(57)【要約】【課題】ロードセル等の計測器の計測精度を高める。【解決手段】入力画面上でのタッチパネル２２ａの押圧操作により、ロードセル１８の出力をキャリブレーションするための任意の基準試験力を入力する。基準試験力相当の基準分銅によりロードセル１８に試験力を負荷する。校正処理部２１ａでは、ロードセル１８の出力が基準試験力となるように校正用アンプの倍率を自動調整し、以降、この自動調整した値に基づきロードセル１８の出力から計測値を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に供される物理量を計測する計測器と、
前記計測器から出力された計測信号をキャリブレーションするための任意の基準値を入力する入力手段と、
前記計測器に前記基準値に相当する物理量を与えた状態でキャリブレーションして得られた計測値算出用の係数を設定する設定手段と、
前記計測器から出力される計測信号と予め前記設定手段で設定された係数とに基づき、前記物理量の計測値を算出する計測値算出手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の材料試験機において、
前記設定手段は、
前記計測器に前記基準値に相当する物理量を与えた状態で計測される計測値が、前記基準値に一致するように前記係数を算出する算出手段と、
前記算出手段で得られた係数を記憶領域に記憶する記憶制御手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の材料試験機において、
キャリブレーションの手順を表示モニタに表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項４】
請求項３に記載の材料試験機において、
前記入力手段は、前記表示モニタに設けられたタッチパネルであることを特徴とする材料試験機。
【請求項５】
計測器から出力された計測信号をキャリブレーションするための任意の基準値を入力する入力手順と、
前記計測器に前記基準値に相当する物理量を付与する物理量付与手順と、
前記計測器に前記物理量を付与した状態で前記計測器の出力をキャリブレーションするキャリブレーション手順とを有することを特徴とするキャリブレーション方法。
【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、とくに材料試験機に設けられる計測器のキャリブレーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばロードセルにより材料試験時の試験力を計測する場合、計測値が正しい値となるように事前にキャリブレーション（校正）を行う。キャリブレーションは、基準分銅を用いてロードセルにフルスケール相当の試験力を負荷し、そのときのロードセルの計測値がフルスケール値に致するようにアンプ倍率等を調整することで行われる。この種の材料試験機に関する先行技術文献としては以下の特許文献１記載のものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１６７４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ロードセルの出力特性は一般に非線形であるため、フルスケール相当の試験力を負荷してキャリブレーションを行ったのでは、フルスケールよりも小さい試験力の範囲において、計測値の誤差が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による材料試験機は、試験片に供される物理量を計測する計測器と、計測器から出力された計測信号をキャリブレーションするための任意の基準値を入力する入力手段と、計測器に基準値に相当する物理量を与えた状態でキャリブレーションして得られた計測値算出用の係数を設定する設定手段と、計測器から出力される計測信号と予め設定手段で設定された係数とに基づき、物理量の計測値を算出する計測値算出手段とを備えることを特徴とする。
計測器に基準値に相当する物理量を与えた状態で計測される計測値が、基準値に一致するように係数を算出する算出手段と、この算出手段で得られた係数を記憶領域に記憶する記憶制御手段とを備えることもできる。
キャリブレーションの手順を表示モニタに表示する表示手段をさらに備えることもできる。
