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JP7172802B2 - MATERIAL TESTING MACHINE AND CONTROL METHOD FOR MATERIAL TESTING MACHINE - Google Patents
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MATERIAL TESTING MACHINE AND CONTROL METHOD FOR MATERIAL TESTING MACHINE Download PDF

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Description

本発明は、材料試験機、及び、材料試験機の制御方法に関する。 The present invention relates to a material testing machine and a control method for the material testing machine.

従来、材料試験機の材料試験においては、試験対象に負荷を付与する負荷機構の駆動対象に指示を与えて制御対象とする計測値をフィードバックするフィードバック制御が行われている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、クロスヘッドを移動させて試験片に負荷として試験力を付与する負荷機構をフィードバック制御する材料試験機を開示している。 Conventionally, in a material test of a material testing machine, feedback control is performed in which an instruction is given to a drive target of a load mechanism that applies a load to a test target and a measured value to be controlled is fed back (for example, Patent Document 1 reference). Patent Literature 1 discloses a material testing machine that performs feedback control of a load mechanism that moves a crosshead and applies a test force as a load to a test piece.

特開2005-337812号公報JP 2005-337812 A

特許文献1記載のような材料試験では、フィードバック制御において、試験対象又は負荷機構に生じるフィードバック対象の物理量の変化と負荷機構に与える指示値と相関の高い物理量の変化との比を、制御パラメータとして加味する場合がある。この場合、材料試験機は、どのくらいの応答変化に対してどのくらいの物理量変化が試験対象又は負荷機構に生ずるかをフィードバック制御で加味できるため、負荷機構のフィードバック制御の精度が向上する。 In the material test as described in Patent Document 1, in feedback control, the ratio of the change in the physical quantity of the feedback object that occurs in the test object or the load mechanism and the change in the physical quantity that is highly correlated with the instruction value given to the load mechanism is used as a control parameter. It may be seasoned. In this case, since the material testing machine can add how much physical quantity change occurs in the test object or the load mechanism with respect to how much response change, the accuracy of the feedback control of the load mechanism is improved.

ところで、材料試験では、試験対象に負荷を付与するための移動部材の移動方向の切替を伴う試験がある。この種の材料試験では、移動部材の移動方向を切り替える際に試験対象の状態によっては前記比が制御パラメータに加味する値としては不適切である場合があり、負荷機構のフィードバック制御の精度が低下し得る。そこで、この種の試験では、前記比が固定値として設定されることが多い。しかしながら、前記比が固定値として設定される材料試験では、試験対象の種類や寸法が変わるたびに固定値の再設定が必要となって、ユーザの手間がかかってしまう。 By the way, some material tests involve switching the moving direction of a moving member for applying a load to a test object. In this type of material test, depending on the state of the test object when switching the moving direction of the moving member, the ratio may be inappropriate as a value to be added to the control parameter, and the accuracy of the feedback control of the load mechanism is reduced. can. Therefore, in this type of test, the ratio is often set as a fixed value. However, in a material test in which the ratio is set as a fixed value, it is necessary to reset the fixed value each time the type or size of the test object is changed, which is troublesome for the user.

そこで、本発明は、移動部材の移動方向の切替を伴う材料試験において、ユーザの手間がかかることなく、精度良く負荷機構をフィードバック制御できるようにすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to enable feedback control of a load mechanism with high accuracy without requiring a user's time and effort in a material test involving switching of the moving direction of a moving member.

本発明の第1の態様は、移動部材を移動させて試験片に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷に応じて前記試験片又は前記負荷機構に生じる第1物理量を測定する第1測定部と、前記負荷機構のフィードバック制御において応答となる第2物理量を測定する第2測定部と、前記第1測定部が測定した前記第1物理量の変化を示す第1変化量と、前記第2測定部が測定した前記第2物理量の変化を示す第2変化量との比である変化量比を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて、実際の前記第2物理量と、前記第2物理量の目標値である目標第2物理量との偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御するフィードバック制御部と、材料試験を開始してから前記移動部材が移動方向を切り替える前までに前記算出部が算出した前記変化量比であり、且つ前記試験片が弾性状態である場合の切替前変化量比を記憶する記憶部と、を備え、前記フィードバック制御部は、前記移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する、材料試験機に関する。 A first aspect of the present invention includes a load mechanism that moves a moving member to apply a load to a test piece , and a first measuring unit that measures a first physical quantity generated in the test piece or the load mechanism according to the load. a second measuring unit that measures a second physical quantity that is a response in feedback control of the load mechanism; a first change amount that indicates a change in the first physical quantity measured by the first measuring unit; and the second measurement a calculation unit that calculates a change amount ratio that is a ratio to a second change amount that indicates a change in the second physical quantity measured by the unit; and based on the change amount ratio calculated by the calculation unit, the actual second a feedback control unit that feedback-controls the load mechanism so as to reduce a deviation between a physical quantity and a target second physical quantity that is a target value of the second physical quantity; a storage unit that stores the change amount ratio calculated by the calculation unit before switching and the change amount ratio before switching when the test piece is in an elastic state , wherein the feedback control unit is and a material testing machine that feedback-controls the load mechanism so as to reduce the deviation based on the pre-switching variation ratio stored in the storage unit for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched.

本発明の第2の態様は、移動部材を移動させて試験片に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷に応じて前記試験片又は前記負荷機構に生じる第1物理量を測定する第1測定部、前記負荷機構のフィードバック制御において応答となる第2物理量を測定する第2測定部、前記第1測定部が測定した前記第1物理量の変化を示す第1変化量と、前記第2測定部が測定した前記第2物理量の変化を示す第2変化量との比である変化量比を算出する算出部、及び、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて、実際の前記第2物理量と、前記第2物理量の目標値である目標第2物理量との偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御するフィードバック制御部、を有する制御装置と、を備える材料試験機の制御方法であって、前記制御装置が、材料試験を開始してから前記移動部材が移動方向を切り替える前までに前記算出部が算出した前記変化量比であり、且つ前記試験片が弾性状態である場合の切替前変化量比を記憶し、前記移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、記憶した前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する、材料試験機の制御方法に関する。 A second aspect of the present invention includes a load mechanism that moves a moving member to apply a load to a test piece , and a first measuring unit that measures a first physical quantity generated in the test piece or the load mechanism according to the load. , a second measuring unit that measures a second physical quantity that is a response in feedback control of the load mechanism, a first change amount that indicates a change in the first physical quantity measured by the first measuring unit, and the second measuring unit that a calculation unit for calculating a change amount ratio, which is a ratio to a second change amount indicating a change in the measured second physical quantity; and an actual second physical quantity based on the change amount ratio calculated by the calculation unit. and a feedback control unit that feedback-controls the load mechanism so as to reduce the deviation of the second physical quantity from the target second physical quantity, which is the target value of the second physical quantity. is the change amount ratio calculated by the calculating unit from when the control device starts the material test to before the moving member switches the moving direction , and when the test piece is in an elastic state storing a pre- switching variation ratio, and feedback-controlling the load mechanism so as to reduce the deviation based on the stored pre-switching variation ratio for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched; The present invention relates to a method of controlling a material testing machine.

本発明の第1の態様によれば、移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、材料試験開始から当該切り替え前までに算出した変化量比に基づいて負荷機構をフィードバック制御するため、変化量比の変化が安定した時に算出された変化量比を負荷機構のフィードバック制御で加味することが可能となり、精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。また、自動で、移動部材の移動方向を切り替えた際の変化量比を記憶するため、ユーザが事前に変化量比の値を設定する必要がなくユーザの手間がかからない。以上より、移動部材の移動方向の切替を伴う材料試験において、ユーザの手間がかかることなく、精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。 According to the first aspect of the present invention, when the moving direction of the moving member is switched, the load mechanism is feedback-controlled based on the change amount ratio calculated from the start of the material test to before the switching for a predetermined period of time. The change amount ratio calculated when the change in the amount ratio is stabilized can be taken into account in the feedback control of the load mechanism, and the load mechanism can be feedback-controlled with high accuracy. In addition, since the change amount ratio when switching the movement direction of the moving member is automatically stored, the user does not need to set the change amount ratio value in advance, which saves the user time and effort. As described above, in a material test involving switching of the moving direction of the moving member, feedback control of the load mechanism can be performed with high accuracy without requiring the user's trouble.

本発明の第2の態様によれば、本発明の第1の態様と同様の効果を奏する。 According to the second aspect of the present invention, the same effects as those of the first aspect of the present invention can be obtained.

材料試験機の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows the structure of a material testing machine typically. 負荷機構の制御系のブロック線図である。4 is a block diagram of the control system of the load mechanism; FIG. 測定応力、測定ひずみ、制御コンプライアンスの時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of measured stress, measured strain, and control compliance. 制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows operation of a control device. 試験力、クロスヘッドの移動変位の時間変化を示す測定データである。It is the measurement data which shows the time change of the test force and the movement displacement of a crosshead. 試験力、クロスヘッドの移動変位の時間変化を示す測定データである。It is the measurement data which shows the time change of the test force and the movement displacement of a crosshead. 破壊靭性試験の測定データである。It is measurement data of a fracture toughness test.

[1.材料試験機の構成]
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る材料試験機1の構成を模式的に示す図である。
材料試験機1は、引張試験や、圧縮試験、曲げ試験等の材料試験を実行し、試験対象である試験片TPの機械的性質を試験する試験機である。なお、試験対象は、各種材料や工業製品、この工業製品の部品又は部材等であり、試験片TPは、材料試験のために所定の規格に基づいて作成されている。
[1. Configuration of material testing machine]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a material testing machine 1 according to this embodiment.
The material testing machine 1 is a testing machine that performs material tests such as a tensile test, a compression test, and a bending test, and tests the mechanical properties of a test piece TP to be tested. The test objects are various materials, industrial products, parts or members of these industrial products, etc., and the test piece TP is prepared based on a predetermined standard for material testing.

本実施形態の材料試験機1は、クロスヘッド10の移動方向の切替を伴う材料試験を実行する。本実施形態では、当該材料試験として破壊靭性試験を行う場合を例示する。クロスヘッド10は、本発明の「移動部材」の一例に対応する。なお、破壊靭性試験は、破壊に対する材料の破壊抵抗性を求める試験である。 The material testing machine 1 of this embodiment performs a material test involving switching of the moving direction of the crosshead 10 . In this embodiment, a case of performing a fracture toughness test as the material test will be exemplified. The crosshead 10 corresponds to an example of the "moving member" of the present invention. The fracture toughness test is a test for determining the fracture resistance of a material against fracture.

本実施形態の材料試験機1は、破壊靭性試験において、ひずみ制御によって試験片TPに負荷として試験力Fである引張力を付与し、応力制御によって試験片TPに付与された引張力を除荷するといった一連の動作を、複数回繰り返す。ひずみ制御とは、材料試験において生じる試験片TPのひずみSAが、当該ひずみSAに対して設けられた目標値と一致するように負荷機構12をフィードバック制御することを示す。また、応力制御とは、材料試験において生じる応力SEが、当該応力SEに対して設けられた目標値と一致するように負荷機構12をフィードバック制御することを示す。 In the fracture toughness test, the material testing machine 1 of the present embodiment applies a tensile force that is a test force F as a load to the test piece TP by strain control, and unloads the tensile force applied to the test piece TP by stress control. A series of actions such as doing is repeated several times. Strain control indicates feedback control of the load mechanism 12 so that the strain SA of the test piece TP generated in the material test matches a target value set for the strain SA. Further, stress control indicates feedback control of the load mechanism 12 so that the stress SE generated in the material test matches a target value set for the stress SE.

