(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023037157
(43)【公開日】2023-03-15
(54)【発明の名称】材料試験機
(51)【国際特許分類】
G01N 3/06 20060101AFI20230308BHJP
G01N 3/32 20060101ALI20230308BHJP
【ＦＩ】
G01N3/06
G01N3/32 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021143725
(22)【出願日】2021-09-03
(71)【出願人】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001081
【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】萩原 大輔
(72)【発明者】
【氏名】西村 泰紀
(72)【発明者】
【氏名】松浦 融
【テーマコード（参考）】
2G061
【Ｆターム（参考）】
2G061AA02
2G061AB06
2G061BA07
2G061BA15
2G061DA02
2G061EA01
2G061EA02
2G061EB05
2G061EB06
2G061EC02
(57)【要約】
【課題】供試体の特性が非線形性を有する場合に、適正な制御パラメータを決定する。
【解決手段】疲労試験機１は、油圧アクチュエータ１５を備え、油圧アクチュエータ１５によって供試体ＳＰに試験力ＦＰを付与し、供試体ＳＰを変形させて疲労試験を行う疲労試験機１であって、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化する場合に、供試体ＳＰの剛性値ＲＧの最大値ＭＲを求める剛性算出部２１２と、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて、油圧アクチュエータ１５の動作を規定する制御パラメータ（ＰＧ，ＩＧ，ＤＧ）の値を決定する制御決定部２１４と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】疲労試験機１は、油圧アクチュエータ１５を備え、油圧アクチュエータ１５によって供試体ＳＰに試験力ＦＰを付与し、供試体ＳＰを変形させて疲労試験を行う疲労試験機１であって、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化する場合に、供試体ＳＰの剛性値ＲＧの最大値ＭＲを求める剛性算出部２１２と、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて、油圧アクチュエータ１５の動作を規定する制御パラメータ（ＰＧ，ＩＧ，ＤＧ）の値を決定する制御決定部２１４と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アクチュエータを備え、前記アクチュエータによって供試体に試験力を付与し、前記供試体を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、
前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、前記供試体の剛性値の最大値を求める剛性算出部と、
前記剛性値の最大値に基づいて、前記アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定する制御決定部と、
を備える、材料試験機。
前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、前記供試体の剛性値の最大値を求める剛性算出部と、
前記剛性値の最大値に基づいて、前記アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定する制御決定部と、
を備える、材料試験機。
【請求項2】
前記剛性算出部は、
前記材料試験における前記変位の最小値と、前記変位の最大値との間を複数の区間に分割し、
前記複数の区間の各々における前記剛性値を算出し、
前記剛性値の最大値を求める、
請求項１に記載の材料試験機。
前記材料試験における前記変位の最小値と、前記変位の最大値との間を複数の区間に分割し、
前記複数の区間の各々における前記剛性値を算出し、
前記剛性値の最大値を求める、
請求項１に記載の材料試験機。
【請求項3】
前記変位と前記試験力とを所定時間毎に取得する取得部を備え、
前記複数の区間の各々は、前記取得部が所定個数の前記変位及び前記試験力を取得する期間に対応し、
前記剛性算出部は、前記所定個数の前記変位及び前記試験力から前記剛性値を算出する、
請求項２に記載の材料試験機。
前記複数の区間の各々は、前記取得部が所定個数の前記変位及び前記試験力を取得する期間に対応し、
前記剛性算出部は、前記所定個数の前記変位及び前記試験力から前記剛性値を算出する、
請求項２に記載の材料試験機。
【請求項4】
前記変位の最大値を含む前記区間における前記剛性値である第１剛性値と、前記変位の最小値を含む前記区間における前記剛性値である第２剛性値と、に基づいて、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化するか否かを判定する判定部を備える、
請求項２又は請求項３に記載の材料試験機。
請求項２又は請求項３に記載の材料試験機。
【請求項5】
前記判定部は、前記第１剛性値の前記第２剛性値に対する比が、所定閾値以上である場合に、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化すると判定する、
請求項４に記載の材料試験機。
請求項４に記載の材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、材料試験機に関する。
【背景技術】
【0002】
疲労試験機において、作業者の手間を軽減する種々の技術が知られている。
例えば、特許文献１に記載の疲労試験機は、繰り返し波形の振幅および周波数範囲を設定する手段を設け、試験片の装着状態で、設定された周波数範囲で周波数を順次自動的に変化させながら、設定された振幅のもとに試験片に試験力が加わるように負荷機構（油圧シリンダ）を駆動制御し、周波数ごとの力検出手段の出力を取り込み、試験片を含む系の周波数応答特性を表すグラフを作成して表示等の出力を行う。
例えば、特許文献１に記載の疲労試験機は、繰り返し波形の振幅および周波数範囲を設定する手段を設け、試験片の装着状態で、設定された周波数範囲で周波数を順次自動的に変化させながら、設定された振幅のもとに試験片に試験力が加わるように負荷機構（油圧シリンダ）を駆動制御し、周波数ごとの力検出手段の出力を取り込み、試験片を含む系の周波数応答特性を表すグラフを作成して表示等の出力を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－２９２４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載の疲労試験機等の材料試験機では、供試体の特性の非線形性を考慮せずに、制御パラメータの調整を行っていた。
非線形な特性をもつ供試体に対して、例えば、アクチュエータの変位に対して試験力が線形に変化すると仮定して制御パラメータを調整する場合には、制御が不安定となり、供試体に過負荷がかかる場合があった。
また、例えば、作業者が安全な制御パラメータを設定する場合には、応答性が悪い状態で試験を行わざるを得なかった。
非線形な特性をもつ供試体に対して、例えば、アクチュエータの変位に対して試験力が線形に変化すると仮定して制御パラメータを調整する場合には、制御が不安定となり、供試体に過負荷がかかる場合があった。
