試験装置

【課題】試験結果データに基づき、供試体の弾性率や破断点を最適に求める。
【解決手段】試験結果データに基づき、表示モニタ１２の試験結果画面１００に試験結果特性ｆ０を表示する。その際、異なるアルゴリズムにより複数の弾性率の特性ｆａ～ｆｃと複数の破断点Ｐａ～Ｐｃを算出し、試験結果特性ｆ０に対応付けて、これら弾性率の特性ｆａ～ｆｃを線図で、破断点Ｐａ～Ｐｃを点で画面上に一度に表示する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験結果の情報をモニタに表示する材料試験機等の試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、引張試験等により得られた試験結果情報をモニタ画面に表示するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、引張試験に対応した代表的なサンプルカーブをモニタに表示するとともに、このサンプルカーブを基準として、試験片の弾性率や破断点等の評価項目を併せて表示する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５－２１４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の試験装置において、例えば試験片の弾性率を算出する場合、弾性率の計算の基準となるアルゴリズムや計算に用いるデータ範囲等のデータ処理条件を設定する必要がある。しかしながら、これらデータ処理条件をいかに設定すべきかを判断することは容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による試験装置は、供試体の試験結果である試験データを記憶するデータ記憶手段と、記憶された試験データに基づき、表示装置の画面上に供試体の試験結果特性を表示する特性表示手段と、記憶された試験データに基づき、異なるデータ処理条件の下で、供試体の同一種類の複数の物性値を算出する物性値算出手段と、画面上の試験結果特性に対応して、物性値算出手段で算出された複数の物性値を模式的に表示する物性値表示手段とを備えることを特徴とする。
模式的に表示された複数の物性値のいずれかを画面上で選択する選択手段と、選択手段により物性値が選択されると、この選択した物性値に対応したデータ処理条件を画面上に併せて表示するデータ処理条件表示手段とをさらに備えることもできる。
データ処理条件は、物性値を算出するためのアルゴリズムと、このアルゴリズムに用いられるパラメータとを含むことが好ましい。
この場合、異なるアルゴリズムにより算出された物性値を上記複数の物性値として各物性値の算出のために用いられるパラメータを変更するパラメータ変更手段をさらに有し、パラメータ変更手段によりパラメータが変更されると、変更後のパラメータを用いて物性値を算出することもできる。
データ記憶手段に複数の供試体の試験データを記憶する場合には、一の供試体の物性値を算出するために用いられるパラメータがパラメータ変更手段により変更されると、変更後のパラメータを用いて一の供試体および他の供試体の物性値をそれぞれ算出することが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、異なるデータ処理条件の下で算出した同一種類の複数の物性値を、試験結果特性に対応して模式的に表示するようにしたので、最適なデータ処理条件を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１～図６を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による試験装置の概略構成を示す図であり、とくに材料試験機に適用した場合の構成を示している。図１の材料試験機は、試験機本体部２と、試験機本体部２の制御および試験データの蓄積のための制御装置１と、材料試験機で行われる試験条件の設定や、試験後のデータ処理方法の設定をユーザが行うための入出力操作部３とで構成される。
【０００８】
入出力操作部３は、表示モニタ１０、キーボード１１、ポインティングデバイスであるマウス１２などで構成される。ユーザは、キーボード１１あるいはマウス１２を介して引張試験、圧縮試験などの試験モードやその他の試験条件を入力したり、試験データの処理方法などを入力する。そのときの設定条件や実験結果などはＣＲＴなどの表示モニタ１０に表示される。
【０００９】
