特許 7081546 材料試験機、及び、材料試験機の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-30

(45)【発行日】2022-06-07

(54)【発明の名称】材料試験機、及び、材料試験機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/08 20060101AFI20220531BHJP

   G01N 3/06 20060101ALI20220531BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20220531BHJP

【ＦＩ】

G01N3/08

G01N3/06

G05B13/02 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019060296

(22)【出願日】2019-03-27

(65)【公開番号】P2020159897

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-06-16

(73)【特許権者】

【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】特許業務法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松浦 融

【審査官】北条 弥作子

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２２２２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０８－０００９３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２００４－５１０１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／００１７１４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３３７０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０４９２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１６４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７８１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／００－ ３／６２

Ｇ０５Ｂ １３／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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物理量の変化を示す第１変化量を測定する第１測定部と、
前記負荷機構のフィードバック制御における応答となる物理量を示す応答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変化量と、前記第２測定部が測定した前記応答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、
材料試験開始時の前記変化量比である初期変化量比と、材料試験中の前記変化量比の変化における最小値に対する最大値の倍率と、前記変化量比の上限値と、を記憶する記憶部と、
前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値を上回る場合、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値以下となるように前記算出部が算出した前記変化量比を補正する補正部と、
前記補正部が補正した前記変化量比に基づいて、前記試験対象における実際の前記応答物理量と、前記応答物理量の目標値である目標応答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、を備える、
材料試験機。

【請求項2】

前記補正部は、
前記倍率を乗じた前記初期変化量比で前記上限値を除した補正係数を算出し、算出した補正係数を前記算出部が算出した前記変化量比に乗ずることにより補正する、
請求項１に記載の材料試験機。

【請求項3】

前記補正部は、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値以下である場合、前記算出部が算出した前記変化量比を補正せず、
前記フィードバック制御部は、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて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。

【請求項4】

前記第１測定部は、前記第１変化量として前記負荷機構の移動量を測定し、
前記第２測定部は、前記応答物理量として前記試験対象に付与されている試験力を測定し、
前記変化量比は、前記負荷機構の移動量と前記試験力の増減量との比を示す制御コンプライアンスであり、
前記フィードバック制御部は、前記偏差に前記制御コンプライアンスを乗じることによって、前記偏差を前記試験力から前記負荷機構の移動量に換算し、換算した前記負荷機構の移動量に基づいて前記負荷機構をフィードバック制御する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の材料試験機。

【請求項5】

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物理量の変化である第１変化量を測定する第１測定部と、
前記負荷機構のフィードバック制御における応答となる物理量を示す応答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変化量と、前記第２測定部が測定した前記応答物理量の変化を示す第２変化量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、
材料試験開始時の前記変化量比である初期変化量比と、材料試験の前記変化量比の変化における最小値に対する最大値の倍率と、前記変化量比の上限値と、を記憶し、
前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値を上回る場合、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値以下となるように前記算出部が算出した前記変化量比を補正し、
補正した前記変化量比に基づいて、前記試験対象における実際の前記応答物理量と、前記応答物理量の目標値である目標応答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、
材料試験機の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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制御対象とする計測値をフィードバックする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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３３７８１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載のような材料試験機では、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の駆動対象に与える指示値と相関の最も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。ところで、前記比は、試験対象に応じて材料試験中の変化が異なる。そのため、前記比には、負荷機構のフィードバック制御が不安定になることを回避するために上限値が設けられていることが多い。しかしながら、前記比に上限値が設けられていると、上限値を上回って前記比が変化する場合では、前記比が実際の変化に追従しない固定値としてフィードバック制御で加味されてしまい、負荷機構のフィードバック制御の精度が低下し得る。

【0005】

そこで、本発明は、試験対象に依ることなく、安定性を確保して精度良く負荷機構をフィードバック制御できる材料試験機、及び、材料試験機の制御方法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】

本発明の第１の態様は、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物理量の変化を示す第１変化量を測定する第１測定部と、前記負荷機構のフィードバック制御における応答となる物理量を示す応答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変化量と、前記第２測定部が測定した前記応答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、材料試験開始時の前記変化量比である初期変化量比と、材料試験中の前記変化量比の変化における最小値に対する最大値の倍率と、前記変化量比の上限値と、を記憶する記憶部と、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値を上回る場合、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値以下となるように前記算出部が算出した前記変化量比を補正する補正部と、前記補正部が補正した前記変化量比に基づいて、前記試験対象における実際の前記応答物理量と、前記応答物理量の目標値である目標応答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、を備える、材料試験機に関する。

【0007】

本発明の第２の態様は、前記補正部は、前記倍率を乗じた前記初期変化量比で前記上限値を除した補正係数を算出し、算出した補正係数を前記算出部が算出した前記変化量比に乗ずることにより補正する、材料試験機に関する。

【0008】

本発明の第３の態様は、前記補正部は、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値以下である場合、前記算出部が算出した前記変化量比を補正せず、前記フィードバック制御部は、前記算出部が算出した前記変化量比に基づいて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。

