(57)【要約】【課題】ワイヤ式ストローク検出装置の持つ種々の問題を解決するストロ−ク検出装置を提供する。【解決手段】万能試験機は、試験片を上下クロスヘッド３６，３７間で把持し、一方のクロスヘッド３６が立設されたテ−ブル３４をラムシリンダ６２により昇降させて試験片を負荷する。ラム３２ａのストロ−ク量を検出するラムストロ−ク検出装置５０は、ラム３２ａの昇降に拘わらず不動の磁気スケール５２と、テ−ブル３４の移動に連動して、磁気スケール５２とは非接触で対向して磁気スケール５２との相対位置が変化するポインタ５４とを備える。ラム３２ａが移動すると、ラム３２ａの移動量に応じたストローク信号が磁気スケール５２から出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を上下治具間に把持し、一方の治具が設置されたテ−ブルをラムシリンダのラムにより昇降させて供試体を負荷する試験機に用いられ、前記ラムのストロ−ク量を検出するラムストロ−ク検出装置において、
前記ラムの昇降に拘わらず前記テーブルに対して不動の第１センサ部材と、
前記テ−ブルの移動に連動して、前記第１センサ部材に非接触で対向して第１センサ部材との相対位置が変化する第２センサ部材とを備え、
前記第１および第２のセンサ部材の相対位置変化により前記ラムの移動量に応じたストローク信号を出力することを特徴とするラムストロ−ク検出装置。
【請求項２】
請求項１のラムストロ−ク検出装置を備えた万能試験機。
【請求項３】
請求項１のラムストロ−ク検出装置を備えた圧縮試験機。
【請求項４】
請求項１のラムストロ−ク検出装置と、
治具で把持される供試体を自動交換する供試自動体交換機と、
供試体を判定し、前記ラムストローク検出装置の検出信号に基づいて前記ラムの位置を制御することにより前記供試体に適した位置へ前記治具を設定し、このように設定された治具間に前記供試自動体交換機で前記供試体をセットして治具で把持し、その後、前記治具で把持した供試体を前記ラムで負荷する一連の手順を、異なる長さの供試体に対して繰り返し行うコントローラとを備えることを特徴とする万能自動試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、材料試験機に用いられる負荷アクチュエータのストロ−ク量を検出するストロ−ク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
万能試験機は、テ−ブル上に立設される一対の支柱に横架された上部クロスヘッドと、テ−ブルを貫通して立設される一対のねじ棒に螺合された下部クロスヘッドとの間にチャックを介して供試体を把持し、ラムシリンダでテ−ブルを昇降させて上部クロスヘッドを上下方向に移動させて供試体に負荷を与えるものである。このような試験機では、ラムシリンダを一定の速度でストロ−クさせる定速制御試験を行なうため、ラムストロ−ク検出装置によりラムシリンダのストロ−ク量を検出する。
【０００３】
この種のラムストロ−ク検出装置として、実公平４−２１０９１号公報に開示されているものが知られている。この装置は、一端がテ−ブルに固定され他端がテ−ブルとともに昇降する保持部材に固定されたワイヤと、このワイヤの保持部材側の連結点に介装される緩衝用弾性体と、ワイヤが巻回されワイヤの移動に伴い回転するプ−リと、このプ−リの回転を検出してラムストロ−クを検出するロータリエンコーダとを備える。
【０００４】
【特許文献１】
実公平４−２１０９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のストローク検出装置では次のような問題がある。
（１）供試体が破断する際のショックでワイヤが切れることがある。
（２）ワイヤのテンションが緩むとプーリが空回りしてストローク量の精度が低下する。そのため、同一形状の供試体を多数同一条件で試験する場合、試験開始時のストローク計の出力値を毎回、ゼロリセットする作業が不可欠である。
（３）プーリの外径寸法により検出精度が左右される。
（４）ワイヤの線径も検出精度に影響を与える。
【０００６】
本発明は、ワイヤ式ストローク検出装置で顕在化する上記問題を解決するストロ−ク検出装置を提供するものである。
また本発明は、このストローク検出装置を搭載した各種試験機を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、供試体を上下治具間に把持し、一方の治具が設置されたテ−ブルをラムシリンダのラムにより昇降させて供試体を負荷する試験機に用いられ、ラムのストロ−ク量を検出するラムストロ−ク検出装置に適用される。このラムストローク検出装置は、ラムの昇降に拘わらずテーブルに対して不動の第１センサ部材と、テ−ブルの移動に連動して、第１センサ部材に非接触で対向して第１センサ部材との相対位置が変化する第２センサ部材とを備え、第１および第２のセンサ部材の相対位置変化によりラムの移動量に応じたストローク信号を出力することを特徴とする。
