(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】2022-11-01
(45)【発行日】2022-11-10
(54)【発明の名称】圧力試験機
(51)【国際特許分類】
G01N 3/36 20060101AFI20221102BHJP
【ＦＩ】
G01N3/36
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018197266
(22)【出願日】2018-10-19
(65)【公開番号】P2020064022
(43)【公開日】2020-04-23
【審査請求日】2021-05-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000000929
【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100122323
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 憲
(74)【代理人】
【識別番号】100067367
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 泉
(72)【発明者】
【氏名】芳村 友起
【審査官】奥野 尭也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－００９９２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００３５０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１８１１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８７９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１９６６０７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｍ ３／２６－ ３／３４
Ｇ０１Ｎ ３／３６
Ｇ０１Ｎ ３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
試験体へ圧力を作用させる加圧器と、前記加圧器の近傍に設けられて前記加圧器が出力する加圧器側圧力を検知する第一圧力センサと、
前記試験体の近傍に設けられて前記試験体に負荷される試験体側圧力を検知する第二圧力センサと、
前記加圧器側圧力をフィードバックして、前記加圧器が出力する圧力を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記試験体側圧力に基づいて目標圧力を補正して修正目標圧力を求める補正器を有し、前記修正目標圧力と前記加圧器側圧力とに基づいて前記加圧器が出力する圧力をフィードバック制御する
ことを特徴とする圧力試験機。
【請求項2】
前記補正器は、前記目標圧力のピーク値と前記試験体側圧力のピーク値との差分を求め、前記差分に基づいて前記目標圧力を補正することを特徴とする請求項１に記載の圧力試験機。
【請求項3】
前記補正器は、前記差分に補正係数を乗じた値の積分値を補正値として求め、前記目標圧力を指示する目標波形の振幅に前記補正値を加算して修正目標波形の振幅を求め、修正目標波形の振幅に基づいて前記目標圧力を補正して前記修正目標圧力を求めることを特徴とする請求項２に記載の圧力試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧力試験機に関する。
【背景技術】
【0002】
