JP6978465B2 - 寸法測定方法、寸法測定装置、自動引張試験装置及び耐力評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属材料の引張試験技術に関する。特に、自動引張試験装置に好適な技術である。

自動引張試験装置は、例えば、試験片をセットするためのストッカと、試験片を搬送するロボットと、試験片における平行部の幅及び厚みを測定する寸法測定装置と、引張試験を行う試験機本体及び自動伸び計を有する引張試験装置とを備える。そして、寸法測定装置が計測した平行部の幅及び厚み、及び引張試験装置が取得した伸び−荷重特性から、評価のための特性値（降伏強度、引張強度、全伸び等）を求める。そして、求めた特性値を合否判定基準と照らして合否を判定する。また、引張試験後の破断片から破断位置を推定する。

自動引張試験装置に関する従来技術としては、例えば特許文献１や特許文献２がある。
特許文献１には、試験片の供給から測定済試験片の排除までの一連の作業を能率よく行う方法が開示されている。
また、特許文献２には、今まで形状の異なる試験片を各々の形状に合わせた試験片ケースに分類しなければ試験機本体の引張試験クランプに試験片を確実にセットできなかったという課題に対し、試験片の形状検出機構として、フォトセンサーを用いることで１種類の試験片ケースであっても、形状の異なる試験片について引張試験のクランプまで確実にセットが可能になる方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、引張試験機のチャック部に試験片を装着した状態において試験片平行部を、平行部に直行する方向から測寸子によって接触で、または波動もしくは光学的手段非接触で測寸する方法が開示されている。

特開平５−２４０７５６号公報 特開平８−１９３９３２号公報 特開昭５６−４０３３号公報

引張試験用の試験片は、ＪＩＳ規格や海外規格で定められた所定の寸法に切断加工されて作製される。このとき、切断後の試験片に、長手方向へのねじれや反りを生じていることがある。
従来の自動引張試験装置での試験片の寸法測定装置では、試験片の両端部をチャック等で把持して一対の測寸子で試験片平行部の幅及び厚みを計測する。試験片がねじれや反りといった歪を有する場合、その歪量までも試験片の寸法として測定してしまい、測定値が寸法公差を外れる、試験片位置がセンサーの基準点を外れ計測不能となる等といった問題があった。

このため、従来にあっては、所定以上のねじれや反りのある試験片は、寸法測定装置から除外して、手動で測るなどしなければならなかったため、自動化率を下げる大きな要因となっていた。
寸法公差を外れなかった場合には自動で引張試験が行われるが、試験片の幅及び厚みに上記歪による誤差が存在するため、試験結果の誤差要因となっていた。

また、ねじれや反りを有する試験片を引っ張ると、応力−歪曲線の比例部分（伸び−荷重特性の立ち上がりの弾性域）において、一様な変形とならず揺らぎが生じる場合がある。降伏現象を示さない試験片では、耐力をＪＩＳ Ｚ２２４１に規定されたオフセット法、もしくは全伸び法に基づいて、応力−歪曲線の比例部分の傾斜からシステムが自動計算するが、揺らぎが生じると比例部分の勾配を適正に計算できず、適正でない傾斜線を使ったままでは、間違った耐力を測定し、適正でない比例部分の勾配を用いて計算された間違った試験値が流出してしまう問題もあった。このようなことは、自動引張試験の信頼性を下げる要因にもなっていた。

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、試験片の寸法測定の精度の向上によって自動引張試験の信頼性を向上させることを目的とする。

課題を解決するために、本発明の一態様である寸法測定装置は、引張試験を行う試験片の平行部に当接させた一対の圧子間の距離に基づき、上記平行部の厚み及び幅を測定する寸法測定装置であって、置き台に載置された試験片の長手方向両端部をそれぞれ把持する左右一対の把持装置と、上記試験片の平行部を厚み方向と幅方向から挟持可能な一対の圧子と、上記試験片の平行部エッジを検出可能なエッジセンサーと、上記把持装置及び上記圧子の作動を制御する寸法制御部と、を備え、上記一対の圧子と上記エッジセンサーは、上記一対の把持装置に支持された試験片に接近・離隔する構成となっており、上記寸法制御部は、上記置き台に載置された試験片の両端部を上記一対の把持装置で把持させ、上記試験片を厚み方向を上下又は水平に向けた状態で支持させる試験片支持部と、上記一対の把持装置で支持されている試験片の平行部を、上記一対の圧子で厚み方向又は幅方向から挟持させる圧子挟持部と、上記一対の把持装置で支持されている試験片の平行部を上記一対の圧子で挟持したと判定すると、上記一対の把持装置による試験片の把持を緩和する把持緩和部と、上記把持緩和部によって試験片の把持を緩和したと判定したら、上記一対の圧子で厚みを求める厚み計測部と、上記エッジセンサーで試験片の平行部のエッジを検出した位置を基準とし、試験片厚みに基づき、上記一対の圧子の接近を停止する圧子位置制御部と、上記圧子位置制御部によって上記一対の圧子が停止したと判定したら、上記一対の圧子で上記平行部の幅を求める幅計測部と、を備えることを要旨とする。

