技術 自動引張試験装置における試験片の回収方法および処理方法

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本発明は、金属材料等の試験片の引張試験を自動で行う自動引張試験装置における試験片の回収方法および処理方法に関する。

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従来の自動引張試験装置としては、図６に示す構造のものが知られている。同図において、１は試験片であり、中央の細い平行部１ａの両端に把持用の拡大部１ｂを有する板状をしている。この試験片１は多数重ねて供給装置ａの固定板ａ１の前に置かれる。固定板ａ１には、対向する二つのガイド板ａ２，ａ２が配設され、ガイド板の先端部ａ２′を矢印のように回動して試験片１の積層体を固定板ａ１に押しつけて位置決めする。

0003

ｂは搬送装置であり、シリンダｂ１のロッド先端に取り付けられたクロスバーｂ２が左右のレールｂ３上を走り、クロスバーｂ２の左右両端近傍の吸盤ｂ４が供給装置ａにある積層体の一番上にある試験片１を吸着して厚さ測定装置ｃに移動する。

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厚さ測定装置ｃは、シリンダｃ１で駆動されるリンク機構ｃ２を有しており、搬送装置ｂで搬送されてきた試験片１をリンク機構ｃ２の先端間に図示のように挟んで測長検出器ｃ３により試験片１の厚さを測定する。

0005

厚さ測定が終わると、セッティング装置ｄが試験片１の中央近くを把持して、厚さ測定装置ｃから試験片１を受け取り、この試験片１は、セッティング装置ｄにより垂直な向きになるように回転され、同時に移動して引張試験機ｅに設けられた相対向するチャックｅ１，ｅ１間に挿入される。

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各チャックｅ１には、それぞれ二つの可動把持片ｅ２があり、図示しない駆動手段により、図７に示すように接近して試験片１の両端の拡大部を把持する。こうしてチャックｅ１，ｅ１が、試験片１の拡大部を締めつけて把持すると、クロスヘッドｅ３が、チャックｅ１，ｅ１を図の上下に相離反させるように移動し、試験片１に引張負荷を加える。引張負荷は、ロードセル等の負荷検出器ｅ４で刻々と計測される。

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なお、図６において、ｆは接触式ひずみ計測装置であり、上下の挟持体ｆ１，ｆ１が、チャックｅ１，ｅ１に把持されて引張負荷が加わる前の試験片１の長手方向に離間した２か所を挟む。引張負荷の増加に伴い、挟持体ｆ１，ｆ１間の距離が広がるのを、例えばリニアエンコーダｆ２で測定して、試験片１の伸びを測定する。

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以上のように、試験片はセッティング装置によって引張試験機に自動的に供給されるようになっているが、この引張試験機で試験が終了した試験片（破断された試験片または伸びの生じた試験片）をさらに自動的に回収することが要求されている。

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しかし、引張試験機における引張破断試験では試験片が破断することから、２つに破断された試験片（以後、「破断片」という）を回収する必要があるが、これを一つずつ回収していては各試験片についての試験のサイクルタイムが長くなって試験効率が悪くなるという問題がある。また、引張試験では、対象となる各試験片のサイズや材料特性の違いから引張後の伸び（最終歪み）は様々であり、引張後のクロスヘッドのチャックが試験片を把持している位置は様々な位置になる。

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そこで、引張破断試験で最も伸びる場合を想定した一定の位置に破断片と共にチャックを一旦移動し、その位置から破断片を回収することが考えられるが、このようにすると、チャックを保持しているクロスヘッドを最も伸びた位置から試験開始時の位置まで常に大きく移動しなければならないので試験のサイクルタイムが長くなるという問題が生じる。

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また、本出願人は、ロボットハンドを用いたセッティング装置により引張試験機に対して自動的に試験片の供給と回収を行うようにした自動引張試験装置（特願平５−１９７１４８号）を提案しているが、この自動引張試験装置においては先ず、セッティング装置で引張試験機の試験片を回収し、その後、試験片の供給側から試験片を把持して引張試験機に供給するという動作を行うようにしている。このため、セッティング装置は、試験終了まで引張試験機の位置で待機しているか試験終了時に引張試験機の位置に移動するかして、先ず試験片を回収する必要があるので、動作が制約されてサイクルタイムに無駄が生じている。

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本発明は、引張試験機における動作を少なくしたり、試験片の供給と回収の動作を少なくすることにより、自動引張試験装置におけるサイクルタイムを短縮することを課題とする。