【0009】

本発明の第４の態様は、前記第１測定部は、前記第１変化量として前記負荷機構の移動量を測定し、前記第２測定部は、前記応答物理量として前記試験対象に付与されている試験力を測定し、前記変化量比は、前記負荷機構の移動量と前記試験力の増減量との比を示す制御コンプライアンスであり、前記フィードバック制御部は、前記偏差に前記制御コンプライアンスを乗じることによって、前記偏差を前記試験力から前記負荷機構の移動量に換算し、換算した前記負荷機構の移動量に基づいて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。

【0010】

本発明の第５の態様は、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物理量の変化である第１変化量を測定する第１測定部と、前記負荷機構のフィードバック制御における応答となる物理量を示す応答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変化量と、前記第２測定部が測定した前記応答物理量の変化を示す第２変化量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、材料試験開始時の前記変化量比である初期変化量比と、材料試験の前記変化量比の変化における最小値に対する最大値の倍率と、前記変化量比の上限値と、を記憶し、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値を上回る場合、前記倍率を乗じた前記初期変化量比が前記上限値以下となるように前記算出部が算出した前記変化量比を補正し、補正した前記変化量比に基づいて、前記試験対象における実際の前記応答物理量と、前記応答物理量の目標値である目標応答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、材料試験機の制御方法に関する。

【発明の効果】

【0011】

本発明の第１の態様によれば、倍率を乗じた初期変化量比が上限値を上回る場合に、当該初期変化量比が上限値を上回らないように変化量比を補正するため、試験対象に依ることなく材料試験中に変化する変化量比を上限値以下とすることができる。これにより、材料試験において変化量比が上限値の制約を受けることがないため、実際の変化に追従して変化する変化量比を負荷機構のフィードバック制御において加味できる。そのため、試験対象に依ることなく、安全性を確保して精度良く負荷機構をフィードバック制御できる。

【0012】

本発明の第２の態様によれば、倍数を乗じた変化量比で上限値を除した補正係数を、算出部が算出した変化量比に乗じて補正することで、材料試験において変化量比がどのように変化しても、補正した変化量比を上限値以下とすることができる。また、変化量比が増大した場合、負荷機構のフィードバック制御で加味する変化量比の最大値を上限値とすることができ、上限値から不必要に低い値となって変化量比が補正されることを防止できる。以上より、材料試験機は、応答性の低下を抑制しつつ、試験対象に依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。

【0013】

本発明の第３の態様によれば、不必要に変化量比を補正しないため不必要に変化量比が低い値となることがない。そのため、不必要に応答性が低下することを抑制しつつ、また、効率良く負荷機構をフィードバック制御できる。

【0014】

本発明の第４の態様によれば、制御コンプライアンスを乗じることにより試験対象に付与されている試験力の増減量を負荷機構の移動量に換算でき、負荷機構の移動量に基づいて負荷機構をフィードバック制御できる。

【0015】

本発明の第５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。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態の材料試験機の構成を模式的に示す図である。

【図2】負荷機構の制御系のブロック線図である。

【図3】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。

【図4】本実施形態の材料試験機の動作を示すフローチャートである。

【図5】従来の材料試験機により圧縮ホールド除荷試験を行った際の測定グラフである。

【図6】従来の材料試験機により圧縮ホールド除荷試験を行った際の測定グラフである。

【図7】従来の材料試験機により圧縮ホールド除荷試験を行った際の測定グラフである。

【図8】本実施形態の材料試験機により圧縮ホールド除荷を行った際の測定グラフである。

【図9】本実施形態の材料試験機により圧縮ホールド除荷を行った際の測定グラフである。

【図10】本実施形態の材料試験機により圧縮ホールド除荷を行った際の測定グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［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。
本実施形態の材料試験機１は、材料試験として圧縮試験を実行する場合を例示する。

【0018】

図１に示すように、材料試験機１は、試験片ＴＰに負荷として試験力Ｆを付与して圧縮試験を行う試験機本体２と、試験機本体２による圧縮試験動作を制御する制御ユニット４と、を備える。なお、図１では、試験片ＴＰの歪みを測定する際に使用する伸び計９０を備える材料試験機１を示している。伸び計９０は、試験片ＴＰの把持と解放を使用者の手作業に依らずに行う自動伸び計であり、試験片ＴＰを把持して、試験片ＴＰと共に変位する上アーム９２及び下アーム９３と、上アーム９２及び下アーム９３の変位を検出する歪みゲージ９１とを備える。

【0019】

［２．試験機本体の構成］

【0020】

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、このクロスヘッド１０を移動させて試験片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。試験力Ｆは、本発明の応答物理量の一例に対応する。また、ロードセル１４は、本発明の第２測定部の一例に対応する。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。

【0021】

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Ａ２を制御ユニット４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。

【0022】

クロスヘッド１０には、固定具２１Ａを介して圧盤２１が付設され、テーブル６には、固定具２２Ａを介して支持台２２が付設されている。試験機本体２は、圧縮試験において試験片ＴＰを圧縮する際、制御ユニット４の制御の下、支持台２２に載置された試験片ＴＰに対してクロスヘッド１０を下降させ、圧盤２１と支持台２２とにより試験片ＴＰに試験力Ｆを付与する。

