CN116569019A - 用于控制扭转材料测试系统的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于扭转材料测试系统的方法和系统，该扭转材料测试系统包括可旋转的致动器，如电机，其配置为执行扭转材料测试操作。在扭转材料测试操作期间，虚拟互锁被配置为与致动器接合或脱离，以防止或允许致动器的旋转运动(例如，分别在设置状态或扭转材料测试操作期间)。控制电路被用来基于材料测试过程之前、期间或之后的一个或多个操作状态控制虚拟互锁以及扭转测试系统。

Description

用于控制扭转材料测试系统的系统和方法

相关申请交叉引用

本申请是2020年10月9日提交的题为“Systems And Methods For Control Of ATorsional Material Testing System”的美国临时专利申请第63/090,020号和题为“Systems and Methods for Control of a Torsional Material Testing System”的美国专利申请第17/487,820号的非临时专利申请，这些专利申请在此通过引用全部纳入。

背景技术

本公开总体涉及材料测试，更具体地，涉及包括扭转材料测试系统的材料测试系统的系统和方法。

一般的试验机用于对材料或部件进行机械测试，如压缩强度测试、拉伸强度测试或扭转强度测试。

发明内容

公开了用于材料测试的系统和方法，其包括扭转材料测试系统，大体上如图所示以及与至少一个图有关的描述的，如在权利要求中更完整地阐述的。

说明书附图

当参照附图阅读以下的详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相同附图标记表示整个附图中的同类部件，其中：

图1是根据本公开的各个方面，用于执行机械性能测试的测试装置示例。

图2是根据本公开的各个方面，图1的测试装置的示例性实施方案的框图。

图3是根据本公开的方面，图2的安全系统的示例性实施方案的框图。

图4是根据本公开的各个方面代表示例机器可读指令的流程图，这些指令可由图3的安全处理器执行以控制图1-3的材料测试系统的状态。

图5示出了根据本公开的各个方面，可用于实现图1-3的操作者界面的示例性操作者界面。

图6示出了根据本公开的各个方面，可用于实现图1-3的操作者界面的另一个示例性操作者界面。

图7示出了根据本公开的各个方面，在材料测试系统的启动例程中，图1的示例性材料测试系统以及图5和图6的操作者界面。

图8示出了根据本公开的各个方面，图1的示例性材料测试系统以及处于材料测试系统的设置状态的图5和图6的操作者界面。

图9为根据本公开的各个方面，图1的示例性材料测试系统以及在警告或测试状态下以限制减少的方式点动旋转致动器时图5和图6的操作者界面。

图10A、10B和10C示出了根据本公开的各个方面，图1的示例性材料测试系统以及在从设置状态过渡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。

图11A、11B和11C示出了根据本公开的各个方面，图1的示例性材料测试系统以及在从设置状态过渡到警告状态和测试状态以使旋转致动器返回到所需状态或位置时图5和图6的操作者界面

这些图不一定是按比例绘制的。在适当的情况下，可使用类似或相同的附图标记来表示类似或相同的部件。

具体实施方式

所公开的是用于扭转强度测试的系统和方法。特别是，所公开的扭转材料测试系统采用了数个安全模式和软件架构来确保系统的安全运行。例如，当系统在不受限制或测试模式下运行时，旋转运动被安全地禁止，这也会以视觉、听觉或其他合适的反馈方式向操作者作出指示。

当系统在限制模式(例如，禁用或设置模式)下运行时，虚拟互锁阻止旋转驱动系统的动力运动。这允许操作者与系统相互作用，而不会无意地激活扭转材料测试系统。在一些示例中，旋转驱动系统(例如，旋转电机)允许手动点动。例如，虚拟互锁可以被激活，从而防止旋转驱动系统的动力运动，同时允许被测材料的物理旋转。

在一些示例中，提供电机制动以锁住旋转驱动系统电机的旋转运动。该制动可以通过硬件和/或软件，手动和/或响应于触发器来实现。例如，当材料测试系统被配置为轴向设置或测试，但没有旋转运动或扭转测试时，可以用电机制动器锁定旋转驱动系统。

在一些示例中，不受限制的模式(包括测试状态)允许点动电机以使其顺时针或逆时针移动，例如通过使用用户界面(例如，远程装置、控制面板、连接的计算平台等)。在扭转材料测试过程之后，旋转驱动系统可以自动地或响应于用户的输入，返回到默认或命令的位置。

传统的材料测试系统使用缓解技术，如配置开关、防护、有限的力控制、运动限制和/或保护，以提高操作安全性。然而，传统的材料测试系统经常不是一直符合国际标准。传统的缓解技术要求操作员将系统置于适当的操作模式，如安全交互或测试。许多传统的安全技术可以利用现成的安全组件来实现，如可编程逻辑控制器(PLC)和/或继电器。PLC和继电器通常会给材料测试系统增加大量成本。

已公开的示例材料测试系统在材料测试系统中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，公开的示例材料测试系统以比使用现成的部件更低的成本提供安全改善，因为安全系统被集成到材料测试系统的现有电子、半导体和/或电路板中。整合进一步提高了可靠性，这就减少或消除了购买的安全部件之间的外部接线。

如下面更详细的描述，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，从操作限制的角度直观地显示测试机器的状态。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高可靠性和受监测的激活机制，这可包括材料测试系统内的内部故障检查和/或电源诊断。

所公开的材料测试系统设计为对设备和/或部件进行简单的、同步的轴向和扭转测试，但具有可用于纯粹的轴向或扭转测试的灵活性。在一些示例中，扭转材料测试系统控制和监测操作设备，以及安全系统和相关电路。所公开的示例材料测试系统与具有冗余或多样化触点的互锁防护系统兼容。这种防护系统通过使用冗余、多样化和/或动态实时监测，符合ISO安全标准。已公开的示例材料测试系统包括冗余的扭转材料测试系统监测。所公开示例的材料测试系统关机电路符合国际安全标准，包括ISO 13849-1。

此外，与PLC一起使用的传统现成的安全继电器组件使用PLC内的额外的固件层，以在紧急停止事件中停止移动部件的运动。已公开的用于材料测试系统的示例安全系统被配置为使硬件(例如，紧急停止按钮)直接关闭对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。

电路、致动器和/或其他硬件的禁用可以通过硬件、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/或限制命令被实施以激活电路、致动器和/或其他硬件的软件控制。同样地，电路、致动器和/或其他硬件的启用可以通过硬件、软件(包括固件)，或硬件和软件的组合，使用用于禁用的相同机制来完成。固件可包括存储的指令，如安全等级嵌入式软件(SRESW)和/或安全等级应用软件(SRASW)。

公开的示例材料测试系统符合欧洲机械规程，遵循ISO 13849-1标准中阐述的规则，该标准涉及"控制系统的安全相关部分"。由系统风险分析确定的以下功能被整合到材料测试系统中。安全系统提供从驱动十字头撤去能量的禁用驱动状态，从扭转材料测试系统去除能量的禁用驱动状态，以及供操作设置的限制驱动状态。在限制驱动状态下，示例安全系统监测十字头速度以保持十字头速度低于速度上限，监测扭转材料测试系统的有意的手动运动(点动)，监测扭转材料测试系统过程的命令，和/或监测无意的扭转运动。

所公开的示例材料测试系统还包括非限制驱动状态，其能够在限制驱动状态下撤去检查。在一些示例中，非限制驱动状态可以通过双重激活机制进入，在该机制中，材料测试功能被执行，而操作不与系统互动。