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上記の課題を解決するためになした本発明の自動引張試験装置における試験片の回収方法は、試験片をクロスヘッドで引張って引張試験を行う引張試験機から該引張試験機で破断された試験片をセッティング装置により回収する自動引張試験装置における試験片の回収方法であって、前記セッティング装置として、前記引張試験機における破断された２つの試験片の各々に対応する一対の把持部を備えるとともに該把持部の位置を調節可能にしたセッティング装置を用い、前記引張試験機の前記クロスヘッドの位置情報に基づいて前記セッティング装置の把持部の位置を調節し、該位置が調節された把持部で前記引張試験機の前記破断された試験片をそれぞれ把持し、該把持部で把持した試験片を回収部に回収するようにしたことを特徴とする。

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また、本発明の自動引張試験装置における試験片の処理方法は、試験片を供給する試験片供給手段からセッティング装置により試験片を引張試験機に供給するとともに、該引張試験機で試験が終了した試験片を上記セッティング装置で回収部に回収する自動引張試験装置における試験片の処理方法であって、前記セッティング装置として、供給用ハンドと回収用ハンドとからなるハンド部をアームの先端に備えたセッティング装置を用い、前記セッティング装置の前記ハンド部を前記試験片供給手段の位置に移動して該ハンド部の前記供給用ハンドで該試験片供給手段の試験片を把持し、該ハンド部を前記引張試験機の位置に移動して該ハンド部の前記回収用ハンドで該引張試験機の前記試験が終了した試験片を把持して取り外し、該ハンド部の前記供給用ハンドで把持している試験片を該引張試験機に供給し、該ハンド部を前記回収部の位置に移動して該ハンド部の前記回収用ハンドで把持している試験片を該回収部に回収するようにしたことを特徴とする。

0015

本発明の自動引張試験装置における試験片の回収方法においては、引張試験機で破断された試験片を回収するセッティング装置として、引張試験機における破断された２つの試験片の各々に対応する一対の把持部を備えるとともにこの把持部の位置を調節可能にしたセッティング装置を用いる。そして、引張試験機のクロスヘッドの位置情報に基づいてセッティング装置の把持部の位置を調節し、この位置が調節された把持部で引張試験機の破断された試験片をそれぞれ把持し、この把持部で把持した試験片を回収部に回収する。

0016

セッティング装置の一対の把持部は引張試験機における破断された２つの試験片の各々に対応しており、かつ、引張試験機のクロスヘッドは破断した試験片の位置に対応しているので、このクロスヘッドの位置情報に基づいて位置が調節された一対の把持部により２つに破断された試験片を正確に同時に把持することができ、しかも、クロスヘッドを最終歪みの位置で停止しておけばよいので、次の試験開始までの無駄時間を無くすことができる。

0017

また、本発明の自動引張試験装置における試験片の処理方法においては、試験片供給手段から試験片を引張試験機に供給するとともに引張試験機で試験が終了した試験片を回収部に回収するセッティング装置として、供給用ハンドと回収用ハンドとからなるハンド部をアームの先端に備えたセッティング装置を用いる。そして、セッティング装置のハンド部を試験片供給手段の位置に移動してこのハンド部の供給用ハンドで試験片供給手段の試験片を把持し、ハンド部を引張試験機の位置に移動してこのハンド部の回収用ハンドで引張試験機の試験が終了した試験片を把持して取り外し、次に、ハンド部の供給用ハンドで把持している試験片を引張試験機に供給する。そして、ハンド部を回収部の位置に移動してこのハンド部の回収用ハンドで把持している試験片を回収部に回収する。

0018

したがって、引張試験機の位置で試験片の取外しと試験片の供給を続けて行うことができるので、セッティング装置の動作において、特に、ハンド部を引張試験機から回収部まで移動する動作、ハンド部を回収部から試験片供給手段まで移動する動作、および、ハンド部を試験片供給手段から引張試験機まで移動する動作を、引張試験機の動作と同時平行に行うことができるので、無駄時間を無くすことができる。

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図４は本発明を適用した実施例の自動引張試験装置の要部の構成を示す平面図である。なお、以下の説明において、引張試験機において破断しないで伸びだけが生じた試験片を「歪試験片」という。同図において、２は実施例における試験片供給手段であるマーキング部３から試験片１を引張試験機４に供給するとともに、この引張試験機４で引張試験が終了した破断片または歪試験片を回収部５に回収するセッティング装置である。なお、試験片１は、従来例で説明したのと同じ形状のものが使用されている。また、マーキング部３は、試験片を多数重ねた積層体から一番上にある試験片を１枚づつ取り出して厚さ測定を行うとともに標線を描き、この標線が描かれた試験片１をセッティング装置２側に供給する動作を行うように構成されている。