また、本発明の一態様である寸法測定方法は、引張試験を行う試験片の平行部に測定方向で当接する一対の圧子間の距離に基づき、当該平行部の厚み及び幅を測定する寸法測定方法であって、上記試験片の上記厚みは、一対の把持装置で上記試験片の両端部をそれぞれ把持させて、上記平行部の厚み方向を上下に向けた状態で上記試験片を支持させた後に、上記平行部を上記一対の圧子で上下から挟持し、その後、上記一対の把持装置による試験片の把持を緩和したときの上記一対の圧子間の距離に基づき求め、上記試験片の上記幅は、上記エッジセンサーによる試験片のエッジ検出位置と試験片厚みから求めた圧子挟持位置で圧子を停止し、試験片の幅方向から圧子で挟持し、該圧子間の距離に基づき求めることを要旨とする。

また、本発明の一態様である自動引張試験装置は、試験片を搬送するためのロボットハンドと、試験片における平行部の幅と厚みを測定する寸法測定装置と、幅と厚みを測定した試験片の引張試験を行って伸び−荷重特性を取得する引張試験装置と、上記寸法測定装置が求めた幅と厚み及び上記引張試験装置が取得した伸び−荷重特性から、試験を行った試験片の応力−歪特性を計算する演算装置と、を有し、上記寸法測定装置が、上記本発明の一態様の寸法測定装置であることを要旨とする。

また、本発明の一態様である耐力評価方法は、上記の寸法測定方法を用いて試験片における平行部の幅と厚みを測定し、幅と厚みを測定した試験片の引張試験を行って伸び−荷重特性を取得し、測定した幅と厚み及び上記伸び−荷重特性から応力−歪特性を計算し、該応力−歪特性から計算したヤング率が、試験を行った試験片で想定されるヤング率として予め設定した管理範囲内か否かに基づいて試験結果の合否を判定することを要旨とする。

本発明の態様によれば、試験片にねじれや反り等の歪が存在していても、試験片の寸法を精度良く測定することが可能となる。
また、本発明の態様によれば、耐力を決定するのに重要な傾斜線（ヤング率）の適否を判定する仕組みを取り入れることで、試験片形状に起因する不適正な試験結果の排除が可能になるので、自動引張試験の信頼性を高める効果がある。

自動引張試験装置の構成例を説明する平面図である。 第１センタリング機構及び把持装置を説明する正面図である。 第２センタリング機構及び把持装置を説明する正面図である。 第２センタリング機構を示す斜視図である。 試験片と圧子の初期値との関係を示す平面図である。 一対の圧子及びエッジセンサーを示す側面図である。 寸法制御部の構成を説明する図である。 厚み測定制御部の処理を説明するフロー図である。 把持緩和部を説明する処理フロー図である。 幅測定制御部の処理を説明するフロー図である。 圧子位置再設定部の処理を説明する図である。 制御装置の構成を説明する図である。 評価部の処理を説明するフロー図である。 厚み測定を説明する概念図（正面図）である。 厚み測定を説明する概念図（正面図）である。 厚み測定を説明する概念図（正面図）である。 幅測定を説明する概念図（平面図）である。 ヤング率（傾斜線）がぶれる例を示す図である。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する図面は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該図面によって何ら限定されるものではない。本発明の実施形態は、本発明の趣旨に適合する範囲で適宜変更することが可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に包含される。
本実施形態の自動引張試験装置は、図１に示すように、試験片をセットするためのストッカ１と、試験片を搬送するロボット２と、試験片における平行部の寸法を測定する寸法測定装置３と、引張試験を行い伸び−荷重特性を取得する引張試験装置４と、制御装置５とを備える。

＜ストッカ１＞
ストッカ１は、本願の自動引張試験に供する試験片を並べる設備である。試験片は試験する順に平置きで、あるいは重ね置きでストッカ１にセットする。なお、試験片には試料識別記号、鋼種、公称厚、想定されるヤング率等の情報を制御装置に読み込ませるためのバーコード等の試験片情報を貼りつけておくことが好ましい。

＜ロボット２＞
ロボット２は、６軸ロボットなどで構成され、ロボットハンドでストッカ１に載置されている試験片を把持して寸法測定装置３の置き台まで搬送したり、寸法測定後の試験片を寸法測定装置３から引張試験装置４に搬送して設置したりする装置である。ロボット２として、特許文献２に記載のような、公知の産業用ロボットを使用すればよい。

＜引張試験装置４＞
引張試験装置４は、引張試験を行う引張試験機本体４Ａと、引張試験機本体４Ａに設置された試験片の伸びを計測する自動伸び計４Ｂとを備える。
寸法測定装置３で寸法の計測が終了した試験片は、ロボット２によって、引張試験機本体４Ａに搬送され、引張試験機本体４Ａの上部チャックと下部チャックとの間に取り付けられる。また、自動伸び計４Ｂの一対のアーム４Ｂａが、試験片の評点距離を測定するために把持する。引張試験装置４は、引張試験機本体４Ａによって試験片に対し、引張軸方向に向けた引張荷重を負荷させるのに同期して、自動伸び計４Ｂにて試験片の平行部の伸びを計測する。これによって引張試験装置４は、伸び−荷重特性用の計測値（歪量（ε）、荷重（Ｎ））を逐次連続的に、計測して、制御装置５に供給する。引張試験装置４としては、公知の引張試験装置を採用すればよい。

