(57)【要約】【課題】絶対位置センサや絶対位置を検出できるタイプのモータを用いることなく、従ってコストアップを実質的に伴うことなく、モータの絶対回転位置、ひいては負荷機構の絶対位置に係る情報をもつことのできる材料試験機を提供する。【解決手段】負荷機構１３，１４の駆動用のモータ１４ａに付属のエンコーダ１８から出力されるＺ相信号が変化するごとに、その変化の向きとモータの回転の向きを不揮発性メモリ２６に記憶するとともに、その不揮発性メモリ２６には、あらかじめＺ相の変化点と関連づけてモータ１４ａの絶対回転位置情報を記憶しておき、試験機の電源がＯＮになった時点で、不揮発性メモリ２６に記憶されているＺ相の変化点にまでモータ１４ａを自動的に駆動し、以後、このＺ相信号の変化点に対応する絶対回転位置情報を起点としてエンコーダ２６からのＡ相，Ｂ相信号をカウントすることで、そのカウント値をモータ１４ａの絶対回転位置情報とする。【選択図】図２
2008089442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源とする負荷機構の駆動により試験片に負荷を加えるとともに、上記モータに付属のエンコーダから出力されるＡ相、Ｂ相信号のカウント値をモータ回転位置情報として用いて当該モータを制御する制御手段を備えた材料試験機において、
上記モータの回転中に上記エンコーダから出力されるＺ相信号がＨレベルとＬレベル間で変化するごとに、その変化の向きとモータの回転の向きとともに当該モータの回転位置情報を記憶する不揮発性メモリを備えるとともに、上記制御手段は、当該試験機の電源ＯＮ時に、前回の電源ＯＦＦ時に記憶しているＺ相信号の変化点まで上記モータを自動的に駆動し、以後、当該Ｚ相信号の変化点におけるモータの回転位置情報を絶対位置情報として用いる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】
本発明は材料試験機に関し、更に詳しくは、モータを負荷機構の駆動源とする材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料試験機においては、一般に、負荷機構の駆動により試験片に負荷を加え、その負荷により試験片に作用する試験力をロードセルによって検出したり、あるいは負荷機構の位置情報を刻々と検出し、これらの検出結果を用いて、試験力制御、負荷速度制御、あるいは負荷機構の変位制御のいずれかのもとに選択的に負荷機構をフィードバック制御する。  
【０００３】
このような材料試験機における負荷機構としては、テーブル上に２本のねじ棹を回転自在に設け、その各ねじ棹にそれぞれナットを介してクロスヘッドの両端を支持するとともに、各ねじ棹をモータによって回転させることにより、クロスヘッドをテーブルに対して接近／離隔させる構造のものが知られており、この負荷機構の制御は、試験片に作用する試験力を検出するロードセルの出力、あるいは負荷機構の刻々の位置情報のうち、制御量として選択されているものを、あらかじめ設定されている目標値にフィードバックすることによって行われる。そして、このフィードバック制御は、ＣＰＵを主体とした制御装置によりデジタル的に行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
以上のようなＣＰＵを主体とする制御装置により負荷機構のモータを制御する具体的な構成としては、図３に要部ブロック図を示すものが多用されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
この図３の例は、パルス駆動タイプのモータドライバ３２を用いる例であり、その駆動パルスをＣＰＵ・ＦＰＧＡ等を主体とする制御部３１から供給する。エンコーダ３４はモータ３３の回転数に応じたＡ相、Ｂ相のパルス信号を発生し、そのＡ相、Ｂ相のパルス信号はモータドライバ３２にフィードバックされると同時に、Ａ相Ｂ相カウンタ３５によって計数され、その計数結果（移動カウント値）は制御部３１に取り込まれる。制御部３１では、そのカウント値を負荷機構の位置情報として用い、モータ３３の速度制御（負荷機構の変位制御）を行う場合には、上記のカウント値をあらかじめ設定されている目標値と比較し、これら両者の偏差に応じてモータドライバ３２に供給すべき駆動パルスのレートを逐次計算し、モータの回転角と回転速度の制御を行っている。