【0023】

なお、材料試験機１は、圧盤２１及び支持台２２に代えて、試験片ＴＰの上端部を把持する上つかみ具と下端部を把持する下つかみ具とを備え、これらつかみ具により試験片ＴＰを把持した状態で、試験片ＴＰに圧縮試験の試験力Ｆを与える構成でもよい。

【0024】

［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。

【0025】

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、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号Ａ２、制御や試験に要する適宜の信号などである。

【0026】

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、圧縮試験の間、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。

【0027】

試験プログラム実行装置３４は、圧縮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。

【0028】

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。

【0029】

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、センサアンプ４２と、カウンタ回路４３と、サーボアンプ４４と、を有する。

【0030】

センサアンプ４２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。

【0031】

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Ａ２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Ｘ（ストローク値ともいう）を示す移動測定信号Ａ３を制御回路ユニット５０にデジタル信号で出力する。なお、ロータリエンコーダ２０とカウンタ回路４３とにより移動量測定部６０が構成され、この移動量測定部６０は、本発明の第１測定部の一例に対応する。また、クロスヘッド１０の移動量Ｘは、本発明の第１変化量の一例に対応する。

【0032】

なお、移動量測定部６０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Ｘを示す移動測定信号Ａ３を制御回路ユニット５０にデジタル信号で出力する。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

通信部５２は、試験プログラム実行装置３４との間で通信し、圧縮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、圧縮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。

【0036】

記憶部５６は、メモリデバイスにより構成され、初期制御コンプライアンス５６１、最大変化倍率５６２、上限値５６３、及び、目標データ５６４を記憶する。初期制御コンプライアンス５６１、最大変化倍率５６２、及び、上限値５６３については後述する。なお、初期制御コンプライアンス５６１は、本発明の初期変化量比の一例に対応する。また、最大変化倍率５６２は、本発明の倍率の一例に対応する。
目標データは、圧縮試験を含む材料試験における試験力Ｆやクロスヘッド１０の移動速度等の目標値の時間的変動を示す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。

【0037】

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圧縮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、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。

【0038】

［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は、本実施形態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。

【0039】

負荷機構１２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、クロスヘッド１０の移動速度に対応するサーボモータ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。

【0040】

図２に示すようにフィーバック制御のブロック線図は、減算器７０、変化量換算器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。

【0041】

減算器７０は、各制御周期において目標試験力Ｆｃ（ｔ）から測定試験力Ｆｓ（ｔ）を減じた偏差ｅ（ｔ）を算出し、算出した偏差ｅ（ｔ）を変化量換算器７１に出力する。なお、目標試験力Ｆｃは、目標となる試験力Ｆを示し、本発明の目標応答物理量の一例に対応する。また、測定試験力Ｆｓは、ロードセル１４が測定した試験力Ｆであり、図２においては試験力値とも表現される。

【0042】

変化量換算器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Ｃｏｍｐ（ｔ）を乗じて、当該偏差ｅ（ｔ）をクロスヘッド１０の移動量Ｘ（ｔ）に相当する偏差ｅ´（ｔ）に換算する。変化量換算器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。

【0043】

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。

【0044】

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）が示すクロスヘッド１０の移動量Ｘ（ｔ）から、クロスヘッド１０の移動速度に対応するサーボモータ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。

【0045】

［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、制御コンプライアンス算出部５４１、判別部５４２、制御コンプライアンス補正部５４３、及び、フィードバック制御部５４４を備える。制御コンプライアンス算出部５４１は、本発明の算出部の一例に対応する。また、制御コンプライアンス補正部５４３は、本発明の補正部の一例に対応する。

【0046】

制御コンプライアンス算出部５４１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に生じるフィードバック対象の物理量の変化と、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）と相関の最も高い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５４１は、移動量測定部６０が測定したクロスヘッド１０の移動量Ｘと、ロードセル１４が測定した測定試験力Ｆｓの増減量（以下、「試験力増減量」といい「Ｆｄ」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、試験力増減量Ｆｄは、本発明の第２変化量の一例に対応する。制御コンプライアンス算出部５４１は、例えば、以下の式（１）に基づいて制御コンプライアンスを算出する。
Ｃｏｍｐ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）／Ｆｄ（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、Ｘ（ｔ）は各制御周期におけるクロスヘッド１０の移動量Ｘを示す。また、Ｆｄ（ｔ）は各制御周期における試験力増減量Ｆｄ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の試験力Ｆの変化量である。

【0047】

判別部５４２は、記憶部５６から初期制御コンプライアンス５６１と最大変化倍率５６２と上限値５６３を読み出して、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回るか否かを判別する。なお、当該判別は、初期制御コンプライアンス５６１が、最大変化倍率５６２で除した上限値５６３を上回るか否かを判別することと同じである。

【0048】

ここで、判別部５４２の詳細について説明する前に、初期制御コンプライアンス５６１と最大変化倍率５６２と上限値５６３について説明する。
初期制御コンプライアンス５６１とは、圧縮試験開始時における制御コンプライアンスＣｏｍｐである。初期制御コンプライアンス５６１は、圧縮試験開始前に所定の方法により制御コンプライアンス算出部５４１に算出され、記憶部５６に記憶される。なお、本実施形態において圧縮試験開始時とは、試験片ＴＰの機械的性質を測定することを目的とした圧縮試験の開始する時を意味する。そのため、本実施形態では、クロスヘッド１０を移動させて試験片ＴＰに試験力Ｆを付与して初期制御コンプライアンス５６１を算出することは、圧縮試験の開始に含まれない。