この場合、表示モニタにタッチパネルを設け、タッチパネルにより任意の基準値を入力することもできる。
本発明によるキャリブレーション方法は、計測器から出力された計測信号をキャリブレーションするための任意の基準値を入力する入力手順と、計測器に基準値に相当する物理量を付与する物理量付与手順と、計測器に物理量を付与した状態で計測器の出力をキャリブレーションするキャリブレーション手順とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ユーザが入力した任意の基準値に相当する物理量を計測器に付与してキャリブレーションを行うようにしたので、計測器の最大誤差を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図６を参照して本発明による材料試験機の実施の形態について説明する。
図１に示す材料試験機は、材料試験機本体１０と、本体１０を駆動制御する制御系２０とで構成される。材料試験機本体１０は、ベッド１１と、このベッド１１上に設置され、供試体ＳＰを負荷するラムシリンダ装置１２と、このラムシリンダ装置１２の側方でベッド１１に立設する一対のねじ支柱１３と、このねじ支柱１３に昇降可能に保持されるクロスヘッド１４と、ラムシリンダ装置１２で昇降するテーブル１５と、このテーブル１５上に立設される一対の支柱１６と、支柱１６に横架される上部クロスヘッド１７とを備える。供試体ＳＰに負荷される試験力はロードセル１８で検出され、供試体ＳＰのストロークはストローク計１９で検出される。また、ラムシリンダ装置１２はバルブ１２ａの開閉動作で駆動制御される。
【０００８】
試験機本体１０を制御する制御系２０は、制御回路２１、入出力装置２２、増幅器２３，２５，２７、Ａ／Ｄ変換器２４，２８、Ｄ／Ａ変換器２６などを備えている。制御回路２１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路を含んで構成される。入出力装置２２は、各種試験条件やキャリブレーション（校正）の条件などを入力するタッチパネル２２ａと、試験時の各種指令を入力するスイッチ２２ｂと、供試体ＳＰの荷重−変位特性などの試験結果やキャリブレーション時の各種情報を表示する表示モニタ２２ｃとを備え、表示モニタ上にタッチパネル２２ａが設けられている。
【０００９】
データ記憶装置２９は、ハードディスクなど書き換え可能な不揮発性記憶媒体によって構成され、校正用データなどを記憶する。校正用データは、キャリブレーションを行う際にロードセル１８に負荷する試験力（基準試験力）やキャリブレーションによって得られた校正用の係数等である。データ記憶装置２９には、ロードセル１８のフルスケール（最大容量）に相当する基準試験力（例えば5000N）が初期値として記憶されているが、この基準試験力は後述するように任意の値に変更可能である。
【００１０】
制御回路２１は、ロードセル１８やストローク計１９等の計測器からの信号をキャリブレーションする校正処理部２１ａと、これらロードセル１８やストローク計１９からの信号に基づいて試験機本体１０を制御する試験機制御部２１ｂとを有する。校正処理部２１ａは、以下のように任意の基準試験力の下でキャリブレーションを行い、ロードセル１８の計測値が基準試験力に一致するように校正用の係数を設定する。
【００１１】
図２は、ロードセル１８からの信号をキャリブレーションする場合の校正処理部２１ａにおける処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばタッチパネル２２ａの操作によりキャリブレーション作業の開始指令が入力されるとスタートする。
【００１２】
ステップＳ１では、予めデータ記憶装置２９に記憶された校正用データ、例えば前回のキャリブレーションで記憶した基準試験力を読み込む。キャリブレーションを初めて行う場合には、初期値（5000N）が記憶されている。なお、データ記憶装置２９にロードセル１８のフルスケールを常に記憶し、ステップＳ１でフルスケールを読み込むようにしてもよい。
【００１３】
ステップＳ２では、表示モニタ２２ｃに基準試験力の入力画面１００を表示する。入力画面１００の一例を図３に示す。入力画面１００の表示部１０１には、ステップＳ１で読み込まれた基準試験力（5000.0N）が表示され、表示部１０２には「基準試験力を設定してください。」とのキャリブレーションの手順を示すメッセージが表示されている。
