气动夹具系统和包括气动夹具系统的材料测试系统的制作方法

气动夹具系统和包括气动夹具系统的材料测试系统
1.相关申请
2.本技术要求于2021年2月8日提交的名称为“pneumatic grip systems and material testing systems including pneumatic grip systems[气动夹具系统和包括气动夹具系统的材料测试系统]”的美国专利申请序列号17/170,170以及于2020年2月9日提交的名称为“pneumatic grip systems and material testing systems including pneumatic grip systems[气动夹具系统和包括气动夹具系统的材料测试系统]”的美国临时专利申请序列号62/972,054的权益。美国专利申请序列号17/170,170和美国临时专利申请序列号62/972,054的全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

[0003]
本公开内容总体上涉及材料测试，并且更具体地涉及气动夹具系统和包括气动夹具系统的材料测试系统。
[0004]
万能测试机用于对材料或部件进行机械测试，比如压缩强度测试或拉伸强度测试。


技术实现要素：

[0005]
公开了气动夹具系统和包括气动夹具系统的材料测试系统，基本上如通过至少一个图图示并且结合该至少一个图描述的、如在权利要求中更完整地阐述的那样。
附图说明
[0006]
当参照附图阅读以下详细描述时，本公开内容的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，贯穿附图，同样的附图标记表示同样的部件，在附图中：
[0007]
图1是根据本公开内容的各方面的用于执行机械特性测试的示例测试设备。
[0008]
图2是图1的测试设备的示例实施方式的框图。
[0009]
图3是图2的安全系统的示例实施方式的框图。
[0010]
图4a和图4b示出了表示示例机器可读指令的流程图，这些指令可以由图3的安全处理器执行以控制图1至图3的材料测试系统的状态。
[0011]
图5图示了可以用于实施图1至图3的操作者界面的示例操作者界面。
[0012]
图6图示了可以用于实施图1至图3的这个操作者界面的另一示例操作者界面。
[0013]
图7图示了图1的示例材料测试系统以及在材料测试系统的启动例程期间图5和图6的操作者界面。
[0014]
图8图示了图1的示例材料测试系统以及在材料测试系统的设置状态下图5和图6的操作者界面。
[0015]
图9图示了图1的示例材料测试系统以及当在设置状态下以受限的致动条件使横向头小幅移动时图5和图6的操作者界面。
[0016]
图10图示了图1的示例材料测试系统以及当在警告状态或测试状态下以减少的限
制条件下使横向头小幅移动时图5和图6的操作者界面。
[0017]
图11图示了图1的示例材料测试系统以及当在设置状态下以受限的致动条件来控制气动夹具的致动时图5和图6的操作者界面。
[0018]
图12图示了图1的示例材料测试系统以及当在警告状态或测试状态下以减少的限制条件控制气动夹具的致动时图5和图6的操作者界面。
[0019]
图13a、图13b和图13c图示了图1的示例材料测试系统以及当从设置状态前进到警告状态和测试状态以启动材料测试时图5和图6的操作者界面。
[0020]
图14a、图14b和图14c图示了图1的示例材料测试系统以及当从设置状态前进到警告状态和测试状态以将横向头返回到期望的状态时图5和图6的操作者界面。
[0021]
图15是可以用于实施图3的安全系统的一部分的示例气动夹具系统的框图。
[0022]
图16a是图示传统气动夹具加压过程期间的歧管压力和夹具压力的图表。
[0023]
图16b是图示所公开的示例气动夹具加压过程期间的歧管压力和夹具压力的图表。
[0024]
附图不一定按比例绘制。在适当情况下，相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。
具体实施方式
[0025]
传统的材料测试系统使用比如配置开关、防护、有限的力控制、运动限制和/或保护等缓解技术来提高操作者的安全性。然而，传统的材料测试系统常常不完全符合国际标准。传统的缓解技术要求操作者将系统置于适当的操作模式，比如安全交互或测试。可以使用现成的安全部件(比如可编程逻辑控制器(plc)和/或继电器)来实施许多传统安全技术。plc和继电器通常会显著增加材料测试系统的成本。
[0026]
所公开的示例材料测试系统包括：气动夹具，被配置为基于供应的压力来夹持被测试的试样；和处理器，被配置为通过重复地进行以下操作来控制供应给气动夹具的压力：控制注入阀以增加该供应的压力；使该供应的压力在每次增加之后稳定下来；以及基于将预期压力增加与加压期间的实际压力增加进行比较来调整加压时间。
[0027]
在一些示例材料测试系统中，该气动夹具包括第一夹具和第二夹具，并且该处理器被配置为通过控制供应给该第一夹具或该第二夹具中的至少一个的压力来控制供应给该气动夹具的压力。一些示例材料测试系统进一步包括第二注入阀，其中，该注入阀被配置为控制从气体供应装置到该第二注入阀的气体流动，并且该第二注入阀被配置为控制从该注入阀到该第一夹具的气体流动。
[0028]
在一些示例材料测试系统中，该处理器被配置为控制该第二注入阀以选择性地增加压力、保持压力、或经由排气口释放压力。一些示例材料测试系统进一步包括第三注入阀，该第三注入阀被配置为控制从该注入阀到该第二夹具的气体流动。在一些示例材料测试系统中，该处理器被配置为通过关闭该注入阀和该第二注入阀来使该供应的压力在每次增加之后稳定下来。
[0029]
一些示例材料测试系统进一步包括放泄阀，该放泄阀被配置为从该气动夹具排出压力。在一些示例材料测试系统中，该注入阀包括第一电磁阀并且该放泄阀包括第二电磁阀，并且该处理器被配置为控制该第一电磁阀和该第二电磁阀以使其具有默认状态，该默
认状态被配置为从该气动夹具释放压力。在一些示例材料测试系统中，该处理器被配置为基于该供应的压力的变化率来确定该压力已经稳定下来。在一些示例材料测试系统中，该处理器被配置为当该供应的压力的变化率小于阈值率时确定该压力已经稳定下来。
[0030]
本文公开了用于控制材料测试系统上的气动设备的示例方法，其中该方法包括：通过经由处理器重复地进行以下操作来利用该处理器控制供应给材料测试系统的气动设备的压力：控制注入阀以增加该供应的压力；使该供应的压力在每次增加之后稳定下来；以及基于将预期压力增加与加压期间的实际压力增加进行比较来调整加压时间。
[0031]
在一些示例方法中，该气动夹具包括第一夹具和第二夹具，并且该控制供应给该气动夹具的压力包括控制供应给该第一夹具或该第二夹具中的至少一个的压力。在一些示例方法中，该控制该注入阀以增加该供应的压力包括：控制从气体供应装置到第二注入阀的气体流动；以及控制该第二注入阀以控制从该注入阀到该第一夹具的气体流动。
[0032]
一些示例方法进一步包括控制该第二注入阀以选择性地增加压力、保持压力、或经由排气口释放压力。在一些示例方法中，该控制该注入阀以增加供应的压力包括通过控制第三注入阀来控制从该注入阀到该第二夹具的气体流动。在一些示例方法中，该允许该供应的压力稳定下来包括关闭该注入阀和该第二注入阀。
[0033]
一些示例方法进一步包括控制放泄阀以从该气动夹具排出压力。在一些示例方法中，该注入阀包括第一电磁阀并且该放泄阀包括第二电磁阀，并且该方法进一步包括控制该第一电磁阀和该第二电磁阀以使其具有默认状态，该默认状态被配置为从该气动夹具释放压力。一些示例方法进一步包括基于该供应的压力的变化率来确定该压力已经稳定下来。在一些示例方法中，确定该供应的压力已经稳定下来是响应于确定该压力的变化率小于阈值率。
[0034]
所公开的示例材料测试系统在材料测试系统内嵌入或整合有符合国际标准的安全系统。由于安全系统被整合到材料测试系统中，因此所公开的示例材料测试系统以比使用现成零件所能实现的低得多的成本提供了安全性改进，因为安全系统被整合到了材料测试系统的现有电子器件、半导体和/或电路板中。整合进一步提高了可靠性，从而减少或消除了购买的安全部件之间的外部接线。
[0035]
如下文更详细描述的，所公开的用于材料测试系统的示例安全系统包括机器状态指示器，这些指示器从操作限制的角度以视觉方式显示测试机的状态。所公开的用于材料测试系统的示例安全系统在机器控制点提供了高可靠性和受监测的激活机制，这可以包括材料测试系统内的内部故障检查和/或电源诊断。在一些示例中，气动夹具被提供有两级夹具压力控制和监测。所公开的示例材料测试系统与具有冗余或多种多样的触点的互锁防护系统相兼容。这种防护系统通过使用冗余、多样和/或动态实时监测，符合iso安全标准。所公开的示例材料测试系统包括冗余横向头行程极限监测。所公开示例的材料测试系统关闭电路系统符合包括iso 13849-1在内的国际安全标准。
[0036]
