伸びと幅の変位量の測定用治具および伸びと幅の変位量の測定方法
【課題】 丸棒状試験片に対して材料試験を実行する場合においても、単一のカメラを使用して伸びの測定に利用する標線と幅の変位量の測定に利用する試験片の端縁とを正確に認識することが可能な伸びと幅の変位量の測定用治具および伸びと幅の変位量の測定方法を提供する。
【解決手段】 測定用治具４０は、その表面が標線４３が形成された標線形成面となる標線形成部材４２と、この標線形成部材４２を丸棒状試験片１０に固定するための固定部材４１とから構成される。この固定部材４１は、標線形成部材４２における標線４３が形成された標線形成面を、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に配置するために使用される。この固定部材４１は、ゴム等の弾性部材により構成されるとともに、丸棒状試験片１０の外径よりわずかに小さな内径を有する環状の形状を有する。
【解決手段】 測定用治具４０は、その表面が標線４３が形成された標線形成面となる標線形成部材４２と、この標線形成部材４２を丸棒状試験片１０に固定するための固定部材４１とから構成される。この固定部材４１は、標線形成部材４２における標線４３が形成された標線形成面を、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に配置するために使用される。この固定部材４１は、ゴム等の弾性部材により構成されるとともに、丸棒状試験片１０の外径よりわずかに小さな内径を有する環状の形状を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定するために使用する伸びと幅の変位量の測定用治具、および、この測定用治具を利用することにより、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定する伸びと幅の変位量の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試験片に対して引張試験等の材料試験を行う場合には、試験実行中において試験片の伸びと幅の変位量が測定される。このような試験片の伸びと幅を測定するときには、伸び計と幅計が使用される。この伸び計と幅計には、接触方式と非接触方式がある。ここで、接触方式の伸び計および幅計においては、フィルム等の軟質材料には使用できないことや、破断試験を行う場合において破断時まで測定ができないことから、近年、非接触式の伸び計および幅計が多用されている。そして、このような非接触式の伸び計および幅計においては、カメラを使用して試験片に形成された一対の標線間の距離を測定することにより伸びを演算するとともに、同一のカメラを使用して試験片の両端縁間の距離を測定することにより幅の変位量を測定する構成となっている。
【０００３】
また、特許文献１には、より高い分解能のもとに試験片の幅寸法の変化を計測することを可能とするため、試験片の背後に負荷方向に対して角度θを持って傾斜する複数のラインからなる縞模様パターンを備えたマークを配した状態で、カメラにより試験片を撮影する材料試験機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１７２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０は、平板状の試験片１１に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。また、図１１は、これと同様の方式によりその断面が円形の丸棒状試験片１２に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。
【０００６】
図１０に示すように、平板状の試験片１１の表面には、一対の標線１３が形成されている。試験片１１の伸びを測定するときには、カメラにより試験片１１を撮影し、これら一対の標線１３間の距離Ｄ１を経時的に観察して、試験片１１の伸びを演算している。また、試験片１１の幅の変位量を測定するときには、同じカメラにより試験片１１を撮影し、試験片１１の両端縁（エッジ）１４の位置を認識し、これら一対の端縁間の距離Ｄ２を経時的に観察して、試験片１１の幅の変位量を演算している。
【０００７】
これと同様の方式により、丸棒状試験片１２の伸びと幅の変位量を測定するときには、丸棒状試験片１２の断面形状に起因する問題点が発生する。すなわち、図１０に示す平板状の試験片１１の場合と同様に、丸棒状試験片１２の表面に一対の標線１３を形成し、これらの標線１３間の距離Ｄ１により試験片１２の伸びを測定するとともに、丸棒状試験片１２の両端縁１５を利用して試験片１２の幅の変位量を測定する場合においては、丸棒状試験片１２を撮影するカメラと一対の標線１３との距離と、このカメラと丸棒状試験片１２の両端縁１５との距離とは、図１１に示す距離Ｌだけ差が生ずることになる。このため、丸棒状試験片１２に形成された標線１３と丸棒状試験片１２の端縁１５とを同一のカメラにより正確に測定することができないという問題が生ずる。
【０００８】
このため、カメラにおける光学系の焦点深度を深くして、丸棒状試験片１２に形成された標線１３と丸棒状試験片１２の端縁１５とを同時に認識させることも可能ではあるが、この場合には、標線１３や端縁１５を鮮明に認識することが困難となり、伸びや幅の変位量を正確に測定することが不可能となる。
【０００９】
なお、平板状の試験片１１を使用する場合においては、試験片１１の幅方向の位置を認識するため、標線１３と直交する方向を向く一対の標線を、所定距離離隔した状態で試験片の表面に形成し、これらの標線を利用して試験片１１の幅の変位量を測定する場合もある。しかしながら、丸棒状試験片１２の場合には、その断面形状が円形であることから、このような標線１３と直交する方向を向く一対の標線を利用して試験片１１の幅の変位量を測定することは不可能である。
