JP7528079B2 - 安全システム及び安全システムを備える材料試験システム - Google Patents

Description

［関連出願］
本国際出願は、「SAFETY SYSTEMS AND MATERIAL TESTING SYSTEMS INCLUDING SAFETY SYSTEMS」と題する２０１８年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７７３，８９５号及び「SAFETY SYSTEMS AND MATERIAL TESTING SYSTEMS INCLUDING SAFETY SYSTEMS」と題する２０１９年１１月２７日に出願された米国特許出願第１６／６９７，８７３号の優先権を主張する。米国仮特許出願第６２／７７３，８９５号及び米国特許出願第１６／６９７，８７３号の全体は、引用することにより本明細書の一部をなす。

本開示は、包括的には、材料試験に関し、より詳細には、安全システム、及び、安全システムを備える材料試験システムに関する。

万能試験機械は、機械試験、例えば、材料又は構成要素上の圧縮強さ試験又は引張強さ試験を実行するのに用いられる。

安全システム、及び、安全システムを備える材料試験システムが、実質的に図面のうちの少なくとも１つによって図示されるとともにその図に関して説明され、特許請求の範囲においてより完全に明記されるように開示される。

本開示のこれらの特徴、態様、及び利点並びに他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明が添付図面を参照して読まれるとより良好に理解され、図面を通して同様の参照符号は同様の部分を表す。

本開示の態様による、機械特性試験を実行する一例示の試験デバイスの図である。 図１の試験デバイスの一例示の実施態様のブロック図である。 図２の安全システムの一例示の実施態様のブロック図である。

図面は、必ずしも正確な縮尺ではない。適切な場合は、同様の又は同一の参照番号を使用して、同様の又は同一の構成要素を指す。

従来の材料試験システムは、オペレータの安全性を改善するために、構成スイッチ、ガード（guarding：防御）、力制限制御、運動制限、及び／又は保護等の緩和技法を使用する。しかしながら、従来の材料試験システムは、国際規格に常に準拠するとは限らないことが頻繁にある。従来の緩和技法では、オペレータが、安全な相互作用又は試験等の適切な動作モードにシステムを置く必要がある。多くの従来の安全技法は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：programmable logic controller）及び／又はリレー等の既製の安全構成要素を使用して実施することができる。ＰＬＣ及びリレーは、通常、かなりのコストを材料試験システムに付加する。

開示される例示の材料試験システムは、国際規格に準拠する安全システムを材料試験システム内に内蔵又は統合する。安全システムは材料試験システム内に統合されるので、開示される例示の材料試験システムは、安全性の改善をもたらし、安全システムは材料試験システムの既存の電子機器、半導体、及び／又は回路基板内に統合されるので、既製の部品を使用して行われるよりもはるかに低いコストをもたらす。統合によって、信頼性は更に改善され、これによって、購入される安全構成要素間の外部配線が削減又は除去される。

以下でより詳細に説明するように、材料試験システムの開示される例示の安全システムは、動作制限の観点から試験機械の状態を視覚的に示す機械状態インジケータを備える。材料試験システムの開示される例示の安全システムは、高い信頼性と、材料試験システム内の内部障害チェック及び／又は電源診断を含むことができる機械制御点において監視されるアクティブ化メカニズムとを提供する。いくつかの例では、空気圧グリップに、２段階グリップ圧力制御及び監視が設けられる。開示される例示の材料試験システムは、冗長性な又はそれぞれ異なる接点を有するインターロック式ガードシステムと互換性がある。そのようなガードシステムは、冗長な、それぞれ異なる、及び／又は動的なリアルタイムでの監視を使用することによってＩＳＯ安全規格に準拠する。開示される例示の材料試験システムは、冗長なクロスヘッド移動量限界監視部を備える。開示される例の材料試験システムシャットダウン回路は、ＩＳＯ１３８４９－１を含む国際安全規格に準拠している。

加えて、ＰＬＣとともに使用される従来の既製の安全リレー構成要素は、ＰＬＣ内のファームウェアの余分なレイヤを使用して、緊急停止イベント中に可動構成要素の運動を停止する。材料試験システムの開示される例示の安全システムは、安全プロセッサ内の組み込みファームウェアが動作しているか否かを問わず、ハードウェア（例えば、緊急停止ボタン）がアクチュエータ（複数の場合もある）に対する電力増幅器の駆動を直接シャットダウンすることを可能にするように構成される。