另外，与plc一起使用的传统现成安全继电器部件在plc内使用额外的固件层，以在紧急停止事件期间停止移动部件的运动。所公开的用于材料测试系统的示例安全系统被配置为使得硬件(例如，紧急停止按钮)能够直接关闭对(多个)致动器的功率放大器驱动，而不管安全处理器内的嵌入式固件是否正在运行。
[0037]
电路系统、致动器、和/或其他硬件的禁用可以经由硬件、软件(包括固件)、或硬件
和软件的组合来完成，并且可以包括物理断开、断电和/或软件控制，该软件控制对激活电路系统、致动器和/或其他硬件的命令的实施作出限制。类似地，电路系统、致动器、和/或其他硬件的启用可以经由硬件、软件(包括固件)、或硬件和软件的组合使用与禁用相同的机制来完成。固件可以包括存储的指令，比如安全评级嵌入式软件(sresw)和/或安全评级应用软件(srasw)。
[0038]
所公开的示例材料测试系统符合欧洲机械指令(european machinery directive)，遵循iso 13849-1标准(其涉及“控制系统的安全相关零件(safety related parts of control systems)”)中规定的规则。通过系统风险分析确定的以下功能已整合到材料测试系统中。安全系统提供用于从驱动横向头移除能量的禁用驱动状态、用于从夹持系统移除能量的禁用驱动状态以及用于进行操作者设置的受限驱动状态。在受限驱动状态下，示例安全系统监测横向头速度以将横向头速度保持在低于速度上限，监测横向头的有意手动移动(小幅移动)，监测闭合时减小的夹持压力，和/或监测有意的夹具闭合。
[0039]
如本文所使用的，“横向头”是指材料测试系统的向试样施加方向(轴向)力和/或旋转力的部件。材料测试系统可以具有一个或多个横向头，并且(多个)横向头可以在材料测试系统中处于任何适当的位置和/或取向。
[0040]
所公开的示例材料测试系统进一步包括非受限驱动状态，该状态使得能够省去受限驱动状态下的检查。在一些示例中，可以通过双重激活机制进入非受限驱动状态，其中，执行材料测试功能并且操作者不与系统交互。
[0041]
所公开的示例材料测试系统包括每台机器上的用于不同状态(比如禁用状态、设置状态(例如，受限驱动模式)、警告状态(例如，非受限驱动模式)以及测试状态(例如，非受限驱动模式))指示的指示器，以清楚地指示操作者何时可以进行交互以及何时存在危险。
[0042]
所公开的示例材料测试系统包括一个或多个停止功能，该一个或多个停止功能被配置为优先于比如横向头或夹具等部件的运动的开始和/或继续。此外，可以经由硬件冗余地配置一个或多个停止功能，使得即使当安全系统的软件部分被禁用时，这些停止功能也能有效地禁用材料测试系统。可以包括在公开的系统中的这种停止功能的示例包括互锁的防护装置和/或紧急停止开关。
[0043]
一些公开的示例材料测试系统包括选择和实施用于启动材料测试框架和/或夹持系统的单个控制点。一些示例系统提供电力故障监测和/或保护以确保系统停止非受限操作并且在重新建立电力时将材料测试系统置于禁用驱动状态。在一些示例中，响应于电力故障，任何气动试样夹持被自动断电。
[0044]
所公开的示例安全系统和材料测试系统包括增加的内部诊断和向操作者报告系统内的关键错误，比如设备故障，或冗余输入、输出和/或过程之间的冲突。相对于传统的材料测试系统，所公开的示例材料测试系统能够实现更快的试样移除和/或插入，这是因为测试机的安全设置模式允许在测试空间内的操作者活动，而无需禁用材料测试系统或无需防护门。所公开的示例系统至少部分地由于设置状态的使用而进一步提高了操作者在测试空间内设置和配置系统时的安全性，该设置状态限制横向头的运动和/或可由夹具施加的有限的运动和/或力。
[0045]
所公开的材料测试系统和安全系统可以被特别配置为在所公开的示例配置中使用，以获得所提到的风险缓解。所公开的材料测试系统在材料测试的效率和目的性方面与
购买通用的、现成的、分立的安全部件相比明显提高。
[0046]
所公开的材料测试系统和安全系统被配置为每当非受限状态没有被主动使用时就返回到受限状态和/或要求操作者有意采取动作以从受限状态转换为非受限状态。示例材料测试系统和安全系统在非受限状态被激活时提供主动警告通知。示例主动警告通知包括将其定义为在操作者可能观察到的位置出现和/或消失的通知(例如，与在材料测试系统上提供静态标签或其他静态视觉效果相反)。此外，所公开的示例通知是直观的，比如通过提供通常理解的颜色方案(例如，绿色、黄色、红色)来表示材料测试系统的状态。
[0047]
图1是用于执行机械特性测试的示例材料测试系统100。示例材料测试系统100可以是例如能够进行静态机械测试的万能测试系统。材料测试系统100可以执行例如压缩强度测试、拉伸强度测试、剪切强度测试、弯曲强度测试、挠曲强度测试、撕裂强度测试、剥离强度测试(例如，粘合剂强度)、扭转强度测试和/或任何其他压缩和/或拉伸测试。附加地或可替代地，材料测试系统100可以执行动态测试。
[0048]
示例材料测试系统100包括测试夹紧装置102和通信耦接到测试夹紧装置102的计算设备104。测试夹紧装置102向被测试的材料106施加载荷并且测量测试的机械特性，比如被测试的材料106的位移和/或施加到被测试的材料106的力。尽管示例测试夹紧装置102被图示为双柱夹紧装置，但是也可以使用其他夹紧装置，比如单柱测试夹紧装置。
[0049]
示例计算设备104可以用于配置测试夹紧装置102、控制测试夹紧装置102和/或从测试夹紧装置102接收测量数据(例如，比如力和位移等换能器(transducer)测量值)和/或测试结果(例如，峰值力、断裂位移等)以用于处理、显示、报告和/或任何其他期望的目的。
[0050]
图2是图1的材料测试系统100的示例实施方式的框图。图2的示例材料测试系统100包括测试夹紧装置102和计算设备104。示例计算设备104可以是通用计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动设备、服务器、一体机和/或任何其他类型的计算设备。
[0051]
图2的示例计算设备104包括处理器202。示例处理器202可以是来自任何制造商的任何通用中央处理单元(cpu)。在一些其他示例中，处理器202可以包括一个或多个专用处理单元，比如具有arm内核的risc处理器、图形处理单元、数字信号处理器和/或芯片上系统(soc)。处理器202执行机器可读指令204，这些机器可读指令在处理器处(例如，在所包括的高速缓存或soc中)可以被本地存储在随机存取存储器206(或其他易失性存储器)中、存储在只读存储器208(或比如flash存储器等其他非易失性存储器)中、和/或存储在大容量存储设备210中。示例大容量存储设备210可以是硬盘驱动器、固态存储驱动器、混合驱动器、raid阵列和/或任何其他大容量数据存储设备。
[0052]
总线212支持处理器202、ram 206、rom 208、大容量存储设备210、网络接口214和/或输入/输出接口216之间的通信。
[0053]
示例网络接口214包括硬件、固件和/或软件，以将计算设备104连接到比如互联网等通信网络218。例如，网络接口214可以包括符合ieee 202.x的用于发送和/或接收通信内容的无线和/或有线通信硬件。
[0054]
图2的示例i/o接口216包括硬件、固件和/或软件，用于将一个或多个输入/输出设备220连接到处理器202，从而向处理器202提供输入和/或从处理器202提供输出。例如，i/o接口216可以包括用于与显示设备接口连接的图形处理单元、用于与一个或多个usb兼容设备、firewire、现场总线接口连接的通用串行总线端口和/或任何其他类型的接口。示例材
料测试系统100包括耦接到i/o接口216的显示设备224(例如，lcd屏幕)。(多个)其他示例i/o设备220可以包括：键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、定点设备、麦克风、音频扬声器、显示设备、光学介质驱动器、多点触摸屏、手势识别接口、磁性介质驱动器和/或任何其他类型的输入和/或输出设备。
[0055]
示例计算设备104可以经由i/o接口216和/或(多个)i/o设备220访问非暂时性机器可读介质222。图2的机器可读介质222的示例包括：光盘(例如，致密盘(cd)、数字通用/视频光盘(dvd)、蓝光光盘等)、磁性介质(例如，软盘)、便携式存储介质(例如，便携式闪存驱动器、安全数字(sd)卡等)和/或任何其他类型的可移除的和/或安装的机器可读介质。
[0056]
图1的示例材料测试系统100进一步包括耦接到计算设备104的测试夹紧装置102。在图2的示例中，测试夹紧装置102经由i/o接口216耦接到计算设备，比如经由usb端口、thunderbolt端口、firewire(ieee 1394)端口和/或任何其他类型的串行或并行数据端口。在一些其他示例中，测试夹紧装置102经由有线或无线连接(例如，以太网、wi-fi等)直接地或经由网络218耦接到网络接口214和/或i/o接口216。
[0057]