制御装置１はコンピュータおよびその周辺装置で構成され、入出力操作部３を介してユーザにより設定された試験条件に基づいて試験機本体部２を駆動制御する。さらに、制御装置１は試験機本体部２より試験データを逐次取得し、試験終了後にはデータを処理してその結果を表示モニタ１０に表示する。これらの処理は制御装置１により実行されるデータ処理ソフトウェアによって行われる。なお、制御装置１にはデータの処理結果を出力するためのプリンタ１３および補助記憶装置１４が接続されている。
【００１０】
試験機本体部２は、試験片ＴＰに対して引張や圧縮などの試験力を加え、そのときの試験片ＴＰの挙動を調べるものであり、テーブル２２の上に立設された一対のねじ棹２３、２４の上端にはヨーク２５が横架されるとともに、ねじ棹２３、２４にクロスヘッド２６が螺合される。クロスヘッド２６にはロードセル２７を介して上つかみ具２８が設けられ、テーブル２２には下つかみ具２９が設けられている。試験片ＴＰは、これら上つかみ具２８および下つかみ具２９によって両端を把持される。
【００１１】
テーブル２２にはモータ３１および変速機３２が設置され、これらモータ３１および変速機３２でねじ棹２３，２４が回転駆動されてクロスヘッド２６が昇降する。モータ３１はモータドライバ３３を介して制御装置１によって制御される。クロスヘッド２６の昇降に伴い、上つかみ具２８および下つかみ具２９により把持された試験片ＴＰに引張試験力または圧縮試験力が付加される。試験片ＴＰに付加された試験力はロードセル２７により検出され、アンプ３７、Ａ／Ｄコンバータ３８を介して制御装置１に入力される。
【００１２】
変速機３２には、エンコーダ３５が設置され、変速機３２の回転あるいはねじ棹２３、２４の回転に応じたパルス信号を出力する。このエンコーダ３５からのパルス信号はカウンタ３６でカウントされ、このカウント結果が制御装置１に入力される。制御装置１はカウンタ３６からの入力や変速機３２の変速比、そしてねじ棹２３、２４のねじピッチなどに基づいて試験片ＴＰの変位を検出する。
【００１３】
試験機本体部２には試験の開始および停止を指示するためのスイッチ３０が設けられている。ユーザが上述したように入出力操作部３で試験方法や試験後のデータ処理方法などを設定した後、スイッチ３０を操作することにより材料試験機が作動を開始する。
【００１４】
以下、試験片ＴＰの引張試験を行う場合について説明する。引張試験では、試験片ＴＰに負荷された試験力と、その試験力における試験片ＴＰの変位を検出し、試験片ＴＰの試験力－変位特性を測定する。引張試験は複数の試験片ＴＰに対して行われ、ロードセル２７とエンコーダ３５によって検出された試験データは、制御装置１のメモリあるいは補助記憶装置１４に記憶される。引張試験では、試験片ＴＰの弾性率、破断点、上降伏点、下降伏点、引張強さ、ポアソン比等を算出するためにデータ処理を行うが、本実施の形態では、とくに弾性率と破断点のデータ処理方法について説明する。
【００１５】
図２は、横軸を歪み、縦軸を応力とした応力－歪み特性ｆ０に対する複数の弾性率の算出のためのアルゴリズムを説明する図である。なお、横軸を変位、縦軸を試験力とした場合も同様な特性となる。図２（ａ）では、弾性率を算出するためのデータの範囲を予め２点の歪みデータεａ，εｂで設定し、この範囲内の全データを最小二乗法により直線近似した直線を弾性率特性ｆａとしている（以下、Ａ法と呼ぶ）。
【００１６】
図２（ｂ）では、予め弾性率の基準となる２点の歪みデータεａ，εｂを設定し、この歪みデータεａ，εｂに対応した実測データｐａ，ｐｂを結んだ直線を弾性率特性ｆｂとしている（以下、Ｂ法と呼ぶ）。
【００１７】
図２（ｃ）では、予め弾性率を算出するための歪みデータεａを設定し、この歪みデータεａに対応する実測データの点ｐａから引かれた接線を弾性率特性ｆｃとしている（以下、Ｃ法と呼ぶ）。
【００１８】
図３は、応力－歪み特性ｆ０の破断点を算出するためのアルゴリズムを説明する図である。図３（ａ）では、少なくとも下降伏点よりも大きな歪みの範囲で、所定時間（例えば１秒間）毎にデータを区切り、この所定時間内の応力の低下率を連続的に求める。例えば図のａ１～ａ２、ａ２～ａ３、ａ３～ａ４、・・・の各範囲内で応力の低下率ｆ１２、ｆ２３、ｆ３４、・・・を求める。そして、この低下率が予め定めた所定値Ｘ以上となった最初の点（例えばａ３～ａ４間で所定値Ｘ以上となったときはａ３）を破断点としている（以下、Ｄ法と呼ぶ）。
【００１９】
図３（ｂ）では、予め最大応力を１００％としたときの最大応力からの応力低下の割合Ｘ％を指定し、実測応力が最大応力からこの割合Ｘだけ減少したら破断点としている（以下、Ｅ法と呼ぶ）。