【００１０】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、丸棒状試験片に対して材料試験を実行する場合においても、単一のカメラを使用して伸びの測定に利用する標線と幅の変位量の測定に利用する試験片の端縁とを正確に認識することが可能な伸びと幅の変位量の測定用治具および伸びと幅の変位量の測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定するために使用する伸びと幅の変位量の測定用治具であって、標線が形成された標線形成面を備える標線形成部材と、前記標線形成部材の標線形成面を、前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置するための固定部材とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定部材は、前記丸棒状試験片の外径よりわずかに小さな内径を有する弾性材料により構成された環状部材を備える。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定部材は、前記標線形成部材を支持する支持枠と、前記丸棒状試験片に当接する一対の当接部と、前記各当接部と前記支持枠との間に配設されたバネと、前記支持枠を、前記丸棒状試験片を囲うように環状に配置された装着状態と、この環状に配置された装着状態を開放する開放状態とに切り替える係合機構とを備える。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記標線形成部材は、前記丸棒状試験片の両側となる位置に一対配設される。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定する伸びと幅の変位量の測定方法において、前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に、標線が形成された標線形成面を備える一対の標線形成部材の各標線形成面を、それらに形成された各標線が前記丸棒状試験片に対する試験力の付与方向に互いに離隔する状態で配置する標線形成面配置工程と、前記丸棒状試験片に試験力を負荷する試験力負荷工程と、前記標線形成面に形成された標線と前記丸棒状試験片の端縁とを同一のカメラにより撮影する撮影工程と、前記カメラにより撮影した一対の標線間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の伸びを演算するとともに、前記カメラにより撮影した丸棒状試験片の両端縁間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の幅の変位量を演算する演算工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１および請求項５に記載の発明によれば、丸棒状試験片に対して材料試験を実行する場合においても、単一のカメラを使用して伸びの測定に利用する標線と幅の変位量の測定に利用する試験片の端縁とを正確に認識することができ、試験片の伸びと幅の変位量を正確に測定することが可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、簡易な構成であるにもかかわらず、標線形成部の標線形成面を丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、丸棒状試験片の直径が変更された場合であっても、標線形成部の標線形成面を丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置することが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、丸棒状試験片の両端部において標線間の距離を利用して丸棒状試験片の伸びを測定することから、伸びをより高精度に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明を適用する材料試験機の概要図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る測定用治具４０の斜視図である。
【図３】測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す斜視図である。
【図４】測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す正面図である。
【図５】測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す平面図である。
【図６】標線４３が形成された標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置する様子を示す説明図である。
【図７】測定用治具４０を使用したこの発明に係る伸びと幅の変位量の測定方法を示すフローチャートである。
【図８】この発明の第２実施形態に係る測定用治具５０の平面図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る測定用治具６０の平面図である。
【図１０】平板状の試験片１１に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。
【図１１】丸棒状試験片１２に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、この発明を適用する材料試験機の構成について説明する。図１は、この発明を適用する材料試験機の概要図である。
【００２２】
この材料試験機は、テーブル１８と、床面に立設された一対の支柱１９と、各支柱１９の内部において回転可能に立設された図示しない一対のねじ棹と、これらのねじ棹に沿って移動可能なクロスヘッド２３と、このクロスヘッド２３を移動させて丸棒状試験片１０に対して試験力を付与するための負荷機構３０とを備える。なお、丸棒状試験片１０は、その断面が円形の丸棒からなる試験片である。
【００２３】
クロスヘッド２３は、一対のねじ棹に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹の下端部は負荷機構３０に連結されており、負荷機構３０の動力源からの動力が、一対のねじ棹に伝達される構成となっている。一対のねじ棹が同期して回転することにより、クロスヘッド２３は、これら一対のねじ棹に沿って昇降する。
【００２４】
クロスヘッド２３には、丸棒状試験片１０の上端部を把持するための上つかみ具２１が付設されている。一方、テーブル１８には、丸棒状試験片１０の下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。引っ張り試験を行う場合には、丸棒状試験片１０の両端部をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、クロスヘッド２３を上昇させることにより、丸棒状試験片１０に試験力（引張荷重）を負荷する。
【００２５】
このときに、丸棒状試験片１０に作用する試験力はロードセル２４によって検出され、制御回路３１を介して制御部３３に入力される。また、丸棒状試験片１０は、ＣＣＤ素子を有するビデオカメラ２８により撮影され、その画像は制御部３３に入力される。この制御部３３は、論理演算を実行するＣＰＵや、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭおよび制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等の記憶部を有するコンピュータから構成されており、キーボード等の入力部３４およびＣＲＴ等の表示部３５と接続されている。