图2的测试夹紧装置102包括框架228、测力传感器(load cell)230、位移换能器232、横向构件加载器234、材料夹紧装置236、控制处理器238和安全系统240。框架228为执行测试的测试夹紧装置102的其他部件提供刚性结构支撑。测力传感器230测量由横向构件加载器234经由夹具236施加到被测试的材料上的力。横向构件加载器234向被测试的材料施加力，而材料夹紧装置236(也称为夹具)抓住或以其他方式将被测试的材料耦接到横向构件加载器234。示例横向构件加载器234包括马达242(或其他致动器)和横向头244。横向头244将材料夹紧装置236耦接到框架228，并且马达242使横向头相对于框架移动以确定材料夹紧装置236的位置，和/或向被测试的材料施加力。可以用于提供材料测试系统100的部件的力和/或运动的示例致动器包括电动马达、气动致动器、液压致动器、压电致动器、继电器和/或开关。
[0058]
示例夹持器236包括压板、夹钳或其他类型的夹紧装置，这取决于被测试的机械性能和/或被测试材料。夹持器236可以被手动地配置、经由手动输入控制、和/或通过控制处理器238自动地控制。横向头244和夹持器236是操作者可接近的部件。
[0059]
示例控制处理器238与计算设备104通信以例如从计算设备104接收测试参数和/或向计算设备104报告测量结果和/或其他结果。例如，控制处理器238可以包括一个或多个通信或i/o接口以实现与计算设备104的通信。控制处理器238可以控制横向构件加载器234增加或减少施加的力，控制(多个)夹紧装置236抓住或松开被测试的材料，和/或接收来自位移变换器232、测力传感器230和/或其他换能器的测量值。
[0060]
示例安全系统240为测试夹紧装置102提供了附加的监测和控制层。安全系统240监测操作者输入和测试夹紧装置102的状态。在图2的示例中，安全系统240限制用户对测试夹紧装置102的操作，使得仅当机器处于适当状态时，用户才能控制测试夹紧装置102。响应于检测到一个或多个状况，安全系统240将自动使测试夹紧装置102进入受限状态(例如，受限设置状态、禁用可能导致危险状况的所有电力和运动，等等)。
[0061]
如下文更详细讨论的，安全系统240基于监测来自材料测试系统100的输入信号、来自安全系统240的输入信号和/或来自控制处理器238的控制信号来选择性地添加、移除、增加和/或减少对材料测试系统的操作的限制。安全系统240通过在任何给定时间从多个预
定状态中确定一种状态来控制材料测试系统100的操作，在该状态下材料测试系统100将要被操作。示例预定状态包括一个或多个受限状态，其中材料测试系统100的一个或多个操作受到限制(例如，禁用、受到约束等)，以及一个或多个非受限状态，其中受限状态的限制被减少和/或移除。在图2的示例中，安全系统240连接和/或中断控制处理器238对横向构件加载器234和/或(多个)夹紧装置236的控制。在一些其他示例中，安全系统240可以在对致动器实施任何适用的限制时直接控制横向构件加载器234和/或(多个)夹紧装置236。
[0062]
示例受限状态包括设置状态和禁用状态。在设置状态下，安全系统240限制一个或多个致动器(例如，马达242和/或(多个)夹具致动器246)，并响应于操作者输入来控制(或允许控制)这些致动器。对马达242和/或横向头244的示例限制可以包括横向头244相对于测试夹紧装置102的速度上限和/或位置上限或下限。对(多个)夹具致动器246的示例限制可以包括压力上限和/或夹持力上限。在禁用状态下，安全系统240限制致动器并且控制处理器238不响应于操作者输入来控制致动器(例如，不尝试控制马达242和/或(多个)夹具致动器246，或者通过断电而被阻止控制马达242和/或(多个)夹具致动器246)。
[0063]
示例非受限状态包括警告状态和测试状态。在示例警告状态下，安全系统240减少对致动器(例如，马达242和/或(多个)夹具致动器246)的限制，并且不控制致动器马达242和/或(多个)夹具致动器246。在警告状态下，控制处理器238可以控制(多个)致动器来执行动作，比如横向头244的高速小幅运动和/或增加气动夹具248的夹持力，此时操作者不应该在物理上接近横向头244和/或气动夹具248。在示例测试状态下，安全系统240减少对致动器的限制，同时控制处理器238控制(多个)致动器执行测试(例如，根据由控制处理器238执行的材料测试过程或程序)。
[0064]
图2的示例材料测试系统100可以进一步包括一个或多个控制面板250，该一个或多个控制面板包括多个状态指示器252和一个或多个模式开关254。模式开关254可以包括位于操作者控制面板上的按钮、开关和/或其他输入设备。例如，模式开关254可以包括控制马达242在框架228上的特定位置处小幅移动(例如，定位)横向头244的按钮、控制夹具致动器246闭合或打开气动夹具248的开关(例如，脚踏开关)、与另一按钮一起按下以使得安全系统240能够允许在非受限状态下操作的模式控制按钮、和/或可能在非受限状态下引起操作的任何其他输入设备。
[0065]
状态指示器252对应于安全系统240可以将材料测试系统100设置成的一组预定状态(例如，上述的禁用、设置、警告和测试状态)。如下文更详细描述的，安全系统240控制状态指示器252以提供关于由安全系统240确定的材料测试系统100的当前状态的指示。状态指示器252可以包括灯、显示器、音频、机械系统和/或操作者能够识别的任何其他指示。
[0066]
图3是图2的安全系统240的示例实施方式的框图。如图3所示，安全系统240包括安全处理器302。
[0067]
示例安全处理器302包括多个冗余处理内核304a、304b。处理内核304a、304b执行冗余指令306a、306b并接收冗余输入，使得处理内核304a、304b应在测试夹紧装置102的正常操作期间产生基本相同的输出。安全处理器302(例如，经由冗余内核304a、304b)监测多个输入并基于这些输入来确定材料测试系统100的状态。安全处理器302可以比较冗余指令306a、306b的输出并基于这些输出的比较来控制材料测试系统100的状态。
[0068]
示例安全处理器302和/或冗余处理内核304a、304b可以是来自任何制造商的通用
中央处理单元(cpu)。在一些其他示例中，安全处理器302和/或冗余处理内核304a、304b可以包括一个或多个专用处理单元，比如具有arm内核的risc处理器、图形处理单元、数字信号处理器和/或芯片上系统(soc)。安全处理器302和/或冗余处理内核304a、304b执行机器可读指令(比如冗余指令306a、306b)，这些机器可读指令在处理器处可以被本地存储(例如，存储在处理器所包括的高速缓存或soc中)，存储在存储设备(比如随机存取存储器、只读存储器和/或大容量存储设备)中。
[0069]
冗余处理内核304a、304b和冗余指令306a、306b允许安全系统240处理冗余和/或多种多样的输入和输出，从而提供了高度可靠和可预测的系统。因此，尽管在图3中图示了代表性的输入和输出，但是这些输入和/或输出可以被复制以支持冗余处理内核304a、304b和冗余指令306a、306b。由安全处理器302执行的冗余指令306a、306b(例如，嵌入式软件、操作系统和生成的代码)符合国际标准中概述的过程，这些标准包括但不限于iso 13849-1(其涉及“控制系统的安全相关零件”)。尽管示例安全处理器302包括多个冗余处理内核，但是在其他示例中，安全处理器302可以包括单个处理内核或者多个非冗余处理内核。
[0070]
图3的安全系统240进一步包括致动器禁用电路308，该电路选择性地禁止功率放大器310向横向头244的马达242提供能量。附加地或可替代地，致动器禁用电路308(或另一个致动器禁用电路)可以禁止(多个)夹具致动器246向(多个)气动夹具248提供能量。功率放大器310接收输入功率并向马达242输出功率以控制横向头244的移动。示例致动器禁用电路308和功率放大器310可以使用安全额定安全转矩关断(sto)高可靠性伺服功率放大器来实施。控制处理器238可以经由到功率放大器310的马达控制信号312来控制马达242和横向头244的移动。
[0071]
响应于来自安全处理器302的sto信号314，致动器禁用电路308禁用所连接的致动器(例如，马达242)。例如，致动器禁用电路308可以在比某个限定的时间段更短的时间段内断开去往马达242(和/或材料测试系统100中的其他移动零件)的所有能量。示例致动器禁用电路308可以向安全处理器302提供sto反馈信号315，该信号指示致动器禁用电路308当前是否正在禁用致动器。安全处理器302可以将sto信号314与sto反馈信号315进行比较以检测故障。
[0072]
