説明

材料試験機の制御装置

【課題】 歪みゲージ式検出器のアンプの電気的校正に際してオペレータが介在する必要がなく、校正を自動化することのできる材料試験機の制御装置を提供する。
【解決手段】 歪みゲージ式検出器Dの接続部とその検出出力を増幅するアンプとの間に、基準ブリッジ回路B2と、スイッチS2の動作によりその基準ブリッジ回路B2に対して並列接続可能なシャント抵抗Rcを設けることにより、アンプの校正時の校正信号を基準ブリッジ回路B2とシャント抵抗Rcによって生成し、歪みゲージ式検出器Dの状態によらず、常に理想的な校正を行うことを実現する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、試験片に対して各種負荷を与える材料試験機の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
材料試験機においては、一般に、試験片に負荷を与える負荷機構を制御する制御装置では、試験片に作用する試験力や試験片の伸び、更には負荷機構の変位(ストローク)などのうち、制御量に選択された物理量の検出値を目標値にフィードバックすることによって、負荷機構を制御する。
【0003】
このような材料試験機で用いるロードセルや伸び計などの検出器は、歪みゲージを用いてブリッジを形成したタイプのものが多用されている。材料試験機の制御装置においては、歪みゲージ式検出器の出力を増幅するとともに、校正係数を乗じる等によって試験力等の検出値に換算する検出回路が設けられている。従って、この種の検出器を装着した時点、あるいは必要に応じて随時に、検出回路の校正を行う必要がある(例えば特許文献1参照)。
【0004】
歪みゲージ式検出器の校正のための回路として、図3にその代表的な構成例を示す。この図3においてDはロードセル等の歪みゲージ式検出器であり、4つの歪みゲージGs1〜Gs4によってブリッジB1を形成し、励起電圧EXを与えることにより歪み量に応じた出力がOUTに現れる。Aは制御装置の検出器接続部分の要部回路であり、OUTは検出器出力を増幅および変換するアンプ/検出回路(以下、単にアンプと称する)の入力に接続される。
【0005】
EXとOUTの間には、シャント抵抗RsとスイッチS1とが互いに直列に接続されている。この回路構成において、スイッチS1を閉じると、シャント抵抗Rsが歪みゲージ式検出器1は並列接続されることになり、シャント抵抗Rsの抵抗値に応じた信号がOUTから出力され、アンプに供給される。すなわち、検出器を構成しているブリッジ回路B1に、シャント抵抗Rsを並列接続することによって、検出器があらかじめ設定されている被測定量を検出した場合と同じ信号を電気的に生成し、アンプの校正係数等はその信号の大きさに基づいて決定される。
【特許文献1】特開平8−247863号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、以上のような従来のシャント抵抗を用いてアンプ・検出回路の電気的校正を行う場合、シャント抵抗を検出器に並列接続することにより出力される校正値信号は、歪みゲージの物理的な歪みによる出力とシャント抵抗により電気的に発生した出力を加算した値となる。このことから、この方法でアンプ・検出回路の電気的校正を行う場合、厳密には歪みゲージに物理的な歪みが生じていない状態でシャント抵抗を接続することが望ましい。
【0007】
しかしながら、材料試験機などに使用されているロードセル等には、試験を行うための様々な治具が取り付けられており、この治具の質量が検出器内の歪みゲージにいくらかの物理的歪みを与えており、これを0にすることは困難である。そのため、シャント抵抗を接続する前にあらかじめ歪みゲージの物理的な歪みによる出力をキャンセルするRバランス(初期平衡)の作業が必要となる。このRバランスのために、検出器側には、例えばブリッジを形成する歪みゲージの1つに並列に可変抵抗を接続してブリッジのバランスをとれるようにされているのであるが、このRバランスを行う場合、歪みゲージの物理的な歪み量が大きいとその調整範囲を越えてしまうことがあるため、オペレータは歪みゲージに余分な物理的歪みが加わっていないことを確認しなければならない。
【0008】
従って、従来の方法では、アンプ・検出回路の電気的校正を行うにはオペレータの介在が不可欠であり、全自動化することができないという問題があった。
