(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御方法において、
前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させ、
前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させ、
前記変位信号と目標信号との差信号である変位差信号を発生させ、
前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させ、
前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させ、
前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させ、
変位制御モードにおいては前記変位制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、
荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、
チャッキング制御モードにおいては前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを加え合わせた結合制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、
前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定し、
前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、
前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくする、
ことを特徴とする材料試験機の制御方法。
【請求項２】
前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値より小さくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号が発生するようにする、
ことを特徴とする請求項１記載の材料試験機の制御方法。
【請求項３】
チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、その後に前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードに適した設定値に変更する、
ことを特徴とする請求項２記載の材料試験機の制御方法。
【請求項４】
前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値より大きくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号が発生するようにする、
ことを特徴とする請求項１記載の材料試験機の制御方法。
【請求項５】
チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、それと同時に前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードに適した設定値に変更する、
ことを特徴とする請求項４記載の材料試験機の制御方法。
【請求項６】
前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に前記目標信号の値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させる、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の材料試験機の制御方法。
【請求項７】
固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御装置において、
前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段と、
前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段と、
前記変位または前記荷重を制御する際の目標値を与える目標信号を発生させるための目標信号発生手段と、
前記変位信号と前記目標信号との差信号である変位差信号を発生させるための変位差信号発生手段と、
前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させるための荷重差信号発生手段と、
前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段と、
前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段と、
前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを受け取り、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を、そしてチャッキング制御モードにおいては前記結合制御信号を、前記アクチュエータ制御信号として出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段と、
前記変位信号導出手段、前記荷重信号導出手段、前記変位制御信号導出手段、及び前記荷重制御信号導出手段の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段とを備え、
前記ゲイン設定手段は、
前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定し、
前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、
前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくする、
ことを特徴とする材料試験機の制御装置。
【請求項８】
前記目標信号の値に修正を加えるための目標信号修正手段を更に備えており、該目標信号修正手段は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることでその制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにする手段である、
ことを特徴とする請求項７項記載の材料試験機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料試験機の制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料試験機には様々なものがあるが、材料の試験体に圧縮荷重や引張荷重を負荷することで、圧縮試験、引張試験、疲労試験等を行えるようにした材料試験機が広く使用されている。この種の材料試験機の典型的なものに、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行うようにした材料試験機がある。
【０００３】
この種の材料試験機では一般的に、可動側荷重負荷部の駆動制御方式として、可動側荷重負荷部の変位をフィードバック制御する方式（変位制御モード）と、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさをフィードバック制御する方式（荷重制御モード）との両方式が用意されている。
【０００４】