【０００６】
また、試験機によっては、従来、図４に要部ブロック図示すように、不揮発性メモリ３６を備えたものもあり、この不揮発性メモリ３６に、通常、試験の条件や試験機の設定等を保存・記憶している。
【特許文献１】特開２００２−３５７５２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８１０８号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の材料試験機においては、試験機の電源が投入されたときのモータ位置を原点として制御を行っており、モータの絶対回転位置についての情報をもっていない。絶対位置を検出する必要がある場合は、絶対位置センサを試験機のモータ以外の場所に設けるか、あるいは、絶対位置を検出することのできるタイプのモータを使用する必要がある。
【０００８】
図４に示す不揮発性メモリを備えた試験機においては、モータの回転位置情報を不揮発性メモリに保存すればモータの絶対回転位置、つまり負荷機構の絶対位置を記憶させることができるが、試験機の電源をＯＦＦにしたとき、モータの回転位置は微小ではあるものの変化する可能性があり、保存したデータは電源のＯＮとＯＦＦを繰り返すことによって徐々にずれてしまうことが判っている。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、絶対位置センサや絶対位置を検出できるタイプのモータを用いることなく、従ってコストアップを実質的に伴うことなく、モータの絶対回転位置、従って負荷機構の絶対位置に係る情報をもつことのできる材料試験機の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、モータを駆動源とする負荷機構の駆動により試験片に負荷を加えるとともに、上記モータに付属のエンコーダから出力されるＡ相、Ｂ相信号のカウント値をモータ回転位置情報として用いて当該モータを制御する制御手段を備えた材料試験機において、上記モータの回転中に上記エンコーダから出力されるＺ相信号がＨレベルとＬレベル間で変化するごとに、その変化の向きとモータの回転の向きを記憶する不揮発性メモリを備えるとともに、その不揮発性メモリには、あらかじめＺ相の変化点と関連づけて上記モータの絶対回転位置情報を記憶しておき、上記制御手段は、当該試験機の電源ＯＮ時に、前回の電源ＯＦＦ時に記憶しているＺ相信号の変化点まで上記モータを自動的に駆動し、以後、当該Ｚ相信号の変化点に対応するモータの絶対回転位置情報を起点として上記Ａ相、Ｂ相信号のカウント値をモータの絶対回転位置情報として用いることによって特徴付けられる。
【００１１】
本発明は、モータに付属のエンコーダが通常に有しているＺ相信号が、一般にモータの半回転当たりにＨ（ハイ）レベルとＬ（ロー）レベルが交互に現れること、換言すればモータの１回転当たりに１回の状態変化しかしないことを利用して、あらかじめモータの絶対位置情報をＺ相の変化点と関連づけて不揮発性メモリに記憶するとともに、モータの駆動時にはＺ相信号の変化点を不揮発性メモリに記憶し、電源ＯＮ時にそのＺ相信号の変化点を基準としてモータの絶対回転位置情報を検出することで、課題を解決しようとするものである。
【００１２】