【００２０】
図３（ｃ）では、実測応力が予め定めた所定値Ｘ以下となった点を破断点としている（以下、Ｆ法と呼ぶ）。
【００２１】
以上のように弾性率と破断点を算出するためのアルゴリズムは複数あるが、本実施の形態では、これら全てのアルゴリズムによって算出した弾性率と破断点を表示モニタ１０に同時に表示する。図４は、表示モニタ１０に表示される試験結果画面１００の一例を示す図である。この画面１００は、引張試験終了後に、例えばユーザがキーボード１１の操作により試験結果の出力を指令すると表示される。
【００２２】
図中、特性ｆ０は、実測データに基づき描かれた試験片ＴＰの試験力－変位特性である。特性ｆａ～ｆｃは、それぞれ上記Ａ～Ｃの各手法により算出された弾性率の特性であり、点Ｐａ～Ｐｃは、それぞれ上記Ｄ～Ｆの各手法により算出された破断点である。なお、複数の試験片ＴＰのデータがあるときは、最初に試験した試験片ＴＰのデータのみが表示される。ユーザが選択した任意の試験片ＴＰのデータを表示させることもできる。
【００２３】
試験結果画面１００に表示された特性ｆａ～ｆｃと点Ｐａ～Ｐｃは、任意に選択可能である。例えば、ユーザがマウス１２を操作して特性ｆａ～ｆｃと点Ｐａ～Ｐｃの一つにカーソルを近づけると、これらの一つを選択することができる。図５は、弾性率の特性ｆａを選択した例を示す図である。選択された特性ｆａは、他の特性ｆｂ，ｆｃ，点Ｐａ～Ｐｃと異なる形態で強調して表示（例えば点滅表示）される。さらに画面上に、選択した特性ｆａに対応した条件設定画面１１０が吹き出し画面として表示される。
【００２４】
条件設定画面１１０には、アルゴリズムを表す名称（例えば「弾性率、最小二乗法」など）、弾性率の計算値、アルゴリズムの説明、弾性率計算に用いたパラメータの種類（歪み）、およびパラメータの値（上記εａ，εｂ）が表示される。パラメータの種類とパラメータの値はそれぞれ表示釦１１１～１１３上に表示され、これらはマウス１２の操作により選択可能である。
【００２５】
例えば表示釦１１１を選択すると、パラメータの候補がプルダウン表示される。表示されるパラメータの種類としては、歪み以外に、試験力、応力、変位などである。ユーザはプルダウン表示されたものの中から任意のパラメータを選択する。これによりパラメータの種類を変更することができ、歪み基準ではなく、試験力基準や変位基準により弾性率を算出することができる。
【００２６】
表示釦１１２，１１３を選択すると、弾性率を算出するためのパラメータの値εａ，εｂ、すなわち弾性率の算出に用いるデータ範囲を変更可能になる。この場合、例えば表示釦１１２，１１３を選択後、キーボード１１を操作してパラメータの値を直接数値入力することで、パラメータの値を変更できる。
【００２７】
パラメータの変更は、確定釦１１４の選択により確定する。例えば弾性率のパラメータの値εａ，εｂを変更後、マウス１２を操作して確定釦１１４を選択すると、変更後のパラメータにより特定される試験データを用いて弾性率が再計算され、計算結果が条件設定画面上に表示される。この際、試験結果画面１００の特性ｆａの表示も計算結果に応じて同時に変更される。これによりユーザはパラメータの妥当性を判断できる。なお、複数の試験片ＴＰの試験データがあるときは、確定釦１１４の選択と同時に、他の試験片ＴＰについても変更後のパラメータにより特定される試験データを用いて弾性率が再計算される。
【００２８】
閉じる釦１１５を選択すると、試験結果画面上から条件設定画面１１０が消去され、図４の状態に戻る。この状態で、マウス１２を操作して特性ｆａ～ｆｃを選択すれば、再び図５の条件設定画面１１０が表示され、選択した特性ｆａ～ｆｃの弾性率の値が表示されるとともに、パラメータを変更して弾性率を再計算することができる。
【００２９】
なお、図示は省略するが、試験結果画面上で破断点Ｐａ～Ｐｃを選択した場合にも同様に条件設定画面１１０が表示される。この場合は、条件設定画面上に、選択した破断点Ｐａ～Ｐｃの値が表示されるとともに、破断点を計算するためのパラメータの種類（歪み）、パラメータの値（上記Ｘ）が表示される。パラメータは上述したのと同様に変更可能であり、パラメータ変更後に確定釦１１４を選択すると破断点Ｐａ～Ｐｃを再計算することができる。
【００３０】
以上の動作は、制御装置１のＣＰＵで実行される所定の処理によって実現できる。図６は、ＣＰＵで実行される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、試験終了後、キーボード１１の操作により試験結果の出力が指令されるとスタートする。