公开的示例材料测试系统包括不同状态的指示器，例如在每台机器上的禁用状态、设置状态、警告状态(例如，限制驱动模式)和测试状态(例如，非限制驱动模式)的指示，以清楚地指示操作者何时可以互动以及何时存在危险。

已公开的示例材料测试系统包括一个或多个停止功能，这些停止功能被配置为优先于诸如扭转材料测试系统等部件的运动开始和/或继续。此外，一个或多个停止功能可以通过硬件进行冗余配置，这样，即使安全系统的软件部分被禁用，停止功能也能有效地禁用材料测试系统。包括在所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。

一些公开的示例材料测试系统包括单一控制点的选择和强制执行，该单一控制点用于启动材料测试机架和/或扭转材料测试系统。一些示例系统提供电力故障监测和/或保护，以确保系统停止不受限制的操作，并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，为了应对电力故障，扭转材料测试系统会自动断电。

所公开的示例性安全系统和材料测试系统包括增加的内部诊断和向操作员报告系统内的关键错误，例如设备的故障或冗余的输入、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更快地移除和/或插入试样，这是因为测试机器的安全设置模式允许在测试空间内操作者活动，而不需要禁用材料测试系统或要求防护门。在测试空间内设置和配置系统时，所公开的示例系统进一步提高了操作者安全性，这至少部分是由于使用了设置状态，该设置状态限制了扭转材料测试系统的运动和/或限制了可施加于扭转材料测试系统或由扭转材料测试系统施加的运动和/或力。

已公开的材料测试系统和安全系统可被特别地配置为在已公开的示例配置中使用，以实现确定的风险缓解。与购买通用的、现成的、分立的安全部件相比，所公开的材料测试系统对于材料测试明显地更有效率和更有针对性。

已公开的材料测试系统和安全系统被配置为每当非限制状态不在激活使用时就返回到限制状态，和/或要求操作人员有意采取动作以从限制状态过渡到非限制状态。示例的材料测试系统和安全系统在非限制状态被激活时提供主动警告通知。示例的主动警告通知包括被定义为通知，该通知在操作者可能观察到的位置出现和/或消失(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，例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。

在一些示例中，操作者界面包括危险指示器，其中一个或多个处理器被配置为在减少致动器上限制时控制危险指示器。一些示例还包括十字头，该十字头被配置为移动以定位被测材料或对被测材料施加力，其中致动器被配置为驱动十字头，并且在设置状态下对致动器的限制包括对十字头的旋转移动速度的上限。

在一些示例性的材料测试系统中，操作者界面进一步包括一个或多个视觉指示器，该视觉指示器被配置为选择性地突出操作者可选择的输入中的相应的那些输入，其中一个或多个处理器被配置为控制一个或多个视觉指示器以基于材料测试系统的状态强调操作者可选择的输入中的相应的那些输入。在一些示例中，一个或多个处理器被配置成响应于对操作者界面的预定义输入，将状态从多个限制状态之一过渡到多个非限制状态之一。在一些示例中，操作者界面包括状态指示器，该状态指示器被配置为输出材料测试系统的当前状态的指示。

在公开的示例中，材料测试系统包括可旋转致动器，该可旋转致动器被配置为控制材料测试系统的操作员可访问的扭转测试部件、虚拟互锁，该虚拟互锁被配置为与致动器接合或脱离以防止或允许致动器的旋转运动，以及控制电路。控制电路被配置为控制致动器以执行材料测试过程，监测与材料测试系统的操作相关的多个输入，基于多个输入和材料测试过程从多个预定操作状态中识别材料测试系统的操作状态，多个预定操作状态包括禁用状态、设置状态、警告状态或测试状态中的一个或多个，并且基于识别的状态控制虚拟互锁。

在一些示例中，虚拟互锁被配置为防止电源或控制信号中的一者或多者激活致动器的旋转运动。

在一些示例中，控制电路进一步被配置为识别非旋转测试过程的激活并作为响应接合制动器以锁定致动器以防止旋转运动。在示例中，其中非旋转测试过程包括轴向测试过程。在示例中，非旋转测试在多个预定的操作状态下运行，包括禁用状态、设置状态、警告状态或测试状态中的一种或多种。

一些示例中，非旋转测试过程的操作状态比扭转系统的操作状态拥有优先权。在一些示例中，当非旋转测试过程在设置状态下运行时，控制电路被配置为控制虚拟互锁接合以防止扭转系统的动力旋转运动。

在示例中，控制电路被进一步配置为控制虚拟互锁的接合或脱离，以响应于来自一个或多个传感器的信号。在一些示例中，虚拟互锁的接合对应于限制模式，从而禁用状态、警告状态和设置状态对应于阻止致动器操作的限制模式。在示例中，限制模式对应于在致动器上的施加限制，同时控制电路不响应于操作输入而控制致动器。在示例中，测试状态对应于允许致动器操作的非限制模式，测试状态对应于减少对致动器操作的限制，同时控制致动器执行扭转材料测试过程或点动或返回。

在一些示例中，该限制包括限制致动器的旋转速度、限制致动器的转数、或限制致动器的旋转角度中的一个或多个。在一些示例中，该限制被限制在特定的阈值或限制在零运动。在一些示例中，虚拟互锁被接合并且制动器被脱离，并且致动器被配置为允许操作者在设置状态下手动地定位致动器。

在一些示例中，控制电路包括控制处理器，该控制处理器配置为执行对致动器的控制，以及一个或多个安全处理器，该一个或多个安全处理器配置为执行下列动作：监测多个输入、识别材料测试系统状态以及控制虚拟互锁。

在一些公开的示例中，材料测试系统包括可旋转的致动器，其配置为控制材料测试系统的操作员可通达的扭转测试部件，制动器，其用于防止可旋转的致动器的旋转运动，虚拟互锁，其配置为与致动器接合或脱离以防止或允许致动器的旋转运动，以及控制电路。控制电路被配置为控制致动器以执行材料测试过程，监测与材料测试系统的操作相关的多个输入，基于多个输入和材料测试过程从多个预定操作状态中识别材料测试系统的操作状态，多个预定操作状态包括禁用状态、设置状态、警告状态或测试状态中的一个或多个，以及基于识别的状态控制虚拟互锁。

在一些示例中，制动器被配置为物理地锁定致动器以防止自由旋转运动。在一些示例中，制动器被配置为用于手动接合或脱离。在一些示例中，控制电路进一步被配置为识别非旋转测试过程的激活并且作为响应接合制动器或虚拟互锁以锁定致动器以防止自由旋转运动。

在一些例子中，非旋转测试过程包括轴向测试过程。

如本文所使用的，“十字头”是指材料测试系统的部件，其对试样施加定向(轴向)和/或旋转力。材料测试系统可以有一个或多个十字头，十字头可以位于材料测试系统的任何适当位置和/或方向。

图1是用于执行机械性能测试的示例性材料测试系统100。例如，该示例材料测试系统100可以是能够进行静态机械测试的通用测试系统。该材料测试系统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，粘合剂的强度)、扭转强度测试和/或任何其他压缩和/或拉伸测试。另外地或可替代地，材料测试系统100可以进动作态测试。