すなわち、本発明においては、モータに付属のエンコーダから出力されるＺ相信号の変化点を、その変化の向き、つまりＨレベルからＬレベルに変化したのか、あるいは、ＬレベルからＨレベルに変化したのか、および、その時点におけるモータの回転の向きを記憶する。そして、電源ＯＮ時には、不揮発性メモリに記憶しているＺ相信号の変化点、つまり電源ＯＦＦ時の直前に記憶したＺ相信号の変化点にまで自動的にモータを駆動し、その位置に対応する絶対位置情報を読み出し、以降、その位置を起点としてＡ相、Ｂ相信号のカウント値をモータの絶対回転位置情報とすることで、電源ＯＮ／ＯＦＦを繰り返しても絶対位置情報がずれてしまうことをなくすることができる。
【００１３】
Ａ相，Ｂ相信号は、通常、モータの１回転当たりに数千パルス程度の状態変化があるのに対し、Ｚ相信号は前記したようにモータ１回転当たりに１回の状態変化しか生じず、従って電源ＯＦＦ時にＡ相，Ｂ相が数パルス分あるいは数十パルス分のずれが生じる可能性があるのに対し、Ｚ相信号が状態変化する可能性は極めて少なく、電源ＯＦＦ時に記憶したＺ相の変化点は、電源ＯＮ時に確実に捕らえることができる。よって、電源ＯＮ時に不揮発性メモリに記憶されているＺ相の変化点にまでモータを自動的に駆動するとともに、あらかじめ不揮発性メモリに記憶している絶対回転位置情報のなかから、その変化点に対応する絶対回転位置情報読み出し、以降、その変化点を起点としてＡ相，Ｂ相信号のカウント値を絶対回転位置情報とすることにより、誤差のない絶対回転位置情報をもつことが可能となる。なお、万が一電源ＯＦＦ状態でＺ相の状態が変化した場合には、その旨を報知すればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、絶対位置センサや絶対位置を検出するモータを用いることなく、モータに付属しているエンコーダの出力に含まれるＺ相信号を利用することにより、コストアップを伴うことなくモータの絶対回転位置情報、ひいては負荷機構の絶対位置情報をもつ材料試験機が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。また、図２はその制御装置による負荷機構のモータ制御に関連する構成を抽出して示すブロック図である。
【００１６】
試験機本体１は、テーブル１１上に２本のねじ棹１２ａ，１２ｂを回転自在に配置し、その各ねじ棹１２ａ，１２ｂにクロスヘッド１３の両端部をナット１３ａ，１３ｂを介して支持した構造を有し、各ねじ棹１２ａ，１２ｂは、モータ１４ａおよび伝達機構１４ｂからなる駆動装置１４によって回転が与えられ、これによってクロスヘッド１３がテーブル１１に対して接近／離隔するように移動する。
【００１７】
この図１に示す試験機本体１は、引張試験を行うための設定がなされており、テーブル１１およびクロスヘッド１３にそれぞれ掴み具１５ａ，１５ｂが対向するように取り付けられ、これらの掴み具１５ａ，１５ｂに試験片Ｗの両端部を把持した状態でクロスヘッド１３を上昇させることによって、試験片Ｗに引張荷重が加えられる。
【００１８】
試験片Ｗに作用する試験力はクロスヘッド１３と上側の掴み具１５ｂとの間に介在配置されたロードセル１６によって検出され、また、試験片Ｗの伸びは試験片Ｗに装着された伸び計１７によって検出される。更に、モータ１４ａにはエンコーダ１８が取り付けられており、このエンコーダ１８によってモータ１４ａの刻々の回転位相が検出される。これらの各検出出力はそれぞれ制御装置２に取り込まれる。
【００１９】
制御装置２は、図２に示すように、ＣＰＵとＲＯＭ、ＲＡＭ等のその周辺機器、およびＦＰＧＡからなる制御部２１と、モータ１４ａに対して駆動信号を供給するモータドライバ２２、モータ１４ａのエンコーダ１８からのＡ相，Ｂ相信号をカウントするＡ相Ｂ相カウンタ２５、および不揮発性メモリ２６を主体として構成されている。
【００２０】
Ａ相Ｂ相カウンタ２５によるＡ相，Ｂ相信号のカウント値は制御部２１に取り込まれ、モータ１４ａの回転位置情報として、その回転角と回転速度の制御に供される。
【００２１】