【００２６】
ビデオカメラ２８には、光学系２７が付設されている。これらのビデオカメラ２８および光学系２７は、支柱１９に配設されたアーム２９に支持されている。また、これらのビデオカメラ２８および光学系２７は、試験片１０における必要な領域が撮影可能となるように、支柱１９におけるアーム２９の固定角度および屈曲度を調整できる構成となっている。
【００２７】
次に、この発明に係る伸びと幅の変位量の測定用治具の構成について説明する。図２は、この発明の第１実施形態に係る測定用治具４０の斜視図である。図３は、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す斜視図である。図４は、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す正面図である。図５は、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す平面図である。
【００２８】
この第１実施形態に係る測定用治具４０は、その表面が標線４３が形成された標線形成面となる標線形成部材４２と、この標線形成部材４２を丸棒状試験片１０に固定するための固定部材４１とから構成される。この固定部材４１は、後述するように、標線形成部材４２における標線４３が形成された標線形成面を、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に配置するためのものである。この固定部材４１は、ゴム等の弾性部材により構成されるとともに、丸棒状試験片１０の外径よりわずかに小さな内径を有する環状の形状を有する。
【００２９】
この測定用治具４０における標線形成部材４２は、樹脂製のフィルム等から構成されており、その表面は標線４３を形成するための標線形成面となっている。この標線４３は、例えば特開平１１−２９５０４２号公報にも記載されたように、エッジを高精度に認識するために、多数の菱形が直線状に並んだ形状を有している。ここで、標線形成部４２は白色の材質であり、標線４３は黒色となっている。このように、標線形成部４２と標線４３の一方を白、他方を黒とすることにより、標線４３をより正確に認識することが可能となる。なお、白と黒のかわりに、青と黄色や、赤と緑など、補色の関係にある色を採用してもよい。
【００３０】
この測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着するときには、環状の固定部材４１に形成された開口部内に丸棒状試験片１０を挿入することにより、測定用治具４０を丸棒状試験片１０の外周部に固定する。このときには、図５に示すように、標線４３が形成された標線形成面である標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置する。
【００３１】
図６は、標線４３が形成された標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面１００上に配置する様子を示す説明図である。
【００３２】
標線４３が形成された標線形成部材４２の表面を丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面１００上に配置するためには、キャリブレーション用の焦点合わせ用マーク４５が形成された焦点合わせ用治具４４を使用する。この標点合わせ用治具４４は、丸棒状試験片１０の直径の半分の厚みを有する。この焦点合わせ用治具４４を、例えば、図１に示す上つかみ具２１または下つかみ具２２、あるいは丸棒状試験片１０に連結し、焦点合わせ用治具４４の位置を調整して、焦点合わせ用マーク４５が丸棒状試験片１０の直径を通る面上に配置されるようにする。そして、ビデオカメラ２８により焦点合わせ用マーク４５を撮影して焦点合わせを実行するとともに、ビデオカメラ２８により標線４３を撮影して焦点が合っていることを確認する。このときには、丸棒状試験片１０の端縁部分４９は、平面１００上に配置されることになる。なお、焦点合わせ用治具４４と丸棒状試験片１０との位置決めは、定盤上で実行してもよい。
【００３３】
次に、上述した伸びと幅の変位量の測定用治具４０を使用して、材料試験時に、丸棒状試験片１０の伸びと幅の変位量を測定する測定動作について説明する。図７は、測定用治具４０を使用したこの発明に係る伸びと幅の変位量の測定方法を示すフローチャートである。
【００３４】
材料試験を行うときには、最初に、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着することにより、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に標線４３が形成された標線形成部４２の標線形成面を配置する（ステップＳ１）。このときには、一対の測定用治具４０を使用し、それらの測定用治具４０に形成された各標線４３が丸棒状試験片１０に対する試験力の付与方向に互いに離隔する状態で配置される状態とする。このときには、図４に示すように、標線４３は、丸棒状試験片１０の両側に合計４個配置されることになる。
【００３５】
この状態で、丸棒状試験片１０に対して試験力を負荷して材料試験を行う（ステップＳ２）。
【００３６】
そして、この材料試験時に、ビデオカメラ２８により標線４３と丸棒状試験片１０の端縁とを撮影する（ステップＳ３）。このときには、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に測定用治具４０に形成された標線４３が配置されていることから、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３とは、ビデオカメラ２８に対して同一の距離に配置される。このため、単一のビデオカメラ２８を使用した場合においても、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３との両方に光学系２７の焦点を合致させることが可能となる。
【００３７】
そして、図４に示すように、ビデオカメラ２８により測定した一対の標線間の距離Ｄ１に基づいて丸棒状試験片１０の伸びを演算するとともに、同じビデオカメラ２８により測定した丸棒状試験片１０の両端縁間の距離Ｄ２に基づいて丸棒状試験片１０の幅の変位量を演算する（ステップＳ４）。
【００３８】
このときには、一対の標線間の距離Ｄ１を丸棒状試験片１０の左右両側で測定することが可能となる。このため、丸棒状試験片１０の左右の縦変位の平均値を測定することも可能となることから、より定量的な縦変位測定を実行することが可能となる。