また、例えば、作業者が安全な制御パラメータを設定する場合には、応答性が悪い状態で試験を行わざるを得なかった。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、供試体の特性が非線形性を有する場合に、適正な制御パラメータを決定することの可能な材料試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る材料試験機は、アクチュエータを備え、前記アクチュエータによって供試体に試験力を付与し、前記供試体を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、前記供試体の剛性値の最大値を求める剛性算出部と、前記剛性値の最大値に基づいて、前記アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定する制御決定部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明に係る材料試験機は、供試体の剛性値の最大値に基づいて、アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定するため、適正な制御パラメータを決定できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施形態に係る疲労試験機の構成の一例を示す図である。
【図2】供試体の変位と試験力との関係の一例を示すグラフである。
【図3】制御装置の構成の一例を示す図である。
【図4】供試体の剛性の変化の一例を示すグラフである。
【図5】供試体の変位と試験力との関係の一例を示すグラフである。
【図6】制御パラメータの一例を示す図表である。
【図7】本実施形態に係る制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。
【0010】
図１は、本実施形態に係る疲労試験機１の構成の一例を示す図である。
疲労試験機１は、供試体ＳＰの疲労試験を行う。疲労試験機１は、例えば、供試体ＳＰに試験力ＦＰを繰り返し印加する。試験力ＦＰ及び繰り返し回数は、予め設定される。繰り返し回数は、例えば、１０２回～１０８回である。
図１に示すように、疲労試験機１は、試験機本体１０と、制御ユニット２０と、を備える。
試験機本体１０は、制御ユニット２０からの指示に従って、供試体ＳＰの疲労試験を実行する。制御ユニット２０は、試験機本体１０の動作を制御する。
疲労試験機１は、「材料試験機」の一例に対応する。
疲労試験機１は、供試体ＳＰの疲労試験を行う。疲労試験機１は、例えば、供試体ＳＰに試験力ＦＰを繰り返し印加する。試験力ＦＰ及び繰り返し回数は、予め設定される。繰り返し回数は、例えば、１０２回～１０８回である。
図１に示すように、疲労試験機１は、試験機本体１０と、制御ユニット２０と、を備える。
試験機本体１０は、制御ユニット２０からの指示に従って、供試体ＳＰの疲労試験を実行する。制御ユニット２０は、試験機本体１０の動作を制御する。
疲労試験機１は、「材料試験機」の一例に対応する。
【0011】
図１に示すように、試験機本体１０は、基台１１上に、一対の支柱１２ａ，１２ｂと、ヨーク１３と、によって負荷枠を形成し、支柱１２ａ，１２ｂに、クロスヘッド１４を固定して構成される。
【0012】
基台１１には、油圧アクチュエータ１５が配置され、油圧アクチュエータ１５のピストンロッド１５ａには、供試体ＳＰの下端を固定する下部治具１６ａが取り付けられる。また、クロスヘッド１４には、ロードセル１７を介して、供試体ＳＰの上端を固定する上部治具１６ｂが取り付けられる。
ロードセル１７は、供試体ＳＰに作用する試験力ＦＰを検出する。
ロードセル１７は、供試体ＳＰに作用する試験力ＦＰを検出する。
【0013】
油圧アクチュエータ１５は、サーボ弁１８によって、圧油方向と圧油量とが制御されて、ピストンロッド１５ａが伸縮する。その結果、上部治具１６ｂと下部治具１６ａとの間に固定された供試体ＳＰに試験力ＦＰが印加される。油圧アクチュエータ１５のストローク、すなわち供試体ＳＰの変位Ｘは、油圧アクチュエータ１５に取り付けられた差動トランス１９によって検出される。
油圧アクチュエータ１５は、「アクチュエータ」の一例に対応する。
油圧アクチュエータ１５は、「アクチュエータ」の一例に対応する。
【0014】
制御ユニット２０は、信号入出力装置２１Ａ、制御装置２１Ｂ、及び、入出力装置２２を備える。
信号入出力装置２１Ａは、試験機本体１０と制御装置２１Ｂとの間に配置され、制御装置２１Ｂに入出力される種々の信号を処理する。
信号入出力装置２１Ａは、第１増幅器２３、第１Ａ／Ｄ変換器２４、第２増幅器２７、第２Ａ／Ｄ変換器２８、第３増幅器２５、及びＤ／Ａ変換器２６を備える。
信号入出力装置２１Ａは、試験機本体１０と制御装置２１Ｂとの間に配置され、制御装置２１Ｂに入出力される種々の信号を処理する。
信号入出力装置２１Ａは、第１増幅器２３、第１Ａ／Ｄ変換器２４、第２増幅器２７、第２Ａ／Ｄ変換器２８、第３増幅器２５、及びＤ／Ａ変換器２６を備える。
【0015】
第１増幅器２３は、ロードセル１７から出力される試験力信号ＳＧ１を増幅し、第１Ａ／Ｄ変換器２４に出力する。
第１Ａ／Ｄ変換器２４は、第１増幅器２３によって増幅された試験力信号をＡ／Ｄ変換して、試験力情報ＦＤを生成し、生成した試験力情報ＦＤを制御装置２１Ｂに出力する。試験力情報ＦＤは、供試体ＳＰに印加される試験力ＦＰを示す。
第２増幅器２７は、差動トランス１９から出力される変位信号ＳＧ２を増幅し、第２Ａ／Ｄ変換器２８に出力する。
第２Ａ／Ｄ変換器２８は、第２増幅器２７によって増幅された変位信号をＡ／Ｄ変換して、変位情報ＸＤを生成し、生成した変位情報ＸＤを制御装置２１Ｂに出力する。変位情報ＸＤは、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘを示す。
第１Ａ／Ｄ変換器２４は、第１増幅器２３によって増幅された試験力信号をＡ／Ｄ変換して、試験力情報ＦＤを生成し、生成した試験力情報ＦＤを制御装置２１Ｂに出力する。試験力情報ＦＤは、供試体ＳＰに印加される試験力ＦＰを示す。
第２増幅器２７は、差動トランス１９から出力される変位信号ＳＧ２を増幅し、第２Ａ／Ｄ変換器２８に出力する。
第２Ａ／Ｄ変換器２８は、第２増幅器２７によって増幅された変位信号をＡ／Ｄ変換して、変位情報ＸＤを生成し、生成した変位情報ＸＤを制御装置２１Ｂに出力する。変位情報ＸＤは、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘを示す。
【0016】
制御装置２１Ｂは、第１Ａ／Ｄ変換器２４から入力される試験力情報ＦＤと、第２Ａ／Ｄ変換器２８から入力される変位情報ＸＤとに基づいて、指令情報ｄＸを生成し、指令情報ｄＸをＤ／Ａ変換器２６に出力する。
Ｄ／Ａ変換器２６は、制御装置２１Ｂから入力される指令情報ｄＸをＤ／Ａ変換し、指令信号を生成し、生成した指令信号を第３増幅器２５に出力する。
第３増幅器２５は、Ｄ／Ａ変換器２６から出力される制御信号を増幅し、増幅した制御信号ＳＧ３をサーボ弁１８に出力する。
サーボ弁１８は、第３増幅器２５から出力される制御信号ＳＧ３に従って、油圧アクチュエータ１５に対して、圧油方向と圧油量とを制御する。
Ｄ／Ａ変換器２６は、制御装置２１Ｂから入力される指令情報ｄＸをＤ／Ａ変換し、指令信号を生成し、生成した指令信号を第３増幅器２５に出力する。
第３増幅器２５は、Ｄ／Ａ変換器２６から出力される制御信号を増幅し、増幅した制御信号ＳＧ３をサーボ弁１８に出力する。
サーボ弁１８は、第３増幅器２５から出力される制御信号ＳＧ３に従って、油圧アクチュエータ１５に対して、圧油方向と圧油量とを制御する。
【0017】
入出力装置２２は、例えば、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘの最小値ＸＮ、変位Ｘの最大値ＸＭ、及び変位Ｘの周波数等を、制御装置２１Ｂへ入力する入力部と、供試体ＳＰの荷重変位特性等を試験結果として出力する出力部と、を備える。
【0018】
また、疲労試験機１が実行する疲労試験は、例えば、繰り返し回数に到達するまで連続して実行される。繰り返し回数は、例えば、例えば、１０２回～１０８回である。繰り返し回数の１回は、変位Ｘの変化の１周期Ｗに対応する。
換言すれば、変位Ｘの変化の１周期Ｗの繰り返し回数倍の時間だけ、疲労試験機１は、疲労試験を連続して実行する。ただし、供試体ＳＰが破壊又は破損したと判断した場合には、疲労試験機１は、疲労試験を終了する。
換言すれば、変位Ｘの変化の１周期Ｗの繰り返し回数倍の時間だけ、疲労試験機１は、疲労試験を連続して実行する。ただし、供試体ＳＰが破壊又は破損したと判断した場合には、疲労試験機１は、疲労試験を終了する。
【0019】
図２は、供試体ＳＰの変位Ｘと試験力ＦＰとの関係の一例を示すグラフである。供試体ＳＰは、例えば、プラスチックであり、具体的には、例えば、エポキシ樹脂である。
図２の横軸は、変位Ｘを示し、図２の縦軸は、試験力ＦＰを示す。グラフＧ１は、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係の一例を示す。変位Ｘは、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘである。
