特許 7172801 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】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(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 3/06 20060101AFI20221109BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

G01N3/06

G05B11/36 503Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019064329

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020165701

(43)【公開日】2020-10-08

【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】弁理士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】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１２３６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０１１１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－３３７８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１５１６０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－０７３１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６００６６０８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／０６

Ｇ０５Ｂ １１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動部材によって試験対象に負荷を付与する負荷機構と、
前記負荷の付与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の算出に用いる前記第１物理量及び前記第２物理量の測定値の時間幅を調整する時間幅調整部と、
前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記変化量比を算出する変化量比算出部と、
前記変化量比算出部が算出した前記変化量比に基づいて、前記第２物理量の測定値と、前記第２物理量の目標値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、
前記時間幅調整部は、
前記移動部材の移動速度が最低速度である場合において、前記第２物理量の測定値の標準偏差が２分の１、前記第２物理量が変化するときの時間が代入される式であって、且つ、前記第２物理量の時間変化率または前記移動部材の目標速度が大きいほど前記時間幅が短くなる式を用いて、前記時間幅を調整する、
材料試験機。

【請求項2】

前記時間幅調整部は、
前記移動部材の移動速度が最低速度である場合の前記第２物理量の測定値に含まれるノイズの振幅に基づき算出された前記時間幅以下となるように、前記時間幅を調整する、
請求項１記載の材料試験機。

【請求項3】

前記時間幅調整部は、
前記移動部材の移動速度が最高速度である場合に前記変化量比を算出可能な最短の前記時間幅以上となるように、前記時間幅を調整する、
請求項１又は２に記載の材料試験機。

【請求項4】

前記変化量比算出部は、
前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記第１測定部が測定した前記第１物理量と時間との関係を表す近似直線の傾きである第１傾きを算出し、
前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記第２測定部が測定した前記第２物理量と時間との関係を表す近似直線の傾きである第２傾きを算出し、
前記第１傾きと前記第２傾きとの比を前記変化量比として算出する、
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】

移動部材によって試験対象に負荷を付与する負荷機構と、
前記負荷の付与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の算出に用いる前記第１物理量及び前記第２物理量の測定値の時間幅を調整する時間幅調整部、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記変化量比を算出する変化量比算出部、及び、前記変化量比算出部が算出した前記変化量比に基づいて、前記第２物理量の測定値と、前記第２物理量の目標値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、
前記時間幅調整部は、
前記移動部材の移動速度が最低速度である場合において、前記第２物理量の測定値の標準偏差が２分の１、前記第２物理量が変化するときの時間が代入される式であって、且つ、前記第２物理量の時間変化率または前記移動部材の目標速度が大きいほど前記時間幅が短くなる式を用いて、前記時間幅を調整する、
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て制御対象とする測定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。

【0005】

一般に、前記比の算出では、固定のある時間幅で測定された測定値に基づいて算出される。しかしながら、当該時間幅が固定であると、どのような材料試験でも同じ測定数で前記比が算出されることになり、材料試験によっては、適切な前記比を算出できずに負荷機構のフィードバック制御の精度が低下し得る。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、材料試験に応じた適切な前記比を算出できるようにして、負荷機構のフィードバック制御を精度良く行えるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様は、移動部材によって試験対象に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷の付与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の算出に用いる前記第１物理量及び前記第２物理量の測定値の時間幅を調整する時間幅調整部と、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記変化量比を算出する変化量比算出部と、前記変化量比算出部が算出した前記変化量比に基づいて、前記第２物理量の測定値と、前記第２物理量の目標値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、前記時間幅調整部は、前記移動部材の移動速度が最低速度である場合において、前記第２物理量の測定値の標準偏差が２分の１、前記第２物理量が変化するときの時間が代入される式であって、且つ、前記第２物理量の時間変化率または前記移動部材の目標速度が大きいほど前記時間幅が短くなる式を用いて、前記時間幅を調整する、材料試験機に関する。

【0008】

本発明の第２の態様は、移動部材によって試験対象に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷の付与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の算出に用いる前記第１物理量及び前記第２物理量の測定値の時間幅を調整する時間幅調整部、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記変化量比を算出する変化量比算出部、及び、前記変化量比算出部が算出した前記変化量比に基づいて、前記第２物理量の測定値と、前記第２物理量の目標値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、前記時間幅調整部は、前記移動部材の移動速度が最低速度である場合において、前記第２物理量の測定値の標準偏差が２分の１、前記第２物理量が変化するときの時間が代入される式であって、且つ、前記第２物理量の時間変化率または前記移動部材の目標速度が大きいほど前記時間幅が短くなる式を用いて、前記時間幅を調整する、材料試験機の制御方法に関する。

【発明の効果】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、変化量比の算出に用いる測定値の時間幅について、第２物理量の測定値に含まれるノイズが大きいほど長くする調整、及び、第２物理量の時間変化率或いは移動部材の目標速度が大きいほど短くする調整のいずれか一方を少なくとも実行することで、変化量比の算出に用いる測定値の時間幅を、材料試験に応じた適切な幅へ動的に調整できる。そのため、材料試験に応じた適切な変化量比を算出でき、負荷機構のフィードバック制御を精度良く行うことができる。

【0010】

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。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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3】式（２）における算出時間幅と「Ｖ」との関係を示すグラフである。

