JP2008267936A - 材料試験機およびデータ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料試験機の計測データの補正を簡単に実施する。
【解決手段】試験機の等級を評価するための検定作業によりロードセル１８等の計測器の計測データを取得し、データ記憶装置２９に記憶する。データ記憶装置２９に記憶された計測データに基づきリニアライズ補正用の補正関数を設定する。設定された補正関数により材料試験時の計測データを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験片の引張試験や圧縮試験を行う材料試験機および計測データを補正するデータ補正方法に関する。

この種の材料試験機にはロードセルなどの荷重計測器が設けられるが、ロードセルの計測値と実際の試験力（真値）との間には誤差がある。この点を考慮し、ロードセルに複数の試験力を負荷したときのロードセルの計測値と実際の試験力（真値）とを比較し、その比較結果に基づいて計測値補正用の近似式を算出し、近似式を用いて計測値を補正するようにした材料試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−６９８６８号公報

しかしながら、特許文献１記載の材料試験機では、補正用の近似式を求めるために複数の計測ポイントで試験力を負荷して計測データを取得する必要があり、多大な時間と労力を要する。

本発明による材料試験機は、試験片に供される物理量を計測する計測器と、試験機の等級を評価するための検定作業において取得した計測器の計測データを記憶する記憶手段と、少なくとも記憶手段に記憶された計測データに基づき補正関数を設定する設定手段と、設定手段で設定された補正関数により材料試験時の計測データを補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
検定作業時にデータ取得指令が入力されると、そのとき計測されたデータを補正関数設定用の計測データとして記憶することもできる。
検定作業において取得した計測器の計測データを手動で入力する手動入力手段をさらに備え、入力された計測データを補正関数設定用の計測データとして記憶することもできる。
また、本発明によるデータ補正方法は、試験機の等級を評価するための検定作業により計測器の計測データを取得するデータ取得手順と、少なくともデータ取得手順で取得した計測データに基づき補正関数を設定する関数設定手順と、関数設定手順で設定された補正関数により材料試験時の計測データを補正する補正手順とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、検定作業時において取得した計測データを用いて計測データ補正用の補正関数を設定するので、補正関数を設定するための計測データを容易に取得することができ、補正関数の設定が容易である。

以下、図１〜図４を参照して本発明による材料試験機の実施の形態について説明する。
図１に示す材料試験機は、材料試験機本体１０と、本体１０を駆動制御する制御系２０とで構成される。材料試験機本体１０は、ベッド１１と、このベッド１１上に設置され、供試体ＳＰを負荷するラムシリンダ装置１２と、このラムシリンダ装置１２の側方でベッド１１に立設する一対のねじ支柱１３と、このねじ支柱１３に昇降可能に保持されるクロスヘッド１４と、ラムシリンダ装置１２で昇降するテーブル１５と、このテーブル１５上に立設される一対の支柱１６と、支柱１６に横架される上部クロスヘッド１７とを備える。供試体ＳＰに負荷される試験力はロードセル１８で検出され、供試体ＳＰのストロークはストローク計１９で検出される。また、ラムシリンダ装置１２はバルブ１２ａの開閉動作で駆動制御される。

試験機本体１０を制御する制御系２０は、制御回路２１、入出力装置２２、増幅器２３，２５，２７、Ａ／Ｄ変換器２４，２８、Ｄ／Ａ変換器２６などを備えている。制御回路２１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路を含んで構成される。入出力装置２２は、各種指令を入力するタッチパネル２２ａおよびスイッチ２２ｂと、計測データ等の各種情報を表示する表示モニタ２２ｃとを備える。

データ記憶装置２９は、ハードディスクなど書き換え可能な不揮発性記憶媒体によって構成され、検定作業によって得られた計測データや計測値を補正するための補正関数等を記憶する。補正関数は、例えばｎ次関数として記憶する。

検定作業とは、計測値にどの程度の精度が保証されているかを確認する作業である。試験力の計測を例にすると、検定作業により、基準となる試験力を与えたときのロードセル１８の計測値と実際の試験力（真値）との誤差が求められる。検定作業時の試験力の計測ポイントは、例えばロードセル１８の最大容量の２０％、４０％，６０％，８０％，１００％の５点であり、試験力は基準分銅等により与えられる。検定作業で各試験力を負荷したときの計測値と真値との誤差が最大容量の何％であるかによって、試験機に１級、２級等の等級付けをする。このような検定作業は材料試験機の等級を評価するために標準的に行われている。

