JP2008164463A - 試験機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハンチングを変位や試験力の検出信号のフィルタ処理で検出する。
【手段】変位フィードバック制御中、変位信号をフィルタ131に導く。試験周波数以上の変位信号がフィルタ131を通過する。フィルタ131を通過した変位信号の振幅は比較器151において基準値と比較され、振幅が基準値以上のときハンチングが発生したことを検出してスイッチ171を開いてサーボ弁3を停止する。
【選択図】図2
【手段】変位フィードバック制御中、変位信号をフィルタ131に導く。試験周波数以上の変位信号がフィルタ131を通過する。フィルタ131を通過した変位信号の振幅は比較器151において基準値と比較され、振幅が基準値以上のときハンチングが発生したことを検出してスイッチ171を開いてサーボ弁3を停止する。
【選択図】図2
Description
本発明は、供試体である各種材料、部品、構造物の動的な特性を検査する試験機に関する。
従来から、復動式油圧シリンダを用いて供試体を負荷する疲労試験機が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1のものにおいては、PID制御のゲインが高すぎるとアクチュエータがハンチングを起こして発振することがある。そのため、試験力や変位に制限値を設定してハンチングによる問題を回避している。
しかしながら、試験条件に合わせて試験力や変位を推定して制限値を適切に設定する必要があり、ハンチングが適切に抑制できないことがある。
(1)請求項1の発明による試験機は、供試体に負荷を与える負荷手段と、供試体の変位や試験力を検出する検出手段と、検出手段で検出された検出信号と目標信号とに基づいて負荷手段を制御する制御手段と、検出信号に含まれるハンチング信号を抽出するハンチング抽出手段と、ハンチング抽出手段により抽出されたハンチング信号に基づいてハンチング発生を検出するハンチング発生検出手段と、ハンチング発生検出手段でハンチング発生が検出されたときにハンチングを抑制するハンチング抑制手段とを備えることを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1の試験機において、ハンチング抽出手段は、検出信号に含まれる所定周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタであり、ハンチング発生検出手段は、フィルタで抽出された信号の振幅を基準値と比較し、抽出信号が基準値以上のときにハンチングを検出する比較器であることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項1または3に記載の試験機において、ハンチング抑制手段は、負荷手段を停止することを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項1または2の試験機において、ハンチング抑制手段は、制御手段による負荷手段の制御を変更してハンチングを抑制することを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項4に記載の試験機において、ハンチング抑制手段は、制御手段のゲインを低減することを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項4の試験機において、制御手段は、変位フィードバック制御および試験力フィードバック制御のいずれかにより負荷手段を制御し、ハンチング抑制手段は、制御手段で実行中のフィードバック制御を他のフィードバック制御に切り換えることを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1の試験機において、ハンチング抽出手段は、検出信号に含まれる所定周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタであり、ハンチング発生検出手段は、フィルタで抽出された信号の振幅を基準値と比較し、抽出信号が基準値以上のときにハンチングを検出する比較器であることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項1または3に記載の試験機において、ハンチング抑制手段は、負荷手段を停止することを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項1または2の試験機において、ハンチング抑