【図4】応答物理量の測定データである。

【図5】応答物理量の測定データである。

【図6】制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図7】圧縮試験の測定データである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［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。

【0013】

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を付与して材料試験を行う試験機本体２と、試験機本体２による材料試験動作を制御する制御ユニット４と、を備える。また、材料試験機１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。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。歪みゲージ９１は、試験片ＴＰの伸び量を測定し、伸び量測定信号Ａ２を制御装置３０に出力するセンサである。

【0014】

［２．試験機本体の構成］
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。クロスヘッド１０は、本発明の「移動部材」の一例に対応する。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。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。

【0015】

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量測定信号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。

【0016】

クロスヘッド１０には、試験片ＴＰの上端部を把持するための上つかみ具２１が付設され、テーブル６には、試験片ＴＰの下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。試験機本体２は、例えば引張試験の際、試験片ＴＰの上端部を上つかみ具２１で把持すると共に、試験片ＴＰの下端部を下つかみ具２２で把持した状態で、制御装置３０による制御により、クロスヘッド１０を上昇させることによって、試験片ＴＰに試験力Ｆを与える。試験機本体２は、例えば圧縮試験の際、試験片ＴＰの上端部を上つかみ具２１で把持すると共に、試験片ＴＰの下端部を下つかみ具２２で把持した状態で、制御装置３０による制御により、クロスヘッド１０を下降させることによって、試験片ＴＰに試験力Ｆを与える。上つかみ具２１の上下のスライドに応じて、上つかみ具２１と下つかみ具２２との間隔が変更される。

【0017】

［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。

【0018】

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、伸び計９０が出力する伸び量測定信号Ａ２、ロータリエンコーダ２０が出力する回転量測定信号Ａ３、制御や試験に要する適宜の信号などである。

【0019】

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、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の測定値や、回転量測定信号Ａ３に基づいてクロスヘッド１０の位置等を表示装置３２に表示する。

【0020】

試験プログラム実行装置３４は、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の測定値等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。

【0021】

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。

【0022】

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と、第２センサアンプ４２、カウンタ回路４３と、サーボアンプ４４と、を有する。

【0023】

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。

【0024】

第２センサアンプ４２は、伸び計９０が出力する伸び量測定信号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。

【0025】

カウンタ回路４３は、ロータリエンコーダ２０が出力する回転量測定信号Ａ３のパルス数をカウントし、カウント値Ａ４を制御回路ユニット５０にデジタル信号で出力する。カウント値Ａ４は、材料試験開始時を基準としたサーボモータ１８の回転量Ｔｒを示している。なお、材料試験開始時を基準としたサーボモータ１８の回転量Ｔｒは、材料試験開始時の位置を基準としたクロスヘッド１０の移動距離に対応する。なお、ロータリエンコーダ２０とカウンタ回路４３とにより回転量測定部６０が構成され、この回転量測定部６０は、本発明の「第１測定部」の一例に対応する。また、サーボモータ１８の回転量Ｔｒは、本発明の「第１物理量」の一例に対応する。

【0026】

なお、回転量測定部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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

通信部５２は、試験プログラム実行装置３４との間で通信し、材料試験条件の設定や各種設定パラメータの設定値、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、例えば試験力測定信号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。

【0030】

記憶部５６は、メモリデバイスにより構成され、目標データ５６１を記憶する。
目標データ５６１は、材料試験における試験力Ｆ等の目標値の時間的変動を示す時系列データである。目標データ５６１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によって変更可能に記憶される。

【0031】

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。

【0032】

［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、フィードバック制御の制御周期の実行タイミングを示している。

【0033】

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、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。

【0034】

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、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。

【0035】

減算器７０は、各制御周期において目標応答物理量ＲＰｃ（ｔ）から測定応答物理量ＲＰｓ（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。

【0036】

なお、目標応答物理量ＲＰｃとは、材料試験において目標となる応答物理量ＲＰを示す。応答物理量ＲＰとは、サーボモータ１８のフィードバック制御において応答となる物理量であり、本発明の「第２物理量」に相当する。応答物理量ＲＰとしては、試験片ＴＰに付与された試験力Ｆや試験片ＴＰの伸び量等が一例として挙げられる。応答物理量ＲＰが試験力Ｆである場合、ロードセル１４が本発明の「第２測定部」に相当し、応答物理量ＲＰが試験片ＴＰの伸び量である場合、伸び計９０が本発明の「第２測定部」に相当する。以下で、ロードセル１４と伸び計９０とを区別しない場合、「応答測定部」と総称する。

【0037】

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）（ストローク値ともいう）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。

【0038】

なお、本実施形態において、クロスヘッド１０の移動量Ｘとは、あるタイミングにおけるサーボモータ１８の回転量Ｔｒと、前記あるタイミングと異なるタイミングにおけるサーボモータ１８の回転量Ｔｒとの変化量に対応するクロスヘッド１０の位置の変化量である。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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

［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、時間幅調整部５４１、制御コンプライアンス算出部５４２、及び、フィードバック制御部５４３を備える。制御コンプライアンス算出部５４２は、本発明の「変化量比算出部」の一例に対応する。
時間幅調整部５４１の詳細については後述する。

