JP2005331256A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 試験機に用いられているロードセルや伸び計などの種類や、外乱に基づく各検出出力に重畳しているノイズ量等に応じて、これらの試験力や伸び等の検出出力に対して常に最適なフィルタリング処理を施すことのできる材料試験機を提供する。
【解決手段】 試験力や伸びなどの検出出力にそれぞれフィルタリング処理を施すフィルタ２ｃ，３ｃについて、それぞれ複数種のフィルタ手法・パラメータを記憶手段２ｆ，３ｆに記憶しておき、用いられているロードセル２の種類や伸び計３の種類、およびこれらによる各検出出力に重畳するノイズ量に基づき、各フィルタ２ｃ，３ｃに対して最適なフィルタリング方法およびパラメータを自動的に設定することにより、各検出出力の状態等に応じた最適なフィルタリング処理を行うことを可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、試験片に負荷を与える負荷機構と、試験片に作用する試験力並びに試験片の歪みを計測する機能を備えた材料試験機に関する。

材料試験機においては、一般に、試験片に引張や圧縮などの負荷を加え、その負荷により試験片に作用する試験力や、試験片の伸びなどの歪みを刻々と計測し、その試験力や歪みの計測結果から試験片の材料特性を調査する。

試験片に作用する試験力はロードセルによって、また、試験片の伸びは歪み計によってそれぞれ検出される。これらの検出出力は、通常、それぞれの出力に適したフィルタを通過させることによって、ノイズが除去される（例えば特許文献１参照）。

図２に従来の材料試験機の要部構成例をブロック図で示す。
この例においては、試験機本体２１に装着されているロードセル２２の出力、および試験片Ｗに装着されている伸び計２３の出力を、それぞれロードアンプ２２ａおよびストレインアンプ２３ａで増幅した後、それぞれに対応するアナログフィルタ２２ｂおよび２３ｂによりフィルタリングを行い、Ａ−Ｄ変換器２２ｃおよび２３ｃでデジタル化して試験機コントローラ２４に取り込んでいる。試験機コントローラ２４では、これらの試験力や歪みの計測データのうち、制御量に設定されているデータが、あらかじめ設定されている目標値に一致するように試験機本体２１の負荷機構のアクチュエータ２５を制御する。また、試験力や歪みの計測データは、試験機コントローラ２４を通じてデータ処理・記憶用のパーソナルコンピュータ２６に取り込まれ、荷重−伸び曲線などに加工されて記憶される。

また、以上のようなアナログフィルタを用いる場合のほか、各検出出力をデジタル化した後、ソフトウエアにてデジタルデータのフィルタリング、いわゆるデジタルフィルタ処理を施す場合もある。
特開昭６４−８６０３５号公報

ところで、以上のような従来の材料試験機においては、試験力や歪みの検出出力のフィルタの特性は、アナログフィルタを用いる場合においては基本的には固定であり、例えばカットオフ周波数やフィルタのＯＮ・ＯＦＦなど、ある限定された特性についてはユーザが設定変更できるようになっている。また、各検出信号にデジタルフィルタ処理を施すものにあっては、実時間において複雑なフィルタ処理を施すことができないため、元来的に移動平均などの簡単なフィルタリングのみが可能である。

以上のことから、従来の材料試験機においては、試験力や伸び計による各検出出力のフィルタ特性については、実質的に大きく変更することができず、必ずしも最適なフィルタリングが行われているとは言い難いという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、試験機に用いられているロードセルや伸び計などの種類や、外乱に基づく各検出出力に重畳しているノイズ量等に応じて、これらの検出出力に対して常に最適なフィルタリング処理を施すことのできる材料試験機の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機は、試験片に負荷を加える負荷機構と、試験片に作用する試験力および試験片の歪みをそれぞれ検出するロードセルおよび歪み計を少なくとも備えた材料試験機において、上記ロードセルによる試験力の検出出力および歪み計による歪みの検出出力をそれぞれ入力するフィルタと、これらの各フィルタにそれぞれ対応するフィルタリングの方法およびパラメータを複数種類ずつ記憶する記憶手段と、上記ロードセルおよび歪み計の種類、およびこれらの各検出出力に重畳するノイズ量に基づき、上記記憶手段に記憶されている複数種類のフィルタリングの方法およびパラメータから、それぞれのフィルタに適した方法およびパラメータを自動的に選択して設定する設定手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記各フィルタがプログラム可能なハードウエアにより構成されたデジタル信号処理手段であり、上記ロードセルによる試験力の検出出力および歪み計による歪みの検出出力がデジタル化後に上記各デジタル信号処理手段に導かれるとともに、上記設定手段は、上記記憶手段に記憶している各デジタル信号処理手段の複数のプログラムのなかから適したものを選択して当該各デジタル信号処理手段のプログラムを書き換えるように構成すること（請求項２）が好ましい。

