JP3715097B2

JP3715097B2 - Method and apparatus for controlling material testing machine

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Publication number: JP3715097B2
Application number: JP00953798A
Authority: JP
Inventors: 博宇野
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: JPH11211638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料試験機の制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料試験機には様々なものがあるが、材料の試験体に圧縮荷重や引張荷重を負荷することで、圧縮試験、引張試験、疲労試験等を行えるようにした材料試験機が広く使用されている。この種の材料試験機の典型的なものに、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行うようにした材料試験機がある。
【０００３】
この種の材料試験機では一般的に、可動側荷重負荷部の駆動制御方式として、可動側荷重負荷部の変位をフィードバック制御する方式（変位制御モード）と、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさをフィードバック制御する方式（荷重制御モード）との両方式が用意されている。
【０００４】
また、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部は殆どの場合上下に配置されている。固定側荷重負荷部が上方に配置されている場合には、その固定側荷重負荷部は、試験実行中は固定されているが、試験準備中には試験体の大きさに合わせて上下に位置調節できるようにしてあることが多い。一方、固定側荷重負荷部が下方に配置されている場合には、その固定側荷重負荷部は完全に固定されていることが多い。
【０００５】
この種の材料試験機に試験体を装置する方法として、圧縮試験の場合には、下方の荷重負荷部の上に試験体を載置し、可動側荷重負荷部を駆動して固定側荷重負荷部へ近付けて行くことにより、それら荷重負荷部の間に試験体を挟むようにするのが一般的である。また、引張試験の場合には、試験体の一端を一方の荷重負荷部に直接またはチャック装置を介して固定し、可動側荷重負荷部を駆動して固定側荷重負荷部から離して行くことにより、試験体の他端が他方の荷重負荷部に直接またはチャック装置を介して係止または把持されるようにするのが一般的である。従って、圧縮試験では、試験体を装置するのにチャック装置を使用しないことが多く、また、引張試験でもチャック装置を使用しないことがあるが、そのようにチャック装置を使用しない場合でも、試験体を材料試験機に装置すること自体を「チャッキング」と呼んでいる。
【０００６】
上に示した圧縮試験と引張試験の夫々における典型的なチャッキング動作によれば、上下の荷重負荷部によって試験体が挟持されたとき、並びに、一端が一方の荷重負荷部に固定された試験体の他端が他方の荷重負荷部に係止または把持されたときに、チャッキング動作が完了する。チャッキング動作が完了する直前までは、固定側荷重負荷部と可動側荷重負荷部との間には荷重が作用していないため、可動側荷重負荷部の駆動は変位制御モードで行われる。そして、変位制御モードで可動側荷重負荷部を駆動しているときに、高剛性の試験体が挟持され、或いは係止または把持された状態になったならば、その瞬間に、両方の荷重負荷部に急激に荷重が作用することになる。
【０００７】
仮に、チャッキング動作が完了した後にも変位制御モードが継続していたならば、その荷重が極めて大きなものとなり材料試験機が破壊するおそれがあることは明らかである。そのため、従来のこの種の材料試験機の多くは、変位制御モードで可動側荷重負荷部を駆動して試験体のチャッキングを行っているときに、荷重センサ信号が表す荷重が所定値に達したならば、変位制御を終了させて可動側荷重負荷部を停止させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チャッキング動作の完了時に可動側荷重負荷部を停止させる制御に付随する僅かな時間遅れ、油圧アクチュエータのサーボ弁が全閉となるまでに必要な僅かな時間、運動している部材の慣性、等々の要因によって、チャッキング動作の完了時にかなり大きな荷重が発生することがあった。例えば、材料試験機を破壊するほど大きな荷重でなくとも、試験体を変形させてしまい材料試験の精度を低下させるような荷重が発生することがしばしばあった。
【０００９】
この問題は、バッファ機能を備えたチャック装置を使用することによって緩和することができるが、そのようなチャック装置が常に使用できるとは限らず、また、そのようなチャック装置を使用すると、今度は、材料試験機に装置することのできる試験体の最大寸法が著しく制約されるという新たな問題が発生する。
【００１０】
また、この問題を緩和する別の方法として、変位制御モードで可動側荷重負荷部を駆動して試験体のチャッキングを行っているときに、荷重センサ信号が表す荷重が所定値に達したならば、それまでの変位制御モードからチャッキング動作終了のための特別の制御モードへ移行させるようにした方法もあり、その一例が特開平１−１４２４３８号公報に開示されている。しかしながら同公報の方法では、特別の制御モードを実行するために必要な制御要素の数が多いことから制御の信頼性が低下するおそれがあり、また、積分器のように制御に時間遅れを導入する要素が使用されているため、制御モードの切換に伴う時間遅れが大きな懸念事項とならざるを得ない。
【００１１】
更に、この種の材料試験機のチャッキング動作に付随するもう１つの問題として、チャッキング動作が完了した後に、荷重制御モードないし変位制御モードで材料試験を開始するときに、そのフィードバック制御の目標値と実測値が大きく乖離しているために、可動側荷重負荷部がいきなり大きな速度で移動しはじめ、それによってショックが発生するということがあった。このショックが大きいと材料試験機が損傷するおそれがあり、また、それほどの大きさでなくとも材料試験の結果に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機において、その材料試験機に試験体を装置するチャッキング動作の制御を高い信頼性をもって行うことができ、チャッキング動作の完了時に発生する荷重を低く抑えることができ、また、制御モードの切換に際してショックの発生を防止することのできる、制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御方法において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させ、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させ、前記変位信号と目標信号との差信号である変位差信号を発生させ、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させ、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させ、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させ、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、チャッキング制御モードにおいては前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを加え合わせた結合制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくすることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値より小さくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号が発生するようにすることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、その後に前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードに適した設定値に変更することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値より大きくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号が発生するようにすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、それと同時に前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードに適した設定値に変更することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に前記目標信号の値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機の制御装置は、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御装置において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段と、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段と、前記変位または前記荷重を制御する際の目標値を与える目標信号を発生させるための目標信号発生手段と、前記変位信号と前記目標信号との差信号である変位差信号を発生させるための変位差信号発生手段と、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させるための荷重差信号発生手段と、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段と、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段と、前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを受け取り、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を、そしてチャッキング制御モードにおいては前記結合制御信号を、前記アクチュエータ制御信号として出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段と、前記変位信号導出手段、前記荷重信号導出手段、前記変位制御信号導出手段、及び前記荷重制御信号導出手段の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段とを備え、前記ゲイン設定手段は、前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定し、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくすることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機の制御装置は、前記目標信号の値に修正を加えるための目標信号修正手段を更に備えており、該目標信号修正手段は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることでその制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにする手段であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することが可能となる。
【００２３】
また、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、チャッキング制御モードにおいて、変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値にゲインを設定した場合でも、変位フィードバックループと荷重フィードバックループの夫々のループゲインを最適値に維持することができるため、それらフィードバックループに最適動作を行わせることが可能となる。
【００２４】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、発生する変位の大きさに対して、それに対応する変位信号が小さなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようにすることが可能となる。
【００２５】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更するときには、既に変位制御信号の信号経路が断たれているため、これら設定値の変更が材料試験機の制御に何ら影響を及ぼさないという利点が得られる。
【００２６】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、発生する荷重の大きさに対して、それに対応する荷重信号が大きなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようにすることが可能となる。
【００２７】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、制御モードを切換えると同時にゲインの設定値を荷重制御モードに適した設定値に変更するため、チャッキング動作完了時の過大な荷重の発生が防止されると共に、直ちに荷重制御による材料試験を開始できる状態になるという利点が得られる。
【００２８】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することが可能となる。
【００２９】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、請求項１に記載した本発明の制御方法と同様に、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することが可能となる。
【００３０】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、請求項６に記載した本発明の制御方法と同様に、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による材料試験機の制御方法及び制御装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は本発明の一実施形態にかかる材料試験機の制御装置のブロック図を材料試験機の模式図と共に示した説明図であり、引用符号１０は材料試験機の全体を指し示し、引用符号４０は制御装置の全体を指し示している。
【００３３】
材料試験機１０は、固定側荷重負荷部１２と、可動側荷重負荷部１４と、アクチュエータ制御信号ＡＣに従って可動側荷重負荷部１４を駆動するアクチュエータシステム１６と、可動側荷重負荷部１４の変位を表す変位センサ信号ＤＳを発生する変位センサ１８と、固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号ＬＳを発生する荷重センサ２０とを備え、固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間に装置した試験体Ｔに荷重を加えて試験を行うものである。
【００３４】
荷重センサ２０は、ロードセルとそれ付随する電気回路とで構成されており、固定側荷重負荷部１２はそのロードセルを介してバー２２に固定されている。バー２２は一対のコラム２４、２４によって上下動可能且つ固定可能に支持されている。バー２２が上下に移動されるのは、試験体Ｔの大きさに合わせて固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間の初期間隔を調整するときである。材料試験の実行中は、バー２２はコラム２４、２４に固定されており、従って固定側荷重負荷部１２も固定されている。
【００３５】
アクチュエータシステム１６は、可動側荷重負荷部１４に連結された油圧アクチュエータ１６ａと、制御装置４０から供給されるアクチュエータ制御信号ＡＣに従ってこの油圧アクチュエータ１６ａを作動させるアクチュエータ駆動装置１６ｂとで構成されており、アクチュエータ駆動装置１６ｂは、油圧源、電磁サーボ弁、電磁サーボ弁駆動回路等からなる一般的な構成のものである。
【００３６】
変位センサ１８は、高周波電流を流すコイルとそれに付随する電気回路とで構成されている。そして、そのコイル中に油圧アクチュエータ１６ａのピストンロッドの下端が出没することによって生じるそのコイルのインダクタンスの変化を検出することで、そのピストンロッドの下端の位置を検出し、それによって、そのピストンロッドの上端に連結されている可動側荷重負荷部１４の変位を検出するものである。
【００３７】
尚、本発明を適用し得る材料試験機は以上に例示したものに限られず、その他の様々な構成の材料試験機に本発明を適用することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態にかかる制御装置４０はアナログロジックやディジタルロジックを使用して構成することができ、図１にはその場合の構成をブロック図で示した。ただし、本発明にかかる制御装置はコンピュータで実行するソフトウェアによって構成することも可能である。
【００３９】
図１に示すように、制御装置４０は、ゲイン可変の第１増幅器４２を備えており、この第１増幅器４２は、変位センサ信号ＤＳに第１ゲインを乗じて変位信号ＤＩＳＰを発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段である。また、制御装置４０は、同様にゲイン可変の第２増幅器４４を備えており、この第２増幅器４４は、荷重センサ信号ＬＳに第２ゲインを乗じて荷重信号ＬＯＡＤを発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段である。
【００４０】
制御装置４０は更に、目標信号発生回路４６を備えており、この目標信号発生回路４６は、可動側荷重負荷部１４の変位（以下、単に変位という）または固定側荷重負荷部１２と可動側荷重負荷部１４との間に作用する荷重（以下、単に荷重という）を制御する際の目標値を与える目標信号ＦＵＮＣを発生させるための目標信号発生手段である。変位または荷重の制御はフィードバック制御によって行うようにしており、従って、変位ないし荷重を目標値に追随させるようにして行っている。そのため目標値は一般的に、時間と共に変化する関数として与えられことから、図中には目標信号をＦＵＮＣで表した。多くの場合、目標信号ＦＵＮＣは、ランプ関数、または定数関数、またはそれらを組み合わせた形の関数として発生される。
【００４１】
制御装置４０は更に、第１比較器４８を備えており、この第１比較器４８は、変位信号ＤＩＳＰと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である変位差信号ΔＤＩＳＰを発生させるための変位差信号発生手段である。また、制御装置４０は、第２比較器５０を備えており、この第２比較器５０は、荷重信号ＬＯＡＤと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である荷重差信号ΔＬＯＡＤを発生させるための荷重差信号発生手段である。
【００４２】