【0042】

制御コンプライアンス算出部５４２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５４２は、後述する算出時間幅におけるクロスヘッド１０の移動量Ｘと応答物理量ＲＰの変化量との比である制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出する。図２の場合では、制御コンプライアンスＣｏｍｐは、後述する算出時間幅におけるクロスヘッド１０の移動量Ｘと試験片ＴＰの伸び量の変化量との比である。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。

【0043】

制御コンプライアンス算出部５４２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）＝Ｓｌｏｐ１（ｔ）／Ｓｌｏｐ２（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、Ｓｌｏｐ１（ｔ）は各制御周期において制御コンプライアンス算出部５４２が算出した第１傾きを示す。また、Ｓｌｏｐ２（ｔ）は各制御周期において制御コンプライアンス算出部５４２が算出した第２傾きを示す。

【0044】

第１傾きＳｌｏｐ１について説明する。
制御コンプライアンス算出部５４２は、フィードバック制御の制御周期が到来すると、時間幅調整部５４１に調整された算出時間幅におけるサーボモータ１８の回転量Ｔｒと時間との関係を表す近似直線の傾きである第１傾きＳｌｏｐ１を算出する。算出時間幅とは、制御コンプライアンス算出部５４２が制御コンプライアンスＣｏｍｐの算出に用いる応答物理量ＲＰ及びサーボモータ１８の回転量Ｔｒの測定値の時間幅である。本実施形態では、算出時間幅は、制御周期が到来した時間から過去に向かったある時間までの時間幅である。なお、時間幅調整部５４１は、当該ある時間を変更することで、算出時間幅を調整する。算出時間幅は、本発明の「時間幅」に相当する。制御コンプライアンス算出部５４２は、算出時間幅におけるサーボモータ１８の回転量Ｔｒの測定値に基づいて、算出時間幅における単位時間当たりのクロスヘッド１０の移動量Ｘを算出する。

【0045】

制御コンプライアンス算出部５４２は、カウンタ回路４３から入力されるカウント値Ａ４に基づいてサーボモータ１８の回転量Ｔｒの測定値を逐次取得する。そして、制御コンプライアンス算出部５４２は、制御周期が到来すると、時間幅調整部５４１に調整された算出時間幅におけるサーボモータ１８の回転量Ｔｒの測定値に基づいて、当該測定値と時間との関係を表す近似直線を算出し、算出した近似直線の傾きを第１傾きＳｌｏｐ１として算出する。制御コンプライアンス算出部５４２は、例えば最小二乗法や主成分分析等によって近似直線、及び、第１傾きＳｌｏｐ１を算出する。

【0046】

次に、第２傾きＳｌｏｐ２について説明する。
制御コンプライアンス算出部５４２は、フィードバック制御の制御周期が到来すると、時間幅調整部５４１に調整された算出時間幅における応答物理量ＲＰの測定値と時間との関係を表す近似直線の傾きである第２傾きＳｌｏｐ２を算出する。すなわち、制御コンプライアンス算出部５４２は、時間幅調整部５４１に調整された算出時間幅における応答物理量ＲＰの測定値に基づいて、当該算出時間幅における単位時間当たりの応答物理量ＲＰの変化量を算出する。なお、第１傾きＳｌｏｐ１を算出する際の算出時間幅と、第２傾きＳｌｏｐ２を算出する際の算出時間幅とは、同じである。

【0047】

応答物理量ＲＰが試験片ＴＰの伸び量である場合、制御コンプライアンス算出部５４２は、第２センサアンプ４２を介して伸び計９０から入力される伸び量測定信号Ａ２から、試験片ＴＰの伸び量を逐次取得する。制御コンプライアンス算出部５４２は、制御周期が到来すると、時間幅調整部５４１によって調整された算出時間幅において取得した試験片ＴＰの伸び量に基づいて、当該伸び量と時間との関係を表す近似直線を算出し、算出した近似直線の傾きを第２傾きＳｌｏｐ２として算出する。制御コンプライアンス算出部５４２は、例えば最小二乗法や主成分分析等によって近似直線、及び、第２傾きＳｌｏｐ２を算出する。

【0048】

フィードバック制御部５４３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５４３は、各制御周期において、目標応答物理量ＲＰｃ（ｔ）と測定応答物理量ＲＰｓ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）に、制御コンプライアンス算出部５４２が算出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５４３は、算出した偏差ｅ´（ｔ）に基づいて、測定応答物理量ＲＰｓ（ｔ）と目標応答物理量ＲＰｃ（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。

【0049】

［４．算出時間幅の調整］
次に、時間幅調整部５４１について説明する。
時間幅調整部５４１は、以下の式（２）によって算出時間幅を調整する。

【0050】

算出時間幅＝ＴＷ×（Ｖ）＾ｂ・・・（２）

【0051】

式（２）において「ＴＷ」は、時間幅調整部５４１が最も長く調整可能な算出時間幅の上限である調整可能最長時間幅である。調整可能最長時間幅は、材料試験開始前等において以下のように求められ、材料試験機１にデータとして予め与えられる。