また、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部は殆どの場合上下に配置されている。固定側荷重負荷部が上方に配置されている場合には、その固定側荷重負荷部は、試験実行中は固定されているが、試験準備中には試験体の大きさに合わせて上下に位置調節できるようにしてあることが多い。一方、固定側荷重負荷部が下方に配置されている場合には、その固定側荷重負荷部は完全に固定されていることが多い。
【０００５】
この種の材料試験機に試験体を装置する方法として、圧縮試験の場合には、下方の荷重負荷部の上に試験体を載置し、可動側荷重負荷部を駆動して固定側荷重負荷部へ近付けて行くことにより、それら荷重負荷部の間に試験体を挟むようにするのが一般的である。また、引張試験の場合には、試験体の一端を一方の荷重負荷部に直接またはチャック装置を介して固定し、可動側荷重負荷部を駆動して固定側荷重負荷部から離して行くことにより、試験体の他端が他方の荷重負荷部に直接またはチャック装置を介して係止または把持されるようにするのが一般的である。従って、圧縮試験では、試験体を装置するのにチャック装置を使用しないことが多く、また、引張試験でもチャック装置を使用しないことがあるが、そのようにチャック装置を使用しない場合でも、試験体を材料試験機に装置すること自体を「チャッキング」と呼んでいる。
【０００６】
上に示した圧縮試験と引張試験の夫々における典型的なチャッキング動作によれば、上下の荷重負荷部によって試験体が挟持されたとき、並びに、一端が一方の荷重負荷部に固定された試験体の他端が他方の荷重負荷部に係止または把持されたときに、チャッキング動作が完了する。チャッキング動作が完了する直前までは、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間には荷重が作用していないため、可動側荷重負荷部の駆動は変位制御モードで行われる。そして、変位制御モードで可動側荷重負荷部を駆動しているときに、高剛性の試験体が挟持され、或いは係止または把持された状態になったならば、その瞬間に、両方の荷重負荷部に急激に荷重が作用することになる。
【０００７】
仮に、チャッキング動作が完了した後にも変位制御モードが継続していたならば、その荷重が極めて大きなものとなり材料試験機が破壊するおそれがあることは明らかである。そのため、従来のこの種の材料試験機の多くは、変位制御モードで可動側荷重負荷部を駆動して試験体のチャッキングを行っているときに、荷重センサ信号が表す荷重が所定値に達したならば、変位制御を終了させて可動側荷重負荷部を停止させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チャッキング動作の完了時に可動側荷重負荷部を停止させる制御に付随する僅かな時間遅れ、油圧アクチュエータのサーボ弁が全閉となるまでに必要な僅かな時間、運動している部材の慣性、等々の要因によって、チャッキング動作の完了時にかなり大きな荷重が発生することがあった。例えば、材料試験機を破壊するほど大きな荷重でなくとも、試験体を変形させてしまい材料試験の精度を低下させるような荷重が発生することがしばしばあった。
【０００９】
この問題は、バッファ機能を備えたチャック装置を使用することによって緩和することができるが、そのようなチャック装置が常に使用できるとは限らず、また、そのようなチャック装置を使用すると、今度は、材料試験機に装置することのできる試験体の最大寸法が著しく制約されるという新たな問題が発生する。
【００１０】
また、この問題を緩和する別の方法として、変位制御モードで可動側荷重負荷部を駆動して試験体のチャッキングを行っているときに、荷重センサ信号が表す荷重が所定値に達したならば、それまでの変位制御モードからチャッキング動作終了のための特別の制御モードへ移行させるようにした方法もあり、その一例が特開平１−１４２４３８号公報に開示されている。しかしながら同公報の方法では、特別の制御モードを実行するために必要な制御要素の数が多いことから制御の信頼性が低下するおそれがあり、また、積分器のように制御に時間遅れを導入する要素が使用されているため、制御モードの切換に伴う時間遅れが大きな懸念事項とならざるを得ない。
【００１１】
更に、この種の材料試験機のチャッキング動作に付随するもう１つの問題として、チャッキング動作が完了した後に、荷重制御モードないし変位制御モードで材料試験を開始するときに、そのフィードバック制御の目標値と実測値が大きく乖離しているために、可動側荷重負荷部がいきなり大きな速度で移動しはじめ、それによってショックが発生するということがあった。このショックが大きいと材料試験機が損傷するおそれがあり、また、それほどの大きさでなくとも材料試験の結果に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機において、その材料試験機に試験体を装置するチャッキング動作の制御を高い信頼性をもって行うことができ、チャッキング動作の完了時に発生する荷重を低く抑えることができ、また、制御モードの切換に際してショックの発生を防止することのできる、制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御方法において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させ、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させ、前記変位信号と目標信号との差信号である変位差信号を発生させ、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させ、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させ、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させ、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、チャッキング制御モードにおいては前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを加え合わせた結合制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくすることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値より小さくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号が発生するようにすることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、その後に前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードに適した設定値に変更することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値より大きくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号が発生するようにすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、それと同時に前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードに適した設定値に変更することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に前記目標信号の値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機の制御装置は、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