制御装置４０は更に、ゲイン可変の第３増幅器５２を備えており、この第３増幅器５２は、変位差信号ΔＤＩＳＰに第３ゲインを乗じて変位制御信号ＤＣを発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段である。また、制御装置４０は、同様にゲイン可変の第４増幅器５４を備えており、この第４増幅器５４は、荷重差信号ΔＬＯＡＤに第４ゲインを乗じて荷重制御信号ＬＣを発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段である。
【００４３】
制御装置４０は更に、信号選択回路５６を備えている。この信号選択回路５６は、変位制御信号ＤＣと荷重制御信号ＬＣとを受け取り、変位制御信号ＤＣと、荷重制御信号ＬＣと、変位制御信号ＤＣと荷重制御信号ＬＣとを加え合わせた結合制御信号との、いずれか１つを選択的にアクチュエータ制御信号ＡＣとして出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段である。より詳しくは、信号選択回路５６は、入力してくる信号を加え合わせる信号結合器５８と、変位制御信号ＤＣをこの信号結合器５８に選択的に結合及び切断するための第１スイッチ６０と、荷重制御信号ＬＣをこの信号結合器５８に選択的に結合及び切断するための第２スイッチ６２とで構成されている。
【００４４】
容易に理解されるように、信号選択回路５６の出力は、第１スイッチ６０だけが閉成されているときには変位制御信号ＤＣに等しく、第２スイッチ６２だけが閉成されているときには荷重制御信号ＬＣに等しく、両方のスイッチ６０、６２が閉成されているときにはそれら制御信号を加え合わせた結合制御信号に等しくなっている。また、それら第１及び第２スイッチ６０、６２の切換えによって、信号選択回路５６は、変位制御モードにおいては変位制御信号ＤＣを、荷重制御モードにおいては荷重制御信号ＬＣを、そしてチャッキング制御モードにおいては結合制御信号を、アクチュエータ制御信号ＡＣとして出力し、それら３つの制御モードについては後に詳述する。
【００４５】
尚、第３増幅器５２のゲインをゼロに設定すれば第１スイッチ６０を開放したのと同じ効果が得られ、第４増幅器５４のゲインをゼロに設定すれば第２スイッチ６２を開放したのと同じ効果が得られる。従って、第１スイッチ６０及び第２スイッチ６２を省略して、その代わりに第３増幅器５２及び第４増幅器５４のゲインを適宜制御するようにすることで、信号選択回路５６の機能の一部をそれら増幅器５２、５４に移転することができ、そのようにしたものも本発明の範囲に含まれる。
【００４６】
制御装置４０は更に、ゲイン設定回路６４を備えており、このゲイン設定回路６４は、以上に説明した第１増幅器（変位信号導出手段）４２、第２増幅器（荷重信号導出手段）４４、第３増幅器（変位制御信号導出手段）５２、及び第４増幅器（荷重制御信号導出手段）５４の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段である。ゲイン設定回路６４は、制御モードの切換に際してそれら増幅器のゲインを変更するという重要な機能を果たすものであり、これについては後に詳述する。
【００４７】
制御装置４０は更に、目標信号修正回路６６を備えており、この目標信号修正回路６６は、目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えるための目標信号修正手段であり、修正値発生回路６８と、２つの信号結合器７０、７２とで構成されている。修正値発生回路６８は、変位制御信号ＤＣに対応した修正値と荷重制御信号ＬＣに対応した修正値とを夫々に出力する。そして、一方の信号結合器７０は変位信号ＤＩＳＰと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である変位差信号ΔＤＩＳＰを発生させるための第１比較器４８の直前で、目標信号ＦＵＮＣに前者の修正値を加算し、他方の信号結合器７２は、荷重信号ＬＯＡＤと目標信号ＦＵＮＣとの差信号である荷重差信号ΔＬＯＡＤを発生させるための第２比較器５０の直前で、目標信号ＦＵＮＣに後者の修正値を加算する。この目標信号ＦＵＮＣの修正については後に詳細に説明するが、ここでその概要だけを述べておくと、目標信号修正回路６６は、変位制御モード、荷重制御モード、及びチャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにするための回路である。尚、図１の実施の形態では目標信号修正回路６６を目標信号発生回路４６とは別に設けてあるが、この目標信号修正回路６６の機能を目標信号発生回路４６内に組み込むようにしてもよい。
【００４８】
以上に説明した制御装置４０は、変位制御モードで材料試験機１０を制御するときには、信号選択回路５６の第１スイッチ６０が閉成され、第２スイッチ６２が開放される。これによって、変位制御信号ＤＣがそのままアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用されるようになるため、変位を目標信号ＦＵＮＣに追随させるように動作する変位フィードバックループが構成され、一方、荷重は制御に一切関与しなくなる。更にこのとき、前述の第１ゲインと、第３ゲインと、変位フィードバックループ内のその他の要素の全てのゲイン（例えばアクチュエータシステム１６や変位センサ１８のゲイン）とを乗じた積の値が、この変位フィードバックループのループゲインとなり、この変位フィードバックループを構成している制御系の特性に応じてそのループゲインの最適値がおのずから定まる。そして、第１ゲイン及び第３ゲイン以外の、変位フィードバックループ内のその他の要素のゲインは実質的に定数ゲインであるとみなせるため、そのループゲインの最適値から、第１ゲインと第３ゲインとの積の値の最適値が定まる。更に、所与の目標信号ＦＵＮＣと所望の変位計測レンジとの関係から第１ゲインの最適値が定まり、これら最適値から第３ゲインの最適値も定まる。変位制御モードを実行するときには、ゲイン設定回路６４が第１増幅器４２及び第３増幅器５２を制御して、第１ゲイン及び第３ゲインの値をそれら最適値に設定する。
【００４９】
同様に、荷重制御モードで材料試験機１０を制御するときには、信号選択回路５６の第１スイッチ６０が開放され、第２スイッチ６２が閉成される。これによって、荷重制御信号ＬＣがそのままアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用されるようになるため、荷重を目標信号ＦＵＮＣに追随させるように動作する荷重フィードバックループが構成され、一方、変位は制御に一切関与しなくなる。更にこのとき、前述の第２ゲインと、第４ゲインと、荷重フィードバックループ内のその他の要素の全てのゲイン（例えばアクチュエータシステム１６や荷重センサ２０のゲイン）とを乗じた積の値が、この荷重フィードバックループのループゲインとなり、この荷重フィードバックループを構成している制御系の特性に応じてそのループゲインの最適値がおのずから定まる。そして、第２ゲイン及び第４ゲイン以外の、荷重フィードバックループ内のその他の要素のゲインは実質的に定数ゲインであるとみなせるため、そのループゲインの最適値から、第２ゲインと第４ゲインとの積の値の最適値が定まる。更に、所与の目標信号ＦＵＮＣと所望の荷重計測レンジとの関係から第２ゲインの最適値が定まり、これら最適値から第４ゲインの最適値も定まる。荷重制御モードを実行するときには、ゲイン設定回路６４が第２増幅器４４及び第４増幅器５４を制御して、第２ゲイン及び第４ゲインの値をそれら最適値に設定する。
【００５０】
また、チャッキング制御モードで材料試験機１０を制御するときには、信号選択回路５６の第１スイッチ６０と第２スイッチ６２とが共に閉成される。これによって、変位制御信号ＤＣと荷重制御信号ＬＣとを加え合わせた結合制御信号がアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用されるようになるため、変位を目標信号ＦＵＮＣに追随させようとする変位フィードバックループと、荷重を目標信号ＦＵＮＣに追随させようとする荷重フィードバックループとが重畳して構成されることになる。この場合、変位フィードバックループによって発生される変位制御信号ＤＣと荷重フィードバックループによって発生される荷重制御信号ＬＣとで信号の符号が同じときには、信号選択回路５６の信号結合器５８はそれら制御信号の絶対値の和に等しい出力を結合制御信号として発生し、それがアクチュエータ制御信号ＡＣとして使用される。一方、それら制御信号ＤＣとＬＣの符号が互いに逆のときには、それら制御信号は互いに拮抗するように作用し、信号結合器５８は大きさがそれら制御信号の絶対値の差に等しい信号を出力し、その信号に従ってアクチュエータシステム１６が駆動される。
【００５１】
ただし、本発明においては、チャッキング制御モードで材料試験機１０を制御するときには、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させるだけでなく、更に、第１ゲイン、第２ゲイン、第３ゲイン、及び第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、変位制御モードにおける第１ゲイン及び第３ゲインの設定値、及び荷重制御モードにおける第２ゲイン及び第４ゲインの設定値とは異なる値に設定するようにしている。これについて以下に詳細に説明する。
【００５２】
従来技術の説明でも述べたように、材料の圧縮試験における典型的なチャッキング動作は、試験体を下方の荷重負荷部に載置して可動側荷重負荷部を固定側荷重負荷部に近付けるように駆動するものであり、それら荷重負荷部によってその試験体が挟持されることでチャッキング動作が完了する瞬間に、それら荷重負荷部の間に急激に荷重が発生する。また、材料の引張試験における典型的なチャッキング動作は、試験体の一端を一方の荷重負荷部に固定して可動側荷重負荷部を固定側荷重負荷部から離れるように駆動するものであり、その試験体の他端が他方の荷重負荷部に係止または把持されることによってチャッキング動作が完了する瞬間に、同様にそれら荷重負荷部に急激に荷重が発生する。
【００５３】
チャッキング制御モードで材料試験機１０を制御するとき、上述の如く変位フィードバックループと荷重フィードバックループとが重畳して構成されるようにしているのは、荷重が発生するまでの間はその制御に対して変位フィードバックループが支配的役割を果たし、一方、荷重が発生すると同時に変位フィードバックループの影響が一気に弱まりそれに代わって荷重フィードバックループが支配的となることを意図したものである。ところが、状況によっては、荷重が発生すると同時に変位フィードバックループの影響が弱まらず、従って荷重が更に増大して過大荷重となることがあり、それは例えば、変位計測レンジが小さく、荷重計測レンジが大きく設定されている場合や、試験体Ｔの剛性が小さい場合などである。
【００５４】
本発明の材料試験機の制御方法によれば、第１ゲイン、第２ゲイン、第３ゲイン、及び第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、変位制御モードにおける第１ゲイン及び第３ゲインの設定値、及び荷重制御モードにおける第２ゲイン及び第４ゲインの設定値とは異なる値に設定することによって、このような大荷重が発生するという事態を防止できるようにしている。ただし、ゲインを変更する場合でも、チャッキング制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値を、変位制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、また、チャッキング制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値を、荷重制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくすることが好ましい。
【００５５】
それが好ましい理由は、既述の如く、変位制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値は、変位フィードバックループのループゲインを最適化する値であり、また、荷重制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値も、同様に荷重フィードバックループのループゲインを最適化する値であるからである。従って、それら積の値をそのように設定することによって、変位フィードバックループ及び荷重フィードバックループに最適動作をさせることができる。
【００５６】
以下に、本発明の制御方法に従ってチャッキング制御モードにおけるゲインを設定する場合の設定の仕方を示す、２通りの好適な実施の形態について説明する。
【００５７】
図２（ａ）〜（ｅ）は本発明にかかる制御方法の第１の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図２（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｄ）は第１ゲインの設定値に対する第３ゲインの設定値の比の値、及び（ｅ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【００５８】
既述の如く、チャッキング制御モードで制御を行うときには信号選択回路５６の第１スイッチ６０と第２スイッチ６２とが共に閉成される。第１の実施の形態にかかる制御方法では、このとき、チャッキング制御モードで使用する第１ゲインの設定値を変位制御モードで使用する第１ゲインの設定値より小さくし、チャッキング制御モードで使用する第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくする。これによって、チャッキング制御モードでは、変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号ＤＩＳＰが発生するようになる。また、既述の如く、チャッキング制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値を、変位制御モードで使用する第１ゲイン及び第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくするため、この設定によって、第１ゲインの設定値に対する第３ゲインの設定値の比の値は図２（ｄ）に示したように大きな値となる。
【００５９】
更に、目標信号ＦＵＮＣを、ゼロ値から始まって一定の速度で上昇するランプ関数に設定する。この実施の形態では、目標信号ＦＵＮＣの上限は特に定めておらず（ただし、その値が異常に上昇した場合には制御を停止するようにしておいてもよい）、その代わりに荷重センサ信号ＬＳの上限値（図中の「上限荷重」）を設定してある。図１には示さなかったが、荷重センサ信号ＬＳをモニタしてその値をこの設定された上限値と比較するロジックが備えられており、荷重センサ信号ＬＳの値がこの上限値に達したならば、目標信号ＦＵＮＣの値の上昇を停止させて、その時点における現在値に固定するようにしている。
【００６０】
ここでは引張試験を行うものとし、チャッキングする試験体Ｔの一端を一方の荷重負荷部に固定したならば、以上に設定した状態でチャッキング制御モードの動作を開始する。動作開始の時点を図２（ｅ）に時刻Ｔ０で示した。可動側荷重負荷部１４が駆動されて次第に固定側荷重負荷部１２から離れるように移動して行き、はじめのうちは変位フィードバックループが支配的であるため、変位センサ信号ＤＳによって示されているように、変位が目標信号ＦＵＮＣに追随して増大して行く（試験体Ｔの伸び方向を変位の正方向としている）。時刻Ｔ１で、試験体Ｔの他端が他方の荷重負荷部に接触し、荷重センサ信号ＬＳがゼロ値から上昇を始めている。これと同時に、チャッキング制御において荷重フィードバックループが支配的となる。即ち、第１ゲインが小さく設定されているため、目標信号ＦＵＮＣの変化率に対して大きな割合で変位が変化していたものが、試験体Ｔの他端が他方の荷重負荷部と接触したことにより、小さな変位しかできなくなる。従って、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、このＴ１の時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へと変化する。また、それに伴って時刻Ｔ１以後は、図示の如く変位の上昇速度が鈍化している。
【００６１】
時刻Ｔ２では、荷重センサ信号ＬＳが表す荷重が上限値に達したため、前述の不図示のロジックの作用によって目標信号ＦＵＮＣの上昇が停止されている。これによってチャッキング動作は完了し、時刻Ｔ２以後は変位が変化しなくなる。こうしてチャッキング動作が完了して変位の変動が停止した後に、時刻Ｔ３で信号選択回路５６の第１スイッチ６０を開放して変位制御信号の信号経路を断つことで、荷重フィードバックループが支配的であったチャッキング制御モードから実際の荷重制御モードへの制御モード切換を行い、更にその後に、時刻Ｔ４で第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更して、再び変位制御モードに適した設定値に戻すようにする。
【００６２】
第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更するときには、既に変位制御信号の信号経路が断たれているため、これら設定値の変更は材料試験機１０の制御に何ら影響を及ぼさない。しかしながら、時刻Ｔ３で第１スイッチ６０を開放する際には、それまで信号結合器５８へ供給されていた変位制御信号ＤＣが一瞬にしてゼロ値になるため、何の対策も取らなければ、アクチュエータ制御信号ＡＣの値が急変して材料試験機１０にショックが発生し、このショックは材料試験機１０にとっても有害であり、また試験体Ｔを変形させて試験結果の精度を悪化させるおそれもある。
【００６３】
そのためこの実施の形態では、時刻Ｔ３で制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に目標信号ＦＵＮＣの値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させるようにしている。このようにすれば、制御モード切換に際してショックが発生するのを完全に防止することができる。
【００６４】
この場合の制御モード切換に際して必要な目標信号ＦＵＮＣの値の修正量は計算によって求めることができる。即ち、この制御モード切換の前後において、変位センサ信号ＤＳと、荷重センサ信号ＬＳと、アクチュエータ制御信号ＡＣと、第１ゲインと、第２ゲインと、第４ゲインとは、いずれも不変の既知数である。第３ゲインは、第１スイッチ６０が開放されるため、事実上、制御モード切換前の既知の設定値から、制御モード切換後はゼロ値へ変化する。そして制御モード切換前の目標信号ＦＵＮＣの値は既知であり、未知数であるのは制御モード切換後の目標信号ＦＵＮＣの値だけである。
【００６５】
従って、第１ゲイン〜第４ゲインをＫ１〜Ｋ４、制御モード切換前の目標信号ＦＵＮＣの値をＦ０、変位センサ信号をＤＳ、荷重センサ信号をＬＳ、そして制御モード切換の際に必要な目標信号ＦＵＮＣの修正量をΔＦで表すならば、制御モード切換後のアクチュエータ制御信号ＡＣの値を左辺とし、切換後のアクチュエータ制御信号ＡＣの値を右辺とする式は、
（Ｆ０＋ΔＦーＫ２・ＬＳ）Ｋ４＝（Ｆ０−Ｋ１・ＤＳ）Ｋ３＋（Ｆ０−Ｋ２・ＬＳ）Ｋ４
となり、この式から、
ΔＦ＝［｛（Ｆ０−Ｋ１・ＤＳ）Ｋ３＋（Ｆ０−Ｋ２・ＬＳ）Ｋ４｝／Ｋ４］−Ｆ０＋Ｋ２・ＬＳ
が得られる。
【００６６】
この計算には無論コンピュータを使用してもよいが、非常に簡単な計算であるためディジタルロジックを用いて算出するようにしてもよい。尚、以上に説明したように、制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に目標信号ＦＵＮＣの値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させるという本実施形態の特徴は、チャッキング制御モードから荷重制御モードへの切換に限られることなく、変位制御モード、荷重制御モード、及びチャッキング制御モードの間の任意の制御モード切換に利用することができ、それによって制御モード切換時のショックを完全に防止することができる。