【0052】

本実施形態において調整可能最長時間幅は、クロスヘッド１０が移動可能な速度のうち最低速度でクロスヘッド１０が移動している場合の応答物理量ＲＰの測定値に基づき算出された算出時間幅であって、当該測定値に含まれるノイズの振幅やノイズの量に埋もれることなく応答物理量ＲＰの変化、すなわち、第２傾きＳｌｏｐ２を算出可能な最短の算出時間幅を示す。本実施形態の調整可能最大時間幅は、最低速度でクロスヘッド１０が移動している場合において、応答物理量ＲＰの測定値の標準偏差の２分の１、応答物理量ＲＰが変化するときの時間としている。この「２分の１」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。

【0053】

例えば、応答物理量ＲＰが試験片ＴＰの伸び量であり、最低速度が「１（μｍ／ｓｅｃ）」であり、最低速度における当該伸び量の測定値の標準偏差が「８０００（μｍ）」である場合、調整可能最大時間幅は、「４０００（ｍｓｅｃ）」である。これは、クロスヘッド１０が「１（μｍ／ｓｅｃ）」の移動速度で移動した場合でも「４０００（ｍｓｅｃ）」の間で測定された試験片ＴＰの伸び量の測定値を用いれば、第２傾きＳｌｏｐ２が算出可能であることを示している。

【0054】

式（２）において「Ｖ」には、所定期間における応答物理量ＲＰの時間変化率、又は、制御周期におけるクロスヘッド１０の目標速度が代入される。時間幅調整部５４１は、所定期間における応答物理量ＲＰの時間変化率、又は、クロスヘッド１０の目標速度を算出等によって取得し、式（２）の「Ｖ」に代入して調整する算出時間幅を決定する。

【0055】

式（２）において、「Ｖ」の指数である「ｂ」は、制御コンプライアンス算出部５４２が算出時間幅を調整可能な最短の算出時間幅を設定する係数である。

【0056】

本実施形態では、式（２）の「ｂ」は、次のように求められている。
すなわち、「ｂ」は、式（２）の「Ｖ」にクロスヘッド１０が移動可能な最高速度を代入され、式（２）の算出時間幅にクロスヘッド１０の最高速度において第２傾きＳｌｏｐ２が算出可能な最短の算出時間幅が代入され、「ＴＷ」に上述のように算出された調整可能最大時間幅が代入されることで算出される。

【0057】

例えば、最大時間幅が「４０００（ｍｓｅｃ）」であり、クロスヘッド１０の最高速度が「１６００００（μｍ／ｓｅｃ）」であり、算出時間幅の最低値が「１０（ｍｓｅｃ）」であるとする。この場合、式（２）の「ｂ」は、「１０（ｍｓｅｃ）＝４０００（ｍｓｅｃ）×１６００００（μｍ／ｓｅｃ）＾ｂ」の演算によって「－０．５」と求められる。

【0058】

なお、「ｂ」を算出する際に、式（２）の右辺に代入される最短の算出時間幅は、クロスヘッド１０が最高速度で移動している場合でも、例えば測定数が不足することなく第２傾きＳｌｏｐ２を算出できる最短の算出時間幅である。当該最短の算出時間幅は、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。

【0059】

図３は、式（２）における算出時間幅と「Ｖ」との関係を示すグラフである。
図３では、縦軸が算出時間幅に設定され、横軸が式（２）の「Ｖ」に設定される。図３では、応答物理量ＲＰを試験片ＴＰの伸び量としている。そのため、図３では、縦軸の単位が「ｍｓｅｃ」に設定され、横軸の単位が「μｍ／ｓｅｃ」に設定される。
図３では、式（２）において、調整可能最大時間幅が「４０００（ｍｓｅｃ）」であり、「ｂ」が－０．５である場合のグラフを示している。

【0060】

このように算出された調整可能最大時間幅と「ｂ」とが代入された式（２）によって、時間幅調整部５４１は、式（２）の「Ｖ」に対して、適宜に、所定期間における応答物理量ＲＰの時間変化率、又は、制御周期におけるクロスヘッド１０の目標速度を代入して、算出時間幅を調整する。そのため、式（２）によって算出時間幅を求めることで、時間幅調整部５４１は、算出時間幅を、調整可能最大時間幅より長く調整することがなく、また、クロスヘッド１０の最高速度において第２傾きＳｌｏｐ２が算出可能な最短の算出時間幅より短く調整することがない。

【0061】

調整可能最大時間幅は、上述したように、クロスヘッド１０が移動可能な速度のうち最低速度でクロスヘッド１０が移動している場合の応答物理量ＲＰの測定値に基づいて、当該測定値に含まれるノイズの振幅やノイズの量に埋もれることなく応答物理量ＲＰの変化、すなわち、第２傾きＳｌｏｐ２を算出可能な最短の算出時間幅を示す。したがって、時間幅調整部５４１は、式（２）によって算出時間幅を調整することで、調整可能最大時間幅より長く算出時間幅を調整することがない。そのため、制御コンプライアンス算出部５４２は、調整可能最大時間幅より不必要に長い時間幅で制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出することない。また、制御コンプライアンス算出部５４２は、クロスヘッド１０の移動速度が低速であるほど、算出時間幅を長くなるように調整するため、応答物理量ＲＰの変化に対して相対的にノイズの振幅が大きいほど、応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズの影響を十分に低減して制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出できる。したがって、時間幅調整部５４１が式（２）に基づいて算出時間幅を調整することで、制御コンプライアンス算出部５４２は、応答物理量ＲＰの変化量に対して相対的にノイズの振幅が大きい場合やノイズの量が多い場合でも、必要十分な測定数で当該ノイズの影響が低減された制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出できる。