このようなラムストロ−ク検出装置を万能試験機やコンクリートなどの圧縮試験機に搭載することができる。
請求項４の発明は、請求項１のラムストロ−ク検出装置と、治具で把持される供試体を自動交換する供試自動体交換機と、供試体を判定し、ラムストローク検出装置の検出信号に基づいてラムの位置を制御することにより供試体に適した位置へ治具を設定し、このように設定された治具間に供試自動体交換機で供試体をセットして治具で把持し、その後、治具で把持した供試体をラムで負荷する一連の手順を、異なる長さの供試体に対して繰り返し行うコントローラとを備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１〜図２に基づいて本発明による材料試験機を万能試験機に適用した第１の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１は万能試験機の構成を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）がそのｂ−ｂ線断面図である。ベッド３１上にはラムシリンダ３２が設置されるとともに、一対のねじ棒３３が立設され、ラム３２ａの端面に固着されたテーブル３４には一対の支柱３５が立設されている。一対の支柱３５の上端には上部クロスヘッド３６が架設され、一対のねじ棒３３には、下部クロスヘッド３７が、その内部に設けられた一対のナット（不図示）を介して螺合されている。上部クロスヘッド３６は、ラムシリンダ３２の伸縮によりテーブル３４，支柱３５と一体に上下動可能であり、下部クロスヘッド３７は、ねじ棒３３あるいはナットの回転により上下動可能とされている。また、上下クロスヘッド３６，３７には、上部チャック３８および下部チャック３９がそれぞれ対向して取付けられ、試験片ＴＰの両端が上下チャック３８，３９にそれぞれ把持される。
【００１０】
ラムシリンダ３２はシリンダ室３２ｂに圧油を供給するとラム３２ａが伸長し、これによりテ−ブル３４，支柱３５，上部クロスヘッド３６が一体に上昇して試験片ＴＰに負荷が加わる。その負荷荷重は、圧力センサ４０によりシリンダ室３２ｂの圧力を検出することにより測定され、例えばデジタル表示される。図３（ａ）はラム３２ａが完全に収縮し、試験片ＴＰの負荷が零の状態を示す。このときシリンダ室３２ｂには、テーブル３４，支柱３５，上部クロスヘッド３６の重量分の圧力が作用し圧力センサ４０が所定の圧力信号を出力するが、このとき表示器が零を表示するように零点を調節する。
【００１１】
また、ベッド３１とテ−ブル３４との間には、図２に示すようなラムストロ−ク検出装置５０が設けられている。
【００１２】
図２において、ベッド３１に立設されたスタンド５１の側面には磁気スケール５２が取り付けられている。一方、テ−ブル３４の下面には、スタンド５１に沿った状態でポインタ取付板５３が吊持されるとともに、その先端にポインタ５４が取り付けられている。テ−ブル３４の昇降に伴ってポインタ５４が昇降すると、ポインタ５４と磁気スケール５２との相対位置に応じたストローク信号が出力される。このストローク信号を不図示の制御装置に出力し、これによりラム３２ａのストロ−ク量が検出される。図２において、（ａ）がラム３２ａの最大伸長状態を、（ｂ）がラム３２ａの最小収縮状態を示す。
【００１３】
上部クロスヘッド３６を一定の速度で上昇させる定速制御試験を行なうにあたり、まず、一対のねじ棒３３またはねじ棒３３に螺合された下部クロスヘッド３７内のナット（不図示）を回転させて下部クロスヘッド３７を位置調整し、その位置で試験片ＴＰの両端を上下チャック（上下治具）３８，３９に把持する。ラム３２ａを一定の速度でストロ−クさせるべくラムシリンダ３２に圧油を供給すると、ラム３２ａが伸長しテ−ブル３４，支柱３５，上部クロスヘッド３６が一体に上昇する。これにより、試験片ＴＰに引張荷重が作用する。
【００１４】
このとき、テ−ブル３４に吊持されたポインタ取付板５３が上昇し、磁気スケール５２と相対移動して、その相対位置に応じたストローク信号が不図示の制御装置に入力される。これによりラム３２ａのストロ−ク量が測定される。制御装置は、この測定結果に基づいてラム３２ａが一定の速度でストロ−クするようにラムシリンダ３２に供給する圧油の量を制御する。
【００１５】
このように、非接触の磁気式ストローク検出装置５０でラム３２ａのストローク量を検出することにより、次のような作用効果を得ることができる。
（１）ポインタ５４と磁気スケール５２は非接触であり、供試体が破断する際のショックで瞬間的に相対位置が変化してもポインタ５４や磁気スケール５２が破損するおそれがない。
【００１６】
（２）供試体破断時に瞬間的にポインタ５４と磁気スケール５２が相対変化しても、所定時間経過すると破断時の相対位置へ復帰するから、破断時のラム３２ａの位置を正確に計測できる。