【００３９】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図８は、この発明の第２実施形態に係る測定用治具５０の平面図である。
【００４０】
この第２実施形態に係る測定用治具５０は、第１実施形態に係る測定用治具４０と同様の、その表面が標線４３が形成された標線形成面となる標線形成部材４２を備える。また、この測定用治具５０は、各々対をなす枠体５３および枠体５４から形成され標線形成部材４２を支持する支持枠を有する。各枠体５３と各枠体５４とは、軸５５を中心に蝶動可能となっている。また、この測定用治具５０は、丸棒状試験片１０に当接する一対の当接部５６と、各当接部５６と支持枠との間に配設されたバネ５７とを備える。各枠体５３、５４には、一対の枠体５３同士の先端部と、一対の枠体５４同士の先端部を、各々係合させる係合部５８が形成されている。この係合部５８は、支持枠を、丸棒状試験片１０を囲うように環状に配置された装着状態と、この環状に配置された装着状態を開放する開放状態とに切り替える係合機構として機能する。
【００４１】
この測定用治具５０を丸棒状試験片１０に装着するときには、一対の当接部５６を丸棒状試験片１０に当接させた状態で、一対の枠体５３同士の先端部と、一対の枠体５４同士の先端部を、係合部５８において各々係合させることにより、枠体５３、５４によって丸棒状試験片１０を取り囲む。
【００４２】
この第２実施形態に係る測定用治具５０においても、標線４３が形成された標線形成面である標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置することにより、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３とを、ビデオカメラ２８に対して同一の距離に配置することができ、単一のビデオカメラ２８を使用した場合においても、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３との両方に光学系２７の焦点を合致させることが可能となる。
【００４３】
また、この第２実施形態に係る測定用治具５０を使用した場合には、丸棒状試験片１０の直径が異なる場合においても、一対のバネ５７の作用により、測定用治具５０を丸棒状試験片１０に固定することが可能となる。
【００４４】
次に、この発明のさらに他の実施形態について説明する。図９は、この発明の第３実施形態に係る測定用治具６０の平面図である。
【００４５】
この第３実施形態に係る測定用治具６０は、第１実施形態に係る測定用治具４０と同様、ゴム等の弾性部材により構成される固定部材を備える。但し、この実施形態においては、固定部材は、肉薄部６３と肉厚部６４とから構成される環状の形状を有する。そして、この固定部材に形成された孔部の内径は、丸棒状試験片１０の外径よりわずかに小さな大きさとなっている。また、肉厚部６４の端部には、第１実施形態の標線４３と同様の標線を形成するための標線形成面６２が形成されている。
【００４６】
この測定用治具６０を丸棒状試験片１０に装着するときには、肉薄部６３および肉厚部６４よりなる管状部材の開口部内に丸棒状試験片１０を挿入することにより、測定用治具６０を丸棒状試験片１０の外周部に固定する。このときには、図９に示すように、標線が形成された標線形成面６２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置する。
【００４７】
この第３実施形態に係る測定用治具６０においても、標線が形成された標線形成面６２を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置することにより、丸棒状試験片１０の端縁と標線とを、ビデオカメラ２８に対して同一の距離に配置することができ、単一のビデオカメラ２８を使用した場合においても、丸棒状試験片１０の端縁と標線との両方に光学系２７の焦点を合致させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 丸棒状試験片
１８ テーブル
１９ 支柱
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２３ クロスヘッド
２４ ロードセル
２７ 光学系
２８ ビデオカメラ
２９ アーム
３０ 負荷手段
３１ 制御回路
３３ 制御部
３４ 入力部
３５ 表示部
４０ 測定用治具
４１ 固定部材
４２ 標線形成部材
４３ 標線
５０ 測定用治具
５３ 枠体
５４ 枠体
５６ 当接部
５７ バネ
５８ 係合部
６０ 測定用治具
６２ 標線形成面
６３ 肉薄部
６４ 肉厚部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定するために使用する伸びと幅の変位量の測定用治具、および、この測定用治具を利用することにより、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定する伸びと幅の変位量の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試験片に対して引張試験等の材料試験を行う場合には、試験実行中において試験片の伸びと幅の変位量が測定される。このような試験片の伸びと幅を測定するときには、伸び計と幅計が使用される。この伸び計と幅計には、接触方式と非接触方式がある。ここで、接触方式の伸び計および幅計においては、フィルム等の軟質材料には使用できないことや、破断試験を行う場合において破断時まで測定ができないことから、近年、非接触式の伸び計および幅計が多用されている。そして、このような非接触式の伸び計および幅計においては、カメラを使用して試験片に形成された一対の標線間の距離を測定することにより伸びを演算するとともに、同一のカメラを使用して試験片の両端縁間の距離を測定することにより幅の変位量を測定する構成となっている。
【０００３】
また、特許文献１には、より高い分解能のもとに試験片の幅寸法の変化を計測することを可能とするため、試験片の背後に負荷方向に対して角度θを持って傾斜する複数のラインからなる縞模様パターンを備えたマークを配した状態で、カメラにより試験片を撮影する材料試験機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１７２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０は、平板状の試験片１１に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。また、図１１は、これと同様の方式によりその断面が円形の丸棒状試験片１２に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。