【0062】

また、クロスヘッド１０の最高速度において第２傾きＳｌｏｐ２を算出可能な最短の算出時間幅より小さくなることがないため、単位時間当たりの応答物理量ＲＰの変化が大きい場合でも、算出時間幅を極端に短くすることがなく、制御コンプライアンスＣｏｍｐを適切に算出できる。

【0063】

なお、この式（２）は、上述のように、所定期間における応答物理量ＲＰの時間変化率、又は、制御周期におけるクロスヘッド１０の目標速度が大きくなるほど算出時間幅が小さくなるように調整される式を示している。これに加えて、この式（２）は、応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズの振幅が大きいほど、あるいはノイズの量が多いほど算出時間幅が長くなるように調整される式でもある。これは、「ＴＭ」に、調整可能最大時間幅として、クロスヘッド１０の最低速度における応答物理量ＲＰの測定値の標準偏差に基づく値が代入されるためである。

【0064】

以下に図４、及び図５を参照して、式（２）に基づいて調整した算出時間幅で制御コンプライアンス算出部５４２が算出する第２傾きＳｌｏｐ２の精度について説明する。図４、及び図５に示す測定データは、「ＴＭ」が４０００（ｍｓｅｃ）に設定され「ｂ」が－０．５に設定された式（２）に基づく算出時間幅における測定データを示している。

【0065】

図４は、図３の横軸が９（μｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅における、９（μｍ／ｓｅｃ）の目標速度でクロスヘッド１０を移動させた場合の応答物理量ＲＰの測定データである。図４に示す応答物理量ＲＰの測定データは、伸び計９０が測定した試験片ＴＰの伸び量を示す測定データである。なお、図３の横軸が９（μｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅は、１３３３（ｍｓｅｃ）である。

【0066】

図４では、縦軸が伸び量（μｍ）に設定され、横軸が時間（ｓｅｃ）に設定されている。図４において、実線で示すグラフＧｆ４－１は、応答物理量ＲＰの測定データであり、一点鎖線で示すグラフＧｆ４－２は、クロスヘッド１０の目標速度を示す。点線で示すグラフＧｆ４－３は、実線で示すグラフＧｆ４－１に基づいて最小二乗法で算出された近似直線である。

【0067】

図４では、直線の傾きが第２傾きＳｌｏｐ２となる。一点鎖線で示すグラフＧｆ４－２は、クロスヘッド１０の目標速度である。そのため、グラフＧｆ４－２の傾きは、９（μｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅において算出された第２傾きＳｌｏｐ２の真値である。グラフＧｆ４－２とグラフＧｆ４－３とを比較して明らかな通り、両者の傾きは、約８７７８（μｍ／ｓｅｃ）であり、ほぼ同じである。これは、９（μｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅における応答物理量ＲＰの測定データによって、第２傾きＳｌｏｐ２が適切に算出されていることを示している。

【0068】

図５は、図３において横軸が７０μ／ｓｅｃに対応する算出時間幅において、７０μ／ｓｅｃの目標速度でクロスヘッド１０を移動させた場合の応答物理量ＲＰの測定データである。図５に示す応答物理量ＲＰの測定データは、伸び計９０が測定した試験片ＴＰの伸び量を示す測定データである。なお、図３の横軸が７０（μｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅は、４７８（ｍｓｅｃ）である。

【0069】

図５では、縦軸が伸び量（μｍ）に設定され、横軸が時間（ｓｅｃ）に設定されている。図５において、実線で示すグラフＧｆ５－１は、応答物理量ＲＰの測定データであり、一点鎖線で示すグラフＧｆ５－２は、クロスヘッド１０の目標速度を示す。点線で示すグラフＧｆ５－３は、実線で示すグラフＧｆ５－１に基づいて最小二乗法で算出された近似直線である。

【0070】

図５では、直線の傾きが第２傾きＳｌｏｐ２となる。一点鎖線で示すグラフＧｆ５－２は、クロスヘッド１０の目標速度である。そのため、グラフＧｆ５－２の傾きは、７０（μ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅において算出される第２傾きＳｌｏｐ２の真値である。グラフＧｆ５－２とグラフＧｆ５－３とを比較して明らかな通り、両者の傾きは、約６９９４２（μｍ／ｓｅｃ）であり、ほぼ同じである。これは、７０（μｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅における応答物理量ＲＰの測定データによって、第２傾きＳｌｏｐ２が適切に算出されていることを示している。

【0071】

以上の図４及び図５の測定データから示されるように、応答物理量ＲＰの時間変化率、又は、クロスヘッド１０の目標速度に応じて算出時間幅を調整しても、第２傾きＳｌｏｐ２を適切に算出できる。なお、制御コンプライアンス算出部５４２は、第２傾きＳｌｏｐ２を算出した算出時間幅で第１傾きＳｌｏｐ１を算出する。そのため、第２傾きＳｌｏｐ２が適切に算出できることは、第１傾きＳｌｏｐ１も適切に算出できており、算出時間幅に応じて制御コンプライアンスＣｏｍｐを精度よく算出できていることを示す。