試験体に繰り返し負荷を印加して試験体の疲労耐久性を評価する試験機はとしては、たとえば、試験体に所定の振幅で所定の周波数の加速度を印加する試験機が有る。このような試験機では、試験体に加速度を作用させるアクチュエータの加速度や変位をフィードバックしてアクチュエータを制御して、試験体に所望する振幅と周波数で加速を与えるようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
他方、圧力試験機は、たとえば、内部に液体等が貯留される機械部品等の試験体の疲労耐久性を評価するために、試験体の内部に圧力を作用させる加圧器を備えており、試験体の内部へ一定の振幅の圧力を決められた周波数で負荷する試験を行う。
【0004】
圧力試験機にあっても所定の振幅と周波数の圧力を繰り返して試験体に加える場合には、加圧器の近傍に圧力センサを設けて、圧力センサで検知した圧力が試験体の内部に作用させる目標圧力となるように加圧器をフィードバック制御することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００１－１６５８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、圧力試験機には、試験中の試験体の破壊から周りの機器や作業者を保護するためや、温度条件が決まっている試験を可能とするために、試験槽内に試験体を収容するものがある。
【0007】
このような圧力試験機では、試験槽とは別個に設置される加圧器から試験槽内の試験体へ圧力を供給するために加圧器と試験体とを長い配管で接続するようにしている。
【0008】
このように配管が長い圧力試験機では、加圧器の近傍に設けられた圧力センサで検知した圧力をフィードバックして試験体へ作用させる圧力を制御すると、配管による圧力損失などの影響によって実際に試験体に作用している圧力が目標圧力通りにならない問題がある。
【0009】
そうかと言って、試験体の近傍に圧力センサを設けて、試験体内の圧力をフィードバックして加圧器を制御すると、加圧器が出力する圧力が試験体に伝搬するまでに大きな時間遅れがあるために試験体に作用する圧力を目標圧力通りに制御するのは困難であり、配管が長い圧力試験機では試験体内の圧力はフィードバック制御に使用できない。
【0010】
そこで、本発明は、加圧器と試験体との間に長い配管を持つ構造を採用しても、目標圧力通りの圧力を試験体に作用させ得る圧力試験機の提供である。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記した目的を達成するため、本発明の圧力試験機は、試験体へ圧力を作用させる加圧器と、加圧器の近傍に設けられて加圧器が出力する加圧器側圧力を検知する第一圧力センサと、試験体の近傍に設けられて試験体に負荷される試験体側圧力を検知する第二圧力センサと、加圧器側圧力をフィードバックして、加圧器が出力する圧力を制御するコントローラとを備え、コントローラは試験体側圧力に基づいて目標圧力を補正して修正目標圧力を求める補正器を有し、修正目標圧力と加圧器側圧力とに基づいて加圧器が出力する圧力をフィードバック制御する。
【0012】
このように構成された圧力試験機は、フィードバックしているのは加圧器の近傍の加圧器側圧力であるから加圧器の圧力制御にあたって応答時間遅れが問題となることもなく、試験体の近傍の試験体側圧力に基づいて目標圧力を補正するので試験体内の圧力を目標圧力に一致させ得る。
【0013】
また、圧力試験機は、補正器が目標圧力のピーク値と試験体側圧力のピーク値との差分を求め、差分に基づいて目標圧力を補正してもよく、この場合には、試験体内の圧力を目標圧力に高精度に一致させ得る。
【0014】
さらに、圧力試験機は、補正器が差分に補正係数を乗じた値の積分値を補正値として求め、目標波形の振幅を補正値に加算して修正目標波形の振幅を得て、修正目標波形の振幅に基づいて目標圧力を補正して修正目標圧力を求めてもよい。このように構成された圧力試験機は、補正値を目標波形の振幅に加算して得られた修正目標波形の振幅に基づいて目標圧力を補正するので当該補正によって試験体内の圧力が振動的に変化することがなく安定し、制御を繰り返すごとに補正値の値が更新されて最適化されるので試験体内の圧力を目標圧力に精度よく一致させ得る。