【０００６】
図１０に示すように、平板状の試験片１１の表面には、一対の標線１３が形成されている。試験片１１の伸びを測定するときには、カメラにより試験片１１を撮影し、これら一対の標線１３間の距離Ｄ１を経時的に観察して、試験片１１の伸びを演算している。また、試験片１１の幅の変位量を測定するときには、同じカメラにより試験片１１を撮影し、試験片１１の両端縁（エッジ）１４の位置を認識し、これら一対の端縁間の距離Ｄ２を経時的に観察して、試験片１１の幅の変位量を演算している。
【０００７】
これと同様の方式により、丸棒状試験片１２の伸びと幅の変位量を測定するときには、丸棒状試験片１２の断面形状に起因する問題点が発生する。すなわち、図１０に示す平板状の試験片１１の場合と同様に、丸棒状試験片１２の表面に一対の標線１３を形成し、これらの標線１３間の距離Ｄ１により試験片１２の伸びを測定するとともに、丸棒状試験片１２の両端縁１５を利用して試験片１２の幅の変位量を測定する場合においては、丸棒状試験片１２を撮影するカメラと一対の標線１３との距離と、このカメラと丸棒状試験片１２の両端縁１５との距離とは、図１１に示す距離Ｌだけ差が生ずることになる。このため、丸棒状試験片１２に形成された標線１３と丸棒状試験片１２の端縁１５とを同一のカメラにより正確に測定することができないという問題が生ずる。
【０００８】
このため、カメラにおける光学系の焦点深度を深くして、丸棒状試験片１２に形成された標線１３と丸棒状試験片１２の端縁１５とを同時に認識させることも可能ではあるが、この場合には、標線１３や端縁１５を鮮明に認識することが困難となり、伸びや幅の変位量を正確に測定することが不可能となる。
【０００９】
なお、平板状の試験片１１を使用する場合においては、試験片１１の幅方向の位置を認識するため、標線１３と直交する方向を向く一対の標線を、所定距離離隔した状態で試験片の表面に形成し、これらの標線を利用して試験片１１の幅の変位量を測定する場合もある。しかしながら、丸棒状試験片１２の場合には、その断面形状が円形であることから、このような標線１３と直交する方向を向く一対の標線を利用して試験片１１の幅の変位量を測定することは不可能である。
【００１０】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、丸棒状試験片に対して材料試験を実行する場合においても、単一のカメラを使用して伸びの測定に利用する標線と幅の変位量の測定に利用する試験片の端縁とを正確に認識することが可能な伸びと幅の変位量の測定用治具および伸びと幅の変位量の測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定するために使用する伸びと幅の変位量の測定用治具であって、標線が形成された標線形成面を備える標線形成部材と、前記標線形成部材の標線形成面を、前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置するための固定部材とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定部材は、前記丸棒状試験片の外径よりわずかに小さな内径を有する弾性材料により構成された環状部材を備える。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定部材は、前記標線形成部材を支持する支持枠と、前記丸棒状試験片に当接する一対の当接部と、前記各当接部と前記支持枠との間に配設されたバネと、前記支持枠を、前記丸棒状試験片を囲うように環状に配置された装着状態と、この環状に配置された装着状態を開放する開放状態とに切り替える係合機構とを備える。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記標線形成部材は、前記丸棒状試験片の両側となる位置に一対配設される。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定する伸びと幅の変位量の測定方法において、前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に、標線が形成された標線形成面を備える一対の標線形成部材の各標線形成面を、それらに形成された各標線が前記丸棒状試験片に対する試験力の付与方向に互いに離隔する状態で配置する標線形成面配置工程と、前記丸棒状試験片に試験力を負荷する試験力負荷工程と、前記標線形成面に形成された標線と前記丸棒状試験片の端縁とを同一のカメラにより撮影する撮影工程と、前記カメラにより撮影した一対の標線間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の伸びを演算するとともに、前記カメラにより撮影した丸棒状試験片の両端縁間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の幅の変位量を演算する演算工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１および請求項５に記載の発明によれば、丸棒状試験片に対して材料試験を実行する場合においても、単一のカメラを使用して伸びの測定に利用する標線と幅の変位量の測定に利用する試験片の端縁とを正確に認識することができ、試験片の伸びと幅の変位量を正確に測定することが可能となる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、簡易な構成であるにもかかわらず、標線形成部の標線形成面を丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、丸棒状試験片の直径が変更された場合であっても、標線形成部の標線形成面を丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置することが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、丸棒状試験片の両端部において標線間の距離を利用して丸棒状試験片の伸びを測定することから、伸びをより高精度に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明を適用する材料試験機の概要図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る測定用治具４０の斜視図である。
【図３】測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す斜視図である。