開示される例示の材料試験システムは、「制御システムの安全関連部品（Safety Related Parts of Control Systems）」に関するＩＳＯ１３８４９－１規格に規定されたルールに従った欧州機械指令（European Machinery Directive）に準拠している。システムリスク解析によって特定される以下の機能は、材料試験システム内に組み込まれる。安全システムは、駆動クロスヘッドからエネルギーを除去する無効駆動状態と、把持システムからエネルギーを除去する無効駆動状態と、オペレータセットアップ用の制限駆動状態とを提供する。制限駆動状態では、例示の安全システムは、クロスヘッド速度を上限速度未満に維持するためにクロスヘッド速度を監視し、クロスヘッドの意図的な手動による移動（ジョグ）を監視し、閉じるときの低減された把持圧力を監視し、及び／又は意図的なグリップ閉鎖を監視する。

本明細書において使用される場合、「クロスヘッド」は、方向のある力（軸方向力）及び／又は回転力を試料に印加する材料試験システムの構成要素を指す。材料試験システムは、１つ以上のクロスヘッドを有することができ、クロスヘッド（複数の場合もある）は、材料試験システムにおいて任意の適切な位置及び／又は方位に配置することができる。

回路、アクチュエータ、及び／又は他のハードウェアの無効化は、ハードウェア、ソフトウェア（ファームウェアを含む）、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを介して行うことができ、物理的な接続解除、通電遮断、及び／又はコマンドが回路、アクチュエータ、及び／又は他のハードウェアをアクティブ化するために実施されることを制限するソフトウェア制御を含むことができる。同様に、回路、アクチュエータ、及び／又は他のハードウェアの有効化は、無効化に使用されるメカニズムと同じメカニズムを使用して、ハードウェア、ソフトウェア（ファームウェアを含む）、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを介して行うことができる。ファームウェアは、安全適合組み込みソフトウェア（ＳＲＥＳＷ：Safety Rated Embedded Software）及び／又は安全適合アプリケーションソフトウェア（ＳＲＡＳＷ：Safety Rated Application Software）等の記憶された命令を含むことができる。

開示される例示の材料試験システムは、制限駆動状態におけるチェックを取り除くことを可能にする非制限駆動状態を更に含む。いくつかの例では、非制限駆動状態には、デュアルアクティブ化メカニズムを介して入ることができ、この状態では、材料試験機能が実行され、オペレータはシステムとインタラクトしない。

開示される例示の材料試験システムは、オペレータがインタラクトすることができるとき及び危険が存在するときを明確に示すために、あらゆる機械における無効状態表示、セットアップ状態（例えば、制限駆動モード）表示、注意状態（例えば、非制限駆動モード）表示、及び試験状態（例えば、非制限駆動モード）表示等の種々の状態のインジケータを備える。

開示される例示の材料試験システムは、クロスヘッド又はグリップ等の構成要素の運動の開始及び／又は継続に優先するように構成される１つ以上の停止機能を備える。さらに、１つ以上の停止機能は、安全システムのソフトウェア部分が無効にされているときであっても、これらの停止機能が材料試験システムを無効にするのに有効であるようにハードウェアを介して冗長に構成することができる。開示されるシステムに含めることができるそのような停止機能の例は、インターロックされたガード及び／又は緊急停止スイッチを含む。

いくつかの開示される例示の材料試験システムは、材料試験フレーム及び／又は把持システムを開始するための単一の制御点の選択及び実施を含む。いくつかの例示のシステムは、電力が復旧すると、システムが非制限動作を停止し、材料試験システムを無効駆動状態に置くことを確保するために、電力障害監視及び／又は保護を提供する。いくつかの例では、電力障害に応答して、任意の空気圧試料把持の通電が自動的に遮断される。

