特許 7172802 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 3/00 20060101AFI20221109BHJP

   G01N 3/06 20060101ALI20221109BHJP

   G05D 3/12 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

G01N3/00 T

G01N3/06

G05D3/12 305Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019064450

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020165706

(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２００１－０５０８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５３５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１７０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１７２７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００２４３２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／００－３／６２

Ｇ０５Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項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、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。

【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。

【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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【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。

【0008】

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。

【発明の効果】

【0009】

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。

【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】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】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。

【図4】制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】破壊靭性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】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

［２．試験機本体の構成］

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

［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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【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。

【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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【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。

【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、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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

［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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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）。

【0064】

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）。

【0065】

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。

【0066】

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）。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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）。

【0071】

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）。

【0072】

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）。

【0073】

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）。

【0074】

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。

【0075】

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）。

【0076】

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）。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

［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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

［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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

［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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

［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。

【0106】

（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。

【0107】

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。

【0108】

（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。

【0109】

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。

【0110】

（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。

【0111】

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。

【0112】

（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。

【0113】

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。

【符号の説明】

【0114】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】