示例材料测试系统100包括测试夹具102和与测试夹具102通信耦接的计算设备104。测试夹具102对被测材料106施加载荷，并测量测试的机械性能，例如被测材料106的位移和/或施加到被测材料106的力。虽然示例测试夹具102被示出为双柱夹具，也可以使用其他夹具，如单柱测试夹具。示例测试夹具102可以包括以下中的一者或多者：旋转驱动系统101，用以使被测材料106旋转来执行扭转材料测试和/或位移强度测试系统，用以对被测材料106施加力。

示例计算设备104可用于配置测试夹具102，控制测试夹具102及其组件(例如，测试系统233和/或236，如图2中提供的)，和/或从测试夹具102接收测量数据(例如，传感器测量，如力和位移)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。在一些示例中，操作者界面107被布置在材料测试系统100上或附近。该界面107可以呈现有关操作模式、测试过程、材料信息等的信息以及接受来自操作者的输入和/或命令(作为示例操作者界面500的替代或附加)。

图2是图1的材料测试系统100的示例性实施方案的框图。图2的示例材料测试系统100包括测试夹具102和计算设备104。示例计算设备104可以是通用计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备、服务器、一体机和/或任何其他类型的计算设备。

图2的示例性计算设备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)。在其他一些示例中，处理器202可以包括一个或多个专门的处理单元，例如具有ARM内核的RISC处理器、图形处理单元、数字信号处理器，和/或系统上芯片(SoC)。处理器202执行机器可读指令204，该指令可本地存储在处理器(例如，在包括在内的缓存或SoC中)、随机存取存储器206(或其他易失性存储器)、只读存储器208(或其他非易失性存储器，如FLASH存储器)和/或海量存储设备210中。示例的海量存储设备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/或任何其他海量数据存储设备。

总线212使处理器202、RAM206、ROM208、海量存储设备210、网络接口214，和/或输入/输出接口216之间能够进行通信。

示例网络接口214包括硬件、固件和/或软件，以将计算设备104连接到通信网络218，例如互联网。例如，网络接口214可以包括符合IEEE 202.X标准的无线和/或有线通信硬件，用于发送和/或接收通信数据。

图2的示例I/O接口216包括硬件、固件和/或软件，以将一个或多个输入/输出设备220连接到处理器202，以用于向处理器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、用于与一个或多个符合USB标准的设备接口连接的通用串行总线端口、火线、现场总线和/或任何其他类型的接口。示例的材料测试系统100包括与I/O接口216耦接的显示设备224(例如，LCD屏幕)。其他示例性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、光学媒体驱动器、多点触摸触摸屏、手势识别接口、磁媒体驱动器和/或任何其他类型的输入和/或输出设备。

示例计算设备104可以通过I/O接口216和/或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，光盘(CDs)、数字多功能/视频光盘(DVDs)、蓝光光盘等)、磁介质(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和/或安装的机器可读介质。

图1的示例材料测试系统100进一步包括与计算设备104耦接的测试夹具102。在图2的示例中，测试夹具102通过I/O接口216，例如通过USB端口、避雷端口、火线(IEEE 1394)端口和/或任何其他类型的串行或并行数据端口。在其他一些示例中，测试夹具102通过有线或无线连接(例如，以太网、Wi-Fi等)直接地或通过网络218耦接至网络接口214和/或I/O接口216。

图2的测试夹具102包括机架228、负载单元230、位移传感器232、扭转材料测试系统233(例如，包括旋转驱动系统101)、十字构件加载器234、材料夹具236、控制处理器238和安全系统240。机架228为进行测试的测试夹具102的其他部件提供刚性结构支持。负载单元230测量十字构件加载器234通过夹持器248施加在被测材料上的力。十字构件加载器234对被测材料施加力，而材料夹具236(也被称为夹持器)抓住或以其他方式将被测材料耦接至十字构件加载器234。十字构件加载器234的示例包括电机242(或其他致动器)和十字头244。十字头244将材料夹具236耦接到机架228上，并且电机242使十字头相对于机架移动，以定位材料夹具236和/或对被测材料施加力。

在一些示例中，另外地或可替代地包括扭转测试系统233。扭转测试系统233包括旋转电机241(或其他致动器)，并被配置为旋转所述夹持器236，使十字头相对于机架228旋转以定位材料夹具236和/或对被测材料施力。旋转电机241和/或扭转测试系统233的其他部件可以手动地配置，通过手动输入控制，和/或由控制处理器238自动地控制。十字头244和夹持器236是操作者可以通达的部件。可用于为材料测试系统100的部件提供力和/或运动的示例致动器包括电动机、气动致动器、液压致动器、压电致动器、继电器和/或开关。

根据被测试的机械性能和/或被测试的材料，示例夹持器236包括压板、钳子或其他类型的夹具。夹持器236可以手动地配置，通过手动输入控制，和/或由控制处理器238自动地控制。十字头244和夹持器236是操作者可以通达的部件。

示例控制处理器238与计算设备104进行通信，例如，以从计算设备104接收测试参数和/或向计算设备104报告测量和/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，以允许与计算设备104通信。控制处理器238可以控制扭转测试系统233以增加或减少施加的旋转力、致动器的旋转速度、转数，和/或来自旋转电机241的旋转角度。在一些示例中，控制处理器238控制十字构件加载器234增加或减少施加的力，控制夹具236抓取或释放被测材料，和/或接收来自位移传感器232、负载单元230和/或其他传感器的测量值。

示例安全系统240向测试夹具102提供额外的监测和控制的层。安全系统240监测操作者输入和测试夹具102的状态。在图2的示例中，安全系统240限制用户对测试夹具102的操作，使得测试夹具102仅在机器处于适当的状态时才可由用户控制。响应于检测到一个或多个条件，安全系统240将自动地使测试夹具102进入限制状态(例如，限制设置状态，禁用所有可能出现危险状况的电力和运动，等等)。

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，安全系统240选择性地添加、移除、增加、和/或减少对材料测试系统操作的限制。安全系统240通过从多个预定状态中确定某个状态来控制材料测试系统100的操作，材料测试系统100在任何给定的时间都将在该状态下操作。示例的预定状态包括一个或多个限制状态，其中材料测试系统100的一个或多个操作被限制(例如，禁用、限制等)，以及一个或多个非限制状态，其中限制状态的限制被减少和/或移除。在图2的示例中，安全处理器240附接到和/或中断控制处理器238对扭转测试系统233和/或夹具236的控制。在一些其他的示例中，安全系统240可以直接地控制扭转测试系统233和/或十字构件加载器234和/或夹具(s)236，同时对致动器强制实施任何适用的限制。

示例限制状态包括设置状态、警告状态和禁用状态。在设置状态中，安全系统240限制一个或多个致动器(例如，电机241和/或夹持致动器246)，并且响应于操作输入而控制(或允许控制)致动器。对电机241的示例限制包括致动器的旋转速度上限，限制致动器的转数，和/或限制致动器相对于测试夹具102的旋转角度。在禁用状态下，安全系统240限制致动器，并且控制处理器238不响应操作输入而控制致动器(例如，不试图控制电机241，或通过断电防止控制电机241)。

示例非限制状态包括测试状态。在示例的测试状态中，安全系统240减少对致动器(例如，电机241)的限制，同时控制处理器238控制致动器执行测试(例如，根据由控制处理器238执行的材料测试过程或程序)。在测试状态下，控制处理器238可以控制致动器执行诸如旋转电机241的点动的动作，对于这种情况，操作不应该在物理上接近十字头244和/或气动夹持器248。

