【手続補正書】
【提出日】平成21年12月9日(2009.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータによってワークに繰り返し荷重を加える疲労試験装置であって、
少なくとも一周期分の入力波形データを入力する波形データ入力手段と、
前記入力波形データをスペクトルに変換する演算を行い初期スペクトルデータを生成する第１のスペクトル演算手段と、
周波数ごとに定められた補正係数を前記初期スペクトルデータの各スペクトル成分に乗じて第１のスペクトルデータを生成するスペクトルデータ補正手段と、
前記第１のスペクトルデータを逆変換して得られる試験用波形データに基づいてテスト用ワークを変形させるワーク試験手段と、
前記ワーク試験手段によって加えられるテスト用ワークの変形量の変動を示す出力波形データを取得する出力波形データ取得手段と、
前記出力波形データに基づいて前記テスト用ワークの変形量の変動波形のスペクトルを演算して第２のスペクトルデータを得る第２のスペクトル演算手段と、
前記初期スペクトルデータ及び前記第２のスペクトルデータに基づいて前記補正係数の修正が必要か否かを判定する修正判定手段と、
前記補正係数の修正が必要と判定されたときに、前記初期スペクトルデータ及び前記第２のスペクトルデータの対応する周波数のスペクトル成分に基づいて、該補正係数を修正する補正係数修正手段と
を備え、
前記補正係数が修正されたときに、該修正された補正係数を用いて得られる前記試験用波形データに基づいてテスト用ワークの再試験を行い、
前記補正係数の修正が不要と判定されたときに、該補正係数を用いて得られる前記試験用波形データに基づいてワークの疲労試験を行う
ことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項２】
前記修正判定手段は、前記初期スペクトルデータの各周波数のスペクトル成分を前記第２のスペクトルデータの対応する周波数のスペクトル成分で割った値が所定の範囲内に納まっているかどうかに基づいて、各周波数の補正係数の修正が必要であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１記載の疲労試験装置。
【請求項３】
前記補正係数修正手段は、前記初期スペクトルデータの各周波数のスペクトル成分を前記第２のスペクトルデータの対応する周波数のスペクトル成分で割った値を、該対応する周波数の補正係数に乗じることによって、該補正係数の修正を行う、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の疲労試験装置。
【請求項４】
前記所定の範囲は０．９５から１．０５の間である、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の疲労試験装置。
【請求項５】
前記所定の範囲は０．９９から１．０１の間である、
ことを特徴とする請求項４に記載の疲労試験装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のスペクトル演算手段は、離散フーリエ変換によってスペクトルを演算する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の疲労試験装置。
【請求項７】
前記疲労試験装置が前記ワークにねじり荷重を加えるねじり試験装置であり、
前記該ワークの変形量が該ワークのねじり角度である、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の疲労試験装置。
【請求項８】
前記疲労試験装置が、送りねじ機構を介して前記ワークに引張、圧縮又は曲げ荷重を加える万能試験装置であり、
前記送りねじ機構によって駆動される、前記ワークを保持するアダプタを更に備え、
前記アダプタの変位量を前記ワークの変形量とする、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の疲労試験装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のスペクトル演算手段は、前記入力波形データや前記出力波形データからスペクトルを演算する前に、波形データの高周波成分のカットを行う、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の疲労試験装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明により、サーボモータによってワークに繰り返し荷重を加える疲労試験装置が提供される。