【発明の効果】
【0015】
本発明の圧力試験機によれば、加圧器と試験体との間に長い配管を持つ構造を採用しても、目標圧力通りの圧力を試験体に作用させ得る。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における圧力試験機１は、試験体Ｔへ流体を供給して試験体Ｔへ圧力を負荷する加圧器としての直動型のブーストシリンダ２と、ブーストシリンダ２と試験体Ｔとを接続する配管Ｈのブーストシリンダ２の近傍に設けられる第一圧力センサ３と、前記配管Ｈの試験体Ｔの近傍に設けられる第二圧力センサ４と、第一圧力センサ３で検知する加圧器側圧力Ｐ１をフィードバックしてブーストシリンダ２を制御するコントローラ５とを備えて構成されている。
【0018】
本例では、試験体Ｔは、試験槽Ｂ内に収容されるとともに、内部にブーストシリンダ２から供給される圧力を導入できるように、配管Ｈの一端に接続されている。ブーストシリンダ２は、流体の吐出口が配管Ｈの他端に接続されており、伸縮に応じて配管Ｈを介して試験用の流体を試験体Ｔ内に給排させて試験体Ｔに圧力を負荷する。なお、本例では、流体は液体とされている。ブーストシリンダ２は、図示はしないが、伸縮可能なシリンダ装置であって、試験体Ｔ内に連通される圧力容器に挿入されるピストンを駆動する。そして、ブーストシリンダ２は、ピストンを圧力容器に対して変位させて前記圧力容器内の容積を増減させると、圧力容器内から流体を試験体Ｔへ供給および試験体Ｔ内から流体を圧力容器へ回収できる、一種の容積ポンプとして機能するものである。よって、ブーストシリンダ２は、ピストンを変位させて圧力容器の容積を減少させると圧力容器内から流体を試験体Ｔ内に押し出し、ピストンを変位させて圧力容器の容積を増大させると試験体Ｔ内から流体を圧力容器で回収する。このようにブーストシリンダ２は、伸縮作動によって試験体Ｔ内に流体を給排させて試験体Ｔ内に変動圧を負荷できる。なお、加圧器は、ブーストシリンダ２以外のものを使用でき、たとえば、ポンプと試験体Ｔへ作用させる圧力を制御するサーボ弁とで構成されてもよい。
【0019】
第一圧力センサ３は、配管Ｈのブーストシリンダ２の吐出口の至近に設けられており、所定のサンプリング周期でブーストシリンダ２の吐出する圧力である加圧器側圧力Ｐ１を検知して、コントローラ５へ入力する。他方の第二圧力センサ４は、配管Ｈの試験体Ｔの配管Ｈに接続される圧力導入口の至近に設けられており、所定のサンプリング周期で試験体Ｔ内に実際に負荷される圧力である試験体側圧力Ｐ２を検知して、コントローラ５へ入力する。
【0020】
コントローラ５は、ブーストシリンダ２の図示しない駆動源を制御してブーストシリンダ２を伸縮させて、試験体Ｔに圧力を負荷させる。コントローラ５は、第一圧力センサ３が検知する加圧器側圧力Ｐ１をフィードバックするフィードバック制御によって試験体Ｔに作用する圧力を目標波形となるように負荷する。目標波形は、本実施の形態では、一定の周期で変動するとともに一定の大きさの振幅を持つ圧力波形とされており、圧力試験機１が試験体Ｔへ負荷すべき圧力を時系列で指示する多数の目標圧力のデータ群で構成されている。
【0021】
コントローラ５は、具体的には、外部の目標波形発生器７が出力する目標波形が指示する目標圧力Ｐ＊を補正する補正器６と、補正後の修正目標圧力Ｐｃ＊と第一圧力センサ３が検知する加圧器側圧力Ｐ１との偏差を求める加算器８と、加算器８が求めた偏差をＰＩ補償或いはＰＩＤ補償して制御指令を求める指令演算器９と、制御指令の入力を受けて制御指令が指示する圧力をブーストシリンダ２が吐出するようにブーストシリンダ２を駆動する駆動回路１０とを備えている。
【0022】
