(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅、平均値および周波数により荷重または変位の試験波形を設定し、荷重または変位の検出値が前記試験波形に追従するようにアクチュエーターにより供試体に負荷し、荷重または変位のフィードバック制御を行う材料試験機において、前記アクチュエーターのストロークを検出するストローク検出器と、荷重または変位の検出値が所定値を越えた時に、前記試験波形の振幅を０にするとともに平均値にストロークの検出値を設定し、荷重または変位のフィードバック制御から前記アクチュエーターのストロークのフィードバック制御に切り換え、荷重が０になるように平均値を変更する制御装置を備えることを特徴とする材料試験機。
【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】
本発明は、振幅、平均値および周波数により荷重または変位の試験波形を設定し、荷重または変位の検出値が試験波形に追従するようにアクチュエーターにより供試体に負荷し、荷重または変位のフィードバック制御を行う材料試験機に適用され、アクチュエーターのストロークを検出するストローク検出器と、荷重または変位の検出値が所定値を越えた時に、試験波形の振幅を０にするとともに平均値にストロークの検出値を設定し、荷重または変位のフィードバック制御からアクチュエーターのストロークのフィードバック制御に切り換え、荷重が０になるように平均値を変更する制御装置を備える。
【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１７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１６ｂ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３３，３５，３７，３９、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１８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５０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１５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（ｍｅａｎ、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、荷重または変位の検出値が所定値を越えた時に、試験波形の振幅を０にするとともに試験波形の平均値にアクチュエーターストロークの検出値を設定し、荷重または変位のフィードバック制御からアクチュエーターストロークのフィードバック制御に切り換え、荷重が０になるように平均値を変更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談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
【図１】
0003608285.tif 000002
【図２】
0003608285.tif 000003
【図３】
0003608285.tif 000004
【図４】
0003608285.tif 000005