【００３１】
ステップＳ１では、各試験片ＴＰの試験データを用いて上記Ａ法～Ｆ法によりそれぞれ弾性率と破断点を算出する。なお、制御装置１には予めパラメータとして初期値が設定されており、ステップＳ１ではこの初期値を用いて各物性値が算出される。例えば前回の試験で用いたパラメータの値を予め記憶しておき、これが初期値に設定される。ステップＳ２では、表示モニタ１０に図４に示す試験結果画面１００を表示させる。すなわち、最初の試験片ＴＰの試験データの特性ｆ０を表示させるとともに、この特性ｆ０に対応付けて、算出した弾性率の特性ｆａ～ｆｃと破断点Ｐａ～Ｐｃを模式的に表示させる。
【００３２】
ステップＳ３では、マウス１２の操作により、試験結果画面上で弾性率の特性ｆａ～ｆｃまたは破断点Ｐａ～Ｐｃのいずれかが選択されたか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ４では、図５に示すように選択された特性ｆａ～ｆｃまたは点Ｐａ～Ｐｃを点滅表示させるとともに、この選択された特性ｆａ～ｆｃ、点Ｐａ～Ｐｃのアルゴリズム等の説明を表す条件設定画面１１０を試験結果画面上に重ねて表示させる。
【００３３】
ステップＳ５では、パラメータの変更操作の有無、すなわち表示釦１１１～１１３が選択されたか否かを判定する。ステップＳ５が肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ６をパスしてステップＳ７に進む。ステップＳ６では、表示釦１１１～１１３の操作による入力値にパラメータの設定値を変更する。
【００３４】
ステップＳ７では、確定釦１１４が選択されたか否かを判定する。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとステップＳ１０に進む。ステップＳ８では、変更後のパラメータに基づき、試験片ＴＰの弾性率または破断点を再計算する。この再計算は、全ての試験片ＴＰにつき同時に行う。ステップＳ９では、再計算の結果に合わせて特性ｆａ～ｆｃまたは破断点Ｐａ～Ｐｃの表示を変更するとともに、条件設定画面上の数値表示を変更する。
【００３５】
ステップＳ１０では、閉じる釦１１５が選択されたか否かを判定する。ステップＳ１０が肯定されるとステップＳ２に戻り、否定されるとステップＳ５に戻る。
【００３６】
以上の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）試験片ＴＰの試験結果データに基づき、異なるアルゴリズムにより複数の弾性率の特性ｆａ～ｆｃと破断点Ｐａ～Ｐｃとを算出し、これらを表す線図および点を、試験結果の特性ｆ０とともに試験結果画面１００に同時に表示するようにした。これによりユーザは弾性率や破断点を算出するための最適なデータ処理条件を容易に選別でき、所望の物性値を得ることができる。
（２）試験結果の特性ｆ０をサンプルカーブではなく実測データを用いた実測カーブで表示し、その特性ｆ０上に弾性率を表す線図と破断点を表す点を表示するので、試験結果を予測しにくい試験片ＴＰであっても、最適な物性値を求めることができる。
【００３７】
（３）複数の弾性率の特性ｆａ～ｆｃおよび破断点Ｐａ～Ｐｃのいずれかを画面上で選択すると、これら物性値を算出するために用いたアルゴリズムやパラメータ等のデータ処理条件を条件設定画面１１０に表示するようにしたので、ユーザはデータ処理に用いたアルゴリズムやパラメータの内容を容易に把握できる。
（４）条件設定画面１１０に表示されるパラメータを変更可能とし、パラメータが変更されると、変更後のパラメータを用いて弾性率と破断点を再計算するようにしたので、最適なデータ処理条件の設定が可能である。
（５）データ処理条件のパラメータを変更すると、この変更後のパラメータを用いて全ての試験片ＴＰの弾性率と破断点を再計算するようにしたので、試験片毎にパラメータを設定する必要がなく、パラメータの設定が容易である。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、引張試験により得られた試験データを処理する例について説明したが、引き剥がし試験や圧縮試験等、他の試験により得られた試験データも同様に処理することができる。したがって、表示装置としての表示モニタ１０に表示される試験結果特性ｆ０は、図４に示したものに限らない。弾性率と破断点以外の試験片ＴＰの物性値を物性値算出手段としての制御装置１により算出してもよい。破断に要したエネルギー等を算出してもよい。試験データは制御装置１のメモリや補助記憶装置１４に記憶すればよいが、他のデータ記憶手段を用いてもよい。