【００６７】
次に、本発明にかかる制御方法の第２の実施の形態について説明する。尚、第１の実施の形態と同一の部分については説明を省略する。
【００６８】
図３（ａ）〜（ｆ）は本発明にかかる制御方法の第２の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図３（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重信号ＬＯＡＤ、（ｄ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｅ）は第４ゲインの設定値に対する第２ゲインの設定値の比の値、及び（ｆ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【００６９】
第１の実施の形態と同様に、チャッキング制御モードで制御を行うときには信号選択回路５６の第１スイッチ６０と第２スイッチ６２とが共に閉成される。ただしこの第２の実施の形態にかかる制御方法では、このとき、チャッキング制御モードで使用する第２ゲインの設定値を荷重制御モードで使用する第２ゲインの設定値より大きくし、チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくする。これによって、チャッキング制御モードでは、荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号ＬＯＡＤが発生するようになる、また、既述の如く、チャッキング制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値を、荷重制御モードで使用する第２ゲイン及び第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくするため、この設定によって、第４ゲインの設定値に対する第２ゲインの設定値の比の値は図３（ｅ）に示したように大きな値となる。
【００７０】
更に、第１の実施の形態と同様に、目標信号ＦＵＮＣを、ゼロ値から始まって一定の速度で上昇するランプ関数に設定し、また、荷重センサ信号ＬＳの上限値（図中の「上限荷重」）を設定してある。第１の実施の形態で使用している、荷重センサ信号ＬＳをモニタしてその値をこの設定された上限値と比較するロジックをこの第２の実施の形態でも使用する。ここではチャック装置を介して試験体Ｔをチャッキングして引張試験を行うものとする。その試験体Ｔの一端を一方の荷重負荷部に装備したチャック装置で把持したならば、以上に設定した状態でチャッキング制御モードの動作を開始する。動作開始の時点を図３（ｆ）に時刻Ｔ０で示した。はじめのうちは変位フィードバックループが支配的であるため、変位センサ信号ＤＳによって示されているように、変位が目標信号ＦＵＮＣに追随して増大して行く。時刻Ｔ１で、試験体Ｔの他端が他方の荷重負荷部のチャック装置によって把持され、荷重センサ信号ＬＳがゼロ値から上昇を始める。これと同時に、チャッキング制御において荷重フィードバックループが支配的となる。この場合、第２ゲインが大きく設定されているため、荷重センサ信号ＬＳに示されているように小さな荷重が発生しただけで大きな荷重信号ＬＯＡＤが発生する。従って、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、このＴ１の時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へと変化する。また、それに伴って時刻Ｔ１以後は、図示の如く変位の上昇速度が鈍化している。
【００７１】
時刻Ｔ２では、荷重センサ信号ＬＳが表す荷重が上限値に達したため、前述の不図示のロジックの作用によって目標信号ＦＵＮＣの上昇が停止され、チャッキング動作は完了する。この第２の実施の形態では、これと同時に、即ち時刻Ｔ２をもって、信号選択回路５６の第１スイッチ６０を開放して変位制御信号の信号経路を断つことで、荷重フィードバックループが支配的であったチャッキング制御モードから実際の荷重制御モードへの制御モード切換を行うと共に、第２ゲイン及び第４ゲインの設定値を荷重制御モードに適した設定値に戻し、更に目標信号ＦＵＮＣの値をゼロ値にリセットすることで、試験片に加わる荷重をゼロにするようにしている。
【００７２】
この制御方法によれば、時刻Ｔ２をもって、目標信号ＦＵＮＣ、荷重センサ信号ＬＳ、及び荷重信号ＬＯＡＤは、図３（ａ），（ｃ），（ｄ）に実線で示したようにゼロになり、チャッキング動作完了時の過大な荷重の発生が防止されると共に、直ちに荷重制御による材料試験を開始できる状態になる。
【００７３】
尚、この制御方法は、チャック装置を使用した場合に適用されるものであり、なぜならば、チャック装置を使用しない場合には、時刻Ｔ２において目標信号ＦＵＮＣの値をゼロ値にリセットするのではなく、適当な保持荷重に対応した値に設定するようにする。そのようにした場合の目標信号ＦＵＮＣ、荷重センサ信号ＬＳ、及び荷重信号ＬＯＡＤは、時刻Ｔ２以後は、図３（ａ），（ｃ），（ｄ）に破線で示したようになる。尚、この第２の実施の形態の方法に更に変更を加えて、第１の実施の形態のように、制御モード切換と同時に目標信号ＦＵＮＣの値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後でアクチュエータ制御信号ＡＣの値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に目標信号ＦＵＮＣの値を新たな制御モードにおける所望値に変更するようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御方法において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させ、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させ、前記変位信号と目標信号との差信号である変位差信号を発生させ、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させ、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させ、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させ、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、チャッキング制御モードにおいては前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを加え合わせた結合制御信号を前記アクチュエータ制御信号として使用し、前記チャッキング制御モードにおいては、前記第１ゲイン、前記第２ゲイン、前記第３ゲイン、及び前記第４ゲインのうちの少なくとも１つの設定値を、前記変位制御モードにおける前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値、及び前記荷重制御モードにおける前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値とは異なる値に設定するようにした。
【００７５】
このため、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することができる。
【００７６】
また、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値を、前記変位制御モードで使用する前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値の積の値と略々等しくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値を、前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値の積の値と略々等しくするようにした。
【００７７】
このため、チャッキング制御モードにおいて、変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値にゲインを設定した場合でも、変位フィードバックループと荷重フィードバックループの夫々のループゲインを最適値に維持することができるため、それらフィードバックループに最適動作を行わせることができる。
【００７８】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記チャッキング制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第１ゲインの設定値より小さくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードで使用する前記第３ゲインの設定値より大きくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記変位制御モードと比べて、同じ大きさの変位が発生したときにより小さな変位信号が発生するようにした。
【００７９】
従って、発生する変位の大きさに対して、それに対応する変位信号が小さなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようになる。
【００８０】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、その後に前記第１ゲイン及び前記第３ゲインの設定値を前記変位制御モードに適した設定値に変更するようにした。
【００８１】
従って、第１ゲイン及び第３ゲインの設定値を変更するときには、既に変位制御信号の信号経路が断たれているため、これら設定値の変更が材料試験機の制御に何ら影響を及ぼさずに済む。
【００８２】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記チャッキング制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第２ゲインの設定値より大きくし、前記チャッキング制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードで使用する前記第４ゲインの設定値より小さくすることで、前記チャッキング制御モードでは、前記荷重制御モードと比べて、同じ大きさの荷重が発生したときにより大きな荷重信号が発生するようにした。
【００８３】
従って、発生する荷重の大きさに対して、それに対応する荷重信号が大きなものとなるため、チャッキング制御モードの実行中に荷重が発生したときに、それまで変位フィードバックループが支配的であった制御が、その時点で確実に、荷重フィードバックループが支配的な制御へ変化するようになる。
【００８４】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、チャッキング動作が完了して前記変位の変動が停止した後に前記変位制御信号の信号経路を断つことで前記チャッキング制御モードから前記荷重制御モードへの制御モード切換を行い、それと同時に前記第２ゲイン及び前記第４ゲインの設定値を前記荷重制御モードに適した設定値に変更するようにした。
【００８５】
従って、制御モードを切換えると同時にゲインの設定値を荷重制御モードに適した設定値に変更するため、チャッキング動作完了時の過大な荷重の発生が防止されると共に、直ちに荷重制御による材料試験を開始できる状態になるという利点が得られる。
【００８６】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法によれば、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換を行う際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることで、その制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるようにし、その制御モード切換を行った後に前記目標信号の値を新たな制御モードにおける所望値へ徐々に変化させるようにした。
【００８７】
このため、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することができる。
【００８８】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、固定側荷重負荷部と、可動側荷重負荷部と、アクチュエータ制御信号に従って前記可動側荷重負荷部を駆動するアクチュエータシステムと、前記可動側荷重負荷部の変位を表す変位センサ信号を発生する変位センサと、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に作用する荷重の大きさを表す荷重センサ信号を発生する荷重センサとを備え、前記固定側荷重負荷部と前記可動側荷重負荷部との間に装置した試験体に荷重を加えて試験を行う材料試験機の制御装置において、前記変位センサ信号に第１ゲインを乗じて変位信号を発生させるためのゲイン可変の変位信号発生手段と、前記荷重センサ信号に第２ゲインを乗じて荷重信号を発生させるためのゲイン可変の荷重信号発生手段と、前記変位または前記荷重を制御する際の目標値を与える目標信号を発生させるための目標信号発生手段と、前記変位信号と前記目標信号との差信号である変位差信号を発生させるための変位差信号発生手段と、前記荷重信号と前記目標信号との差信号である荷重差信号を発生させるための荷重差信号発生手段と、前記変位差信号に第３ゲインを乗じて変位制御信号を発生させるためのゲイン可変の変位制御信号発生手段と、前記荷重差信号に第４ゲインを乗じて荷重制御信号を発生させるためのゲイン可変の荷重制御信号発生手段と、前記変位制御信号と前記荷重制御信号とを受け取り、変位制御モードにおいては前記変位制御信号を、荷重制御モードにおいては前記荷重制御信号を、そしてチャッキング制御モードにおいては前記結合制御信号を、前記アクチュエータ制御信号として出力するためのアクチュエータ制御信号選択手段と、前記変位信号導出手段、前記荷重信号導出手段、前記変位制御信号導出手段、及び前記荷重制御信号導出手段の夫々のゲインを設定するためのゲイン設定手段とを備えた構成とした。
【００８９】
このため、請求項１に記載した本発明の材料試験機の制御方法と同様に、材料試験機に試験体を装置するチャッキング制御モードにおいて、単に変位フィードバックループと荷重フィードバックループとを重畳させて制御を行うだけでなく、信号を発生させるためのゲインを変位制御モードや荷重制御モードで使用する設定値とは異なった値に設定することで、チャッキング動作の完了時に過大荷重が発生するのを防止することができる。
【００９０】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機の制御装置によれば、前記目標信号の値に修正を加えるための目標信号修正手段を更に備えており、該目標信号修正手段は、前記変位制御モード、前記荷重制御モード、及び前記チャッキング制御モードの間の制御モード切換が行われる際に、その制御モード切換と同時に前記目標信号の値に修正を加えることでその制御モード切換の前後で前記アクチュエータ制御信号の値が略々不変であるように構成したものである。
【００９１】
このため、請求項６に記載した本発明の材料試験機の制御方法と同様に、制御モード切換時にショックが発生するのを完全に防止することができ、従ってそのようなショックによって材料試験機が損傷したり試験結果の精度が悪化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる材料試験機の制御装置のブロック図を材料試験機の模式図と共に示した説明図である。
【図２】本発明にかかる材料試験機の制御方法の第１の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図２（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｄ）は第１ゲインの設定値に対する第３ゲインの設定値の比の値、及び（ｅ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【図３】本発明にかかる材料試験機の制御方法の第２の実施の形態を説明するためのタイムチャートであり、図３（ａ）は目標信号ＦＵＮＣ、（ｂ）は変位センサ信号ＤＳ、（ｃ）は荷重信号ＬＯＡＤ、（ｄ）は荷重センサ信号ＬＳ、（ｅ）は第４ゲインの設定値に対する第２ゲインの設定値の比の値、及び（ｆ）は制御モードが時間と共にどのように変化するかを示した図である。
【符号の説明】
１０材料試験機
１２固定側荷重負荷部
１４可動側荷重負荷部
１６アクチュエータシステム
１８変位センサ
２０荷重センサ
４０制御装置
４２変位信号発生手段（第１増幅器）
４４荷重信号発生手段（第２増幅器）
４６目標信号発生手段（目標信号発生回路）
４８変位差信号発生手段（第１比較器）
５０荷重差信号発生手段（第２比較器）
５２変位制御信号発生手段（第３増幅器）
５４荷重制御信号発生手段（第４増幅器）
５６アクチュエータ制御信号選択手段（信号選択回路）
ＡＣアクチュエータ制御信号
ＤＳ変位センサ信号
ＬＳ荷重センサ信号
ＤＩＳＰ変位信号
ＬＯＡＤ荷重信号
ＦＵＮＣ目標信号
ΔＤＩＳＰ変位差信号
ΔＬＯＡＤ荷重差信号
ＤＣ変位制御信号
ＬＣ荷重制御信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method and a control apparatus for a material testing machine.
[0002]
[Prior art]
There are various types of material testing machines, but material testing machines that can perform compression tests, tensile tests, fatigue tests, etc. by applying a compressive load or tensile load to the material specimen are widely used. Yes. Typical examples of this type of material testing machine include a fixed-side load-loading unit, a movable-side load-loading unit, an actuator system that drives the movable-side load-loading unit according to an actuator control signal, and displacement of the movable-side load-loading unit. A displacement sensor that generates a displacement sensor signal, and a load sensor that generates a load sensor signal that represents the magnitude of the load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion. There is a material testing machine in which a test is performed by applying a load to a test body installed between a load portion and a movable load load portion.