本発明は、用いるロードセルや歪み計の種類、あるいは信号に重畳しているノイズ量などを基に、あらかじめ記憶している複数種類のフィルタリング方法およびパラメータのうち、それぞれの検出出力に適したものを自動的に選択して当該各検出出力のための各フィルタに設定することによって、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、ロードセルによる試験力並びに伸び計による伸びの検出出力が導かれるフィルタのそれぞれについて、そのフィルタリングの方法とパラメータを複数種類ずつ記憶しておき、これらのなかから、ロードセルや伸び計の種類、および各検出出力に重畳しているノイズ量に従い、各検出出力をフィルタリングするのに適した方法およびパラメータを選択して、自動的に該当の各フィルタに設定することにより、信号の状態に応じて常に最適なフィルタ処理を施すことができる。

このようなフィルタを実現する一つの具体的構成として、請求項２に係る発明のように、フィルタをプログラム可能なハードウエアにより構成されたデジタル信号処理手段、すなわち具体的にはＦＰＧＡ（Field Progamable Gate Alley)や、ＣＰＬＤ(Complex Programable Logic Device)などの、いわゆるプログムラマブル・ロジックと称されている素子を用い、このような素子によりデジタルフィルタ回路をハードウエアで構成する。このようなプログラマブル・ロジックでは、例えは専用のＲＯＭに書き込まれているロジックがコンフィギュレーションされるのであるが、その専用のＲＯＭを書き換え可能なものとしておき、別の記憶手段に記憶している複数のロジックのうち、各検出信号にの状態に応じて最も適したものを選択して転送することによって、各プログラマブル・ロジックによるフィルタをそれぞれの検出出力に適したフィルタとすることが可能となる。

本発明によれば、ロードセルや伸び計の種類や、これらのロードセルや伸び計からの各出力に重畳しているノイズ量などに基づき、ロードセルおよび伸び計の検出出力をフィルタリングするフィルタのフィルタリング方法とパラメータが自動的に選択されて設定されるので、材料試験の設定状況や環境等に起因する信号の状態に応じて常に最適なフィルタリングを行うことが可能となる。

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要部構成を示すブロック図である。

試験機本体１は、負荷機構１ａと、その負荷機構１ａの駆動によりテーブル１ｂに対して上下方向に移動するクロスヘッド１ｃと、テーブル１ｂおよびクロスヘッド１ｃにそれぞれ装着された一対の掴み具１ｄ，１ｅを主体として構成され、試験片Ｗはその両端が掴み具１ｄ，１ｅに把持された状態で試験に供される。

上側の掴み具１ｅとクロスヘッド１ｃの間にはロードセル２が介在しており、このロードセル２によって試験片Ｗに作用する試験力が検出される。また、試験片Ｗには伸び計３が取り付けられており、この伸び計３によって試験片Ｗの伸びが検出される。

ロードセル２および伸び計３の出力は、それぞれロードアンプ２ａおよびストレインアンプ３ａによって増幅された後、Ａ−Ｄ変換器２ｂおよび３ｂによってデジタル化されたうえで、それぞれに対応して設けられているＦＰＧＡ２ｃおよび３ｃに導入される。

各ＦＰＧＡ２ｃ，３ｃには、それぞれ専用のＥＰＲＯＭ２ｄ、３ｄとＣＰＵ４が接続されており、各ＦＰＧＡ２ｃ，３ｃには、それぞれに対応するＥＰＲＯＭ２ｄ、３ｄに書き込まれているロジックがプログラムされる。この各ＥＰＲＯＭ２ｄ、３ｄの内容は、それぞれに対応してＣＰＵ４によって書き換えられる。ＣＰＵ４は、別途設けられているＲＯＭ５内に書き込まれている複数種のロジックのうち、後述するように最適のロジックを選択して、各ＥＰＲＯＭ２ｄ、３ｄの内容を更新する。そして、ＲＯＭ５に書き込まれている複数種のロジックは、いずれも、各ＦＰＧＡ２ｃ，３ｃがＡ−Ｄ変換器２ｂ，３ｂによりデジタル化された信号をフィルタリング処理するためのロジックであり、それぞれのロジックが互いに異なるフィルタリングのパラメータ並びにフィルタリング方法を実現する。従って、各ＦＰＧＡ２ｃ，３ｃは、ＣＰＵ４によるＲＯＭ５内のロジックの選択〜ＥＰＲＯＭ２ｄ、３ｄへの書き込み内容に従い、実質的に異なるフィルタリング方法・パラメータを有するフィルタ回路となる。

