４には、現在の試験力値がデジタル表示される。試験力ピークホールド表示器２３５には、現在までの最大試験力値をホールドしてデジタル表示される。
【００１５】
図２（ｂ）に示す表示レンジ切り換えパネル２２には、試験力レンジセレクタ２２１、ピークホールドリセットスイッチ２２２が設けられている。ピークホールドリセットスイッチ２２２は、それまでのピークホールド値を解除するためのスイッチである。ピークホールドリセットスイッチ２２２を操作すると、上述した試験力ピークホールド表示器２３５の表示がリセットされる。
【００１６】
本実施の形態の試験機においては、圧力セルから検出信号に基づいて試験力の計測を行う場合、検出信号をレンジレスで計測データとして取り込むが、試験力計測値の表示形態については、従来のレンジを備えた試験機の場合と同様に複数のレンジの間で切り換えて表示することができる。本実施の形態では、従来の秤量に関するレンジと区別して、このレンジのことを仮想表示レンジと呼ぶことにする。
【００１７】
ここでは、６つの仮想表示レンジが設けられており、試験力レンジセレクタ２２１に設けられた６つのスイッチ２２１ａ〜２２１ｆのいずれかを押すことで、フルスケールに対する試験力値を６段に切り換えることができる。仮想表示レンジが決定されると、その仮想レンジに応じて試験力指示計２３の５つの分割目盛表示器２３３および最小目盛表示器２３２のデジタル表示が切り替わる。
【００１８】
図２（ｃ）では、負荷制御つまみ２１１に対して、パネル上に「ＲＥＴＵＲＮ」、「ＨＯＬＤ」、「ＬＯＡＤ」および「ＯＰＥＮ」の表示がある。負荷制御つまみ２１１を「ＬＯＡＤ」〜「ＯＰＥＮ」の位置に設定すると、ラム１２（図１参照）が上昇し、「ＯＰＥＮ」に近付くほど送油量が増してラム１２の上昇速度が増加する。負荷制御つまみ２１１を「ＲＥＴＵＲＮ」の方向に回すと、ラム１２が降下する。また、ラム１２を同じ位置に止めておくときには、負荷制御つまみ２１１の位置を「ＨＯＬＤ」付近に設定する。
【００１９】
図３は、計測制御装置２の構成を示すブロック図である。圧力セル１３から入力された圧力検出信号は、増幅器２４で増幅された後に、Ａ／Ｄコンバータ２５によりアナログ値からデジタル値へと変換される。従来のレンジを備えた材料試験機の場合には、圧力検出信号を増幅する増幅器は、増幅倍率を複数に切り換えることができ、それぞれの増幅倍率に対応した測定レンジで計測および表示を行う。一方、レンジレスの試験機である本実施の形態では、増幅器２４の増幅率は所定の値に固定されている。これは、Ａ／Ｄ変換器の高分解能化や増幅器の高精度化などにより、試験力値が小さな範囲においても、従来のレンジ付き試験機で増幅倍率を大きくした場合と同様の解像度で計測を行うことができるため、レンジレスではこのような構成となっている。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換された圧力検出信号は、制御部２６に入力される。制御部２６には、表示制御回路２６１と負荷制御回路２６２とが設けられ、負荷操作パネル２１および表示レンジ切り換えパネル２２から操作信号が入力される。負荷制御回路２６２は、負荷制御弁３０２を制御してラム１２の上昇、降下、停止を制御する。試験片ＴＰに負荷を与える場合、ユーザが負荷制御つまみ２１１を操作して行うマニュアル動作と、制御部２６に予め設定された所定の手順によって自動的に負荷を与えるオート動作とがある。マニュアル動作の場合、負荷制御回路２６２は、負荷制御つまみ２１１の操作に応じて負荷制御弁３０３を制御し、オート動作の場合には設定された所定手順に基づいて負荷制御弁３０３を制御する。
【００２１】
表示制御回路２６１は、試験力指示計２３に設けられたアナログ表示器２３Ａおよびデジタル表示器２３Ｄのそれぞれに、表示制御信号を出力する。アナログ表示器２３Ａには、図２の試験力指針２３１、最小目盛表示器２３２および５つの分割目盛表示器２３３が対応し、デジタル表示器２３Ｄには、図２の試験力表示器２３４および試験力ピークホールド表示器２３５が対応する。アナログ表示器２３Ａの表示制御は、試験力レンジセレクタ２２１からの操作信号に基づいて、すなわち、スイッチ２２１ａ〜２２１ｆの操作によって選択された仮想表示レンジに基づいて行われる。表示制御回路２６１は、計測データと仮想表示レンジとに基づいて、単位計測データ当たりの試験力指針２３１の回転量をソフト的に演算し、試験力指針２３１の駆動用モータを駆動する。
【００２２】
図４は、制御部２６で実行される、アナログ表示器２３Ａの表示制御を説明するためのフローチャートである。以下の説明では、試験機の最大容量を２００ｋＮとし、試験力レンジセレクタ２２１のスイッチ２２１ａ〜２２１ｆで選択できる仮想表示レンジは、２００ｋＮ，１００ｋＮ，４０ｋＮ，２０ｋＮ，１０ｋＮおよび４ｋＮの６段とする。
【００２３】
図４のフローチャートはオート動作の場合を示しており、計測が開始されると処理がスタートしてステップＳ１００が実行される。ステップＳ１００では、仮想表示レンジを最小の４ｋＮにセットする。それにより、図２における試験力指針２３１の１周（フルスケール）は０〜４ｋＮに対応し、５分割位置に設けられた各分割目盛表示器２３３には、１２時の位置から時計回りに、順に数値「４．０」、「０．８」、「１．６」、「２．４」、「３．２」が表示される。
【００２４】