0020

システム制御装置６は、セッティング装置２、マーキング部３および引張試験機４を制御するもので、多種類の試験片サイズに対応して試験片の供給から回収までを自動的に行うように構成されたものである。引張試験に先立って一試験ロットの試験片１について、その形状、試験条件、セッティング装置２の動作、マーキング部３の動作といった必要な事項を予め登録しておき、これに基づいて引張試験を自動的に行う。

0021

図５はセッティング装置２、マーキング部３、引張試験機４および回収部５を示す図である。なお、セッティング装置２の構造は図５に図示の状態において同図図示のｘｙｚ軸に対する動作として説明する。セッティング装置２は、基台２ａと、その上に設けられたｚ軸と平行な軸回りに回動自在な旋回部２ｂと、旋回部２ｂの上部に設けられたｘ軸と平行な軸２ｃと、この軸２ｃに回動自在に取り付けられた上腕部２ｄと、軸２ｃと平行に上腕部２ｄの先端に設けられた軸２ｅと、この軸２ｅに回動自在に取り付けられた前腕部２ｆと、前腕部２ｆの先端に軸２ｅと平行に設けられた軸２ｇと、この軸２ｇに回動自在に取り付けられた回転ブロック２ｈと、回転ブロック２ｈに取り付けられ、軸２ｇに直交してｙ軸に平行な軸回りに回動自在なハンド部２１とで構成されている。

0022

そして、基台２ａおよび各軸内に内蔵された図示しないモータや制御機器と、システム制御装置６の指示により動作する。以上の構成により、セッティング装置２は、ハンド部２１で試験片１を把持し、この試験片１を基台２ａの回りのどの位置にも、また、どんな姿勢にも保持することができる。

0023

引張試験機４は、基台４ａの上に門形のフレーム４ｂを立設し、フレーム４ｂの中間には基台４ａと平行なクロスヘッド４ｃを昇降自在に設け、基台４ａとクロスヘッド４ｃとに対向するチャック４ｄ，４ｄを設け、クロスヘッド４ｃのチャック４ｄと反対側に負荷検出手段４ｅを設けた構成となっている。なお、チャック４ｄ，４ｄの内側には可動把持片４ｄ’が取り付けられており、セッティング装置２により試験片１がチャック４ｄの中心軸と一致するように供給されると、この可動把持片４ｄ’で試験片１の拡大部１ｂを把持する。

0024

クロスヘッド４ｃの端部はフレーム４ｂ内に配設されたボールネジ４ｆに螺合されている。また、ボールネジ４ｆは駆動装置４ｇに連結されるとともに、このボールネジ４ｆの端部には、システム制御装置６に接続されたエンコーダ４ｈが取り付けられている。そして、駆動装置４ｇの駆動によりクロスヘッド４ｃは昇降し、このクロスヘッド４ｃの位置はエンコーダ４ｈで検出されてその位置情報がシステム制御装置６に送られる。

0025

図１はセッティング装置２のハンド部２１の一部破砕側面図であり、ハンド部２１は、試験片１を引張試験機４に供給するための供給用ハンド２１１と引張試験機４から破断片または歪試験片を回収するための回収用ハンド２１２とを備えている。供給用ハンド２１１は先端に一対の把持片２１１ａ，２１１ｂを備えるとともに、この把持片２１１ａ，２１１ｂはシリンダ２１１ｃによって図の矢印のように把持動作を行う。

0026

また、回収用ハンド２１２は間隔が調節可能な一対の把持部２１２ａ，２１２ｂを備えている。片方の把持部２１２ａはフレーム２１２ｃに固定されているが、他方の把持部２１２ｂはシリンダ２１２ｄの駆動により図の実線の状態（Ｉ）または図の二点鎖線の状態（II）に移動する。さらに、各把持部２１２ａ，２１２ｂはそれぞれ先端に一対の把持片２１２ａ−１，２１２ａ−２，２１２ｂ−１，２１２ｂ−２を備えており、把持部２１２ａの把持片２１２ａ−１，２１２ａ−２はシリンダ２１２ａ−３によって図と直交する方向に把持動作を行い、把持部２１２ｂの把持片２１２ｂ−１，２１２ｂ−２はシリンダ２１２ｂ−３によって図と直交する方向に把持動作を行う。