在示例材料测试系统100中，如国际标准所规定的，在激活sto信号314之后，移动中的横向头244和任何内部部件的行进停止。本文公开的安全系统240的大多数子系统激活致动器禁用电路308以安全地停止机器。另外，功率放大器310可以包括马达制动电路316，以在施加sto信号314之前使马达242减速。马达制动电路316通过消除在关闭驱动电力之后由于机械惯性而产生的继续移动，从而允许马达242以更加受控的方式停止。使用预禁用制动减小或最小化马达242断电后横向头244的运动。因此，示例致动器禁用电路308和马达制动电路316提供了iec 60204-1标准中定义的1类停止，该标准是“机械的电气安全标准”。
[0073]
示例安全处理器302在发生预禁用制动时监测马达242和/或马达制动电路316，以确认马达242正在制动。如果安全处理器302确定马达242在制动期间未减速，则安全处理器302执行制动故障缓解以停止制动并立即使马达242断电。通过对两阶段禁用序列实施制动故障缓解，安全处理器302可以在制动低效的情况下缩短停止距离。尽管当预禁用制动起作用时出现最短停止距离，但是当预禁用制动未完全起作用时，包括不起作用的预禁用制动的两阶段序列可能具有比单阶段序列(例如，仅断开连接)更长的停止距离。制动故障缓解
的第二个优点是，该缓解实现实施两阶段禁用序列的更大灵活性，因为可以使用更广泛的部件和系统利用可以捕捉制动系统的故障的制动故障缓解过程来进行高性能制动。
[0074]
示例安全系统240进一步包括紧急停止装置318(例如，按钮、开关等)，该紧急停止装置向安全处理器302提供紧急停止输入信号320。紧急停止装置318可以是手动操作的紧急停止按钮，这是补充型安全功能。紧急停止装置318包括用于信号传输的两个通道冗余。紧急停止装置318可以包括紧急停止开关322、紧急停止检测电路324和致动器禁用电路326。紧急停止装置318可使用安全处理器302的硬件和嵌入式软件独立地控制。例如，响应于检测到来自紧急停止检测器324的紧急停止输入信号320，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为禁用状态并向紧急停止装置318(例如，向紧急停止开关322)提供紧急停止输出信号321。
[0075]
响应于紧急停止输出信号321，紧急停止开关322控制致动器禁用电路326以控制致动器禁用电路314和/或马达制动电路314来停止马达242。示例致动器禁用电路326可以具有到马达制动电路314的第一连接以及到致动器禁用电路308的第二冗余连接。当致动器禁用电路326被触发时，致动器禁用电路326激活马达制动电路314，延迟一段时间以允许制动发生，并且然后激活致动器禁用电路308以使适用的致动器断电。
[0076]
作为经由安全处理器302进行控制的附加或替代，紧急停止开关322可以比如通过安全处理器302与致动器禁用电路308之间的sto信号314的物理中断来直接致动功率放大器310内的致动器禁用电路308。安全处理器302监测紧急停止检测电路324并充当对硬件的冗余监测器。安全处理器302输出sto信号314以控制致动器禁用电路308继续禁用马达242，使得当紧急停止开关322被释放时，材料测试系统100将保持禁用(例如，处于受限状态)并且需要用户交互才能重新启用马达242的操作。
[0077]
示例材料测试系统100(例如，测试夹紧装置102)与具有冗余或多种多样触点的互锁防护系统兼容。示例安全系统240可以包括一个或多个防护装置328和防护装置互锁装置330，其被配置为在非受限状态下操作时提供操作者接近材料测试系统100的物理和/或虚拟屏障。例如，防护装置328可以包括物理屏障，这些物理屏障被打开和关闭以控制对气动夹具248和/或横向头244(和/或其他移动部件)周围的体积的通达。示例物理屏障包括防护门，这些防护门可以使用冗余安全开关来监测防护受保护体积的门是打开还是关闭的。每个门开关具有机械联系的常开和常闭触点，可以(例如，由防护装置互锁装置330)动态地对这些触点施加脉冲和/或以其他方式作为输入被接收。脉冲施加允许实时对防护门开关进行合理性(plausibility)诊断检查。
[0078]
附加地或可替代地，防护装置328可以包括虚拟防护装置，这些虚拟防护装置监测对气动夹具248和/或横向头244周围的体积的入侵。示例虚拟防护装置可以包括光幕、接近传感器和/或压力垫。尽管虚拟防护不在物理上阻止接近，但是虚拟防护向防护装置互锁装置330输出防护信号，这些防护装置互锁装置向安全处理器302和/或致动器禁用电路308输出互锁信号332(例如，类似于上面讨论的紧急停止开关322)。
[0079]
互锁装置330可以触发致动器禁用电路308以使马达242断电。在一些示例中，当防护装置互锁装置330不再被触发时，安全处理器302以与上面所讨论的紧急停止开关322类似的方式控制功率放大器310的重新启用。
[0080]
附加地或可替代地，当操作者进入材料测试系统100的受保护体积时，示例安全系
统240可以默认为受限“设置”状态。设置状态实施对速度、压力或其他活动的限制，而不是将系统100的致动器禁用或断电。
[0081]
示例安全系统240包括多个状态指示器252和模式开关254。示例安全处理器302通过例如动态地对模式开关254施加脉冲以生成或获得模式开关输入信号338(例如，对于每个模式开关254的一个或多个模式开关输入)来监测模式开关254。在一些示例中，模式开关254是高可靠性开关。安全处理器302可以周期性地、非周期性地、响应于事件(例如，在材料测试机启动时)、以预定的时间表和/或在任何其他时间对模式开关254进行短路或其他故障状况的测试。
[0082]
示例安全处理器302控制状态指示器252以向操作者指示材料测试系统100的状态。例如，安全处理器302可以向状态指示器252输出指示器信号342。如果状态指示器252是灯，则所输出的指示器信号342可以例如控制每个灯开、关、闪烁和/或灯的任何其他输出。在一些示例中，安全处理器302通过指示器反馈信号340确定指示器的状况。示例指示器反馈信号340可以向安全处理器302指示每个状态指示器252是开、关、短路、开路和/或状态指示器252的任何其他状态或状况。如果处理器确定状态指示器252中的一个或多个不处于所命令的正确状态，则安全处理器302将材料测试系统控制为受限状态，(例如，经由控制面板250或其他通知手段)向操作者提供通知。
[0083]
安全系统240包括电源监测器344以监测向材料测试系统100的部件提供电力的电源(例如，dc和ac电源)。电源监测器344向安全处理器302和/或看门狗电路362(如下所述)提供一个或多个电源状态信号346以指示被监测的电源是否在各自的电压和/或电流范围内。如果电源监测器344确定多个电源中的一个或多个超出容限，则安全处理器302和/或看门狗电路362可以禁用材料测试系统100并警告操作者。
[0084]
示例安全系统240进一步包括一个或多个速度传感器348。(多个)示例速度传感器348可以是集成的、冗余的和/或多种多样的速度监测传感器。(多个)速度传感器348向安全处理器302提供表示横向头速度的(多个)速度信号350。安全处理器302监测(多个)速度信号350以确保横向头244不超过由机器的当前操作模式确定的速度上限(例如，(多个)横向头行程极限352)。例如，速度上限的值可以取决于材料测试系统100是处于受限状态还是非受限状态。在一些示例中，可以在材料测试系统100中使用根据不同原理操作的两个速度传感器，以防止传感器348遭受共同原因的故障。安全处理器302读取并比较每个速度传感器348的速度信号350以验证速度信号350是否一致。如果一个速度传感器348指示不同于另一个速度传感器350的速度，则安全处理器302禁用材料测试系统100(例如，经由致动器禁用电路308)。
[0085]
(多个)示例横向头行程极限352可以包括指定横向头244的位置极限的行程极限。当到达(多个)横向头行程极限352时，安全处理器302停止横向头244的运动。在一些示例中，(多个)横向头行程极限352是多级极限，其中被触发的极限的数量指示(多个)横向头行程极限352已经被超过多远。在一些示例中，第一级极限由安全处理器302处理以停止适用的致动器(或所有致动器)(比如马达242)的操作。随着横向头244继续移动超过第一级极限并达到第二级极限(例如，比第一级极限更远地超出可接受范围)，横向头行程极限352可以触发与致动器禁用电路308和/或马达制动电路316、和/或致动器禁用电路326的直接连接(例如，硬件连接)，以触发马达242的两阶段禁用。
[0086]
在一些示例中，其中材料测试系统100包括自动夹具(例如，气动夹具、液压夹具、电动夹具、机电夹具、电磁夹具等)，安全系统240包括根据多压力夹持方案控制夹具致动器的夹具控制器354。当在气动夹具248中将材料试样安装到材料测试系统100中时，多压力夹持方案减少(例如，最小化、消除)对操作者的伤害风险。
[0087]