図1に示すように、材料試験機1は、試験片TPに試験力Fを付与して破壊靭性試験を行う試験機本体2と、試験機本体2による破壊靭性試験の動作を制御する制御ユニット4と、を備える。 As shown in FIG. 1, a material testing machine 1 includes a testing machine main body 2 that applies a test force F to a test piece TP to perform a fracture toughness test, and a control unit that controls the operation of the fracture toughness test by the testing machine main body 2. 4 and .

本実施形態の試験片TPは、切欠きが形成されたCT試験片と呼称されるものであり、一対の貫通孔が形成されている。試験片TPは、当該貫通孔のそれぞれに挿入されるピンを介して、クロスヘッド10に設けられた冶具21とテーブル6に設けられた冶具22とに連結されることで、試験機本体2に対して取り付けられる。 The test piece TP of this embodiment is called a notched CT test piece, and has a pair of through holes. The test piece TP is connected to the jig 21 provided on the crosshead 10 and the jig 22 provided on the table 6 via pins inserted into the respective through-holes, thereby attaching the test piece TP to the tester main body 2. mounted against.

図1に示すように、材料試験機1は、試験片TPに形成された切欠きの変位量(以下、「開口変位量」という)を検出するクリップゲージ90を備える。クリップゲージ90は、開口変位量を測定し、開口変位量測定信号A2を制御装置30に出力するセンサである。 As shown in FIG. 1, the material testing machine 1 includes a clip gauge 90 that detects the amount of displacement of the notch formed in the test piece TP (hereinafter referred to as "opening displacement amount"). The clip gauge 90 is a sensor that measures the amount of opening displacement and outputs an opening displacement amount measurement signal A2 to the control device 30 .

[2.試験機本体の構成] [2. Configuration of tester main body]

試験機本体2は、テーブル6と、このテーブル6上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹8、9と、これらのねじ棹8、9に沿って移動可能なクロスヘッド10と、クロスヘッド10を上下方向に移動させて試験片TPに試験力Fを与える負荷機構12と、ロードセル14と、を備える。ロードセル14は、試験片TPに与えられる荷重である試験力Fを測定し、試験力測定信号A1を出力するセンサである。クロスヘッド10が移動する上下方向は、本発明の「移動方向」の一例に対応する。なお、試験機本体2は、ねじ棹を1本とする構成としてもよい。 The testing machine main body 2 includes a table 6, a pair of screw rods 8, 9 rotatably erected on the table 6 in a vertical direction, and movable along the screw rods 8, 9. A crosshead 10, a load mechanism 12 for vertically moving the crosshead 10 to apply a test force F to the test piece TP, and a load cell 14 are provided. The load cell 14 is a sensor that measures a test force F, which is a load applied to the test piece TP, and outputs a test force measurement signal A1. The vertical direction in which the crosshead 10 moves corresponds to an example of the "moving direction" of the present invention. Note that the testing machine main body 2 may be configured to have a single screw neck.

一対のねじ棹8、9は、ボールねじから成り、クロスヘッド10は、各ねじ棹8、9に対して図示を省略したナットを介して連結されている。負荷機構12は、各ねじ棹8、9の下端部に連結されるウォーム減速機16、17と、各ウォーム減速機16、17に連結されるサーボモータ18と、ロータリエンコーダ20とを備える。ロータリエンコーダ20は、サーボモータ18の回転量Trを測定し、回転量Trに応じたパルス数の回転測定信号A3を信号入出力ユニット40に出力するセンサである。
そして負荷機構12は、ウォーム減速機16、17を介して、一対のねじ棹8、9にサーボモータ18の回転を伝達し、ねじ棹8、9が同期して回転することにより、クロスヘッド10がねじ棹8、9に沿って昇降する。
The pair of screw threads 8 and 9 are ball screws, and the crosshead 10 is connected to each of the screw threads 8 and 9 via nuts (not shown). The load mechanism 12 includes worm reduction gears 16 and 17 connected to the lower ends of the screw rods 8 and 9 , a servo motor 18 connected to the worm reduction gears 16 and 17 , and a rotary encoder 20 . The rotary encoder 20 is a sensor that measures the rotation amount Tr of the servomotor 18 and outputs a rotation measurement signal A3 having a number of pulses corresponding to the rotation amount Tr to the signal input/output unit 40 .
The load mechanism 12 transmits the rotation of the servomotor 18 to the pair of screw necks 8 and 9 via the worm reduction gears 16 and 17, and the screw necks 8 and 9 rotate synchronously, whereby the crosshead 10 is rotated. moves up and down along the screw rods 8 and 9.

クロスヘッド10には、試験片TPの上端部を支持するための冶具21が設けられ、テーブル6には、試験片TPの下端部を支持するための冶具22が設けられる。試験機本体2は、破壊靭性試験において試験片TPを引っ張る際、試験片TPの上端部を冶具21で支持すると共に、試験片TPの下端部を冶具22で支持した状態で、制御装置30による制御により、クロスヘッド10を上方向UPに移動させる。これによって、試験機本体2は、試験片TPに試験力Fとして引張力が付与される。上方向UPは、クロスヘッド10がねじ棹8、9に沿ってテーブル6から離れる方向であり、本発明の「第1方向」の一例に対応する。試験機本体2は、破壊靭性試験において試験片TPに付与された引張力を除荷する際、制御装置30による制御により、クロスヘッド10を下方向DWに移動させる。これによって、試験機本体2は、試験片TPに付与された引張力が除荷される。下方向DWは、クロスヘッド10がねじ棹8、9に沿ってテーブル6に近づく方向であり、本発明の「第2方向」の一例に対応する。 The crosshead 10 is provided with a jig 21 for supporting the upper end of the test piece TP, and the table 6 is provided with a jig 22 for supporting the lower end of the test piece TP. When the test piece TP is pulled in the fracture toughness test, the testing machine body 2 supports the upper end of the test piece TP with the jig 21 and supports the lower end of the test piece TP with the jig 22. The crosshead 10 is moved upward by control. As a result, the testing machine main body 2 applies tensile force as the test force F to the test piece TP. The upward direction UP is the direction in which the crosshead 10 moves away from the table 6 along the screw threads 8 and 9, and corresponds to an example of the "first direction" of the present invention. The testing machine main body 2 moves the crosshead 10 downward DW under the control of the control device 30 when unloading the tensile force applied to the test piece TP in the fracture toughness test. As a result, the tensile force applied to the test piece TP is released from the testing machine main body 2 . The downward direction DW is the direction in which the crosshead 10 approaches the table 6 along the screw threads 8 and 9, and corresponds to an example of the "second direction" of the present invention.

[3.制御ユニットの構成]
制御ユニット4は、制御装置30と、表示装置32と、試験プログラム実行装置34と、を備える。
[3. Configuration of control unit]
The control unit 4 includes a control device 30 , a display device 32 and a test program execution device 34 .

制御装置30は、試験機本体2を中枢的に制御する装置であり、試験機本体2との間で信号を送受信可能に接続される。試験機本体2から受信する信号は、ロードセル14が出力する試験力測定信号A1や、クリップゲージ90から出力する開口変位量測定信号A2、ロータリエンコーダ20が出力する回転測定信号A3、制御や試験に要する適宜の信号などである。 The control device 30 is a device that centrally controls the tester main body 2 and is connected to the tester main body 2 so that signals can be transmitted and received. Signals received from the testing machine main body 2 include a test force measurement signal A1 output by the load cell 14, an opening displacement amount measurement signal A2 output from the clip gauge 90, a rotation measurement signal A3 output by the rotary encoder 20, and signals for control and testing. appropriate signals required.

表示装置32は、制御装置30から入力される信号に基づいて各種情報を表示する装置であり、例えば、制御装置30は、破壊靭性試験を含む材料試験の間、試験力測定信号A1に基づいて試験片TPに付与されている試験力Fの測定値を表示装置32に表示する。 The display device 32 is a device that displays various types of information based on signals input from the control device 30. For example, the control device 30 displays information based on the test force measurement signal A1 during a material test including a fracture toughness test. The display device 32 displays the measured value of the test force F applied to the test piece TP.

試験プログラム実行装置34は、破壊靭性試験を含む材料試験の試験条件といった各種設定パラメータの設定操作や実行指示操作などのユーザ操作を受け付け、制御装置30に出力する機能や、試験力Fの測定値のデータを解析する機能などを備えた装置である。試験プログラム実行装置34はコンピュータを備え、このコンピュータは、CPUやMPUなどのプロセッサと、ROMやRAMなどのメモリデバイスと、HDDやSSDなどのストレージ装置と、制御装置30や各種の周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、を備える。そして、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されたコンピュータログラムである材料試験プログラムを実行することで、上述の各種機能を実現する。 The test program execution device 34 accepts user operations such as setting operations of various setting parameters such as test conditions for material tests including fracture toughness tests and execution instruction operations, and functions to output to the control device 30 and the measured value of the test force F It is a device equipped with a function to analyze the data of The test program execution device 34 comprises a computer, which includes processors such as CPU and MPU, memory devices such as ROM and RAM, storage devices such as HDD and SSD, control device 30 and various peripheral devices. and an interface circuit for connecting. The various functions described above are realized by the processor executing a material test program, which is a computer program stored in the memory device or storage device.

次いで、制御装置30について詳述する。
図1に示すように、制御装置30は、信号入出力ユニット40と、制御回路ユニット50と、を備える。
Next, the control device 30 will be described in detail.
As shown in FIG. 1 , the control device 30 includes a signal input/output unit 40 and a control circuit unit 50 .

信号入出力ユニット40は、試験機本体2との間で信号を送受する入出力インターフェース回路を構成するものであり、本実施形態では第1センサアンプ41、第2センサアンプ42、カウンタ回路43、及び、サーボアンプ44を有する。 The signal input/output unit 40 constitutes an input/output interface circuit that transmits and receives signals to and from the testing machine body 2. In this embodiment, the first sensor amplifier 41, the second sensor amplifier 42, the counter circuit 43, and a servo amplifier 44 .

第1センサアンプ41は、ロードセル14が出力する試験力測定信号A1を増幅して制御回路ユニット50に入力する増幅器である。 The first sensor amplifier 41 is an amplifier that amplifies the test force measurement signal A1 output from the load cell 14 and inputs it to the control circuit unit 50 .

第2センサアンプ42は、クリップゲージ90が出力する開口変位量測定信号A2を増幅して制御回路ユニット50に入力する増幅器である。 The second sensor amplifier 42 is an amplifier that amplifies the opening displacement amount measurement signal A<b>2 output from the clip gauge 90 and inputs it to the control circuit unit 50 .

カウンタ回路43は、ロータリエンコーダ20が出力する回転測定信号A3のパルス数を計数し、サーボモータ18の回転量Tr、すなわちサーボモータ18の回転によって移動するクロスヘッド10の移動量(ストローク値ともいう)を示す回転測定信号A3を制御回路ユニット50にデジタル信号で出力する。 The counter circuit 43 counts the number of pulses of the rotation measurement signal A3 output by the rotary encoder 20, and calculates the rotation amount Tr of the servomotor 18, that is, the movement amount (also called stroke value) of the crosshead 10 moved by the rotation of the servomotor 18. ) to the control circuit unit 50 as a digital signal.

なお、材料試験機1は、ロータリエンコーダ20に代えて、ねじ棹8、9の少なくとも一方に装着されるエンコーダを備える構成でもよい。この構成の場合、当該エンコーダは、装着されたねじ棹8、9の少なくとも一方が所定角度回転する毎に1つのパルスを出力する信号を生成し、カウンタ回路43に出力する。そして、カウンタ回路43は、当該エンコーダが出力する信号のパルス数を計数し、ねじ棹の回転量、すなわちねじ棹の回転によって移動するクロスヘッド10の移動量を示す回転測定信号A3を制御回路ユニット50にデジタル信号で出力する。 The material testing machine 1 may be configured to include an encoder attached to at least one of the screw necks 8 and 9 instead of the rotary encoder 20 . In this configuration, the encoder generates a signal that outputs one pulse each time at least one of the mounted screw heads 8 and 9 rotates by a predetermined angle, and outputs the signal to the counter circuit 43 . The counter circuit 43 counts the number of pulses of the signal output by the encoder, and outputs a rotation measurement signal A3 indicating the amount of rotation of the screw neck, that is, the amount of movement of the crosshead 10 caused by the rotation of the screw neck. 50 as a digital signal.