本発明の疲労試験装置は、少なくとも一周期分の入力波形データを入力する波形データ入力手段と、入力波形データをスペクトルに変換する演算を行い初期スペクトルデータを生成する第１のスペクトル演算手段と、周波数ごとに定められた補正係数を初期スペクトルデータの各スペクトル成分に乗じて第１のスペクトルデータを生成するスペクトルデータ補正手段と、第１のスペクトルデータを逆変換して得られる試験用波形データに基づいてテスト用ワークを変形させるワーク試験手段と、ワーク試験手段によって加えられるテスト用ワークの変形量の変動を示す出力波形データを取得する出力波形データ取得手段と、出力波形データに基づいてテスト用ワークの変形量の変動波形のスペクトルを演算して第２のスペクトルデータを得る第２のスペクトル演算手段と、初期スペクトルデータ及び第２のスペクトルデータに基づいて補正係数の修正が必要か否かを判定する修正判定手段と、補正係数の修正が必要と判定されたときに初期スペクトルデータ及び第２のスペクトルデータの対応する周波数のスペクトル成分に基づいて補正係数を修正する補正係数修正手段を備え、補正係数が修正されたときに修正された補正係数を用いて得られる試験用波形データに基づいてテスト用ワークの再試験を行い、補正係数の修正が不要と判定されたときに補正係数を用いて得られる試験用波形データに基づいてワークの疲労試験を行う。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、補正係数修正手段は、初期スペクトルデータの各周波数のスペクトル成分を第２のスペクトルデータの対応する周波数のスペクトル成分で割った値を、対応する周波数の補正係数に乗じることによって、周波数毎に定められた補正係数の修正を行うことが好適である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、修正判定手段は、初期スペクトルデータの各周波数のスペクトル成分を第２のスペクトルデータの対応する周波数のスペクトル成分で割った値が所定の範囲内に納まっているかどうかに基づいて、各周波数の補正係数の修正が必要であるかどうかを判定するものであってもよい。この場合、修正判定手段によって補正係数の修正が必要であると判定されたときに修正された補正係数を用いて得られる試験用波形データに基づいてテスト用ワークの再試験を行い、補正係数の修正が不要と判定されたときにその補正係数を用いて得られる試験用波形データに基づいてワークの疲労試験を行う構成とすることが好適である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
ワークＷに与える作用（荷重や変形量）の波形は、操作手段３５を用いて設定される。操作手段３５は、例えばキーボードなどの入力手段と、この入力手段による入力結果を確認するための表示手段とを備えており、本実施形態の疲労試験装置１のオペレータは、操作手段３５を操作して、繰り返しねじり試験を行う際のトルク、角度、又は角速度の範囲を設定することができる。例えば、正弦波状に往復ねじり運動を行う際の角度変動の振幅を設定することができる。操作手段３５による設定結果は、コントローラ３１に送信され、メモリ３８に保存される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、本実施形態の疲労試験装置１は、上記の規定の波形の代わりに、装置のオペレータによって入力されるユーザ定義波形に基づいてワークＷに与えるねじり角を変動させることが出来るようになっている。ユーザ定義波形は、あらかじめ他の計測装置にて計測されたデータを用いるかオペレータがＰＣ等でユーザ定義波形データを生成することによって得られる。このように、外部の機器にて計測または生成されたユーザ定義波形データは、ＦＤＤ３７を介してメモリ３８に読み取られる。或いは、アナログポート３９に計測器（センサ及びセンサに付随する回路、アンプなど）を接続してねじり試験を行い、計測器の出力であるアナログ信号をＡ／Ｄ変換手段３３でサンプリングしてデジタルのユーザ定義波形データを得てこれをメモリ３８に保存することも可能である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
ユーザ定義波形に基づいたねじり試験を高い再現性にて行うためには、減速機１３（図１）等の伝達系やワークＷ自身の弾性による応答遅れや、これらの摩擦等による減衰の影響を考慮したうえで、サーボアンプ２０に送る目標値（目標波形）を演算する必要がある。本実施形態においては、サーボアンプ２０に入力される信号と、実際にワークＷに加わる荷重変動や変形量の計測値との関係を周波数スペクトル上で解析し、ワークＷに所望の作用を与えられるような目標波形を得るようになっている。以下、その具体的な手順を説明する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３は、本実施形態において、ワークＷに対して所望のユーザ定義波形に基づいたねじり試験を行う際に、サーボアンプ２０に送る目標波形を演算する手順を示したフロー図である。以下、このフロー図に基づいて目標波形の演算手順について説明する。まず、疲労試験装置１のオペレータは、前述の手段の何れかを用いて、ワークＷに加えるべき荷重変動や変形量に対応したユーザ定義波形データを制御部３０に入力する（ステップＳ１）。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