[0003]
In this type of material testing machine, generally, as a drive control system for the movable side load load part, a system for controlling feedback of the displacement of the movable side load load part (displacement control mode), a fixed side load load part and a movable side load Both a method of performing feedback control of the magnitude of the load acting between the load portion (load control mode) are prepared.
[0004]
Further, in most cases, the fixed side load load part and the movable side load load part are arranged vertically. When the fixed-side load-loading part is arranged above, the fixed-side load-loading part is fixed during the test execution, but is positioned up and down according to the size of the specimen during test preparation. Often it is adjustable. On the other hand, when the fixed-side load load portion is disposed below, the fixed-side load load portion is often completely fixed.
[0005]
As a method of mounting a test body on this type of material testing machine, in the case of a compression test, the test body is placed on the lower load load section, and the movable load load section is driven to drive the fixed load Generally, the test body is sandwiched between the load parts by approaching the part. In the case of a tensile test, one end of the test body is fixed to one load load part directly or via a chuck device, and the movable load load part is driven away from the fixed load load part. In general, the other end of the test body is locked or held by the other load application portion directly or via a chuck device. Therefore, in the compression test, the chuck device is often not used to install the test body, and in the tensile test, the chuck device may not be used. Even when the chuck device is not used as such, the test body is not used. The device itself is called “chucking”.
[0006]
According to the typical chucking operation in each of the compression test and the tensile test shown above, the test body is clamped by the upper and lower load application parts, and one end is fixed to one of the load application parts. The chucking operation is completed when the other end of the body is locked or gripped by the other load application portion. Immediately before the chucking operation is completed, no load is applied between the fixed load load portion and the movable load load portion. Therefore, the movable load load portion is driven in the displacement control mode. When the movable load load unit is driven in the displacement control mode, if a highly rigid specimen is pinched, or locked or gripped, both load loads will be applied at that moment. The load is suddenly applied to the part.
[0007]
If the displacement control mode continues even after the chucking operation is completed, it is clear that the load becomes extremely large and the material testing machine may be destroyed. For this reason, in many conventional material testing machines of this type, the load represented by the load sensor signal reaches a predetermined value when the movable load loading unit is driven and the specimen is chucked in the displacement control mode. If so, the displacement control is terminated and the movable side load load section is stopped.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a slight time delay associated with the control to stop the movable load load when the chucking operation is completed, and the inertia of the moving member for a short time necessary until the servo valve of the hydraulic actuator is fully closed. Due to various factors, a considerably large load may be generated when the chucking operation is completed. For example, even if the load is not so large as to break the material testing machine, a load that often deforms the specimen and lowers the accuracy of the material test often occurs.
[0009]
This problem can be alleviated by using a chucking device with a buffer function, but such a chucking device is not always available, and now when using such a chucking device, This raises a new problem that the maximum size of the specimen that can be installed in the material testing machine is significantly limited.
[0010]
As another method to alleviate this problem, if the load represented by the load sensor signal reaches a predetermined value when driving the movable load load unit in the displacement control mode and chucking the specimen For example, there is a method of shifting from the previous displacement control mode to a special control mode for ending the chucking operation, an example of which is disclosed in JP-A-1-142438. However, in the method of this publication, since the number of control elements required to execute a special control mode is large, there is a risk that the reliability of the control may be reduced, and a time delay is introduced in the control like an integrator. Therefore, the time delay associated with the switching of the control mode must be a major concern.
[0011]
Furthermore, another problem associated with the chucking operation of this type of material testing machine is that when the material test is started in the load control mode or the displacement control mode after the chucking operation is completed, the feedback control target is set. Since the measured value and the measured value are greatly deviated, there was a case where the movable load load portion suddenly started to move at a large speed, thereby causing a shock. If this shock is large, the material testing machine may be damaged, and even if it is not so large, the result of the material test may be adversely affected.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fixed load load portion, a movable load load portion, and an actuator system that drives the movable load load portion in accordance with an actuator control signal, A displacement sensor that generates a displacement sensor signal that represents the displacement of the movable load load portion, and a load sensor signal that represents the magnitude of the load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion is generated. In a material testing machine for performing a test by applying a load to a test body installed between the fixed-side load-loading section and the movable-side load-loading section, the test body is installed in the material testing machine. The chucking operation can be controlled with high reliability, the load generated at the completion of the chucking operation can be kept low, and the switching of the control mode can be suppressed. Capable of preventing the occurrence of click is to provide a control method and apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the material testing machine control method according to the first aspect of the present invention includes a fixed-side load load portion, a movable-side load load portion, and the movable-side load load portion according to an actuator control signal. An actuator system to be driven; a displacement sensor that generates a displacement sensor signal representing a displacement of the movable load load portion; and a load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion. A load sensor for generating a load sensor signal representing, in a control method of a material testing machine for performing a test by applying a load to a test body installed between the fixed load load portion and the movable load load portion, A displacement signal is generated by multiplying the displacement sensor signal by a first gain, a load signal is generated by multiplying the load sensor signal by a second gain, and a change signal that is a difference signal between the displacement signal and a target signal. A difference signal is generated, a load difference signal that is a difference signal between the load signal and the target signal is generated, a displacement control signal is generated by multiplying the displacement difference signal by a third gain, and the load difference signal is A load control signal is generated by multiplying four gains. In the displacement control mode, the displacement control signal is used as the actuator control signal. In the load control mode, the load control signal is used as the actuator control signal. In the control mode, a combined control signal obtained by adding the displacement control signal and the load control signal is used as the actuator control signal. In the chucking control mode, the first gain, the second gain, and the second gain are used. The set value of at least one of 3 gain and the 4th gain is set to the previous value in the displacement control mode. First gain and said third gain setting value, and characterized by setting the value different from the set value of the second gain and the fourth gain in the load control mode.
