(57)【要約】【課題】  特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能な材料試験機を提供する。【解決手段】  制御部５０は、連続して実行される材料試験の内容を予め記憶した試験情報記憶部５１と、バックラッシュが存在するか否かを常時監視するバックラッシュ監視部５２と、バックラッシュが存在する状態であると判断されたときにバックラッシュ除去動作を実行するバックラッシュ除去部５３とを備える。バックラッシュ除去部５３は、バックラッシュが存在していると判定されたときには、最初に、サーボモータ２３を、次に材料試験を行うときにクロスヘッドが移動する方向とは逆方向に、設定値ＬＢに相当する量だけ回転させ、次に、サーボモータ２３を、次に材料試験を行うときにクロスヘッドが移動する方向に、設定値ＬＢに相当する量だけ回転させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動によりクロスヘッドを移動させて試験片に試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機において、
クロスヘッドを第１の方向に移動させて材料試験を行う場合において、前記モータに対して、前記クロスヘッドを前記第１の方向に予め設定した除去量だけ回転させる回転動作が連続して実行されることでバックラッシュが存在しない状態であるか、あるいは、前記回転動作が実行されないことでバックラッシュが存在する状態であるかを監視するバックラッシュ監視部と、
前記クロスヘッドを前記第１の方向に移動させて材料試験を行う以前に前記クロスヘッドを移動させたときに、前記バックラッシュ監視部が、バックラッシュが存在する状態であると判定したときは、前記モータを、前記クロスヘッドを前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に前記除去量だけ回転させた後、前記クロスヘッドを前記第１の方向に前記除去量だけ回転させるバックラッシュ除去部と、
を備えた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】
この発明は、モータの駆動によりクロスヘッドを移動させて試験片に試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、このような材料試験機の基本的な構成を示す概要図である。
【０００３】
この材料試験機は、基台１１とクロスヨーク１５とにわたり回転可能に立設された左右一対のねじ棹１２を備える。このねじ棹１２は、ボールねじから構成される。また、この材料試験機は、クロスヘッド１４を備える。このクロスヘッド１４の両端付近には、ねじ棹１２と螺合するボールねじ用のナット１３が内蔵されている。
【０００４】
また、この材料試験機は、サーボモータ２３と、このサーボモータ２３の回転情報を取得するロータリエンコーダ２４とを備える。サーボモータ２３の回転力は、サーボモータ２３の回転軸に配設された同期プーリ２５、同期ベルト２８、同期プーリ２７を介して回転軸２６に伝達される。回転軸２６の両端部には複数のギアを有するギアボックス２１が配設されており、回転軸２６の回転力が一対のねじ棹１２の回転力に変換され、一対のねじ棹１２が同期して回転する。そして、一対のねじ棹１２が同期して回転することにより、クロスヘッド１４が昇降する。
【０００５】
クロスヘッド１４には、上つかみ具３１が、ロードセル１６を介して支持されている。また、基台１１には、下つかみ具３２が支持されている。図１において仮想線で示すように、試験片１００は、これらの上つかみ具３１および下つかみ具３２によりその両端を把持される。この状態において、クロスヘッド１４が上昇することにより、試験片１００に対して引張試験力が付与され、材料試験としての引張試験が実行される。なお、上つかみ具３１および下つかみ具３２を圧盤等に変更することにより、試験片に対して圧縮試験を実行することも可能となっている。
【０００６】
このような材料試験機においては、クロスヘッド１４の高さ位置は、サーボモータ２３に連結されたロータリエンコーダ２４の回転量によって計測され、図示を省略した表示部に表示される。このため、サーボモータ２３からクロスヘッド１４に至る動力の伝達系に伸びおよび縮みや、バックラッシュ等が発生すると、表示部に表示されるクロスヘッド１４の位置と、実際のクロスヘッド１４の位置とに差異が生ずることになる。
【０００７】
ここで、表示部に表示される計算上のクロスヘッド１４の位置と実際のクロスヘッド１４の位置とに生ずる差異の最大の原因は、サーボモータ２３からクロスヘッド１４に至る動力の伝達系のうち、ギアボックス２１における複数のギア間に生ずるバックラッシュである。このバックラッシュの量は、材料試験機の構成により様々ではあるが、例えば、クロスヘッドの位置に換算して数マイクロメートルから１０数マイクロメートル程度である。
【０００８】
このようなバックラッシュの存在により、例えば、クロスヘッド１４が下方向に移動した後に、クロスヘッド１４を上方向に移動させて試験片１００に対する引張試験を実行した場合においては、材料試験の開始直後にサーボモータ２３が回転した場合に、クロスヘッド１４が移動したと認識され、表示部に表示されるクロスヘッド１４の位置は変化するが、実際にはクロスヘッド１４は移動していないことになる。
【０００９】
このため、試験力とクロスヘッド１４との関係を正しく測定することができないという問題がある。また、材料試験の試験開始直後の試験力とクロスヘッド１４の変位との関係から試験片１００の剛性を測定して試験力制御に必要なパラメータを同定した場合には、試験片１００の剛性が過度に小さく評価され、適切な試験力制御ができないという問題がある。
【００１０】
