專利名稱：測試系統(tǒng)及其功能檢驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試系統(tǒng)，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1所述的其功能可以簡單地被檢驗的一種位置測試系統(tǒng)。此外本發(fā)明還包括一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的功能檢驗方法。
在位置測試系統(tǒng)中，位置傳感器在測量設(shè)備中產(chǎn)生電信號，該電信號提供了關(guān)于相對運動的物體的位置的信息。本發(fā)明尤其涉及具有測試設(shè)備的測試系統(tǒng)，該測試設(shè)備不但產(chǎn)生相對精細(xì)的增量位置信息，還產(chǎn)生了相對粗糙的位置信息。這兩種位置數(shù)據(jù)尤其對于諸如機床或機器人的加工設(shè)備的軸運動的電氣驅(qū)動控制具有很大的意義。在該應(yīng)用中，所述的精細(xì)的增量位置信息被用來精確地確定諸如機床的工具的位置。
通常相應(yīng)的電氣驅(qū)動被設(shè)計為旋轉(zhuǎn)電機，為此一般軸編碼器被用于旋轉(zhuǎn)角度測量。然而也可以結(jié)合線性電機的運行應(yīng)用本發(fā)明。
已公開了能夠在增量測量步驟中在一個可旋轉(zhuǎn)的軸上進(jìn)行角度測量的軸編碼器，還公開了所謂的絕對軸編碼器，該編碼器也被稱為代碼軸編碼器。該軸編碼器可以在單個的軸旋轉(zhuǎn)中確定絕對角度。如果此外有必要獲得所產(chǎn)生的軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)量，那么通常采用所謂的多圈軸編碼器。在這種多圈軸編碼器中，在一個軸旋轉(zhuǎn)中、也即在0°和360°之間通過一個與所述的軸相連的編碼圓盤來確定絕對角度位置，所述的編碼圓盤比如借助一個合適的光電掃描單元來掃描。從而也可以通過多次旋轉(zhuǎn)來測量被驅(qū)動軸的絕對位置。
該測試設(shè)備的信號常常用于控制加工設(shè)備。所述加工設(shè)備的概念不僅僅局限于機床，而且也包括用于裝配電子元件或者用于加工半導(dǎo)體元件的設(shè)備。此外所述的加工設(shè)備的稱謂也包括自動化設(shè)備，比如機器人。
在通常的位置測試系統(tǒng)中，到目前為止除了從所述測試設(shè)備到設(shè)備控制器傳輸數(shù)字位置數(shù)據(jù)之外還傳輸模擬位置信號，然后在所述的設(shè)備控制器中進(jìn)行內(nèi)插運算。隨著電子小型化的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多地在所述測試設(shè)備中的一個合適的電子電路中來自己執(zhí)行所述的內(nèi)插過程，如此使得所述的模擬位置信號不再傳輸給設(shè)備控制器。這減小了布線耗費，這種耗費對于測試系統(tǒng)的造價有明顯的影響。
在有關(guān)安全性的設(shè)備應(yīng)用中，然而到目前為止都在所述的設(shè)備控制器中把數(shù)字位置數(shù)據(jù)與模擬位置信號進(jìn)行比較，以識別錯誤。由于今后在所述設(shè)備控制器中缺少模擬位置信號，所以可以不再實施這種比較。
由于這個原因，在由于所述的原因而沒有模擬位置信號到達(dá)設(shè)備控制器，經(jīng)常通過一個并行的或串行的接口從測試設(shè)備向設(shè)備控制器除了傳輸當(dāng)前的、通常是絕對的位置數(shù)據(jù)之外，還傳輸所謂的靜態(tài)位。這些靜態(tài)位比如可以是錯誤位，該錯誤位在正常運行中常常具有一個確定的電平，并且僅僅在(非常稀少)錯誤情況中通過改變電平來使錯誤受到注意。
然而事實表明，恰好在有關(guān)安全性的監(jiān)控中這種錯誤信息的傳輸方式是有缺點的，因為不能排除，由于故障而常常輸出錯誤位的恒定電平，也就是說該故障即使在有干擾的情況下也不允許電平變化。
在所述專利申請人的德國專利DE 38 29 815 C2中示出了一種位置測試裝置，其中通過一個激活信號來觸發(fā)一個錯誤檢驗。然而通過文獻(xiàn)中所述的發(fā)明不能自己檢驗監(jiān)控電子線路的作用能力。此外信號傳輸?shù)暮馁M也比較大。
因此本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供一種測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使加工設(shè)備安全地或可靠地運行，其中信號傳輸?shù)暮馁M相對較低。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征而得到解決。