[0014]
Also, Claim 1 In the control method of the material testing machine according to the present invention described in 1), the product value of the set values of the first gain and the third gain used in the chucking control mode is used in the first displacement control mode. The product of the set value of the gain and the third gain is approximately equal to the product of the set value of the second gain and the fourth gain used in the chucking control mode. The second gain and the fourth gain to be used are approximately equal to a product value of set values.
[0015]
Also, Claim 2 The method for controlling a material testing machine according to the present invention described in 1) makes the set value of the first gain used in the chucking control mode smaller than the set value of the first gain used in the displacement control mode. By making the setting value of the third gain used in the king control mode larger than the setting value of the third gain used in the displacement control mode, the chucking control mode is the same as the displacement control mode. A smaller displacement signal is generated when a displacement of a magnitude occurs.
[0016]
Also, Claim 3 The material testing machine control method according to the present invention described above is configured such that after the chucking operation is completed and the variation of the displacement is stopped, the signal path of the displacement control signal is cut off to thereby change the load control mode from the chucking control mode. The control mode is switched to, and thereafter, the set values of the first gain and the third gain are changed to set values suitable for the displacement control mode.
[0017]
Also, Claim 4 The method for controlling a material testing machine according to the present invention described in the above item is configured such that the set value of the second gain used in the chucking control mode is larger than the set value of the second gain used in the load control mode. By making the setting value of the fourth gain used in the king control mode smaller than the setting value of the fourth gain used in the load control mode, the chucking control mode is the same as the load control mode. It is characterized in that a larger load signal is generated when a large load is generated.
[0018]
Also, Claim 5 The material testing machine control method according to the present invention described above is configured such that after the chucking operation is completed and the variation of the displacement is stopped, the signal path of the displacement control signal is cut off to thereby change the load control mode from the chucking control mode. At the same time, the setting values of the second gain and the fourth gain are changed to the setting values suitable for the load control mode.
[0019]
Also, Claim 6 In the control method of the material testing machine of the present invention described in 1), when the control mode is switched among the displacement control mode, the load control mode, and the chucking control mode, the target signal is simultaneously with the control mode switching. Is corrected so that the value of the actuator control signal is substantially unchanged before and after the switching of the control mode, and after the control mode is switched, the value of the target signal is changed in the new control mode. It is characterized by gradually changing to a desired value.
[0020]
Also, Claim 7 The material testing machine control device according to the present invention includes a fixed-side load load portion, a movable-side load load portion, an actuator system that drives the movable-side load load portion according to an actuator control signal, and the movable-side load load. A displacement sensor that generates a displacement sensor signal that represents the displacement of the portion, and a load sensor that generates a load sensor signal that represents the magnitude of the load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion. In a control device for a material testing machine for performing a test by applying a load to a test body installed between the fixed load load portion and the movable load load portion, multiplying the displacement sensor signal by a first gain. A variable-variable displacement signal generating means for generating a displacement signal; and a variable-gain load signal generating means for generating a load signal by multiplying the load sensor signal by a second gain; A target signal generating means for generating a target signal that gives a target value for controlling the displacement or the load, and a displacement difference for generating a displacement difference signal that is a difference signal between the displacement signal and the target signal A signal generation means, a load difference signal generation means for generating a load difference signal which is a difference signal between the load signal and the target signal, and a displacement control signal is generated by multiplying the displacement difference signal by a third gain. A variable gain control signal generating means for generating a load control signal generating means for generating a load control signal by multiplying the load difference signal by a fourth gain, the displacement control signal and the load control signal In the displacement control mode, the load control signal in the load control mode, and the coupling control in the chucking control mode. Actuator control signal selection means for outputting a signal as the actuator control signal, gains of the displacement signal deriving means, the load signal deriving means, the displacement control signal deriving means, and the load control signal deriving means. Gain setting means for setting In the chucking control mode, the gain setting means sets at least one set value of the first gain, the second gain, the third gain, and the fourth gain in the displacement control mode. The first gain and the third gain are set to values different from the setting values of the second gain and the fourth gain in the load control mode, and are used in the chucking control mode. The product of the gain and the set value of the third gain is made substantially equal to the product of the set value of the first gain and the third gain used in the displacement control mode, and in the chucking control mode. The product of the set value of the second gain and the fourth gain to be used is the product of the set value of the second gain and the fourth gain to be used in the load control mode. Approximately equal It is characterized by that.
[0021]
Also, Claim 8 The material testing machine control device according to the present invention further includes target signal correcting means for correcting the value of the target signal, and the target signal correcting means includes the displacement control mode and the load control. When the control mode is switched between the mode and the chucking control mode, the value of the actuator control signal is changed before and after the control mode switching by modifying the target signal value simultaneously with the control mode switching. It is a means to make is substantially unchanged.
[0022]
According to the control method of the material testing machine of the present invention described in claim 1, in the chucking control mode in which the specimen is mounted on the material testing machine, the control is simply performed by superimposing the displacement feedback loop and the load feedback loop. In addition to setting the gain for generating the signal to a value different from the setting value used in the displacement control mode and load control mode, it prevents the occurrence of excessive load when the chucking operation is completed. It becomes possible.
[0023]
Also, Claim 1 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, even when the gain is set to a value different from the setting value used in the displacement control mode or the load control mode in the chucking control mode, the displacement feedback loop Since the respective loop gains of the load feedback loop and the load feedback loop can be maintained at the optimum value, it is possible to cause the feedback loop to perform the optimum operation.
[0024]
Also, Claim 2 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in 1), since the displacement signal corresponding to the generated displacement is small, a load is generated during the execution of the chucking control mode. Sometimes it is possible to ensure that the control in which the displacement feedback loop has been dominant then changes to the control in which the load feedback loop is dominant.
[0025]
Also, Claim 3 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, when changing the set values of the first gain and the third gain, the signal path of the displacement control signal has already been cut off. Has the advantage that it has no effect on the control of the material testing machine.
[0026]
Also, Claim 4 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in 1), the load signal corresponding to the magnitude of the generated load is large, so that a load is generated during execution of the chucking control mode. Sometimes it is possible to ensure that the control in which the displacement feedback loop has been dominant then changes to the control in which the load feedback loop is dominant.
[0027]
Also, Claim 5 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, since the gain setting value is changed to a setting value suitable for the load control mode at the same time as switching the control mode, an excessive load at the time of completion of the chucking operation is changed. In addition to preventing the occurrence, there is an advantage that a material test can be started immediately under load control.
[0028]
Also, Claim 6 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, it is possible to completely prevent a shock from occurring when the control mode is switched. It becomes possible to prevent the accuracy from deteriorating.
[0029]
Also, Claim 7 According to the control device of the material testing machine of the present invention described in Claim 1 As in the control method of the present invention described in the above, in the chucking control mode in which the specimen is installed in the material testing machine, not only the control is performed by superimposing the displacement feedback loop and the load feedback loop but also a signal is generated By setting the gain to be set to a value different from the set value used in the displacement control mode or the load control mode, it is possible to prevent an excessive load from occurring when the chucking operation is completed.
[0030]
Also, Claim 8 According to the control device of the material testing machine of the present invention described in Claim 6 As in the control method of the present invention described in the above, it is possible to completely prevent a shock from occurring when the control mode is switched, and therefore, the material testing machine is damaged by the shock and the accuracy of the test result is deteriorated. This can be prevented.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a control method and a control apparatus for a material testing machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a block diagram of a control device of a material testing machine according to an embodiment of the present invention together with a schematic diagram of the material testing machine. Reference numeral 10 indicates the whole material testing machine, and reference numeral 40 is shown. Indicates the entire control unit.
[0033]
The material testing machine 10 includes a fixed-side load load unit 12, a movable-side load load unit 14, an actuator system 16 that drives the movable-side load load unit 14 according to an actuator control signal AC, and displacements of the movable-side load load unit 14. A displacement sensor 18 that generates a displacement sensor signal DS, and a load sensor 20 that generates a load sensor signal LS that represents the magnitude of a load acting between the fixed load load portion 12 and the movable load load portion 14. The test is performed by applying a load to the test body T installed between the fixed load load portion 12 and the movable load load portion 14.
[0034]
The load sensor 20 is composed of a load cell and an electric circuit that accompanies the load cell, and the fixed-side load load portion 12 is fixed to the bar 22 via the load cell. The bar 22 is supported by a pair of columns 24 and 24 so as to be vertically movable and fixable. The bar 22 is moved up and down when the initial interval between the fixed load load portion 12 and the movable load load portion 14 is adjusted according to the size of the test body T. During the execution of the material test, the bar 22 is fixed to the columns 24, 24, and thus the fixed load-carrying portion 12 is also fixed.
[0035]
The actuator system 16 includes a hydraulic actuator 16a connected to the movable-side load load unit 14, and an actuator driving device 16b that operates the hydraulic actuator 16a according to an actuator control signal AC supplied from the control device 40. The actuator driving device 16b has a general configuration including a hydraulic pressure source, an electromagnetic servo valve, an electromagnetic servo valve driving circuit, and the like.
[0036]
The displacement sensor 18 is composed of a coil for passing a high-frequency current and an electric circuit associated therewith. Then, the position of the lower end of the piston rod is detected by detecting a change in the inductance of the coil that occurs when the lower end of the piston rod of the hydraulic actuator 16a appears and disappears in the coil. The displacement of the movable side load load part 14 connected to the upper end is detected.
[0037]
In addition, the material testing machine which can apply this invention is not restricted to what was illustrated above, This invention can be applied to the material testing machine of various other structures.
[0038]
The control device 40 according to an embodiment of the present invention can be configured using analog logic or digital logic, and FIG. 1 is a block diagram showing the configuration in that case. However, the control device according to the present invention can also be configured by software executed by a computer.
[0039]
As shown in FIG. 1, the control device 40 includes a variable gain first amplifier 42 that multiplies the displacement sensor signal DS by a first gain to generate a displacement signal DISP. It is a displacement signal generating means with variable gain. Similarly, the control device 40 includes a variable gain second amplifier 44. The second amplifier 44 multiplies the load sensor signal LS by the second gain to generate the load signal LOAD. Load signal generating means.
[0040]
The control device 40 further includes a target signal generation circuit 46, which is a displacement of the movable load load portion 14 (hereinafter simply referred to as displacement) or the fixed load load portion 12 and the movable load. This is a target signal generating means for generating a target signal FUNC that gives a target value when controlling a load (hereinafter simply referred to as a load) acting between the load section 14. The displacement or load is controlled by feedback control. Therefore, the displacement or load is made to follow the target value. Therefore, since the target value is generally given as a function that changes with time, the target signal is represented by FUNC in the figure. In many cases, the target signal FUNC is generated as a ramp function, a constant function, or a combination thereof.