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，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可以包括位于操作控制面板上的按钮、开关和/或其他输入装置。例如，模式开关254可以包括按钮，该按钮控制电机241通过夹持器248使被测材料点动(例如，改变旋转位置)、模式控制按钮，该模式控制按钮与另一按钮一起按下以使安全系统240允许在非限制状态下操作，和/或任何其他输入设备，该任何其他输入设备可导致在非限制状态下操作。

状态指示器252对应于安全系统240可以将材料测试系统100设置为的一组预定状态(例如，上述的禁用、设置、警告和测试状态)。如下面更详细的描述，安全系统240控制状态指示器252以提供关于安全系统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可以包括灯光、显示器、音频、机械系统和/或任何其他可由操作员识别的指示。

图3是图2的安全系统240的示例实施方案的框图。如图3中所示，安全系统240包括安全处理器302。

示例安全处理器302包括多个冗余的处理器内核304a、304b。处理器内核304a、304b执行冗余指令306a、306b并接收冗余输入，使得在测试夹具102的正常操作期间，处理器内核304a、304b应该产生基本上相同的输出。安全处理器302(例如，通过冗余内核304a、304b)监测多个输入，并根据输入确定材料测试系统100的状态。安全处理器302可以比较冗余指令306a 306b的输出，并根据输出的比较来控制材料测试系统100的状态。

示例安全处理器302和/或冗余处理器内核304a、304b可以包括来自任何制造商的通用中央处理单元(CPU)。在一些示例中，安全处理器302和/或冗余处理器内核304a、304b可以包括一个或多个专用处理单元，例如具有ARM内核的RISC处理器、图形处理单元、数字信号处理器，和/或片上系统(SoC)。安全处理器302和/或冗余处理器内核304a、304b执行机器可读指令，例如冗余指令306a、306b，这些指令可本地地存储在处理器中(例如，在包括在内的缓存或SoC中)、在存储设备中，例如随机存取存储器、只读存储器和/或海量存储设备。

冗余处理器内核304a、304b和冗余指令306a、306b允许由安全系统240处理冗余和/或多种多样的输入和输出，这提供了高度可靠和可预测的系统。因此，虽然在图3中示出了代表性的输入和输出，但这些输入和/或输出可以被复制以支持冗余处理器内核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)符合国际标准中概括的流程，包括但不限于ISO 13849-1，该流程涉及“控制系统的安全相关部分”。虽然示例的安全处理器302包括多个冗余处理器内核，但在其他示例中，安全处理器302可以包括单个处理器内核，或多个非冗余处理器内核。

图3的安全系统240进一步包括致动器禁用电路308(例如，虚拟互锁)，其选择性地禁用扭转测试系统233的操作。例如，致动器禁用电路308的接合可以使功率放大器310无法向扭转测试系统233的电机241提供能量。另外地或可替代地，致动器禁用电路308(或另一个致动器禁用电路)可以使夹持致动器246无法向气动夹持器248提供能量。功率放大器310接收输入功率并向电机242输出功率以控制电机241的运动。示例的致动器禁用电路308和功率放大器310可以使用安全分级的安全扭矩切断(STO)高可靠性伺服功率放大器来实现。控制处理器238可以通过到功率放大器310的电机控制信号312控制电机241和十字头244的旋转运动。

响应于来自安全处理器302的STO信号314，致动器禁用电路308禁用连接的致动器(例如，旋转电机241)。例如，致动器禁用电路308可以在小于某个预定时间段内断开至电机241(和/或材料测试系统100中的其他运动部件)的所有能量。示例的致动器禁用电路308可以向安全处理器302提供STO反馈信号315，该反馈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。

在示例的材料测试系统100中，按照国际标准的规定，在激活STO信号314之后，旋转电机241和任何内部组件的运动被停止。本文所公开的安全系统240的大多数子系统激活致动器禁用电路308，以安全地停止材料固定系统236和/或被测材料的旋转运动。此外，功率放大器310可以包括电机制动电路316，以便在施加STO信号314之前对电机241进行减速。电机制动电路316允许在关闭驱动电源后通过消除机械惯性的继续运动使电机242以更可控的方式停止。使用预禁用制动可减少或最大限度地减少电机241断电后十字头244的运动。因此，示例的致动器禁用电路308和电机制动电路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”。

示例安全处理器302在预禁用制动发生时监测电机241和/或电机制动电路316，以确认电机241正在制动。如果安全处理器302确定电机241在制动期间没有减速，则安全处理器302执行制动故障缓解以停止制动并立即使电机241断电。通过对两阶段禁用顺序实施制动故障缓解，安全处理器302可以缩短在制动无效情况下的停止距离。虽然最短的停止距离发生在预禁用制动生效时，但当预禁用制动不完全生效时，那么涉及不生效的预禁用制动的两阶段顺序可以比单阶段顺序(例如，只断开)具有更长的停止距离。制动故障缓解的次要优点是，该制动故障缓解使得在实施两阶段禁用顺序时有更多的灵活性，即更广泛的组件和系统可用于具有制动故障缓解过程的高性能制动，在该制动故障缓解过程中能捕捉到制动系统的故障。

示例安全系统240进一步包括紧急停止318(例如，按钮、开关等)，其向安全处理器302提供紧急停止输入信号320。紧急停止318可以是手动操作的紧急停止按钮，这是一种补充类型的安全功能。紧急停止318包括用于发信号的两个冗余通道。紧急停止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318可使用安全处理器302的硬件和嵌入式软件独立控制。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318(例如，向紧急停止开关322)提供紧急停止输出信号321。

紧急停止开关322响应于紧急停止输出信号321，控制致动器禁用电路326以控制致动器禁用电路314和/或电机制动电路314以停止电机241(例如，通过电机阻断器243)。示例的致动器禁用电路326可以具有至电机制动电路314的第一连接，以及至致动器禁用电路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激活电机制动电路314，延迟一段时间以允许制动发生，然后激活致动器禁用电路308以使适用的致动器断电。

作为通过安全处理器302进行控制的附加或替代方案，紧急停止开关322可以直接地驱动功率放大器310内的致动器禁用电路308，例如通过安全处理器302和致动器禁用电路308之间的STO信号314的物理中断。安全处理器302监测紧急停止检测电路324，并作为硬件的冗余监测器。安全处理器302输出STO信号314，以控制致动器禁用电路308继续禁用电机241，这样，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，处于限制状态)，并需要用户互动以重新启用电机241的操作。

示例材料测试系统100(例如，测试夹具102)与具有冗余或多样化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和防护互锁330，其配置为在无限制状态下操作时提供物理和/或虚拟障碍以防止操作者进入材料测试系统100。例如，防护装置328可以包括物理屏障，该物理屏障打开和关闭以控制对气动夹持器248和/或十字头244(和/或其他移动部件)周围体积的访问。在一些示例中，防护装置328包括电机制动243，该电机制动被配置为手动和/或自动接合。例如，电机制动243可以由操作者和/或安全系统240接合，以物理地防止电机241的旋转。示例的物理障碍包括防护门，它可以使用冗余的安全开关来监测防护所保护的体积的门是否打开或关闭。每个门开关都有机械联系的常开和常闭触点，它们可以被动态地施加脉冲(例如，由防护互锁330)和/或以其他方式作为输入接收。脉冲允许实时地对防护门开关进行合理性诊断检查。