補正器６は、補正値演算部６ａと、修正目標圧力演算部６ｂとを備えている。補正値演算部６ａは、目標圧力Ｐ＊のピーク値（最大値）と第二圧力センサ４が検知した試験体Ｔ内に負荷される圧力である試験体側圧力Ｐ２のピーク値（最大値）との差分δを求め、差分δに基づいて目標圧力Ｐ＊を補正して修正目標圧力Ｐｃ＊を求める。たとえば、図２に示すように、一定の周期および一定の振幅を持ち０からＰｍまで値が変化する目標圧力Ｐ＊（図２中破線）に対して、試験体側圧力Ｐ２（図２中実線）は、目標波形の振幅Ａ＊より大きな振幅Ａ１でａからＰｎまで値が変化する場合、補正器６は、試験体側圧力Ｐ２のピーク値Ｐｎから目標圧力Ｐ＊のピーク値Ｐｍを差し引いて差分δを求める。なお、試験体Ｔ内に負荷される圧力は、ブーストシリンダ２の吐出圧力が時間遅れで伝達されるので、試験体側圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ＊に対して時間的に遅れる。補正器６は、差分δを得るために、目標波形の一周期分の目標圧力Ｐ＊のピーク値を抽出するとともに、目標圧力Ｐ＊の一周期或いは複数周期に相当する時間に得られる試験体側圧力Ｐ２の値のうちからピーク値を求める。
【0023】
補正値演算部６ａは、目標圧力Ｐ＊のピーク値Ｐｍと試験体側圧力Ｐ２のピーク値Ｐｎの差分δを得て、求めた差分δに補正係数Ｋｃを乗じた値を積分して積分値を求め、この積分値を補正値Ｃとする。補正値演算部６ａは、差分δが得られると、Ｋｃ×δを演算するともに、前回得られた補正値をＣｐｒｅとすると、補正値ＣをＣ＝Ｃｐｒｅ＋Ｋｃ×δを演算して求める。
【0024】
こうして求められた補正値Ｃは、修正目標圧力演算部６ｂに入力される。修正目標圧力演算部６ｂは、目標波形の振幅Ａ１に補正値Ｃを加算して修正目標波形の振幅を得る。つまり、補正器６は、補正値Ｃを求めて、修正目標波形の振幅Ａｃ＊をＡｃ＊＝Ｐｍ＋Ｃを演算して求める。そして、修正目標圧力演算部６ｂは、補正値Ｃによって修正目標波形の振幅Ａｃ＊求めると、目標波形が指示する目標圧力Ｐ＊に修正目標波形の振幅Ａｃ＊を目標波形の振幅Ａ＊で除した値を乗じて、目標圧力を補正して修正目標圧力Ｐｃ＊を求める。つまり、修正目標圧力演算部６ｂは、Ｐｃ＊＝Ｐ＊×Ａｃ＊／Ａ＊を演算して修正目標圧力Ｐｃ＊を求める。
【0025】
補正器６は、差分δが正の値を持つ場合、補正値Ｃが正の値となるので補正後の修正目標波形の振幅Ａｃ＊を目標波形の振幅Ａ＊より大きくする補正を行い、差分δが負の値を持つ場合、補正値Ｃが負の値となるので補正後の修正目標波形の振幅Ａｃ＊を目標波形の振幅Ａ＊より小さくする補正を行う。
【0026】
実際の手順では、補正器６は、第一回目の目標波形一周期分に相当する目標圧力Ｐ＊の入力に対しては、補正値Ｃを０として、目標圧力Ｐ＊を補正せずに、加算器８に一周期分の目標波形が指示する目標圧力Ｐ＊をそのまま入力する。よって、指令演算器９は、目標圧力Ｐ＊と第一圧力センサ３が検知する加圧器側圧力Ｐ１との偏差から制御指令を求めて駆動回路１０へ入力し、駆動回路１０がブーストシリンダ２を駆動する。
【0027】
補正器６は、第一回目の一周期分の目標波形が指示する目標圧力Ｐ＊の入力に対して試験体Ｔ内の圧力変動をモニタして試験体側圧力Ｐ２のピーク値Ｐｎを求め、目標圧力Ｐ＊のピーク値Ｐｍと試験体側圧力Ｐ２のピーク値Ｐｎの差分δを得て、前述の要領で補正値Ｃを求める。さらに、補正器６は、目標波形の振幅Ａ＊に補正値Ｃを加算して修正目標波形の振幅Ａｃ＊の値を得て、目標圧力Ｐ＊に値Ａｃ＊／Ａ＊を乗じて修正目標圧力Ｐｃ＊を得る。
【0028】
補正器６は、このようにして補正値Ｃを求めると、順次入力される目標波形の振幅Ａ＊に補正値Ｃを加算して修正目標波形の振幅Ａｃ＊の値を得て、値Ａｃ＊／Ａ＊で目標波形が指示する目標圧力Ｐ＊を補正して修正目標圧力Ｐｃ＊を求めて、加算器８に修正目標圧力Ｐｃ＊を入力する。
【0029】
加算器８は、このように修正された修正目標圧力Ｐｃ＊と加圧器側圧力Ｐ１との偏差を演算して指令演算器９へ入力し、指令演算器９は、制御指令を求めて駆動回路１０へ入力し、駆動回路１０はブーストシリンダ２を駆動する。