制手段は、制御手段による負荷手段の制御を変更してハンチングを抑制することを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項4に記載の試験機において、ハンチング抑制手段は、制御手段のゲインを低減することを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項4の試験機において、制御手段は、変位フィードバック制御および試験力フィードバック制御のいずれかにより負荷手段を制御し、ハンチング抑制手段は、制御手段で実行中のフィードバック制御を他のフィードバック制御に切り換えることを特徴とする。
本発明による試験機によれば、変位や試験力など試験中に計測される検出信号からハンチングによる信号を抽出してハンチングを検出するようにしたので、適切にハンチングを防止することできる。
図1は本発明による試験機の一実施の形態を示す図である。この試験機は、材料の静的強度または動的強度を試験するものであり、図1に示すように、供試体TPの両端を一対のつかみ具25,26で把持し、これらのつかみ具25,26を介して供試体TPを負荷する。
図1において、基台21上に一対の支柱23A、23Bが立設され、その上端がヨーク22で連結されている。支柱23A、23Bの間にはクロスヘッド24が横架され、クロスヘッド24からロードセル5を介して上つかみ具25が吊持されている。基台21には油圧アクチュエータ2が固設され、この油圧アクチュエータ2のピストンロッド2A先端に下つかみ具26が設けられている。
油圧アクチュエータ2には変位計4が備えられている。この変位計4は、油圧アクチュエータ2のロッド2Aの伸縮、すなわち供試体TPに与えられた変位に応じた変位信号を出力する。変位信号は、アンプ30およびA/Dコンバータ31を介して制御回路100に入力される。上つかみ具25とクロスヘッド24の間に設けられたロードセル5は、供試体TPに与えられた試験力に応じた試験力信号を出力する。試験力信号は、アンプ28およびA/Dコンバータ29を介して制御回路100に入力される。
制御回路100には、入力部32から試験条件が入力される。試験条件としては、たとえば、フィードバック制御の種別、振幅、試験周波数、供試体TPの材質、形状、寸法などがある。フィードバック制御の種別は、この実施の形態の試験機では、変位フィードバックと試験力フィードバックである。振幅と試験周波数は、目標とする波形で供試体TPに繰り返し負荷を与えるための入力データである。
制御回路100は例えばマイクロコンピュータ等を備えて構成され、フィードバック制御部110と、フィルタ部130と、ハンチング検出部150と、ハンチング抑制部170とを有する。制御回路100の詳細を図2に基づいて説明する。図2は制御回路100を機能的に示すブロック図であり、制御回路100は、スイッチ111と、目標波形発生回路112と、偏差器113と、PID制御部114と、スイッチ171と、フィルタ131と、比較器151とを備える。スイッチ111、目標波形発生回路112、偏差器113、およびPID制御部114がフィードバック制御部110を構成する。フィルタ131がフィルタ部130を構成し、比較器151がハンチング検出部150を構成し、スイッチ171がハンチング抑止部170を構成する。
スイッチ111は、図1に示した入力部32からのフィードバック制御種別信号により切り換えられて試験力信号または変位信号を選択して出力する。すなわち、試験力フィードバックまたは変位フィードバックが選択される。目標波形発生回路112は、選択されたフィードバック制御に応じた目標波形を発生する。偏差器113は、スイッチ111で切り換えられた変位信号または試験力信号と目標波形信号との偏差を算出する。PID制御部114には偏差器113から偏差信号が入力される。
PID制御部114は、入力された偏差信号に対して周知の比例、積分、微分演算を行ってサーボ弁駆動信号を生成する。スイッチ171は通常は閉のスイッチであり、PID制御部114で生成されたサーボ弁駆動信号はスイッチ171を介してサーボ弁3へ送出される。すなわち、サーボ弁駆動信号はD/Aコンバータ27へ出力され、サーボ弁3を駆動する。
このように構成された制御回路100のフィードバック制御部110は、変位計4またはロードセル5により検出された供試体TPに実際に与えられた変位または試験力が、目標変位または目標試験力と一致するように、サーボ弁3を介して油圧アクチュエータ2をフィードバック制御する。このようなフィードバック制御により供試体TPに目標波形による疲労試験が行われ、供試体TPの歪み−応力特性が計測される。
