(57)【要約】【課題】破断時の試験力が適確に測定できる材料試験機を提供する。【解決手段】計測制御装置１４からのモータ制御信号１ａにより、クロスヘッド７を昇降させて試験片１１に試験力を加え、この試験力と歪みによる変位を荷重センサ１２と変位センサ１３で測定すると共に、ネジ棒５の支持柱５１に設けたカメラデバイス１６で試験片１１を撮影しその映像をモニター１７に表示する。パソコン１８の画像処理により、この映像中に設けた監視範囲内でのコントラストの変化を検知して破断検出信号１８ａを計測制御装置１４に送信してその時点での試験力を破断試験力として計測する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に試験力を負荷する試験力負荷手段と、該試験力を計測する試験力計測手段と、該試験力によって生じる試験片の伸縮変位を計測する変位計測手段とを備え、試験片が破断する時の試験力及び試験片の変位を計測する材料試験機において、試験片を撮影して映像信号に変換する撮影手段と、該映像信号を画像に変換して表示するモニターと、画像上のコントラストの変化を監視して破断箇所を自動的に検出する破断検出手段とからなる破断自動検出装置とを備えていることを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属、ゴム、食品等の試験片に対して、引張、圧縮、曲げ、引き裂き等の材料試験を行う材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、材料の有する各種の機械的強度を試験する場合の破断の検出は、リアルタイムで計測している試験片に加える試験力の一定時間内での減少量または、予め設定した基準値より試験力が下がった場合に破断したとものと見なしている。例えば、図５に示すような引張試験を行う材料試験機の場合は、計測制御装置２０からの制御信号によりモータ１を駆動し、歯車２、３、４を介してネジ棒５、６を回転してクロスヘッド７を一定速度で上昇させ、クロスヘッド７とテーブル８に係着されたつかみ具９、１０で把持した試験片１１に試験力を加える。そして、荷重センサ１２と変位センサ１３により試験力と変位を検出し、計測制御装置２０により試験片１１の変位と対応する試験力を計測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の材料試験機は、上記のように試験片に加える試験力を計測することにより破断検出を行っているが、実際に試験片が破断するタイミングに対して試験力が減少するタイミングが僅かながらずれるため、試験片が実際に破断した瞬間の試験力計測データを採ることができないという問題がある。また、試験片によってはその一部が裂けていくような破断の仕方をするものがあり、この場合には試験力の減少がゆっくりと変化するため、破断の検出点を適確に見い出し難いという問題がある。またさらに、繰り返し負荷をかけて破断試験を行う場合には、一旦負荷を緩めるような試験が繰り返し行われるが、試験力の減少が発生した際、破断検出が働いてしまい、破断試験を正常に行えなくなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、破断時点での試験力を適確に計測することができる材料試験機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の材料試験機は、試験片に試験力を負荷する試験力負荷手段と、該試験力を計測する試験力計測手段と、該試験力によって生じる試験片の伸縮変位を計測する変位計測手段と、試験片を撮影して映像信号に変換する撮影手段と、該映像信号を画像に変換して表示するモニターと、画像上のコントラストの変化を監視して破断箇所を自動的に検出する破断検出手段とからなる破断自動検出装置とを備えている。
本発明の材料試験機は上記のように構成されており、破断時での試験力を適確に計測することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明の材料試験機を詳細に説明する。図１は本発明の実施例による材料試験機の構成を示す概略構成図である。図において、従来例と同じ構成品には同一符号を付けている。本材料試験機は、図示されているようにモータ１、歯車２、３、４、ネジ棒５、６及びその支持柱５１、６１からなるクロスヘッド昇降機構とクロスヘッド７及びテーブル８に係着された、試験片１１を把持するためのつかみ具９、１０からなる試験力負荷機構と、前記クロスヘッド７上に配設され、試験片１１に加えられる試験力を検出する荷重センサ１２と、テーブル８上の支持柱５１上部に配設された、例えばエンコーダのような試験片１１の歪みによる変位を検出する変位センサ１３と、前記荷重センサ１２からの荷重検出信号１２ａ及び変位センサ１３からの変位検出信号１３ａを計測すると共に、前記試験力負荷機構にモータ制御信号１ａを出力する計測制御装置１４及びその計測値あるいは特性図（ＳＳカーブ）を表示するオペレーションパネル１５と、本発明の特徴である破断自動検出装置１９から構成されている。
【０００６】
前記破断自動検出装置１９は、前記支持柱５１の側部に取り付けられた、試験片１１を撮影し映像信号１６ａを出力するカメラデバイス１６と、該映像信号１６ａを画像に変換して表示するモニター１７および画面上の試験片１１のコントラストを監視して破断状態を検出し、破断検出信号１８ａを前記計測制御装置１４に送信するパソコン１８から構成されている。
【０００７】
図２は、前記計測制御装置１４の構成を示したもので、前記変位検出信号１３ａは、信号変換器２１により変位量に比例したディジタル信号に変換され、また荷重検出信号１２ａは、サンプリングホールド２２及びＡＤコンバータ２３により試験力に比例したディジタル信号に変換され、それぞれのディジタル信号は、前記破断検出信号１８ａと共に入力インターフェース２４を介してＣＰＵ２５ａ、ＲＡＭ２５ｂ、ＲＯＭ２５ｃからなる演算制御部２５に取り込まれ、演算処理によって計測データに変換されＲＡＭ２５ｂに記憶されるとともに、入出力インターフェース２６を介してオペレーションパネル１５に送出される。また、前記演算制御部２５から出力インターフェース２７を介してモータ１にモータ制御信号１ａが送出される。