図２は、ロードセル１８に作用する試験力と計測値との関係を示す図である。図２に示すようにロードセル１８の出力特性ｆは一般に非線形であるため、線形的な特性である理想値との間の誤差が大きい。そこで、本実施の形態では、非線形の出力特性ｆを理想値に近づけるための補正関数を設定し、この補正関数に基づき計測値を補正する。このような補正は一般にリニアライズ補正と呼ばれ、リニアライズ補正により試験力の計測精度を高めることができる。

試験力の計測値をリニアライズ補正するためには、複数の計測ポイント（例えば図２のａ〜ｅ点）でロードセル１８の実際の計測データを取得する必要がある。本実施の形態では、後述するように予め試験機の等級付けをするために検定作業を行い、この検定作業によって取得した計測ポイントでの計測データに基づき補正関数を設定する。これにより補正関数の設定を目的とした検定作業を別途行う必要がなく、あるいは補正関数の設定を目的とした検定作業が最小限ですみ、リニアライズ補正の手間を大幅に省略できる。

制御回路２１は、リニアライズ補正のための計測データを取得するデータ取得部２１ａと、データ取得部で取得した計測データに基づき補正関数を設定する補正関数設定部２１ｂと、ロードセル１８やストローク計１９の計測値をリニアライズ補正し、補正後の計測値に基づいて試験機本体１０を制御する試験機制御部２１ｃとを有する。

図３は、データ取得部２１ａにおける処理の一例、とくに試験力の計測データを取得する際の処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば試験機の電源オンによりスタートする。ステップＳ１１では、データ取得指令が入力されたか否かを判定する。データ取得指令は、検定作業時においてロードセル１８に基準となる試験力を負荷した状態、つまりロードセル１８から基準試験力に対応した信号が出力された状態で、ユーザがタッチパネル２２ａ等を操作することで入力される。ステップＳ１１が肯定されるとステップＳ１２に進み、ロードセル１８で計測された計測データを取り込み、データ記憶装置２９に記憶する。

なお、計測データを自動入力するのではなく、タッチパネル２２ａの操作により計測データを手動入力し、これをデータ記憶装置２９に記憶することもできる。例えば計測データをプリンタで印刷し、その中から必要に応じて計測データを選んで入力することもできる。

図４は、補正関数設定部２１ｂにおける処理の一例、とくに試験力の補正関数を設定する際の処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、検定作業の終了後、例えばタッチパネル２２ａまたはスイッチ２２ｂの操作により補正関数設定指令が入力されるとスタートする。

ステップＳ２１では、試験力の計測ポイントが入力されたか否かを判定する。計測ポイントは補正関数を設定するための基準データとしてユーザにより入力される。例えば、ユーザは既に行われた検定作業の計測ポイントを考慮して、タッチパネル２２ａの操作により複数の計測ポイント（例えば○○Ｎあるいは最大容量の××％等）を入力する。なお、計測ポイントの入力を補助するために、例えば表示モニタ２２ｃに既に行われた検定作業時の計測ポイントを表示し、この表示の中から計測ポイントを選択するようにしてもよい。検定作業時の計測ポイントに別の計測ポイントを追加、あるいは検定作業時の計測ポイントを別の計測ポイントに置き換えて、新たな計測ポイントを設定することもできる。計測ポイントの入力が終了すると、ユーザはタッチパネル２２ａを操作して入力終了を指令する。

ステップＳ２２では、上述の処理（ステップＳ１２）で記憶された検定作業時の計測データを読み込む。すなわち検定作業時に自動的に取り込まれた計測データと手動入力された計測データを読み込む。ステップＳ２３では、読み込まれた計測データが計測ポイントにおける計測データを全て含むか否か、すなわち補正関数を設定するための不足の計測データがあるか否かを判定する。例えば計測ポイントが最大容量の２０％、３０％、４０％、・・・であり、計測データが最大容量の２０％、４０％、・・・であるときは、最大容量の３０％の計測データがないため、不足の計測データありと判定する。一方、計測ポイントが最大容量の２０％、４０％、・・・であり、計測データも最大容量の２０％、４０％、・・・であるときは、不足の計測データなしと判定する。

ステップＳ２３が肯定されるとステップＳ２４に進み、不足の計測データが何であるかを表示モニタ２２ｃに表示し、処理を終了する。この場合、ユーザはモニタ２２ｃの表示を見て不足の計測データが何であるかを確認し、その計測データを取得するために検定作業を行い、計測データをデータ記憶装置２９に記憶する。その後、ユーザは改めて補正関数設定指令を入力する。

一方、ステップＳ２３で不足の計測データがないと判定されるとステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、計測ポイントにおける計測データに基づきリニアライズ補正用の補正関数（ｎ次関数）を設定するとともに、補正関数をデータ記憶装置２９に記憶し、処理を終了する。