御装置において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段と、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段と、前記変位または前記荷重を制御する際の目標値を与える目標信号を発生させるための目標信号発生手段と、前記変位信号と前記目標信号との差信号である変位差信号を発生させるための変位差信号発生手段と、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させるための荷重差信号発生手段と、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段と、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段と、前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを受け取り、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を、そしてチャッキング制御モードにおいては前記結合制御信号を、前記アクチュエータ制御信号として出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段と、前記変位信号導出手段、前記荷重信号導出手段、前記変位制御信号導出手段、及び前記荷重制御信号導出手段の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段とを備え、前記ゲイン設定手段は、前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定し、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくすることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機の制御装置は、前記目標信号の値に修正を加えるための目標信号修正手段を更に備えており、該目標信号修正手段は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることでその制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにする手段であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することが可能となる。
【００２３】
また、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、チャッキング制御モードにおいて、変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値にゲインを設定した場合でも、変位フィードバックループと荷重フィードバックループの夫々のループゲインを最適値に維持することができるため、それらフィードバックループに最適動作を行わせることが可能となる。
【００２４】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、発生する変位の大きさに対して、それに対応する変位信号が小さなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようにすることが可能となる。
【００２５】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更するときには、既に変位制御信号の信号経路が断たれているため、これら設定値の変更が材料試験機の制御に何ら影響を及ぼさないという利点が得られる。
【００２６】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、発生する荷重の大きさに対して、それに対応する荷重信号が大きなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようにすることが可能となる。
【００２７】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、制御モードを切換えると同時にゲインの設定値を荷重制御モードに適した設定値に変更するため、チャッキング動作完了時の過大な荷重の発生が防止されると共に、直ちに荷重制御による材料試験を開始できる状態になるという利点が得られる。
【００２８】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することが可能となる。
【００２９】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、請求項１に記載した本発明の制御方法と同様に、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することが可能となる。
【００３０】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、請求項６に記載した本発明の制御方法と同様に、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による材料試験機の制御方法及び制御装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は本発明の一実施形態にかかる材料試験機の制御装置のブロック図を材料試験機の模式図と共に示した説明図であり、引用符号１０は材料試験機の全体を指し示し、引用符号４０は制御装置の全体を指し示している。
【００３３】
材料試験機１０は、固定側荷重負荷部１２と、可動側荷重負荷部１４と、アクチュエータ制御信号ＡＣに従って可動側荷重負荷部１４を駆動するアクチュエータシステム１６と、可動側荷重負荷部１４の変位を表す変位センサ信号ＤＳを発生する変位センサ１８と、固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号ＬＳを発生する荷重センサ２０とを備え、固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間に装置した試験体Ｔに荷重を加えて試験を行うものである。
【００３４】
荷重センサ２０は、ロードセルとそれ付随する電気回路とで構成されており、固定側荷重負荷部１２はそのロードセルを介してバー２２に固定されている。バー２２は一対のコラム２４、２４によって上下動可能且つ固定可能に支持されている。バー２２が上下に移動されるのは、試験体Ｔの大きさに合わせて固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間の初期間隔を調整するときである。材料試験の実行中は、バー２２はコラム２４、２４に固定されており、従って固定側荷重負荷部１２も固定されている。
【００３５】
アクチュエータシステム１６は、可動側荷重負荷部１４に連結された油圧アクチュエータ１６ａと、制御装置４０から供給されるアクチュエータ制御信号ＡＣに従ってこの油圧アクチュエータ１６ａを作動させるアクチュエータ駆動装置１６ｂとで構成されており、アクチュエータ駆動装置１６ｂは、油圧源、電磁サーボ弁、電磁サーボ弁駆動回路等からなる一般的な構成のものである。
【００３６】
変位センサ１８は、高周波電流を流すコイルとそれに付随する電気回路とで構成されている。そして、そのコイル中に油圧アクチュエータ１６ａのピストンロッドの下端が出没することによって生じるそのコイルのインダクタンスの変化を検出することで、そのピストンロッドの下端の位置を検出し、それによって、そのピストンロッドの上端に連結されている可動側荷重負荷部１４の変位を検出するものである。