＜寸法測定装置３＞
寸法測定装置３は、試験片の平行部の厚み及び幅を測定する。平行部の厚み及び幅が試験片の断面情報となる。
本実施形態の寸法測定装置３は、図２〜図６に記載のように、置き台１０と、センタリング機構と、左右一対の把持装置１４と、一対の圧子１５と、エッジセンサー２１と、寸法制御部２２とを備える。

（置き台１０）
置き台１０は、図２に示すように、試験片１００が載置される台である。置き台１０は、シリンダ装置などからなる昇降機構１１によって、初期値高さ位置と、初期高さ位置よりも下方の待避位置とに高さが変更可能となっている。
（センタリング機構）
センタリング機構は、平面視からみて、置き台１０に載置された試験片１００の位置を目的とする載置位置に位置決めを行う機構である。センタリング機構は、第１センタリング機構１２と第２センタリング機構１３とを備える。

第１センタリング機構１２は、置き台１０に載置された試験片１００を長手方向両側から同期をとって挟み込んで、試験片１００の長手方向位置を予め設定した位置に位置合わせする機構である。
本実施形態の第１センタリング機構１２は、図２に示すように、置き台１０に載置された試験片１００を、長手方向から挟んで対向可能な一対の押し当てパッド１２ａと、その一対の押し当てパッド１２ａを同期をとって接近・離脱する同期変位機構１２ｂと、一対の押し当てパッド１２ａを昇降させる昇降機構１２ｃとを備える。

一対の押し当てパッド１２ａの高さは、昇降機構１２ｃの作動によって、置き台１０に載置された試験片１００の長手方向端面に対向するセンタリング高さ位置と、センタリング高さ位置よりも下方の待避位置（初期位置）とに切り替えることが可能となっている。
そして、第１センタリング機構１２は、寸法制御部２２からの作動指令を受信すると、昇降機構１２ｃが作動して、一対の押し当てパッド１２ａの高さがセンタリング高さ位置に移動する。続けて、一対の押し当てパッド１２ａの高さがセンタリング高さ位置となったと判定すると、同期変位機構１２ｂが作動して、一対の押し当てパッド１２ａが接近して、一対の押し当てパッド１２ａで試験片１００を挟み込むことで、試験片１００の長手方向のセンタリングをし、その後に、再度一対の押し当てパッド１２ａを離隔させる。続いて、昇降機構１２ｃの作動によって、一対の押し当てパッド１２ａが待避位置に向けて下降する。

第２センタリング機構１３は、置き台１０に載置された試験片１００を幅方向両側から同期をとって挟み込んで、試験片１００の幅方向位置を予め設定した位置に位置合わせする機構である。
本実施形態の第２センタリング機構１３は、図３及び図４に示すように、平面視でみて、置き台１０に載置された試験片１００を、幅方向から挟んで対向する対をなす棒体１３ａと、その対をなす棒体１３ａを同期をとって接近・離脱する同期変位機構と、対をなす棒体１３ａを昇降させる昇降機構１３ｃとを備える。対をなす棒体１３ａの高さは、昇降機構１３ｃの作動によって、置き台１０に載置された試験片１００に幅方向から対向するセンタリング高さ位置と、センタリング高さ位置よりも下方の待避位置（初期位置）とに切り替えることが可能となっている。

そして、第２センタリング機構１３は、寸法制御部２２からの作動指令を受信すると、昇降機構１３ｃが作動して、対をなす棒体１３ａの高さがセンタリング高さ位置に移動し、対をなす棒体１３ａの高さがセンタリング高さ位置となったと判定すると、対をなす棒体１３ａが接近して（図５参照）、試験片１００の幅方向の位置決めをした後に、再度、対をなす棒体１３ａを離隔させる。続いて、昇降機構１３ｃの作動によって、対をなす棒体１３ａが待避位置に向けて下降する。

（把持装置１４）
左右一対の把持装置１４は、置き台１０に載置された試験片１００の長手方向両端部をそれぞれ把持する装置である。
左右の各把持装置１４は、図２及び図３に示すように、試験片１００の端部を挟持可能な一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂを有する。一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂは、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂ間が接近・離脱可能な状態で第１スライダ部１４Ｃに支持されている。第１スライダ部１４Ｃは、横方向に延びる回転軸１４Ｄを有する。回転軸１４Ｄは、Ｌ字フレーム１４Ｆの垂直部に支持されていると共に、回転駆動部１４Ｅによって軸回転可能となっている。そして、回転軸１４Ｄ周りに回転変位することで、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂは、上下方向で対向する初期位置と、長手方向を回転軸として９０度回転した左右方向で対向する第２位置の二つの対向位置が取れるようになっている。

Ｌ字フレーム１４Ｆの水平部には第２スライダ部１４Ｇが設けられている。第２スライダ部１４Ｇは、置き台１０に載置された試験片１００の長手方向端部に向けて、Ｌ字フレーム１４Ｆが接近・離隔する方向に移動可能に設定されている。
この構成によって、左右一対の把持装置１４は、寸法制御部２２からの指令によって同期をとって作動して、第２スライダ部１４Ｇによって一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂが試験片１００の長手方向端部に接近して、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂが、試験片１００の長手方向端部を挟んで対向し、続いて、第１スライダ部１４Ｃが寄って、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂが接近して、試験片１００の端部を上下から挟み込んで当該試験片１００を、厚み方向を上下方向に向けて把持した状態となる。このとき、置き台１０は下方に待避する。これによって、左右一対の把持装置１４は、試験片１００を水平に支持可能となっている。