【００３９】
上記実施の形態では、弾性率の特性ｆａ～ｆｃと破断点Ｐａ～Ｐｃを線図と点で表示するようにしたが、物性値を他の表示形態で模式的に表示するようにしてもよい。すなわち、特性ｆ０に対応付けて表示された複数の物性値をユーザが容易に見比べて、その優劣を容易に判断できるのであれば、物性値表示手段としての制御装置１がモニタ１０に表示させる表示形態は上述したものに限らない。例えばマウス１２により物性値の表示領域を指定し、その領域内にある物性値のみを試験結果画面１００に表示するようにしてもよい。試験結果画面１００上で、マウス１２により特性ｆａ～ｆｃあるいは点Ｐａ～Ｐｃのいずれかを選択するようにしたが、他の選択手段を用いてもよい。
【００４０】
表示釦１１１～１１３を選択してパラメータを変更するようにしたが、パラメータ変更手段はこれに限らない。例えばマウス１２でデータ範囲を指定してパラメータを変更するようにしてもよい。上記実施の形態では、異なるアルゴリズムにより算出した複数の特性ｆａ～ｆｃを同時に表示するようにしたが、例えばアルゴリズムが共通で、パラメータが異なる複数の特性を同時に表示するようにしてもよい。
【００４１】
試験装置の全体構成は図１のものに限らない。例えば硬度計などの試験装置にも本発明を同様に適用可能である。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試験装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る試験装置の概略構成を示す図。
【図２】弾性率を算出するための複数の異なるアルゴリズムを説明する図。
【図３】破断点を算出するための複数の異なるアルゴリズムを説明する図。
【図４】図１の表示モニタに表示される試験結果画面の一例を示す図。
【図５】図１の表示モニタに表示される条件設定画面の一例を示す図。
【図６】図１の制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１制御装置
１０表示モニタ
１１キーボード
１２マウス
１４補助記憶装置

【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体の試験結果である試験データを記憶するデータ記憶手段と、
前記記憶された試験データに基づき、表示装置の画面上に供試体の試験結果特性を表示する特性表示手段と、
前記記憶された試験データに基づき、異なるデータ処理条件の下で、前記供試体の同一種類の複数の物性値を算出する物性値算出手段と、
前記画面上の試験結果特性に対応して、前記物性値算出手段で算出された複数の物性値を模式的に表示する物性値表示手段とを備えることを特徴とする試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試験装置において、
前記模式的に表示された複数の物性値のいずれかを前記画面上で選択する選択手段と、
前記選択手段により物性値が選択されると、この選択した物性値に対応したデータ処理条件を前記画面上に併せて表示するデータ処理条件表示手段とをさらに備えることを特徴とする試験装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の試験装置において、
前記データ処理条件は、前記物性値を算出するためのアルゴリズムと、このアルゴリズムに用いられるパラメータとを含むことを特徴とする試験装置。
【請求項４】
請求項３に記載の試験装置において、
前記複数の物性値は、異なるアルゴリズムにより算出された物性値であり、
各物性値の算出のために用いられる前記パラメータを変更するパラメータ変更手段をさらに有し、
前記物性値算出手段は、前記パラメータ変更手段によりパラメータが変更されると、変更後のパラメータを用いて前記物性値を算出することを特徴とする試験装置。
【請求項５】
請求項４に記載の試験装置において、
前記データ記憶手段には複数の供試体の試験データが記憶され、
前記物性値算出手段は、一の供試体の物性値を算出するために用いられる前記パラメータが前記パラメータ変更手段により変更されると、変更後のパラメータを用いて前記一の供試体および他の供試体の物性値をそれぞれ算出することを特徴とする試験装置。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

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