ステップＳ２００では、Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換された計測データを読み込み、試験力を求める。ステップＳ３００では、計測された試験力に基づいて試験力指針２３１を回転駆動する。ステップＳ４００では、計測された試験力と仮想表示レンジＲに０．９５を乗じた値と比較し、「試験力＞０．９５Ｒ」の場合にはステップＳ５００へ進み、「試験力≦０．９５Ｒ」の場合にはステップＳ７００へ進む。今の場合、仮想表示レンジＲは４ｋＮであるので、試験力が３．８ｋＮより大きくなった場合にステップＳ７００へ進む。なお、ここでは、仮想表示レンジを切り換える条件を「試験力＞０．９５Ｒ」としたが、これに限らない。例えば、「試験力＞Ｒ」であっても良い。
【００２５】
ステップＳ４００からステップＳ５００へ進んだ場合には、仮想表示レンジを１段上のレンジ（１０ｋＮ）に切り換えた後、ステップＳ６００へ進んで、アナログ表示器２３Ａの表示を切換後の仮想表示レンジに基づく表示に切り替える。すなわち、分割目盛表示器２３３の表示を、１２時の位置から順に「１０．０」、「２．０」、「４．０」、「６．０」、「８．０」とする。試験力指針２３１の位置および最小目盛表示器２３２の表示も、仮想表示レンジ１０ｋＮに対応させて変更する。
【００２６】
仮想表示レンジが切り換えられると、表示制御回路２６１は、計測データと仮想表示レンジに基づいて試験力指針２３１を回転駆動するモータの回転速度を切り換える。例えば、仮想表示レンジを４ｋＮから１０ｋＮへと切り換えると、試験力の変化に対する試験力指針２３１の回転速度は０．４倍の速さへと遅くなる。すなわち、試験力の変化を試験力指針２３１の移動の速さとして、視覚的に容易に認識することができる。
【００２７】
ステップＳ７００では計測が終了したか否かを判定し、終了していないと判定されるとステップＳ２００に戻り、終了と判定されると一連の処理を終了する。なお、試験力指示計２３の試験力表示器２３４や試験力ピークホールド表示器２３５には、レンジレスな計測データに基づいてデジタル表示が行われる。
【００２８】
図４ではオート動作を例に説明したが、所定の仮想表示レンジにおいてマニュアル動作させる場合も、試験力レンジセレクタ２２１により仮想表示レンジを選択すると、アナログ表示器２３Ａの表示が選択された仮想表示レンジに対応するように切り替わる。負荷制御つまみ２１１の操作による試験力の変化の様子は、試験力指針２３１によって容易に認識することができるので、試験力指針２３１を見ながら負荷制御つまみ２１１の操作量を調整する。
【００２９】
このように、本実施の形態では、試験力を表示する指針付きのアナログ表示器２３Ａを備え、レンジレスで取り込まれた計測データに基づく試験力指針２３１の駆動を、試験力レンジセレクタ２２１により指示された仮想表示レンジに応じて表示制御回路２６１により制御するようにしたので、試験力が小さな場合は、仮想表示レンジを小さくして試験力指針２３１の動きを拡大することで、材料試験中の特異点（降伏点など）の発生を、分かりやすく読み取ることができる。すなわち、レンジレスの材料試験機であっても、仮想表示レンジを設けることで、計測値の表示に関しては、レンジ付きの材料試験機と同様の使い勝手を実現することができ、レンジ付きの材料試験機に慣れたユーザにとって使いやすい。
【００３０】
また、試験力に対してデジタル表示のみを備えたレンジレスの材料試験機であっても、試験力を表示する指針付きのアナログ表示器２３Ａと、アナログ表示器２３Ａ（試験力指針２３１）のフルスケールを設定するための表示レンジを指示する試験力レンジセレクタ２２１と、レンジレスで取り込まれた計測データに基づく試験力指針２３１の駆動を、試験力レンジセレクタ２２１により指示された仮想表示レンジに応じて制御することで、上述した材料試験機と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、液晶表示パネルを用いて、図２（ａ）に示すような、試験力指針２３１、目盛、分割目盛表示器２３３等を表示するようにしても良い。その場合、指針の動きは厳密にはとびとびであるが、アナログ的な指針の回転を表示することで、試験力の変化の様子を目視で確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による材料試験機の一実施の形態を示す図である。
【図２】計測制御装置２を説明する図であり、（ａ）は試験力指示計２３を、（ｂ）は秤量切り換えパネル２２を、（ｃ）は負荷制御つまみ２１１をそれぞれ示す。
【図３】計測制御装置２の構成を示すブロック図である。
【図４】アナログ表示器２３Ａの表示制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１：試験機本体、２：計測制御装置、１０：負荷シリンダ、１２：ラム、１３：圧力セル、２１：負荷操作パネル、１１：レンジ切り換えパネル、２３：試験力指示計、２３Ａ：アナログ表示器、２３Ｄ：デジタル表示器、２４：増幅器、２５：Ａ／Ｄコンバータ、２６：制御部、２１１：負荷制御つまみ、２２１：試験力レンジセレクタ、２３１：試験力指針、２３２：最小目盛表示器、２３３：分割目盛表示器、２３４：試験力表示器、２３５：試験力ピークホールド表示器、２６１：表示制御回路、２６２：負荷制御回路、３０３：負荷制御弁、ＴＰ：試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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