【0009】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、歪みゲージ式検出器のアンプ・検出回路の電気的校正に際してオペレータが介在する必要をなくし、校正を自動化することのできる材料試験機の制御装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するため、本発明の材料試験機の制御装置は、試験片に作用する試験力や試験片の伸びなどの物理量のうち、制御量として選択された物理量の検出値を目標値にフィードバックすることによって、試験機本体の負荷機構を制御するサーボ機構を備えるとともに、上記制御量として選択可能な物理量の検出器に、歪みゲージ式の検出器を含む材料試験機の制御装置において、上記歪みゲージ式の検出器の接続部とその検出出力を増幅するアンプとの間の配線内に、アンプ校正用の基準ブリッジ回路と、スイッチの動作によりその基準ブリッジ回路に対して並列接続状態となるシャント抵抗が接続されていることによって特徴づけられる。
【0011】
本発明は、アンプの校正に、制御装置に接続された歪み式検出器とそれに並列接続されるシャント抵抗を用いることなく、制御装置側に別途設けた基準ブリッジ回路と、その基準ブリッジ回路に選択的に並列接続されるシャント抵抗をを用いることにより、課題を解決しようとするものである。
【0012】
すなわち、本発明においては、歪み式検出器の接続部とアンプとの間の配線内に、アンプ校正用の基準ブリッジ回路と、スイッチの駆動によりその基準ブリッジ回路に対して並列接続可能なシャント抵抗を設け、これらによって校正値信号を発生する。従って、歪みゲージ式検出器の状態によらず、アンプの電気的校正を行うことができ、オペレータが歪みゲージに余計な力が加わっていない等の確認をする必要がなく、常に正確な校正を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、歪みゲージ式検出器を接続する部分にアンプ校正用の基準ブリッジ回路およびシャント抵抗を設け、これらによってアンプ校正用の信号を発生するように構成しているので、従来のようにRバランスのための調整が不要となり、歪みゲージ式検出器の歪みゲージに余分な歪みが生じていないかを確認する必要がなくなる結果、校正の自動化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明を適用した材料試験機の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【0015】
試験機本体1は、テーブル11上に2本のコラム12を鉛直方向に沿って設けるとともに、そのコラム12にクロスヘッド13の両端部をガイドした構造を有している。テーブル11の下面には油圧シリンダ14が固定されており、そのピストンロッド14aはテーブル11を貫通してその上方に臨んでいる。そして、このピストンロッド14aの先端に下側の掴み具15aが装着されている。また、クロスヘッド13の下面には、ロードセル16を介して上側の掴み具15bが装着されている。試験片Wはこれらの上下の掴み具15a,15bにその両端が把持された状態で試験に供される。
【0016】
試験中に試験片Wに作用する試験力は前記したロードセル16によって検出され、また、油圧シリンダ14のピストンロッド14aの変位(ストローク)はストロークセンサ17によって検出されるとともに、試験片Wの伸びは当該試験片Wに装着された伸び計18によって検出される。
【0017】
油圧シリンダ14はサーボバルブ19を介して油圧源(図示せず)からの作動油が供給され、このサーボバルブ19の弁開度は制御装置2から供給される信号によって駆動制御される。また、上記の各検出機の出力はそれぞれ制御装置2に刻々と取り込まれる。制御装置2は、これらの各検出値のうち、制御量に選択されている検出値をあらかじめ設定されている目標値にフィードバックしてサーボバルブ19を制御する。これにより、試験片Wには、目標値通りの負荷が与えられる。
【0018】
さて、上記した各検出器のうち、ロードセル16および伸び計18は歪みゲージ式の検出器であり、これらの各検出器の制御装置2への接続部と、当該制御装置2内の各検出器の出力を入力するアンプとの間には、図2に示すような回路が設けられている。