また回転駆動部１４Ｅが作動することで、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂが左右方向で対向する位置になるよう９０度回転して、試験片１００の幅方向が上下で対向した位置となる。
（一対の圧子１５） 一対の圧子１５は、図５に示すように、平面視でみて、置き台１０に置かれた試験片１００の幅方向に離れた位置が初期値となっている。

一対の圧子１５は、図６に示すように、上下で対向するように配置されて、上下一対のチャック部１６にそれぞれ取り付けられている。上側のチャック部１６にはデジタルゲージ１７が軸を上下に向けて取り付けられ、該デジタルゲージ１７によって一対の圧子１５間の距離が測定可能となっている。
下側のチャック部１６は、昇降機構１９によって上下に変位可能となっており、この下側のチャック部１６の昇降による下側の圧子１５の変位によって、一対の圧子１５間の距離が変化するようになっていると共に、一対の圧子１５で試験片１００を挟持した際の挟持圧が調整できるようになっている。これによって、一対の圧子１５は、試験片の平行部を厚み方向と幅方向から挟持可能な構成となっている。

一対の圧子１５が設けられた一対のチャック部１６は、Ｌ字部材１８の垂直部に支持され、Ｌ字部材１８の水平部は、Ｘ−Ｙテーブル２０に取り付けられている。このＸ−Ｙテーブル２０によって、Ｌ字部材１８、すなわち一対の圧子１５は、試験片１００に接近・離脱する方向に移動可能となっている共に、試験片１００の長手方向に沿った方向にも移動可能となっている。これにより、一対の圧子１５は、一対の把持装置に支持された試験片に接近・離隔する構成となっている。

（エッジセンサー２１）
また上側のチャック部１６における上側の圧子１５の前側には、エッジセンサー２１が設けられている。これにより、エッジセンサー２１は、一対の把持装置に支持された試験片に接近・離隔する構成となっている。本実施形態のエッジセンサー２１は例えばレーザー距離計からなる。エッジセンサー２１は、一対の圧子１５の対向方向である、下方に検出方向が設定されている。これによって、相対的に、一対のチャック部１６の先端部に試験片１００が入り込み、試験片１００が平面視でエッジセンサー２１の位置にくると、レーザー距離計が検出する距離が短くなることで、試験片１００の平行部のエッジを検出できる。

（寸法制御部２２）
寸法制御部２２は、図７に示すように、厚み測定制御部２２Ａと幅測定制御部２２Ｂとを備える。寸法制御部２２は、コンピュータのプログラムで構成される。
（厚み測定制御部２２Ａ）
厚み測定制御部２２Ａは、図８に示すように、第１センタリング処理部と、第２センタリング処理部と、試験片支持部２２Ａａと、圧子挟持部２２Ａｂと、把持緩和部２２Ａｃと、厚み計測部２２Ａｄとを備える。

次に、厚み測定制御部２２Ａの処理を、図８を参照して説明する。
ステップＳ２００にて、試験片１００が置き台１０に載置されたか否かを判定する。載置されたと判定すると、ステップＳ２０１に移行する。
ステップＳ２０１では、第１センタリング処理部が起動して、第１センタリング機構１２によって、置き台１０に載置された試験片１００の長手方向のセンタリング処理を行う。

次に、ステップＳ２０２では、第２センタリング処理部が起動して、第２センタリング機構１３によって、置き台１０に載置された試験片１００の幅方向のセンタリング処理を行う。
次に、ステップＳ２０３では、試験片支持部２２Ａａが起動する。
試験片支持部２２Ａａは、一対の把持装置１４に作動指令を供給して、置き台１０に載置された試験片１００の両端部を一対の把持装置１４で把持させ、一対の把持装置１４によって、試験片１００を厚み方向を上下方向に向けた状態で支持させる。このとき、把持させたと判定すると、置き台１０を下方に変位させておく。

試験片支持部２２Ａａの作動によって試験片１００の平行部を一対の把持装置１４で支持したと判定すると、ステップＳ２０４に移行して圧子挟持部２２Ａｂを起動する。
ここで、圧子挟持部２２Ａｂは、一対の把持装置で支持されている試験片の平行部を、一対の圧子で厚み方向又は幅方向から挟持させる処理を行う。
圧子挟持部２２Ａｂは、一対の圧子１５に作動指令を供給して、一対の圧子１５を、試験片１００の平行部を挟んで上面側と下面側に対向する位置に移動させる。圧子１５の初期位置と試験片１００までの距離は一定であるので、その一定距離だけ圧子１５を移動させればよい。続いて、上下方向で対向する一対の圧子１５を接近させて、一対の把持装置１４で支持されている試験片１００の平行部を、一対の圧子１５で上下から所定の挟持圧で挟持させる。

このとき、一対の圧子１５での挟持圧を、０．２ＭＰａ以上とする。
その理由は、挟持圧が０．２ＭＰａより低いと、後述の試験片の挟持が不安定となり、試験片厚みを正確に測定することができないからである。挟持が安定すればよいので挟持圧の上限値は特にないが、把持装置１４の負荷を軽減するために、挟持圧は０．７ＭＰａ以下とすることが好ましい。