【0049】

最大変化倍率５６２は、圧縮試験中の制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化における最小値に対する最大値の倍率である。例えば、圧縮試験中の制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化における最大値が「１００」であり、最小値が「１０」である場合、最大変化倍率５６２は、「１０」の倍率となる。最大変化倍率５６２は、圧縮試験において制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化が異なる種々の試験片ＴＰに基づいて、事前のテストやシミュレーション等によって予め適切に定められている。すなわち、最大変化倍率５６２は、種々の制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化における最小値に対する最大値の倍率である。例えば、変化幅が１０～３０の制御コンプライアンスＣｏｍｐと、変化幅が２０～５０の制御コンプライアンスＣｏｍｐと、変化幅が５０～１００の制御コンプライアンスＣｏｍｐとの３種の制御コンプライアンスＣｏｍｐに基づいて最大変化倍率５６２を設定するとする。この場合、最小値が「１０」であり最大値が「１００」であるため、最大変化倍率５６２は、１０倍率に設定される。

【0050】

上限値５６３は、サーボモータ１８のフィードバック制御で用いる制御コンプライアンスＣｏｍｐの上限を示す値である。この上限値５６３は、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。サーボモータ１８のフィードバック制御では、制御コンプライアンスＣｏｍｐがＰＩＤ制御のゲインとなる。そのため、サーボモータ１８のフィードバック制御の応答が過剰になって制御が不安定になることを回避するために、制御コンプライアンスＣｏｍｐには、上限値５６３が設けられている。

【0051】

次に、判別部５４２の判定について説明する。
図３は、制御コンプライアンスＣｏｍｐの時間変化特性の一例を示す図である。図３において特性Ｔｓ－１は、圧縮試験において時間経過と共に制御コンプライアンスＣｏｍｐが大きくなる場合の変化を示している。また、図３において特性Ｔｓ－２は、圧縮試験において時間経過と共に制御コンプライアンスＣｏｍｐが小さくなる場合の変化を示している。

【0052】

図３において、最大変化倍率５６２は５倍率を例示する。また、図３に示す制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化では、初期制御コンプライアンス５６１が「Ｓｆ」の値であるとする。また、図３では、「Ｓｆ」の初期制御コンプライアンス５６１に「５倍率」の最大変化倍率５６２を乗じた値が「Ｓｍａｘ」であるとする。

【0053】

判別部５４２が記憶部５６から読み出した上限値５６３が図３に示す「Ｊ１」であるとする。この場合、判別部５４２は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が「Ｊ１」の上限値５６３以下であると判別する。

【0054】

また、判別部５４２が読み出した上限値が図３に示す「Ｊ２」又は「Ｊ３」であるとする。この場合、判別部５４２は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が「Ｊ２」又は「Ｊ３」の上限値５６３を上回ると判別する。

【0055】

図１の説明に戻り、制御コンプライアンス補正部５４３は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回ると判別部５４２が判別した場合、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正する。制御コンプライアンス補正部５４３は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３以下となるように制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正する。つまり、制御コンプライアンス補正部５４３は、圧縮試験において変化する制御コンプライアンスＣｏｍｐの最大値が上限値５６３以下となるように制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正する。

【0056】

制御コンプライアンス補正部５４３は、以下の式（２）により補正係数を算出し、算出した補正係数を制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに乗じて補正する。
補正係数＝（上限値５６３／最大変化倍率５６２）／初期制御コンプライアンス５６１・・・（式２）

【0057】

この補正係数を制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに乗じて補正することで、補正された制御コンプライアンスＣｏｍｐは、圧縮試験において上限値５６３以下の値となる。
例えば、図３を参照して、判別部５４２が読み出した上限値５６３が図３に示す「Ｊ２」であり、判別部５４２が、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が「Ｊ２」の上限値５６３を上回ると判別したとする。この場合、制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化が特性Ｔｓ－１のように変化した場合でも、式（２）を乗じた補正によって、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐは、変化における最大値が上限値５６３となるように補正される。なお、制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化が特性Ｔｓ－２のように変化する場合、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐは、変化における最大値が「Ｊ２」の上限値５６３を最大変化倍率５６２で除した値となるように補正される。つまり、変化における最大値である初期制御コンプライアンス５６１が、上限値５６３より小さい値となって補正される。
材料試験機１にとっては、圧縮試験において制御コンプライアンスＣｏｍｐが特性Ｔｓ－１のように時間経過と共に増大する特性であるか、特性Ｔｓ－２のように時間経過と共に減少する特性であるかは未知である。したがって、制御コンプライアンス補正部５４３が上記のように制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正することで、どのように制御コンプライアンスＣｏｍｐが変化であっても、補正した制御コンプライアンスＣｏｍｐを上限値５６３以下にできる。