【００１４】
ステップＳ３では、入力画面上でのタッチパネル２２ａの操作により基準試験力が入力されたか否かを判定する。例えば表示部１０１を押圧操作すると画面上にテンキーが表示されるようになっており、テンキーの操作により基準試験力を入力可能である。ステップＳ３は、画面上のＯＫボタン１０３が押圧操作されるまで繰り返され、ＯＫボタン１０３が押圧操作されると基準試験力が確定する。ステップＳ４では、確定した基準試験力をデータ記憶装置２９に記憶し、キャリブレーション用の基準試験力を更新する。
【００１５】
ステップＳ５では、表示モニタ２２ｃにゼロ点調整用画面を表示する。図示は省略するが、ゼロ点調整用画面は、例えば図３の表示部１０２のメッセージ内容を変更したものであり、表示部１０２には「ゼロ点調整を行ってください。」などのメッセージが表示される。ゼロ点調整は、ロードセル１８を無負荷にした状態で行われる。
【００１６】
ステップＳ６では、ゼロ点調整が指令されたか否かを判定する。ゼロ点調整は、図３のゼロ点調整ボタン１０４の押圧操作により指令される。ゼロ点調整ボタン１０４が押圧されると、ステップＳ６が肯定されてステップＳ７に進む。
【００１７】
ステップＳ７では、表示部１０５の表示を０にするとともに、そのときのロードセル１８の出力をゼロ点信号としてメモリに記憶する。すなわち、ゼロ点調整を行う。
【００１８】
ステップＳ８では、表示モニタ２２ｃにキャリブレーション画面２００を表示する。キャリブレーション画面２００の一例を図４に示す。キャリブレーション画面２００の表示部１０１には、ステップＳ３で入力された基準試験力（5000.0N）が表示され、表示部１０２には「基準試験力を与えてください。」とのメッセージが表示されている。基準試験力は、基準分銅により与えられる。
【００１９】
ステップＳ９では、キャリブレーション指令の有無を判定する。キャリブレーション指令は、キャリブレーション画面上のＯＫボタン１０３の押圧操作により入力される。ＯＫボタン１０３が押圧されると、ステップＳ９が肯定されてステップＳ１０に進む。
【００２０】
ステップＳ１０では、ロードセル１８の出力信号を読み込み、その出力信号が基準試験力となるように校正用の係数αを設定する。例えばロードセルの校正用アンプ２３の倍率を自動調整することで係数αを設定し、ロードセル１８の出力をキャリブレーションする。さらに、アンプ２３の倍率を校正用データとしてデータ記憶装置２９に記憶する。以上で校正処理部２１ａの処理を終了する。
【００２１】
材料試験時には、ロードセル１８の出力に校正用データとしての係数αを乗じた値が、試験力の計測値として表示部１０５に表示される。試験機制御部２１ｂは、この試験力の計測値等に基づいて、予め定めた試験条件で試験が行えるように試験機本体１０を制御する。
【００２２】
以上の材料試験機によれば、ユーザが任意の基準試験力を入力してロードセル１８の出力をキャリブレーションすることができる。ロードセル１８のフルスケールＦ１よりも小さい基準試験力Ｆ２（例えばＦ２＝０．９×Ｆ１）の下でキャリブレーションを行う場合、ユーザはタッチパネル２２ａの操作により基準試験力Ｆ２を入力する。次いで、基準分銅によりロードセル１８にＦ２の試験力を負荷し、ロードセル１８の計測値がＦ２となるようにアンプの倍率を調整する。
【００２３】
これによって得られたキャリブレーション特性ｆａの一例を図５に示す。図中の特性ｆ０は、試験力とロードセル１８の計測値との関係を示す出力特性、すなわち計測結果の実測値を示す特性である。出力特性ｆ０はロードセル１８の性質上、例えば下に凸の曲線で表される。キャリブレーション特性ｆａは、０点と基準試験力Ｆ２の点Ｐの２点を結んだ直線、すなわち計測結果の理想値を示す特性である。材料試験時には特性ｆ０上の点が計測値として表示され、特性ｆａと特性ｆ０の差Δｆａが計測値の誤差となる。
【００２４】
一方、ロードセル１８のフルスケールの試験力Ｆ１でキャリブレーションを行った場合のキャリブレーション特性の一例を図６に示す。この場合のキャリブレーション特性ｆｂは、０点と基準試験力Ｆ１の点Ｐの２点を結んだ直線で表され、特性ｆｂと特性ｆ０の差Δｆｂが計測値の誤差となる。
【００２５】