また、各圧子１５の先端部である試験片１００との当接面の面積を４０ｍｍ²以上２５０ｍｍ²以下とする。
厚み測定精度向上のためには、圧子先端部は試験片と点接触することが好ましいが、接触面積が小さくなるほど、後述の試験片の挟持が不安定となる。よって試験片１００との当接面の面積を４０ｍｍ²以上２５０ｍｍ²以下とする。より好ましくは、７８ｍｍ²以上２００ｍｍ²以下とする。なお、圧子当接面の形状は、円形状または等方的な多角形状が好ましい。

一対の圧子１５で試験片１００が挟持されたと判定するステップＳ２０５に移行して、把持緩和部２２Ａｃを起動する。
把持緩和部２２Ａｃでは、図９に示すように、ステップＳ３００で試験片１００の重量を取得する。試験片１００の重量は、例えば、試験片１００に設けられたバーコード等の試験片情報を読み取ることで取得する。

次に、ステップＳ３０１に移行して、試験片１００の重量が閾値重量未満か否かを判定する。
閾値重量未満の場合には、ステップＳ３０２に移行して、試験片１００を支持する上記一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂの両方をそれぞれ試験片１００から離れる方向に変位させる。試験片１００の重量が予め設定した閾値重量以上と判定するとステップＳ３０３に移行して、試験片１００を支持する上記一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂのうちの上側の掴み部１４Ａだけを上方に変位させることで、試験片１００の把持を緩和する。

把持緩和部２２Ａｃは、試験片１００の重量に関係なく、試験片１００を支持する上記一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂの両方をそれぞれ試験片１００から離れる方向に変位させて、試験片１００の把持を緩和する構成でもよい。また把持緩和部２２Ａｃは、試験片１００を支持する上記一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂのうちの上側の掴み部１４Ａだけを上方に変位させることで、試験片１００の把持を緩和する構成となっていてもよい。

把持緩和部２２Ａｃによって試験片１００の把持を緩和したと判定したら、ステップＳ２０６に移行して厚み計測部２２Ａｄを起動する。
厚み計測部２２Ａｄは、一対の圧子１５間の距離を試験片１００の厚みとして測定し、厚み測定制御部に記憶させる。
ここで、平行部での測定位置を長さ方向にずらしながら、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理を繰り返すことで、複数箇所の平行部の厚みを計測することができる。複数箇所の厚みを計測する場合は、その平均値を計算して試験片の厚みとする。

次に、ステップＳ２０７に移行して再支持処理部を起動する。
再支持処理部では、一対の把持装置１４に作動指令を供給して、置き台１０に載置された試験片１００の両端部を一対の把持装置１４で把持させる。
次に、ステップＳ２０８に移行して、圧子復帰処理部を起動する。
圧子復帰処理部は、一対の圧子１５間の距離を離隔させて挟持状態を解除すると共に、圧子１５を初期位置に横移動させる。

（幅測定制御部２２Ｂ）
次に、幅測定制御部２２Ｂの処理を、図１０を参照して説明する。
幅測定制御部２２Ｂは、図１０に示すように、試験片回転変位部２２Ｂａ、圧子位置再設定部２２Ｂｂ、幅計測部２２Ｂｃを備える。
幅測定制御部２２Ｂの処理は、厚み測定制御部２２Ａの処理が終了すると作動する。

まずステップＳ４００にて試験片回転変位部２２Ｂａが起動する。
試験片回転変位部２２Ｂａは、一対の把持装置１４に回転変位の作動指令を供給して、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂを９０度回転変位させて、一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂが左右で対向する位置に設定する。この状態では、把持されている試験片１００は幅方向が上下方向を向く。

次に、ステップＳ４０１では、圧子位置再設定部２２Ｂｂを起動する。圧子位置再設定部２２Ｂｂは、エッジセンサーで試験片の平行部のエッジを検出した位置を基準とし、試験片厚みから求めた距離に基づき、一対の圧子の接近を停止する圧子位置制御部を構成する。 圧子位置再設定部２２Ｂｂは、図１１に示すように、まず、ステップＳ５００にて、圧子１５を試験片１００に向けて前進移動を開始する。

そして、エッジセンサー２１が試験片１００のエッジを検出した否かを、所定サンプリング周期で判定し（ステップＳ５０１）、エッジを検出したと判定したら、試験片厚みに基づいて決定した前進時間経過後に、圧子１５の前進を停止する（ステップＳ５０２）。ここで、試験片厚みは、予め試験片情報として設定した試験片厚みを用いることができるが、上記ステップＳ２０４〜Ｓ２０６で得た試験片厚みを用いることもできる。前進時間は、試験片厚みと圧子の移動速度とから求めた、エッジから試験片と対向可能な位置（例えば厚み方向１／２位置）までの距離を前進するのに要する時間である。

次に、ステップＳ４０２に移行して、幅計測部２２Ｂｃを起動する。幅計測部２２Ｂｃでは、停止した一対の圧子１５を試験片に接近させて、一対の圧子１５で試験片１００を幅方向から挟持する。この挟持圧は小さくて構わない。
圧子１５で試験片１００が挟持されたら、幅計測部２２Ｂｃは、一対の圧子１５間の距離を試験片１００の幅として計測し、幅測定制御部２２Ｂに記憶させる。

次に、ステップＳ４０３に移行して、圧子復帰部を起動して、圧子１５による試験片１００の挟持を解除して、一対の圧子１５を初期位置に戻す。
ここで、計測位置を変更して、ステップＳ４０１〜ステップＳ４０３を複数回繰り返すことで、複数箇所の平行部の幅を計測することができる。複数箇所の幅を計測する場合は、その平均値を計算して試験片の幅とする。