【0058】

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。フィードバック制御部５４４は、各制御周期において、目標試験力Ｆｃ（ｔ）とロードセル１４が測定した測定試験力Ｆｓとの偏差ｅ（ｔ）に、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐ、或いは、制御コンプライアンス補正部５４３が補正した制御コンプライアンスＣｏｍｐ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、測定試験力Ｆｓ（ｔ）と目標試験力Ｆｃ（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。

【0059】

［４．材料試験機の動作］
次に、材料試験機１の動作について説明する。
図４は、材料試験機１の動作を示すフローチャートであり、特にサーボモータ１８のフィードバック制御に係る動作を示すフローチャートである。

【0060】

図４に示すフローチャート開始時点では、所定の方法により初期制御コンプライアンス５６１が制御コンプライアンス算出部５４１により算出され、記憶部５６に記憶されているとする。

【0061】

制御回路ユニット５０の制御部５４の判別部５４２は、圧縮試験を開始するか否かを判別する（ステップＳＡ１）。例えば、判別部５４２は、通信部５２を介して試験プログラム実行装置３４から圧縮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。

【0062】

判別部５４２は、記憶部５６から初期制御コンプライアンス５６１、最大変化倍率５６２、及び、上限値５６３を読み出し、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回るか否かを判別する（ステップＳＡ２）。

【0063】

判別部５４２が、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３以下であると判別した場合（ステップＳＡ２：ＮＯ）、制御コンプライアンス補正部５４３は、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに乗じる補正係数を「１」に決定する（ステップＳＡ３）。

【0064】

一方、判別部５４２が、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回ると判別した場合（ステップＳＡ２：ＹＥＳ）、制御コンプライアンス補正部５４３は、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに乗じる補正係数を上記の式（２）に決定する（ステップＳＡ４）。

【0065】

制御コンプライアンス補正部５４３が補正係数を決定すると、フィードバック制御部５４４は、制御周期の実行タイミングが到来したか否かを判別する（ステップＳＡ５）。

【0066】

制御周期の実行タイミングが到来したと判別した場合（ステップＳＡ５：ＹＥＳ）、制御コンプライアンス算出部５４１は、制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出する（ステップＳＡ６）。ステップＳＡ６において、制御コンプライアンス算出部５４１は、ロードセル１４から出力される試験力測定信号Ａ１に基づいて試験片ＴＰに付与されている試験力Ｆを測定し、また、移動量測定部６０のカウンタ１３のカウント値に基づいて、クロスヘッド１０の移動量Ｘを測定する。

【0067】

次いで、制御コンプライアンス補正部５４３は、初回のステップＳＡ５の実行前に決定した補正係数を制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに乗じて補正する（ステップＳＡ７）。
補正係数を１と決定した場合、制御コンプライアンス補正部５４３は、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに１を乗じて補正する。なお、１を乗じる補正前後では、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐが変化しない。そのため、１を乗じる補正は、補正しないことと同じである。
補正係数を式（２）と決定した場合、制御コンプライアンス補正部５４３は、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに式（２）の補正係数を乗じて補正する。

【0068】

次いで、フィードバック制御部５４４は、目標試験力Ｆｃ（ｔ）から測定試験力Ｆｓ（ｔ）を減じて、偏差ｅ（ｔ）を算出する（ステップＳＡ６）。そして、フィードバック制御部５４４は、偏差ｅ（ｔ）にステップＳＡ７で補正した制御コンプライアンスＣｏｍｐを乗じて偏差ｅ´（ｔ）を算出する（ステップＳＡ８）。なお、ステップＳＡ８において、１を乗じることにより補正された制御コンプライアンスＣｏｍｐに基づいて偏差ｅ´（ｔ）を算出することは、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに基づいて偏差ｅ´（ｔ）を算出することと同じである。

【0069】

次いで、フィードバック制御部５４４は、偏差ｅ´（ｔ）に基づいて、目標試験力Ｆｃ（ｔ）と測定試験力Ｆｓ（ｔ）とを一致させるサーボモータ１８の回転量Ｔｒ（ｔ）を算出する（ステップＳＡ９）。

【0070】

そして、フィードバック制御部５４４は、算出した回転量Ｔｒ（ｔ）を示す指令信号Ｂ１をサーボアンプ４６に出力する（ステップＳＡ１０）。

【0071】

フィードバック制御部５４４は、圧縮試験を終了するか否かを判別する（ステップＳＡ１１）。フィードバック制御部５４４は、圧縮試験を終了しないと判別した場合（ステップＳＡ１１：ＮＯ）、処理をステップＳＡ５に戻す。一方、フィードバック制御部５４４は、圧縮試験を終了すると判別した場合（ステップＳＡ１１：ＹＥＳ）、本処理を終了する。