【００３７】
尚、本発明を適用し得る材料試験機は以上に例示したものに限られず、その他の様々な構成の材料試験機に本発明を適用することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態にかかる制御装置４０はアナログロジックやディジタルロジックを使用して構成することができ、図１にはその場合の構成をブロック図で示した。ただし、本発明にかかる制御装置はコンピュータで実行するソフトウェアによって構成することも可能である。
【００３９】
図１に示すように、制御装置４０は、ゲイン可変の第１増幅器４２を備えており、この第１増幅器４２は、変位センサ信号ＤＳに第１ゲインを乗じて変位信号ＤＩＳＰを発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段である。また、制御装置４０は、同様にゲイン可変の第２増幅器４４を備えており、この第２増幅器４４は、荷重センサ信号ＬＳに第２ゲインを乗じて荷重信号ＬＯＡＤを発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段である。
【００４０】
制御装置４０は更に、目標信号発生回路４６を備えており、この目標信号発生回路４６は、可動側荷重負荷部１４の変位（以下、単に変位という）または固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間に作用する荷重（以下、単に荷重という）を制御する際の目標値を与える目標信号ＦＵＮＣを発生させるための目標信号発生手段である。変位または荷重の制御はフィードバック制御によって行うようにしており、従って、変位ないし荷重を目標値に追随させるようにして行っている。そのため目標値は一般的に、時間と共に変化する関数として与えられことから、図中には目標信号をＦＵＮＣで表した。多くの場合、目標信号ＦＵＮＣは、ランプ関数、または定数関数、またはそれらを組み合わせた形の関数として発生される。
【００４１】
制御装置４０は更に、第１比較器４８を備えており、この第１比較器４８は、変位信号ＤＩＳＰと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である変位差信号ΔＤＩＳＰを発生させるための変位差信号発生手段である。また、制御装置４０は、第２比較器５０を備えており、この第２比較器５０は、荷重信号ＬＯＡＤと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である荷重差信号ΔＬＯＡＤを発生させるための荷重差信号発生手段である。
【００４２】
制御装置４０は更に、ゲイン可変の第３増幅器５２を備えており、この第３増幅器５２は、変位差信号ΔＤＩＳＰに第３ゲインを乗じて変位制御信号ＤＣを発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段である。また、制御装置４０は、同様にゲイン可変の第４増幅器５４を備えており、この第４増幅器５４は、荷重差信号ΔＬＯＡＤに第４ゲインを乗じて荷重制御信号ＬＣを発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段である。
【００４３】
制御装置４０は更に、信号選択回路５６を備えている。この信号選択回路５６は、変位制御信号ＤＣと荷重制御信号ＬＣとを受け取り、変位制御信号ＤＣと、荷重制御信号ＬＣと、変位制御信号ＤＣと荷重制御信号ＬＣとを加え合わせた結合制御信号との、いずれか１つを選択的にアクチュエータ制御信号ＡＣとして出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段である。より詳しくは、信号選択回路５６は、入力してくる信号を加え合わせる信号結合器５８と、変位制御信号ＤＣをこの信号結合器５８に選択的に結合及び切断するための第１スイッチ６０と、荷重制御信号ＬＣをこの信号結合器５８に選択的に結合及び切断するための第２スイッチ６２とで構成されている。
【００４４】
容易に理解されるように、信号選択回路５６の出力は、第１スイッチ６０だけが閉成されているときには変位制御信号ＤＣに等しく、第２スイッチ６２だけが閉成されているときには荷重制御信号ＬＣに等しく、両方のスイッチ６０、６２が閉成されているときにはそれら制御信号を加え合わせた結合制御信号に等しくなっている。また、それら第１及び第２スイッチ６０、６２の切換えによって、信号選択回路５６は、変位制御モードにおいては変位制御信号ＤＣを、荷重制御モードにおいては荷重制御信号ＬＣを、そしてチャッキング制御モードにおいては結合制御信号を、アクチュエータ制御信号ＡＣとして出力し、それら３つの制御モードについては後に詳述する。
【００４５】
尚、第３増幅器５２のゲインをゼロに設定すれば第１スイッチ６０を開放したのと同じ効果が得られ、第４増幅器５４のゲインをゼロに設定すれば第２スイッチ６２を開放したのと同じ効果が得られる。従って、第１スイッチ６０及び第２スイッチ６２を省略して、その代わりに第３増幅器５２及び第４増幅器５４のゲインを適宜制御するようにすることで、信号選択回路５６の機能の一部をそれら増幅器５２、５４に移転することができ、そのようにしたものも本発明の範囲に含まれる。
【００４６】
制御装置４０は更に、ゲイン設定回路６４を備えており、このゲイン設定回路６４は、以上に説明した第１増幅器（変位信号導出手段）４２、第２増幅器（荷重信号導出手段）４４、第３増幅器（変位制御信号導出手段）５２、及び第４増幅器（荷重制御信号導出手段）５４の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段である。ゲイン設定回路６４は、制御モードの切換に際してそれら増幅器のゲインを変更するという重要な機能を果たすものであり、これについては後に詳述する。
【００４７】
制御装置４０は更に、目標信号修正回路６６を備えており、この目標信号修正回路６６は、目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えるための目標信号修正手段であり、修正値発生回路６８と、２つの信号結合器７０、７２とで構成されている。修正値発生回路６８は、変位制御信号ＤＣに対応した修正値と荷重制御信号ＬＣに対応した修正値とを夫々に出力する。そして、一方の信号結合器７０は  変位信号ＤＩＳＰと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である変位差信号ΔＤＩＳＰを発生させるための第１比較器４８の直前で、目標信号ＦＵＮＣに前者の修正値を加算し、他方の信号結合器７２は、荷重信号ＬＯＡＤと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である荷重差信号ΔＬＯＡＤを発生させるための第２比較器５０の直前で、目標信号ＦＵＮＣに後者の修正値を加算する。この目標信号ＦＵＮＣの修正については後に詳細に説明するが、ここでその概要だけを述べておくと、目標信号修正回路６６は、変位制御モード、荷重制御モード、及びチャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにするための回路である。尚、図１の実施の形態では目標信号修正回路６６を目標信号発生回路４６とは別に設けてあるが、この目標信号修正回路６６の機能を目標信号発生回路４６内に組み込むようにしてもよい。
【００４８】