此外本發(fā)明還提供一種用于檢驗錯誤信息的方法，通過該方法大大提高加工設(shè)備的安全性或可靠性。這通過根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法而得到解決。
本發(fā)明所基于的思想在于，在測試設(shè)備中在檢驗運行過程中可以通過接入測試電位有目的地觸發(fā)干擾，并且然后來檢驗是否由于該干擾在所述設(shè)備控制器中產(chǎn)生一個具有相應(yīng)電平的錯誤位。通過本發(fā)明尤其可以檢驗諸如信號幅度監(jiān)控的監(jiān)控電子線路的作用能力。所述的測試電位例如可以理解為測試電源的電壓，或者在最簡單的情況下理解為地電位。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的擴展方案中，用于接入測試電源的電路狀態(tài)尤其自動地由設(shè)備控制器來觸發(fā)。
本發(fā)明的有利的擴展方案參見從屬權(quán)利要求。
根據(jù)本發(fā)明的測試系統(tǒng)以及相應(yīng)方法的其他詳情和優(yōu)點結(jié)合附圖參見下文實施例的說明。
其中，附

圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的測試系統(tǒng)在正常運行中的結(jié)構(gòu)，附圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的測試系統(tǒng)在檢驗運行中的結(jié)構(gòu)，附圖2示出了具有測試電壓的電壓曲線，附圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的測試系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)。
在附圖1a中示出了一種測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個軸編碼器1、一個設(shè)備控制器2和一個數(shù)據(jù)傳輸裝置3。
所述的軸編碼器1具有光電元件1.1、1.2、放大器1.3、1.4、一個分析電子線路1.5和一個信號幅度監(jiān)控1.6。具有電阻1.7、1.8的支路位于所述放大器1.3、1.4與所述分析電子線路1.5之間的線路上。在該支路上在所述的軸編碼器1的電路中有開關(guān)元件1.9、1.10，該開關(guān)元件與一個測試電源1.11有電氣連接。所述的開關(guān)元件1.9、1.10可以具有兩個開關(guān)元件狀態(tài)。在第一開關(guān)元件狀態(tài)中，所述的測試電源1.11與所述的信號幅度監(jiān)控1.6斷開，在第二開關(guān)元件狀態(tài)中，建立所述的測試電源1.11與所述的信號幅度監(jiān)控1.6之間的電氣連接。
所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置3由一個在所述軸編碼器1上的接口插座3.1、一個帶插頭的多芯電纜3.3和一個在所述設(shè)備控制器2上的接口插座3.2組成。也可以選擇配置無線的數(shù)據(jù)傳輸裝置3。那么可以相應(yīng)地設(shè)置合適的發(fā)送元件和接收元件來替代所述的接口插座3.1、3.2。
根據(jù)要測量的軸的角度位置，在附圖中未示出的LED的光被調(diào)制并且通過所述的光電元件1.1、1.2轉(zhuǎn)換為光電流。該光電流借助所述的放大器1.3、1.4被放大，然后生成具有根據(jù)附圖2所述正弦信號形式的模擬位置信號。該位置信號被傳輸至所述的分析電子線路1.5中的內(nèi)插處理，如此使得所述測試設(shè)備1的角度分辨率或者位置分辨率可以被增加幾倍。此外在所述的分析電子線路1.5中生成絕對的數(shù)字的位置值，該值作為由大量數(shù)據(jù)位組成的數(shù)據(jù)包通過所述的接口3.1、3.2和所述的電纜3.3在所示例子中以50μs的時鐘時間被串行地傳輸至所述的設(shè)備控制器。
與此并行的是所述的模擬位置信號被傳輸至一個信號幅度監(jiān)控1.6，在該信號幅度監(jiān)控1.6中檢驗所述模擬位置信號的幅度是否位于令人認(rèn)可的界限內(nèi)。在正常運行中滿足該模擬位置信號的判據(jù)，因此用同一數(shù)據(jù)包傳輸一個錯誤位，用該數(shù)據(jù)包還把所述的絕對的數(shù)字的位置值傳輸給所述的設(shè)備控制器2，該錯誤位的電平指示了所述測試系統(tǒng)的正常狀態(tài)或者未干擾的運行。因此該錯誤位通常以保持不變的電平，在本實施例中每隔50μs從所述的測試設(shè)備1被傳輸至所述的設(shè)備控制器2，從而被稱為靜態(tài)錯誤位。
一旦所述模擬位置信號的幅度超出所述的令人認(rèn)可的界限，那么所述錯誤位的電平就發(fā)生變化，相應(yīng)的錯誤位隨著下一個數(shù)據(jù)包被傳輸給所述的設(shè)備控制器2。作為反應(yīng)，所述的設(shè)備控制器2為整個設(shè)備觸發(fā)一個緊急停止。