サーボアンプ44は、制御回路ユニット50の制御の下、サーボモータ18を制御する装置である。 The servo amplifier 44 is a device that controls the servo motor 18 under the control of the control circuit unit 50 .

制御回路ユニット50は、通信部52と、制御部54と、記憶部56とを備える。
制御回路ユニット50は、CPUやMPUなどのプロセッサと、ROMやRAMなどのメモリデバイスと、HDDやSSDなどのストレージ装置と、信号入出力ユニット40とのインターフェース回路と、試験プログラム実行装置34と通信する通信装置と、表示装置32を制御する表示制御回路と、各種の電子回路と、を備えたコンピュータを備え、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されたコンピュータログラムを実行することで、制御部54の各機能部を実現する。また信号入出力ユニット40のインターフェース回路にはA/D変換器が設けられており、アナログ信号の試験力測定信号A1がA/D変換器によってデジタル信号に変換される。
なお、制御回路ユニット50は、コンピュータに限らず、ICチップやLSIなどの集積回路といった1又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。
The control circuit unit 50 includes a communication section 52 , a control section 54 and a storage section 56 .
The control circuit unit 50 communicates with a processor such as a CPU or MPU, a memory device such as a ROM or RAM, a storage device such as an HDD or SSD, an interface circuit for the signal input/output unit 40, and the test program execution device 34. A computer including a communication device that controls the display device 32, a display control circuit that controls the display device 32, and various electronic circuits. 54 functional units are realized. An interface circuit of the signal input/output unit 40 is provided with an A/D converter, and the analog test force measurement signal A1 is converted into a digital signal by the A/D converter.
Note that the control circuit unit 50 is not limited to a computer, and may be configured by one or a plurality of appropriate circuits such as integrated circuits such as IC chips and LSIs.

通信部52は、試験プログラム実行装置34との間で通信し、破壊靭性試験を含む材料試験条件の設定や各種設定パラメータの設定値、破壊靭性試験を含む材料試験の実行指示や中断指示などを試験プログラム実行装置34から受信する。また通信部52は、試験力測定信号A1に基づく試験力F等の種々の測定値を適宜のタイミングで試験プログラム実行装置34に送信する。 The communication unit 52 communicates with the test program execution device 34 to set material test conditions including fracture toughness tests, set values of various setting parameters, execute instructions and interruption instructions for material tests including fracture toughness tests, and the like. It is received from the test program execution device 34 . The communication unit 52 also transmits various measured values such as the test force F based on the test force measurement signal A1 to the test program execution device 34 at appropriate timings.

記憶部56は、メモリデバイスにより構成され、切替前制御コンプライアンス561、及び、目標データ562を記憶する。なお、切替前制御コンプライアンス561は、破壊靭性試験中において記憶部56に記憶されるため、破壊靭性試験中以外では記憶部56に記憶されない。切替前制御コンプライアンス561は、本発明の「切替前変形量比」の一例に対応する。 The storage unit 56 is configured by a memory device and stores pre-switching control compliance 561 and target data 562 . Since the pre-switching control compliance 561 is stored in the storage unit 56 during the fracture toughness test, it is not stored in the storage unit 56 except during the fracture toughness test. The pre-switching control compliance 561 corresponds to an example of the "pre-switching deformation amount ratio" of the present invention.

切替前制御コンプライアンス561については、後述する。
目標データ562は、材料試験における種々の物理量の目標値の時間的変動を示す時系列データである。本実施形態の目標データ562は、破壊靭性試験におけるひずみSA及び応力SEの目標値の時系列データである。この目標データは、試験プログラム実行装置34に対するユーザ設定操作に応じて制御回路ユニット50によって変更記憶される。
The pre-switching control compliance 561 will be described later.
The target data 562 is time-series data indicating temporal fluctuations of target values of various physical quantities in the material test. The target data 562 of the present embodiment is time-series data of target values of strain SA and stress SE in the fracture toughness test. This target data is changed and stored by the control circuit unit 50 according to the user's setting operation on the test program execution device 34 .

制御部54は、試験機本体2の負荷機構12としてサーボモータ18をフィードバック制御して破壊靭性試験を含む材料試験に係る処理を実行する機能部である。ここで、制御部54が具備する各機能部を説明する前に、負荷機構12のフィードバック制御の一態様であるサーボモータ18のフィードバック制御の制御系について説明する。 The control unit 54 is a functional unit that feedback-controls the servomotor 18 as the load mechanism 12 of the testing machine main body 2 to execute processing related to material testing including fracture toughness testing. Here, before describing each functional unit provided in the control unit 54, a control system for feedback control of the servo motor 18, which is one mode of feedback control of the load mechanism 12, will be described.

[3-1.制御系の構成]
図2を参照して、サーボモータ18をフィードバック制御する制御系の構成について説明する。図2を参照して説明する制御系は、応力制御におけるサーボモータ18のフィードバック制御の制御系である。
図2は、サーボモータ18のフィードバック制御の制御系を示すブロック線図である。図2において「t」は、制御周期の実行タイミングを示している。
[3-1. Control system configuration]
The configuration of a control system that feedback-controls the servomotor 18 will be described with reference to FIG. The control system described with reference to FIG. 2 is a control system for feedback control of the servomotor 18 in stress control.
FIG. 2 is a block diagram showing a control system for feedback control of the servomotor 18. As shown in FIG. In FIG. 2, "t" indicates the execution timing of the control cycle.

サーボモータ18のフィードバック制御では、図2に示すようにPID制御が行われ、サーボモータ18の回転量Tr(t)を決定する。そして、サーボモータ18のフォードバック制御では、予め設定された制御周期毎に、サーボモータ18の回転量Tr(t)を更新する。 In the feedback control of the servo motor 18, PID control is performed as shown in FIG. 2 to determine the amount of rotation Tr(t) of the servo motor 18. FIG. In the feedback control of the servomotor 18, the rotation amount Tr(t) of the servomotor 18 is updated every preset control cycle.

図2に示すようにフィードバック制御のブロック線図は、減算器70、換算器71、及び、制御器78を含む。制御器78は、比例器72、積分器73、第1微分器74、第1加算器75、第2加算器76、及び、第2微分器77を含む。 The block diagram of the feedback control as shown in FIG. 2 includes a subtractor 70, a converter 71 and a controller 78. The controller 78 includes a proportionalor 72 , an integrator 73 , a first differentiator 74 , a first adder 75 , a second adder 76 and a second differentiator 77 .

減算器70は、各制御周期において目標応力SEc(t)から測定応力SEs(t)を減じた偏差e(t)を算出し、算出した偏差e(t)を換算器71に出力する。なお、目標応力SEcは、目標となる応力SEを示す。応力SEは、本発明の「第2物理量」の一例に対応する。また、目標応力SEcは、本発明の「目標第2物理量」の一例に対応する。また、測定応力SEsは、ロードセル14が測定した試験力Fに基づいて測定された応力SEであり、本発明の「実際の第2物理量」の一例に対応する。 The subtractor 70 calculates a deviation e(t) by subtracting the measured stress SEs(t) from the target stress SEc(t) in each control cycle, and outputs the calculated deviation e(t) to the converter 71 . The target stress SEc indicates the target stress SE. The stress SE corresponds to an example of the "second physical quantity" of the present invention. Also, the target stress SEc corresponds to an example of the "target second physical quantity" of the present invention. Also, the measured stress SEs is the stress SE measured based on the test force F measured by the load cell 14, and corresponds to an example of the "actual second physical quantity" of the present invention.

換算器71は、減算器70が出力する偏差e(t)に、後述する制御コンプライアンス算出部543が算出した制御コンプライアンスComp又は切替前制御コンプライアンス561を乗じて、当該偏差e(t)を試験片TPのひずみSAの変化量に相当する偏差e´(t)に換算する。換算器71は、換算した偏差e´(t)を比例器72、積分器73、及び、第1微分器74に入力する。 The converter 71 multiplies the deviation e(t) output by the subtractor 70 by the control compliance Comp calculated by the control compliance calculator 543 (to be described later) or the pre-switching control compliance 561, and converts the deviation e(t) to the test piece It is converted into a deviation e'(t) corresponding to the amount of change in the strain SA of the TP. The converter 71 inputs the converted deviation e′(t) to the proportional device 72 , the integrator 73 and the first differentiator 74 .

第1加算器75は、比例器72、積分器73、及び、第1微分器74の出力を加算し、第1加算値K1(t)を第2加算器76に出力する。また、第2加算器76は、第1加算器75が出力した第1加算値K1(t)に移動量初期値U0を加算し、第2加算値K2(t)を第2微分器77出力する。 The first adder 75 adds the outputs of the proportionalor 72 , the integrator 73 and the first differentiator 74 and outputs a first addition value K1(t) to the second adder 76 . Further, the second adder 76 adds the movement amount initial value U0 to the first addition value K1(t) output from the first adder 75, and outputs the second addition value K2(t) to the second differentiator 77. do.

第2微分器77は、第2加算器76から出力された第2加算値K2(t)を微分することにより、第2加算値K2(t)が示す試験片TPのひずみSAの変化量から、サーボモータ18の回転量Tr(t)を算出する。そして、図2に示すフィードバック制御では、サーボモータ18の回転量Tr(t)を示す指令信号B1をサーボアンプ44に出力する。 The second differentiator 77 differentiates the second addition value K2(t) output from the second adder 76, so that the strain SA of the test piece TP indicated by the second addition value K2(t) is , the rotation amount Tr(t) of the servomotor 18 is calculated. Then, in the feedback control shown in FIG. 2, a command signal B1 indicating the amount of rotation Tr(t) of the servo motor 18 is output to the servo amplifier 44. FIG.

[3-2.制御回路ユニットの構成]
図1を参照して、制御部54の機能ブロックについて説明する。
制御部54は、応力測定部541、ひずみ測定部542、制御コンプライアンス算出部543、及び、フィードバック制御部544を備える。応力測定部541は、本発明の「第2測定部」の一例に対応する。また、ひずみ測定部542は、本発明の「第1測定部」の一例に対応する。また、制御コンプライアンス算出部543は、本発明の「算出部」の一例に対応する。
[3-2. Configuration of control circuit unit]
The functional blocks of the control unit 54 will be described with reference to FIG.
The control unit 54 includes a stress measurement unit 541 , a strain measurement unit 542 , a control compliance calculation unit 543 and a feedback control unit 544 . The stress measuring section 541 corresponds to an example of the "second measuring section" of the present invention. Also, the strain measuring section 542 corresponds to an example of the "first measuring section" of the present invention. Also, the control compliance calculator 543 corresponds to an example of the "calculator" of the present invention.

応力測定部541は、第1センサアンプ41を介してロードセル14から入力される試験力測定信号A1が示す試験力Fを、所定の試験片TPの断面積で除することによって応力SEを測定する。試験片TPの断面積は、破壊靭性試験の開始前に、試験対象となる試験片TPのものが予め記憶部56にデータとして記憶される。 The stress measuring unit 541 measures the stress SE by dividing the test force F indicated by the test force measurement signal A1 input from the load cell 14 via the first sensor amplifier 41 by the cross-sectional area of the predetermined test piece TP. . Regarding the cross-sectional area of the test piece TP, the data of the test piece TP to be tested is stored in advance as data in the storage unit 56 before the fracture toughness test is started.