【0030】
補正器６は、順次、目標圧力Ｐ＊のピーク値Ｐｍと試験体側圧力Ｐ２のピーク値Ｐｎとの差分δを求めて、前回の補正値の値ＣｐｒｅにＫｃ×δの演算結果を加算して補正値Ｃを求めて補正値Ｃの値を更新して、修正目標圧力Ｐｃ＊を加算器８へ入力する。コントローラ５による修正目標圧力Ｐｃ＊に基づいた制御によって、目標波形のピーク値に第二圧力センサ４が検知する試験体Ｔ内に負荷される圧力の波形のピーク値が近づくと、補正値Ｃの値の変動が小さくなっていき、両波形のピーク値が一致すると補正値Ｃの値も固定される。よって、コントローラ５がブーストシリンダ２の制御を継続して行うと、補正器６によって補正値Ｃが順次更新されて最適化され、試験体Ｔ内に負荷される圧力が精度よく目標圧力Ｐ＊に一致するようになる。
【0031】
コントローラ５は、加圧器としてのブーストシリンダ２の吐出する圧力をブーストシリンダ２の近傍に設けられた第一圧力センサ３で検知してフィードバック制御に利用しているので、試験体Ｔへの圧力伝搬に大きな時間遅れがあっても制御に全く支障はない。
【0032】
以上、本実施の形態の圧力試験機１は、試験体Ｔに圧力を負荷する圧力試験機であって、試験体Ｔへ圧力を作用させるブーストシリンダ（加圧器）２と、ブーストシリンダ（加圧器）２の近傍に設けられてブーストシリンダ（加圧器）２が出力する加圧器側圧力Ｐ１を検知する第一圧力センサ３と、試験体Ｔの近傍に設けられて試験体Ｔに負荷される試験体側圧力Ｐ２を検知する第二圧力センサ４と、加圧器側圧力Ｐ１をフィードバックして、ブーストシリンダ（加圧器）２が出力する圧力を制御するコントローラ５とを備え、コントローラ５は試験体側圧力Ｐ２に基づいて目標圧力Ｐ＊を補正する補正器６を有している。
【0033】
このように構成された圧力試験機１は、フィードバックしているのはブーストシリンダ（加圧器）２の近傍の加圧器側圧力Ｐ１であるからブーストシリンダ（加圧器）２の圧力制御にあたって応答時間遅れが問題となることもなく、試験体Ｔの近傍の試験体側圧力Ｐ２に基づいて目標圧力Ｐ＊を補正するので試験体Ｔ内の圧力を目標圧力Ｐ＊に一致させ得る。以上より、本実施の形態の圧力試験機１によれば、ブーストシリンダ（加圧器）２と試験体Ｔとの間に長い配管Ｈを持つ構造を採用しても、目標圧力Ｐ＊通りの圧力を試験体Ｔに作用させ得る。
【0034】
また、本実施の形態の圧力試験機１は、補正器６が目標圧力Ｐ＊のピーク値と試験体側圧力Ｐ２のピーク値との差分δを求め、差分δに基づいて目標圧力Ｐ＊を補正する。このように構成された圧力試験機１は、目標圧力Ｐ＊のピーク値と試験体側圧力Ｐ２のピーク値との差分δに基づいて目標圧力Ｐ＊を補正するので、試験体Ｔ内の圧力を目標圧力Ｐ＊に高精度に一致させ得る。
【0035】
さらに、本実施の形態の圧力試験機１は、補正器６が差分δに補正係数Ｋｃを乗じた値の積分値を補正値Ｃとして求め、目標波形の振幅Ａ＊を補正値Ｃに加算して修正目標波形の振幅Ａｃ＊を求め、修正目標波形の振幅Ａｃ＊に基づいて目標圧力Ｐ＊を補正して修正目標圧力Ｐｃ＊を求め、コントローラが修正目標圧力Ｐｃ＊と加圧器側圧力Ｐ１に基づいてブーストシリンダ（加圧器）２を制御する。このように構成された圧力試験機１は、補正値Ｃを目標波形の振幅に加算して得られた修正目標波形の振幅に基づいて目標圧力Ｐ＊を補正するので当該補正によって試験体Ｔ内の圧力が振動的に変化することがなく安定し、制御を繰り返すごとに補正値Ｃの値が更新されて最適化されるので試験体Ｔ内の圧力を目標圧力Ｐ＊に精度よく一致させ得る。
【0036】
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。
【符号の説明】
【0037】
１・・・圧力試験機、２・・・ブーストシリンダ（加圧器）、３・・・第一圧力センサ、４・・・第二圧力センサ、５・・・コントローラ、６・・・補正器、Ｔ・・・試験体
【図1】
【図2】