【0072】

［５．圧縮ホールド除荷試験の測定グラフ］
図５～図１０は、圧縮ホールド除荷試験を行った際の測定グラフである。圧縮ホールド除荷試験とは、圧縮試験の一種である。圧縮ホールド除荷試験は、試験開始に伴ってクロスヘッド１０を下方へ移動させて試験片ＴＰに付与する試験力Ｆを増加させ、その後にあるタイミングから所定期間クロスヘッド１０の移動を停止して試験片ＴＰに付与した試験力Ｆを所定期間一定に保ち、その後にクロスヘッド１０を上方に移動させて試験片ＴＰから付与する試験力Ｆを減少させる試験である。図５～図１０の測定が行われた圧縮ホールド除荷試験では、測定開始から１０秒まで試験力Ｆを増加させて試験片ＴＰを圧縮し、１０秒から２０秒まで試験片ＴＰに付与した試験力Ｆを一定に保ち、２０秒以降、試験片ＴＰから付与した試験力Ｆを減少させている。なお、図５～図７が示す測定と、図８～図１０が示す測定とにおいて、試験対象は、制御コンプライアンスＣｏｍｐの変化が同じ試験片ＴＰである。

【0073】

図５～図１０の測定グラフが示す圧縮ホールド除荷試験では、試験片ＴＰに圧縮する際、クロスヘッド１０の移動速度を一定にして圧縮力である試験力Ｆを定速増加させる試験条件が設定されているとする。また、図５～図１０の測定グラフが示す圧縮ホールド除荷試験では、試験片ＴＰから圧縮力を除く際、クロスヘッド１０の移動速度を一定にして試験力Ｆを定速減少させる試験条件が設定されているとする。また、図５～図１０の測定グラフが示す圧縮ホールド除荷試験では、上限値５６３が「２０」に設定されているとする。

【0074】

図５～図７は、従来の材料試験機１により圧縮ホールド除荷試験を行った際の測定グラフである。図８～図１０は、本発明の材料試験機１により圧縮ホールド除荷試験を行った際の測定グラフである。図５及び図８は、制御コンプライアンス算出部５４１が算出する制御コンプライアンスＣｏｍｐ、及び、サーボモータ１８のフィードバック制御で用いられる制御コンプライアンスＣｏｍｐの時間変化を示す測定グラフであり、横軸が時間（ｓｅｃ）に設定され、縦軸が制御コンプライアンスＣｏｍｐ（ｍｍ／Ｎ）に設定される。図６及び図９は、目標試験力Ｆｃと測定試験力Ｆｓとの時間変化を示す測定グラフであり、横軸が時間（ｓｅｃ）に設定され、縦軸が試験力Ｆ（Ｎ）に設定される。図７及び図１０は、単位時間当たりの試験力を示す試験力速度の目標と、実際の試験力速度との時間変化を示す測定データであり、横軸が時間（ｓｅｃ）に設定され、縦軸が試験力速度（Ｎ／ｓｅｃ）に設定される。なお、「Ｎ」はニュートンである。図７及び図１０における縦軸のプラスマイナスは、クロスヘッド１０の移動方向に対応している。

【0075】

図５において、特性グラフＴｇ１－１は、圧縮ホールド除荷試験において制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐの時間変化を示している。また、図５において、特性グラフＴｇ２－１は、圧縮ホールド除荷試験においてフィードバック制御に用いられた制御コンプライアンスＣｏｍｐの時間変化を示している。図５の特性グラフＴｇ１－１が示すように、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐは、試験開始から時刻ＴＡまで「２０」の上限値５６３を上回る。そのため、従来の材料試験機１では、図６の特性グラフＴｇ２－１が示すように、試験開始から時刻ＴＡまで「２０」の上限値５６３がフィードバック制御で用いられる。

【0076】

図６において、特性グラフＴｇ３－１は、目標試験力Ｆｃ（ｔ）の時間変化を示している。また、図６において、特性グラフＴｇ４－１は、測定試験力Ｆｓ（ｔ）の時間変化を示している。図７において、特性グラフＴｇ５－１は、試験力速度の目標の時間変化を示している。また、図７において、特性グラフＴｇ５－１は、実際の試験力速度の時間変化を示している。図６及び図７に示すように、測定試験力Ｆｓ（ｔ）、及び、実際の試験力速度は、目標値に対して変動幅を有していて、時間経過に対する目標値の変化に伴って一様に変化していない。例えば、図６において、約４秒から約７秒の区間や、約７秒から約１０秒の区間等では、目標値の比例増加に対して、測定試験力Ｆｓ（ｔ）が振れて変化している。特に、図７に示すように、試験力速度については、目標値に対する実際の試験力速度の変動幅が大きい。例えば、図７において、時刻ＴＢでは、目標値である０．０２（ｍｍ／ｓｅｃ）に対して、実際の試験力速度が約４０％の誤差を有している。このように測定試験力Ｆｓ、及び、実際の試験力速度が目標値に対して変動幅を有するのは、制御コンプライアンスＣｏｍｐが上限値５６３の制約を受け、サーボモータ１８のフィーバック制御において実際の変化に追従しない固定値として扱われるためである。

【0077】

図８において、特性グラフＴｇ１－２は、圧縮ホールド除荷試験において制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐの時間変化を示している。また、図８において、特性グラフＴｇ２－２は、制御コンプライアンス補正部５４３が補正した制御コンプライアンスＣｏｍｐであり、また、圧縮ホールド除荷試験においてフィードバック制御に用いられる制御コンプライアンスＣｏｍｐの時間変化を示している。図８の特性グラフＴｇ２－２が示すように、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐは、制御コンプライアンス補正部５４３によって上限値５６３以下となるように補正されている。