【図４】測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す正面図である。
【図５】測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す平面図である。
【図６】標線４３が形成された標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置する様子を示す説明図である。
【図７】測定用治具４０を使用したこの発明に係る伸びと幅の変位量の測定方法を示すフローチャートである。
【図８】この発明の第２実施形態に係る測定用治具５０の平面図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る測定用治具６０の平面図である。
【図１０】平板状の試験片１１に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。
【図１１】丸棒状試験片１２に対して伸びと幅の変位量を測定する様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、この発明を適用する材料試験機の構成について説明する。図１は、この発明を適用する材料試験機の概要図である。
【００２２】
この材料試験機は、テーブル１８と、床面に立設された一対の支柱１９と、各支柱１９の内部において回転可能に立設された図示しない一対のねじ棹と、これらのねじ棹に沿って移動可能なクロスヘッド２３と、このクロスヘッド２３を移動させて丸棒状試験片１０に対して試験力を付与するための負荷機構３０とを備える。なお、丸棒状試験片１０は、その断面が円形の丸棒からなる試験片である。
【００２３】
クロスヘッド２３は、一対のねじ棹に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹の下端部は負荷機構３０に連結されており、負荷機構３０の動力源からの動力が、一対のねじ棹に伝達される構成となっている。一対のねじ棹が同期して回転することにより、クロスヘッド２３は、これら一対のねじ棹に沿って昇降する。
【００２４】
クロスヘッド２３には、丸棒状試験片１０の上端部を把持するための上つかみ具２１が付設されている。一方、テーブル１８には、丸棒状試験片１０の下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。引っ張り試験を行う場合には、丸棒状試験片１０の両端部をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、クロスヘッド２３を上昇させることにより、丸棒状試験片１０に試験力（引張荷重）を負荷する。
【００２５】
このときに、丸棒状試験片１０に作用する試験力はロードセル２４によって検出され、制御回路３１を介して制御部３３に入力される。また、丸棒状試験片１０は、ＣＣＤ素子を有するビデオカメラ２８により撮影され、その画像は制御部３３に入力される。この制御部３３は、論理演算を実行するＣＰＵや、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭおよび制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等の記憶部を有するコンピュータから構成されており、キーボード等の入力部３４およびＣＲＴ等の表示部３５と接続されている。
【００２６】
ビデオカメラ２８には、光学系２７が付設されている。これらのビデオカメラ２８および光学系２７は、支柱１９に配設されたアーム２９に支持されている。また、これらのビデオカメラ２８および光学系２７は、試験片１０における必要な領域が撮影可能となるように、支柱１９におけるアーム２９の固定角度および屈曲度を調整できる構成となっている。
【００２７】
次に、この発明に係る伸びと幅の変位量の測定用治具の構成について説明する。図２は、この発明の第１実施形態に係る測定用治具４０の斜視図である。図３は、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す斜視図である。図４は、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す正面図である。図５は、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着した状態を示す平面図である。
【００２８】
この第１実施形態に係る測定用治具４０は、その表面が標線４３が形成された標線形成面となる標線形成部材４２と、この標線形成部材４２を丸棒状試験片１０に固定するための固定部材４１とから構成される。この固定部材４１は、後述するように、標線形成部材４２における標線４３が形成された標線形成面を、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に配置するためのものである。この固定部材４１は、ゴム等の弾性部材により構成されるとともに、丸棒状試験片１０の外径よりわずかに小さな内径を有する環状の形状を有する。
【００２９】
この測定用治具４０における標線形成部材４２は、樹脂製のフィルム等から構成されており、その表面は標線４３を形成するための標線形成面となっている。この標線４３は、例えば特開平１１−２９５０４２号公報にも記載されたように、エッジを高精度に認識するために、多数の菱形が直線状に並んだ形状を有している。ここで、標線形成部４２は白色の材質であり、標線４３は黒色となっている。このように、標線形成部４２と標線４３の一方を白、他方を黒とすることにより、標線４３をより正確に認識することが可能となる。なお、白と黒のかわりに、青と黄色や、赤と緑など、補色の関係にある色を採用してもよい。
【００３０】
この測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着するときには、環状の固定部材４１に形成された開口部内に丸棒状試験片１０を挿入することにより、測定用治具４０を丸棒状試験片１０の外周部に固定する。このときには、図５に示すように、標線４３が形成された標線形成面である標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置する。
【００３１】
図６は、標線４３が形成された標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面１００上に配置する様子を示す説明図である。
【００３２】