但是也可能出現(xiàn)這種情況，比如由于短路使得錯誤位的電平不可改變。那么盡管有干擾，總是將錯誤位的保持不變的電平繼續(xù)傳輸給所述的設(shè)備控制器2，如此使得即使在有干擾的情況下所述的設(shè)備也不會被關(guān)斷。
為了避免這種危險，根據(jù)附圖1b所述，在短時間內(nèi)借助一種開關(guān)元件狀態(tài)實施一種檢驗運行。為此目的，現(xiàn)在不再由所述的設(shè)備控制器2發(fā)送信號給所述的測試設(shè)備。該信號以代碼字的形式或者以模式指令的形式由所述的設(shè)備控制器2通過電纜3.3的數(shù)據(jù)線傳輸給所述的軸編碼器1。電纜3.3的數(shù)據(jù)線不但用于把設(shè)備控制器2的模式指令傳輸給所述的軸編碼器1，而且用于從所述的軸編碼器1向所述的設(shè)備控制器2傳輸包括錯誤位的數(shù)據(jù)和信號。如在附圖1a、1b和3中的雙向箭頭所示，也就是涉及到所述設(shè)備控制器2和所述軸編碼器1之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
所述被傳輸?shù)哪Ｊ街噶钤谒鲚S編碼器1中被解碼，使得檢驗運行被觸發(fā)，這首先導(dǎo)致所述開關(guān)元件1.9、1.10閉合。由此現(xiàn)在在所述的信號幅度監(jiān)控1.6上施加了檢驗電源1.11的電壓U0。所述電壓U0的大小由根據(jù)附圖2所述的相應(yīng)模擬位置信號的電壓曲線得出(與模擬位置信號的電壓曲線的對稱軸相對應(yīng))。如在附圖1b中所示，通過所述的電阻1.7、1.8，盡可能避免了所述的電壓U0輸入到所述的分析電子線路1.5中。所述的信號幅度監(jiān)控1.6在開關(guān)元件1.9閉合的情況下從而確定，所述的模擬位置信號沒有足夠大的幅度，從而用一個變化的電平來給出一個錯誤位。所述的設(shè)備控制器2被如此編程，使得在三個時鐘時間之內(nèi)，在該情況中為150μs，在接通所述的電壓U0之后，對于出現(xiàn)具有變化的電平的錯誤位不觸發(fā)任何反應(yīng)(緊急停止)。
如果盡管所述的電壓U0被接通，然而所述的設(shè)備控制器2不能確定錯誤位的電平變化，那么給出一個相應(yīng)的錯誤消息。用這種方法尤其可以實現(xiàn)所述信號幅度監(jiān)控1.6的作用能力的檢驗。
根據(jù)附圖3所述，在本發(fā)明的另一擴展方案中，在所述分析電子線路1.5中另外集成了一個數(shù)字的信號幅度監(jiān)控1.12。這并行于所述的信號幅度監(jiān)控1.6實施數(shù)字位置數(shù)據(jù)的似真性控制。在正常運行中，一旦一個具有變化電平的錯誤位到達(dá)設(shè)備控制器2，無論它是由所述的信號幅度監(jiān)控1.6產(chǎn)生或者是由所述的數(shù)字信號幅度監(jiān)控1.12產(chǎn)生，就觸發(fā)一個緊急停止。當(dāng)然如果不但所述的信號幅度監(jiān)控1.6，而且所述的數(shù)字信號幅度監(jiān)控1.12都通過一個具有變化電平的錯誤位來報告錯誤，那么也進(jìn)行緊急停止。
如果現(xiàn)在在檢驗運行中通過接入所述的檢驗電位U0來檢驗信號幅度監(jiān)控1.6的作用能力，那么可以如此來編程所述的設(shè)備控制器2，使得它在出現(xiàn)來自信號幅度監(jiān)控1.6的具有變化電平的錯誤位的情況下不會觸發(fā)緊急停止。但是如果在檢驗運行中具有變化電平的錯誤位、也就是兩個準(zhǔn)錯誤消息不僅從信號幅度監(jiān)控1.6而且從數(shù)字信號幅度監(jiān)控1.12到達(dá)所述的設(shè)備控制器2，那么就觸發(fā)緊急停止。用這種方法即使在檢驗運行中也可以有足夠的可靠性。
本發(fā)明并不局限于測試系統(tǒng)和方法，其中由光電元件1.1、1.2所產(chǎn)生的位置信號被監(jiān)控。更確切地說借助本發(fā)明此外還可以考慮溫度信號、表示頻率的信號、或者通過電池的充電狀態(tài)來描述的信號。
本發(fā)明尤其可以有利地應(yīng)用于位置測試設(shè)備中，該位置測試設(shè)備通過一個公共的接口或者公共的數(shù)據(jù)傳輸裝置3在所述位置測試設(shè)備、這里是所述的軸編碼器1和所述的設(shè)備控制器2之間除了雙向地傳輸位置數(shù)據(jù)之外還雙向地傳輸其他傳感器的測試數(shù)據(jù)。從而比如通常除了實施軸編碼器1中的位置測試之外，還比如借助費拉里斯傳感器來實施速度測試和/或加速度測試。這些傳感器的信號監(jiān)控的作用能力也可以借助本發(fā)明來進(jìn)行檢驗。這同樣適用于所述的軸編碼器1，其中比如為電機而集成了溫度監(jiān)控。這里也可以有利地借助本發(fā)明來檢驗溫度信號監(jiān)控的作用能力。