当安全处理器302在设置状态下控制材料测试系统100时，安全处理器302向夹具控制器354提供压力信号356。夹具控制器354通过控制(多个)夹具致动器246来控制可经由夹具248施加的压力的上限。限制压力信号356(其可与试样夹持力成正比)，以允许足够的压力经由夹具248夹持试样，但是没有足够的压力对操作者造成严重伤害。相反地，当安全处理器302在警告状态或测试状态下控制材料测试系统100时，安全处理器202提供压力信号356以使夹具控制器354能够在测试期间使用更高的压力来夹持试样。示例夹具控制器354可以监测主系统压力(例如，经由(多个)压力传感器358)和/或(多个)气动夹具248(例如，上下夹具)中的(多个)压力。夹具控制器354将压力信号360馈送到安全处理器302以验证所命令的压力正在被执行。
[0088]
在一些示例中，通过使用脚踏板开关的操作者输入来控制夹具控制器354。例如，脚踏板开关可以包括单独的开关，以通过(多个)气动夹具248施加压力和释放压力。这些开关可以是机械联系的开关，可以动态地对这些开关施加脉冲以检查开关之间的合理性和/或监测开关中的潜在故障(例如，电气故障)。
[0089]
当禁用到材料测试系统100的电力时，安全处理器302进一步控制夹具控制器354以使(多个)夹具致动器246断电。例如，安全处理器302可以控制(多个)夹具致动器246(例如，经由一个或多个阀、继电器等)以在通电时实现加压，但是对于气动致动器通常是减压，使得当材料测试系统100不被供电时防止(多个)气动夹具248施加夹持力。
[0090]
示例安全系统240进一步包括看门狗电路362。看门狗电路362周期性地、非周期性地、响应于一个或多个事件或触发条件和/或在任何其他时间与安全处理器302通信，以验证安全处理器302的操作。例如，安全处理器302可以传送心跳信号或对来自看门狗电路362的质询的响应，以向看门狗电路362指示安全系统240正在正确地操作。如果看门狗电路362未从安全处理器302接收到期望的信号，则看门狗电路362禁用材料测试系统100并通知操作者。
[0091]
示例安全处理器302、示例紧急停止装置322、示例防护装置互锁装置330、(多个)示例横向头行程极限352和/或示例看门狗电路362被耦接(例如，通过硬件连接)到致动器禁用电路326。当安全处理器302、紧急停止装置322、防护装置互锁装置330、(多个)横向头行程极限352和/或看门狗电路362中的任何一个确定各自的条件得到满足从而禁用材料测试系统100(例如，紧急停止开关322的激活、防护装置328的跳闸、超过横向头行程极限352和/或看门狗电路362的触发)时，致动器禁用电路326用于激活马达制动电路316和致动器禁用电路308。安全处理器302可以确定材料测试系统100的状态是禁用状态。
[0092]
尽管示例控制处理器238和安全处理器302被图示为分离的处理器，但是在其他示例中，控制处理器238和安全处理器302可以被组合成单个处理器或不被划分为控制功能和安全功能的一组处理器。此外，控制处理器238、安全处理器302和/或组合处理器可以包括非处理电路系统(比如模拟和/或数字电路系统)以执行一个或多个专用功能。
[0093]
图4a和图4b示出了表示示例机器可读指令400的流程图，这些指令可以由图3的安
全处理器302执行以控制图1至图3的材料测试系统的状态。示例指令400可以被执行以从多个预定状态确定材料测试系统的状态、对致动器实施限制、并且响应于涉及控制致动器的动作的完成而自动将材料测试系统的状态设置为受限状态之一。
[0094]
在框402处，材料测试系统100和/或一个或多个子系统可以通电。如果材料测试系统100未通电，则框402重复，直到材料测试系统100被接通。当材料测试系统100通电时(框402)，在框404处，安全系统240将材料测试系统100的状态设置为禁用状态并禁用一个或多个致动器(例如，马达242、(多个)夹具致动器246)。例如，安全系统240可以将致动器禁用电路308默认为使马达242断电。
[0095]
在框406处，安全处理器302被初始化。例如，安全处理器302可以执行故障检查(例如，检查输入、输出和/或附接的设备的开路和/或闭路)、冗余检查(例如，确定冗余输入和/或冗余输出一致)和/或其他初始化过程。
[0096]
在框408处，安全处理器302确定在安全系统240中是否检测到(例如，在初始化过程期间检测到)任何故障。如果检测到故障(框408)，则在框410处，安全处理器302输出故障警报(例如，经由控制面板250、经由计算设备104，等等)。示例指令400然后可以结束。
[0097]
当未检测到故障时(框408)，在框411处，安全处理器302确定是否已经接收到操作者输入以将材料测试系统100从禁用状态转换为设置状态。例如，安全处理器302可能需要一个或多个指定输入(例如，按下解锁按钮)以从禁用状态转变。如果尚未接收到操作者输入(框411)，则框411重复，同时材料测试系统100保持在禁用模式以等待操作者输入。
[0098]
当接收到操作者输入时(框411)，在框412处，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为设置状态。根据设置了设置状态，安全处理器302启用(多个)致动器(例如，马达242)，限制(多个)致动器，并将状态指示为设置状态(例如，经由状态指示器252)。在一些示例中，安全处理器302基于材料测试系统100的状态为设置状态来控制控制面板250上的一个或多个视觉指示器以选择性地突显操作者可选输入中的对应一个(例如，模式开关254)。例如，安全处理器302可以控制视觉指示器以突显操作者在设置模式下可以使用的输入并且不突显在设置模式下不可以使用的输入。
[0099]
在框414处，安全处理器302监测安全系统240的输入信号(例如，传感器信号320、332、338、346、350)、反馈信号(例如，反馈信号315、340、360)和/或控制信号(例如，来自控制处理器238的信号)。安全处理器302可以监测信号以例如识别将使安全处理器302识别材料测试系统100的状态变化的操作者命令和/或条件。
[0100]
在框416处，安全处理器302和/或控制处理器238确定是否已经接收到操作者控制信号以有限制地(例如，以低速或低压力)致动(多个)致动器。例如，操作者可以选择一个或多个模式开关254，以通过马达242以低的小幅运动速度来致动横向头244。如果已经接收到操作者控制信号以致动致动器(框416)，则在框418处，控制处理器238根据由安全处理器302施加的限制(例如，速度限制、力限制、操作者许可限制)来控制致动器。
[0101]
在框420处，安全处理器302输出受控致动的指示。例如，安全处理器302可以控制多个状态指示器252中的一个或多个以使其闪烁，使计算设备104输出致动的指示，和/或提供任何(多个)其他指示。
[0102]
在框422处，安全处理器302监测安全系统240的输入信号(例如，传感器信号320、332、338、346、350)、反馈信号(例如，反馈信号315、340、360)和/或控制信号(例如，来自控
制处理器238的信号)。在框424处，安全处理器302确定致动是否已经结束。例如，安全处理器302可以对模式开关254施加脉冲以确定操作者控制信号中的一个或多个是否已经改变，和/或监测输入信号和反馈信号，以识别防护装置和/或互锁装置的触发、故障和/或可能导致致动中断的任何其他事件。如果致动尚未结束(框418)，则控制返回到框418以继续控制致动器。
[0103]
当致动已经结束时(框424)，安全处理器302将控制返回到框412。
[0104]
转到图4b，如果尚未接收到操作者控制信号以有限制地致动(多个)致动器(框416)，则在框426处，安全处理器302和/或控制处理器238确定是否已经接收到操作者控制信号来以减少的限制(例如，以高速或高压力)致动(多个)致动器。例如，可以接收操作者输入以更高的速度使横向头244小幅移动和/或通过气动夹具248向试样施加更高的夹紧压力。附加地或可替代地，用于执行材料测试的操作者和/或程序输入可以包括在进入测试状态并执行测试之前的时间段内将材料测试系统100的状态设置为警告状态。如果尚未接收到操作者控制信号来以减少的限制致动(多个)致动器(框426)，则控制返回到框412。
[0105]
如果已经接收到操作者控制信号来以减少的限制致动(多个)致动器(框426)，则在框428处，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为警告状态，(多个)夹具致动器246)，并减少(多个)致动器限制(例如，对(多个)夹具致动器246的限制)。在一些示例中，安全处理器302还可以使得马达242和/或(多个)夹具致动器246能够在警告状态下由控制处理器238控制。示例安全处理器302进一步控制状态指示器252以指示材料测试系统100处于警告状态。
[0106]
在框430处，安全处理器302和/或控制处理器238确定是否已经接收到操作者控制信号来执行材料测试(例如，以减少的限制)和/或来以减少的限制执行另一个动作(例如，横向头244的高速小幅移动)。例如，可以接收操作者输入和/或来自计算设备104的输入以执行涉及高力和/或高压力的经编程的材料测试。
[0107]