0027

なお、供給用ハンド２１１のシリンダ２１１ｃ、回収用ハンド２１２の各シリンダ２１２ｄ，２１２ａ−３，２１２ｂ−３には図示しないエアパイプが接続されており、これらのシリンダはシステム制御装置６の制御によって供給されるエアで駆動され、供給用ハンド２１１および回収用ハンド２１２の各把持動作と、把持部２１２ｂの移動動作（状態Ｉまたは状態II）を行う。

0028

セッティング装置２のハンド部２１は以上のように構成されており、セッティング装置２は供給用ハンド２１１でマーキング部３の試験片１を把持して引張試験機４に供給する。また、セッティング装置２は、引張破断試験以外のときは回収用ハンド２１２の把持部２１２ａ，２１２ｂの間隔を図１のＩの状態にし、両方の把持部２１２ａ，２１２ｂで歪試験片（破断していない試験片）を把持する。一方、引張破断試験のときは把持部２１２ａ，２１２ｂの間隔を図１のIIの状態にし、固定側の把持部２１２ａで引張試験４の基台４ａ側のチャック４ｄにセットされている破断片を把持するとともに、他方の把持部２１２ｂでクロスヘッド４ｃ側のチャック４ｄにセットされている破断片を把持する。

0029

このIIの状態のときの把持部２１２ａ，２１２ｂの間隔は引張破断試験で生じる破断片の間隔に対応して設定されており、この引張破断試験のときは、引張試験機４に対する回収用ハンド２１２の位置（高さ）を引張試験機４のクロスヘッド４ｃの位置情報に基づいて調節し、把持部２１２ａが下の破断片を、把持部２１２ｂが上の破断片をそれぞれ把持できるようにする。

0030

図２は引張試験機４のチャック４ｄに対する回収用ハンド２１２の回収位置を説明する図であり、引張破断試験以外のときは、図２(a) のように把持部２１２ａ，２１２ｂの間隔をＩの状態にして回収用ハンド２１２を所定の位置にして歪試験片１′を把持し、チャック４ｄを緩めて歪試験片１′を引張試験機４から受け取る。

0031

引張破断試験のときは、図２(b) 〜(d) に示したように把持部２１２ａ，２１２ｂの間隔をIIの状態にして間隔を拡げ、(b) ，(c) ，(d) のように試験片１の伸びと破断時の位置に応じてクロスヘッド４ｃに固定されたチャック４ｄ−２の高さが変わると、このクロスヘッド４ｃの位置情報に基づいて回収用ハンド２１２の高さを調節し、把持部２１２ａが下の破断片１′′を、把持部２１２ｂが上の破断片１′′をそれぞれ把持できるようにする。そして、チャック４ｄを緩めて破断片１′′を引張試験機４から受け取る。

0032

なお、この引張破断試験時の回収用ハンド２１２の高さ制御では、予めクロスヘッド４ｃの高さを例えば５段階など所定の範囲に分割するとともに各段階に対応する回収用ハンド２１２の高さを設定しておき、クロスヘッド４ｃがどの段階の高さに有るかに応じて回収ハンド２１２の高さを選択する。

0033

図３はセッティング装置２の動作を説明する図であり、マーキング部３で標線を描き終えた試験片１が解放されると、この試験片１はセッティング装置２と対向した状態となり、図３(a) に示したように、セッティング装置２は、システム制御装置６の指示に基づいて、上腕部２ｄと前腕部２ｆとを伸ばし、供給用ハンド２１１で試験片１の形状に合わせてその中央部分を把持する。

0034

次に、試験片１を把持すると、セッティング装置２は、図３(b) に示したように、試験片１を上方に持ち上げて回収用ハンド２１２の把持部２１２ｂが上側に把持部２１２ａが下側となるように回転するとともに、旋回部２ｂから上部をｚ軸回りに９０°回転し、上腕部２ｄと前腕部２ｆとを伸ばして、引張試験機４のチャックから把持部２１２ｂ，２１２ａで上下の破断片をそれぞれ把持して取り外す。