標線４３が形成された標線形成部材４２の表面を丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面１００上に配置するためには、キャリブレーション用の焦点合わせ用マーク４５が形成された焦点合わせ用治具４４を使用する。この標点合わせ用治具４４は、丸棒状試験片１０の直径の半分の厚みを有する。この焦点合わせ用治具４４を、例えば、図１に示す上つかみ具２１または下つかみ具２２、あるいは丸棒状試験片１０に連結し、焦点合わせ用治具４４の位置を調整して、焦点合わせ用マーク４５が丸棒状試験片１０の直径を通る面上に配置されるようにする。そして、ビデオカメラ２８により焦点合わせ用マーク４５を撮影して焦点合わせを実行するとともに、ビデオカメラ２８により標線４３を撮影して焦点が合っていることを確認する。このときには、丸棒状試験片１０の端縁部分４９は、平面１００上に配置されることになる。なお、焦点合わせ用治具４４と丸棒状試験片１０との位置決めは、定盤上で実行してもよい。
【００３３】
次に、上述した伸びと幅の変位量の測定用治具４０を使用して、材料試験時に、丸棒状試験片１０の伸びと幅の変位量を測定する測定動作について説明する。図７は、測定用治具４０を使用したこの発明に係る伸びと幅の変位量の測定方法を示すフローチャートである。
【００３４】
材料試験を行うときには、最初に、測定用治具４０を丸棒状試験片１０に装着することにより、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に標線４３が形成された標線形成部４２の標線形成面を配置する（ステップＳ１）。このときには、一対の測定用治具４０を使用し、それらの測定用治具４０に形成された各標線４３が丸棒状試験片１０に対する試験力の付与方向に互いに離隔する状態で配置される状態とする。このときには、図４に示すように、標線４３は、丸棒状試験片１０の両側に合計４個配置されることになる。
【００３５】
この状態で、丸棒状試験片１０に対して試験力を負荷して材料試験を行う（ステップＳ２）。
【００３６】
そして、この材料試験時に、ビデオカメラ２８により標線４３と丸棒状試験片１０の端縁とを撮影する（ステップＳ３）。このときには、丸棒状試験片１０における直径を通る面と略同一平面上に測定用治具４０に形成された標線４３が配置されていることから、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３とは、ビデオカメラ２８に対して同一の距離に配置される。このため、単一のビデオカメラ２８を使用した場合においても、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３との両方に光学系２７の焦点を合致させることが可能となる。
【００３７】
そして、図４に示すように、ビデオカメラ２８により測定した一対の標線間の距離Ｄ１に基づいて丸棒状試験片１０の伸びを演算するとともに、同じビデオカメラ２８により測定した丸棒状試験片１０の両端縁間の距離Ｄ２に基づいて丸棒状試験片１０の幅の変位量を演算する（ステップＳ４）。
【００３８】
このときには、一対の標線間の距離Ｄ１を丸棒状試験片１０の左右両側で測定することが可能となる。このため、丸棒状試験片１０の左右の縦変位の平均値を測定することも可能となることから、より定量的な縦変位測定を実行することが可能となる。
【００３９】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図８は、この発明の第２実施形態に係る測定用治具５０の平面図である。
【００４０】
この第２実施形態に係る測定用治具５０は、第１実施形態に係る測定用治具４０と同様の、その表面が標線４３が形成された標線形成面となる標線形成部材４２を備える。また、この測定用治具５０は、各々対をなす枠体５３および枠体５４から形成され標線形成部材４２を支持する支持枠を有する。各枠体５３と各枠体５４とは、軸５５を中心に蝶動可能となっている。また、この測定用治具５０は、丸棒状試験片１０に当接する一対の当接部５６と、各当接部５６と支持枠との間に配設されたバネ５７とを備える。各枠体５３、５４には、一対の枠体５３同士の先端部と、一対の枠体５４同士の先端部を、各々係合させる係合部５８が形成されている。この係合部５８は、支持枠を、丸棒状試験片１０を囲うように環状に配置された装着状態と、この環状に配置された装着状態を開放する開放状態とに切り替える係合機構として機能する。
【００４１】
この測定用治具５０を丸棒状試験片１０に装着するときには、一対の当接部５６を丸棒状試験片１０に当接させた状態で、一対の枠体５３同士の先端部と、一対の枠体５４同士の先端部を、係合部５８において各々係合させることにより、枠体５３、５４によって丸棒状試験片１０を取り囲む。
【００４２】
この第２実施形態に係る測定用治具５０においても、標線４３が形成された標線形成面である標線形成部材４２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置することにより、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３とを、ビデオカメラ２８に対して同一の距離に配置することができ、単一のビデオカメラ２８を使用した場合においても、丸棒状試験片１０の端縁と標線４３との両方に光学系２７の焦点を合致させることが可能となる。
【００４３】
また、この第２実施形態に係る測定用治具５０を使用した場合には、丸棒状試験片１０の直径が異なる場合においても、一対のバネ５７の作用により、測定用治具５０を丸棒状試験片１０に固定することが可能となる。
【００４４】
次に、この発明のさらに他の実施形態について説明する。図９は、この発明の第３実施形態に係る測定用治具６０の平面図である。
【００４５】
この第３実施形態に係る測定用治具６０は、第１実施形態に係る測定用治具４０と同様、ゴム等の弾性部材により構成される固定部材を備える。但し、この実施形態においては、固定部材は、肉薄部６３と肉厚部６４とから構成される環状の形状を有する。そして、この固定部材に形成された孔部の内径は、丸棒状試験片１０の外径よりわずかに小さな大きさとなっている。また、肉厚部６４の端部には、第１実施形態の標線４３と同様の標線を形成するための標線形成面６２が形成されている。
【００４６】
この測定用治具６０を丸棒状試験片１０に装着するときには、肉薄部６３および肉厚部６４よりなる管状部材の開口部内に丸棒状試験片１０を挿入することにより、測定用治具６０を丸棒状試験片１０の外周部に固定する。このときには、図９に示すように、標線が形成された標線形成面６２の表面を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置する。
【００４７】