如果已经接收到操作者控制信号以执行材料测试和/或另一个动作(框430)，则在框432处，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为测试状态，并启用(多个)致动器(例如，马达242、(多个)夹具致动器246)。示例安全处理器302进一步控制状态指示器252以指示材料测试系统100处于测试状态。
[0108]
在框434处，控制处理器238控制致动器执行经编程的测试和/或另一个动作(例如，以减少和/或消除的限制)。在框436处，安全处理器302输出正在进行的材料测试的指示。例如，安全处理器302可以控制多个状态指示器252中的一个或多个以使其闪烁，使计算设备104输出非受限致动的指示，和/或提供任何(多个)其他指示。
[0109]
在框438处，安全处理器302监测安全系统240的输入信号(例如，传感器信号320、332、338、346、350)、反馈信号(例如，反馈信号315、340、360)和/或控制信号(例如，来自控制处理器238的信号)。在框440处，安全处理器302确定材料测试和/或其他动作是否已经结束。例如，安全处理器302可以对模式开关254施加脉冲以确定操作者控制信号中的一个或多个是否已经改变，和/或监测输入信号和反馈信号，以识别防护装置和/或互锁装置的触发、故障和/或可能导致致动中断的任何其他事件。如果致动尚未结束(框440)，则控制返回到框434以继续执行材料测试和/或其他动作。
[0110]
当致动已经结束时(框440)，安全处理器302自动将状态改变为受限状态(比如设
置状态)，并将控制返回到框412。
[0111]
图5图示了可以用于实施图2和图3的控制面板250的示例操作者界面500。操作者界面500可以被附接到示例测试夹紧装置102，位于测试夹紧装置附近，和/或远离测试夹紧装置102。例如，操作者界面500可以被实施为测试夹紧装置102的基座上的内置操作者面板或开关。
[0112]
示例操作者界面500包括多个输入设备(例如，按钮、开关等)，这些输入设备向图2和/或图3的控制处理器238和/或安全系统240提供输入。示例输入设备包括状态控制按钮502，该按钮控制从受限状态(例如，设置状态)到非受限状态(例如，警告状态、测试状态)的转换，并且可能需要使用该按钮来执行涉及非受限状态的动作。状态控制按钮502可以被认为是“解锁”按钮或安全输入，其使得能够在非受限状态下使用材料测试系统。
[0113]
小幅移动按钮504、506控制马达242使横向头244沿向上或向下(或向左和向右，或基于任何其他取向的方向)方向(用于方向性横向头移动)和/或沿右手或左手旋转方向(用于旋转横向头移动)小幅移动。当单独按下时，小幅移动按钮504、506控制横向头244以低速(例如，由安全处理器302确定)向上或向下移动。当小幅移动按钮504、506与状态控制按钮502同时被按下时，安全处理器302可以降低对马达242的速度限制并允许横向头244以更高的速度小幅移动。示例小幅移动按钮504、506可以用作方向性输入。在其中横向头244提供旋转力或运动的示例中，方向性输入可以包括旋转输入，比如右手旋转和左手旋转。
[0114]
如本文所使用的，“同时”接收是指在任何给定时间激活或按下两个输入，不一定一开始就要在完全相同的时刻按下两个按钮。
[0115]
开始按钮508控制控制处理器238启动材料测试。返回按钮510控制控制处理器238将横向头244返回到预定位置，这可以以低速或高速完成。在一些示例中，安全处理器302要求开始按钮508和/或返回按钮510与状态控制按钮502一起被按下。停止按钮512控制控制处理器238停止或暂停运行中的测试。可以包括紧急停止开关514以实施图3的紧急停止开关322。
[0116]
操作者界面500进一步包括状态指示器516至522，以输出材料测试系统100的当前状态的指示。示例状态指示器516至522是灯，其表示可以由安全处理器302确定的材料测试系统100的每个状态。在图5的示例中，操作者界面500包括禁用状态指示器516、设置状态指示器518、警告状态指示器520和测试状态指示器522。当安全处理器302确定材料测试系统100处于对应状态时，每个状态指示器516至522被点亮，而不对应于当前状态的状态指示器516至522不被点亮。
[0117]
图6图示了可以用于实施图2和图3的这个控制面板250的另一示例操作者界面600。示例操作者界面600可以是具有有限组输入设备(例如，按钮、开关等)的手持设备。操作者界面600可以被附接到示例测试夹紧装置102，位于测试夹紧装置附近，和/或远离测试夹紧装置102。操作者界面600包括状态控制按钮602(例如，与图5的状态控制按钮502相似或相同)、小幅移动按钮604、606(例如，与小幅移动按钮504、506相似或相同)、开始按钮608(例如，与开始按钮508相似或相同)以及返回按钮610(例如，与返回按钮510相似或相同)。
[0118]
操作者界面500、600可以包括自定义按钮612或软键，其向操作者提供可编程功能。在一些示例中，可编程功能受到多个受限状态中的一个或多个的限制。
[0119]
图7图示了图1的示例材料测试系统100以及在材料测试系统100的启动例程期间
图5和图6的操作者界面。材料测试系统100被加电并初始化为禁用状态，其中禁用指示器516发光(例如，发出白光)以指示材料测试系统处于禁用状态。另外，在图1和图2的计算设备104、200上执行的用户界面700还包括材料测试系统100处于禁用状态的突出动作指示器702。示例操作者界面500和600仅照亮或突显当被按下时提供某一功能的按钮。在加电阶段(例如，处于禁用状态)，只有状态控制按钮602起作用。除了加电事件之外，当紧急停止开关被触发时、当防护系统被触发时、响应于故障和/或安全处理器302通过将状态设置为禁用状态来对其作出响应的任何其他事件，也会出现禁用状态。
[0120]
当操作者按下状态控制按钮602时，安全处理器302将系统改变到设置状态。图8图示了图1的示例材料测试系统100以及在材料测试系统100的设置状态下图5和图6的操作者界面500、600。在安全处理器302将状态设置为设置状态之后，安全处理器302控制设置指示器518发光(例如，发出蓝光或绿光)以向操作者指示设置状态。另外，用户界面700包括材料测试系统100处于设置状态(例如，准备设置)的突出指示802。在设置状态下，附加的控制按钮(例如，小幅移动)被突显或发光以指示附加功能现在可用。
[0121]
图9图示了图1的示例材料测试系统100以及当在设置状态下以受限的致动使横向头244小幅移动时的操作者界面500、600。当材料测试系统100处于设置状态时(例如，如图8所描绘的)，操作者可以按压操作者界面600上的小幅移动按钮604、606中的任一个以命令控制处理器238将横向头244移动到期望的位置。当小幅运动按钮604、606中的任一个被按下时，安全处理器302将横向头244(通过马达242)的移动限制在有限的小幅运动速度。在小幅运动期间，用户界面700包括材料测试系统100正在执行小幅移动的突出指示902，该突出指示可以包括文本、使指示902和/或设置指示器518闪烁、和/或任何其他方式的突显。
[0122]
图10图示了图1的示例材料测试系统100以及当在警告状态或测试状态下以减少的限制使横向头244小幅移动时图5和图6的操作者界面。例如，在一些应用中，横向头244必须被移动相对长的距离，这会在受限速度下花费大量时间。为了适应实际需要，减少行进时间，并消除试图绕过安全系统240的动机，安全处理器302可以减少一个或多个非受限状态中的限制，以允许横向头244高速小幅移动。当材料测试系统100处于图9所示的设置状态时，操作者可以同时按下状态控制按钮602和小幅移动按钮604、606之一。响应于按钮602与604或606的组合，控制处理器238控制马达242移动横向头244，并且安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为测试状态(或警告状态)，并减少施加到马达242的限制。因此，马达242被允许以更高的速度在命令的方向上移动横向头。安全处理器302将进一步控制测试指示器522(或警告指示器520)以使其发光和/或闪烁，并且用户界面软件包括材料测试系统100正在执行小幅移动的突出危险指示器1002，该指示器可以包括文本、使指示1002和/或测试指示器522(或警告指示器520)闪烁、和/或任何其他突显。在一些示例中，危险指示器1002可以连续显示特定潜在危险的主动警告标签警告。
[0123]
如果操作者释放状态控制按钮602，则小幅移动可以在测试状态下以减少的限制继续。当操作者释放小幅移动按钮604、606时，控制处理器238停止小幅移动并且安全处理器302自动将材料测试系统100的状态设置为设置状态并恢复限制。在一些其他示例中，当操作者释放状态控制按钮602或小幅移动按钮604、606中的任一个时，安全处理器302自动将材料测试系统100的状态设置为设置状态并恢复对应的限制。
[0124]