[0041]
The control device 40 further includes a first comparator 48, which generates a displacement difference signal ΔDISP for generating a displacement difference signal ΔDISP that is a difference signal between the displacement signal DISP and the target signal FUNC. Means. Further, the control device 40 includes a second comparator 50. The second comparator 50 generates a load difference signal ΔLOAD that is a difference signal between the load signal LOAD and the target signal FUNC. It is a generation means.
[0042]
The control device 40 further includes a variable gain third amplifier 52. The third amplifier 52 multiplies the displacement difference signal ΔDISP by the third gain to generate a displacement control signal DC. It is a signal generation means. Similarly, the control device 40 includes a variable gain fourth amplifier 54. The fourth amplifier 54 multiplies the load difference signal ΔLOAD by the fourth gain to generate a load control signal LC. Load control signal generating means.
[0043]
The control device 40 further includes a signal selection circuit 56. The signal selection circuit 56 receives the displacement control signal DC and the load control signal LC, and includes a displacement control signal DC, a load control signal LC, and a combined control signal obtained by adding the displacement control signal DC and the load control signal LC. These are actuator control signal selection means for selectively outputting any one of them as an actuator control signal AC. More specifically, the signal selection circuit 56 includes a signal combiner 58 for adding incoming signals, a first switch 60 for selectively coupling and disconnecting the displacement control signal DC to the signal combiner 58, The load control signal LC is composed of a second switch 62 for selectively coupling and disconnecting the load control signal LC to the signal coupler 58.
[0044]
As will be readily understood, the output of the signal selection circuit 56 is equal to the displacement control signal DC when only the first switch 60 is closed, and the load control signal when only the second switch 62 is closed. It is equal to LC, and when both switches 60, 62 are closed, it is equal to the combined control signal plus these control signals. In addition, by switching the first and second switches 60 and 62, the signal selection circuit 56 receives the displacement control signal DC in the displacement control mode, the load control signal LC in the load control mode, and the chucking control mode. Outputs a coupling control signal as an actuator control signal AC, and these three control modes will be described in detail later.
[0045]
If the gain of the third amplifier 52 is set to zero, the same effect as when the first switch 60 is opened is obtained. If the gain of the fourth amplifier 54 is set to zero, the second switch 62 is opened. The same effect can be obtained. Accordingly, the first switch 60 and the second switch 62 are omitted, and instead the gains of the third amplifier 52 and the fourth amplifier 54 are appropriately controlled, so that a part of the function of the signal selection circuit 56 is achieved. These amplifiers 52 and 54 can be transferred to the amplifiers 52 and 54, and such modifications are included in the scope of the present invention.
[0046]
The control device 40 further includes a gain setting circuit 64. The gain setting circuit 64 includes the first amplifier (displacement signal deriving means) 42, the second amplifier (load signal deriving means) 44, and the third described above. This is a gain setting means for setting the gains of the amplifier (displacement control signal deriving means) 52 and the fourth amplifier (load control signal deriving means) 54. The gain setting circuit 64 performs an important function of changing the gains of the amplifiers when the control mode is switched, which will be described in detail later.
[0047]
The control device 40 further includes a target signal correction circuit 66. The target signal correction circuit 66 is a target signal correction means for correcting the value of the target signal FUNC. It consists of two signal couplers 70 and 72. The correction value generation circuit 68 outputs a correction value corresponding to the displacement control signal DC and a correction value corresponding to the load control signal LC, respectively. One signal combiner 70 adds the former correction value to the target signal FUNC immediately before the first comparator 48 for generating the displacement difference signal ΔDISP which is a difference signal between the displacement signal DISP and the target signal FUNC. On the other hand, the other signal combiner 72 gives the latter correction value to the target signal FUNC immediately before the second comparator 50 for generating the load difference signal ΔLOAD which is a difference signal between the load signal LOAD and the target signal FUNC. to add. The correction of the target signal FUNC will be described in detail later, but only the outline will be described here. The target signal correction circuit 66 performs control between the displacement control mode, the load control mode, and the chucking control mode. When mode switching is performed, the value of the target signal FUNC is modified simultaneously with the control mode switching so that the value of the actuator control signal AC is substantially unchanged before and after the control mode switching. Circuit. In the embodiment of FIG. 1, the target signal correction circuit 66 is provided separately from the target signal generation circuit 46, but the function of the target signal correction circuit 66 may be incorporated in the target signal generation circuit 46. .
[0048]
When the control device 40 described above controls the material testing machine 10 in the displacement control mode, the first switch 60 of the signal selection circuit 56 is closed and the second switch 62 is opened. As a result, since the displacement control signal DC is used as it is as the actuator control signal AC, a displacement feedback loop that operates to cause the displacement to follow the target signal FUNC is formed, while the load is not involved in the control at all. Disappear. Furthermore, at this time, the product value obtained by multiplying the first gain, the third gain, and all the gains of other elements in the displacement feedback loop (for example, the gains of the actuator system 16 and the displacement sensor 18) is represented by this value. It becomes the loop gain of the displacement feedback loop, and the optimum value of the loop gain is naturally determined according to the characteristics of the control system constituting the displacement feedback loop. Since the gains of other elements in the displacement feedback loop other than the first gain and the third gain can be regarded as substantially constant gains, the first gain, the third gain, The optimal value of the product of is determined. Furthermore, the optimum value of the first gain is determined from the relationship between the given target signal FUNC and the desired displacement measurement range, and the optimum value of the third gain is also determined from these optimum values. When executing the displacement control mode, the gain setting circuit 64 controls the first amplifier 42 and the third amplifier 52 to set the values of the first gain and the third gain to their optimum values.
[0049]
Similarly, when controlling the material testing machine 10 in the load control mode, the first switch 60 of the signal selection circuit 56 is opened and the second switch 62 is closed. As a result, since the load control signal LC is used as it is as the actuator control signal AC, a load feedback loop is configured to operate so that the load follows the target signal FUNC. On the other hand, the displacement is completely involved in the control. Disappear. Further, at this time, a product value obtained by multiplying the above-described second gain, the fourth gain, and all the gains of other elements in the load feedback loop (for example, the gains of the actuator system 16 and the load sensor 20) is obtained. It becomes the loop gain of the load feedback loop, and the optimum value of the loop gain is naturally determined according to the characteristics of the control system constituting the load feedback loop. Since the gains of the other elements in the load feedback loop other than the second gain and the fourth gain can be regarded as substantially constant gains, the second gain, the fourth gain, The optimal value of the product of is determined. Furthermore, the optimum value of the second gain is determined from the relationship between the given target signal FUNC and the desired load measurement range, and the optimum value of the fourth gain is also determined from these optimum values. When executing the load control mode, the gain setting circuit 64 controls the second amplifier 44 and the fourth amplifier 54 to set the values of the second gain and the fourth gain to their optimum values.
[0050]
When the material testing machine 10 is controlled in the chucking control mode, both the first switch 60 and the second switch 62 of the signal selection circuit 56 are closed. As a result, a combined control signal obtained by adding the displacement control signal DC and the load control signal LC is used as the actuator control signal AC. Therefore, a displacement feedback loop for causing the displacement to follow the target signal FUNC; A load feedback loop that attempts to make the load follow the target signal FUNC is superimposed. In this case, when the sign of the signal is the same between the displacement control signal DC generated by the displacement feedback loop and the load control signal LC generated by the load feedback loop, the signal combiner 58 of the signal selection circuit 56 outputs the absolute value of those control signals. An output equal to the sum of the values is generated as a coupling control signal, which is used as the actuator control signal AC. On the other hand, when the signs of the control signals DC and LC are opposite to each other, the control signals act so as to antagonize each other, and the signal combiner 58 outputs a signal whose magnitude is equal to the difference between the absolute values of the control signals. The actuator system 16 is driven according to the signal.
[0051]
However, in the present invention, when controlling the material testing machine 10 in the chucking control mode, not only the displacement feedback loop and the load feedback loop are superimposed, but also the first gain, the second gain, and the third gain. And a setting value of at least one of the fourth gains is different from the setting values of the first gain and the third gain in the displacement control mode and the setting values of the second gain and the fourth gain in the load control mode. I am trying to set it. This will be described in detail below.
[0052]
As described in the description of the prior art, a typical chucking operation in a material compression test is to place a test body on a lower load load portion and bring the movable load load portion closer to the fixed load load portion. At the moment when the chucking operation is completed by sandwiching the specimen by the load load portions, a load is suddenly generated between the load load portions. Further, a typical chucking operation in the tensile test of the material is to drive one end of the test body to one load load portion and move the movable load load portion away from the fixed load load portion, Similarly, at the moment when the chucking operation is completed by the other end of the test body being locked or gripped by the other load load portion, a load is suddenly generated in the load load portions.
[0053]
When the material testing machine 10 is controlled in the chucking control mode, the displacement feedback loop and the load feedback loop are configured so as to overlap each other as described above until the load is generated. On the other hand, the displacement feedback loop plays a dominant role, while at the same time when the load is generated, the influence of the displacement feedback loop weakens at a stretch and the load feedback loop becomes dominant instead. However, depending on the situation, the influence of the displacement feedback loop does not weaken at the same time as the load is generated, so the load may further increase and become an excessive load. For example, the displacement measurement range is small and the load measurement range is small. This is the case when it is set large, or when the rigidity of the specimen T is small.
[0054]
According to the control method of the material testing machine of the present invention, at least one set value of the first gain, the second gain, the third gain, and the fourth gain is used as the first gain and the third gain in the displacement control mode. And a setting value different from the setting values of the second gain and the fourth gain in the load control mode can prevent the occurrence of such a large load. However, even when the gain is changed, the product of the set values of the first gain and the third gain used in the chucking control mode is the product of the set values of the first gain and the third gain used in the displacement control mode. The value of the product of the set values of the second gain and the fourth gain used in the chucking control mode is set to the value of the set value of the second gain and the fourth gain used in the load control mode. Preferably, it is approximately equal to the product value.
[0055]
The reason why it is preferable is that, as described above, the product of the set values of the first gain and the third gain used in the displacement control mode is a value that optimizes the loop gain of the displacement feedback loop, and the load This is because the value of the product of the set values of the second gain and the fourth gain used in the control mode is also a value that optimizes the loop gain of the load feedback loop. Therefore, the displacement feedback loop and the load feedback loop can be optimally operated by setting the product values in this way.
[0056]
In the following, two preferred embodiments showing how to set gains in the chucking control mode according to the control method of the present invention will be described.
[0057]
2A to 2E are time charts for explaining the first embodiment of the control method according to the present invention. FIG. 2A is a target signal FUNC, and FIG. 2B is a displacement sensor signal. DS, (c) is the load sensor signal LS, (d) is the value of the ratio of the third gain setting value to the first gain setting value, and (e) is how the control mode changes with time. FIG.
[0058]
As described above, when the control is performed in the chucking control mode, both the first switch 60 and the second switch 62 of the signal selection circuit 56 are closed. In the control method according to the first embodiment, at this time, the set value of the first gain used in the chucking control mode is made smaller than the set value of the first gain used in the displacement control mode, and the chucking control mode is used. The set value of the third gain to be used is set larger than the set value of the third gain used in the displacement control mode. As a result, in the chucking control mode, a smaller displacement signal DISP is generated when a displacement having the same magnitude is generated as compared with the displacement control mode. Further, as described above, the product value of the set values of the first gain and the third gain used in the chucking control mode is the product value of the set values of the first gain and the third gain used in the displacement control mode. Therefore, by this setting, the ratio value of the third gain setting value to the first gain setting value becomes a large value as shown in FIG.
[0059]
Further, the target signal FUNC is set to a ramp function that starts at a zero value and increases at a constant speed. In this embodiment, the upper limit of the target signal FUNC is not particularly defined (however, if the value rises abnormally, the control may be stopped). Instead, the load sensor signal LS The upper limit value ("upper limit load" in the figure) is set. Although not shown in FIG. 1, a logic is provided for monitoring the load sensor signal LS and comparing the value with the set upper limit value. If the value of the load sensor signal LS reaches the upper limit value, For example, the increase in the value of the target signal FUNC is stopped and fixed to the current value at that time.