另外地或可替代地，防护装置328可以包括虚拟防护装置，该虚拟防护装置监测气动夹持器248和/或十字头244周围的体积，以防止侵入该体积中。示例的虚拟防护装置可以包括光幕、接近传感器和/或压力垫。虽然虚拟防护装置不在物理上阻止进入，但虚拟防护装置向防护互锁330输出防护信号，后者向安全处理器302和/或致动器禁用电路308输出互锁信号332(例如，类似于上文讨论的紧急停止开关322)。

互锁装置330可以触发致动器禁用电路308以使电机242断电。在一些示例中，在防护互锁330不再被触发时，安全处理器302以类似于上文讨论的紧急停止开关322的方式控制功率放大器310的重新启用。

另外地或可替代地，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可以默认为受限制“设置”状态，从而禁用系统100的致动器或将其断电。

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，例如动态地向模式开关254发脉冲以产生或获得模式开关输入信号338(例如，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是高可靠性的开关。安全处理器302可以定期、不定期地、响应于事件(例如，在材料试验机的启动时)、按照预定的时间表，和/或在任何其他时间，测试模式开关254的短路或其他故障状况。

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，则输出指示器信号342可以，例如，控制每个灯的开、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。示例的指示器反馈信号340可以向安全处理器302指示每个状态指示器252是否开启、关闭、短路、开路和/或状态指示器252的任何其他状态或条件。如果处理器确定一个或多个状态指示器252不处于命令的适当状态，安全处理器302控制材料测试系统处于限制状态向操作者提供通知(例如，通过控制面板250或其他通知)。

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，直流和交流电源)。电源监视器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，以指示被监视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确定一个或多个电源超出容限，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并提醒操作者。

示例安全系统240进一步包括一个或多个速度传感器348。示例的速度传感器348可以是集成的、冗余的，和/或多种多样的速度监测传感器。速度传感器348向安全处理器302提供速度信号350，该速度信号表示十字头的速度。安全处理器302监测速度信号350，以确保电机241不超过由机器的当前操作模式确定的速度上限(例如，电机速度限制352)。例如，速度上限的值可能取决于材料测试系统100是处于限制状态还是非限制状态。在一些示例中，可以在材料测试系统100中使用两个按不同原理操作的速度传感器，以防止传感器348持续出现相同原因故障。每个速度传感器348的速度信号350由安全处理器302读取和比较，以验证速度信号350是否一致。如果一个速度传感器348指示的速度与另一个速度传感器350不同，则安全处理器302禁用材料测试系统100(例如，通过致动器禁用电路308)。

示例性电机运动限制352可以包括速度和/或旋转限制，该速度和/或旋转限制指定对电机241的旋转速度或角度的限制。当达到电机运动限制352时，安全处理器302停止电机241的运动。在一些示例中，电机运动限制352是多级限制，其中被触发的限制数量表明电机运动限制352已经被超过了多少。在一些示例中，第一级限制由安全处理器302处理，以停止适用的致动器(或所有致动器)的操作，例如电机241。当电机241继续运动超过第一级限制并到达第二级限制(例如，比第一级限制更远地超出可接受的范围)时，电机运动限制352可以触发与致动器禁用电路308和/或电机制动电路316，和/或致动器禁用电路326的直接连接(例如，硬件连接)，以触发电机242的两相禁用。

当安全处理器302在限制性状态下控制材料测试系统100时(例如，在禁用、警告或设置状态期间)，安全处理器302禁用电机241。相反地，当安全处理器302在测试状态下控制材料测试系统100时，安全处理器202提供控制信号356，使电机控制器354在测试期间使电机241能够旋转测试样品。示例的电机控制器354可以监测扭转测试系统233(例如，通过旋转传感器358)，以确保电机241在预定的限制和/或期望的操作参数内运行。电机控制器354将旋转信号360提供给安全处理器302，以验证命令的速度、力、角度等正在生效。

在一些示例中，电机控制器354通过操作员使用脚踏板开关的输入来控制。例如，脚踏板开关可以包括单独开关，其用于激活和停止电机241的旋转。这些开关可以是机械联系的开关，开关可以被动态地施加脉冲以检查开关之间的合理性和/或监测开关的潜在故障(例如，电气故障)。

安全处理器302进一步控制电机控制器354，以在材料测试系统100的电源被禁用时使电机241断电。例如，安全处理器302可以控制电机241(例如，通过一个或多个程序、电路等)以在通电时启用激活，但在正常情况下停用致动器，使得在材料测试系统100未被供电时防止电机241旋转。

示例安全系统240进一步包括看门狗电路362。看门狗电路362定期地、不定期地、响应于一个或多个事件或触发器，和/或在任何其他时间与安全处理器302进行通信，以验证安全处理器302的操作。例如，安全处理器302可以传达一个心跳信号，或对来自看门狗电路362的挑战的响应，以向看门狗电路362指示安全系统240正在正常运行。如果看门狗电路362没有收到来自安全处理器302的预期信号，则看门狗电路362禁用材料测试系统100并通知操作员。

示例安全处理器302、示例紧急停止322、示例防护互锁330、示例电机速度限制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322、防护互锁330、十字头移动限制352，和/或看门狗电路362中的任何一个确定满足相应的条件，以便禁用材料测试系统100(例如，紧急停止开关322的激活、防护装置328的跳闸、超过旋转运动限制352，和/或看门狗电路362的触发)，致动器禁用电路326用于激活电机制动电路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。

虽然示例的控制处理器238和安全处理器302被图示为单独的处理器，但在其他示例中，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一组处理器，该处理器不被划分为控制和安全功能。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，如模拟和/或数字电路，以执行一个或多个专用功能。

图4A和4B显示了表示示例机器可读指令400的流程图，该流程图可由图3的安全处理器302执行以控制图1-3的扭转材料测试系统的状态。可执行示例指令400以从多个预定状态中确定材料测试系统的状态，对致动器(例如，电机241)实施限制，并且响应于涉及控制致动器的动作的完成，将扭转材料测试系统的状态自动设置为限制状态(和/或限制状态子组之一)。

在方框402，材料测试系统100和/或一个或多个子系统可以被接通电源。如果材料测试系统100没有通电，则方框402重复执行直到材料测试系统100通电。当材料测试系统100通电时(方框402)，在方框404，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，旋转电机241、夹持致动器246)。例如，安全系统240可以将致动器禁用电路308默认设置为使电机241断电。

在方框406，使安全处理器302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/或附连设备的开路和/或闭路)、冗余检查(例如，确定冗余的输入和/或冗余输出是一致的)，和/或其他初始化过程。

在方框408，安全处理器302确定是否在安全系统240中检测到(例如，在初始化过程中检测到)任何故障。如果检测到故障(方框408)，安全处理器302输出故障警报(例如，通过控制面板250、通过计算设备104等)。然后，示例指令400可结束。

当没有检测到故障时(方框408)，在方框411，安全处理器302确定是否已经收到操作者输入以将材料测试系统100从禁用状态转换到设置状态。例如，安全处理器302可以要求一个或多个指定的输入(例如，按下解锁按钮)以从禁用状态转换。如果尚未接收到操作输入(方框411)，则方框411重复执行，同时材料测试系统100保持在禁用模式中以等待操作者输入。