以上に説明した制御装置４０は、変位制御モードで材料試験機１０を制御するときには、信号選択回路５６の第１スイッチ６０が閉成され、第２スイッチ６２が開放される。これによって、変位制御信号ＤＣがそのままアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用されるようになるため、変位を目標信号ＦＵＮＣに追随させるように動作する変位フィードバックループが構成され、一方、荷重は制御に一切関与しなくなる。更にこのとき、前述の第１ゲインと、第３ゲインと、変位フィードバックループ内のその他の要素の全てのゲイン（例えばアクチュエータシステム１６や変位センサ１８のゲイン）とを乗じた積の値が、この変位フィードバックループのループゲインとなり、この変位フィードバックループを構成している制御系の特性に応じてそのループゲインの最適値がおのずから定まる。そして、第１ゲイン及び第３ゲイン以外の、変位フィードバックループ内のその他の要素のゲインは実質的に定数ゲインであるとみなせるため、そのループゲインの最適値から、第１ゲインと第３ゲインとの積の値の最適値が定まる。更に、所与の目標信号ＦＵＮＣと所望の変位計測レンジとの関係から第１ゲインの最適値が定まり、これら最適値から第３ゲインの最適値も定まる。変位制御モードを実行するときには、ゲイン設定回路６４が第１増幅器４２及び第３増幅器５２を制御して、第１ゲイン及び第３ゲインの値をそれら最適値に設定する。
【００４９】
同様に、荷重制御モードで材料試験機１０を制御するときには、信号選択回路５６の第１スイッチ６０が開放され、第２スイッチ６２が閉成される。これによって、荷重制御信号ＬＣがそのままアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用されるようになるため、荷重を目標信号ＦＵＮＣに追随させるように動作する荷重フィードバックループが構成され、一方、変位は制御に一切関与しなくなる。更にこのとき、前述の第２ゲインと、第４ゲインと、荷重フィードバックループ内のその他の要素の全てのゲイン（例えばアクチュエータシステム１６や荷重センサ２０のゲイン）とを乗じた積の値が、この荷重フィードバックループのループゲインとなり、この荷重フィードバックループを構成している制御系の特性に応じてそのループゲインの最適値がおのずから定まる。そして、第２ゲイン及び第４ゲイン以外の、荷重フィードバックループ内のその他の要素のゲインは実質的に定数ゲインであるとみなせるため、そのループゲインの最適値から、第２ゲインと第４ゲインとの積の値の最適値が定まる。更に、所与の目標信号ＦＵＮＣと所望の荷重計測レンジとの関係から第２ゲインの最適値が定まり、これら最適値から第４ゲインの最適値も定まる。荷重制御モードを実行するときには、ゲイン設定回路６４が第２増幅器４４及び第４増幅器５４を制御して、第２ゲイン及び第４ゲインの値をそれら最適値に設定する。
【００５０】
また、チャッキング制御モードで材料試験機１０を制御するときには、信号選択回路５６の第１スイッチ６０と第２スイッチ６２とが共に閉成される。これによって、変位制御信号ＤＣと荷重制御信号ＬＣとを加え合わせた結合制御信号がアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用されるようになるため、変位を目標信号ＦＵＮＣに追随させようとする変位フィードバックループと、荷重を目標信号ＦＵＮＣに追随させようとする荷重フィードバックループとが重畳して構成されることになる。この場合、変位フィードバックループによって発生される変位制御信号ＤＣと荷重フィードバックループによって発生される荷重制御信号ＬＣとで信号の符号が同じときには、信号選択回路５６の信号結合器５８はそれら制御信号の絶対値の和に等しい出力を結合制御信号として発生し、それがアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用される。一方、それら制御信号ＤＣとＬＣの符号が互いに逆のときには、それら制御信号は互いに拮抗するように作用し、信号結合器５８は大きさがそれら制御信号の絶対値の差に等しい信号を出力し、その信号に従ってアクチュエータシステム１６が駆動される。
【００５１】
ただし、本発明においては、チャッキング制御モードで材料試験機１０を制御するときには、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させるだけでなく、更に、第１ゲイン、第２ゲイン、第３ゲイン、及び第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、変位制御モードにおける第１ゲイン及び第３ゲインの設定値、及び荷重制御モードにおける第２ゲイン及び第４ゲインの設定値とは異なる値に設定するようにしている。これについて以下に詳細に説明する。
【００５２】
従来技術の説明でも述べたように、材料の圧縮試験における典型的なチャッキング動作は、試験体を下方の荷重負荷部に載置して可動側荷重負荷部を固定側荷重負荷部に近付けるように駆動するものであり、それら荷重負荷部によってその試験体が挟持されることでチャッキング動作が完了する瞬間に、それら荷重負荷部の間に急激に荷重が発生する。また、材料の引張試験における典型的なチャッキング動作は、試験体の一端を一方の荷重負荷部に固定して可動側荷重負荷部を固定側荷重負荷部から離れるように駆動するものであり、その試験体の他端が他方の荷重負荷部に係止または把持されることによってチャッキング動作が完了する瞬間に、同様にそれら荷重負荷部に急激に荷重が発生する。
【００５３】
チャッキング制御モードで材料試験機１０を制御するとき、上述の如く変位フィードバックループと荷重フィードバックループとが重畳して構成されるようにしているのは、荷重が発生するまでの間はその制御に対して変位フィードバックループが支配的役割を果たし、一方、荷重が発生すると同時に変位フィードバックループの影響が一気に弱まりそれに代わって荷重フィードバックループが支配的となることを意図したものである。ところが、状況によっては、荷重が発生すると同時に変位フィードバックループの影響が弱まらず、従って荷重が更に増大して過大荷重となることがあり、それは例えば、変位計測レンジが小さく、荷重計測レンジが大きく設定されている場合や、試験体Ｔの剛性が小さい場合などである。
【００５４】
本発明の材料試験機の制御方法によれば、第１ゲイン、第２ゲイン、第３ゲイン、及び第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、変位制御モードにおける第１ゲイン及び第３ゲインの設定値、及び荷重制御モードにおける第２ゲイン及び第４ゲインの設定値とは異なる値に設定することによって、このような大荷重が発生するという事態を防止できるようにしている。ただし、ゲインを変更する場合でも、チャッキング制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値を、変位制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、また、チャッキング制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値を、荷重制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくすることが好ましい。
【００５５】
それが好ましい理由は、既述の如く、変位制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値は、変位フィードバックループのループゲインを最適化する値であり、また、荷重制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値も、同様に荷重フィードバックループのループゲインを最適化する値であるからである。従って、それら積の値をそのように設定することによって、変位フィードバックループ及び荷重フィードバックループに最適動作をさせることができる。