權(quán)利要求
1.測試系統(tǒng)，由以下幾部分組成-一個測試設(shè)備(1)，-另一設(shè)備(2)以及-一個數(shù)據(jù)傳輸裝置(3)，用于在所述的測試設(shè)備(1)和所述的另一設(shè)備(2)之間傳輸數(shù)據(jù)位，其中所述的測試設(shè)備(1)具有-一個信號監(jiān)控電路(1.6)-以及一個開關(guān)元件(1.9、1.10)，并且所述的開關(guān)元件(1.9、1.10)與一個測試電源(1.11)有電氣連接，在一個開關(guān)元件狀態(tài)中所述的測試電源(1.11)與所述的信號監(jiān)控電路(1.6)連接，并且此外所述的信號監(jiān)控電路(1.6)與所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其中所述的測試設(shè)備是一種位置測試設(shè)備(2)，尤其是一種軸編碼器或者長度測試設(shè)備。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測試系統(tǒng)，其中所述的另一設(shè)備是一種設(shè)備控制器，尤其是一種加工設(shè)備的設(shè)備控制器。
4.用于對一種測試系統(tǒng)實施功能檢驗的方法，其中-在所述測試系統(tǒng)的正常運行中，為了表示一種測試設(shè)備(1)的無干擾運行，從所述的測試設(shè)備(1)通過一個數(shù)據(jù)傳輸裝置(3)傳輸一個電平保持不變的位給另一設(shè)備(2)，并且-在所述測試系統(tǒng)的檢驗運行中-使在所述的測試設(shè)備(1)中的一個信號監(jiān)控電路(1.6)與一個測試電源(1.11)電氣連接，并且-在所述的另一設(shè)備(2)中檢驗所述的檢驗運行是否引起所述位的電平相對于正常運行的所述電平發(fā)生變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在所述測試系統(tǒng)的正常運行中，所述位的電平的變化觸發(fā)所述另一設(shè)備(2)的反應(yīng)，而在所述檢驗運行中所述位的電平的變化不觸發(fā)所述另一設(shè)備(2)的反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中由于所述的另一設(shè)備(2)的信號而使所述的檢驗電源(1.11)與所述的信號監(jiān)控電路(1.6)進(jìn)行電氣連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的方法，其中所述的檢驗運行自動地在定義的時間間隔內(nèi)被觸發(fā)，以檢驗所述測試設(shè)備(1)的作用能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7之一所述的方法，其中為了檢驗所述測試設(shè)備(1)的作用能力而手動地觸發(fā)所述的檢驗運行。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8之一所述的方法，其中在達(dá)到確定的設(shè)備狀態(tài)、比如工具更換或者工件更換的情況下，為了檢驗所述測試設(shè)備(1)的作用能力而自動地觸發(fā)所述的檢驗運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)由以下部分組成一個測試設(shè)備(1)、另一個設(shè)備(2)和一個用于在所述測試設(shè)備(1)和所述另一設(shè)備(2)之間傳輸數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)傳輸裝置(3)。所述的測試設(shè)備(1)在此具有一個信號監(jiān)控電路(1.6)和一個開關(guān)元件(1.9、1.10)。所述的開關(guān)元件(1.9、1.10)與一個檢驗電源(1.11)有電氣連接，其中在一個開關(guān)元件狀態(tài)中所述的檢驗電源(1.11)與所述的信號監(jiān)控電路(1.6)連接。所述的信號監(jiān)控電路(1.6)此外與所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置(3)連接。本發(fā)明還涉及一種方法，其中在檢驗運行中通過接入一個檢驗電位來進(jìn)行所述測試系統(tǒng)的功能檢驗。
文檔編號G01D18/00GK1623080SQ03802650
公開日2005年6月1日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者H·霍夫鮑爾, E·施特拉澤爾 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司