図２の横軸は、変位Ｘを示し、図２の縦軸は、試験力ＦＰを示す。グラフＧ１は、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係の一例を示す。変位Ｘは、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘである。
【0020】
グラフＧ１は、グラフＧ１１とグラフＧ１２とを含む。グラフＧ１１は、変位Ｘが増加する場合の変位Ｘと試験力ＦＰとの関係の一例を示す。グラフＧ１２は、変位Ｘが減少する場合の変位Ｘと試験力ＦＰとの関係の一例を示す。
グラフＧ１の傾きは、供試体ＳＰの剛性値ＲＧを示す。剛性値ＲＧは、次の式（１）で求められる。
ＲＧ＝ΔＦＰ／ΔＸ （１）
すなわち、変位Ｘが微小変位ΔＸだけ増加した場合における試験力ＦＰの変化量ΔＦＰによって、剛性値ＲＧが求められる。微小変位ΔＸは、例えば、０．０１ｍｍである。
グラフＧ１の傾きは、供試体ＳＰの剛性値ＲＧを示す。剛性値ＲＧは、次の式（１）で求められる。
ＲＧ＝ΔＦＰ／ΔＸ （１）
すなわち、変位Ｘが微小変位ΔＸだけ増加した場合における試験力ＦＰの変化量ΔＦＰによって、剛性値ＲＧが求められる。微小変位ΔＸは、例えば、０．０１ｍｍである。
【0021】
グラフＧ１に示すように、供試体ＳＰの剛性値ＲＧは、変位Ｘが大きい程大きくなる。また、図２に示すように、グラフＧ１は、下に凸の曲線であるため、供試体ＳＰの剛性値ＲＧは、非線形性を有する。換言すれば、図２では、油圧アクチュエータ１５の変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化する。
【0022】
図３は、制御装置２１Ｂの構成の一例を示す図である。
制御装置２１Ｂは、試験機本体１０に疲労試験を実行させる。
制御装置２１Ｂは、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等のストレージ装置と、信号入出力装置２１Ａ、及び入出力装置２２の各々とのインターフェース回路と、各種の電子回路と、を有するコンピュータを備える。
制御装置２１Ｂは、試験機本体１０に疲労試験を実行させる。
制御装置２１Ｂは、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等のストレージ装置と、信号入出力装置２１Ａ、及び入出力装置２２の各々とのインターフェース回路と、各種の電子回路と、を有するコンピュータを備える。
【0023】
制御装置２１Ｂは、例えば、パーソナルコンピュータで構成され、試験機本体１０の動作を制御する。制御装置２１Ｂは、プロセッサ２１Ｃと、メモリ２１Ｄと、を備える。
プロセッサ２１Ｃは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で構成される。
メモリ２１Ｄは、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)やＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)等で構成される。メモリ２１Ｄは、制御プログラムＰＧＭを記憶する。
プロセッサ２１Ｃは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で構成される。
メモリ２１Ｄは、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)やＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)等で構成される。メモリ２１Ｄは、制御プログラムＰＧＭを記憶する。
【0024】
なお、制御装置２１Ｂは、パーソナル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つ又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。また、制御装置２１Ｂは、例えば、タブレット端末、又はスマートフォン等で構成されてもよい。
また、制御装置２１Ｂは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等、プログラムされたハードウェアを備えてもよい。また、制御装置２１Ｂは、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）－ＦＰＧＡを備えてもよい。
また、制御装置２１Ｂは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等、プログラムされたハードウェアを備えてもよい。また、制御装置２１Ｂは、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）－ＦＰＧＡを備えてもよい。
【0025】
図３に示すように、制御装置２１Ｂは、取得部２１１と、剛性算出部２１２と、判定部２１３と、制御決定部２１４と、試験実行部２１５と、測定値記憶部２１６と、パラメータ記憶部２１７と、を備える。
具体的には、制御装置２１Ｂのプロセッサ２１Ｃが制御プログラムＰＧＭを実行することによって、取得部２１１、剛性算出部２１２、判定部２１３、制御決定部２１４、及び試験実行部２１５として機能する。また、制御装置２１Ｂのプロセッサ２１Ｃが制御プログラムＰＧＭを実行することによって、メモリ２１Ｄを、測定値記憶部２１６、及びパラメータ記憶部２１７として機能させる。
具体的には、制御装置２１Ｂのプロセッサ２１Ｃが制御プログラムＰＧＭを実行することによって、取得部２１１、剛性算出部２１２、判定部２１３、制御決定部２１４、及び試験実行部２１５として機能する。また、制御装置２１Ｂのプロセッサ２１Ｃが制御プログラムＰＧＭを実行することによって、メモリ２１Ｄを、測定値記憶部２１６、及びパラメータ記憶部２１７として機能させる。
【0026】
測定値記憶部２１６は、取得部２１１によって取得された試験力情報ＦＤと変位情報ＸＤと時間Ｔとを対応付けて記憶する。時間Ｔは、疲労試験を開始した時点からの経過時間である。なお、疲労試験は、試験実行部２１５によって試験機本体１０に対して指示される。試験機本体１０は、試験実行部２１５からの指示に従って、疲労試験を実行する。なお、図４を参照して説明するように、取得部２１１は、例えば、１ｍｓｅｃ毎に、試験力情報ＦＤと変位情報ＸＤとを取得する。
【0027】
パラメータ記憶部２１７は、制御決定部２１４が決定した制御パラメータを記憶する。制御パラメータは、試験実行部２１５によって読み出される。
本実施形態では、試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、指令情報ｄＸを制御する。そこで、制御パラメータは、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧを含む。
本実施形態では、試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、指令情報ｄＸを制御する。そこで、制御パラメータは、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧを含む。
【0028】
取得部２１１は、変位Ｘと試験力ＦＰとを所定時間ΔＴ毎に取得する。具体的には、取得部２１１は、変位情報ＸＤと試験力情報ＦＤとを所定時間ΔＴ毎に信号入出力装置２１Ａから取得する。所定時間ΔＴは、例えば、１ｍｓｅｃである。換言すれば、所定時間ΔＴは、互いに隣接する２つの測定点の時間間隔を示す。測定点は、取得部２１１が変位Ｘと試験力ＦＰとを取得するタイミングを示す。
また、取得部２１１は、例えば、疲労試験を開始した時点からの経過時間である時間Ｔを試験実行部２１５から取得する。また、取得部２１１は、例えば、変位情報ＸＤと試験力情報ＦＤとを信号入出力装置２１Ａから最初に取得した時点からの経過時間を時間Ｔとして取得してもよい。
また、取得部２１１は、取得された試験力情報ＦＤと変位情報ＸＤと時間Ｔとを対応付けて測定値記憶部２１６に記憶させる。
また、取得部２１１は、例えば、疲労試験を開始した時点からの経過時間である時間Ｔを試験実行部２１５から取得する。また、取得部２１１は、例えば、変位情報ＸＤと試験力情報ＦＤとを信号入出力装置２１Ａから最初に取得した時点からの経過時間を時間Ｔとして取得してもよい。