【００５６】
以下に、本発明の制御方法に従ってチャッキング制御モードにおけるゲインを設定する場合の設定の仕方を示す、２通りの好適な実施の形態について説明する。
【００５７】
図２（ａ）〜（ｅ）は本発明にかかる制御方法の第１の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図２（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｄ）は第１ゲインの設定値に対する第３ゲインの設定値の比の値、及び（ｅ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【００５８】
既述の如く、チャッキング制御モードで制御を行うときには信号選択回路５６の第１スイッチ６０と第２スイッチ６２とが共に閉成される。第１の実施の形態にかかる制御方法では、このとき、チャッキング制御モードで使用する第１ゲインの設定値を変位制御モードで使用する第１ゲインの設定値より小さくし、チャッキング制御モードで使用する第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくする。これによって、チャッキング制御モードでは、変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号ＤＩＳＰが発生するようになる。また、既述の如く、チャッキング制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値を、変位制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくするため、この設定によって、第１ゲインの設定値に対する第３ゲインの設定値の比の値は図２（ｄ）に示したように大きな値となる。
【００５９】
更に、目標信号ＦＵＮＣを、ゼロ値から始まって一定の速度で上昇するランプ関数に設定する。この実施の形態では、目標信号ＦＵＮＣの上限は特に定めておらず（ただし、その値が異常に上昇した場合には制御を停止するようにしておいてもよい）、その代わりに荷重センサ信号ＬＳの上限値（図中の「上限荷重」）を設定してある。図１には示さなかったが、荷重センサ信号ＬＳをモニタしてその値をこの設定された上限値と比較するロジックが備えられており、荷重センサ信号ＬＳの値がこの上限値に達したならば、目標信号ＦＵＮＣの値の上昇を停止させて、その時点における現在値に固定するようにしている。
【００６０】
ここでは引張試験を行うものとし、チャッキングする試験体Ｔの一端を一方の荷重負荷部に固定したならば、以上に設定した状態でチャッキング制御モードの動作を開始する。動作開始の時点を図２（ｅ）に時刻Ｔ０で示した。可動側荷重負荷部１４が駆動されて次第に固定側荷重負荷部１２から離れるように移動して行き、はじめのうちは変位フィードバックループが支配的であるため、変位センサ信号ＤＳによって示されているように、変位が目標信号ＦＵＮＣに追随して増大して行く（試験体Ｔの伸び方向を変位の正方向としている）。時刻Ｔ１で、試験体Ｔの他端が他方の荷重負荷部に接触し、荷重センサ信号ＬＳがゼロ値から上昇を始めている。これと同時に、チャッキング制御において荷重フィードバックループが支配的となる。即ち、第１ゲインが小さく設定されているため、目標信号ＦＵＮＣの変化率に対して大きな割合で変位が変化していたものが、試験体Ｔの他端が他方の荷重負荷部と接触したことにより、小さな変位しかできなくなる。従って、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、このＴ１の時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へと変化する。また、それに伴って時刻Ｔ１以後は、図示の如く変位の上昇速度が鈍化している。
【００６１】
時刻Ｔ２では、荷重センサ信号ＬＳが表す荷重が上限値に達したため、前述の不図示のロジックの作用によって目標信号ＦＵＮＣの上昇が停止されている。これによってチャッキング動作は完了し、時刻Ｔ２以後は変位が変化しなくなる。こうしてチャッキング動作が完了して変位の変動が停止した後に、時刻Ｔ３で信号選択回路５６の第１スイッチ６０を開放して変位制御信号の信号経路を断つことで、荷重フィードバックループが支配的であったチャッキング制御モードから実際の荷重制御モードへの制御モード切換を行い、更にその後に、時刻Ｔ４で第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更して、再び変位制御モードに適した設定値に戻すようにする。
【００６２】
第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更するときには、既に変位制御信号の信号経路が断たれているため、これら設定値の変更は材料試験機１０の制御に何ら影響を及ぼさない。しかしながら、時刻Ｔ３で第１スイッチ６０を開放する際には、それまで信号結合器５８へ供給されていた変位制御信号ＤＣが一瞬にしてゼロ値になるため、何の対策も取らなければ、アクチュエータ制御信号ＡＣの値が急変して材料試験機１０にショックが発生し、このショックは材料試験機１０にとっても有害であり、また試験体Ｔを変形させて試験結果の精度を悪化させるおそれもある。
【００６３】
そのためこの実施の形態では、時刻Ｔ３で制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に目標信号ＦＵＮＣの値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させるようにしている。このようにすれば、制御モード切換に際してショックが発生するのを完全に防止することができる。
【００６４】
この場合の制御モード切換に際して必要な目標信号ＦＵＮＣの値の修正量は計算によって求めることができる。即ち、この制御モード切換の前後において、変位センサ信号ＤＳと、荷重センサ信号ＬＳと、アクチュエータ制御信号ＡＣと、第１ゲインと、第２ゲインと、第４ゲインとは、いずれも不変の既知数である。第３ゲインは、第１スイッチ６０が開放されるため、事実上、制御モード切換前の既知の設定値から、制御モード切換後はゼロ値へ変化する。そして制御モード切換前の目標信号ＦＵＮＣの値は既知であり、未知数であるのは制御モード切換後の目標信号ＦＵＮＣの値だけである。
【００６５】
従って、第１ゲイン〜第４ゲインをＫ１〜Ｋ４、制御モード切換前の目標信号ＦＵＮＣの値をＦ０、変位センサ信号をＤＳ、荷重センサ信号をＬＳ、そして制御モード切換の際に必要な目標信号ＦＵＮＣの修正量をΔＦで表すならば、制御モード切換後のアクチュエータ制御信号ＡＣの値を左辺とし、切換後のアクチュエータ制御信号ＡＣの値を右辺とする式は、
（Ｆ０＋ΔＦーＫ２・ＬＳ）Ｋ４＝（Ｆ０−Ｋ１・ＤＳ）Ｋ３＋（Ｆ０−Ｋ２・ＬＳ）Ｋ４
となり、この式から、
ΔＦ＝［｛（Ｆ０−Ｋ１・ＤＳ）Ｋ３＋（Ｆ０−Ｋ２・ＬＳ）Ｋ４｝／Ｋ４］−Ｆ０＋Ｋ２・ＬＳ
が得られる。
【００６６】
この計算には無論コンピュータを使用してもよいが、非常に簡単な計算であるためディジタルロジックを用いて算出するようにしてもよい。尚、以上に説明したように、制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に目標信号ＦＵＮＣの値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させるという本実施形態の特徴は、チャッキング制御モードから荷重制御モードへの切換に限られることなく、変位制御モード、荷重制御モード、及びチャッキング制御モードの間の任意の制御モード切換に利用することができ、それによって制御モード切換時のショックを完全に防止することができる。