特許文献１には、試験片に負荷を与える駆動モータの増荷重時の回転方向と逆方向の回転力を、常時、ねじ棹に付与するバックラッシュ除去用モータを具備する材料試験機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実公平５−３９４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の構成を採用するためには、試験力を発生させるためのサーボモータとは別に、バックラッシュ除去用モータを配設する必要があることから、装置構成が複雑となる。また、常時バックラッシュ除去用モータにより負荷を生じさせる必要があることから、その間に電力を消費するという問題も生ずる。
【００１３】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、モータの駆動によりクロスヘッドを移動させて試験片に試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機において、クロスヘッドを第１の方向に移動させて材料試験を行う場合において、前記モータに対して、前記クロスヘッドを前記第１の方向に予め設定した除去量だけ連続して回転させる回転動作が実行されることでバックラッシュが存在しない状態であるか、あるいは、前記回転動作が実行されないことでバックラッシュが存在する状態であるかを監視するバックラッシュ監視部と、前記クロスヘッドを前記第１の方向に移動させて材料試験を行う以前に前記クロスヘッドを移動させたときに、前記バックラッシュ監視部が、バックラッシュが存在する状態であると判定したときは、前記モータを、前記クロスヘッドを前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に前記除去量だけ回転させた後、前記クロスヘッドを前記第１の方向に前記除去量だけ回転させるバックラッシュ除去部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、バックラッシュ監視部によってバックラッシュが生じうる状態と判定されたときにバックラッシュ除去部によりバックラッシュ除去動作が実行されることから、特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能となる。このため、材料試験をより精度よく実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】材料試験機の基本的な構成を示す概要図である。
【図２】この発明に係る材料試験機の制御系を示すブロック図である。
【図３】バックラッシュ監視部５２によるバックラッシュの監視動作を示すフローチャートである。
【図４】クロスヘッド１４を原点位置に復帰させるリターン動作を示すフローチャートである。
【図５】バックラッシュ除去動作を示すフローチャートである。
【図６】クロスヘッド１４を所定距離だけ昇降させるジョグ動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は、この発明に係る材料試験機の制御系を示すブロック図である。なお、材料試験機の機械的な構成は、図１に示すものと同様であることから、詳細な説明を省略する。
【００１８】
この材料試験機は、論理演算を実行するプロセッサーとしてのＣＰＵと、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭと、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭとを備えた制御部５０を有する。この制御部５０は、機能的構成として、連続して実行される材料試験の内容を予め記憶した試験情報記憶部５１と、バックラッシュが存在するか否かを常時監視するバックラッシュ監視部５２と、バックラッシュが存在する状態であると判断されたときにバックラッシュ除去動作を実行するバックラッシュ除去部５３とを備える。
【００１９】
また、この制御部５０は、図１に示すサーボモータ２３と、ロータリエンコーダ２４と、ロードセル１６に接続されている。さらに、この制御部５０は、オペレータが各種の入力を実行するためのキーボード等の入力部５８と、材料試験を実行中にロータリエンコーダ２４の出力あるいはクロスヘッド１４の位置や、ロードセル１６により測定された試験力等を表示するための液晶表示パネル等の表示部５９とも接続されている。
【００２０】
図３は、バックラッシュ監視部５２によるバックラッシュの監視動作を示すフローチャートである。
【００２１】
このバックラッシュ監視部５２は、バックラッシュが存在しているか否かを常に監視する。このときには、バックラッシュ量に相当する値を見積もり、それを超える値である除去量（以下、記号でＬＢと表す）を予め設定する。バックラッシュ量は、サーボモータ２３の駆動によりクロスヘッド１４が一方向に移動した後、その方向とは逆方向に移動するときに、サーボモータ２３が回転しているにもかかわらず、クロスヘッド１４が移動しない量のことである。上記のＬＢは、クロスヘッド１４の移動量として考えた場合に、バックラッシュ量より大きな値であって、それだけ動けば確実にバックラッシュを除去できる量である。このＬＢは、例えば、クロスヘッド１４の移動量に換算して２０マイクロメートル程度の値とすることができる。なお、クロスヘッド１４はサーボモータ２３の回転によって駆動されるものであるから、クロスヘッド１４の移動量とサーボモータ２３の回転量は互いに換算できるので、上記ＬＢをサーボモータ２３の回転量として考えて設定することも可能である。
【００２２】
