JP3852424B2 - 材料試験機用変位測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片の負荷による変位を測定する変位測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、レバー式の伸び測定装置の上下一対のレバー(アーム)を試験片負荷方向に移動可能にし、上下のアームの間隔がゲージ長となるように上下のアームの間にゲージ治具を挟んで、下アームがストッパに当接するまでアクチュエータによって上アームを移動させるものが知られている。(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−281349号公報(第2頁、図1、図4)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上下のアームは、上下のつかみ具で把持された試験片の中央部分に所定のゲージ長で取り付けるのが好ましいが、従来の伸び測定装置では、ゲージ治具とストッパによってアームの取り付け位置を決めていた。そのため、試験片の中央部分に所定のゲージ長で正確にアームを取り付ける作業は煩雑であり、試験片によってアームの取り付け位置が異なると、採取した試験データの信頼性にも問題が生じる。
【0005】
本発明は、アームを試験片の所定に位置に正確且つ簡便に取り付けることができる変位測定装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1の材料試験機用変位測定装置は、ガイドレールと、ガイドレールに往復移動可能に保持された上アームおよび下アームと、上アームおよび下アームを移動させる駆動手段と、上アームおよび下アームの位置を検出する第1の検出手段と、試験片を把持する上つかみ部および下つかみ部の位置を検出する第2の検出手段と、第2の検出手段の検出結果により上つかみ部と下つかみ部との間の中央位置を算出し、中央位置に対し等距離且つ所定のゲージ長をとる原点位置を算出し、第1の検出手段の検出結果に基づいて、上アームおよび下アームを原点位置へ移動するように駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【0007】
(2)請求項1の変位測定装置の第2の検出手段を第1の検出手段で兼用し、上アームおよび下アームをそれぞれ上つかみ部および下つかみ部に当接させたときの第1の検出手段の検出結果に基づいて、上つかみ部および下つかみ部の位置を検出することが好ましい。
さらに、変位測定装置の第2の検出手段は、上アームおよび下アームのそれぞれに設けられた非接触変位センサからの信号によって上つかみ部および下つかみ部の位置を検出するように構成することができる。
【0008】
(3)上記の変位測定装置を用いた変位測定方法は、上つかみ部と下つかみ部の中央位置を算出する工程と、上アームおよび下アームを中央位置に対し等距離且つ所定のゲージ長をとる原点位置に移動する工程と、試験片に対する負荷試験の終了を判定する工程と、終了判定により、上アームおよび下アームを試験片から取り外し、原点位置に復帰させる工程とを有することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による材料試験機用変位測定装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態による変位測定装置が取り付けられる材料試験機本体の構成を模式的に示す正面図である。図2は、本実施の形態による変位測定装置の構成を模式的に示す側面図(a)および正面図(b)である。変位測定装置10は、図1に示す試験片100の前面または背面に設置される。
【0010】
試験機本体1は、モータM、減速機2、ねじ棒3、クロスヘッド4、ヨーク5、上つかみ部6、下つかみ部7およびロードセル8を備えている。
【0011】
変位測定装置10は、一対の支柱11、ガイドレール12、一対のプーリ13、一対のクラッチ付きパルスモータ14、リニアスケール15、上アーム16、下アーム17、一対のワイヤ18および一対のバランスウエイト19を備えている。以下、対をなしている構成部品については、必要に応じて「a」または「b」の符号を追記して表す。
変位測定装置10に対して各種操作を入力する制御パネル20が変位測定装置10に接続されている。制御パネル20には、リセットボタン21とスタートボタン22が設けられている。
【0012】
支柱11は、試験機本体1の基台9上に、試験片100の負荷方向に立設されている。ガイドレール12およびリニアスケール15は、一対の支柱11a,11bの間に設けられている。リニアスケール15は、ガイドレール12に取り付けられている。プーリ13およびパルスモータ14は、支柱11の上端に設置され、プーリ13の回転軸とパルスモータ14の回転軸は連結されている。