【0078】

図８の特性グラフＴｇ２－２が示すように、制御コンプライアンス算出部５４１が算出する制御コンプライアンスＣｏｍｐは、測定開始から時刻ＴＡまで「２０」の上限値５６３を上回る。しかしながら、図８の特性グラフＴｇ２－２に示すように、サーボモータ１８のフィードバック制御で用いられる制御コンプライアンスＣｏｍｐは、制御コンプライアンス補正部５４３により補正された制御コンプライアンスＣｏｍｐであるため、「２０」の上限値５６３の制約を受けることなく実際の変化に追従して変化する制御コンプライアンスＣｏｍｐとなる。

【0079】

図９において、特性グラフＴｇ３－２は、目標試験力Ｆｃ（ｔ）の時間変化を示している。また、図９において、特性グラフＴｇ４－２は、測定試験力Ｆｓ（ｔ）の時間変化を示している。図１０において、特性グラフＴｇ５－２は、試験力速度の目標の時間変化を示している。また、図１０において、特性グラフＴｇ６－２は、実際の試験力速度の時間変化を示している。図９及び図１０に示すように、測定試験力Ｆｓ、及び、実際の試験力速度は、図７及び図８と比較して、目標に対する変動幅が小さい。例えば、図６の特性グラフＴｇ４－１では目標の比例増加に対して測定試験力Ｆｓが振れて増加する変化を示していたが、本実施形態の材料試験機１では、図９の特性グラフＴｇ４－２に示すように目標値の比例増加に対して、測定試験力Ｆｓが振れて増加することが抑制され、一様に変化している。また、図７と図１０とを比較して明らかな通り、試験力速度について、目標に対する変動幅を小さくなっている。図９及び図１０は、フィードバック制御において用いる制御コンプライアンスＣｏｍｐが実際の変化に追従して変化することで、サーボモータ１８のフィーバック制御の精度が向上していることを示している。

【0080】

［６．効果］
以上、説明したように、本実施形態の材料試験機１は、試験片ＴＰに試験力Ｆを付与する負荷機構１２と、試験力Ｆに応じてクロスヘッド１０の移動量Ｘを測定する移動量測定部６０と、試験力Ｆを測定するロードセル１４と、クロスヘッド１０の移動量Ｘとロードセル１４が測定した試験力Ｆの増減量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５４１と、初期制御コンプライアンス５６１と、最大変化倍率５６２と、上限値５６３とを記憶する記憶部５６と、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回る場合、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３以下となるように制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正する制御コンプライアンス補正部５４３と、制御コンプライアンス補正部５４３が補正した制御コンプライアンスＣｏｍｐに基づいて、試験片ＴＰにおける実際の試験力Ｆ（測定試験力Ｆｓ）と目標試験力Ｆｃとの偏差ｅを減少させるように負荷機構１２をフィードバック制御するフィードバック制御部５４４と、を備える。

【0081】

この構成によれば、材料試験機１は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回る場合に、当該初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３を上回らないように制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正するため、試験片ＴＰに依ることなく圧縮試験において変化する制御コンプライアンスＣｏｍｐを上限値５６３以下とすることができる。これにより、圧縮試験において制御コンプライアンスＣｏｍｐが上限値５６３の制約を受けることがないため、実際の変化に追従した変化を示す制御コンプライアンスＣｏｍｐを負荷機構１２のフィードバック制御において加味できる。そのため、材料試験機１は、試験片ＴＰに依ることなく安全性を確保して精度良くサーボモータ１８をフィードバック制御できる。

【0082】

また、以下の効果も更に奏する。一般に、ロードセル１４が出力する試験力測定信号Ａ１が示す測定試験力Ｆｓは、例えばＮ（ニュートン）等の力の単位でなく、定格容量に対して何パーセントといった割合を示す単位である。例えば定格容量１００ｋＮのロードセル１４に１ｋＮの荷重がかかったとき、ロードセル１４は、「（１ｋＮ／１００ｋＮ）×１００（％）」を示す試験力測定信号Ａ１を出力する。また、例えば定格容量１ｋＮのロードセル１４に１Ｎの荷重がかかったとき、ロードセル１４は、「（１ｋＮ／１ｋＮ）×１００（％）」を示す試験力測定信号Ａ１を出力する。このような出力であるため、ロードセル１４に同じ荷重がかかっていても定格容量が大きければ大きいほど、制御コンプライアンス算出部５４１が算出する制御コンプライアンスＣｏｍｐは大きくなる。これは、制御コンプライアンスＣｏｍｐの計算では試験力増減量Ｆｄが分母となるためである。上記の定格容量の例の場合、定格容量１００ｋＮと定格容量１ｋＮとの間では、制御コンプライアンスに１００倍の差が生じる。したがって、従来では、小さな試験力Ｆで変位が大きい試験片ＴＰに対して、定格容量が大きいロードセル１４を用いてサーボモータ１８のフィードバック制御を行おうとすると制御コンプライアンスＣｏｍｐが大きくなり、上限値５６３の制約を受けてサーボモータ１８のフィードバック制御を精度良く行うことが難しかった。しかしながら、本実施形態の材料試験機１は、制御コンプライアンスＣｏｍｐを上限値５６３以下にすることができるため、どのような定格容量のロードセル１４でも上限値５６３の制約を受けることがない。そのため、本実施形態の材料試験機１は、どのような定格容量のロードセル１４を具備していても、小さな試験力Ｆで変位が大きい試験片ＴＰに対して精度よくサーボモータ１８のフィードバック制御ができる。