【００６７】
次に、本発明にかかる制御方法の第２の実施の形態について説明する。尚、第１の実施の形態と同一の部分については説明を省略する。
【００６８】
図３（ａ）〜（ｆ）は本発明にかかる制御方法の第２の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図３（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重信号ＬＯＡＤ、（ｄ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｅ）は第４ゲインの設定値に対する第２ゲインの設定値の比の値、及び（ｆ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【００６９】
第１の実施の形態と同様に、チャッキング制御モードで制御を行うときには信号選択回路５６の第１スイッチ６０と第２スイッチ６２とが共に閉成される。ただしこの第２の実施の形態にかかる制御方法では、このとき、チャッキング制御モードで使用する第２ゲインの設定値を荷重制御モードで使用する第２ゲインの設定値より大きくし、チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくする。これによって、チャッキング制御モードでは、荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号ＬＯＡＤが発生するようになる、また、既述の如く、チャッキング制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値を、荷重制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくするため、この設定によって、第４ゲインの設定値に対する第２ゲインの設定値の比の値は図３（ｅ）に示したように大きな値となる。
【００７０】
更に、第１の実施の形態と同様に、目標信号ＦＵＮＣを、ゼロ値から始まって一定の速度で上昇するランプ関数に設定し、また、荷重センサ信号ＬＳの上限値（図中の「上限荷重」）を設定してある。第１の実施の形態で使用している、荷重センサ信号ＬＳをモニタしてその値をこの設定された上限値と比較するロジックをこの第２の実施の形態でも使用する。ここではチャック装置を介して試験体Ｔをチャッキングして引張試験を行うものとする。その試験体Ｔの一端を一方の荷重負荷部に装備したチャック装置で把持したならば、以上に設定した状態でチャッキング制御モードの動作を開始する。動作開始の時点を図３（ｆ）に時刻Ｔ０で示した。はじめのうちは変位フィードバックループが支配的であるため、変位センサ信号ＤＳによって示されているように、変位が目標信号ＦＵＮＣに追随して増大して行く。時刻Ｔ１で、試験体Ｔの他端が他方の荷重負荷部のチャック装置によって把持され、荷重センサ信号ＬＳがゼロ値から上昇を始める。これと同時に、チャッキング制御において荷重フィードバックループが支配的となる。この場合、第２ゲインが大きく設定されているため、荷重センサ信号ＬＳに示されているように小さな荷重が発生しただけで大きな荷重信号ＬＯＡＤが発生する。従って、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、このＴ１の時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へと変化する。また、それに伴って時刻Ｔ１以後は、図示の如く変位の上昇速度が鈍化している。
【００７１】
時刻Ｔ２では、荷重センサ信号ＬＳが表す荷重が上限値に達したため、前述の不図示のロジックの作用によって目標信号ＦＵＮＣの上昇が停止され、チャッキング動作は完了する。この第２の実施の形態では、これと同時に、即ち時刻Ｔ２をもって、信号選択回路５６の第１スイッチ６０を開放して変位制御信号の信号経路を断つことで、荷重フィードバックループが支配的であったチャッキング制御モードから実際の荷重制御モードへの制御モード切換を行うと共に、第２ゲイン及び第４ゲインの設定値を荷重制御モードに適した設定値に戻し、更に目標信号ＦＵＮＣの値をゼロ値にリセットすることで、試験片に加わる荷重をゼロにするようにしている。
【００７２】
この制御方法によれば、時刻Ｔ２をもって、目標信号ＦＵＮＣ、荷重センサ信号ＬＳ、及び荷重信号ＬＯＡＤは、図３（ａ），（ｃ），（ｄ）に実線で示したようにゼロになり、チャッキング動作完了時の過大な荷重の発生が防止されると共に、直ちに荷重制御による材料試験を開始できる状態になる。
【００７３】
尚、この制御方法は、チャック装置を使用した場合に適用されるものであり、なぜならば、チャック装置を使用しない場合には、時刻Ｔ２において目標信号ＦＵＮＣの値をゼロ値にリセットするのではなく、適当な保持荷重に対応した値に設定するようにする。そのようにした場合の目標信号ＦＵＮＣ、荷重センサ信号ＬＳ、及び荷重信号ＬＯＡＤは、時刻Ｔ２以後は、図３（ａ），（ｃ），（ｄ）に破線で示したようになる。尚、この第２の実施の形態の方法に更に変更を加えて、第１の実施の形態のように、制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に目標信号ＦＵＮＣの値を新たな制御モードにおける所望値に変更するようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御方法において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させ、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させ、前記変位信号と目標信号との差信号である変位差信号を発生させ、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させ、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させ、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させ、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、チャッキング制御モードにおいては前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを加え合わせた結合制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定するようにした。
【００７５】
このため、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することができる。
【００７６】
また、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくするようにした。
【００７７】
このため、チャッキング制御モードにおいて、変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値にゲインを設定した場合でも、変位フィードバックループと荷重フィードバックループの夫々のループゲインを最適値に維持することができるため、それらフィードバックループに最適動作を行わせることができる。
【００７８】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値より小さくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号が発生するようにした。