【００１７】
（３）供試体の破断によってポインタ５４と磁気スケール５２の取付位置関係がずれることがないから、テーブル３４が同一位置であれば、ストローク検出信号も同一である。その結果、同一形状の供試体を多数同一条件で試験する場合、試験開始時のストローク計の出力値を毎回、ゼロリセットする作業が不要となる。
【００１８】
（４）ワイヤによるストローク検出装置を使用する場合は、初期位置などの特定位置検出用にリミットスイッチを設けることがあったが、この実施の形態によれば、テーブル３４の特定位置を検出するリミットスイッチが不要となる。また、上記初期位置以外に最大ストローク位置など別の位置検出が必要な場合には、それらの位置に応じた数のリミットスイッチが必要であったが、この実施の形態によれば、ストローク検出信号によりテーブルの種々の位置を任意に特定できる。その結果、テーブル３４の特定位置検出用リミットスイッチを不要にできる。
【００１９】
−第２の実施の形態−
図３は第２の実施の形態によるコンクリート、モルタル、石材などの圧縮試験機の構成図である。負荷枠６１の下ベース６１ａにラムシリンダ装置６２が設置されている。ラムシリンダ装置６２のラム６２ａの上端にはテーブル６３が設けられている。テーブル６３の上面に下圧盤６４が設置され、負荷枠５１の上ベース６１ｂの下面に上圧盤６５が設置されている。上下圧盤６４と６５との間に円柱状のコンクリート供試体ＣＲが挟持される。テーブル６３と下ベース６１ａとの間には図２で説明した磁気式ストローク検出装置５０が設けられている。
【００２０】
コンクリート供試体ＣＲの圧縮試験に際しては、上圧盤６５が供試体ＣＲの上面と数ｍｍ、例えば５ｍｍ〜８ｍｍ程度間隔を空けた状態を初期位置とし、ラム６２ａを上昇させて圧縮試験を行う。圧縮速度は１ｍｍ／１分程度であり、上圧盤６５が供試体ＣＲと接触し始めるまでに５分〜８分程度時間を要する。コンクリート供試体ＣＲは、たとえば直径１００ｍｍ、長さ２００ｍｍと規格化されているが、長さは±数ｍｍの公差がある。このため、短めに製作された供試体の場合、供試体ＣＲと上圧盤６５の間隔が広くなり、圧縮開始までの時間が長くなるので、この間隔を低減して試験時間を短縮することが要求される。そのため、供試体毎にテーブル６３の初期位置も±数ｍｍで調整する必要がある。
【００２１】
例えば、供試体ＣＲが最大２１０ｍｍ、最小１９０ｍｍとなると仮定する。例えば、供試体ＣＲを上下圧盤６４，６５間にセットするときのテーブル６３の基準初期位置を、最大２１０ｍｍに対して決定してコントローラ（不図示）に設定しておく。このとき、上圧盤６５と供試体ＣＲ上面との間に５ｍｍの隙間が設定されると仮定する。試験に先立って供試体ＣＲの長さを予め測定し、不図示のコントローラに入力する。測定値が１９０ｍｍとすると、コントローラは、基準初期位置を設定した供試体最大長２１０ｍｍと１９０ｍｍとの差分である２０ｍｍだけ基準初期位置を大きくする。そして、磁気式ストローク装置５０の検出値がこの基準位置になるようにラム６２ａを駆動する。すなわち、ラム６２ａを２０ｍｍ伸長させる。このとき、上記間隔は５ｍｍとなる。これにより、テーブル６３の初期位置を任意に変更することができ、常に、供試体の長さが異なっても供試体上面と上圧盤との間の距離を一定値で圧縮試験を開始できる。
【００２２】
−第３の実施の形態−
第１の実施の形態の万能試験機を自動試験機として使用する場合、すなわち、試験片をロボットにより自動交換する方式を採用する場合、種々の長さの試験片に対して連続して試験を行う。この場合、試験片を上下治具に把持するための取付位置は試験片の長さに応じて異なる。そこでコントローラは、予め試験片ごとに取付位置、すなわちラム３２ａの初期位置を設定する。そして、連続試験の処理アルゴリズムには、試験片の特定、試験片ごとのラム初期位置、特定された試験片の試験本数、試験速度を含む試験条件、試験順序などを記述する。以下の説明では、第１番目の試験片グループ〜第ｍ番目の試験片グループのそれぞれのグループはｎ本の試験片を有し、グループ間の試験片長さは異なるものとする。
【００２３】
このような自動機の構成を図４に示し、処理手順を図５のフローチャートに示す。図４において、自動機は、コントローラ７１と、ラムストローク検出装置５０と、圧力センサ４０と、ラム制御弁７２と、試験片自動交換機（ロボット）７３と、上下治具開閉装置７４とを主に備えている。ラム制御弁７２は、予め設定されたラム位置となるように、ラムストローク検出装置５０でラム位置を検出しながらラム３２ａの伸縮位置を制御する油圧制御弁である。ロボット７３は、試験片を把持し、その上下端部を上下治具３８，３９間に挿入セットするための搬送ロボットである。ロボット７３で試験片を上下治具間にセットしたとき、上下治具開閉装置７４により上下治具３８，３９の把持具を開閉駆動する。治具３８，３９が空圧チャックであれば、開閉装置７４は空圧開閉弁である。