その後、ステップＳ４０４に移行して、把持解除部を起動する。
把持解除部は、下方に待避していた置き台１０を初期位置に復帰させると共に、一対の把持装置１４による把持を解除する。
ここで、ステップＳ４０１において、予め設定した試験片厚みを用いる場合は、寸法制御部２２で、第２センタリング処理後、厚み測定制御ステップＳ２０３〜Ｓ２０８と幅測定制御ステップＳ４００〜Ｓ４０４の順番を入れ替えて実施することもできる。

＜制御装置５＞
制御装置５は、図１２に示すように、伸び−荷重特性取得部５Ａと、演算部５Ｂ、評価部５Ｃとを備える。
伸び−荷重特性取得部５Ａは、寸法測定装置３から平行部の幅と厚みからなる断面情報を取得すると共に、引張試験装置４から伸び−荷重特性の特性情報（歪量ε、引張荷重Ｎ）を取得する。

そして、演算部５Ｂで、平行部の幅と厚みから試験片１００の平行部の断面積を求め、伸び−荷重特性の情報である各（歪量ε、引張荷重Ｎ）のうちの引張荷重Ｎを平行部の断面積Ａで除算して、応力値σに変換して、（歪量ε、応力σ）の組からなる複数の特性情報を取得する。
評価部５Ｃの処理を、図１３を参照して説明する。

評価部５Ｃは、まずステップＳ６００にて、演算部５Ｂから、応力−歪特性の傾きΔσ／Δεから弾性域を推定し、次いでステップＳ６０１にて傾き直線を求め、この直線の勾配からヤング率を取得する。傾き直線の求め方は、例えば上記弾性域の任意の２点を選び、この２点を結ぶ直線の勾配として求めることができる。あるいは、任意に複数点を選び、最小二乗法等によって直線近似して求めることもできる。

ステップＳ６０１の処理はヤング率取得部を構成する。
次に、ステップＳ６０２にて、ステップＳ６０１にて求めたヤング率が、予め試験片情報として設定した管理範囲内にあるか否かを判定する。管理範囲内と判定した場合にはステップＳ６０３に移行し、管理範囲外と判定した場合にはステップＳ６０４に移行する。
管理範囲は、試験片１００を構成する鋼材が有するヤング率の上限値と下限値とで構成される。この管理範囲内は、理論値として設定しても良いし、過去に求めたヤング率を統計処理して設定してもよい。

ステップＳ６０３では、ヤング率が上記管理範囲内であると判定した試験結果を合格と判定し、応力−歪特性の傾き直線から、ＪＩＳ Ｚ２２４１に規定されたオフセット法、オンセット法、もしくは全伸び法に基づいて耐力を計算する。さらに引張強度、全伸び等其の他の特性値を求める。
一方、ステップＳ６０４では、カウンターの値が所定カウント値（例えば３）以下であれば、ステップＳ６００に移行し、応力−歪特性の微分値を取得する演算部５Ｂから、弾性域と推定される他の２つの組み合わせの特性情報を取得して、上記評価をやり直す。

一方、ステップＳ６０４にて、カウンターの値が所定カウント値を越える場合には、ステップＳ６０５に移行して、ヤング率の評価を不合格（その試験片１００を適合不可）とする。なお、カウンターは、評価部５Ｃが起動時にゼロクリアする。

（動作その他）
引張試験では、所定サイズに試験片１００を加工する必要があるが、実際には、製品は製造過程において様々な歪を受けており、試材切断後においては、試験片１００が長手方向に反ったり、長手方向を軸にひねりが生じたりすることがある。従来にあっては、反りやひねりのある試験片１００は、試験片１００の測定結果が異常値を示すことがある。そして、従来の自動引張試験装置では測寸不可として装置を止め、試験装置から試験片１００を取り除く必要があった。取り除いた場合は、手動で測定を行い試験片１００の寸法測定値を試験機端末に手入力してから自動引張試験を行うため、自動化率を下げる大きな要因となる。

本実施形態では、試験片１００が長手方向にねじれて歪んでいる場合であっても、一対の圧子１５を試験片１００の自重を支えられるほどの力で試験片１００に点接触させた状態で圧子のみで把持しながら測定することが可能であれば、ねじれによる測定誤差を含まず正しく測定できるといった考え方から、寸法測定装置３の圧子１５のみで支えることができる試験片１００の重量を検証して確認した。

すなわち、本実施形態では、図１４（ａ）に示すように、試験片１００を一対の圧子１５で挟持させてから、図１４（ｂ）のように、一対の把持装置１４の一対の掴み部１４Ａ、１４Ｂを上下に変位させて、一対の把持装置１４を解除した状態で厚み測定を行う。
このとき、試験片１００にねじれが生じている場合には、一対の把持装置１４で試験片１００を把持した状態（図１４（ａ））で一対の圧子１５により試験片の厚みを測定すると、図１６（ａ）に示すように、試験片１００が斜めになった状態で一対の試験片１００で挟持されるため、本来の寸法よりも大きく測定される。