フィルタ131には、スイッチ111で切り換えられた変位信号または試験力信号が入力され、フィルタ131は所定周波数以上の帯域の検出信号を抽出する。所定周波数以上の周波数成分を有するフィルタ出力信号(ハンチング信号)は比較器151に入力されて基準値と比較される。比較器151は、フィルタ131からの出力信号の振幅が基準値より大きい場合はスイッチを開く信号を出力してスイッチ171を開いてサーボ弁3を停止する。
なお、この実施の形態では、フィルタ131、比較器151および偏差器113は、制御回路100のCPUなどによりソフトウエアとして構成することができる。この場合、フィルタ131はデジタルフィルタであり、入力部32で入力された試験条件に応じてパラメータを変更することによりフィルタ特性を変更するプログラマブルなフィルタである。制御回路100により、試験周波数、供試体の材質、寸法形状などで決まる試験機全体の系の共振周波数を演算し、その共振周波数に基づいて自動的にパラメータを設定するように構成することができる。あるいは、ユーザが、上記試験機全体の系の共振周波数を演算しパラメータを手動で設定するようにしてもよい。すなわち、試験機や供試体で決まる試験機全体の系による共振特性に応じてフィルタ特性を変更すればよい。
以上のように構成された試験機の具体的な動作を説明する。
入力部32により、試験条件を制御回路100に入力する。フィードバック制御の種別に応じて、上述したように、図2に示したスイッチ111が切り換えられる。上述した試験条件に応じて、デジタルフィルタ131のパラメータを設定してフィルタ特性が変更される。試験周波数と振幅に基づいて、目標波形発生回路112の出力波形が設定される。
入力部32により、試験条件を制御回路100に入力する。フィードバック制御の種別に応じて、上述したように、図2に示したスイッチ111が切り換えられる。上述した試験条件に応じて、デジタルフィルタ131のパラメータを設定してフィルタ特性が変更される。試験周波数と振幅に基づいて、目標波形発生回路112の出力波形が設定される。
供試体TPを上下つかみ具25,26間にセットして不図示の試験開始スイッチをオン操作すると試験が開始され、サーボ弁3によりアクチュエータ2のピストンロッド2Aが往復運動を開始する。変位フィードバック制御の場合、変位計4で検出された変位信号と目標波形との偏差が偏差器113で算出され、供試体TPの変位が目標波形と一致するようにサーボ弁3が駆動される。試験力フィードバック制御の場合、ロードセル5で検出された試験力信号と目標波形との偏差が偏差器113で算出され、供試体TPに負荷される試験力が目標波形と一致するようにサーボ弁3が駆動される。その結果、供試体TPには試験周波数と振幅による繰り返し負荷が与えられる。
フィードバック制御により供試体TPが負荷されている間、変位計4あるいはロードセル5の検出信号はフィルタ131にも入力される。この実施の形態では、フィルタ131のフィルタ特性は、試験周波数等で決定した所定周波数以上の入力信号を通過させるように設定されており、所定周波数以上の周波数成分を含む検出信号がフィルタ131に入力される場合、その検出信号が比較器151へ出力される。比較器151は、入力された検出信号の振幅があらかじめ設定した基準値より大きければ、スイッチを開く信号を出力する。これにより、スイッチ171が開となってサーボ弁3が停止され、ハンチングの発生を未然に防止し、あるいは、ハンチングを抑制する。
以上のように構成した試験機では次のような作用効果を奏することができる。
フィルタ131のフィルタ特性を試験条件に応じて設定するだけで、ハンチングを適切に検出して抑制することができる。すなわち、
(a)検出された変位信号や試験力信号をフィルタ131に入力して試験周波数などで決定された所定周波数以上の検出信号を取り出し、
(b)取り出された検出信号の振幅があらかじめ設定した基準値を超えている場合、スイッチ171を開いてPID制御部114から出力されるサーボ弁駆動信号を遮断してサーボ弁3を停止する。
フィルタ131のフィルタ特性を試験条件に応じて設定するだけで、ハンチングを適切に検出して抑制することができる。すなわち、
(a)検出された変位信号や試験力信号をフィルタ131に入力して試験周波数などで決定された所定周波数以上の検出信号を取り出し、
(b)取り出された検出信号の振幅があらかじめ設定した基準値を超えている場合、スイッチ171を開いてPID制御部114から出力されるサーボ弁駆動信号を遮断してサーボ弁3を停止する。