当收到操作者输入时(方框411)，在方框412，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为设置状态。根据设置为设置状态，安全处理器302启用致动器(例如，电机241)，限制致动器，并将状态指示为禁用(其可以包括一个或多个子组，例如设置或警告状态，例如通过状态指示器252指示)。在一些示例中，安全处理器302控制控制面板250上的一个或多个视觉指示器，以基于材料测试系统100的状态为禁用或限制状态，选择性地突出操作员可选择的输入(例如，模式开关254)中的对应的那些。例如，安全处理器302可以控制视觉指示器以突出可由操作员在设置模式中使用的输入(例如，旋转驱动系统101的手动旋转)，并且不突出在设置模式中不可使用的输入(例如，点动功能)。

在方框414，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可以监测这些信号，例如，以识别操作者命令和/或条件，这些命令和/或条件将导致安全处理器302识别扭转材料测试系统233的状态的变化。

在方框416，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，以便以限制条件(例如，以低速或低压力)驱动致动器，从而进入无限制(或较低限制)状态(例如，测试状态)，但不执行测试过程。例如，操作者可以选择一个或多个模式开关254，从而通过电机241以低点动速度旋转十字头244。如果已经接收到操作者控制信号以驱动致动器(方框416)，在方框418，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)控制致动器。

在方框420，安全处理器302输出受控致动的指示。例如，安全处理器302可以控制一个或多个状态指示器252以使其闪烁，使计算设备104输出致动的指示，和/或提供任何其他指示。

在方框422，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)。在方框424，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，以确定一个或多个操作者控制信号是否已经改变，和/或监测输入信号和反馈信号，以识别触发防护和/或互锁、故障和/或任何其他事件会导致驱动中断的事件。如果驱动尚未结束(方框418)，则控制返回到方框418，以继续控制致动器。当驱动结束后(方框424)，安全处理器302将控制返回到方框412。

转向图4B，如果尚未接收到操作者控制信号来驱动致动器(方框416)，在方框426，安全处理器302和/或控制处理器238确定是否已经收到操作者控制信号来以减少的限制条件来驱动致动器(例如，以高速或高压力来执行测试过程)。例如，接收到操作者输入，以进入测试状态并进行测试。如果尚未接收到操作者控制信号来以减少限制的方式驱动致动器(方框426)，则控制返回到方框412。

如果已经接收到操作者控制信号以用减少的限制条件来驱动致动器(方框426)，在方框428，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为测试状态，夹持致动器246，并减少致动器的限制条件。在一些示例中，安全处理器302使电机241和/或夹持致动器246在测试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处于测试状态。

在方框430，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开始执行扭转材料测试(例如，以减少的限制条件)和/或另一个具有减少的限制条件的动作(例如，十字头244的高速点动)。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旋转力的编程材料测试。

如果已经接收到操作者控制信号以执行扭转强度材料测试和/或另一个动作(方框430)，在方框432，安全处理器302将材料测试系统100的状态设置为测试状态，并且启用致动器(例如，电机241、抓握致动器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。

在方框434，控制处理器238控制致动器以执行编程测试和/或另一个动作(例如，具有减少和/或消除的限制条件)。在方框436，安全处理器302输出正在进行材料测试的指示。例如，安全处理器302可以控制一个或多个状态指示器252以使其闪烁，使计算设备104输出不受限制驱动的指示，和/或提供任何其他指示。

在方框438，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)。在方框440，安全处理器302确定扭转强度材料测试和/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，以确定一个或多个操作者控制信号是否已经改变，和/或监测输入信号和反馈信号，以识别防护装置和/或互锁、故障和/或任何其他会导致驱动中断的事件的触发。如果驱动尚未结束(方框440)，则控制返回方框434以继续执行材料测试和/或其他动作。

当驱动已经结束(方框440)，安全处理器302自动将状态改变为限制状态，并将控制返回到方框412。

图5示出了示例操作者界面500，其可用于实现图2和图3的控制面板250。操作者界面500可以附接到示例测试夹具102，位于靠近测试夹具的位置(例如图1的操作者界面107)，和/或位于远离测试夹具102的位置。例如，操作者界面500可以实现为在测试夹具102的底座上的内置操作面板或开关。

示例操作者界面500包括多个输入设备(例如，按钮、开关等)，它们向图2和/或图3的控制处理器238和/或安全系统240提供输入。示例的输入设备包括状态控制按钮502，它控制从限制状态(例如，禁用状态、警告状态和/或设置状态)到非限制状态(例如，测试状态)的转变，并且可能需要用来执行涉及非限制状态的动作。状态控制按钮502可以被认为是“解锁”按钮或在非限制状态下使用材料测试系统的安全输入。

点动按钮504、506控制电机241旋转地点动十字头244(例如，向上或向下，向左或向右，和/或基于电机和十字头的相对取向的其他方向)。例如，电机241可以沿右手或左手的旋转方向转动，以实现十字头的旋转运动。当单独按下时，点动按钮504、506控制十字头244以低速(例如，由安全处理器302确定)向右手和左手的旋转方向移动。当点动按钮504、506与状态控制按钮502同时按下时，安全处理器302可以减少电机241上的速度限制，并允许十字头244以更高的速度点动。示例中的点动按钮504、506可以作为方向性输入。在一些示例中，操作者界面500可以控制扭转材料测试系统以及非扭转测试系统，例如本文所公开的轴向测试系统。

如本文所使用的，“同时地”接收是指在任何给定时间两个输入被激活或按下，而不一定是两个按钮一开始就必须在完全相同的时刻被按下。

启动按钮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使十字头244返回到预定的旋转位置，这个动作可以在低速或高速下完成。在一些示例中，安全处理器302要求启动按钮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来实现图3的紧急停止开关322。

操作者界面500进一步包括状态指示器516-522以输出材料测试系统100的当前状态的指示。示例的状态指示器516-522是灯，用来表示可由安全处理器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处于相应的状态时，状态指示器516-522中的每一个被点亮，而不对应于当前状态的状态指示器516-522则不亮。尽管被图示为四个单独的指示器，但状态指示器可以是单一的指示器(例如，具有一个或多个特征，该特征随状态的改变而改变)，或两个指示器，一个对应于限制性状态，一个对应于非限制性状态。在一些示例中，状态指示器代表材料测试系统100和所有子系统(例如，扭转和/或轴向测试系统)的运行状态。在一些示例中，状态指示器代表扭转测试系统或轴向测试系统的运行状态。在一些示例中，呈现两个或更多的状态指示器，具体到特定的测试系统。

图6示出了另一个示例性操作者界面600，该操作者界面可用于实现图2和图3的控制面板250。该示例性操作者界面600可以是具有有限的一组输入装置(例如，按钮、开关等)的手持机。操作者界面600可以附接到示例测试夹具102，位于靠近测试夹具的地方，和/或位于远离测试夹具102的地方。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)，点动按钮604、606(例如，与点动按钮504、506相似或相同)，启动按钮608(例如，与启动按钮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)。

操作者界面500、600可以包括自定义按钮612，其可以向操作者提供额外或替代功能。在一些示例中，附加或替代功能受到一个或多个限制状态的限制。在图6的示例中，自定义按钮609被配置为旋转点动按钮，而自定义按钮611为旋转返回按钮，两者都控制扭转材料测试系统233的电机241。