これに対し、一対の把持装置１４での試験片１００の把持を緩和して（図１４（ｂ））、一対の圧子１５で所定圧以上の挟持圧で挟持すると、図１６（ｂ）に示すように、試験片１００の測定位置で、試験片１００の姿勢が圧子１５の当接面に対して水平に変位して、該試験片の厚みを正しく測定することができる。
また、一対の圧子１５だけでは把持できない場合は、図１５（ｂ）に示すように、両側の掴み部１４Ａ、１４Ｂの下側の掴み部１４Ｂだけで支え、上側の掴み部１４Ａは開いて自由端の状態にすれば、同様にねじれの影響を受けないで測定できることを確認した。すなわち、所定以上の重量の試験片１００にねじれがあっても、厚みを精度良く測定することが可能である。

また、試験片１００の幅方向の測定を考えた場合、試験片１００に反りのある場合は、図１７に示すように、試験片１００の平行部が湾曲している。このように、圧子１５の初期位置から試験片１００の平行部までの距離が、反りによって変化するため、圧子１５を一定距離だけ移動させる方法では、圧子が試験片位置の手前や後方で停止して、幅測定ができない恐れがあった。

これに対し、本実施形態では、エッジセンサー２１を用い、湾曲線上の試験片１００の平行部のエッジ部をエッジセンサー２１で検出してから、試験片厚みと圧子移動速度によって決まる所定時間後に圧子１５の前進を停止するようにしている。このため、試験片１００にどのような反りが形成されていても、圧子が試験片位置で停止して試験片を把持できるので、試験片１００の幅を測定できるようになる。

また、試験片１００の厚みに基づいて位置決めすることで、圧子による挟持位置の精度が上がるなど、寸法測定精度が向上する。
また、反りやねじれが少なければ、応力−歪曲線の弾性域に影響はなく、特性値にも影響を及ぼすことはないが、そり、ねじれが大きいと応力−歪曲線の弾性域が直線にならず、立ち上がりの傾斜線が揺らぐため、試験片の鋼種から推定されるヤング率の値にならないことが多い。そのため、例えば、０．２％オフセット耐力（応力−歪曲線の比例域の傾斜線を歪が増加する方向に０．２％平行移動し、応力−歪曲線と交わる位置の応力値）の測定結果が、異常値となる場合がある。従来の自動引張試験装置では、上記異常値を判定し試験結果から排除する必要があった。

ヤング率は、応力−歪曲線の比例部分（弾性域）における任意の２測定点、あるいは３点測定以上の特性情報（ε、σ）から求めた傾きΔσ／Δεであるが、図１８に示すように、弾性域に揺らぎが存在すると、どの測定点の組合せを採用するかによって、ヤング率の値が大きく異なる。
このようなことを考慮して、本実施形態では、求めたヤング率が管理範囲内かどうかの適性評価を行うことで、求めたヤング率の精度を向上させた。

例えば、各種材料の過去の試験実績からヤング率の管理範囲を予め設定しておき、任意に指定した測定点から求めたヤング率が、設定した管理範囲内かを自動で検証する。ここで求めたヤング率が範囲外れであれば、指定した測定点が適正であったか否かを必要に応じて応力−歪曲線上で確認し、必要に応じて再度別の測定点を指定し、より適正な傾斜線を設定できる仕組みを構築した。その結果、従来に比べ信頼性の高い耐力の測定を可能にした。

以上のように、本実施形態では、実際の試験片１００にねじれや反りが存在しても正しく寸法を測定できるようなり、また、耐力を決定するのに重要な傾斜線（ヤング率）の適否を判定することで、より精度の高い耐力測定が可能になる。この結果、試験の信頼性を高める効果を奏する。

３ 寸法測定装置
４ 引張試験装置
５ 制御装置
５Ａ 伸び−荷重特性取得部
５Ｂ 演算部
５Ｃ 評価部
１０ 置き台
１２ 第１センタリング機構
１３ 第２センタリング機構
１４ 把持装置
１４Ａ、１４Ｂ 掴み部
１５ 圧子
２１ エッジセンサー
２２ 寸法制御部
２２Ａ 厚み測定制御部
２２Ａａ 試験片支持部
２２Ａｂ 圧子挟持部
２２Ａｃ 把持緩和部
２２Ａｄ 厚み計測部
２２Ｂ 幅測定制御部
２２Ｂａ 試験片回転変位部
２２Ｂｂ 圧子位置再設定部（圧子位置制御部）
２２Ｂｃ 幅計測部
１００ 試験片

Claims (12)