このように構成した本実施の形態の試験機によれば、従来のように、変位や試験力を制限値と比較する方式を採用する場合に比べてハンチングを精度良く検出できる。
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。たとえば、以下のような変形が可能である。
(1)ハンチング検出信号によりサーボ弁3を停止するようにしたが、図示しない油圧ポンプを停止し、あるいは、PID制御部114のゲインを低減させてハンチングを抑制してもよい。
(1)ハンチング検出信号によりサーボ弁3を停止するようにしたが、図示しない油圧ポンプを停止し、あるいは、PID制御部114のゲインを低減させてハンチングを抑制してもよい。
(2)所定周波数帯域の成分を含む変位信号や試験力信号をハイパスフィルタで抽出し、その振幅を基準値と比較することによりハンチングを検出するようにした。しかし、所定値以下の周波数成分を含む変位信号や試験力信号をローパスフィルタで抽出してハンチング検出を行ってもよい。あるいは、所定帯域の周波数成分を含む変位信号や試験力信号をバンドパスフィルタで抽出してハンチング検出を行ってもよい。すなわち、試験機や供試体の全体の系による共振特性に応じて、フィルタ特性を変更すればよい。
(3)本発明は、実施の形態で説明した試験機に限定されず、疲労試験などの周波数試験を行う種々の試験機に適用することができる。
特許請求の範囲と実施の形態による構成要素の対応関係では、油圧アクチュエータ2が負荷手段に、変位計4やロードセル5が検出手段に、目標波形発生回路112,偏差器113およびPID制御部114が制御手段に、フィルタ131がハンチング信号抽出手段に、比較器151がハンチング発生検出手段に、スイッチ171がハンチング抑制手段にそれぞれ対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
2:油圧アクチュエータ 3:サーボ弁
4:変位計 5:ロードセル
100:制御回路 110:フィードバック制御部
111:スイッチ 112:目標波形発生回路
113:偏差器 114:PID制御部
130:フィルタ部 131:フィルタ
150:ハンチング検出部 151:比較器
170:ハンチング抑制部 171:スイッチ
4:変位計 5:ロードセル
100:制御回路 110:フィードバック制御部
111:スイッチ 112:目標波形発生回路
113:偏差器 114:PID制御部
130:フィルタ部 131:フィルタ
150:ハンチング検出部 151:比較器
170:ハンチング抑制部 171:スイッチ
Claims (6)
- 供試体に負荷を与える負荷手段と、
前記供試体の変位や試験力を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された検出信号と予め設定した目標信号とに基づいて前記負荷手段を制御する制御手段と、
前記検出信号に含まれるハンチング信号を抽出するハンチング抽出手段と、
前記ハンチング抽出手段により抽出されたハンチング信号に基づいてハンチング発生を検出するハンチング発生検出手段と、
前記ハンチング発生検出手段でハンチング発生が検出されたときにハンチングを抑制するハンチング抑制手段とを備えることを特徴とする試験機。 - 請求項1の試験機において、
前記ハンチング抽出手段は、前記検出信号に含まれる所定周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタであり、
前記ハンチング発生検出手段は、前記フィルタで抽出された信号の振幅を基準値と比較し、抽出信号が前記基準値以上のときにハンチングを検出する比較器であることを特徴とする試験機。 - 請求項1または2に記載の試験機において、
前記ハンチング抑制手段は、前記負荷手段を停止することを特徴とする試験機。 - 請求項1または2の試験機において、
ハンチング抑制手段は、前記制御手段による前記負荷手段の制御を変更してハンチングを抑制することを特徴とする試験機。 - 請求項4に記載の試験機において、
前記ハンチング抑制手段は、前記制御手段のゲインを低減することを特徴とする試験機。 - 請求項4に記載の試験機において、
前記制御手段は、変位フィードバック制御および試験力フィードバック制御のいずれかにより前記負荷手段を制御し、
前記ハンチング抑制手段は、前記制御手段で実行中のフィードバック制御を他のフィードバック制御に切り換えることを特徴とする試験機。
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