バックラッシュ監視部５２は、試験情報記憶部５１に記憶した試験情報から、サーボモータ２３が、クロスヘッド１４を次に材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向（この発明に係る第１の方向）にＬＢだけ連続して回転したか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、次に材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向にＬＢだけ連続して回転した場合にはバックラッシュがないと判断する（ステップＳ1２）。一方、次に材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向とは逆の方向（この発明に係る第２の方向）に移動する方向に回転していた場合や、次に材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向と同じ方向に回転していたとしても、ＬＢだけ連続して回転していない場合にはバックラッシュが存在すると判断する（ステップＳ１３）。バックラッシュ監視部５２は常時稼働しているソフトウェアモジュールであり、バックラッシュ有無の判断は、制御部の内部では、常に更新されつつフラッグとして記憶される。バックラッシュがあると判断された場合にはフラッグを立て、バックラッシュがないと判断された場合にはフラッグを倒す。制御部５０における他のソフトウェアモジュールではこのフラッグを見て、その時点でバックラッシュがあるかないかを判定することができる。
【００２３】
図４は、クロスヘッド１４を原点位置に復帰させるリターン動作を示すフローチャートである。
【００２４】
試験開始前にクロスヘッド１４を原点位置に復帰させるリターン動作を実行し、クロスヘッドが停止したときには（ステップＳ２１）、バックラッシュ監視部５２による監視によりバックラッシュが存在していると判定されているか否かを判断する（ステップＳ２２）。バックラッシュが存在していないと判定されたときには、そのまま、リターン動作を終了する。一方、バックラッシュが存在していると判定されたときには、バックラッシュ除去動作を実行した後（ステップＳ２３）、リターン動作を終了する。
【００２５】
図５は、バックラッシュ除去動作を示すフローチャートである。
【００２６】
リターン動作後にバックラッシュが存在していると判定されたときには、最初に、次に材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向とは逆方向に、サーボモータ２３を設定値ＬＢに相当する量だけ回転させる（ステップＳ３１）。続いて、サーボモータ２３を、次の材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向に、設定値ＬＢに相当する量だけ回転させる（ステップＳ３２）。これにより、バックラッシュが存在しない状態となる。なお、次の材料試験を行うときにクロスヘッド１４が移動する方向は、試験情報記憶部５１に記憶されている試験条件から知ることができる。
【００２７】
図６は、クロスヘッド１４を所定距離だけ昇降させるジョグ動作を示すフローチャートである。
【００２８】
試験開始前に、クロスヘッド１４の位置を試験片１００に合わせる等の理由でクロスヘッド１４を少しの距離だけ移動させるジョグ動作を実行し、クロスヘッド１４が停止したときには（ステップＳ４１）、バックラッシュ監視部５２による監視によりバックラッシュが存在していると判定されているか否かを判断する（ステップＳ４２）。バックラッシュが存在していないと判定されたときには、そのまま、ジョグ動作を終了する。一方、バックラッシュが存在していると判定されたときには、上述した場合と同様、バックラッシュ除去動作を実行した後（ステップＳ４３）、ジョグ動作を終了する。
【００２９】
以上のように、この発明に係る材料試験機によれば、バックラッシュの有無を常に監視し、リターン動作またはジョグ動作実行後にバックラッシュが存在しているときにはバックラッシュ除去動作を実行することから、特別な機構を付加することなく、材料試験開始時のバックラッシュを除去することが可能となる。このため、材料試験をより精度よく実行することが可能となる。
【００３０】
なお、上述した実施形態において、必要に応じ、オペレータが図２に示す入力部５８を操作することにより、バックラッシュ除去動作の実行を一時的に停止するようにすることが好ましい。すなわち、例えば、検力動作を実行する場合においては、上述したバックラッシュ除去動作が実行されることにより、材料試験機におけるヒステリシスループが打ち消されることになって、正しい検力を実行し得ないためである。オペレータによりこのような一時的停止操作がなされた場合においては、制御部５０は、バックラッシュ除去部５３によるバックラッシュ除去動作を実行しない。
【００３１】
上述した実施形態においては、リターン動作およびジョグ動作に対してこの発明を適用した場合について説明したが、上つかみ具３１および下つかみ具３２により試験片１００の両端を把持して、実際に材料試験を実行する前の段階でクロスヘッド１４を移動させるその他の状況においても、この発明を同様に適用することができる。
【００３２】
また、上述した実施形態においては、上つかみ具３１および下つかみ具３２により試験片１００の両端を把持して引張試験を実行する材料試験機にこの発明を適用した場合について説明したが、圧縮試験を実行する材料試験機等のその他の材料試験機に対してこの発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１１      基台
１２      ねじ棹
１３      ナット
１４      クロスヘッド
１５      クロスヨーク
１６      ロードセル
２１      ギアボックス
２３      サーボモータ
２４      ロータリエンコーダ
３１      上つかみ具
３２      下つかみ具
５０      制御部
５１      試験情報記憶部
５２      バックラッシュ監視部
５３      バックラッシュ除去部
５８      入力部
５９      表示部
１００    試験片
【図１】
2018017578.tif 000003
【図２】
2018017578.tif 000004
【図３】
2018017578.tif 000005
【図４】
2018017578.tif 000006
【図５】
2018017578.tif 000007
【図６】
2018017578.tif 000008