ひずみ測定部542は、第2センサアンプ42を介してクリップゲージ90から入力される開口変位量測定信号A2が示す開口変位量を、破壊靭性試験前の切欠きの幅で除することで、試験片TPのひずみSEを測定する。破壊靭性試験前の切欠きの幅は、予め記憶部56にデータとして記憶される。 The strain measurement unit 542 divides the opening displacement amount indicated by the opening displacement amount measurement signal A2 input from the clip gauge 90 via the second sensor amplifier 42 by the width of the notch before the fracture toughness test, thereby Measure the strain SE of the piece TP. The width of the notch before the fracture toughness test is stored in advance in the storage unit 56 as data.

制御コンプライアンス算出部543は、制御コンプライアンスCompを算出する。制御コンプライアンスCompとは、試験片TP又は負荷機構12に生じる物理量の変化と、負荷機構12の駆動対象に与える指示値(本実施形態ではサーボモータ18の回転量Tr)と相関を有する物理量の変化との比である。本実施形態では、制御コンプライアンス算出部543は、応力測定部541が測定した測定応力SEsの変化量(以下、「応力変化量」といい「SEd」の符号を付す)と、ひずみ測定部542が測定した試験片TPのひずみSAsの変化量(以下、「ひずみ変化量」といい「SAd」の符号を付す)との比である制御コンプライアンスCompを算出する。制御コンプライアンスCompは、本発明の変化量比の一例に対応する。また、応力変化量SEdは、本発明の「第2変化量」の一例に対応する。また、ひずみ変化量SAdは、本発明の「第1変化量」の一例に対応する。 The control compliance calculator 543 calculates the control compliance Comp. The control compliance Comp is a physical quantity change that occurs in the test piece TP or the load mechanism 12, and a physical quantity change that correlates with an instruction value given to the object to be driven by the load mechanism 12 (in this embodiment, the rotation amount Tr of the servo motor 18). is the ratio of In this embodiment, the control compliance calculation unit 543 calculates the amount of change in the measured stress SEs measured by the stress measurement unit 541 (hereinafter referred to as “stress change amount” and denoted by “SEd”), and the strain measurement unit 542 A control compliance Comp, which is a ratio to the amount of change in the measured strain SAs of the test piece TP (hereinafter referred to as "strain change amount" and denoted by "SAd"), is calculated. Control compliance Comp corresponds to an example of the variation ratio of the present invention. Also, the stress change amount SEd corresponds to an example of the "second change amount" of the present invention. Also, the strain change amount SAd corresponds to an example of the "first change amount" of the present invention.

制御コンプライアンス算出部543は、例えば、以下の式(1)に基づいて制御コンプライアンスCompを算出する。
Comp(t)=SAd(t)/SEd(t)・・・(1)
式(1)において、tは制御周期の実行タイミングである。また、Comp(t)は各制御周期における制御コンプライアンスを示す。また、SAd(t)は各制御周期におけるひずみ変化量SAdを示し、例えば前回の制御周期における測定値と今回の制御周期における測定値とに基づく試験片TPのひずみSAの変化量である。また、SEd(t)は各制御周期における応力変化量SEdを示し、例えば前回の制御周期における測定値と今回の制御周期における測定値とに基づく試験片TPに生じる応力SEの変化量である。
The control compliance calculator 543 calculates the control compliance Comp based on, for example, the following formula (1).
Comp(t)=SAd(t)/SEd(t) (1)
In Equation (1), t is the execution timing of the control cycle. Comp(t) indicates the control compliance in each control period. Also, SAd(t) represents the amount of strain change SAd in each control cycle, for example, the amount of change in strain SA of the test piece TP based on the measured value in the previous control cycle and the measured value in the current control cycle. Further, SEd(t) indicates the amount of stress change SEd in each control cycle, for example, the amount of change in stress SE generated in the test piece TP based on the measured value in the previous control cycle and the measured value in the current control cycle.

また、制御コンプライアンス算出部543は、破壊靭性試験が開始してから、クロスヘッド10が移動方向を最初に切り替える前までに算出した制御コンプライアンスCompである切替前制御コンプライアンス561を記憶部56に記憶させる。制御コンプライアンス算出部543は、破壊靭性試験が開始してから予め定められた期間が経過した後、最初に算出した制御コンプライアンスCompを、切替前制御コンプライアンス561として記憶部56に記憶させる。この予め定められた期間は、記憶される切替前制御コンプライアンス561が、例えば試験片TPが弾性状態である場合の制御コンプライアンスCompとなるように、事前のテストやシミュレーション等によって適切に定められている。 In addition, the control compliance calculation unit 543 causes the storage unit 56 to store a pre-switching control compliance 561 that is a control compliance Comp calculated from the start of the fracture toughness test to before the movement direction of the crosshead 10 is first switched. . The control compliance calculation unit 543 causes the storage unit 56 to store the initially calculated control compliance Comp as the pre-switching control compliance 561 after a predetermined period has elapsed since the start of the fracture toughness test. This predetermined period is appropriately determined by prior tests, simulations, or the like so that the stored pre-switching control compliance 561 is, for example, the control compliance Comp when the test piece TP is in an elastic state. .

フィードバック制御部544は、サーボモータ18のフィードバック制御を実行する。
ここで、ひずみ制御、及び、応力制御で分けて、フィードバック制御部544について説明する。なお、フィードバック制御部544は、目標データ562や試験プログラム実行装置34から受信した試験条件等に基づいて、サーボモータ18のフィードバック制御をひずみ制御と応力制御とに切り替える。
A feedback control unit 544 performs feedback control of the servo motor 18 .
Here, the feedback control section 544 will be described separately for strain control and stress control. The feedback control unit 544 switches the feedback control of the servomotor 18 between strain control and stress control based on the target data 562, the test conditions received from the test program execution device 34, and the like.

まず、ひずみ制御のフィードバック制御部544について説明する。
フィードバック制御部544は、ひずみ制御の各制御周期において、ひずみSA(t)の目標値と、ひずみ測定部542が測定した試験片TPのひずみSA(t)との偏差を減少させるようなサーボモータ18の回転量Tr(t)を演算し、回転量Tr(t)を示す指令信号B1をサーボアンプ44に出力する。
First, the feedback control section 544 for strain control will be described.
The feedback control unit 544 is a servo motor that reduces the deviation between the target value of the strain SA(t) and the strain SA(t) of the test piece TP measured by the strain measuring unit 542 in each control cycle of the strain control. 18, and outputs a command signal B1 indicating the rotation amount Tr(t) to the servo amplifier 44 .

次に、応力制御のフィードバック制御部544について説明する。
フィードバック制御部544は、応力制御における各制御周期において、目標応力SEc(t)と応力測定部541が測定した測定応力SEs(t)との偏差e(t)に、制御コンプライアンス算出部543が算出した制御コンプライアンスComp、又は、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンス561を乗じて偏差e´(t)を算出する。そして、フィードバック制御部544は、算出した偏差e´(t)に基づいて、測定応力SEs(t)と目標応力SEc(t)との偏差e(t)を減少させるサーボモータ18の回転量Tr(t)を演算し、回転量Tr(t)を示す指令信号B1をサーボアンプ44に出力する。
Next, the feedback control section 544 for stress control will be described.
The feedback control unit 544 calculates the deviation e(t) between the target stress SEc(t) and the measured stress SEs(t) measured by the stress measurement unit 541 by the control compliance calculation unit 543 in each control cycle in the stress control. The deviation e′(t) is calculated by multiplying the obtained control compliance Comp or the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 . Then, based on the calculated deviation e'(t), the feedback control unit 544 reduces the deviation e(t) between the measured stress SEs(t) and the target stress SEc(t). (t) and outputs a command signal B1 indicating the amount of rotation Tr(t) to the servo amplifier 44 .

また、フィードバック制御部544は、破壊靭性試験において、クロスヘッド10の移動方向を上方向UPから下方向DWに切り替えた際、切り替えたタイミングから予め定められた期間、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンス561に基づいて、サーボモータ18のフィードバック制御を行う。以下の説明において、切替があったタイミングから予め定められた期間を、「切替後剛性制御期間」という。切替後剛性制御期間は、本発明の「所定期間」の一例に対応する。切替後剛性制御期間は、移動方向を切り替えた後に制御コンプライアンスCompの変化が安定するまでの期間であり、事前のテストやシミュレーション等によって適切に定められている。 Further, in the fracture toughness test, when the moving direction of the crosshead 10 is switched from the upward direction UP to the downward direction DW, the feedback control unit 544 controls the pre-switching stored in the storage unit 56 for a predetermined period from the switching timing. Feedback control of the servo motor 18 is performed based on the control compliance 561 . In the following description, a predetermined period from the timing of switching is referred to as a "post-switching stiffness control period". The post-switching stiffness control period corresponds to an example of the "predetermined period" of the present invention. The post-switching stiffness control period is a period from when the movement direction is switched until the change in the control compliance Comp stabilizes, and is appropriately determined by prior tests, simulations, or the like.

フィードバック制御部544は、クロスヘッド10の移動方向を下方向DWに切り替えた際、切替時で最新の制御コンプライアンス算出部543が算出した制御コンプライアンスComp(以下、「切替時最新制御コンプライアンス」という)と、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンス561とを比較する。そして、フィードバック制御部544は、切替時最新制御コンプライアンスが切替前制御コンプライアンス561以下である場合、切替後剛性制御期間、切替時最新制御コンプライアンスを偏差e(t)に乗じて偏差e´(t)を算出する。一方、フィードバック制御部544は、切替時最新制御コンプライアンスが切替前制御コンプライアンス561より大きい場合、切替後剛性制御期間、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンス561を偏差e(t)に乗じて偏差e´(t)を算出する。 When the movement direction of the crosshead 10 is switched to the downward direction DW, the feedback control unit 544 compares the latest control compliance Comp calculated by the control compliance calculation unit 543 at the time of switching (hereinafter referred to as "latest control compliance at switching time"). , and the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 . Then, when the latest control compliance at switching time is equal to or less than the control compliance before switching 561, the feedback control unit 544 multiplies the deviation e(t) by the latest control compliance at switching time during the post-switching stiffness control period to obtain a deviation e'(t). Calculate On the other hand, when the latest control compliance at switching is greater than the pre-switching control compliance 561, the feedback control unit 544 multiplies the deviation e(t) by the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 during the post-switching stiffness control period. Calculate e'(t).

図3は、測定応力SEs、測定ひずみSAc、及び、制御コンプライアンス算出部543が算出する御剛性Compの時間変化の一例を示す図である。図3の例は、試験片TPを塑性域まで引っ張り、その後、付与した引張力を除荷した場合における測定応力SEs、測定ひずみSAs、及び、制御コンプライアンスCompの時間変化である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of temporal changes in the measured stress SEs, the measured strain SAc, and the stiffness Comp calculated by the control compliance calculator 543. In FIG. The example of FIG. 3 is the change over time of the measured stress SEs, the measured strain SAs, and the control compliance Comp when the test piece TP is pulled to the plastic region and then the applied tensile force is unloaded.

図3において、左縦軸は応力SEとひずみSAとに設定され、右縦軸は制御コンプライアンスCompに設定され、横軸は時間(sec)に設定される。なお、左縦軸は、応力SEの場合、例えば40000000が400(MPa)を示し、ひずみSAの場合、40000000が4%を示す。図3において、特性グラフTg-1は、測定応力SEsの時間変化を示す。特性グラブTg-2は、測定ひずみSAcの時間変化を示す。特性グラフTg-3は、制御コンプライアンスCompの時間変化を示す。 In FIG. 3, the left vertical axis is set to stress SE and strain SA, the right vertical axis is set to control compliance Comp, and the horizontal axis is set to time (sec). In the case of stress SE, 40000000 indicates 400 (MPa), and in the case of strain SA, 40000000 indicates 4% on the left vertical axis. In FIG. 3, the characteristic graph Tg-1 shows the time change of the measured stress SEs. A characteristic graph Tg-2 shows the time change of the measured strain SAc. A characteristic graph Tg-3 shows the change over time of the control compliance Comp.