【0083】

制御コンプライアンス補正部５４３は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１で上限値５６３を除した補正係数を算出し、算出した補正係数を制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスに乗ずることにより補正する。

【0084】

前述した通り、材料試験機１にとっては、圧縮試験において制御コンプライアンスＣｏｍｐが特性Ｔｓ－１のように時間経過と共に増大する特性であるか、特性Ｔｓ－２のように時間経過と共に減少する特性であるかは未知である。しかし、この構成によれば、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１で上限値５６３を除した補正係数を、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに乗じて補正することで、圧縮試験において制御コンプライアンスＣｏｍｐがどのように変化しても、補正した制御コンプライアンスＣｏｍｐが上限値５６３以下とすることができる。また、制御コンプライアンスＣｏｍｐが時間経過と共に大きくなる場合、最大値を上限値とすることができる。したがって、サーボモータ１８のフィードバック制御で加味する制御コンプライアンスＣｏｍｐが上限値５６３から不必要に低い値となることを防止できる。以上より、材料試験機１は、応答性が低下することを抑制しつつ、試験片ＴＰに依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。

【0085】

制御コンプライアンス補正部５４３は、最大変化倍率５６２を乗じた初期制御コンプライアンス５６１が上限値５６３以下である場合、制御コンプライアンス算出部５４１が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正しない。そして、フィードバック制御部５４４は、制御コンプライアンス算出部５４１が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。

【0086】

この構成によれば、不必要に制御コンプライアンスＣｏｍｐを補正しないため不必要に制御コンプライアンスＣｏｍｐが低い値となることがない。したがって、応答性が低下することを抑制しつつ、また、効率良くサーボモータ１８をフィードバック制御できる。

【0087】

また、移動量測定部６０は、クロスヘッド１０の移動量Ｘを測定する。ロードセル１４は、試験片ＴＰに付与されている試験力Ｆを測定する。制御コンプライアンスＣｏｍｐは、クロスヘッド１０の移動量Ｘと試験力増減量Ｆｄとの比である。フィードバック制御部５４４は、偏差ｅに制御コンプライアンスＣｏｍｐを乗じることによって、偏差ｅを試験力Ｆからクロスヘッド１０の移動量Ｘに換算し、換算したクロスヘッド１０の移動量Ｘに基づいてサーボモータ１８をフィードバック制御する。

【0088】

この構成によれば、制御コンプライアンスＣｏｍｐを乗じることにより測定試験力Ｆｓと目標試験力Ｆｃとの偏差ｅをクロスヘッド１０の移動量Ｘに換算できるため、クロスヘッド１０の移動量Ｘ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。

【0089】

［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。

【0090】

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。

【0091】

例えば、上記実施形態では、クロスヘッド１０の移動量Ｘを本発明の第１変化量とし、試験片ＴＰに付与される試験力Ｆを本発明の応答物理量として、試験力増減量Ｆｄ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、応答物理量、及び、第２変化量はこれに限定されない。例えば、第１変化量は、試験片ＴＰの伸び量でもよい。また、応答物理量は、トルク、圧力、変位等であってもよい。

【0092】

例えば、上記実施形態では、ロータリエンコーダ２０により、クロスヘッド１０の移動量Ｘを測定したが、試験片ＴＰの変位量を測定する例えば伸び計９０等の所定のセンサによりクロスヘッド１０の移動量Ｘを測定してもよい。なお、図２では、測定された試験片ＴＰの変位量を変位計値と表現している。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

例えば、上記実施形態では、圧縮試験を行う材料試験機１を示したが、本発明は、試験片ＴＰに試験力Ｆを付与して、試験片ＴＰの物理量の変化を測定する材料試験機に対して広く適用することができる。例えば、引張試験、曲げ試験、引き剥がし試験等を行う材料試験機に対して、本発明を適用することができる。なお、試験片ＴＰの試験機本体２に固定する冶具は、試験種に応じて適切なものが採用される。

【符号の説明】

【0097】

１ 材料試験機
１２ 負荷機構
１４ ロードセル（第２測定部）
３０ 制御装置
６０ 移動量測定部（第１測定部）
５４１ 制御コンプライアンス算出部（算出部）
５４３ 制御コンプライアンス補正部（補正部）
５４４ フィードバック制御部
５６１ 初期制御コンプライアンス（初期変化量比）
５６２ 最大変化倍率（倍率）
５６３ 上限値
Ｆ 試験力（応答物理量）
Ｆｃ 目標試験力（目標応答物理量）
Ｆｓ 測定試験力（実際の応答物理量）
Ｆｄ 試験力増減量（第２変化量）
Ｃｏｍｐ 制御コンプライアンス（変化量比）
Ｘ 移動量（第１変化量）
ｅ 偏差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】