開示される例示の安全システム及び材料試験システムは、増加された内部診断と、機器の機能不良又は冗長入力、冗長出力、及び／又は冗長プロセス間の不一致等のシステム内の重大のエラーのオペレータへの報告とを含む。開示される例示の材料試験システムは、材料試験システムを無効にすることもなく、ガードドアを必要とすることもなく、試験空間内でオペレータの動作を可能にする試験機械の安全なセットアップモードに起因して、従来の材料試験システムよりも高速な試料の除去及び／又は挿入を可能にする。開示される例示のシステムは、試験空間内部でシステムをセットアップ及び構成するときに、クロスヘッドの運動及び／又はグリップによって作用させることができる限定された運動及び／又は力を制限するセットアップ状態の使用に少なくとも部分的に起因して、オペレータの安全性を更に改善する。

開示される材料試験システム及び安全システムは、開示される例示の構成において利用されて、特定されたリスク緩和を達成するように特別に構成することができる。開示される材料試験システムは、汎用的な既製の個別の安全構成要素を購入するよりも大幅に効率的であり、材料試験向けである。

開示される例示の材料試験システムは、材料試験システムのオペレータアクセス可能構成要素を制御するように構成されるアクチュエータと、アクチュエータを無効にするように構成されるアクチュエータ無効回路と、１つ以上のプロセッサであって、材料試験プロセスに基づいてアクチュエータを制御し、材料試験システムの動作に関連した複数の入力を監視し、複数の入力及び材料試験プロセスに基づいて、１つ以上の非制限状態及び１つ以上の制限状態を含む複数の所定の状態から材料試験システムの状態を決定し、決定された状態に基づいてアクチュエータ無効回路を制御するように構成される、１つ以上のプロセッサとを備える。

いくつかの例示の材料試験システムにおいて、１つ以上のプロセッサは、複数の処理コアを有する安全プロセッサを含み、複数の処理コアは、複数の入力を監視し、材料試験システムの状態を決定する冗長コードを実行し、冗長コードの出力を比較するように構成され、アクチュエータ無効スイッチの制御又は状態出力インジケータの制御のうちの少なくとも一方は、出力の比較に基づく。いくつかの例では、複数の入力は、オペレータが材料試験システムの周囲の所定の体積領域内にいるか否かを示すように構成されるガード入力を含み、１つ以上のプロセッサは、オペレータが所定の体積領域内にいるとの判断に応答して、材料試験システムの状態を設定するように構成される。

いくつかの例示の材料試験システムは、ガード入力を出力するように構成される、機械的にインターロックされたガードドア又はライトカーテンのうちの少なくとも一方を更に備える。いくつかの例では、１つ以上のプロセッサは、ガード入力に応答してアクチュエータの速度を制限するように構成される。

いくつかの例では、オペレータアクセス可能構成要素は、試験対象材料を把持するように構成される自動グリップ又は手動グリップを含み、アクチュエータは、自動グリップ又は手動グリップを作動させるように構成され、材料試験システムは、自動グリップ又は手動グリップを移動させて自動グリップ又は手動グリップを位置決めすること、又は自動グリップ又は手動グリップによって保持された試験対象材料に力を印加することを行うように構成されるクロスヘッドと、クロスヘッドを作動させるように構成される第２のアクチュエータとを更に備え、１つ以上のプロセッサは、材料処理システムの状態に基づいて、アクチュエータ又は第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方を制限するように構成される。いくつかの例示の材料試験システムは、クロスヘッドの速度を監視するように構成される複数の速度センサを更に備え、１つ以上のプロセッサは、クロスヘッドの速度を制限し、速度センサによって検出される速度を比較し、比較された速度が閾値差よりも大きい場合、ａ）材料試験システムの状態の設定、又はｂ）材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行うように構成される。

いくつかの例では、１つ以上のプロセッサは、材料試験システムが、１つ以上の制限状態のうちのいずれかにある場合、自動グリップによって印加することができる圧力を閾値力よりも小さくなるように制限し、材料試験システムが、非制限状態のうちの１つ以上にある場合、自動グリップによって印加することができる閾値力をアクチュエータが超えることを可能にするように構成される。

いくつかの例では、複数の入力は、１つ以上のプロセッサ又はアクチュエータ無効回路のうちの少なくとも一方に結合される緊急停止入力を含み、１つ以上のプロセッサ又は緊急停止入力のうちの少なくとも一方は、アクチュエータをアクチュエータのエネルギー源から接続解除するようにアクチュエータ無効回路を制御するように構成される。いくつかの例では、緊急停止入力が解除された後、１つ以上のプロセッサが、アクチュエータをエネルギー源に再接続するためのユーザーインタラクションを識別するまで、１つ以上のプロセッサは、エネルギー源からのアクチュエータの接続解除を継続するようにアクチュエータ無効回路を制御するように構成される。