一方、エンコーダ１８から出力されるＺ相信号は制御部２１に一旦取り込まれ、そのＺ相信号の状態変化があるごとに、その変化の向き（ＨレベルからＬレベルへの変化か、ＬレベルからＨレベルへの変化か）と、その変化時におけるモータ１４ａの回転の向きからなる付帯情報とともに不揮発性メモリ２６に逐次書き込まれていく。そして、この不揮発性メモリ２６に書き込まれているＺ相信号の変化点とその付帯情報は、以下に示すようにＡ相，Ｂ相信号のカウント値をモータ１４ａの絶対回転位置情報とするための情報として用いられる。また、不揮発性メモリ２６には、試験機の出荷時等においてモータ１４ａの絶対回転位置情報がＺ相信号と関連づけて書き込まれている。
【００２２】
次に、以上の本発明の実施の形態の作用を述べる。
まず、試験機の出荷前に、クロスヘッド１３の絶対位置を出荷用の位置計測装置により計測し、不揮発性メモリ２６に絶対位置の数値をセットする。次に、モータ１４ａを回転駆動し、Ｚ相信号の変化のあった点でモータ１４ａの回転の向きと、Ｚ相信号の変化の向き、つまりＨレベルからＬレベルに変化したのか、あるいは、ＬレベルからＨレベルへと変化したのかの情報、および、各変化点における絶対位置を不揮発性メモリ２６に書き込む。
【００２３】
出荷して据え付けた後は、前記したようにモータ１４ａの駆動時に、上記と同様にＺ相信号が変化するごとに、上記した付帯情報とモータ１４ａの回転の向きが不揮発性メモリ２６に逐次書き込まれる。そして、試験機の電源がＯＦＦにされた後、電源がＯＮになったとき、以下の初期化処理が行われる。
【００２４】
まず、不揮発性メモリ２６に保存されているＺ相の状態、つまり電源ＯＦＦになった時点でのＺ相の状態（ＨかＬか）と、その時点でのＺ相の状態が一致しているか否かを判別する。状態が一致していれば、保存されている回転の向きと逆向きにモータ１４ａをゆっくりと回転させ、Ｚ相の変化点で停止する。そのＺ相の変化点で停止状態のモータ１４ａの絶対回転位置として、あらかじめ不揮発性メモリ２６に記憶している絶対位置を制御部２１に含まれるＲＡＭ等の揮発性のメモリにセットする。以降、そのモータ１４ａの位置とセットされた絶対回転位置を起点として、Ａ相，Ｂ相信号を計数して加算もしくは減算することで、そのカウント値を絶対回転位置情報として用いることができる。
【００２５】
電源ＯＮ時のＺ相の状態が、不揮発性メモリ２６に保存している状態と異なる場合にはエラーメッセージを発して、初期位置がずれたことをオペレータに知らせる。このエラーメッセージにより、必要に応じて前記した出荷前の操作を行って絶対位置情報を書き込む操作を行うことで、試験中に再び絶対位置情報を得ることが可能となる。
【００２６】
以上の本発明の実施の形態において特に注目すべき点は、材料試験機に絶対位置情報を検出するためのハードウエアが不要である点であり、ハードウエアの構成は図４に示した従来のものと同等ですみ、従って殆どコストアップを伴うことなく、電源のＯＮ／ＯＦＦに係わらず、基本的には常に負荷機構のモータ１４ａの絶対回転位置情報をもたせることのできる材料試験機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における制御装置による負荷機構のモータ制御に関連する構成を示すブロック図である。
【図３】従来の材料試験機における負荷機構のモータ制御に関連する構成を表すブロック図である。
【図４】同じく従来の材料試験機における負荷機構のモータ制御に関連する他の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  試験機本体
１１  テーブル
１２ａ，１２ｂ  ねじ棹
１３  クロスヘッド
１３ａ，１３ｂ  ナット
１４  駆動機構
１４ａ  モータ
１４ｂ  伝達機構
１５ａ，１５ｂ  掴み具
１６  ロードセル
１７  伸び計
１８  エンコーダ
２  制御装置
２１  制御部
２２  モータドライバ
２５  Ａ相Ｂ相カウンタ
２６  不揮発性メモリ
Ｗ  試験片
【図１】
2008089442.tif 000003
【図２】
2008089442.tif 000004
【図３】
2008089442.tif 000005
【図４】
2008089442.tif 000006