また、取得部２１１は、取得された試験力情報ＦＤと変位情報ＸＤと時間Ｔとを対応付けて測定値記憶部２１６に記憶させる。
【0029】
本実施形態では、所定時間ΔＴが１ｍｓｅｃである場合について説明するが、これに限定されない。所定時間ΔＴが長い程、制御装置２１Ｂの処理が簡素化される。所定時間ΔＴが短い程、剛性値ＲＧを正確に取得できる。
【0030】
剛性算出部２１２は、疲労試験における変位Ｘの最小値と、変位Ｘの最大値との間を複数の区間に分割する。そして、剛性算出部２１２は、複数の区間の各々における剛性値ＲＧを算出し、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを求める。
本実施形態では、取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。時間ＴＡの前後１００点の測定点は、例えば、時間ＴＡの前の測定点５０点と、時間ＴＡの後の測定点４９点と、時間ＴＡの測定点とで構成される。１点の測定点は、変位Ｘと試験力ＦＰとを取得部２１１が取得するタイミングに対応する。
剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。
１００点の測定点における「１００」は、「所定個数」の一例に対応する。
本実施形態では、取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。時間ＴＡの前後１００点の測定点は、例えば、時間ＴＡの前の測定点５０点と、時間ＴＡの後の測定点４９点と、時間ＴＡの測定点とで構成される。１点の測定点は、変位Ｘと試験力ＦＰとを取得部２１１が取得するタイミングに対応する。
剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。
１００点の測定点における「１００」は、「所定個数」の一例に対応する。
【0031】
本実施形態では、時間ＴＡの前後１００点の測定点を用いて剛性値ＲＧを算出する場合について説明するが、これに限定されない。測定点の点数が少ない程、制御装置２１Ｂの処理が簡素化される。測定点の点数が多い程、剛性値ＲＧを正確に算出できる。
【0032】
時間ＴＡの前後１００点の測定点は、「区間」の一例に対応する。なお、所定時間ΔＴは、例えば、１ｍｓｅｃであるため、時間ＴＡの前後１００点の測定点の測定時間、すなわち区間の長さは、例えば、０．１ｓｅｃ（＝１ｍｓｅｃ×１００）である。
１００点は、「所定個数」の一例に対応する。
本実施形態では、剛性算出部２１２は、時間ＴＡを、所定時間ΔＴずつ増加し、所定時間ΔＴだけ増加する度に、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。すなわち、剛性算出部２１２は、「区間」を所定時間ΔＴずつズラして、剛性値ＲＧを算出する。換言すれは、本実施形態では、剛性算出部２１２は、１ｍｓｅｃ毎に剛性値ＲＧを算出する。
剛性値ＲＧについては、図４を参照して更に説明する。
１００点は、「所定個数」の一例に対応する。
本実施形態では、剛性算出部２１２は、時間ＴＡを、所定時間ΔＴずつ増加し、所定時間ΔＴだけ増加する度に、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。すなわち、剛性算出部２１２は、「区間」を所定時間ΔＴずつズラして、剛性値ＲＧを算出する。換言すれは、本実施形態では、剛性算出部２１２は、１ｍｓｅｃ毎に剛性値ＲＧを算出する。
剛性値ＲＧについては、図４を参照して更に説明する。
【0033】
本実施形態では、所定時間ΔＴ毎に剛性値ＲＧを算出する場合について説明するが、これに限定されない。剛性値ＲＧを算出する時間間隔が長い程、制御装置２１Ｂの処理が簡素化される。剛性値ＲＧを算出する時間間隔が短い程、剛性値ＲＧの変化を正確に算出できる。
【0034】
判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化するか否かを判定する。
判定部２１３は、例えば、第１剛性値ＲＧ１と第２剛性値ＲＧ２と、に基づいて、供試体ＳＰが変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化するか否かを判定する。
第１剛性値ＲＧ１は、変位Ｘの最大値ＸＭを含む区間における剛性値ＲＧである。第１剛性値ＲＧ１は、剛性値ＲＧの最大値ＭＲと一致する。
第２剛性値ＲＧ２は、変位Ｘの最小値ＸＮを含む区間における剛性値ＲＧである。
具体的には、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比が、所定閾値以上である場合に、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。所定閾値は、例えば、１．１である。
第１剛性値ＲＧ１及び第２剛性値ＲＧ２については、図４を参照して更に説明する。
判定部２１３は、例えば、第１剛性値ＲＧ１と第２剛性値ＲＧ２と、に基づいて、供試体ＳＰが変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化するか否かを判定する。
第１剛性値ＲＧ１は、変位Ｘの最大値ＸＭを含む区間における剛性値ＲＧである。第１剛性値ＲＧ１は、剛性値ＲＧの最大値ＭＲと一致する。
第２剛性値ＲＧ２は、変位Ｘの最小値ＸＮを含む区間における剛性値ＲＧである。
具体的には、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比が、所定閾値以上である場合に、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。所定閾値は、例えば、１．１である。
第１剛性値ＲＧ１及び第２剛性値ＲＧ２については、図４を参照して更に説明する。
【0035】
制御決定部２１４は、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて、油圧アクチュエータ１５の動作を規定する制御パラメータの値を決定する。剛性値ＲＧの最大値ＭＲは、第１剛性値ＲＧ１と一致する。
本実施形態では、試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、指令情報ｄＸを制御する。そこで、制御パラメータは、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧを含む。
本実施形態では、試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、指令情報ｄＸを制御する。そこで、制御パラメータは、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧを含む。
【0036】
試験実行部２１５は、供試体ＳＰの疲労試験を実行する。試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、指令情報ｄＸを制御する。試験実行部２１５は、制御パラメータの値を決定するための予備試験と、供試体ＳＰの疲労試験とを実行する。
予備試験では、例えば、供試体ＳＰと同等の特性を有する模擬供試体を用いて、疲労試験と同等の振幅及び周波数で模擬疲労試験を実行する。ここでは、便宜上、模擬供試体が供試体ＳＰと同一である場合について説明する。
ただし、疲労試験では、繰り返し回数は、例えば、例えば、１０２回～１０８回であるのに対して、模擬疲労試験では、繰り返し回数は、例えば、５回である。また、予備試験では、制御パラメータの値として、制御が不安定とならない安全な値に設定する。
予備試験では、例えば、供試体ＳＰと同等の特性を有する模擬供試体を用いて、疲労試験と同等の振幅及び周波数で模擬疲労試験を実行する。ここでは、便宜上、模擬供試体が供試体ＳＰと同一である場合について説明する。
ただし、疲労試験では、繰り返し回数は、例えば、例えば、１０２回～１０８回であるのに対して、模擬疲労試験では、繰り返し回数は、例えば、５回である。また、予備試験では、制御パラメータの値として、制御が不安定とならない安全な値に設定する。
【0037】
また、本実施形態では、図３を参照して説明した取得部２１１、剛性算出部２１２、判定部２１３、及び制御決定部２１４の処理は、予備試験の試験中に実行される。なお、剛性算出部２１２、判定部２１３、及び制御決定部２１４の処理のうちの少なくとも１つの処理は、予備試験の試験完了後に実行してもよい。