0035

そして、図３(c) に示したように、把持部２１２ｂ，２１２ａで破断片を把持したまま、供給用ハンド２１１で把持している試験片１が垂直になるように回転し、試験片１を引張試験機４のチャックの向きに合わせて供給する。試験片１の供給が完了すると、図３(d) に示したように、旋回部２ｂから上部をｚ軸回りにさらに９０°回転し、把持部２１２ｂ，２１２ａで把持している破断片をそれぞれ回収部５に入れる。

0036

以上で一つの試験片の供給と試験が終了した破断片の回収が終了する。そして、引張試験機４で試験を行っている間に、セッティング装置２は、旋回部２ｂより上をｚ軸回りにさらに１８０°回転してマーキング部３に対向する位置に復帰し、次の試験片１の供給を行うために待機する。次の試験片について上記同様の動作を繰り返し行うことにより、マーキング部３から試験片１が供給されなくなるまで、連続して試験を行う。

0037

このように、セッティング装置２の回収用ハンド２１２は一対の把持部２１２ａ，２１２ｂを備えており、システム制御装置６が引張試験機４からクロスヘッド４ｃの位置データを受けて、これに応じて回収用ハンド２１２の位置を調節し、試験片１の破断した２つの破断片を把持部２１２ａ，２１２ｂで同時に把持して回収するので、クロスヘッド４ｃは試験終了時の位置に停止させておけばよく、このクロスヘッド４ｃを伸びの最も大きい場合の位置に常に移動する必要がなく、サイクルタイムを短縮することができる。

0038

また、セッティング装置２は供給用ハンド２１１と回収用ハンド２１２と２つのハンドを備えているので、引張試験機４に対する試験片１の供給動作と回収動作とを１回の回動動作で行うことができ、引張試験機４で試験を行っている間に、回収動作と初期位置までの復帰動作を行うことができるので、動作時間のロスを無くすことができサイクルタイムを短縮することができる。

0039

以上説明したように本発明の自動引張試験装置における試験片の回収方法によれば、引張試験機で破断された試験片を回収するセッティング装置として、引張試験機における破断された２つの試験片の各々に対応する一対の把持部を備えるとともにこの把持部の位置を調節可能にしたセッティング装置を用い、引張試験機のクロスヘッドの位置情報に基づいてセッティング装置の把持部の位置を調節し、この位置が調節された把持部で引張試験機の破断された試験片をそれぞれ把持して回収部に回収するようにしたので、２つに破断された試験片を正確に同時に把持することができ、しかも、クロスヘッドを最終歪みの位置で停止しておけばよいので、次の試験開始までの無駄時間を無くすことができ、引張試験機における動作を少なくして自動引張試験装置におけるサイクルタイムを短縮することができる。

0040

また、本発明の自動引張試験装置における試験片の処理方法によれば、試験片供給手段から試験片を引張試験機に供給するとともに引張試験機で試験が終了した試験片を回収部に回収するセッティング装置として、供給用ハンドと回収用ハンドとからなるハンド部をアームの先端に備えたセッティング装置を用い、セッティング装置のハンド部を試験片供給手段の位置に移動してこのハンド部の供給用ハンドで試験片供給手段の試験片を把持し、ハンド部を引張試験機の位置に移動してこのハンド部の回収用ハンドで引張試験機の試験が終了した試験片を把持して取り外し、次に、ハンド部の供給用ハンドで把持している試験片を引張試験機に供給し、ハンド部を回収部の位置に移動してこのハンド部の回収用ハンドで把持している試験片を回収部に回収するようにしたので、引張試験機の位置で試験片の取外しと試験片の供給を続けて行うことができるので、試験片の供給と回収の動作を少なくして自動引張試験装置におけるサイクルタイムを短縮することができる。

0041

図１本発明を適用した自動引張試験装置におけるセッティング装置のハンド部の一部破砕側面図である。
図２実施例における引張試験機のチャックに対する回収用ハンドの回収位置を説明する図である。
図３実施例におけるセッティング装置の動作を説明する図である。
図４実施例におけるセッティング装置、マーキング部、引張試験機および回収部を示す図である。
図５実施例におけるセッティング装置、マーキング部、引張試験機および回収部を示す図である。
図６従来の自動引張試験装置の構成を示す斜視図である。
図７従来の自動引張試験装置におけるチャックが試験片を把持した状態を示す斜視図である。

0042

１試験片
１′ 歪試験片
１′′破断片
２セッテイング装置
４引張試験機
５回収部
４ｃクロスヘッド
２１ハンド部
２１１ 供給用ハンド
２１２回収用ハンド