図3のタイミングTA1以前の特性グラフTg-3が示すように、制御コンプライアンスCompは、降伏点を超えて塑性域まで試験片TPをひずみ制御で引っ張ると、急激に値が増加する。これは、ひずみSAが増加しているにも関わらず応力SEが増加しないことに起因する。図3では、タイミングTA1においてクロスヘッド10の移動方向が下方向DWに切り替わり、引張力の除荷が開始する。すると、図3の特性グラフTg-3が示すように、制御コンプライアンスCompは、タイミングTA1以降、変化が安定へと向かう一方で、タイミングTA1からタイミングTA2の間では変化の振れ幅が大きい。特に、タイミングTA1の直後の制御コンプライアンスCompは、弾性域の制御コンプライアンスCompと比較して非常に大きい値である。そのため、タイミングTA1からタイミングTA2の間で不安定に変化する制御コンプライアンスCompを用いるとサーボモータ18のフィードバック制御が不安定となってしまう。また、値の大きい制御コンプライアンスCompをサーボモータ18のフィードバック制御で加味すると、応答が過大となってしまう。 As shown in the characteristic graph Tg-3 before timing TA1 in FIG. 3, the control compliance Comp sharply increases in value when the test piece TP is pulled beyond the yield point to the plastic region by strain control. This is because the stress SE does not increase even though the strain SA increases. In FIG. 3, the moving direction of the crosshead 10 switches to the downward direction DW at timing TA1, and the unloading of the tensile force starts. Then, as shown by the characteristic graph Tg-3 in FIG. 3, the control compliance Comp tends to stabilize after the timing TA1, while the amplitude of change is large between the timing TA1 and the timing TA2. In particular, the control compliance Comp immediately after timing TA1 is a very large value compared to the control compliance Comp in the elastic region. Therefore, if the control compliance Comp that changes unstably between the timing TA1 and the timing TA2 is used, the feedback control of the servomotor 18 becomes unstable. Further, if a large control compliance Comp is added to the feedback control of the servomotor 18, the response becomes excessive.

そこで、図3の場合では、フィードバック制御部544は、「Comp-1」の値を示す切替前制御コンプライアンス561と、タイミングTA1における切替時最新制御コンプライアンスと、を比較する。そして、フィードバック制御部544は、切替後剛性制御期間であるタイミングTA1からタイミングTA3までの期間、値の小さいほうである「Comp-1」の値を示す切替前制御コンプライアンス561を偏差e(t)に乗じてサーボモータ18をフィードバック制御する。タイミングTA1からタイミングTA2までの間、制御コンプライアンス算出部543が算出する制御コンプライアンスCompは値が大きく且つ変化も大きいが、フィードバック制御部544は、切替後剛性制御期間において、試験片TPの弾性域の制御コンプライアンスCompとほぼ同じ値で且つ時間変化のない安定した切替前制御コンプライアンス561を用いてサーボモータ18をフィードバック制御できる。 Therefore, in the case of FIG. 3, the feedback control unit 544 compares the pre-switching control compliance 561 indicating the value of "Comp-1" with the latest switching-time control compliance at timing TA1. Then, the feedback control unit 544 converts the pre-switching control compliance 561, which indicates the smaller value of "Comp-1", into the deviation e(t) during the period from the timing TA1 to the timing TA3, which is the post-switching stiffness control period. to feedback-control the servomotor 18 by multiplying by . From timing TA1 to timing TA2, the control compliance Comp calculated by the control compliance calculator 543 has a large value and a large change. The servomotor 18 can be feedback-controlled using the stable pre-switching control compliance 561 that has almost the same value as the control compliance Comp and does not change over time.

[4.材料試験機の動作]
次に、材料試験機1の制御装置30の動作について説明する。
図3は、制御装置30の動作を示すフローチャートであり、サーボモータ18のフィードバック制御における応力制御に係る動作を特に示している。
[4. Operation of material testing machine]
Next, the operation of the control device 30 of the material testing machine 1 will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control device 30, and particularly shows the operation related to stress control in the feedback control of the servomotor 18. As shown in FIG.

図3に示すフローチャートでは、ひずみ制御中、及び、応力制御中において制御周期が到来するたびに、制御コンプライアンス算出部543が制御コンプライアンスCompを算出するものとする。 In the flowchart shown in FIG. 3, it is assumed that the control compliance calculator 543 calculates the control compliance Comp each time a control cycle arrives during strain control and stress control.

制御装置30の制御部54のフィードバック制御部544は、破壊靭性試験を開始するか否かを判別する(ステップSA1)。例えば、フィードバック制御部544は、通信部52を介して試験プログラム実行装置34から破壊靭性試験の実行指示を受信した場合、ステップSA1で肯定判別する。 The feedback control section 544 of the control section 54 of the control device 30 determines whether or not to start the fracture toughness test (step SA1). For example, when the feedback control unit 544 receives a fracture toughness test execution instruction from the test program execution device 34 via the communication unit 52, it makes an affirmative determination in step SA1.

フィードバック制御部544は、破壊靭性試験を開始すると判別した場合(ステップSA1:YES)、ひずみ制御でサーボモータ18をフィードバック制御して、試験片TPの引張を開始する(ステップSA2)。 When the feedback control unit 544 determines to start the fracture toughness test (step SA1: YES), the feedback control unit 544 feedback-controls the servomotor 18 by strain control to start tensioning the test piece TP (step SA2).

次いで、フィードバック制御部544は、破壊靭性試験を開始してから予め定められた期間が経過したか否かを判別する(ステップSA3)。 Next, the feedback control section 544 determines whether or not a predetermined period has elapsed since the fracture toughness test was started (step SA3).

フィードバック制御部544は、予め定められた期間が経過していないと判別した場合(ステップSA3:NO)、処理をステップSA3に戻し、ひずみ制御による試験片TPの引張を継続する。 When the feedback control section 544 determines that the predetermined period has not passed (step SA3: NO), it returns the process to step SA3 and continues the tensioning of the test piece TP by strain control.

一方で、フィードバック制御部544が予め定められた期間が経過したと判別した場合(ステップSA3:YES)、制御コンプライアンス算出部543は、ステップSA3の肯定判別後、最初に算出した制御コンプライアンスCompを、切替前制御コンプライアンス561として記憶部56に記憶させる(ステップSA4)。 On the other hand, when the feedback control unit 544 determines that the predetermined period has elapsed (step SA3: YES), the control compliance calculation unit 543, after the affirmative determination in step SA3, calculates the first calculated control compliance Comp as It is stored in the storage unit 56 as the pre-switching control compliance 561 (step SA4).

次いで、フィードバック制御部544は、クロスヘッド10の移動方向を下方向DWに切り替えるか否か、すなわち、ひずみ制御から応力制御に切り替えて引張力の除荷を開始するか否かを判別する(ステップSA5)。例えば、フィードバック制御部544は、目標データ562や試験プログラム実行装置34から受信した試験条件に基づいて、ステップSA5の判別を実行する。 Next, the feedback control unit 544 determines whether to switch the movement direction of the crosshead 10 to the downward direction DW, that is, whether to switch from strain control to stress control and start unloading the tensile force (step SA5). For example, the feedback control section 544 performs the determination of step SA5 based on the target data 562 and the test conditions received from the test program execution device 34. FIG.

フィードバック制御部544は、ステップSA5において否定判別した場合、処理をステップSA3に戻し、ひずみ制御による試験片TPの引張を継続する。 If a negative determination is made in step SA5, the feedback control section 544 returns the process to step SA3 and continues tensioning of the test piece TP by strain control.

一方、フィードバック制御部544は、ステップSA5において肯定判別すると、記憶部56に記憶された切替前制御コンプライアンス561が、切替時最新制御コンプライアンスより小さい値であるか否かを判別する(ステップSA6)。なお、本実施形態では、フィードバック制御部544がステップSA5の肯定判別した時を、フィードバック制御部544がクロスヘッド10の移動方向を切り替えた時とする。 On the other hand, when the feedback control unit 544 makes an affirmative determination in step SA5, it determines whether or not the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 is smaller than the latest control compliance at switching (step SA6). In this embodiment, the feedback control unit 544 switches the moving direction of the crosshead 10 when the feedback control unit 544 makes an affirmative determination in step SA5.

フィードバック制御部544は、記憶部56に記憶された切替前制御コンプライアンス561が、切替時最新制御コンプライアンスより値が小さいと判別した場合(ステップSA6:YES)、偏差e(t)に乗じる制御コンプライアンスCompを切替前制御コンプライアンス561と決定する(ステップSA7)。 When the feedback control unit 544 determines that the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 is smaller than the latest control compliance at the time of switching (step SA6: YES), the control compliance Comp by which the deviation e(t) is multiplied. is determined as the pre-switching control compliance 561 (step SA7).

そして、フィードバック制御部544は、切替前制御コンプライアンス561に基づいて、応力制御でサーボモータ18をフィードバック制御して、試験片TPに付与された引張力の除荷を開始する(ステップSA8)。 Then, the feedback control section 544 feedback-controls the servomotor 18 by stress control based on the pre-switching control compliance 561 to start unloading the tensile force applied to the test piece TP (step SA8).

ステップSA6の説明に戻り、フィードバック制御部544は、記憶部56に記憶された切替前制御コンプライアンス561が、切替最新制御コンプライアンスより値が大きいと判別した場合(ステップSA6:NO)、偏差e(t)に乗じる制御コンプライアンスCompを、切替時最新制御コンプライアンスと決定する(ステップSA9)。 Returning to the description of step SA6, when the feedback control unit 544 determines that the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 is greater than the latest switching control compliance (step SA6: NO), the deviation e(t ) is determined as the latest control compliance at switching (step SA9).

そして、フィードバック制御部544は、切替時最新制御コンプライアンスに基づいて、応力制御でサーボモータ18をフィードバック制御して、試験片TPに付与された引張力の除荷を開始する(ステップSA10)。 Then, the feedback control unit 544 feedback-controls the servomotor 18 by stress control based on the latest control compliance at the time of switching, and starts unloading the tensile force applied to the test piece TP (step SA10).

フィードバック制御部544は、切替後剛性制御期間が経過したか否かを判別する(ステップSA11)。フィードバック制御部544は、切替後剛性制御期間が経過していないと判別した場合(ステップSA11:NO)、処理をステップSA11に戻し、ステップSA7又はステップSA9で決定した制御コンプライアンスCompに基づいて、引張力の除荷を継続する。 The feedback control unit 544 determines whether or not the post-switching stiffness control period has elapsed (step SA11). When the feedback control unit 544 determines that the post-switching stiffness control period has not elapsed (step SA11: NO), the feedback control unit 544 returns the process to step SA11, and adjusts the tension based on the control compliance Comp determined in step SA7 or step SA9. Continue force unloading.

一方で、フィードバック制御部544は、切替後剛性制御期間が経過したと判別した場合(ステップSA11:YES)、制御コンプライアンス算出部543が制御周期で算出する制御コンプライアンスCompに基づいて、引張力の除荷を継続する(ステップSA12)。 On the other hand, when the feedback control unit 544 determines that the post-switching stiffness control period has elapsed (step SA11: YES), the feedback control unit 544 reduces the tensile force based on the control compliance Comp calculated by the control compliance calculation unit 543 in the control cycle. Continue loading (step SA12).

次いで、フィードバック制御部544は、クロスヘッド10の移動方向を上方向UPに切り替えるか否か、すなわち、応力制御からひずみ制御に切り替えて引張力の負荷を開始するか否かを判別する(ステップSA13)。 Next, the feedback control unit 544 determines whether or not to switch the movement direction of the crosshead 10 to the upward direction UP, that is, whether or not to switch from stress control to strain control and start applying tensile force (step SA13 ).