[0060]
Here, it is assumed that a tensile test is performed, and if one end of the specimen T to be chucked is fixed to one load application portion, the operation in the chucking control mode is started in the state set as described above. The time when the operation started is indicated by time T0 in FIG. Since the movable load load portion 14 is driven and gradually moves away from the fixed load load portion 12, the displacement feedback loop is dominant at the beginning, so that it is indicated by the displacement sensor signal DS. Further, the displacement increases following the target signal FUNC (the extension direction of the specimen T is set as the positive direction of displacement). At time T1, the other end of the test body T comes into contact with the other load load portion, and the load sensor signal LS starts increasing from the zero value. At the same time, the load feedback loop becomes dominant in the chucking control. That is, since the first gain is set to a small value, the displacement of the specimen T that has changed at a large rate with respect to the rate of change of the target signal FUNC is that the other end of the test body T is in contact with the other load load section. Only a small displacement is possible. Therefore, the control in which the displacement feedback loop is dominant until then is surely changed to the control in which the load feedback loop is dominant at the time T1. Accordingly, after time T1, the rate of increase in displacement has slowed as shown in the figure.
[0061]
At time T2, since the load represented by the load sensor signal LS reaches the upper limit value, the increase of the target signal FUNC is stopped by the action of the logic (not shown). As a result, the chucking operation is completed, and the displacement does not change after time T2. After the chucking operation is completed and the change in displacement is stopped, the load feedback loop is dominant by opening the first switch 60 of the signal selection circuit 56 and cutting the signal path of the displacement control signal at time T3. Switch the control mode from the existing chucking control mode to the actual load control mode, and then change the set values of the first gain and the third gain at time T4, and again make the settings suitable for the displacement control mode Return to the value.
[0062]
When changing the setting values of the first gain and the third gain, the signal path of the displacement control signal has already been cut off, and thus changing these setting values does not affect the control of the material testing machine 10. However, when the first switch 60 is opened at time T3, the displacement control signal DC that has been supplied to the signal coupler 58 until that time becomes zero immediately, so if no countermeasure is taken, the actuator The value of the control signal AC changes suddenly and a shock is generated in the material testing machine 10. This shock is also harmful to the material testing machine 10, and there is a possibility that the specimen T may be deformed to deteriorate the accuracy of the test result. .
[0063]
Therefore, in this embodiment, when the control mode is switched at time T3, the value of the actuator control signal AC is changed before and after the control mode switching by modifying the value of the target signal FUNC simultaneously with the control mode switching. The value of the target signal FUNC is gradually changed to a desired value in the new control mode after switching the control mode. In this way, it is possible to completely prevent a shock from occurring when the control mode is switched.
[0064]
In this case, the correction amount of the value of the target signal FUNC necessary for switching the control mode can be obtained by calculation. That is, before and after the control mode switching, the displacement sensor signal DS, the load sensor signal LS, the actuator control signal AC, the first gain, the second gain, and the fourth gain are all invariable known numbers. It is. Since the first switch 60 is opened, the third gain effectively changes from a known set value before switching the control mode to a zero value after switching the control mode. The value of the target signal FUNC before the control mode switching is known, and the only unknown value is the value of the target signal FUNC after the control mode switching.
[0065]
Therefore, the first gain to the fourth gain are K1 to K4, the value of the target signal FUNC before the control mode switching is F0, the displacement sensor signal is DS, the load sensor signal is LS, and the target signal necessary for switching the control mode If the correction amount of FUNC is represented by ΔF, an expression in which the value of the actuator control signal AC after switching the control mode is the left side and the value of the actuator control signal AC after the switching is the right side is
(F0 + ΔF−K2 · LS) K4 = (F0−K1 · DS) K3 + (F0−K2 · LS) K4
From this equation,
ΔF = [{(F0−K1 · DS) K3 + (F0−K2 · LS) K4} / K4] −F0 + K2 · LS
Is obtained.
[0066]
Of course, a computer may be used for this calculation, but since it is a very simple calculation, it may be calculated using digital logic. As described above, when the control mode is switched, the value of the target signal FUNC is corrected at the same time as the control mode switching, so that the value of the actuator control signal AC is substantially reduced before and after the control mode switching. The feature of the present embodiment in which the value of the target signal FUNC is gradually changed to a desired value in the new control mode after the control mode is switched is to change from the chucking control mode to the load control mode. It can be used for any control mode switching between the displacement control mode, load control mode, and chucking control mode without being limited to switching of the control mode, thereby completely preventing shock at the time of control mode switching. Can do.
[0067]
Next, a second embodiment of the control method according to the present invention will be described. The description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
[0068]
FIGS. 3A to 3F are time charts for explaining a second embodiment of the control method according to the present invention. FIG. 3A is a target signal FUNC, and FIG. 3B is a displacement sensor signal. DS, (c) is the load signal LOAD, (d) is the load sensor signal LS, (e) is the ratio of the setting value of the second gain to the setting value of the fourth gain, and (f) is the time when the control mode is time It is the figure which showed how it changed with.
[0069]
Similar to the first embodiment, when the control is performed in the chucking control mode, both the first switch 60 and the second switch 62 of the signal selection circuit 56 are closed. However, in the control method according to the second embodiment, at this time, the set value of the second gain used in the chucking control mode is made larger than the set value of the second gain used in the load control mode, and the chucking control is performed. The set value of the fourth gain used in the mode is made smaller than the set value of the fourth gain used in the load control mode. As a result, in the chucking control mode, a larger load signal LOAD is generated when a load of the same magnitude is generated as compared with the load control mode. Also, as described above, the chucking control mode is used in the chucking control mode. In order to make the value of the product of the set values of the second gain and the fourth gain to be approximately equal to the product of the set values of the second gain and the fourth gain used in the load control mode, The value of the ratio of the second gain setting value to the gain setting value is a large value as shown in FIG.
[0070]
Further, as in the first embodiment, the target signal FUNC is set to a ramp function that starts from zero and increases at a constant speed, and the upper limit value of the load sensor signal LS (“upper limit load” in the figure). ]) Is set. The logic used in the first embodiment to monitor the load sensor signal LS and compare the value with the set upper limit value is also used in the second embodiment. Here, it is assumed that the tensile test is performed by chucking the specimen T via the chuck device. If one end of the test body T is gripped by the chuck device provided in one load loading section, the operation in the chucking control mode is started in the state set as described above. The time when the operation started is indicated by time T0 in FIG. Since the displacement feedback loop is dominant at the beginning, the displacement increases following the target signal FUNC as indicated by the displacement sensor signal DS. At time T1, the other end of the test body T is gripped by the chuck device of the other load loading unit, and the load sensor signal LS starts to rise from the zero value. At the same time, the load feedback loop becomes dominant in the chucking control. In this case, since the second gain is set large, a large load signal LOAD is generated only when a small load is generated as shown in the load sensor signal LS. Therefore, the control in which the displacement feedback loop is dominant until then is surely changed to the control in which the load feedback loop is dominant at the time T1. Accordingly, after time T1, the rate of increase in displacement has slowed as shown in the figure.
[0071]
At time T2, since the load represented by the load sensor signal LS reaches the upper limit value, the increase of the target signal FUNC is stopped by the action of the logic (not shown), and the chucking operation is completed. In the second embodiment, at the same time, that is, at time T2, the load feedback loop is dominant by opening the first switch 60 of the signal selection circuit 56 and cutting the signal path of the displacement control signal. The control mode is switched from the chucking control mode to the actual load control mode, the setting values of the second gain and the fourth gain are returned to the setting values suitable for the load control mode, and the value of the target signal FUNC is set to zero. By resetting to the value, the load applied to the test piece is made zero.
[0072]
According to this control method, at time T2, the target signal FUNC, the load sensor signal LS, and the load signal LOAD become zero as shown by solid lines in FIGS. 3 (a), (c), and (d), Generation of an excessive load when the chucking operation is completed is prevented, and a material test can be immediately started by load control.
[0073]
This control method is applied when the chuck device is used, because when the chuck device is not used, the value of the target signal FUNC is not reset to zero at time T2. Then, set the value corresponding to the appropriate holding load. In such a case, the target signal FUNC, the load sensor signal LS, and the load signal LOAD are as indicated by broken lines in FIGS. 3A, 3C, and 3D after time T2. Further, the method of the second embodiment is further modified, and the control mode switching is performed by modifying the value of the target signal FUNC at the same time as the control mode switching as in the first embodiment. The value of the actuator control signal AC may be substantially unchanged before and after, and after the control mode is switched, the value of the target signal FUNC may be changed to a desired value in the new control mode.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the control method of the material testing machine of the present invention described in claim 1, the movable side load load unit is driven according to the fixed side load load unit, the movable side load load unit, and the actuator control signal. An actuator system, a displacement sensor that generates a displacement sensor signal representing the displacement of the movable load load portion, and a magnitude of a load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion A load sensor for generating a load sensor signal, and a control method of a material testing machine for performing a test by applying a load to a test body installed between the fixed load load portion and the movable load load portion, A displacement signal is a difference signal between the displacement signal and the target signal by multiplying the displacement sensor signal by a first gain to generate a displacement signal, and multiplying the load sensor signal by a second gain to generate a load signal. A load difference signal that is a difference signal between the load signal and the target signal is generated, a displacement control signal is generated by multiplying the displacement difference signal by a third gain, and a fourth signal is added to the load difference signal. A gain control signal is generated by multiplying the gain. In the displacement control mode, the displacement control signal is used as the actuator control signal. In the load control mode, the load control signal is used as the actuator control signal. In the mode, a combined control signal obtained by adding the displacement control signal and the load control signal is used as the actuator control signal. In the chucking control mode, the first gain, the second gain, and the third gain are used. A setting value of at least one of the gain and the fourth gain is set in the displacement control mode. 1 gain and the third gain setting value, and so as to set to a value different from that of the set value of the second gain and the fourth gain in the load control mode.
[0075]
For this reason, in the chucking control mode in which the specimen is installed in the material testing machine, control is not simply performed by superimposing the displacement feedback loop and the load feedback loop, but the gain for generating a signal is set in the displacement control mode or By setting the value different from the setting value used in the load control mode, it is possible to prevent an excessive load from occurring when the chucking operation is completed.
[0076]
Also, Claim 1 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, the product value of the set values of the first gain and the third gain used in the chucking control mode is used in the displacement control mode. The product of the set values of the first gain and the third gain is substantially equal to the product of the set values of the second gain and the fourth gain used in the chucking control mode. The second gain and the fourth gain used in the mode are made approximately equal to the product value of the set values.
[0077]
For this reason, in the chucking control mode, even when the gain is set to a value different from the setting value used in the displacement control mode or the load control mode, the respective loop gains of the displacement feedback loop and the load feedback loop are optimized. Therefore, the feedback loop can be optimally operated.
[0078]
Also, Claim 2 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, the set value of the first gain used in the chucking control mode is made smaller than the set value of the first gain used in the displacement control mode, By making the set value of the third gain used in the chucking control mode larger than the set value of the third gain used in the displacement control mode, the chucking control mode is compared with the displacement control mode. A smaller displacement signal is generated when the same displacement is generated.
[0079]
Therefore, since the displacement signal corresponding to the magnitude of the generated displacement is small, when a load is generated during the execution of the chucking control mode, the displacement feedback loop has been dominant until then. Control will ensure that the load feedback loop changes to dominant control at that time.
[0080]
Also, Claim 3 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, after the chucking operation is completed and the variation of the displacement is stopped, the signal path of the displacement control signal is cut off to thereby remove the load from the chucking control mode. The control mode is switched to the control mode, and thereafter, the set values of the first gain and the third gain are changed to set values suitable for the displacement control mode.