以上の処理によれば、検定作業時に取得した試験力の計測データを用いて、リニアライズ補正用の補正関数が設定される。そのため、リニアライズ補正のために検定作業と同一の計測ポイントで別途計測データを取得する必要がなく、補正関数を簡単に設定できる。ステップＳ２５でデータ記憶装置２９に補正関数が設定されると、試験機制御部２１ｃは計測データを補正関数で補正し、補正後の計測値を表示モニタ２２ｃに表示する。また、補正後の計測値に基づき試験機本体１０を制御し、材料試験を行う。このため試験力の計測精度が高まり、精度よく材料試験を行うことができる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）検定作業時に取得した計測データをデータ記憶装置２９に記憶し、この計測データが計測ポイントとして要求される計測データと重複する場合に、その計測データを用いてリニアライズ補正用の補正関数を設定するようにした。これによりリニアライズ補正用の計測データを容易に取得することができ、補正関数の設定のための時間および労力を大幅に節約できる。
（２）ユーザが入力した試験力の計測ポイントとデータ記憶装置２９に記憶された計測データとを比較し、不足の計測データがある場合にそのデータを表示するので、ユーザは不足のデータが何であるかを容易に認識でき、最小限の検定作業を行うだけで補正関数を設定できる。
（３）検定作業時にデータ取得指令が入力されると、そのときの計測データを取り込んでデータ記憶装置２９に記憶するので（ステップＳ１２）、補正関数設定のためのデータ入力の手間が省け、補正関数を容易に設定できる。
（４）検定作業によって取得した計測データを手動でも入力可能としたので、ユーザが計測データを自由に入力でき、使い勝手がよい。

なお、以上では、主にロードセル１８の出力をリニアライズ補正する場合について説明したが、ストローク計１９や他の計測器の出力も同様にリニアライズ補正することができ、計測器は上述したものに限らない。試験機の等級を評価するための検定作業において取得した計測データをデータ記憶装置２９に記憶したが、記憶手段はこれに限らない。また、タッチパネル２２ａ等の操作により計測データを手動で入力可能としたが、手動入力手段もこれに限らない。少なくとも検定作業時に自動で取得した計測データ、あるいは手動で入力された計測データに基づきリニアライズ補正用の補正関数を設定するのであれば、設定手段としての補正関数設定部２１ｂにおける処理も上述したものに限らない。補正関数に基づき材料試験時の計測データを補正するのであれば、補正手段としての試験機制御部２１ｃの構成はいかなるものでもよい。

上記実施の形態では、ラムシリンダを有する材料試験機について説明したが、モータにより一対のねじ棹を回転させてクロスヘッドを昇降する材料試験機や、復動式油圧シリンダにより試験片を負荷する材料試験機であってもよく、材料試験機の型式はいかなるものでもよい。

試験機の等級を評価するための検定作業により計測器の計測データを取得し（データ取得手順）、少なくともこの取得した計測データに基づき補正関数を設定し（関数設定手順）、さらに設定された補正関数により材料試験時の計測データを補正する（補正手順）のであれば、計測データの補正方法も上述したものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験機およびデータ補正方法に限定されない。

本発明の実施の形態に係る材料試験機の全体構成を示す図。 ロードセルの出力特性を示す図。 図１の制御回路（データ取得部）における処理の一例を示すフローチャート。 図１の制御回路（補正関数設定部）における処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１８ ロードセル
２１ 制御回路
２１ａ データ取得部
２１ｂ 補正関数設定部
２１ｃ 試験機制御部
２２ａ タッチパネル
２９ データ記憶装置

Claims (4)

1. 試験片に供される物理量を計測する計測器と、
   試験機の等級を評価するための検定作業において取得した前記計測器の計測データを記憶する記憶手段と、
   少なくとも前記記憶手段に記憶された計測データに基づき補正関数を設定する設定手段と、
   前記設定手段で設定された補正関数により材料試験時の計測データを補正する補正手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記記憶手段は、前記検定作業時にデータ取得指令が入力されると、そのとき計測されたデータを補正関数設定用の計測データとして記憶することを特徴とする材料試験機。
3. 請求項１または２に記載の材料試験機において、
   前記検定作業において取得した計測データを手動で入力する手動入力手段をさらに備え、
   前記記憶手段は、前記手動入力手段により入力された計測データを補正関数設定用の計測データとして記憶することを特徴とする材料試験機。
4. 試験機の等級を評価するための検定作業により計測器の計測データを取得するデータ取得手順と、
   少なくとも前記データ取得手順で取得した計測データに基づき補正関数を設定する関数設定手順と、
   前記関数設定手順で設定された補正関数により材料試験時の計測データを補正する補正手順とを含むことを特徴とするデータ補正方法。

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