フィードバック制御部544は、ステップSA13で否定判別した場合、破壊靭性試験を終了するか否かを判別する(ステップSA14)。フィードバック制御部544は、破壊靭性試験を終了すると判別した場合(ステップSA14:YES)、本処理を終了する。一方で、フィードバック制御部544は、破壊靭性試験を終了しないと判別した場合(ステップSA14:NO)、再度、ステップSA13の処理を実行する。 If a negative determination is made in step SA13, the feedback control unit 544 determines whether or not to end the fracture toughness test (step SA14). When the feedback control unit 544 determines to end the fracture toughness test (step SA14: YES), it ends this process. On the other hand, when the feedback control unit 544 determines not to end the fracture toughness test (step SA14: NO), it executes the process of step SA13 again.

ステップSA13の説明に戻り、フィードバック制御部544は、ステップSA5において肯定判別すると、ひずみ制御でサーボモータ18をフィードバック制御して、試験片TPに付与された引張力の付与を開始する(ステップSA15)。そして、フィードバック制御部544は、ステップSA15の処理を実行すると、処理をステップSA5に移行させる。 Returning to the description of step SA13, when the positive determination is made in step SA5, the feedback control unit 544 feedback-controls the servomotor 18 by strain control to start applying the tensile force applied to the test piece TP (step SA15). . After executing the process of step SA15, the feedback control unit 544 shifts the process to step SA5.

[5.測定データによる検証]
図5、及び図6は、試験力F、及び、クロスヘッド10の移動変位の時間変化を示す測定データである。なお、試験力Fの時間変化は、試験片TPに生じている応力SEの時間変化に対応する。また、クロスヘッド10の移動変位の時間変化は、試験片TPのひずみSAの時間変化に対応する。そのため、図5、及び、図6の測定データは、試験片TPに生じている応力SEの時間変化、及び、試験片TPのひずみSAの時間変化の測定データに対応する。
[5. Verification by measurement data]
5 and 6 are measurement data showing changes over time in the test force F and the movement displacement of the crosshead 10. FIG. The time change of the test force F corresponds to the time change of the stress SE generated in the test piece TP. Also, the time change of the movement displacement of the crosshead 10 corresponds to the time change of the strain SA of the test piece TP. Therefore, the measurement data of FIGS. 5 and 6 correspond to the measurement data of the time change of the stress SE occurring in the test piece TP and the time change of the strain SA of the test piece TP.

図5、及び図6において、左縦軸は試験力F(N:ニュートン)に設定され、右縦軸はクロスヘッド10の移動変位(mm)に設定され、横軸は時間(sec)に設定される。 5 and 6, the left vertical axis is set to the test force F (N: Newton), the right vertical axis is set to the movement displacement (mm) of the crosshead 10, and the horizontal axis is set to time (sec). be done.

図5、及び図6に示す測定データは、ひずみ制御に対応するクロスヘッド10の変位制御によってクロスヘッド10を上方向UPに移動させて試験片TPを塑性域まで引っ張り、その後、所定期間クロスヘッド10の移動を停止させ、その後、応力制御に対応する試験力制御によってクロスヘッド10を下方向DWに移動させて試験片TPに付与された引張力を除荷した場合を示している。図5、及び図6に示す測定データにおけるクロスヘッド10の変位制御では、単位時間当たりの移動変位が一定となるようにクロスヘッド10の移動変位が制御されている。また、図5、及び図6に示す測定データにおける試験力制御では、単位時間当たりの試験力の変化量が一定となるような制御がなされている。 The measurement data shown in FIGS. 5 and 6 show that the crosshead 10 is moved upward by the displacement control of the crosshead 10 corresponding to the strain control, the test piece TP is pulled to the plastic region, and then the crosshead is pulled for a predetermined period. 10 is stopped, and then the crosshead 10 is moved downward DW by test force control corresponding to stress control to unload the tensile force applied to the test piece TP. In the displacement control of the crosshead 10 in the measurement data shown in FIGS. 5 and 6, the movement displacement of the crosshead 10 is controlled so that the movement displacement per unit time is constant. Further, in the test force control in the measurement data shown in FIGS. 5 and 6, control is performed such that the amount of change in the test force per unit time is constant.

なお、図6では、クロスヘッド10が移動停止している期間の測定データを示している一方、図5では、当該期間の測定データを省いている。 6 shows measurement data during a period in which the movement of the crosshead 10 is stopped, while FIG. 5 omits measurement data during this period.

図5は、従来の材料試験機1による測定データである。すなわち、図5は、制御コンプライアンス算出部543が逐次算出する制御コンプライアンスCompを用いてサーボモータ18のフィードバック制御を実行した場合の測定データである。 FIG. 5 shows measurement data obtained by the conventional material testing machine 1. FIG. That is, FIG. 5 shows measurement data when feedback control of the servomotor 18 is executed using the control compliance Comp sequentially calculated by the control compliance calculator 543 .

図5において、特性グラフTg-1は試験力Fの測定データを示し、特性グラフTg-2はクロスヘッド10の移動変位の測定データを示し、特性グラフTg-3は試験力Fの目標値の時間変化を示すデータである。 In FIG. 5, the characteristic graph Tg-1 shows the measured data of the test force F, the characteristic graph Tg-2 shows the measured data of the displacement of the crosshead 10, and the characteristic graph Tg-3 shows the target value of the test force F. It is the data which shows a time change.

図5が示すように、タイミングTB1で試験片TPに付与された引張力の除荷を開始すると、試験力Fは、目標の試験力Fから大きく離れた値となって測定されている。また、タイミングTB1で試験片TPに付与された引張力の除荷を開始すると、点枠E1で示すように、クロスヘッド10の移動変位が大きく変化している。これは、図3に示すように値の大きい制御コンプライアンスCompを用いてサーボモータ18のフィードバック制御を行った際に応答が過大となって急激な引張力の除荷が行われたことを示している。 As shown in FIG. 5, when the unloading of the tensile force applied to the test piece TP is started at the timing TB1, the test force F is measured as a value greatly separated from the target test force F. Further, when the unloading of the tensile force applied to the test piece TP is started at the timing TB1, the movement displacement of the crosshead 10 changes greatly as indicated by the dot frame E1. This indicates that, as shown in FIG. 3, when feedback control of the servomotor 18 was performed using a control compliance Comp having a large value, the response was excessive and the tensile force was suddenly unloaded. there is

図6は、本発明の材料試験機1による測定データである。すなわち、図6は、図4に示す動作を実行してサーボモータ18のフィードバック制御を実行した場合の測定データである。 FIG. 6 shows measurement data by the material testing machine 1 of the present invention. That is, FIG. 6 shows measurement data when feedback control of the servomotor 18 is executed by executing the operation shown in FIG.

図6において、特性グラフTg-4は、試験力Fの測定データを示し、特性グラフTg-5はクロスヘッド10の移動変位の測定データを示し、特性グラフTg-6は試験力Fの目標値の時間変化を示すデータである。 In FIG. 6, the characteristic graph Tg-4 shows the measured data of the test force F, the characteristic graph Tg-5 shows the measured data of the displacement of the crosshead 10, and the characteristic graph Tg-6 shows the target value of the test force F. It is data showing the time change of .

図6が示すように、タイミングTB2で試験片TPに付与された引張力の除荷を開始すると、試験力Fは、目標の試験力Fに沿った値となって測定されている。また、タイミングTB2で試験片TPに付与された引張力の除荷を開始すると、図5の点枠E1と比較して明らかな通り、クロスヘッド10の移動変位が大きく低下していない。これは、適切に一定の速度で引張力の除荷が行われていることを示しており、クロスヘッド10の移動方向を切り替えた際におけるサーボモータ18のフィードバック制御が精度良く行われていることを示している。 As shown in FIG. 6, when the unloading of the tensile force applied to the test piece TP is started at timing TB2, the test force F becomes a value along the target test force F and is measured. Further, when the unloading of the tensile force applied to the test piece TP is started at the timing TB2, the movement displacement of the crosshead 10 does not decrease significantly, as is clear from comparison with the dotted frame E1 in FIG. This indicates that the tensile force is being unloaded appropriately at a constant speed, and that the feedback control of the servo motor 18 is accurately performed when the moving direction of the crosshead 10 is switched. is shown.

図7は、本発明の材料試験機1による破壊靭性試験の測定データである。
図7に示す測定データは、単位時間当たりのひずみSAの変化が一定となるようにひずみ制御で塑性域まで試験片TPを引っ張り、その後、クロスヘッド10の移動方向を下方向DWに切り替えて、単位時間当たりの応力SEの変化が一定となるように応力制御で試験片TPから引張力を除荷することを繰り返した試験の測定データである。
FIG. 7 shows measurement data of a fracture toughness test by the material testing machine 1 of the present invention.
The measurement data shown in FIG. 7 is obtained by pulling the test piece TP to the plastic region under strain control so that the change in strain SA per unit time is constant, and then switching the moving direction of the crosshead 10 to the downward direction DW. It is measurement data of a test in which the tensile force was repeatedly removed from the test piece TP by stress control so that the change in stress SE per unit time was constant.

図7の特性グラフTG-7は、除荷を開始する間隔が精度良く等間隔に分割されていることを示していて、精度良く破壊靭性試験が行われていることを示している。 The characteristic graph TG-7 in FIG. 7 indicates that the interval at which unloading is started is divided into equal intervals with high accuracy, indicating that the fracture toughness test is performed with high accuracy.

[6.本実施形態の効果]
以上、説明したように、材料試験機1は、クロスヘッド10を移動させて試験片TPに試験力Fを付与する負荷機構12と、試験片TPに生じるひずみSAを測定するひずみ測定部542と、試験片TPに生じる応力SEを測定する応力測定部541と、応力変化量SEdとひずみ変化量SAdとの比である制御コンプライアンスCompを算出する制御コンプライアンス算出部543と、制御コンプライアンス算出部543が算出した制御コンプライアンスCompに基づいて、測定応力SEsと目標応力SEcとの偏差eを減少させるようにサーボモータ18をフィードバック制御するフィードバック制御部544と、切替前制御コンプライアンスCompを記憶する記憶部56と、を備える。そして、フィードバック制御部544は、クロスヘッド10が移動方向を切り替えた際、切替後剛性制御期間、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンスCompに基づいて偏差eを減少させるようにサーボモータ18をフィードバック制御する。
[6. Effect of this embodiment]
As described above, the material testing machine 1 includes the load mechanism 12 that moves the crosshead 10 to apply the test force F to the test piece TP, and the strain measurement unit 542 that measures the strain SA occurring in the test piece TP. , a stress measurement unit 541 that measures the stress SE generated in the test piece TP, a control compliance calculation unit 543 that calculates the control compliance Comp that is the ratio of the stress change amount SEd and the strain change amount SAd, and the control compliance calculation unit 543 a feedback control unit 544 that feedback-controls the servo motor 18 so as to reduce the deviation e between the measured stress SEs and the target stress SEc based on the calculated control compliance Comp; and a storage unit 56 that stores the pre-switching control compliance Comp. , provided. Then, when the crosshead 10 switches the movement direction, the feedback control unit 544 operates the servomotor 18 so as to reduce the deviation e based on the pre-switching control compliance Comp stored in the storage unit 56 during the post-switching stiffness control period. feedback control.