图7示出了在材料测试系统100的启动程序期间，图1的示例性材料测试系统100和图5和6的操作者界面的情况。材料测试系统100上电并在禁用状态下初始化，其中，禁用指示器516被点亮(例如，发白光)以指示材料测试系统处于禁用状态。在一些示例中，只呈现两个指示器(受限和非受限)，例如当界面被引导到扭转测试系统233的控制时。此外，在图1和图2的计算设备104、200上执行的用户界面700也包括突出的动作指示器702，其指示材料测试系统100处于禁用状态。示例的操作者界面500和600只点亮或凸显按压时提供某一作用的按钮。在开机阶段(例如，在禁用状态)，只有状态控制按钮602发挥作用。除了开机事件外，当响应于故障和/或安全处理器302通过将状态设置为禁用状态来作出响应的任何其他事件而使防护系统被触发时，即紧急停止开关被触发时，禁用状态可能发生。

当操作员按下状态控制按钮602按钮时，安全处理器302将系统改变为设置状态。图8示出了图1的示例性材料测试系统100和图5和图6的操作者界面500、600在材料测试系统100的设置状态下的情况。在安全处理器302将状态设置为设置状态后，安全处理器302控制设置指示器518以将其点亮(例如，发蓝光或发绿光)，以向操作员指示设置状态。此外，用户界面700包括突出的指示802，其指示材料测试系统100处于设置状态(例如，准备设置)。在设置状态下，额外的控制按钮被凸显或点亮(例如，点动)，以表明额外的功能现在可用。在一些示例中，非旋转测试系统可以在设置状态下运行(例如，轴向测试系统)，而扭转测试系统233仍然处于限制状态。

图9是在测试状态(或在一些示例中，警告状态)中以减少的限制条件使十字头244点动时图1的示例性材料测试系统100和图5和图6的操作者界面。例如，在一些应用中，为了消除试图绕过安全系统240的动机，安全处理器302可以在测试状态下减少一个或多个限制条件，以允许十字头244的旋转点动。当材料测试系统100处于图9所示的测试状态时，操作员可以同时按下状态控制按钮602和点动按钮609。响应于按钮602和609的组合，控制处理器238控制电机241使十字头244旋转，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，在一些示例中，警告状态)，并减少施加于电机241的限制条件。结果，允许电机241在命令的方向上旋转十字头。安全处理器302将进一步控制测试指示器522(或，在一些示例中，警告指示器520)以使其点亮和/或闪烁，且用户界面软件包括凸显的危险指示器1002，其指示材料测试系统100正在执行点动运动，该指示可以包括文字、使指示1002和/或测试指示器522(或，在一些示例中，警告指示器520)闪烁，和/或任何其他突出显示。在一些示例中，危险指示器1002可以连续地显示主动警告标签，以警告特定的潜在危险。

如果操作者释放状态控制按钮602，则点动运动可以在测试状态下以减少的限制条件继续。当操作者释放点动按钮609时，控制处理器238停止点动运动，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条件。在其他一些示例中，当操作者释放状态控制按钮602或点动按钮609中的任何一个时，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相应的限制条件。

图10A、10B和10C示出了当从禁用和/或设置状态发展到测试状态以启动材料测试时图1的示例性材料测试系统100和操作者界面500、600。图10A中示出的示例设置状态可以与图8中示出的设置状态相似或相同，不同之处在于试样106被保持在夹持器248中。

操作员可以通过首先按下状态控制按钮602，然后按下启动按钮608来开始材料测试。响应于按下状态控制按钮602(图10B)，安全处理器302控制警告指示灯520亮起，并且用户界面700显示测试和/或警告状态的指示1304(例如，黄色边界和/或活动的警告覆盖)。作为对随后按下启动按钮608的响应，安全处理器302然后转变以点亮测试指示器522(图10C)，并且用户界面700显示测试状态的指示1306(例如，红色边界和/或活动的警告覆盖)。然后，当安全处理器302将状态设置为测试状态(例如，不受限制的驱动模式)时，控制处理器238可以继续执行配置的测试。用户界面700中的覆盖层可以在一段时间后被移除，以使用户能够在用户界面700上观察正在进行的测试测量。然而，在测试期间，安全处理器302可以继续提供其他视觉、听觉和/或其他可感知的警告(例如，使测试指示器522显示或闪烁，在用户界面700上使红色边界显示或闪烁作为指示1306。

在一些示例中，控制处理器238可以配置有暂停测试的测试方法，以便操作者与试样106进行互动，例如移除拉伸计。当测试到达需要互动的点时，控制处理器238暂停测试(例如，停止电机242的驱动)。当达到暂停点时，安全处理器302将材料测试系统100设置为设置状态，用户界面700显示测试已暂停的指示。此外或替代地，安全处理器302可以控制设置指示器518进行视觉指示(例如，亮起、闪烁)以指示测试没有完成而是处于暂停状态。

然后操作员可以通过同时按下状态控制按钮602(例如，解锁)和启动按钮608来恢复测试。然后，安全处理器302和控制处理器238可以利用与启动上述测试相同的指示器顺序来恢复测试。在一些示例中，当按下状态控制按钮602时，用户界面700显示系统处于警告状态以及测试暂停的指示。

当测试完成后，安全处理器302自动将状态设置为设置状态并施加相关限制条件。

图11A、11B和11C示出了在从设置状态发展到测试状态以使十字头244返回到所需位置(例如，径向和/或轴向位置)时图1的示例性材料测试系统以及图5和6的操作者界面500、600。在先前的测试结束后，材料测试系统100被设置为设置或禁用状态，这由设置指示器518的发光来指示。十字头244可以例如被定位在先前测试结束的位置。在设置状态下，允许操作者在由安全处理器302施加的限制条件下移除试样和/或与测试夹具102和/或操作者界面500、600互动。

当操作者准备将十字头244返回到所需的位置时(例如，以运行另一个测试)，操作者可以通过同时或顺序地按下状态控制按钮602和返回按钮611(用于旋转运动)和/或返回按钮610(用于轴向运动)来开始返回。安全处理器302控制警告指示器520响应于按下状态控制按钮602而亮起(图11B)，并且用户界面700显示警告状态的指示1402(例如，黄色边框和/或活动的警告覆盖)。作为对随后按下返回按钮611和/或610的响应，安全处理器302然后转变以点亮测试指示灯522(图11C)，并且用户界面700显示测试状态的指示1404(例如，红色边界和/或主动警告覆盖)。然后，在安全处理器302将状态设置为测试状态(例如，不受限制的驱动模式)时，控制处理器238可以继续控制电机241以减少或消除的速度限制条件来移动十字头244。

在十字头244达到所需位置(例如，测试起始位置)之后，安全处理器302自动将状态设置为设置状态。

尽管材料测试系统100持续(例如，不断地)地使安全功能被启用并工作，但由安全系统240使用的一些参数可以调节以提供所需的互动(例如，比默认点动速度更慢的点动速度)。示例计算设备104可以允许管理员或其他授权操作者控制安全系统240的一些参数。

虽然计算系统104可以提供用于配置安全系统参数的界面，但是示例计算系统104并不参与参数的执行。为了从默认参数修改安全系统240的参数，可能要求授权操作者或管理员启用软件安全系统，该软件安全系统对试图进行修改的授权操作者进行认证。