図５と図６とを比較すると、誤差Δｆａの最大値は誤差Δｆｂの最大値よりも小さい。これにより試験機の等級に要求される誤差範囲内（例えば±１％以内）に計測値の最大誤差を抑えることができる。なお、基準試験力Ｆ２は、ロードセル１８の出力特性を考慮して最大誤差Δｆａが最小となるような値とすればよく、フルスケールＦ１より大きな値としてもよい。
【００２６】
以上の材料試験機によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）タッチパネル２２ａの操作によりキャリブレーション時の任意の基準試験力を入力するとともに、この基準試験力に相当する基準分銅を用いて試験力を負荷し、キャリブレーションを行うようにした。これによりロードセル１８の計測範囲内における計測値の最大誤差Δｆａを小さくすることができ、計測精度を高めることができる。また、任意の基準試験力でキャリブレーションを行うことができるので、最大容量が異なる複数のロードセル１８のキャリブレーションを行う場合であっても、共通の基準分銅を用いてキャリブレーションを行うことができ、キャリブレーションが容易である。
【００２７】
（２）表示モニタ２２ｃにキャリブレーションの手順を表示するようにしたので、基準試験力の入力忘れ等を防ぐことができる。
（３）タッチパネル２２ａの操作により基準試験力を入力し、基準試験力の入力操作に連動してキャリブレーションの手順の表示を切り換えるようにしたので（図３，４）、ユーザはキャリブレーションの手順を容易に認識することができる。
【００２８】
なお、以上では、校正処理部２１ａで校正用アンプの倍率を自動調整したが（ステップＳ１０）、手動で調整するようにしてもよく、自動調整のための算出手段および記憶制御手段は必須でない。ロードセル１８の出力をキャリブレーションする場合について説明したが、ストローク計１９や他の計測器の出力も同様にキャリブレーションすることができる。タッチパネル２２ａによりキャリブレーション用の基準値として基準試験力を入力したが、入力手段はタッチパネル以外でもよい。校正処理部２１ａで校正用の係数αを設定したが（ステップＳ１０）、設定手段はこれに限らない。設定されたアンプの倍率とロードセル１８からの出力とに基づき、試験機制御部２１ｂで試験力を算出するようにしたが、計測値算出手段の構成はこれに限らない。表示モニタ２２ｃにキャリブレーションの手順を表示するようにしたが、表示手段の構成は上述したものに限らない。基準分銅を用いて基準試験力を負荷したが、基準ループにより基準試験力を負荷してもよい。
【００２９】
上記実施の形態では、ラムシリンダを有する材料試験機について説明したが、モータにより一対のねじ棹を回転させてクロスヘッドを昇降する材料試験機や、復動式油圧シリンダにより試験片を負荷する材料試験機であってもよく、材料試験機の型式はいかなるものでもよい。
【００３０】
なお、計測器（例えばロードセル１８）からの出力信号をキャリブレーションするための任意の基準値を入力し（入力手順）、ロードセル１８に基準試験力を付与し（物理量付与手順）、基準試験力を付与した状態でロードセル１８の出力をキャリブレーションする（キャリブレーション手順）のであれば、上述した以外の手順によりキャリブレーションを行ってもよく、キャリブレーション方法は上述したものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験機およびキャリブレーション方法に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る材料試験機の全体構成を示す図。
【図２】図１の制御回路における処理の一例を示すフローチャート。
【図３】入力画面の一例を示す図。
【図４】キャリブレーション画面の一例を示す図。
【図５】本発明の実施の形態に係る材料試験機により得られるキャリブレーション特性を示す図。
【図６】従来のキャリブレーション特性を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１８  ロードセル
２１ａ  校正処理部
２１ｂ  試験機制御部
２２ａ  タッチパネル
２２ｃ  表示モニタ
２９  データ記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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