この構成によれば、クロスヘッド10の移動方向を切り替えた際、切替後剛性制御期間、破壊靭性試験開始から当該切り替え前までに算出した制御コンプライアンスCompに基づいてサーボモータ18をフィードバック制御するため、制御コンプライアンスCompの変化が安定した時に算出された制御コンプライアンスCompを当該フィードバック制御で加味することが可能となり、サーボモータ18のフィードバック制御の精度を向上できる。また、自動で、クロスヘッド10の移動方向を切り替えた際の制御コンプライアンスCompを記憶するため、ユーザが事前に破壊靭性試験における制御コンプライアンスCompの値を設定する必要がなくユーザの手間がかからない。以上より、クロスヘッド10の移動方向の切替を伴う材料試験である破壊靭性試験において、ユーザの手間がかかることなく、精度良くサーボモータ18をフィードバック制御できる。 According to this configuration, when the moving direction of the crosshead 10 is switched, the servo motor 18 is feedback-controlled based on the control compliance Comp calculated from the start of the fracture toughness test to before the switching during the post-switching stiffness control period. The control compliance Comp calculated when the change in the control compliance Comp stabilizes can be taken into consideration in the feedback control, and the precision of the feedback control of the servomotor 18 can be improved. In addition, since the control compliance Comp when the movement direction of the crosshead 10 is switched is automatically stored, the user does not need to set the value of the control compliance Comp in the fracture toughness test in advance, saving the user time and effort. As described above, in the fracture toughness test, which is a material test involving switching of the moving direction of the crosshead 10, the servomotor 18 can be feedback-controlled with high accuracy without requiring the user's trouble.

また、フィードバック制御部544は、クロスヘッド10が移動方向を切り替えた際、制御コンプライアンス算出部543が算出した最新の制御コンプライアンスCompと、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンス561とのうち、値が小さい制御コンプライアンスCompを、切替後剛性制御期間、偏差e(t)に乗じてサーボモータ18をフィードバック制御する。 Further, when the crosshead 10 switches the movement direction, the feedback control unit 544 selects the value between the latest control compliance Comp calculated by the control compliance calculation unit 543 and the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56. During the post-switching stiffness control period, the servo motor 18 is feedback-controlled by multiplying the deviation e(t) by the small control compliance Comp.

この構成によれば、切替後剛性制御期間、安定した制御コンプライアンスCompに基づいてサーボモータ18をフィードバック制御できるため、クロスヘッド10の移動方向の切替時に実際の制御コンプライアンスCompの変化が不安定であっても、精度良くサーボモータ18をフィードバック制御できる。また、値の小さいほうを採用するため、応答が過大になることを防止でき、さらに精度良くサーボモータ18をフィードバック制御できる。 According to this configuration, the servomotor 18 can be feedback-controlled based on the stable control compliance Comp during the post-switching stiffness control period. Even so, the servomotor 18 can be feedback-controlled with high accuracy. In addition, since the smaller value is adopted, it is possible to prevent the response from becoming excessive, and feedback control of the servomotor 18 can be performed with higher accuracy.

負荷機構12は、クロスヘッド10を上方向UPに移動させて試験片TPに引張力を付与し、クロスヘッドを下方向DWに移動させて試験片TPに付与された引張力を除荷する。フィードバック制御部544は、クロスヘッド10の移動方向が上方向UPから下方向DWへ切り替わった際、切替後剛性制御期間、記憶部56が記憶する切替前制御コンプライアンス561に基づいて偏差eを減少させるようにサーボモータ18をフィードバック制御する。 The load mechanism 12 moves the crosshead 10 upward to apply a tensile force to the test piece TP, and moves the crosshead downward DW to release the tensile force applied to the test piece TP. The feedback control unit 544 reduces the deviation e based on the pre-switching control compliance 561 stored in the storage unit 56 during the post-switching stiffness control period when the moving direction of the crosshead 10 is switched from the upward direction UP to the downward direction DW. The servo motor 18 is feedback-controlled as follows.

この構成によれば、破壊靭性試験において引張力を除荷する際のサーボモータ18のフィードバック制御を精度良く実行できるため、破壊靭性試験の精度を向上できる。 According to this configuration, feedback control of the servomotor 18 when unloading the tensile force in the fracture toughness test can be accurately performed, so the accuracy of the fracture toughness test can be improved.

[7.他の実施形態]
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、および応用が可能である。
[7. Other embodiments]
Note that the above-described embodiment is merely an example of one aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the gist of the present invention.

上述した実施形態では、材料試験として破壊靭性試験を例示したが、材料試験機1が実行する材料試験は、これに限定されない。材料試験機1が実行する材料試験は、クロスヘッド10の移動方向の切替を伴う試験であれば本発明を適用できる。例えば、材料試験は、試験片TPを引っ張った後に引張力を除荷する試験でもよいし、試験片TPを圧縮した後に圧縮力を除荷する試験でもよいし、引張圧縮を行う試験でもよい。なお、圧縮の場合、本発明の「第1方向」は下方向DWに相当し、本発明の「第2方向」は上方向UPに相当する。試験片TPを試験機本体2に取り付ける冶具は、材料試験の種類に応じて、適切な冶具が採用される。 Although the fracture toughness test was exemplified as the material test in the above-described embodiment, the material test executed by the material testing machine 1 is not limited to this. The present invention can be applied to the material test executed by the material testing machine 1 as long as the test involves switching the movement direction of the crosshead 10 . For example, the material test may be a test in which the test piece TP is pulled and then the tensile force is removed, a test in which the test piece TP is compressed and then the compressive force is removed, or a tensile compression test. In the case of compression, the "first direction" of the present invention corresponds to the downward direction DW, and the "second direction" of the present invention corresponds to the upward direction UP. As the jig for attaching the test piece TP to the testing machine main body 2, an appropriate jig is adopted according to the type of material test.

例えば、上述した実施形態では、本発明の「第1測定部」として制御部54のひずみ測定部542としたが、クリップゲージ90がひずみSAを示す信号を出力可能な構成である場合、クリップゲージ90が本発明の「第1測定部」となる。 For example, in the above-described embodiment, the strain measuring unit 542 of the control unit 54 is used as the "first measuring unit" of the present invention. 90 is the "first measuring section" of the present invention.

例えば、上記実施形態では、図2に示したブロック線図に示したように、PID制御により、サーボモータ18のフィードバック制御を行う。他の構成として、一般的なPD制御により、サーボモータ18のフィードバック制御を行ってもよい。 For example, in the above embodiment, as shown in the block diagram of FIG. 2, feedback control of the servo motor 18 is performed by PID control. As another configuration, feedback control of the servomotor 18 may be performed by general PD control.

例えば、上記実施形態では、試験片TPのひずみSAを本発明の第1物理量とし、ひずみ変化量SAdを本発明の第1変化量とし、試験片TPに生じる応力SEを本発明の第2物理量として、応力変化量SEdを本発明の第2変化量とした場合のサーボモータ18のフィードバック制御を例示した。第1変化量、第1物理量、第2変化量、及び、第2物理量はこれに限定されない。例えば、第1変化量は、クロスヘッド10の移動量や、試験片TPの伸び量などでもよい。また、第2物理量は、試験力Fや、トルク、圧力、変位などであってもよい。 For example, in the above embodiment, the strain SA of the test piece TP is the first physical quantity of the present invention, the strain change amount SAd is the first change amount of the present invention, and the stress SE generated in the test piece TP is the second physical quantity of the present invention. , the feedback control of the servo motor 18 when the stress change amount SEd is the second change amount of the present invention is exemplified. The first amount of change, the first physical quantity, the second amount of change, and the second physical quantity are not limited to these. For example, the first amount of change may be the amount of movement of the crosshead 10 or the amount of elongation of the test piece TP. Also, the second physical quantity may be the test force F, torque, pressure, displacement, or the like.

例えば、上記実施形態では、負荷機構12の駆動源としてサーボモータ18を用いたが、油圧源等の他の駆動源を用いてもよい。この場合は、図2のブロック線図における制御対象への出力は、駆動源に応じた物理量に設定する。 For example, in the above embodiment, the servomotor 18 is used as the drive source for the load mechanism 12, but other drive source such as a hydraulic power source may be used. In this case, the output to the controlled object in the block diagram of FIG. 2 is set to a physical quantity according to the drive source.

例えば、上述実施形態において、図1に示した機能ブロックは、本願発明を理解容易にするために構成要素を主な処理内容に応じて分類して示した概略図であり、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。 For example, in the above-described embodiment, the functional blocks shown in FIG. 1 are schematic diagrams showing constituent elements classified according to main processing contents for easy understanding of the present invention. , which can also be classified into more components. Also, one component can be grouped to perform more processing.

例えば、図4に示す動作のステップ単位は、材料試験機1の各部の動作の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものであり、処理単位の分割の仕方や名称によって、本発明が限定されることはない。処理内容に応じて、さらに多くのステップ単位に分割してもよい。また、1つのステップ単位がさらに多くの処理を含むように分割してもよい。また、そのステップの順番は、本発明の趣旨に支障のない範囲で適宜に入れ替えてもよい。 For example, the step unit of the operation shown in FIG. does not limit the invention. It may be divided into more steps depending on the processing contents. Also, one step unit may be divided to include more processes. Also, the order of the steps may be changed as appropriate within the scope of the present invention.

[8.態様]
上述した実施形態及び変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[8. mode]
It will be understood by those skilled in the art that the above-described embodiments and modifications are specific examples of the following aspects.

(第1項)
一態様に関わる材料試験機は、移動部材を移動させて試験対象に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷に応じて前記試験対象又は前記負荷機構に生じる第1物理量を測定する第1測定部と、前記負荷機構のフィードバック制御において応答となる第2物理量を測定する第2測定部と、前記第1測定部が測定した前記第1物理量の変化を示す第1変化量と、前記第2測定部が測定した前記第2物理量の変化を示す第2変化量との比である変化量比を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて、実際の前記第2物理量と、前記第2物理量の目標値である目標第2物理量との偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御するフィードバック制御部と、材料試験を開始してから前記移動部材が移動方向を切り替える前までに前記算出部が算出した前記変化量比である切替前変化量比を記憶する記憶部と、を備え、前記フィードバック制御部は、前記移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する。
(Section 1)
A material testing machine according to one aspect includes a load mechanism that moves a moving member to apply a load to a test object, and a first measurement unit that measures a first physical quantity generated in the test object or the load mechanism according to the load. a second measuring unit that measures a second physical quantity that is a response in feedback control of the load mechanism; a first change amount that indicates a change in the first physical quantity measured by the first measuring unit; and the second measurement a calculation unit that calculates a change amount ratio that is a ratio to a second change amount that indicates a change in the second physical quantity measured by the unit; and based on the change amount ratio calculated by the calculation unit, the actual second a feedback control unit that feedback-controls the load mechanism so as to reduce a deviation between a physical quantity and a target second physical quantity that is a target value of the second physical quantity; a storage unit that stores the pre-switching change amount ratio that is the change amount ratio calculated by the calculation unit before switching, and the feedback control unit controls the change amount ratio before switching for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched. and feedback-controlling the load mechanism so as to reduce the deviation based on the change amount ratio before switching stored in the storage unit.

第1項に記載の材料試験機によれば、移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、材料試験開始から当該切り替え前までに算出した変化量比に基づいて負荷機構をフィードバック制御するため、変化量比の変化が安定した時に算出された変化量比を負荷機構のフィードバック制御で加味することが可能となり、精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。また、自動で、移動部材の移動方向を切り替えた際の変化量比を記憶するため、ユーザが事前に変化量比の値を設定する必要がなくユーザの手間がかからない。以上より、移動部材の移動方向の切替を伴う材料試験において、ユーザの手間がかかることなく、精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。 According to the material testing machine according to item 1, when switching the moving direction of the moving member, the load mechanism is feedback-controlled based on the change amount ratio calculated from the start of the material test to before the switching for a predetermined period. , the change amount ratio calculated when the change in the change amount ratio is stabilized can be added to the feedback control of the load mechanism, and the load mechanism can be feedback-controlled with high accuracy. In addition, since the change amount ratio when switching the movement direction of the moving member is automatically stored, the user does not need to set the change amount ratio value in advance, which saves the user time and effort. As described above, in a material test involving switching of the moving direction of the moving member, feedback control of the load mechanism can be performed with high accuracy without requiring the user's trouble.