[0081]
Therefore, when changing the setting values of the first gain and the third gain, the signal path of the displacement control signal has already been cut off, so that changing the setting values does not affect the control of the material testing machine. .
[0082]
Also, Claim 4 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, the set value of the second gain used in the chucking control mode is made larger than the set value of the second gain used in the load control mode, By making the setting value of the fourth gain used in the chucking control mode smaller than the setting value of the fourth gain used in the load control mode, the chucking control mode is compared with the load control mode. A larger load signal is generated when the same load is generated.
[0083]
Therefore, the load signal corresponding to the magnitude of the generated load becomes large, so when a load is generated during execution of the chucking control mode, the displacement feedback loop has been dominant until then. Control will ensure that the load feedback loop changes to dominant control at that time.
[0084]
Also, Claim 5 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, after the chucking operation is completed and the variation of the displacement is stopped, the signal path of the displacement control signal is cut off to thereby remove the load from the chucking control mode. The control mode is switched to the control mode, and at the same time, the set values of the second gain and the fourth gain are changed to set values suitable for the load control mode.
[0085]
Therefore, since the gain setting value is changed to a setting value suitable for the load control mode at the same time as switching the control mode, an excessive load is prevented when the chucking operation is completed, and a material test by load control is immediately performed. The advantage of being ready to start is obtained.
[0086]
Also, Claim 6 According to the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, when the control mode is switched among the displacement control mode, the load control mode, and the chucking control mode, the control mode is switched simultaneously with the control mode switching. By correcting the value of the target signal, the value of the actuator control signal is substantially unchanged before and after the switching of the control mode. After the control mode is switched, the value of the target signal is newly controlled. It was made to change gradually to the desired value in the mode.
[0087]
For this reason, it is possible to completely prevent a shock from occurring at the time of switching the control mode, and therefore it is possible to prevent the material testing machine from being damaged or the accuracy of the test result from being deteriorated by such a shock.
[0088]
Also, Claim 7 According to the control apparatus for a material testing machine of the present invention described in the above, a fixed load load portion, a movable load load portion, an actuator system that drives the movable load load portion according to an actuator control signal, and the movable side A displacement sensor that generates a displacement sensor signal that indicates the displacement of the load load portion, and a load sensor that generates a load sensor signal that indicates the magnitude of the load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion In a control device for a material testing machine that performs a test by applying a load to a test body installed between the fixed-side load-loading portion and the movable-side load-loading portion, a first gain is applied to the displacement sensor signal. Gain variable displacement signal generating means for generating a displacement signal by multiplication, and variable gain signal generation for generating a load signal by multiplying the load sensor signal by a second gain A target signal generating means for generating a target signal that gives a target value for controlling the displacement or the load, and a displacement difference signal that is a difference signal between the displacement signal and the target signal. Displacement difference signal generating means, load difference signal generating means for generating a load difference signal that is a difference signal between the load signal and the target signal, and a displacement control signal obtained by multiplying the displacement difference signal by a third gain. A variable gain control signal generating means for generating a load, a gain variable load control signal generating means for generating a load control signal by multiplying the load difference signal by a fourth gain, the displacement control signal and the A load control signal, and the displacement control signal in the displacement control mode, the load control signal in the load control mode, and the chucking control mode. Actuator control signal selection means for outputting a combined control signal as the actuator control signal, each of the displacement signal deriving means, the load signal deriving means, the displacement control signal deriving means, and the load control signal deriving means. A gain setting means for setting the gain is provided.
[0089]
For this reason, similarly to the control method of the material testing machine according to the first aspect of the present invention, in the chucking control mode in which the specimen is installed in the material testing machine, the displacement feedback loop and the load feedback loop are simply superimposed. In addition to performing control, setting the gain for generating a signal to a value different from the setting value used in the displacement control mode or load control mode will cause an excessive load when the chucking operation is completed. Can be prevented.
[0090]
In addition, according to the control device for a material testing machine of the present invention described in claim 8, further comprising target signal correcting means for correcting the value of the target signal, When the control mode is switched between the displacement control mode, the load control mode, and the chucking control mode, the value of the target signal is corrected at the same time as the control mode switching, before and after the control mode switching. Thus, the value of the actuator control signal is substantially unchanged.
[0091]
For this reason, Claim 6 As in the control method of the material testing machine of the present invention described in the above, it is possible to completely prevent a shock from occurring when the control mode is switched. It is possible to prevent the accuracy from deteriorating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a block diagram of a control device for a material testing machine according to an embodiment of the present invention together with a schematic diagram of the material testing machine.
2 is a time chart for explaining a first embodiment of a control method of a material testing machine according to the present invention, FIG. 2 (a) is a target signal FUNC, (b) is a displacement sensor signal DS, (C) shows the load sensor signal LS, (d) shows the value of the ratio of the third gain setting value to the first gain setting value, and (e) shows how the control mode changes with time. FIG.
3 is a time chart for explaining a second embodiment of the control method of the material testing machine according to the present invention, FIG. 3 (a) is a target signal FUNC, (b) is a displacement sensor signal DS, (C) is the load signal LOAD, (d) is the load sensor signal LS, (e) is the value of the ratio of the second gain setting value to the fourth gain setting value, and (f) is the control mode over time. It is the figure which showed how it changes.
[Explanation of symbols]
10 Material testing machine
12 Fixed load bearing
14 Movable load carrying part
16 Actuator system
18 Displacement sensor
20 Load sensor
40 Control device
42 Displacement signal generating means (first amplifier)
44 Load signal generating means (second amplifier)
46 Target signal generating means (target signal generating circuit)
48 Displacement difference signal generating means (first comparator)
50 Load difference signal generating means (second comparator)
52 Displacement control signal generating means (third amplifier)
54 Load control signal generating means (fourth amplifier)
56 Actuator control signal selection means (signal selection circuit)
AC actuator control signal
DS Displacement sensor signal
LS Load sensor signal
DISP displacement signal
LOAD load signal
FUNC target signal
ΔDISP displacement difference signal
ΔLOAD Load difference signal
DC displacement control signal
LC load control signal

Claims

A fixed-side load load portion, a movable-side load load portion, an actuator system that drives the movable-side load load portion in accordance with an actuator control signal, and a displacement sensor that generates a displacement sensor signal representing a displacement of the movable-side load load portion; A load sensor that generates a load sensor signal indicating a magnitude of a load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion, the fixed load load portion and the movable load load. In the control method of the material testing machine that applies the load to the test body installed between the parts and performs the test,
A displacement signal is generated by multiplying the displacement sensor signal by a first gain;
Multiplying the load sensor signal by a second gain to generate a load signal;
Generating a displacement difference signal that is a difference signal between the displacement signal and a target signal;
Generating a load difference signal that is a difference signal between the load signal and the target signal;
A displacement control signal is generated by multiplying the displacement difference signal by a third gain;
A load control signal is generated by multiplying the load difference signal by a fourth gain;
In the displacement control mode, the displacement control signal is used as the actuator control signal,
In the load control mode, the load control signal is used as the actuator control signal.
In the chucking control mode, a combined control signal obtained by adding the displacement control signal and the load control signal is used as the actuator control signal,
In the chucking control mode, at least one set value of the first gain, the second gain, the third gain, and the fourth gain is set to the first gain and the first gain in the displacement control mode. A setting value of 3 gain and a setting value different from the setting values of the second gain and the fourth gain in the load control mode ;
The product value of the set values of the first gain and the third gain used in the chucking control mode is the product value of the set values of the first gain and the third gain used in the displacement control mode; Roughly equal,
The product value of the set values of the second gain and the fourth gain used in the chucking control mode is the product value of the set values of the second gain and the fourth gain used in the load control mode. Almost equal ,
A method for controlling a material testing machine.

The set value of the first gain used in the chucking control mode is made smaller than the set value of the first gain used in the displacement control mode, and the set value of the third gain used in the chucking control mode is set. By making it larger than the set value of the third gain used in the displacement control mode, a smaller displacement signal is generated in the chucking control mode when a displacement of the same magnitude occurs than in the displacement control mode. To do,
The method for controlling a material testing machine according to claim 1, wherein:

After the chucking operation is completed and the variation of the displacement is stopped, the control path is switched from the chucking control mode to the load control mode by cutting the signal path of the displacement control signal, and then the first gain And changing the setting value of the third gain to a setting value suitable for the displacement control mode,
The method for controlling a material testing machine according to claim 2, wherein:

The set value of the second gain used in the chucking control mode is made larger than the set value of the second gain used in the load control mode, and the set value of the fourth gain used in the chucking control mode is set. By making it smaller than the set value of the fourth gain used in the load control mode, a larger load signal is generated in the chucking control mode when a load of the same magnitude is generated than in the load control mode. To do,
The method for controlling a material testing machine according to claim 1 , wherein:

After the chucking operation is completed and the variation of the displacement is stopped, the control path is switched from the chucking control mode to the load control mode by cutting the signal path of the displacement control signal, and at the same time, the second gain And changing the setting value of the fourth gain to a setting value suitable for the load control mode,
The method for controlling a material testing machine according to claim 4 .

When the control mode is switched among the displacement control mode, the load control mode, and the chucking control mode, the value of the target signal is corrected simultaneously with the control mode switching, thereby changing the control mode switching. The value of the actuator control signal is substantially unchanged before and after, and after the control mode is switched, the value of the target signal is gradually changed to a desired value in a new control mode.
The method of controlling a material testing machine according to claim 1, 2, 3, 4 or 5 .

A fixed-side load load portion, a movable-side load load portion, an actuator system that drives the movable-side load load portion in accordance with an actuator control signal, and a displacement sensor that generates a displacement sensor signal representing a displacement of the movable-side load load portion; A load sensor that generates a load sensor signal indicating a magnitude of a load acting between the fixed load load portion and the movable load load portion, the fixed load load portion and the movable load load. In the control device of the material testing machine that applies a load to the test body installed between the parts and performs the test,
A variable gain displacement signal generating means for generating a displacement signal by multiplying the displacement sensor signal by a first gain;
A variable gain signal generating means for multiplying the load sensor signal by a second gain to generate a load signal;
A target signal generating means for generating a target signal that gives a target value when controlling the displacement or the load;
A displacement difference signal generating means for generating a displacement difference signal which is a difference signal between the displacement signal and the target signal;
A load difference signal generating means for generating a load difference signal which is a difference signal between the load signal and the target signal;
A variable gain displacement control signal generating means for multiplying the displacement difference signal by a third gain to generate a displacement control signal;
A variable gain control signal generating means for generating a load control signal by multiplying the load difference signal by a fourth gain;
Receiving the displacement control signal and the load control signal, the displacement control signal in the displacement control mode, the load control signal in the load control mode, and the coupling control signal in the chucking control mode; An actuator control signal selection means for outputting as a control signal;
A gain setting means for setting respective gains of the displacement signal deriving means, the load signal deriving means, the displacement control signal deriving means, and the load control signal deriving means;
The gain setting means includes
In the chucking control mode, at least one set value of the first gain, the second gain, the third gain, and the fourth gain is set to the first gain and the first gain in the displacement control mode. A setting value of 3 gain and a setting value different from the setting values of the second gain and the fourth gain in the load control mode;
The product value of the set values of the first gain and the third gain used in the chucking control mode is the product value of the set values of the first gain and the third gain used in the displacement control mode; Roughly equal,
The product value of the set values of the second gain and the fourth gain used in the chucking control mode is the product value of the set values of the second gain and the fourth gain used in the load control mode. Almost equal,
A control device for a material testing machine .

Target signal correcting means for correcting the value of the target signal is further provided, and the target signal correcting means includes the displacement control mode, the load control mode, and the chimney. When the control mode is switched between the jacking control modes, the value of the actuator control signal is substantially unchanged before and after the control mode switching by modifying the target signal value simultaneously with the control mode switching. Is a means to be,
The control apparatus for a material testing machine according to claim 7.