【0072】

［５．制御装置の動作］
次に、材料試験機１の動作について説明する。
図６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。

【0073】

図６に示すフローチャートの説明では、サーボモータ１８のフィードバック制御について説明する。制御装置３０は、材料試験の実行中に、図６に示すフローチャートの動作を所定の制御周期毎に実行して、サーボモータ１８をフィードバック制御する。

【0074】

制御周期が到来すると、制御装置３０の制御部５４の時間幅調整部５４１は、所定期間における応答物理量ＲＰの時間変化率、又は、クロスヘッド１０の目標速度を式（２）の「Ｖ」に代入して、算出時間幅を調整する（ステップＳＡ１）。例えば、時間幅調整部５４１は、到来した制御周期から過去に向かった所定期間における応答物理量ＲＰの測定値の時間変化率を算出して、ステップＳＡ１に代入する。また、例えば、時間幅調整部５４１は、目標データ５６１の目標波形からクロスヘッド１０の目標速度を算出して、ステップＳＡ１に代入する。

【0075】

次いで、制御コンプライアンス算出部５４２は、ステップＳＡ１において時間幅調整部５４１が調整した算出時間幅で測定されたサーボモータ１８の回転量Ｔｒに基づいて、第１傾きＳｌｏｐ１（ｔ）を算出する（ステップＳＡ２）。

【0076】

次いで、制御コンプライアンス算出部５４２は、ステップＳＡ１において時間幅調整部５４１が調整した算出時間幅で測定された応答物理量ＲＰに基づいて、第２傾きＳｌｏｐ２（ｔ）を算出する（ステップＳＡ３）。

【0077】

なお、ステップＳＡ２とステップＳＡ３との処理順は、この順に限定されず、逆でもよいし同時でもよい。

【0078】

次いで、制御コンプライアンス算出部５４２は、制御コンプライアンスＣｏｍｐ（ｔ）を算出する（ステップＳＡ４）。

【0079】

次いで、フィードバック制御部５４３は、目標応答物理量ＲＰｃ（ｔ）から測定応答物理量ＲＰｓ（ｔ）を減じて、偏差ｅ（ｔ）を算出する（ステップＳＡ５）。

【0080】

そして、フィードバック制御部５４３は、偏差ｅ（ｔ）にステップＳＡ５で算出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ＳＡ６）。

【0081】

次いで、フィードバック制御部５４３は、偏差ｅ´（ｔ）に基づいて、目標応答物理量ＲＰｃ（ｔ）と測定応答物理量ＲＰｓ（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ＳＡ７）。

【0082】

そして、フィードバック制御部５４３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ＳＡ８）。

【0083】

［６．材料試験の精度］
図７は、圧縮試験の測定データを示す図である。なお、圧縮試験は、図１に示す冶具で行われてもよいし、圧盤等の圧縮試験専用の冶具で行われてもよい。
図７では、縦軸が試験力（Ｎ：ニュートン）に設定され、横軸が時間（ｓｅｃ）に設定される。

【0084】

図７に示す測定データの圧縮試験では、クロスヘッド１０を５０（ｍｍ／ｓｅｃ）の目標速度で移動させて、試験片ＴＰに付与する試験力Ｆを２０００Ｎまで増加させた後に、試験力Ｆを２０００Ｎに保持させることが試験条件として設定されている。

【0085】

図７では、グラフＧｆ７－１は、固定の算出時間幅で制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出して、サーボモータ１８をフィードバック制御した場合の測定データである。一方、図７において、グラフＧｆ７－２は、式（２）において「Ｖ」に５０（ｍｍ／ｓｅｃ）を代入し、５０（ｍｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅で制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出して、サーボモータ１８をフィードバック制御した場合の測定データである。なお、グラフＧｆ７－１における固定の算出時間幅は、グラフＧｆ７－２における５０（ｍｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅より長い。

【0086】

図７に示すように、算出時間幅が固定の場合では、試験力Ｆをホールドした直後、試験力Ｆの特性が２０００（Ｎ）を基準に振動しており、安定した試験力Ｆのホールドを行えていない。これは、制御コンプライアンスＣｏｍｐの算出時間幅が長く、実際の制御コンプライアンスＣｏｍｐと乖離した制御コンプライアンスＣｏｍｐを制御コンプライアンス算出部５４２が算出していて、精度良くサーボモータ１８のフィードバック制御が行えていないことを示してる。

【0087】

一方、グラフＧｆ７－２は、グラフＧｆ７－１と比較して、試験力Ｆをホールドした直後の振動が低減している。これは、５０（ｍｍ／ｓｅｃ）に対応する算出時間幅で制御コンプライアンス算出部５４２が制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出したことで、実際の制御コンプライアンスＣｏｍｐと乖離していない制御コンプライアンスＣｏｍｐが算出できていて、精度良くサーボモータ１８のフィードバック制御が行われていることを示している。

【0088】

［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。

【0089】

上述した実施形態では、時間幅調整部５４１は、式（２）によって算出時間幅を調整する構成である。しかしながら、時間幅調整部５４１が算出時間幅を調整する際に参照する式は、式（２）に限定されない。時間幅調整部５４１が参照する式は、応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズ振動が大きいほど、またはノイズの量が多いほど算出時間幅が長くなり、且つ、クロスヘッド１０の目標速度または応答物理量ＲＰの時間変化率が大きいほど算出時間幅が短くなるような式であればよい。