【０００８】
前記計測制御装置１４からのモータ制御信号１ａによりモータ１を回転させると、その回転力は歯車２を介して歯車３、４に伝達され、この歯車３、４の回転軸に結合されたネジ棒５、６を回転させクロスヘッド７を昇降させる。このクロスヘッド７の直線的な昇降運動により、テーブル８とクロスヘッド７に係着されたつかみ具９、１０を介して把持された試験片１１に試験力が負荷される。この試験片１１に働く試験力はクロスヘッド７に取り付けられた荷重センサ１２によって検出され荷重検出信号１２ａとして、また、試験力に対応して変化する試験片１１の変位は、前記変位センサ１３によって検出される変位検出信号１３ａが前記計測制御装置１４に入力される
【０００９】
図３は、前記破断自動検出装置１９の構成及びその動作を説明する図である。試験片１１には、破断が生じやすいと思われる箇所を中心としてその周辺部に少なくとも２点あるいは２線以上の監視用のマーク１１ａを粘着性の接着材で接着するか、直接マーキングによりマークが付けられている。また、試験片１１の裏側には、試験片１１と対照的なコントラストを有するスクリーン１１ｂが配設されている。前記カメラデバイス１６は、例えば試験片１１を撮像するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）１６ａと、ＡＤ変換器や色分離回路等からなる公知の映像信号変換器１６ｂ等から構成されている。パソコン１８はそのメモリ（図示せず）に、画像の監視範囲１７ａを設定するための監視範囲設定プログラムと画像のコントラストの変化を検知するためのコントラスト検知プログラムからなる破断自動検出プログラムが格納されている。
【００１０】
前記カメラデバイス１６により試験片１１は撮影され、その映像がモニター１７の画面上に表示される。前記監視範囲設定プログラムは、図３に示すようにモニター１７上の試験片１１の画像上にマウスを使用して監視する範囲の位置及びその大きさを設定するもので、設定モードとして自動または手動が用意されている。手動モードを選択すると、マウスを移動してその監視範囲を設定することができ、自動モードでは、画面上の試験片１１の大きさをパソコン１８に読み込んで自動的に監視範囲を設定することができる。パソコン１８は試験片１１に接着されたマーク１１ａを監視しており、試験中、マーク１１ａの移動に追随して指定した監視範囲１７ａが自動的に拡大される。
【００１１】
前記コンストラスト検知プログラムは、前記モニター１７上に指定された監視範囲１７ａ中の画像を構成するドットのコントラストを順次走査して、コントラストの連続性をチェックするもので、指定した監視範囲１７ａ内でコンストラストが所定の大きさで急激な変化をした場合、試験片１１が破断したものと見なし、パソコン１８から破断検出信号１８ａを計測制御装置１４に送信する。
【００１２】
なお、前記カメラデバイス１６は１台で試験片１１の全てを見る場合と、試験片１１の形状が大きい場合や長い場合には２台以上を用いて、１台目は試験片１１の上部分、別の１台はその下部分というように分割して監視することもできる。また、図示しないが、カメラデバイス１６にリニアモータを固定し、支持柱５１の側部に沿って昇降可能に取り付けることにより、モニター１７の映像位置を移動させることもできる。
【００１３】
本材料試験機に試験片１１を保持して、パソコン１８により監視設定範囲及びコントラスト検知条件を設定して、前記引張試験をスタートさせると、オペレーションパネル１５上に試験力対変位特性（ＳＳカーブ）が、モニター１７画面に試験片１１の映像が表示される。試験片１１は引張試験力が増加するに従いその歪みが増大すると、図４（ａ）に示すように裂け目が発生し、さらにその裂け目が拡大すると、図４（ｂ）に示すように試験片１１の監視範囲１７ａ内にスクリーン１１ｂの映像が現れ、これが一定の面積に到達すると、パソコン１８は試験片１１が破断したものと判断し、破断検出信号１８ａが計測制御装置１４に送信され、オペレーションパネル１５上にその時点での試験力が破断試験力として表示される。
【００１４】
以上の実施例において、破断自動検出装置１９を引張試験を行う材料試験機に用いているが、このような引張試験に限定されることなく、圧縮や曲げ等その他の試験を行う材料試験機に組み込んで、破断時の適確な試験力の検出をすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明による材料試験機は、試料の映像を監視することにより、試験力が減少する前に試験片が裂け始めた点を検出することができる。また、大きな試験力がかかるような試料の場合、試料が完全に破断した時の衝撃が大きく、試料の取付け具等に負担がかかるので、その負担を軽減することができる。そして、また破断してほしい箇所以外のところで破断してしまうと正常な試験と見なせない場合に、どこで破断したかを検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による材料試験機の構成を示す概略構成図である。
【図２】実施例に係わる計測制御装置の構成図である。
【図３】実施例に係わる破断自動検出装置の構成及び監視範囲設定方法を示す図である。
【図４】試験片の変化状態を示す図である。
【図５】従来の材料試験機の構成図である。
【符号の説明】
１…モータ
１ａ…モータ制御信号
２、３、４…歯車
５、６…ネジ棒
７…クロスヘッド
８…テーブル
９、１０…つかみ具
１１…試験片
１２…荷重センサ
１２ａ…荷重検出信号
１３…変位センサ
１３ａ…変位検出信号
１４、２０…計測制御装置
１５…オペレーションパネル
１６…カメラデバイス
１６ａ…映像信号
１７…モニター
１８…パソコン
１８ａ…破断検出信号
１９…破断自動検出装置
５１、６１…支持柱
【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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