【0038】
図４は、供試体ＳＰの剛性値ＲＧの変化の一例を示すグラフである。ただし、図４に示すグラフは、試験実行部２１５が実行する予備試験における測定点に基づいて生成される。
図４の横軸は時間Ｔを示し、図４の右縦軸は、試験力ＦＰを示し、図４の左縦軸は、剛性値ＲＧを示す。
グラフＧ２１は、試験力ＦＰの変化を示す。グラフＧ２２は、剛性値ＲＧの変化を示す。グラフＧ２３は、剛性値ＲＧの平均値を示す。
図４の横軸は時間Ｔを示し、図４の右縦軸は、試験力ＦＰを示し、図４の左縦軸は、剛性値ＲＧを示す。
グラフＧ２１は、試験力ＦＰの変化を示す。グラフＧ２２は、剛性値ＲＧの変化を示す。グラフＧ２３は、剛性値ＲＧの平均値を示す。
【0039】
周期Ｗは、予備試験における模擬疲労試験の周期である。周期Ｗは、例えば、２秒間である。換言すれば、模擬疲労試験の周波数は、０．５Ｈｚである。
【0040】
グラフＧ２２に示す剛性値ＲＧは、剛性算出部２１２によって算出される。剛性値ＲＧは、グラフＧ２１に示す試験力ＦＰの増加に伴って増加し、グラフＧ２１に示す試験力ＦＰの減少に伴って減少する。しかしながら、図４での供試体ＳＰは、非線形の特性を有するため、グラフＧ２２に示す剛性値ＲＧの変化は正弦波ではなく、複雑な波形形状を示している。
ただし、図４に示す４周期の各々の剛性値ＲＧの変化を示す波形は、概ね一致している。換言すれば、図５に示すように、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係は、グラフＧ３１に示すように、概ね１つの曲線上を変化する。なお、図５のグラフＧ３１に示す曲線は、図２に示す曲線と同様に下に凸の曲線である。
また、グラフＧ２２に示すように、剛性値ＲＧの最大値ＭＲは、約８５ｋＮである。
ただし、図４に示す４周期の各々の剛性値ＲＧの変化を示す波形は、概ね一致している。換言すれば、図５に示すように、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係は、グラフＧ３１に示すように、概ね１つの曲線上を変化する。なお、図５のグラフＧ３１に示す曲線は、図２に示す曲線と同様に下に凸の曲線である。
また、グラフＧ２２に示すように、剛性値ＲＧの最大値ＭＲは、約８５ｋＮである。
【0041】
グラフＧ２３に示す剛性値ＲＧの平均値は、剛性算出部２１２によって算出された剛性値ＲＧの、その時点までの平均値を示す。例えば、時間Ｔが２ｓｅｃにおける剛性値ＲＧの平均値は、時間Ｔが０ｓｅｃから２ｓｅｃまでに剛性算出部２１２によって算出された２０００個の剛性値ＲＧの平均値を示す。グラフＧ２３に示すように、剛性値ＲＧの平均値は、約７０ｋＮ／ｍｍに収束する。
【0042】
図５は、供試体ＳＰの変位Ｘと試験力ＦＰとの関係の一例を示すグラフである。なお、図５に示すグラフは、試験実行部２１５が実行する予備試験における測定点に基づいて生成される。
図５の横軸は変位Ｘを示し、図５の縦軸は、試験力ＦＰを示す。
グラフＧ３１は、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係を示す。グラフＧ３１に示す曲線は、図２に示す曲線と同様に下に凸の曲線である。
グラフＧ３１に示すように、変位Ｘの最小値ＸＮは０．１０ｍｍであり、変位Ｘの最大値ＸＭは、０．２０ｍｍである。また、グラフＧ３１に示すように、試験力ＦＰの最小値は１５００Ｎであり、試験力ＦＰの最大値は８５００Ｎである。
図５の横軸は変位Ｘを示し、図５の縦軸は、試験力ＦＰを示す。
グラフＧ３１は、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係を示す。グラフＧ３１に示す曲線は、図２に示す曲線と同様に下に凸の曲線である。
グラフＧ３１に示すように、変位Ｘの最小値ＸＮは０．１０ｍｍであり、変位Ｘの最大値ＸＭは、０．２０ｍｍである。また、グラフＧ３１に示すように、試験力ＦＰの最小値は１５００Ｎであり、試験力ＦＰの最大値は８５００Ｎである。
【0043】
グラフＧ３２は、グラフＧ３１において変位Ｘが最大の点ＰＭにおけるグラフＧ３１の接線を示す。グラフＧ３２の傾きは、点ＰＭにおける第１剛性値ＲＧ１を示す。
グラフＧ３３は、グラフＧ３１において変位Ｘが最小の点ＰＮにおけるグラフＧ３１の接線を示す。グラフＧ３３の傾きは、点ＰＭにおける第２剛性値ＲＧ２を示す。
図５では、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比が約１．４であり、所定閾値（＝１．１）以上であるため、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。
グラフＧ３３は、グラフＧ３１において変位Ｘが最小の点ＰＮにおけるグラフＧ３１の接線を示す。グラフＧ３３の傾きは、点ＰＭにおける第２剛性値ＲＧ２を示す。
図５では、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比が約１．４であり、所定閾値（＝１．１）以上であるため、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。
【0044】
なお、図５に示すグラフＧ３１をＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等のディスプレイに表示してもよいし、プリンターによって印刷してもよい。この場合には、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化することをユーザーが容易に確認できる。
また、ユーザーが、供試体ＳＰが非線形性について予め知得している場合には、図５に示すグラフＧ３１を表示、又は印刷することによって、ユーザーが治具の不備や取り付けの不具合を推定できる。例えば、供試体ＳＰが非線形性を有さないときに、図５に示すグラフＧ３１にように、供試体ＳＰが非線形性を有するとの結果が得られた場合には、ユーザーが治具の不備や取り付けの不具合を推定できる。
また、ユーザーが、供試体ＳＰが非線形性について予め知得している場合には、図５に示すグラフＧ３１を表示、又は印刷することによって、ユーザーが治具の不備や取り付けの不具合を推定できる。例えば、供試体ＳＰが非線形性を有さないときに、図５に示すグラフＧ３１にように、供試体ＳＰが非線形性を有するとの結果が得られた場合には、ユーザーが治具の不備や取り付けの不具合を推定できる。
【0045】
図６は、制御パラメータの一例を示す図表である。
図４を参照して説明したように、剛性値ＲＧの平均値は、約７０ｋＮ／ｍｍである。剛性値ＲＧが７０ｋＮ／ｍｍの場合には、制御パラメータは、図６に示すように、例えば、比例ゲインＰＧが「２５５」に設定され、積分ゲインＩＧが「５」に設定され、微分ゲインＤＧが「０．１」に設定され、フィルター係数Ｎは「１００」に設定される。
図４を参照して説明したように、剛性値ＲＧの平均値は、約７０ｋＮ／ｍｍである。剛性値ＲＧが７０ｋＮ／ｍｍの場合には、制御パラメータは、図６に示すように、例えば、比例ゲインＰＧが「２５５」に設定され、積分ゲインＩＧが「５」に設定され、微分ゲインＤＧが「０．１」に設定され、フィルター係数Ｎは「１００」に設定される。
【0046】
なお、制御パラメータを構成する比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、微分ゲインＤＧ、及びフィルター係数Ｎは次の式（２）で表される。
なお、偏差Ｅ（ｓ）に乗じて、操作量Ｕ（ｓ）を求める伝達関数として、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、微分ゲインＤＧ、及びフィルター係数Ｎが規定される。
【数1】
【0047】
また、図４のグラフＧ２２に示すように、剛性値ＲＧの最大値が８５ｋＮ／ｍｍである場合には、制御パラメータは、図６に示すように、例えば、比例ゲインＰＧが「２１５」に設定され、積分ゲインＩＧが「５」に設定され、微分ゲインＤＧが「０．１」に設定され、フィルター係数Ｎは「１００」に設定される。
【0048】
すなわち、例えば、剛性値ＲＧの平均値に基づいて制御パラメータを設定する場合には、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて制御パラメータを設定する場合と比較して、比例ゲインＰＧが過大な値に設定される。その結果、制御が不安定となり、供試体ＳＰに過負荷がかかる場合があった。
【0049】
剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて制御パラメータを設定することによって、適正な制御パラメータを決定できる。その結果、制御が不安定となること、及び供試体ＳＰに過負荷がかかることを抑制できる。
【0050】
また、作業者が安全な制御パラメータを設定する場合には、応答性が悪い状態で試験を行わざるを得なかったが、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて制御パラメータを設定することによって、適正な制御パラメータを決定できる。その結果、応答性の良好な状態で試験を行うことができる。
【0051】
図７は、本実施形態に係る制御装置２１Ｂの処理の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１において、取得部２１１は、変位Ｘと試験力ＦＰとを所定時間ΔＴ毎に取得する。所定時間ΔＴは、例えば、１ｍｓｅｃである。
次に、ステップＳ１０３において、剛性算出部２１２は、剛性値ＲＧを算出する。取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。具体的には、剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。
まず、ステップＳ１０１において、取得部２１１は、変位Ｘと試験力ＦＰとを所定時間ΔＴ毎に取得する。所定時間ΔＴは、例えば、１ｍｓｅｃである。
次に、ステップＳ１０３において、剛性算出部２１２は、剛性値ＲＧを算出する。取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。具体的には、剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。
【0052】
次に、ステップＳ１０５において、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１を算出する。第１剛性値ＲＧ１は、変位Ｘの最大値ＸＭを含む区間における剛性値ＲＧである。本実施形態では、区間は、１００点の測定点に対応する。
次に、ステップＳ１０７において、判定部２１３は、第２剛性値ＲＧ２を算出する。第２剛性値ＲＧ２は、変位Ｘの最小値ＸＮを含む区間における剛性値ＲＧである。
次に、ステップＳ１０９において、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比（＝ＲＧ１／ＲＧ２）が、所定閾値以上であるか否かを判定する。所定閾値は、例えば、１．１である。
次に、ステップＳ１０７において、判定部２１３は、第２剛性値ＲＧ２を算出する。第２剛性値ＲＧ２は、変位Ｘの最小値ＸＮを含む区間における剛性値ＲＧである。
次に、ステップＳ１０９において、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比（＝ＲＧ１／ＲＧ２）が、所定閾値以上であるか否かを判定する。所定閾値は、例えば、１．１である。
【0053】
第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比が、所定閾値以上ではないと判定部２１３が判定した場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）には、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化しないと判定し、その後、処理が終了する。第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比が、所定閾値以上であると判定部２１３が判定した場合（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１１１へ進む。
そして、ステップＳ１１１において、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。
そして、ステップＳ１１１において、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。
【0054】
次に、ステップＳ１１３において、制御決定部２１４は、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを取得する。本実施形態では、剛性値ＲＧの最大値ＭＲは、第１剛性値ＲＧ１と一致する。
次に、ステップＳ１１５において、制御決定部２１４は、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて、油圧アクチュエータ１５の動作を規定する制御パラメータの値を決定する。その後、処理が終了する。本実施形態では、試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、油圧アクチュエータ１５の動作を制御する。そこで、制御パラメータは、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧを含む。比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧは、上記式（２）で規定される。
次に、ステップＳ１１５において、制御決定部２１４は、剛性値ＲＧの最大値ＭＲに基づいて、油圧アクチュエータ１５の動作を規定する制御パラメータの値を決定する。その後、処理が終了する。本実施形態では、試験実行部２１５は、ＰＩＤ制御によって、油圧アクチュエータ１５の動作を制御する。そこで、制御パラメータは、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧを含む。比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧ、及び微分ゲインＤＧは、上記式（２）で規定される。
【0055】
図３～図７を参照して説明したように、剛性算出部２１２は、疲労試験における変位Ｘの最小値と、変位Ｘの最大値との間を複数の区間に分割する。そして、剛性算出部２１２は、複数の区間の各々における剛性値ＲＧを算出し、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを求める。したがって、区間を適正に設定することによって、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを適正に算出できる。
本実施形態では、取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。時間ＴＡの前後１００点の測定点は、「区間」の一例に対応する。区間を本実施形態のように設定することによって、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを適正に算出できる。
本実施形態では、取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。時間ＴＡの前後１００点の測定点は、「区間」の一例に対応する。区間を本実施形態のように設定することによって、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを適正に算出できる。
【0056】
また、剛性算出部２１２は、所定個数（１００個）の測定点の各々に対応する変位Ｘ及び試験力ＦＰから剛性値ＲＧを算出するため、剛性値ＲＧを適正に算出できる。
本実施形態では、剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。したがって、剛性値ＲＧを適正に算出できる。
本実施形態では、剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。したがって、剛性値ＲＧを適正に算出できる。
【0057】
また、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１と第２剛性値ＲＧ２とに基づいて、供試体ＳＰが変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化するか否かを判定する。第１剛性値ＲＧ１は、変位Ｘの最大値ＸＭを含む区間における剛性値ＲＧである。第２剛性値ＲＧ２は、変位Ｘの最小値ＸＮを含む区間における剛性値ＲＧである。したがって、供試体ＳＰが変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化するか否かを適正に判定できる。