当安全系统被启用时，操作者可以修改参数如点动速率、夹持压力、控制点(例如，本地或远程)、互锁行为(可移动的防护装置)，和/或在执行诸如开始材料测试的操作时是否摒弃通知。在修改之前和/或之后，安全系统要求有效认证信息的输入，以允许设置的修改被提交给安全系统240以执行。安全系统240可以被关闭以存储配置的改变，导致材料测试系统100的状态改变为禁用状态。

用于修改的安全系统是无钥匙系统，它允许管理员或其他授权操作者以符合特定风险评估的方式配置安全系统，并防止标准操作者推翻这些设置。无钥匙管理功能防止意外和/或有目的的误用，这些误用在使用钥匙或选择控制的传统安全系统中可能发生。

本发明的方法和系统可以在硬件、软件和/或硬件和软件的组合中实现。本方法和/或系统可以在至少一个计算系统中以集中的方式实现，或者以分布式的方式实现，其中不同的元素分布在几个互连的计算系统中。任何种类的计算系统或其他设备都适合于执行本文所述的方法。硬件和软件的典型组合可以包括带有程序或其他代码的通用计算系统，该程序或代码在被加载和执行时，控制计算系统，使其执行本文所描述的方法。另一个典型的实施方案可以包括专用集成电路或芯片。一些实施方案可包括非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，FLASH驱动器、光盘、磁存储盘，或类似物)，其上存储有机器可执行的一行或多行代码，从而使机器执行本文所描述的过程。如本文所用，术语“非暂时性机器可读介质”被限定为包括所有类型的机器可读存储介质，并不包括传播的信号。

如在此使用的术语“电路”和“电路系统”是指物理电子元件(例如，硬件)和任何软件和/或固件(“代码”)，其可以配置硬件，由硬件执行，以及或以其他方式与硬件相关。如本文所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一行或多行代码时可构成第一“电路”，在执行第二行或多行代码时可构成第二“电路”。正如本文所使用的，“和/或”是指由“和/或”连接的列表中的任何一个或多个项目。作为示例，“x和/或y”是指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”意味着“x和y中的一个或两个”。作为另一个示例，“x，y，和/或z”是指七元素集{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”意味着“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指作为非限制性的示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“譬如”和“例如”列出了一个或多个非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，只要电路包括执行某一功能必要的硬件和代码(如果有必要的话)，电路就“可操作”地执行该功能，无论该功能的执行是被禁用或未被启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)。

虽然已经参照某些实施方案描述了本方法和/或系统，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以做出各种改变，并且可以用等价物替换。例如，公开的实施例中的块和/或组件可以被组合、分割、重新排列和/或以其他方式修改。此外，在不偏离其范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适于本公开的教导。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。相反，本方法和/或系统将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方案，包括字面意义上的以及在等同原则下。

Claims (20)

1.一种材料测试系统，包括：

可旋转的致动器，所述致动器配置为控制所述材料测试系统的操作员可接近的扭转测试部件；

虚拟互锁，所述虚拟互锁配置为与所述致动器接合或脱离，以防止或允许所述致动器的旋转运动；以及

控制电路，所述控制电路配置为：

控制所述致动器以执行材料测试过程；

监测与所述材料测试系统的操作相关的多个输入；

基于所述多个输入和所述材料测试过程，从多个预定的操作状态中确定所述材料测试系统的操作状态，所述多个预定的操作状态包括禁用状态、设置状态、警告状态或测试状态中的一个或多个；以及

基于确定的状态控制所述虚拟互锁。

2.根据权利要求1所述的材料测试系统，其中，所述虚拟互锁被配置为防止电力或控制信号中的一个或多个激活所述致动器的旋转运动。

3.根据权利要求1所述的材料测试系统，其中，所述控制电路还被配置为确定非旋转测试过程的激活，并作为响应接合所述制动器以锁定所述致动器以防止旋转运动。

4.根据权利要求3所述的材料测试系统，其中，所述非旋转测试过程包括轴向测试过程。

5.根据权利要求3所述的材料测试系统，其中，所述非旋转测试在多个预先确定的操作状态下运行，所述多个预先确定的操作状态包括禁用状态、设置状态、警告状态或测试状态中的一个或多个。

6.根据权利要求5所述的材料测试系统，其中，所述非旋转测试过程的所述操作状态优先于所述扭转系统的所述操作状态。

7.根据权利要求5所述的材料测试系统，其中，当所述非旋转测试过程在所述设置状态下运行时，所述控制电路被配置为控制所述虚拟互锁以使其接合，以防止所述扭转系统的动力旋转运动。

8.根据权利要求1所述的材料测试系统，其中，所述控制电路还被配置为响应于来自一个或多个传感器的信号，控制所述虚拟互锁以使其接合或脱离。

9.根据权利要求1所述的材料测试系统，其中，所述虚拟互锁的接合对应于限制模式，使得所述禁用状态、所述警告状态以及所述设置状态对应于阻止所述致动器操作的所述限制模式。

10.根据权利要求9所述的材料测试系统，其中，所述限制模式对应于在所述控制电路不响应操作者的输入来控制所述致动器时对所述致动器施加限制条件。

11.根据权利要求9所述的材料测试系统，其中，所述测试状态对应于允许所述致动器操作的非限制模式，所述测试状态对应于在控制所述致动器执行扭转材料测试过程或点动或返回时减少对所述致动器操作的限制条件。

12.根据权利要求10所述的材料测试系统，其中，所述限制条件包括限制所述致动器的旋转速度，限制所述致动器的转数，或限制所述致动器的旋转角度中的一个或多个。

13.根据权利要求12所述的材料测试系统，其中，所述限制被限制在特定的阈值或限制在零运动。

14.根据权利要求1所述的材料测试系统，其中，所述虚拟互锁接合和所述制动器脱离以及所述致动器被配置为允许操作者在所述设置状态下手动地定位所述致动器。

15.根据权利要求1所述的材料测试系统，其中，所述控制电路包括：

控制处理器，所述控制处理器配置为执行对所述致动器的所述控制；以及

一个或多个安全处理器，所述一个或多个安全处理器配置为执行以下动作：监测所述多个输入，识别所述材料测试系统的所述状态，以及控制所述虚拟互锁。

16.一种材料测试系统，包括：

可旋转的致动器，所述致动器配置为控制所述材料测试系统的操作员可接近的扭转测试部件；

制动器，所述制动器用于防止所述可旋转的致动器的旋转运动；

虚拟互锁，所述虚拟互锁配置为与所述致动器接合或脱离，以防止或允许所述致动器的旋转运动；以及

控制电路，所述控制电路配置为：

控制所述致动器以执行材料测试过程；

监测与所述材料测试系统的操作相关的多个输入；

基于所述多个输入和所述材料测试过程，从多个预定的操作状态中确定所述材料测试系统的操作状态，所述多个预定的操作状态包括禁用状态、设置状态、警告状态，或测试状态中的一个或多个；以及

基于确定的状态控制所述虚拟互锁。

17.根据权利要求16所述的材料测试系统，其中，所述制动器被配置为物理地锁定所述致动器以防自由旋转运动。

18.根据权利要求16所述的材料测试系统，其中，所述致动器被配置为手动的接合或脱离。

19.根据权利要求16所述的材料测试系统，其中，所述控制电路还被配置为确定非旋转测试过程的激活，并作为响应接合所述制动器或所述虚拟互锁以锁定所述致动器以防自由旋转运动。

20.根据权利要求19所述的材料测试系统，其中，所述非旋转测试过程包括轴向测试过程。