1. 引張試験を行う試験片の平行部に当接させた一対の圧子間の距離に基づき、上記平行部の厚み及び幅を測定する寸法測定装置であって、
   置き台に載置された試験片の長手方向両端部をそれぞれ把持する左右一対の把持装置と、
   上記試験片の平行部を厚み方向と幅方向から挟持可能な一対の圧子と、
   上記試験片の平行部エッジを検出可能なエッジセンサーと、
   上記把持装置及び上記圧子の作動を制御する寸法制御部と、を備え、
   上記一対の圧子と上記エッジセンサーは、上記一対の把持装置に支持された試験片に接近・離隔する構成となっており、
   上記寸法制御部は、
   上記置き台に載置された試験片の両端部を上記一対の把持装置で把持させ、上記試験片を厚み方向を上下又は水平に向けた状態で支持させる試験片支持部と、
   上記一対の把持装置で支持されている試験片の平行部を、上記一対の圧子で厚み方向又は幅方向から挟持させる圧子挟持部と、
   上記一対の把持装置で支持されている試験片の平行部を上記一対の圧子で挟持したと判定すると、上記一対の把持装置による試験片の把持を緩和する把持緩和部と、
   上記把持緩和部によって試験片の把持を緩和したと判定したら、上記一対の圧子で厚みを求める厚み計測部と、
   上記エッジセンサーで試験片の平行部のエッジを検出した位置を基準とし、試験片厚みに基づき、上記一対の圧子の接近を停止する圧子位置制御部と、
   上記圧子位置制御部によって上記一対の圧子が停止したと判定したら、上記一対の圧子で上記平行部の幅を求める幅計測部と、
   を備えることを特徴とする寸法測定装置。
2. 上記把持緩和部は、上記把持装置による試験片の支持を解除させることで上記試験片の把持を緩和することを特徴とする請求項１に記載した寸法測定装置。
3. 上記把持装置はそれぞれ、試験片の端部を挟持可能な一対の掴み部を有し、
   上記試験片支持部は、試験片の端部を上下から上記一対の掴み部で挟み込むことで当該試験片を支持させ、
   上記把持緩和部は、試験片を支持する上記一対の掴み部のうちの上側の掴み部を上方に変位させることで、試験片の把持を緩和することを特徴とする請求項１に記載した寸法測定装置。
4. 上記各把持装置はそれぞれ、試験片の端部を挟持可能な一対の掴み部を有し、
   上記試験片支持部は、試験片の端部を上下から上記一対の掴み部で挟み込むことで当該試験片を支持させ、
   上記把持緩和部は、測定する試験片の重量が予め設定した閾値重量未満と判定すると、試験片を支持する上記一対の掴み部の両方をそれぞれ試験片から離れる方向に変位させ、試験片の重量が予め設定した閾値重量以上と判定すると、試験片を支持する上記一対の掴み部のうちの上側の掴み部だけを上方に変位させることで、試験片の把持を緩和することを特徴とする請求項１に記載した寸法測定装置。
5. 上記置き台に載置された試験片を長手方向両側から同期をとって挟み込んで、試験片の長手方向位置を予め設定した位置に位置合わせする第１センタリング機構と、
   上記置き台に載置された試験片を幅方向両側から同期をとって挟み込んで、試験片の幅方向位置を予め設定した位置に位置合わせする第２センタリング機構と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した寸法測定装置。
6. 試験片を搬送するためのロボットハンドと、試験片における平行部の幅と厚みを測定する寸法測定装置と、幅と厚みを測定した試験片の引張試験を行って伸び−荷重特性を取得する引張試験装置と、上記寸法測定装置が求めた幅と厚み及び上記引張試験装置が取得した伸び−荷重特性から、試験を行った試験片の応力−歪特性を計算する演算装置と、を有し、
   上記寸法測定装置が、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の寸法測定装置であることを特徴とする自動引張試験装置。
7. 上記演算装置により計算した応力−歪特性からヤング率を求め、試験を行った試験片で想定されるヤング率として予め設定した管理範囲内か否かに基づいて試験結果の合否を判定する評価部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の自動引張試験装置。
8. 引張試験を行う試験片の平行部に測定方向で当接する一対の圧子間の距離に基づき、当該平行部の厚み及び幅を測定する寸法測定方法であって、
   上記試験片の上記厚みは、
   一対の把持装置で上記試験片の両端部をそれぞれ把持させて、上記平行部の厚み方向を上下に向けた状態で上記試験片を支持させた後に、上記平行部を上記一対の圧子で上下から挟持し、
   その後、上記一対の把持装置による試験片の把持を緩和したときの上記一対の圧子間の距離に基づき求め、
   上記試験片の上記幅は、
   エッジセンサーによる試験片のエッジ検出位置と上記試験片の厚みから求めた圧子挟持位置で圧子を停止し、試験片の幅方向から圧子で挟持し、該圧子間の距離に基づき求めることを特徴とする寸法測定方法。
9. 上記各把持装置はそれぞれ、試験片の端部を挟持可能な一対の掴み部を有し、その一対の掴み部で上下方向から挟み込むことで当該試験片の端部を支持させ、
   上記試験片の把持の緩和は、試験片の重量が予め設定した閾値重量未満の場合には、試験片を支持する上記一対の掴み部の両方をそれぞれ試験片から離れる方向に変位させ、試験片の重量が予め設定した閾値重量以上と判定すると、試験片を支持する上記一対の掴み部のうちの上側の掴み部だけを上方に変位させることで、試験片の把持を緩和することを特徴とする請求項８に記載した寸法測定方法。
10. 一対の把持装置で上記試験片を把持させる前に、平面視において、上記試験片を予め設定した位置にセンタリングさせることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載した寸法測定方法。
11. 請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の寸法測定方法を用いて試験片における平行部の幅と厚みを測定し、幅と厚みを測定した試験片の引張試験を行って伸び−荷重特性を取得し、測定した幅と厚み及び上記伸び−荷重特性から応力−歪特性を計算し、
    該応力−歪特性から計算したヤング率が、試験を行った試験片で想定されるヤング率として予め設定した管理範囲内か否かに基づいて試験結果の合否を判定することを特徴とする耐力評価方法。
12. 上記管理範囲は、過去に引張試験を実施した各試験片の試験実績から求めること特徴とする請求項１１に記載した耐力評価方法。

Images