【0090】

また、上述した実施形態では、制御コンプライアンス算出部５４２は、第１傾きＳｌｏｐ１と第２傾きＳｌｏｐ２との比を変化量比として算出する構成であるが、制御コンプライアンスＣｏｍｐの算出方法はこれに限定されない。時間幅調整部５４１が調整した算出時間幅における測定値に基づいて、制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出する算出方法であればよく、例えば、この算出時間幅において測定された応答物理量ＲＰとサーボモータ１８の回転量Ｔｒとを最小二乗法によって算出する構成でよい。

【0091】

上述した実施形態では、図７の測定データにおいて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。

【0092】

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。

【0093】

例えば、上記実施形態では、応答物理量ＲＰとして試験力Ｆや試験片ＴＰの伸び量を例示したが、トルク、圧力、変位などであってもよい。また、本発明の第１物理量として、サーボモータ１８の回転量Ｔｒを例示して、本発明の第１変化量としてクロスヘッド１０の移動量を例示したが、これらに限定されない。例えば、本発明の第１変化量は、試験片ＴＰの伸び量の変化量でもよく、この場合、本発明の第１物理量は試験片ＴＰの伸び量となる。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

例えば、図６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。

【0097】

［７．実施形態のまとめ］

【0098】

以上、説明したように、材料試験機１は、クロスヘッド１０によって試験片ＴＰに試験力Ｆを付与する負荷機構１２と、サーボモータ１８の回転角を測定する回転量測定部６０と、応答物理量ＲＰを測定する応答測定部と、算出時間幅を調整する時間幅調整部５４１と、時間幅調整部５４１が調整した算出時間幅におけ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５４２と、制御コンプライアンス算出部５４２が算出した制御コンプライアンスＣｏｍｐに基づいて、測定応答物理量ＲＰｓと、目標応答物理量ＲＰｃとの偏差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５４３と、を備える。時間幅調整部５４１は、算出時間幅について、応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズの振幅が大きいほど、またはノイズの量が多いほど長くする調整と、応答物理量ＲＰの時間変化率またはクロスヘッド１０の目標速度が大きいほど短くする調整とのいずれか一方を少なくとも実行する。

【0099】

この構成によれば、算出時間幅について、応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズの振幅が大きいほど、またはノイズの量が多いほど長くする調整、及び、応答物理量ＲＰの時間変化率またはクロスヘッド１０の目標速度が大きいほど短くする調整のいずれか一方を少なくとも実行することで、算出時間幅を材料試験に応じた適切な幅へ動的に調整できる。そのため、材料試験に応じた適切な制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出でき、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できる。

【0100】

また、時間幅調整部５４１は、クロスヘッド１０の移動速度が最低速度である場合の応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズの振幅またはノイズの量に基づき算出された調整可能最大時間幅以下となるように、算出時間幅を調整する。

【0101】

この構成によれば、制御コンプライアンス算出部５４２は、クロスヘッド１０が最低速度で移動している場合、調整可能最大時間幅より不必要に長い時間幅で制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出することない。また、制御コンプライアンス算出部５４２は、クロスヘッド１０の移動速度が低速であるほど、算出時間幅を長くなるように調整するため、応答物理量ＲＰの変化量に対して相対的にノイズの振幅が大きくても、応答物理量ＲＰの測定値に含まれるノイズの影響を十分に低減した制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出できる。したがって、時間幅調整部５４１が調整可能最大時間幅以下となるように算出時間幅を調整することによって、制御コンプライアンス算出部５４２は、応答物理量ＲＰの変化量に対して相対的にノイズの振幅が大きい場合でも、または、ノイズの量が多い場合でも、必要十分な測定数で当該ノイズの影響が低減された制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出できる。

【0102】

時間幅調整部５４１は、クロスヘッド１０の移動速度が最高速度である場合に制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出可能な最短の算出時間幅以上となるように、算出時間幅を調整する。

【0103】

この構成によれば、調整する算出時間幅を、クロスヘッド１０の最高速度において算出可能な最短の算出時間幅より短くすることがないため、応答物理量ＲＰの測定値の変位が大きい場合でも、算出時間幅を極端に短くすることがなく、制御コンプライアンスＣｏｍｐを適切に算出できる。

【0104】

制御コンプライアンス算出部５４２は、時間幅調整部５４１が調整した算出時間幅における第１傾きＳｌｏｐ１を算出し、時間幅調整部５４１が調整した算出時間幅における第２傾きＳｌｏｐ２を算出し、第１傾きＳｌｏｐ１と第２傾きＳｌｏｐ２との比を制御コンプライアンスＣｏｍｐとして算出する。

【0105】

この構成によれば、第１傾きＳｌｏｐ１及び第２傾きＳｌｏｐ２を制御コンプライアンスＣｏｍｐの算出パラメータとする。そのため、制御コンプライアンスＣｏｍｐの算出パラメータを、ノイズによる測定値の変動が取り除かれたパラメータであって、且つ、クロスヘッド１０の移動量Ｘ及び試験片ＴＰの伸び量Ｐの変化量に関するパラメータとすることができる。したがって、第１傾きＳｌｏｐ１及び第２傾きＳｌｏｐ２の比を制御コンプライアンスＣｏｍｐとして算出することによって、ノイズによる測定値の変動が制御コンプライアンスＣｏｍｐの算出に加味されることがなく、精度良く制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出できる。したがって、材料試験機１は、精度良く制御コンプライアンスＣｏｍｐを算出できるようになり、サーボモータ１８のフィードバック制御をより精度良く行うことができる。