图11图示了图1的示例材料测试系统100以及当在设置状态下以受限的致动控制
气动夹具(例如，图2的气动夹具248)的致动时的操作者界面500、600。如图11所示，材料测试系统100处于设置状态(类似于图8)，如用户界面700中发光的设置指示器518和指示器802所示。图11的示例进一步包括脚踏板1102形式的操作者界面，该界面可以被操作者用来控制(多个)夹具致动器246以闭合和/或打开(多个)气动夹具248。操作者插入试样1104并踩下脚踏板1102以闭合气动夹具248。示例控制处理器238控制夹具致动器246闭合试样1104上的气动夹具248。在设置状态下，安全处理器302控制夹具控制器354限制可由(多个)夹具致动器246施加的气动压力和可由(多个)气动夹具248施加的夹持力。当材料处理系统100的状态保持在设置状态时，安全处理器302监测施加的压力(例如，通过压力传感器358)以确保气动压力不超过上限。
[0125]
图12示出了图1的示例材料测试系统100以及当在警告状态或测试状态下以减少的限制控制气动夹具248的致动时的操作者界面500、600。在图12的示例中，试样1104被保持在气动夹具248中并且在低压设置下被闭合(如参考图11所讨论的)。操作者可以通过按下状态控制按钮602来开始高压夹紧过程。安全处理器302识别对状态控制按钮602的按压，并且作为响应，减少对夹具致动器246的限制以实现增加的夹具压力。安全处理器302还控制警告指示器520(例如，黄色)，并且用户界面700显示材料测试系统100处于警告状态(或另一个非受限状态)的突出指示器1202，该指示器可以包括文本、使指示1202和/或警告指示器520闪烁、和/或任何其他突显。安全处理器302和/或控制处理器238可以突显开始按钮508、608和/或返回按钮510、610，以指示按钮508、608、510、610可供操作者使用(例如，当被按压时将执行某一功能)。
[0126]
在执行高压夹紧之后，示例安全处理器302可以将材料测试系统100的状态设置为设置状态并将相关联的限制应用于(多个)致动器242、246。
[0127]
图13a、图13b和图13c图示了图1的示例材料测试系统100以及当从设置状态前进到警告状态和开始材料测试的测试状态时的操作者界面500、600。除了试样1302被保持在夹具248中并且在高压设置下被闭合之外，图13a所示的示例设置状态可以与图8所示的设置状态相似或相同。
[0128]
操作者可以通过首先按下状态控制按钮602并且然后按下开始按钮608来开始材料测试。安全处理器302响应于按下状态控制按钮602(图13b)而控制警告指示器520以使其发光，并且用户界面700显示警告状态的指示1304(例如，黄色边框和/或主动警告覆盖框)。响应于随后按下开始按钮608，安全处理器302然后转变为使测试指示器522发光(图13c)并且用户界面700显示测试状态的指示1306(例如，红色边框和/或主动警告覆盖框)。当安全处理器302将状态设置为测试状态(例如，非受限驱动模式)时，控制处理器238然后可以继续执行所配置的测试。在一段时间之后，可以去除用户界面700中的覆盖框，以使得用户能够观察用户界面700上正在进行的测试的测量值。然而，安全处理器302可以在测试期间继续提供其他视觉、听觉和/或其他可感知的警告(例如，显示测试指示器522或使其闪烁、在用户界面700上显示作为指示1306的红色边框或使其闪烁。
[0129]
在一些示例中，可以用测试方法来配置控制处理器238，该控制处理器暂停操作者与试样1302的交互的测试(比如移除引伸计)。当测试达到需要交互的点时，控制处理器238暂停测试(例如，停止马达242的致动)。当到达暂停点时，安全处理器302将材料测试系统100设置为设置状态并且用户界面700显示测试暂停的指示。附加地或可替代地，安全处理
器302可以控制设置指示器518以视觉方式指示(例如，亮起、闪烁)以指示测试未完成但是处于暂停状态。
[0130]
操作者然后可以通过同时按下状态控制按钮602(例如，解锁)和开始按钮608来恢复测试。安全处理器302和控制处理器238然后可以使用与如上所述开始测试相同的指示器序列来重新开始测试。在一些示例中，当状态控制按钮602被按下时，用户界面700显示系统处于警告状态并且测试被暂停的指示。
[0131]
当测试已经完成时，安全处理器302自动将状态设置为设置状态并应用相关联的限制。
[0132]
图14a、图14b和图14c图示了图1的示例材料测试系统以及当从设置状态前进到警告状态和测试状态以将横向头244返回到期望的位置时图5和图6的操作者界面500、600。在先前的测试结束之后，材料测试系统100被设置为设置状态，该状态由设置指示器518的发光指示。横向头244可以位于例如先前的测试完成时的位置。在设置状态下，在安全处理器302施加限制的情况下，允许操作者移除试样和/或与测试夹紧装置102和/或操作者界面500、600进行交互。
[0133]
当操作者准备将244横向头返回到期望的位置(例如，为了运行另一次测试)时，操作者可以通过同时或顺序按下状态控制按钮602和返回按钮610来启动返回。安全处理器302响应于按下状态控制按钮602(图14b)而控制警告指示器520以使其发光，并且用户界面700显示警告状态的指示1402(例如，黄色边框和/或主动警告覆盖框)。响应于随后按下返回按钮610，安全处理器302然后转而使测试指示器522发光(图14c)并且用户界面700显示测试状态的指示1404(例如，红色边框和/或主动警告覆盖框)。当安全处理器302将状态设置为测试状态(例如，非受限驱动模式)时，控制处理器238然后可以继续控制马达242以减少或消除的速度限制来移动横向头244。
[0134]
在横向头244已经到达期望的位置(例如，测试开始位置)之后，安全处理器302自动将状态设置为设置状态。
[0135]
尽管材料测试系统100始终(例如，持续地)具有启用和操作的安全功能，但是安全系统240使用的一些参数可以是可调节的，以提供期望的交互(例如，比默认小幅移动速度更慢的小幅移动速度)。示例计算设备104可以使得管理员或其他授权操作者能够控制安全系统240的一些参数。
[0136]
尽管计算系统104可以提供用于配置安全系统参数的接口，但是示例计算系统104不参与参数的实施。为了比照默认参数修改安全系统240的参数，可能需要授权的操作者或管理员来启用软件安全系统，该软件安全系统对尝试进行更改的授权操作者进行认证。
[0137]
当安全系统被启用时，操作者可以修改参数，比如小幅移动速率、夹具压力、控制点(例如，本地或远程)、互锁行为(可移动防护装置)和/或在执行动作(比如开始材料测试)时是否取消通知。在修改之前和/或之后，安全系统要求输入有效的认证信息以允许将设置的修改提交给安全系统240用于实施。安全系统240可以被关闭以存储配置改变，从而导致材料测试系统100的状态改变为禁用状态。
[0138]
用于修改的安全系统是无密钥系统(keyless system)，其允许管理员或其他授权操作者以与特定风险评估一致的方式配置安全系统，并防止普通操作者跳过这些设置。无密钥管理功能可防止使用密钥或选择控制的传统安全系统可能发生的意外和/或有目的的
误用。
[0139]
回到图3，在一些示例中，(多个)夹具致动器246使用歧管和多个注入阀和/或排气阀和/或压力传感器和/或压力开关来实施，以控制对(多个)气动夹具248的气动压力施加和/或释放。在2017年3月31日提交的美国专利公开号2019/0113427中公开了可以用于实施(多个)夹具致动器246的示例歧管、示例注入阀和排气阀、以及示例压力开关。美国专利公开号2019/0113427的全部内容通过引用并入本文。
[0140]
示例歧管和多个注入阀和/或排气阀和/或压力传感器和/或压力开关可以耦接到安全处理器302以基于上面所讨论的状态来控制(多个)气动夹具的高压和/或低压状态。
[0141]
图15是可以用于实施图3的安全系统的一部分的示例气动夹具系统1500的框图。示例气动夹具系统1500包括安全处理器302，该安全处理器接收来自主压力传感器1502以及顶部气动夹具1508和底部气动夹具1510处的压力传感器1504、1506的输入。
[0142]
安全处理器302还控制注入阀1512以选择性地允许空气压力进入歧管1514，空气可以从该歧管被引导到顶部夹具或底部夹具。安全处理器302控制放泄阀1516以对系统减压。安全处理器302还控制顶部夹具阀1518以将空气压力引导至顶部夹具1508和/或经由排气口1520从顶部夹具1508释放压力，并控制底部夹具阀1522以将空气压力引导至底部夹具1510和/或经由排气口1520从底部夹具1510释放压力。用于放泄阀1516、顶部夹具阀1518以及底部夹具阀1520的排气口1520可以是组合的或单独的排气通道。
[0143]