この第３実施形態に係る測定用治具６０においても、標線が形成された標線形成面６２を、丸棒状試験片１０の直径を通る面と略同一平面上に配置することにより、丸棒状試験片１０の端縁と標線とを、ビデオカメラ２８に対して同一の距離に配置することができ、単一のビデオカメラ２８を使用した場合においても、丸棒状試験片１０の端縁と標線との両方に光学系２７の焦点を合致させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 丸棒状試験片
１８ テーブル
１９ 支柱
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２３ クロスヘッド
２４ ロードセル
２７ 光学系
２８ ビデオカメラ
２９ アーム
３０ 負荷手段
３１ 制御回路
３３ 制御部
３４ 入力部
３５ 表示部
４０ 測定用治具
４１ 固定部材
４２ 標線形成部材
４３ 標線
５０ 測定用治具
５３ 枠体
５４ 枠体
５６ 当接部
５７ バネ
５８ 係合部
６０ 測定用治具
６２ 標線形成面
６３ 肉薄部
６４ 肉厚部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定するために使用する伸びと幅の変位量の測定用治具であって、
標線が形成された標線形成面を備える標線形成部材と、
前記標線形成部材の標線形成面を、前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置するための固定部材と、
を備えたことを特徴とする伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の伸びと幅の変位量の測定用治具において、
前記固定部材は、前記丸棒状試験片の外径よりわずかに小さな内径を有する弾性材料により構成された環状部材を備える伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項３】
請求項１に記載の伸びと幅の変位量の測定用治具において、
前記固定部材は、
前記標線形成部材を支持する支持枠と、
前記丸棒状試験片に当接する一対の当接部と、
前記各当接部と前記支持枠との間に配設されたバネと、
前記支持枠を、前記丸棒状試験片を囲うように環状に配置された装着状態と、この環状に配置された装着状態を開放する開放状態とに切り替える係合機構と、
を備える伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の伸びと幅の変位量の測定用治具において、
前記標線形成部材は、前記丸棒状試験片の両側となる位置に一対配設される伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項５】
材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定する伸びと幅の変位量の測定方法において、
前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に、標線が形成された標線形成面を備える一対の標線形成部材の各標線形成面を、それらに形成された各標線が前記丸棒状試験片に対する試験力の付与方向に互いに離隔する状態で配置する標線形成面配置工程と、
前記丸棒状試験片に試験力を負荷する試験力負荷工程と、
前記標線形成面に形成された標線と前記丸棒状試験片の端縁とを同一のカメラにより撮影する撮影工程と、
前記カメラにより撮影した一対の標線間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の伸びを演算するとともに、前記カメラにより撮影した丸棒状試験片の両端縁間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の幅の変位量を演算する演算工程と、
を備えたことを特徴とする伸びと幅の変位量の測定方法。
【請求項１】
材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定するために使用する伸びと幅の変位量の測定用治具であって、
標線が形成された標線形成面を備える標線形成部材と、
前記標線形成部材の標線形成面を、前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に配置するための固定部材と、
を備えたことを特徴とする伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の伸びと幅の変位量の測定用治具において、
前記固定部材は、前記丸棒状試験片の外径よりわずかに小さな内径を有する弾性材料により構成された環状部材を備える伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項３】
請求項１に記載の伸びと幅の変位量の測定用治具において、
前記固定部材は、
前記標線形成部材を支持する支持枠と、
前記丸棒状試験片に当接する一対の当接部と、
前記各当接部と前記支持枠との間に配設されたバネと、
前記支持枠を、前記丸棒状試験片を囲うように環状に配置された装着状態と、この環状に配置された装着状態を開放する開放状態とに切り替える係合機構と、
を備える伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の伸びと幅の変位量の測定用治具において、
前記標線形成部材は、前記丸棒状試験片の両側となる位置に一対配設される伸びと幅の変位量の測定用治具。
【請求項５】
材料試験機によって材料試験がなされる断面が円形の丸棒状試験片に対して、伸びと幅の変位量を測定する伸びと幅の変位量の測定方法において、
前記丸棒状試験片における直径を通る面と略同一平面上に、標線が形成された標線形成面を備える一対の標線形成部材の各標線形成面を、それらに形成された各標線が前記丸棒状試験片に対する試験力の付与方向に互いに離隔する状態で配置する標線形成面配置工程と、
前記丸棒状試験片に試験力を負荷する試験力負荷工程と、
前記標線形成面に形成された標線と前記丸棒状試験片の端縁とを同一のカメラにより撮影する撮影工程と、
前記カメラにより撮影した一対の標線間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の伸びを演算するとともに、前記カメラにより撮影した丸棒状試験片の両端縁間の距離に基づいて前記丸棒状試験片の幅の変位量を演算する演算工程と、
を備えたことを特徴とする伸びと幅の変位量の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４７３２５（Ｐ２０１２−２４７３２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９８８７（Ｐ２０１１−１１９８８７）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]