【0019】
ロードセル16や伸び計18等の歪みゲージ式検出器Dは、図3に示した従来のものと同じであり、4つの歪みゲージGs1〜Gs4によりブリッジB1を形成しており、励起電圧EXを与えることにより、各歪みゲージGs1〜Gs4の歪み量に応じた出力がOUTに現れるようになっているとともに、EXとOUTとの間にシャント抵抗RsとスイッチS1が接続されている点も同じである。
【0020】
この例の特徴は、制御装置2の歪みゲージ式検出器Dの接続部分Aに、4つの抵抗R1〜R4からなる基準ブリッジ回路B2と、シャント抵抗RcおよびスイッチS2が設けられている点である。基準ブリッジ回路B2は励起電圧EXに対して歪みゲージ式検出器Dと並列に接続され、その出力はCALに導かれている。そして、そのCALとEXとの間に、互いに直列接続されたスイッチS2とシャント抵抗Rcが接続されている。なお、基準ブリッジ回路B2を構成する各抵抗R1〜R4の抵抗値は互いに等しい。
【0021】
以上の実施の形態において、アンプの電気的校正を行う場合、スイッチS2を開いた状態でのCALからの出力をモニタして、スイッチS2を閉じてシャント抵抗Rcを基準ブリッジ回路B2に並列接続する。これにより、CALにはシャント抵抗Rs相当分の既知の大きさの信号が現れ、アンプを校正することができる。
【0022】
なお、以上の例において、歪みゲージ式検出器Dに対し、スイッチS1を介して並列接続可能に設けられているシャント抵抗Rsは、校正には勿論不要であるが、このシャント抵抗Rsは、スイッチS1を閉じることによってOUTに現れ信号の大きさから、検出器Dが正しく接続されているかどうかや、検出器D内の断線等の有無等を確認することができる。
【0023】
以上の本発明の実施の形態において特に注目すべき点は、基準ブリッジ回路B2と、その基準ブリッジ回路B2に並列接続されるシャント抵抗Rcによって校正用の信号を生成する点であり、これにより、歪みゲージ式検出器Dに例えば試験用治具等が負荷されて歪みゲージGs1〜Gs4に物理的な歪みが発生していても、これに関係することなく理想的な校正を行うことができる。その結果、例えばロードセル等の歪みゲージ式検出器に余計な力が加わっていないか否か等をオペレータが確認する必要がなくなり、校正の自動化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明を適用した材料試験機の構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図2】本発明の実施の形態におけるロードセル16および伸び計18などの歪みゲージ式検出器の制御装置2への接続部とアンプとの間に設けられている回路の要部を示す図である。
【図3】従来の材料試験機の制御装置に設けられている歪みゲージ式検出器の校正用の回路の例を示す図である。
【符号の説明】
【0025】
1 試験機本体
11 テーブル
12 コラム
13 クロスヘッド
14 油圧シリンダ
15a,15b 掴み具
16 ロードセル
17 ストロークセンサ
18 伸び計
19 サーボバルブ
2 制御装置
B2 基準ブリッジ回路
D 歪みゲージ式検出器
Gs1〜Gs4 歪みゲージ
R1〜R4 抵抗
Rc,Rs シャント抵抗
S1,S2 スイッチ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
試験片に作用する試験力や試験片の伸びなどの物理量のうち、制御量として選択された物理量の検出値を目標値にフィードバックすることによって、試験機本体の負荷機構を制御するサーボ機構を備えるとともに、上記制御量として選択可能な物理量の検出器に、歪みゲージ式の検出器を含む材料試験機の制御装置において、
上記歪みゲージ式の検出器の接続部とその検出出力を増幅するアンプとの間の配線内に、アンプ校正用の基準ブリッジ回路と、スイッチの動作によりその基準ブリッジ回路に対して並列接続状態となるシャント抵抗が接続されていることを特徴とする材料試験機の制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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