(第2項)
第1項に記載の材料試験機において、前記フィードバック制御部は、前記移動部材の移動方向を切り替えた際、前記算出部が算出した最新の前記変化量比と前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比とのうち、値が小さい前記変化量比を、前記所定期間、前記偏差に乗じて前記負荷機構をフィードバック制御する。
(Section 2)
2. In the material testing machine according to claim 1, when the moving direction of the moving member is switched, the feedback control unit controls the latest change amount ratio calculated by the calculation unit and the pre-switching ratio stored in the storage unit. The load mechanism is feedback-controlled by multiplying the deviation by the change amount ratio having a smaller value among the change amount ratios for the predetermined period.

第2項に記載の材料試験機によれば、所定期間、変化が安定した変化量比に基づいて負荷機構をフィードバック制御できるため、移動部材の移動方向を切り替えた際に実際の変化量比の変化が不安定であっても、精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。また、値が小さい変化量比を採用するため、応答が過大になることを防止できる。以上より、移動部材の移動方向を切り替えた際、応答が過大になることを防止しつつ精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。 According to the material testing machine described in item 2, since the load mechanism can be feedback-controlled based on the change amount ratio whose change is stable for a predetermined period, when the moving direction of the moving member is switched, the actual change amount ratio Even if the change is unstable, the load mechanism can be feedback-controlled with high accuracy. Moreover, since a change amount ratio with a small value is adopted, it is possible to prevent the response from becoming excessive. As described above, when the moving direction of the moving member is switched, the load mechanism can be accurately feedback-controlled while preventing the response from becoming excessive.

(第3項)
第1項又は第2項に記載の前記負荷機構は、前記移動部材を第1方向に移動させて前記試験対象に試験力を付与し、前記移動部材を第2方向に移動させて前記試験対象に付与された前記試験力を除荷し、前記フィードバック制御部は、前記移動部材の移動方向を前記第1方向から前記第2方向へ切り替えた際、所定期間、前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する。
(Section 3)
The load mechanism according to item 1 or 2 moves the moving member in a first direction to apply a test force to the test object, and moves the moving member in a second direction to apply the test force to the test object. and the feedback control unit controls the switching stored in the storage unit for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched from the first direction to the second direction. feedback control of the load mechanism to reduce the deviation based on the previous variation ratio;

第3項に記載の材料試験機によれば、試験力を除荷する際の負荷機構のフィードバック制御を精度良く行えるため、試験力の付与、及び、付与した試験力を除荷する材料試験の精度を向上できる。 According to the material testing machine described in paragraph 3, since the feedback control of the load mechanism when unloading the test force can be performed with high accuracy, the application of the test force and the material test for unloading the applied test force Can improve accuracy.

(第4項)
第4項に記載の材料試験機の制御方法は、移動部材を移動させて試験対象に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷に応じて前記試験対象又は前記負荷機構に生じる第1物理量を測定する第1測定部、前記負荷機構のフィードバック制御において応答となる第2物理量を測定する第2測定部、前記第1測定部が測定した前記第1物理量の変化を示す第1変化量と、前記第2測定部が測定した前記第2物理量の変化を示す第2変化量との比である変化量比を算出する算出部、及び、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて、実際の前記第2物理量と、前記第2物理量の目標値である目標第2物理量との偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御するフィードバック制御部、を有する制御装置と、を備える材料試験機の制御方法であって、前記制御装置が、材料試験を開始してから前記移動部材が移動方向を切り替える前までに前記算出部が算出した前記変化量比である切替前変化量比を記憶し、前記移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、記憶した前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する。
(Section 4)
The method for controlling a material testing machine according to item 4 includes a load mechanism that moves a moving member to apply a load to a test object, and measures a first physical quantity that occurs in the test object or the load mechanism according to the load. a first measurement unit that measures a second physical quantity that serves as a response in feedback control of the load mechanism; a first change amount that indicates a change in the first physical quantity measured by the first measurement unit; a calculation unit that calculates a change amount ratio that is a ratio to a second change amount indicating a change in the second physical quantity measured by the second measurement unit; and based on the change amount ratio calculated by the calculation unit, an actual and a feedback control unit that feedback-controls the load mechanism so as to reduce the deviation between the second physical quantity and a target second physical quantity that is a target value of the second physical quantity. wherein the control device stores the pre-switching change ratio, which is the change ratio calculated by the calculating unit from the start of the material test to before the movement direction of the moving member is switched. and feedback-controlling the load mechanism so as to reduce the deviation based on the stored pre-switching variation ratio for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched.

第4項に記載の材料試験機の制御方法によれば、第1項に記載の材料試験機と同様の効果を奏する。 According to the control method of the material testing machine described in item 4, the same effects as those of the material testing machine described in item 1 can be obtained.

1 材料試験機
2 試験機本体
10 クロスヘッド(移動部材)
12 負荷機構
30 制御装置
56 記憶部
541 応力測定部(第2測定部)
542 ひずみ測定部(第1測定部)
543 制御コンプライアンス算出部(算出部)
544 フィードバック制御部
561 切替前制御コンプライアンス(切替前変化量比)
561 目標データ
562 目標データ
DW 下方向(第2方向)
F 試験力(負荷)
SA ひずみ(第1物理量)
SAd ひずみ変化量(第1変化量)
SE 応力(第2物理量)
SEc 目標応力(目標第2物理量)
SEd 応力変化量(第2変化量)
SEs 測定応力(実際の前記第2物理量)
Comp 制御コンプライアンス(変化量比)
TP 試験片(試験対象)
e 偏差
1 material testing machine 2 testing machine body 10 crosshead (moving member)
12 load mechanism 30 control device 56 storage unit 541 stress measurement unit (second measurement unit)
542 Strain measurement unit (first measurement unit)
543 control compliance calculator (calculator)
544 Feedback control unit 561 Pre-switching control compliance (pre-switching variation ratio)
561 target data 562 target data DW downward direction (second direction)
F Test force (load)
SA strain (first physical quantity)
SAd Strain change amount (first change amount)
SE stress (second physical quantity)
SEc target stress (target second physical quantity)
SEd stress change amount (second change amount)
SEs Measured stress (actual second physical quantity)
Comp Control compliance (variation ratio)
TP test piece (test object)
e Deviation

Claims (4)

移動部材を移動させて試験片に負荷を付与する負荷機構と、
前記負荷に応じて前記試験片又は前記負荷機構に生じる第1物理量を測定する第1測定部と、
前記負荷機構のフィードバック制御において応答となる第2物理量を測定する第2測定部と、
前記第1測定部が測定した前記第1物理量の変化を示す第1変化量と、前記第2測定部が測定した前記第2物理量の変化を示す第2変化量との比である変化量比を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて、実際の前記第2物理量と、前記第2物理量の目標値である目標第2物理量との偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
材料試験を開始してから前記移動部材が移動方向を切り替える前までに前記算出部が算出した前記変化量比であり、且つ前記試験片が弾性状態である場合の切替前変化量比を記憶する記憶部と、を備え、
前記フィードバック制御部は、前記移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する、
材料試験機。
a load mechanism that moves the moving member to apply a load to the test piece ;
a first measuring unit that measures a first physical quantity generated in the test piece or the load mechanism according to the load;
a second measuring unit that measures a second physical quantity that is a response in feedback control of the load mechanism;
A change ratio that is a ratio between a first change amount indicating a change in the first physical quantity measured by the first measuring unit and a second change amount indicating a change in the second physical quantity measured by the second measuring unit a calculation unit that calculates
feedback-controlling the load mechanism so as to reduce a deviation between the actual second physical quantity and a target second physical quantity, which is a target value of the second physical quantity, based on the change amount ratio calculated by the calculator; a feedback controller;
It is the change amount ratio calculated by the calculation unit from the start of the material test to before the moving member switches the moving direction , and the change amount ratio before switching when the test piece is in an elastic state and a storage unit for storing,
The feedback control unit feedback-controls the load mechanism so as to reduce the deviation based on the pre-switching variation ratio stored in the storage unit for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched.
material testing machine.
前記フィードバック制御部は、
前記移動部材の移動方向を切り替えた際、前記算出部が算出した最新の前記変化量比と前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比とのうち、負荷機構に与える指示値が小さい前記変化量比を、前記所定期間、前記偏差に乗じて前記負荷機構をフィードバック制御する、
請求項1記載の材料試験機。
The feedback control unit is
When the movement direction of the moving member is switched, the change in which the instruction value given to the load mechanism is smaller than the latest change amount ratio calculated by the calculation unit and the change amount ratio before switching stored by the storage unit. feedback-controlling the load mechanism by multiplying the deviation by the quantity ratio for the predetermined period;
The material testing machine according to claim 1.
前記負荷機構は、前記移動部材を第1方向に移動させて前記試験片に試験力を付与し、前記移動部材を第2方向に移動させて前記試験片に付与された前記試験力を除荷し、
前記フィードバック制御部は、前記移動部材の移動方向を前記第1方向から前記第2方向へ切り替えた際、所定期間、前記記憶部が記憶する前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する、
請求項1又は2に記載の材料試験機。
The load mechanism moves the moving member in a first direction to apply a test force to the test piece , and moves the moving member in a second direction to remove the test force applied to the test piece . death,
The feedback control unit reduces the deviation based on the pre-switching change amount ratio stored in the storage unit for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched from the first direction to the second direction. feedback-controlling the load mechanism to
The material testing machine according to claim 1 or 2.
移動部材を移動させて試験片に負荷を付与する負荷機構と、
前記負荷に応じて前記試験片又は前記負荷機構に生じる第1物理量を測定する第1測定部、前記負荷機構のフィードバック制御において応答となる第2物理量を測定する第2測定部、前記第1測定部が測定した前記第1物理量の変化を示す第1変化量と、前記第2測定部が測定した前記第2物理量の変化を示す第2変化量との比である変化量比を算出する算出部、及び、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて、実際の前記第2物理量と、前記第2物理量の目標値である目標第2物理量との偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御するフィードバック制御部、を有する制御装置と、を備える材料試験機の制御方法であって、
前記制御装置が、
材料試験を開始してから前記移動部材が移動方向を切り替える前までに前記算出部が算出した前記変化量比であり、且つ前記試験片が弾性状態である場合の切替前変化量比を記憶し、
前記移動部材の移動方向を切り替えた際、所定期間、記憶した前記切替前変化量比に基づいて前記偏差を減少させるように前記負荷機構をフィードバック制御する、
材料試験機の制御方法。
a load mechanism that moves the moving member to apply a load to the test piece ;
A first measurement unit that measures a first physical quantity generated in the test piece or the load mechanism according to the load, a second measurement unit that measures a second physical quantity that becomes a response in feedback control of the load mechanism, and the first measurement A calculation for calculating a change amount ratio, which is a ratio of a first change amount indicating a change in the first physical quantity measured by the second measurement unit and a second change amount indicating a change in the second physical quantity measured by the second measurement unit and the load mechanism so as to reduce a deviation between the actual second physical quantity and a target second physical quantity, which is a target value of the second physical quantity, based on the variation ratio calculated by the calculating section. A control method for a material testing machine comprising a control device having a feedback control unit that feedback-controls the
The control device
It is the change amount ratio calculated by the calculation unit from the start of the material test to before the moving member switches the moving direction , and the change amount ratio before switching when the test piece is in an elastic state remember,
feedback-controlling the load mechanism so as to reduce the deviation based on the stored pre-switching variation ratio for a predetermined period when the moving direction of the moving member is switched;
Control method of material testing machine.
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