夹具填充控制阀1512、1516、1518、1522可以由安全处理器302和/或另一个处理器控制，其中任何一个处理器可以实施任务或子程序以控制夹具压力。可以用于注入阀和/或排气阀的示例阀是电磁阀，比如比例阀。在操作中，安全处理器302控制注入阀1512、1518、1522和排气阀1516。当注入阀1512的注入电磁阀断电时(例如，假(false)命令值)，进入的室内空气供应被阻断。当注入阀1512的注入电磁阀通电时(例如，真(true)命令值)，空气供应被传递到主内部歧管管道。当放泄阀1516的放泄电磁阀断电时(例如，假命令值)，主内部歧管管道连接到外部排气口。当放泄阀1516的放泄电磁阀通电时(例如，真命令值)，主内部歧管管道被从排气口阻断。这些电磁阀有4种可能的状态。
[0144]
注入命令＝假，放泄命令＝假：放泄压力(默认状态)
[0145]
注入命令＝假，放泄命令＝真：保持压力
[0146]
注入命令＝真，放泄命令＝假：不使用。应避免这种情况，因为它会导致输入的空气供应直接从排气口排出
[0147]
注入命令＝真，放泄命令＝真：注入压力
[0148]
可以由安全处理器302控制的3种操作状态是：注入、放泄和保持。将系统控制在注入状态会根据处于注入状态的时间量增加内部压力。将系统控制在放泄状态会根据处于放泄状态的时间量降低内部压力。将系统控制在保持状态可保持当前的内部压力减去任何少量空气泄漏或进一步稳定。
[0149]
由于机电电磁阀不会瞬间改变状态，因此安全处理器302可以使用转换时间来调整注入状态、放泄状态以及保持状态转换的时间。
[0150]
压力传感器1502、1504、1506可以使用模数转换器来实施，这些模数转换器从压力传感器接收模拟空气压力样本，并将模拟样本转换成数字样本值。
[0151]
传统气动夹具系统的一个缺点是压力传感器位于歧管中，而不是夹具主体上，并
且传统控制系统没有考虑进入歧管的空气压力与到达气动夹具的空气压力之间的延时。如图16a所示，传统的气动夹具控制系统被命令达到第一压力。位于歧管中的压力传感器几乎立即读取到增加的压力。然而，存在将歧管连接到夹具主体的软管，这在给夹具加压时产生了相当大的延时。例如，夹具达到与歧管相同的压力可能有数百毫秒到数秒的延时。因此，在加压期间，不知道夹具所处的真实压力。
[0152]
所公开的示例通过间隔地施加空气压力克服了延迟的压力信息。例如，安全处理器302可以通过多次给夹具电磁阀通电来控制注入阀1512、顶部夹具阀1518和/或底部夹具阀1522，以便让短促的猝发式空气或脉冲式空气进入夹具并且然后保持以让系统稳定下来。图16b图示了示出用于增加夹具压力的猝发式空气的示例图表。安全处理器302监测保持期间压力下降时的压力变化率(例如，斜率)。当线的斜率稳定下来时(例如，斜率足够平坦，或者小于阈值)，夹具1508、1510的主体的真实压力读数已被得到。
[0153]
由于主压力传感器1502位于非常靠近全压力空气入口的位置，因此只要注入阀1512、1518、1522处于注入状态，主压力传感器1502所测量的压力将快速上升至接近外部压力。除非阀1512、1518、1522被切换到保持状态一段时间以让系统内的压力稳定下来，否则传感器1504、1506将无法准确地反映夹具1508、1510内的压力。发现保持时间显著变化。由于不同尺寸夹具的气室内所需的空气体积不同，因此大部分变化取决于使用中的特定夹具。另一个变化来源与允许空气流入夹具的时间量有关。该总稳定时间经实验确定为在最小夹具上》50ms并且在最大夹具上《600ms。使用600ms的固定时间会不必要地减慢较小夹具的操作。通过减慢保持期间的压力变化率(例如，参见图16b)，安全处理器302可以检测空气压力的稳定性。例如，随着压力接近稳定，变化率(或斜率)将接近零。当变化率降至预定阈值以下时，保持将结束。
[0154]
示例安全处理器302可以基于空气压力稳定下来所需的时间来调整每个等待时段的延时(例如，猝发的空气压力之后的稳定时间)。例如，安全处理器302可以基于当前压力与目标压力之间的差值和/或基于系统已经不同于期望设定点的总时间来利用增益实施比例和/或积分控制。通过调整等待时间，安全处理器302可以避免具有固定的长延时，该长延时会显著增加达到期望压力的时间。
[0155]
在等待时间结束时，如果夹具压力低于期望压力，则安全处理器302可以重复空气压力的猝发。相反，如果夹具压力在预定容限内，则安全处理器302可以控制阀以保持空气压力。示例控制处理器302可以使用夹具压力的状态来基于夹具压力和/或其他系统状态采取行动，如上面所讨论的。例如，当夹具以较低压力闭合时，安全处理器302可以允许将夹具压力增加到较高压力和/或允许基于受限或非受限状态开始测试。
[0156]
示例控制处理器302可以以与增加压力类似的方式来减少夹具的加压，比如通过减少猝发中的压力。例如，如果让太多的空气进入系统，和/或如果设定点压力降低，则控制处理器302可以控制(例如，通电、断电)(多个)放泄阀以从夹具排出猝发的空气压力，并且然后进入保持状态以使压力稳定下来。如果系统的测量压力仍然高于期望的设定点，则控制处理器302可以使另一股猝发空气从系统中排出，直到达到期望的设定点压力。
[0157]
在一些示例中，安全处理器302基于上一个注入循环中的预期压力增加(例如，空气压力猝发)和上一个注入循环中的实际压力增加来动态调整增益。如果实际压力增加小于预期压力增加，则安全处理器302增加增益。相反，如果实际压力增加大于预期压力增加，
则安全处理器302减小增益。因此，安全处理器302可以与不同尺寸的夹具(比如夹持压力从50牛顿(n)到10000n的夹具)互操作，而不需要用户提供关于夹具尺寸的任何信息。50n夹具体积小并且可以用小的空气压力猝发有效地填充。另一方面，10000n的夹具有大的体积并且用用于50n夹具的相同持续时间的空气压力猝发来填充需要很长的时间。因此，安全处理器302确定(例如，学习)与其连接的尺寸体积并调整空气压力填充参数。
[0158]
可以用硬件、软件、和/或硬件和软件的组合来实现本方法和系统。可以以集中方式在至少一个计算系统中实现本方法和/或系统，或者以不同的要素遍布在若干互连计算系统上的分布式方式实现本方法和/或系统。适合于执行本文所描述的方法的任何种类的计算系统或其他设备都是适合的。硬件与软件的典型组合可以包括具有程序或其他代码的通用计算系统，该程序或其他代码当被加载和执行时控制该计算系统以使得该计算系统执行本文所描述的方法。另一个典型实施方式可以包括专用集成电路或芯片。一些实施方式可以包括非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪存驱动器、光盘、磁存储盘等)，该非暂时性机器可读介质上存储有一行或多行代码，所述代码可由机器执行从而使机器执行如本文所描述的过程。如本文中所使用的，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包括所有类型的机器可读存储介质并且排除传播的信号。
[0159]
如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子部件(即，硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文中所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一一行或多行代码时可以构成第一“电路”，而在执行第二一行或多行代码时可以构成第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指列表中由“和/或”连接的多个项中的任何一项或多项。例如，“x和/或y”是指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”是指七元素集{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例、或图示。如本文所使用的，术语“譬如(e.g.)”和“例如(for example)”引出一个或多个非限制性示例、实例、或图示的列表。如本文所使用的，当电路系统包括某一执行功能所必需的硬件和代码(如果有必要)时，电路系统“能够操作”以执行该功能，而无论该功能的执行是被禁用或未被启用(例如，通过使用者可配置的设置、出厂调整等)。
[0160]
尽管已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等效物。例如，所公开的示例的框和/或部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式被修改。附加地，在不脱离本公开内容范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开内容的教导。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。替代地，本方法和/或系统将包括无论是从字面上还是依据等同原则都落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。