【0106】

［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。

【0107】

（第１項）
一態様に関わる材料試験機は、移動部材によって試験対象に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷の付与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の算出に用いる前記第１物理量及び前記第２物理量の測定値の時間幅を調整する時間幅調整部と、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記変化量比を算出する変化量比算出部と、前記変化量比算出部が算出した前記変化量比に基づいて、前記第２物理量の測定値と、前記第２物理量の目標値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、前記時間幅調整部は、前記時間幅について、前記第２物理量の測定値に含まれるノイズが大きいほど長くする調整と、前記第２物理量の時間変化率または前記移動部材の目標速度が大きいほど短くする調整とのいずれか一方を少なくとも実行する。

【0108】

第１項に記載の材料試験機によれば、変化量比の算出に用いる測定値の時間幅について、第２物理量の測定値に含まれるノイズが大きいほど長くする調整、及び、第２物理量の時間変化率或いは移動部材の目標速度が大きいほど短くする調整のいずれか一方を少なくとも実行することで、変化量比の算出に用いる測定値の時間幅を、材料試験に応じた適切な幅へ動的に調整できる。そのため、材料試験に応じた適切な変化量比を算出でき、負荷機構のフィードバック制御を精度良く行うことができる。

【0109】

（第２項）
第１項に記載の材料試験機において、前記時間幅調整部は、前記移動部材の移動速度が最低速度である場合の前記第２物理量の測定値に含まれるノイズに基づき算出された前記時間幅以下となるように、前記時間幅を調整する。

【0110】

第２項に記載の材料試験機によれば、時間調整部が、前記第２物理量の測定値の変化に対して相対的にノイズが大きい場合でも、必要十分な測定数で当該ノイズの影響を低減した変化量比が算出できるように時間幅を調整できる。

【0111】

（第３項）
第１項又は第２項に記載の材料試験機において、前記時間幅調整部は、前記移動部材の移動速度が最高速度である場合に前記変化量比を算出可能な最短の前記時間幅以上となるように、前記時間幅を調整する。

【0112】

第３項に記載の材料試験機によれば、応答物理量の変位が大きい場合でも、時間幅を極端に短くすることがないため、変化量比を適切に算出できる。

【0113】

（第４項）
第１項から第３項のいずれか一項に記載の材料試験機において、前記変化量比算出部は、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記第１測定部が測定した前記第１物理量と時間との関係を表す近似直線の傾きである第１傾きを算出し、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記第２測定部が測定した前記第２物理量と時間との関係を表す近似直線の傾きである第２傾きを算出し、前記第１傾きと前記第２傾きとの比を前記変化量比として算出する。

【0114】

第４項に記載の材料試験機によれば、ノイズによる測定値の変動が取り除かれた第１物理量及び第２物理量の変化に関するパラメータで変化量比を算出できる。そのため、ノイズによる測定値の変動が、変化量比の算出で加味されることがないため、変化量比を精度良く算出できるようになり、負荷機構のフィードバック制御をより精度良く行うことができる。

【0115】

（第５項）
別の一態様に関わる材料試験機の制御方法は、移動部材によって試験対象に負荷を付与する負荷機構と、前記負荷の付与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の算出に用いる前記第１物理量及び前記第２物理量の測定値の時間幅を調整する時間幅調整部、前記時間幅調整部が調整した前記時間幅における前記変化量比を算出する変化量比算出部、及び、前記変化量比算出部が算出した前記変化量比に基づいて、前記第２物理量の測定値と、前記第２物理量の目標値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、前記時間幅調整部は、前記時間幅について、前記第２物理量の測定値に含まれるノイズが大きいほど長くする調整と、前記第２物理量の時間変化率または前記移動部材の目標速度が大きいほど短くする調整とのいずれか一方を少なくとも実行する。

【0116】

第５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。

【符号の説明】

【0117】

１ 材料試験機
１０ クロスヘッド（移動部材）
１２ 負荷機構
１４ ロードセル（第２測定部）
１８ サーボモータ
２０ ロータリエンコーダ
３０ 制御装置
６０ 回転量測定部（第１測定部）
９０ 伸び計（第２測定部）
５４１ 時間幅調整部
５４２ 制御コンプライアンス算出部
５４３ フィードバック制御部
５６１ 目標データ
Ｆ 試験力（負荷）
ＲＰ 応答物理量（第２物理量）
ＲＰｃ 目標応答物理量（第２物理量の目標値）
ＲＰｓ 測定応答物理量（第２物理量の測定値）
Ｓｌｏｐ１ 第１傾き
Ｓｌｏｐ２ 第２傾き
Ｃｏｍｐ 制御コンプライアンス（変化量比）
ＴＰ 試験片（試験対象）
Ｔｒ 回転量（第１物理量）
ｅ 偏差
Ｘ 移動量（第１変化量）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】