ＣＰＵ５は、試験機本体１に取り付けられているロードセル２の種類、伸び計３の種類を、例えばコネクタの所定のピン間の短絡状況などの公知の手法により自動認識し、更に、試験に先立つウォーミングアップ時等において、各ＦＰＧＡ２ｃ，３ｃを素通りさせたデータから、外乱ノイズ等のレベルを認識し、これらの情報に基づいて、ＲＯＭ５内に保存している複数のフィルタリング手法・パラメータを実現するロジックのなかから、最適のものを選択してＥＰＲＯＭ２ｄ、３ｄに書き込む。これにより、各ＦＰＧＡ２ｃ，３ｃは、それぞれに入力される試験力検出データおよび伸び検出データに最適なフィルタリング処理を施し、試験力データおよひ伸びデータとして出力する。

このように最適なフィルタリング処理が施された試験力データおよび伸びデータは、試験機コントローラ６に取り込まれ、試験機コントローラ６では、これらのデータのうち制御量として設定されているデータを目標値と比較して試験機本体１の負荷機構１ａを駆動制御する。また、フィルタリング処理後の試験力データおよび伸びデータは、データ処理用のパーソナルコンピュータ７に取り込まれて記憶され、荷重−伸び曲線等の試験情報に加工される。

なお、以上の実施の形態においては、プログラマブル・ロジックとしてＦＰＧＡを用いた例を示したが、ＣＰＬＤやＤＳＰ（Degital Signal Processor) などの同等の機能を有する素子を用い得ることは勿論である。

また、以上の実施の形態においては、試験片に伸び計を取り付けて伸びを計測する場合の例について述べたが、試験片に圧縮荷重を作用させてその圧縮歪みを計測したり、あるいは曲げ荷重を作用させてその曲げ歪みを計測する場合において、これらの各歪み検出出力についても上記した例と同様にして最適なフィルタリングを施すように構成し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 従来の材料試験機の要部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 試験機本体
１ａ 駆動機構
１ｂ テーブル
１ｃ クロスヘッド
１ｄ，１ｅ 掴み具
２ ロードセル
３ 伸び計
２ａ ロードアンプ
３ａ ストレインアンプ
２ｂ，３ｂ Ａ−Ｄ変換器
２ｃ，３ｃ ＦＰＧＡ
２ｄ，３ｄ ＥＰＲＯＭ
４ ＣＰＵ
５ ＲＯＭ
６ 試験機コントローラ
７ パーソナルコンピュータ
Ｗ 試験片

Claims (2)

1. 試験片に負荷を加える負荷機構と、試験片に作用する試験力および試験片の歪みをそれぞれ検出するロードセルおよび歪み計を少なくとも備えた材料試験機において、
   上記ロードセルによる試験力の検出出力および歪み計による歪みの検出出力をそれぞれ入力するフィルタと、これらの各フィルタにそれぞれ対応するフィルタリングの方法およびパラメータを複数種類ずつ記憶する記憶手段と、上記ロードセルおよび歪み計の種類、およびこれらの各検出出力に重畳するノイズ量に基づき、上記記憶手段に記憶されている複数種類のフィルタリングの方法およびパラメータから、それぞれのフィルタに適した方法およびパラメータを自動的に選択して設定する設定手段を備えていることを特徴とする材料試験機。
2. 上記各フィルタがプログラム可能なハードウエアにより構成されたデジタル信号処理手段であり、上記ロードセルによる試験力の検出出力および歪み計による歪みの検出出力がデジタル化後に上記各デジタル信号処理手段に導かれるとともに、上記設定手段は、上記記憶手段に記憶している各デジタル信号処理手段の複数のプログラムのなかから適したものを選択して当該各デジタル信号処理手段のプログラムを書き換えることを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。

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