【0058】
また、判定部２１３は、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比（＝ＲＧ１／ＲＧ２）が、所定閾値以上である場合に、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。したがって、所定閾値を適正な値に設定することによって、供試体ＳＰが変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化するか否かを適正に判定できる。
【0059】
上述した本実施形態は、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。
【0060】
（第１項）
第１態様に関わる材料試験機は、アクチュエータを備え、前記アクチュエータによって供試体に試験力を付与し、前記供試体を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、前記供試体の剛性値の最大値を求める剛性算出部と、前記剛性値の最大値に基づいて、前記アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定する制御決定部と、を備える。
第１態様に関わる材料試験機は、アクチュエータを備え、前記アクチュエータによって供試体に試験力を付与し、前記供試体を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、前記供試体の剛性値の最大値を求める剛性算出部と、前記剛性値の最大値に基づいて、前記アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定する制御決定部と、を備える。
【0061】
第１項に記載の材料試験機によれば、前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、剛性値の最大値に基づいて、前記アクチュエータの動作を規定する制御パラメータの値を決定する。
よって、前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、制御パラメータの値を適正に決定できる。したがって、制御が不安定となること、及び供試体に過負荷がかかることを抑制できると共に、応答性の良好な状態で試験を行うことができる。
よって、前記アクチュエータの変位に対して前記試験力が非線形に変化する場合に、制御パラメータの値を適正に決定できる。したがって、制御が不安定となること、及び供試体に過負荷がかかることを抑制できると共に、応答性の良好な状態で試験を行うことができる。
【0062】
（第２項）
第１項に記載の材料試験機において、前記剛性算出部は、前記材料試験における前記変位の最小値と、前記変位の最大値との間を複数の区間に分割し、前記複数の区間の各々における前記剛性値を算出し、前記剛性値の最大値を求める。
第１項に記載の材料試験機において、前記剛性算出部は、前記材料試験における前記変位の最小値と、前記変位の最大値との間を複数の区間に分割し、前記複数の区間の各々における前記剛性値を算出し、前記剛性値の最大値を求める。
【0063】
第２項に記載の材料試験機によれば、前記材料試験における前記変位の最小値と、前記変位の最大値との間を複数の区間に分割し、前記複数の区間の各々における前記剛性値を算出し、前記剛性値の最大値を求める。
したがって、区間を適正に設定することによって、剛性値の最大値を適正に算出できる。
本実施形態では、取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。時間ＴＡの前後１００点の測定点は、「区間」の一例に対応する。区間を本実施形態のように設定することによって、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを適正に算出できる。
したがって、区間を適正に設定することによって、剛性値の最大値を適正に算出できる。
本実施形態では、取得部２１１が、例えば、時間ＴＡにおいて変位情報ＸＤ及び試験力情報ＦＤを取得する場合に、剛性算出部２１２は、時間ＴＡの前後１００点の測定点に基づき、時間ＴＡに対応する剛性値ＲＧを算出する。時間ＴＡの前後１００点の測定点は、「区間」の一例に対応する。区間を本実施形態のように設定することによって、剛性値ＲＧの最大値ＭＲを適正に算出できる。
【0064】
（第３項）
第２項に記載の材料試験機において、前記変位と前記試験力とを所定時間毎に取得する取得部を備え、前記複数の区間の各々は、前記取得部が所定個数の前記変位及び前記試験力を取得する期間に対応し、前記剛性算出部は、前記所定個数の前記変位及び前記試験力から前記剛性値を算出する。
第２項に記載の材料試験機において、前記変位と前記試験力とを所定時間毎に取得する取得部を備え、前記複数の区間の各々は、前記取得部が所定個数の前記変位及び前記試験力を取得する期間に対応し、前記剛性算出部は、前記所定個数の前記変位及び前記試験力から前記剛性値を算出する。
【0065】
第３項に記載の材料試験機によれば、前記取得部が取得した前記所定個数の前記変位及び前記試験力から前記剛性値を算出する。
したがって、前記剛性値を適正に算出できる。
本実施形態では、剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。したがって、剛性値ＲＧを適正に算出できる。
したがって、前記剛性値を適正に算出できる。
本実施形態では、剛性算出部２１２は、例えば、変位Ｘを横軸とし、試験力ＦＰを縦軸として、時間ＴＡの前後１００点の測定点について、最小二乗法によって近似直線を算出する。そして、剛性算出部２１２は、近似直線の傾きを剛性値ＲＧとして求める。したがって、剛性値ＲＧを適正に算出できる。
【0066】
（第４項）
第２項又は第３項に記載の材料試験機において、前記変位の最大値を含む前記区間における前記剛性値である第１剛性値と、前記変位の最小値を含む前記区間における前記剛性値である第２剛性値と、に基づいて、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化するか否かを判定する判定部を備える。
第２項又は第３項に記載の材料試験機において、前記変位の最大値を含む前記区間における前記剛性値である第１剛性値と、前記変位の最小値を含む前記区間における前記剛性値である第２剛性値と、に基づいて、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化するか否かを判定する判定部を備える。
【0067】
第４項に記載の材料試験機によれば、前記変位の最大値を含む前記区間における前記剛性値である第１剛性値と、前記変位の最小値を含む前記区間における前記剛性値である第２剛性値と、に基づいて、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化するか否かを判定する。
したがって、簡素な処理で、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化するか否かを適正に判定できる。
本実施形態では、図４を参照して説明したように、グラフＧ３２の傾きに対応する第１剛性値ＲＧ１が、グラフＧ３３の傾きに対応する第２剛性値ＲＧ２と比較して大きい。そこで、グラフＧ３１に示すように、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係を示す曲線は下に凸の曲線である。したがって、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化することを適正に判定できる。
したがって、簡素な処理で、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化するか否かを適正に判定できる。
本実施形態では、図４を参照して説明したように、グラフＧ３２の傾きに対応する第１剛性値ＲＧ１が、グラフＧ３３の傾きに対応する第２剛性値ＲＧ２と比較して大きい。そこで、グラフＧ３１に示すように、変位Ｘと試験力ＦＰとの関係を示す曲線は下に凸の曲線である。したがって、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化することを適正に判定できる。