次いで、オペレータは疲労試験装置１のチャック１１ａ、１１ｂに目標波形演算のためのテスト用ワークを取り付ける（ステップＳ３）。また、ステップＳ１で入力したユーザ定義波形が加速度の波形である場合は、テスト用ワークに加速度計を取り付ける。この加速度計の出力は、アナログポート３９（図２）に接続される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
次いで、波形データｍ（ｎ）のスペクトルをＦＦＴによって演算する（ステップＳ５）。このスペクトルをＭ（ｋ）とする。ここで、ｋは周波数順に定められたスペクトルデータの標本番号である。なお、本実施形態においては、フーリエ変換前の標本数とフーリエ変換後の標本数は同一である。さらに、サーボアンプ２０に入力されるのは角度であるため、以下の数１によってＭ（ｋ）をサーボアンプ２０に入力される角度（単位：ｒａｄ）のスペクトルＶ（ｋ）に変換する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
次いで、全てのｋについて、Ｖ０（ｋ）とＶ’（ｋ）との比較を行う（ステップＳ１０）。全てのｋについて、Ｖ０（ｋ）／Ｖ’（ｋ）の比が所定基準以内であれば、その時のＡｋを補正係数とするスペクトルＶ（ｋ）を逆フーリエ変換して得られるユーザ定義波形ｖ１（ｎ）をサーボアンプに入力すれば、ワークＷに荷重を加えた時に計測されるユーザ定義波形はｍ（ｎ）に略一致する。すなわち、ｖ１（ｎ）は所望の目標波形に相当するといえる。従って、このような時は（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、目標波形を得るための処理を完了させる。なお、上記所定基準は、例えば０．９５〜１．０５である。また、より高い再現性をもってワークＷに荷重を加える場合は、所定基準を０．９９〜１．０１とすることが好ましい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
第１の実施形態と同様、サーボモータ１１２は、サーボアンプ１２０によって制御される。すなわち、サーボアンプ１２０は、制御部１３０から送信される目標値（目標とするサーボモータの回転軸の角度）に基づいてサーボモータ１１２を駆動するための駆動電力を生成し、これをサーボモータ１１２に送ってこれを駆動させる。サーボモータ１１２には、サーボモータ１１２の回転軸の回転数や角度等を検出するためのロータリーエンコーダ１１２ａが設けられている。ロータリーエンコーダ１１２ａの信号出力はサーボアンプ１２０に接続されており、サーボアンプ１２０はロータリーエンコーダ１１２ａの計測結果に基づいてフィードバック制御を行う。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
本実施形態において、ワークＷに所望のユーザ定義波形に忠実な変形を加えるための目標波形を得るには、まず、疲労試験装置１０１のオペレータが、ＦＤＤ３７（図５）を介してユーザ定義波形データを制御部１３０に読み取らせ、これをメモリ３８（図５）に保存する。或いは、アナログポート３９（図５）にセンサ（例えば加速度計）を接続して、実際にワークが使用される環境において計測したユーザ定義波形のサンプリングを行い、これをメモリ３８に保存する（ステップＳ１）。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
次いで、オペレータは疲労試験装置１０１のアダプタ１１８ａ、１１８ｂに目標波形演算のためのテスト用ワークを取り付ける（ステップＳ３）。また、ステップＳ１で入力したユーザ定義波形が加速度の波形である場合は、テスト用ワークに加速度計を取り付ける。この加速度計の出力は、アナログポート３９（図２）に接続される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
次いで、波形データｍ（ｎ）のスペクトルをＦＦＴによって演算する（ステップＳ５）。このスペクトルをＭ（ｋ）とする。なお、本実施形態においては、フーリエ変換前の標本数とフーリエ変換後の標本数は同一である。さらに、サーボアンプ１２０に入力されるのは角度であるため、以下の数４によってＭ（ｋ）を角度（単位：ｒａｄ）のスペクトルＶ（ｋ）に変換する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
【数４】
2009085848.tif 000001
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2009085848.tif 000002