【００７９】
従って、発生する変位の大きさに対して、それに対応する変位信号が小さなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようになる。
【００８０】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、その後に前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードに適した設定値に変更するようにした。
【００８１】
従って、第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更するときには、既に変位制御信号の信号経路が断たれているため、これら設定値の変更が材料試験機の制御に何ら影響を及ぼさずに済む。
【００８２】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値より大きくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号が発生するようにした。
【００８３】
従って、発生する荷重の大きさに対して、それに対応する荷重信号が大きなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようになる。
【００８４】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、それと同時に前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードに適した設定値に変更するようにした。
【００８５】
従って、制御モードを切換えると同時にゲインの設定値を荷重制御モードに適した設定値に変更するため、チャッキング動作完了時の過大な荷重の発生が防止されると共に、直ちに荷重制御による材料試験を開始できる状態になるという利点が得られる。
【００８６】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に前記目標信号の値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させるようにした。
【００８７】
このため、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することができる。
【００８８】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御装置において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段と、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段と、前記変位または前記荷重を制御する際の目標値を与える目標信号を発生させるための目標信号発生手段と、前記変位信号と前記目標信号との差信号である変位差信号を発生させるための変位差信号発生手段と、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させるための荷重差信号発生手段と、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段と、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段と、前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを受け取り、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を、そしてチャッキング制御モードにおいては前記結合制御信号を、前記アクチュエータ制御信号として出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段と、前記変位信号導出手段、前記荷重信号導出手段、前記変位制御信号導出手段、及び前記荷重制御信号導出手段の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段とを備えた構成とした。
【００８９】
このため、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法と同様に、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することができる。
【００９０】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、前記目標信号の値に修正を加えるための目標信号修正手段を更に備えており、該目標信号修正手段は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることでその制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるように構成したものである。
【００９１】
このため、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法と同様に、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる材料試験機の制御装置のブロック図を材料試験機の模式図と共に示した説明図である。
【図２】本発明にかかる材料試験機の制御方法の第１の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図２（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｄ）は第１ゲインの設定値に対する第３ゲインの設定値の比の値、及び（ｅ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【図３】本発明にかかる材料試験機の制御方法の第２の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図３（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重信号ＬＯＡＤ、（ｄ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｅ）は第４ゲインの設定値に対する第２ゲインの設定値の比の値、及び（ｆ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【符号の説明】
１０  材料試験機
１２  固定側荷重負荷部
１４  可動側荷重負荷部
１６  アクチュエータシステム
１８  変位センサ
２０  荷重センサ
４０  制御装置
４２  変位信号発生手段（第１増幅器）
４４  荷重信号発生手段（第２増幅器）
４６  目標信号発生手段（目標信号発生回路）
４８  変位差信号発生手段（第１比較器）
５０  荷重差信号発生手段（第２比較器）
５２  変位制御信号発生手段（第３増幅器）
５４  荷重制御信号発生手段（第４増幅器）
５６  アクチュエータ制御信号選択手段（信号選択回路）
ＡＣ        アクチュエータ制御信号
ＤＳ        変位センサ信号
ＬＳ        荷重センサ信号
ＤＩＳＰ    変位信号
ＬＯＡＤ    荷重信号
ＦＵＮＣ    目標信号
ΔＤＩＳＰ  変位差信号
ΔＬＯＡＤ  荷重差信号
ＤＣ        変位制御信号
ＬＣ        荷重制御信号
【図１】
0003715097.tif 000002
【図２】
0003715097.tif 000003
【図３】
0003715097.tif 000004