【0068】
（第５項）
第４項に記載の材料試験機において、前記判定部は、前記第１剛性値の前記第２剛性値に対する比が、所定閾値以上である場合に、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化すると判定する。
第４項に記載の材料試験機において、前記判定部は、前記第１剛性値の前記第２剛性値に対する比が、所定閾値以上である場合に、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化すると判定する。
【0069】
第５項に記載の材料試験機によれば、前記第１剛性値の前記第２剛性値に対する比が、所定閾値以上である場合に、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化すると判定する。
したがって、簡素な処理で、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化することを適正に判定できる。
本実施形態では、図４を参照して説明したように、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比（＝ＲＧ１／ＲＧ２）が約１．４であり、所定閾値（＝１．１）以上であるため、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。
したがって、簡素な処理で、前記供試体が、前記変位に対して前記試験力が非線形に変化することを適正に判定できる。
本実施形態では、図４を参照して説明したように、第１剛性値ＲＧ１の第２剛性値ＲＧ２に対する比（＝ＲＧ１／ＲＧ２）が約１．４であり、所定閾値（＝１．１）以上であるため、判定部２１３は、供試体ＳＰが、変位Ｘに対して試験力ＦＰが非線形に変化すると判定する。
【0070】
なお、本実施形態に係る疲労試験機１は、あくまでも本発明に係る「材料試験機」の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。
例えば、本実施形態では、「材料試験機」が疲労試験機１である場合について説明するが、これに限定されない。「材料試験機」が、アクチュエータを備え、アクチュエータによって供試体に試験力を付与し、供試体を変形させて材料試験を行えばよい。「材料試験機」が、例えば、引張試験機、圧縮試験機、曲げ試験機、ねじり試験機、クリープ試験機、衝撃試験機等であってもよい。
例えば、本実施形態では、「材料試験機」が疲労試験機１である場合について説明するが、これに限定されない。「材料試験機」が、アクチュエータを備え、アクチュエータによって供試体に試験力を付与し、供試体を変形させて材料試験を行えばよい。「材料試験機」が、例えば、引張試験機、圧縮試験機、曲げ試験機、ねじり試験機、クリープ試験機、衝撃試験機等であってもよい。
【0071】
本実施形態では、「アクチュエータ」が油圧アクチュエータ１５である場合について説明するが、これに限定されない。「アクチュエータ」が、例えば、電動アクチュエータ、すなわち、モータであってもよい。
【0072】
本実施形態では、試験実行部２１５が、ＰＩＤ制御によって、油圧アクチュエータ１５を制御する場合について説明したが、これに限定されない。試験実行部２１５が、例えば、ＰＩ制御、又は、ＰＤ制御等によって、油圧アクチュエータ１５を制御してもよい。
【0073】
また、図１、及び図３に示した各機能部は機能的構成を示すものであって、具体的な実装形態は特に制限されない。つまり、必ずしも各機能部に個別に対応するハードウェアが実装される必要はなく、一つのプロセッサがプログラムを実行することで複数の機能部の機能を実現する構成とすることも勿論可能である。また、上記実施形態においてソフトウェアで実現される機能の一部をハードウェアで実現してもよく、或いは、ハードウェアで実現される機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。
【0074】
また、図７に示すフローチャートの処理単位は、制御装置２１Ｂの処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。図７のフローチャートに示す処理単位の分割の仕方や名称によって制限されることはなく、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできるし、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。また、上記のフローチャートの処理順序も、図示した例に限られるものではない。
【0075】
また、疲労試験機１の制御装置２１Ｂは、プロセッサ２１Ｃに、制御プログラムＰＧＭを実行させる。また、この制御プログラムＰＧＭは、コンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体に記録しておくことも可能である。記録媒体としては、磁気的、光学的記録媒体又は半導体メモリデバイスを用いることができる。
具体的には、フレキシブルディスク、ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ、光磁気ディスク、フラッシュメモリ、カード型記録媒体等の可搬型、或いは固定式の記録媒体が挙げられる。
また、記録媒体は、制御装置２１Ｂが備える内部記憶装置であるＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の不揮発性記憶装置であってもよい。また、制御プログラムＰＧＭをサーバ装置等に記憶させておき、サーバ装置から制御装置２１Ｂに、制御プログラムＰＧＭをダウンロードしてもよい。
具体的には、フレキシブルディスク、ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ、光磁気ディスク、フラッシュメモリ、カード型記録媒体等の可搬型、或いは固定式の記録媒体が挙げられる。
また、記録媒体は、制御装置２１Ｂが備える内部記憶装置であるＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の不揮発性記憶装置であってもよい。また、制御プログラムＰＧＭをサーバ装置等に記憶させておき、サーバ装置から制御装置２１Ｂに、制御プログラムＰＧＭをダウンロードしてもよい。
【符号の説明】
【0076】
１ 疲労試験機（材料試験機）
１０ 試験機本体
１４ クロスヘッド
１５ 油圧アクチュエータ（アクチュエータ）
１５ａ ピストンロッド
１６ａ 下部治具
１６ｂ 上部治具
１７ ロードセル
１８ サーボ弁
１９ 差動トランス
２０ 制御ユニット
２１Ａ 信号入出力装置
２１Ｂ 制御装置
２１Ｃ プロセッサ
２１Ｄ メモリ
２１１ 取得部
２１２ 剛性算出部
２１３ 判定部
２１４ 制御決定部
２１５ 試験実行部
２１６ 測定値記憶部
２１７ パラメータ記憶部
ＰＧＭ 制御プログラム
ＰＧ 比例ゲイン
ＩＧ 積分ゲイン
ＤＧ 微分ゲイン
Ｎ フィルター係数
ＦＰ 試験力
ＦＤ 試験力情報
ＲＧ 剛性値
ＲＧ１ 第１剛性値
ＲＧ２ 第２剛性値
ＭＲ 最大値
ＳＧ１ 試験力信号
ＳＧ２ 変位信号
ＳＧ３ 制御信号
ＳＰ 供試体
Ｔ、ＴＡ 時間
Ｗ 周期
Ｘ 変位
ＸＤ 変位情報
ＸＭ 最大値
ＸＮ 最小値
ｄＸ 指令情報
ΔＦＰ 変化量
ΔＴ 所定時間
ΔＸ 微小変位
１０ 試験機本体
１４ クロスヘッド
１５ 油圧アクチュエータ（アクチュエータ）
１５ａ ピストンロッド
１６ａ 下部治具
１６ｂ 上部治具
１７ ロードセル
１８ サーボ弁
１９ 差動トランス
２０ 制御ユニット
２１Ａ 信号入出力装置
２１Ｂ 制御装置
２１Ｃ プロセッサ
２１Ｄ メモリ
２１１ 取得部
２１２ 剛性算出部
２１３ 判定部
２１４ 制御決定部
２１５ 試験実行部
２１６ 測定値記憶部
２１７ パラメータ記憶部
ＰＧＭ 制御プログラム
ＰＧ 比例ゲイン
ＩＧ 積分ゲイン
ＤＧ 微分ゲイン
Ｎ フィルター係数
ＦＰ 試験力
ＦＤ 試験力情報
ＲＧ 剛性値
ＲＧ１ 第１剛性値
ＲＧ２ 第２剛性値
ＭＲ 最大値
ＳＧ１ 試験力信号
ＳＧ２ 変位信号
ＳＧ３ 制御信号
ＳＰ 供試体
Ｔ、ＴＡ 時間
Ｗ 周期
Ｘ 変位
ＸＤ 変位情報
ＸＭ 最大値
ＸＮ 最小値
ｄＸ 指令情報
ΔＦＰ 変化量
ΔＴ 所定時間
ΔＸ 微小変位
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】