【0013】
ガイドレール12には、それぞれ下アーム17と上アーム16が昇降可能に保持されている。一対のプーリ13a、13bには、それぞれワイヤ18a、18bが巻き廻わされ、ワイヤ18bの一端に下アーム17が接続され、他端にバランスウエイト19が吊持されている。同様に、ワイヤ18aの一端に上アーム16が接続され、他端にバランスウエイト19が吊持されている。
【0014】
図1において、試験機本体1は、モータMの回転力を減速機2により減速し、1対のねじ棒3を回転させ、クロスヘッド4を昇降させる。固定側のヨーク5にはロードセル8を介して上つかみ部6が連結されており、可動側のクロスヘッド4には下つかみ部7が連結されている。試験片100の両端を上つかみ部6と下つかみ部7で把持し、クロスヘッド4を下降させると、試験片100には荷重が徐々に加わり、やがて破断に至る。この負荷試験は、制御パネル20に設けられたスタートボタン22を作業者が押すことによって開始する。
【0015】
図2において、試験片100は、上つかみ部6と下つかみ部7に把持されている。上アーム16と下アーム17の位置は、リセットされた状態、すなわち原点位置である。この原点位置で上アーム16と下アーム17は、それぞれ試験片100を挟み込むように取り付けられる。このとき、上アーム16と下アーム17は、上つかみ部6と下つかみ部7の中央位置Cに対し、上下に等距離dだけ離れた位置にある。距離dの2倍がゲージ長である。なお、図示は省略するが、上アーム16と下アーム17は、それぞれ一対の開閉レバーと、この開閉レバーを開閉するアクチュエータを有し、アクチュエータにより開閉レバーを開閉させて上下のアーム16,17を試験片100に着脱できるようになっている。
【0016】
アーム移動時には、上アーム16と下アーム17を試験片100から取り外して、パルスモータ14のクラッチをONにして、パルスモータ14を回転させる。ワイヤ18が移動してアームがガイドレール12に沿って昇降する。
【0017】
負荷試験中は、クラッチをOFFにしておき、試験片100の伸びに追従してアームがガイドレール12に沿って昇降する。アームの位置は、リニアスケール15により読み取られる。パルスモータ14の回転、パルスモータ14のクラッチのON/OFFおよびアームの試験片100への取り付けは、制御パネル20に設けられたリセットボタン21を作業者が押すことによって、予めプログラムされた手順に即して実行される。
【0018】
以下、図3により、本実施の形態の変位測定装置を用いた伸び測定の手順を説明する。図3は、本発明の実施の形態による変位測定装置の作用を示す模式図である。試験片100が上つかみ部6と下つかみ部7に把持された状態で、制御パネル20のリセットボタン21が作業者によって押釦されると、図3(a)〜(c)の順に上アーム16と下アーム17が移動する。
【0019】
▲1▼ リセットボタン21が押釦される前は、上アーム16と下アーム17は任意の位置にある(図3(a)参照)。
【0020】
▲2▼ リセットボタン21が押釦されると、パルスモータ14のクラッチがONになり、下アーム17は、下つかみ具7に当接するまで駆動されるとともに、上アーム16は、上つかみ具6に当接するまで駆動される。パルスモータ14へ入力するパルスに対するリニアスケール15の出力変化が少ないことを検出して、上下のアームが上下のつかみ具に当接したことを検出する。この時の下アーム17の位置と上アーム16の位置は、リニアスケール15の出力値から読み取られる(図3(b)参照)。
【0021】
▲3▼ 上アーム16の位置と下アーム17の位置に基づいて、上下のつかみ具の中央位置C、すなわち、試験片の中心位置Cが算出される。予め入力されているゲージ長を中心位置Cから距離dづつ振り分け、下アーム17と上アーム16の取付け目標位置、すなわち原点位置が算出される。この原点位置は、不図示の制御部のメモリに記憶される。
【0022】
▲4▼ 上アーム16と下アーム17は、原点位置まで駆動される。原点位置の手前でパルスモータ14を減速し、目標位置をオーバランせずに正しい位置で上下のアームを停止させる。上下のアームが閉じて試験片に取り付けられる(図3(c)参照)。
【0023】
▲5▼ スタートボタン22が押釦されると、パルスモータ14のクラッチがOFFになり、試験機本体1のクロスヘッド4が下降して、試験片100に負荷がかかる。試験片100の伸びに応じて、上アーム16と下アーム17は、ガイドレール12上を下降する。上アーム16と下アーム17では、下アーム17の方が下降距離は大きい。不図示の制御部に、リニアスケール15の値を試験片の伸びとして読み込むとともに、ロードセル8の出力値を試験片の負荷荷重として読み込む。
なお、上アーム16と下アーム17間の相対変位に応じた変位量を出力する作動トランスをアーム後端に設け、この作動トランスの出力を読み取り、伸び量とすれば、より精度良く伸びが計測できる。