【００２４】
コントローラ７１で自動試験用プログラムを実行することにより図５のフローチャートで示す処理が行われる。コントローラ７１は、連続試験の開始が指示されると（ステップＳ１）、試験片を判定し（ステップＳ２）、判定した試験片に対するテーブル初期位置と試験条件を読み出す（ステップＳ３）。ついで、テーブル３４を初期位置へ駆動し（ステップＳ４）、ロボット７３により試験片を上下治具間にセットし、上下治具開閉装置７４により上下治具３８，３９の把持具を駆動して試験片を把持する（ステップＳ５）。
【００２５】
試験条件に従ってラム３２ａを駆動して試験片を負荷する（ステップＳ６）。試験片の破断が検出されるまでステップＳ７が否定され、ステップＳ６が繰り返される。そして、破断を検出したら（ステップＳ７が肯定判定）ラム３２ａを停止し（ステップＳ８）、ロボット７３により試験片を除去する（ステップＳ９）。その後、ｎ本の同一の試験片グループの試験が終了していると判定されなければ（ステップＳ１０が否定判定）ステップＳ４に戻る。ｎ本の同一の試験片グループの試験が終了と判定すると（ステップＳ１０が肯定判定）、次の試験片グループが存在するか判定し（ステップＳ１１）、存在すればステップＳ２に戻る。存在しなければ図４の処理を終了する。
【００２６】
以上のように、上述した磁気非接触式ストローク検出装置５０からのストローク検出信号はラム３２ａの位置を正しく検出することができる。その結果、種々の長さの試験片に対する初期位置を予めコントローラに設定しておけば、初期位置検出用のリミットスイッチを複数個設けることなく、試験片ごとに異なる試験片セット位置へラム３２ａを位置決めすることができる。したがって、万能材料試験機を自動機として使用することができる。
【００２７】
なお、従来のワイヤ式ストローク検出装置を使用している場合は、上述したように、試験片破断時にプーリが不所望に空回りすることがあり、ロータリエンコーダの出力信号がラムの伸縮位置を正確に示すとは限らない。そのため、試験片セット位置へラムを正しく位置決めするために、種々の長さの試験片ごとにリミットスイッチを設ける必要があり、試験片セット、試験、試験片除去、試験片セット、試験……を繰り返す連続自動試験には事実上適用することが難しかった。
【００２８】
以上の実施の形態では、ポインタ５４をテーブル３４とともに移動するようにしたが、ポインタ５４を不動とし、磁気スケール５２をテーブル３４とともに移動するようにしても良い。また、以上のストローク検出装置では、磁気を利用し、第１センサ部材をポインタ５４，第２センサ部材を磁気スケール５２で実現するようにしたが、光を用いた光電非接触式ストローク検出装置を使用してよい。この場合、投光素子をテーブル３４とともに移動させ、ベッド３１側に固定したブラケットに受光素子を設置しても良い。受光素子をテーブル３４ととも移動させ、投光素子を不動としても良い。この他、ストローク検出装置を構成する第１センサ部材および第２センサ部材が非接触であれば、検出方式はどのような方式でも良い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ストローク検出装置を互いに非接触の第１および第２のセンサ部材で構成したので、例えば試験片破断による衝撃力が作用しても第１および第２のセンサ部材の相対位置が変化しないので、ストローク検出装置の検出信号の精度が悪化することがない。そのため、このようなストローク検出装置を万能試験機に搭載すれば、異なる長さの供試体を試験機に自動搬送しつつ連続して試験を行う場合、複数のリミットスイッチを使用する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は万能試験機の正面図、（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図
【図２】ラムストロ−ク検出装置の正面図
【図３】コンクリート圧縮試験機の正面図
【図４】自動機の構成例を示す図
【図５】処理手順例を示すフローチャート
【符号の説明】
３１：ベッド                    ３２：ラムシリンダ装置
３２ａ：ラム                      ３４：テ−ブル
５０：ラムストロ−ク検出装置    ５２：磁気スケール
５４：ポインタ
６２：ラムシリンダ装置        ６２ａ：ラム
７１：コントローラ            ７３：ロボットｓ
ＴＰ：試験片                    ＣＲ：コンクリート試験片
【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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