【0024】
▲6▼ 予め定めた試験終了条件が成立すると、クロスヘッド4が停止して試験が終了する。試験終了条件とは、例えば試験片破断によるロードセル出力ゼロの条件である。
▲7▼ 試験終了を判定すると、上下のアームが開いて試験片100から取り外される。
▲8▼ 次の試験片が上つかみ部6と下つかみ部7に把持された状態で、制御パネル20のリセットボタン21が作業者によって押釦されると、上記▲2▼〜▲7▼と同じ手順で負荷試験が行われる。
【0025】
上記▲2▼〜▲7▼の手順は、制御パネル20のリセットボタン21とスタートボタン22を押すだけで自動的に行われる。上下のアームを試験片100に取り付けたり外したりする作業は、自動で行わず、作業者が実施してもよい。
【0026】
本実施の形態では、上下のアームを上下のつかみ具に当接させて上下のつかみ具の中心位置Cを算出し、予め入力したゲージ長さにより上下のアームの取付け目標位置(原点位置)を算出し、その原点位置へ上下のアームを移動するようにしたので、試験片の中央に上下のアームを正しく取り付けることができる。その結果、複数の試験片を同一条件で試験する際、上下のアームを同一位置に取り付けることができ、試験データの信頼性が向上する。
【0027】
以下、本実施の形態の変形例について述べる。本実施の形態の変位測定装置では、上下のつかみ具間の中心位置Cを算出する際、上下のアームを上下のつかみ具に当接させ、上下のアームの位置をリニアスケールの出力値で検出した。これに対し、上下のアームにそれぞれ発光素子と受光素子を設け、光学的につかみ具の位置を検出し、この出力値に基づいて上下のつかみ具間の中心位置Cを算出するように構成することもできる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アームを試験片の所定に位置に正確且つ簡便に取り付けることができる変位測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る変位測定装置が取り付けられる材料試験機本体の構成を模式的に示す正面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る変位測定装置の構成を模式的に示す側面図(a)および正面図(b)である。
【図3】本発明の実施の形態に係る変位測定装置を用いた変位測定の手順を示す模式図である。
【符号の説明】
1:試験機本体
6:上つかみ部
7:下つかみ部
10:変位測定装置
11:支柱
12:ガイドレール
13:プーリ
14:パルスモータ
15:リニアスケール
16:上アーム
17:下アーム
20:制御パネル
100:試験片
Claims (5)
- ガイドレールと、
前記ガイドレールに往復移動可能に保持された上アームおよび下アームと、
前記上アームおよび下アームを移動させる駆動手段と、
前記上アームおよび下アームの位置を検出する第1の検出手段と、
試験片を把持する上つかみ部および下つかみ部の位置を検出する第2の検出手段と、
前記第2の検出手段の検出結果により前記上つかみ部と下つかみ部との間の中央位置を算出し、前記中央位置に対し等距離且つ所定のゲージ長をとる原点位置を算出し、前記第1の検出手段の検出結果に基づいて、前記上アームおよび下アームを前記原点位置へ移動するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする材料試験機用変位測定装置。 - 請求項1に記載の変位測定装置において、
前記第2の検出手段は前記第1の検出手段で兼用され、前記上アームおよび下アームをそれぞれ前記上つかみ部および下つかみ部に当接させたときの前記第1の検出手段の検出結果に基づいて、前記上つかみ部および下つかみ部の位置を検出することを特徴とする材料試験機用変位測定装置。 - 請求項1に記載の変位測定装置において、
前記第2の検出手段は、前記上アームおよび下アームのそれぞれに設けられた非接触変位センサからの信号によって前記上つかみ部および下つかみ部の位置を検出することを特徴とする材料試験機用変位測定装置。 - 請求項1に記載の変位測定装置において、
前記上アームおよび下アームは、アクチュエータにより開閉して前記試験片に着脱されることを特徴とする材料試験機用変位測定装置。 - 請求項1〜4に記載の変位測定装置を用いた変位測定方法において、
前記上つかみ部と下つかみ部の中央位置を算出する工程と、
前記上アームおよび下アームを前記中央位置に対し等距離且つ所定のゲージ長をとる原点位置に移動する工程と、
前記試験片に対する負荷試験の終了を判定する工程と、
前記終了判定により、前記上アームおよび下アームを前記試験片から取り外し、前記原点位置に復帰させる工程とを有することを特徴とする変位測定方法。
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