いくつかの例示の材料試験システムは、アクチュエータをエネルギー源から接続解除する信号に応答して、接続解除の前にアクチュエータを減速するように構成されるアクチュエータ制動回路を更に備える。いくつかの例では、１つ以上のプロセッサは、アクチュエータが少なくとも閾値減速度だけ減速しているか否かを判断し、アクチュエータが少なくとも閾値減速度だけ減速していないとの判断に応答して、アクチュエータを接続解除するように構成される。

いくつかの例示の材料試験システムは、材料試験システムの電源を監視するように構成される電源モニタ回路を更に備え、１つ以上のプロセッサは、電源が許容範囲外にあることを示す電源モニタ回路からの信号に応答して、材料試験システムの状態の設定、又は材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行うように構成される。

いくつかの例では、状態出力インジケータは、１つ以上の非制限状態及び１つ以上の制限状態に対応する複数のライト、又は材料試験システムに関する情報を表示するように構成されるディスプレイのうちの少なくとも一方を含む。いくつかの例では、１つ以上のプロセッサは、状態出力インジケータを監視し、状態出力インジケータが、決定された状態に対応する状態を出力していないことを検出したことに応答して、材料試験システムの状態の設定、又は材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行うように構成される。

いくつかの例では、１つ以上の非制限状態は、１つ以上のプロセッサがアクチュエータに対する制限を削減しているとともに、試験を実行するようにアクチュエータを制御していない注意状態と、１つ以上のプロセッサがアクチュエータに対する制限を削減しているとともに、試験を実行するようにアクチュエータを制御している試験状態とを含む。いくつかの例では、１つ以上の制限状態は、１つ以上のプロセッサがアクチュエータを制限しているとともに、オペレータ入力に応答してアクチュエータを制御しているセットアップ状態と、１つ以上のプロセッサがアクチュエータを制限しているとともに、オペレータ入力に応答してアクチュエータを制御しない無効状態とを含む。

いくつかの例では、アクチュエータは、電気モータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、リレー、又はスイッチのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの例では、１つ以上のプロセッサは、アクチュエータの制御を実行するように構成される制御プロセッサと、複数の入力の監視、材料試験システムの状態の決定、及びアクチュエータ無効回路の制御を実行するように構成される１つ以上の安全プロセッサとを含む。

図１は、機械特性試験を実行する一例示の材料試験システム１００を示している。例示の材料試験システム１００は、例えば、静止機械試験が可能である万能試験システムとすることができる。材料試験システム１００は、例えば、圧縮強さ試験、引張強さ試験、せん断強さ試験、曲げ強さ試験、撓み強さ試験、引裂強さ試験、剥離強さ試験（例えば、接着剤結合の強さ）、ねじり強さ試験、及び／又は他の任意の圧縮及び／又は引張試験を実行することができる。加えて又は代替的に、材料試験システム１００は、動的試験を実行することができる。

例示の材料試験システム１００は、試験装置１０２と、試験装置１０２に通信可能に結合されたコンピューティングデバイス１０４とを備える。試験装置１０２は、試験対象材料１０６に負荷を印加し、試験対象材料１０６の変位及び／又は試験対象材料１０６に印加された力等の試験の機械特性を測定する。例示の試験装置１０２は、デュアルカラム装置として示されているが、シングルカラム試験装置等の他の装置も使用することができる。

例示のコンピューティングデバイス１０４は、試験装置１０２を構成し、試験装置１０２を制御し、及び／又は、処理、表示、報告、及び／又は他の任意の所望の目的で、試験装置１０２から測定データ（例えば、力及び変位等のトランスデューサ測定値）及び／又は試験結果（例えば、ピーク力、破断変位（break displacement）等）を受信するのに用いることができる。

図２は、図１の材料試験システム１００の一例示の実施態様のブロック図である。図２の例示の材料試験システム１００は、試験装置１０２と、コンピューティングデバイス１０４とを備える。例示のコンピューティングデバイス１０４は、汎用コンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、モバイルデバイス、サーバ、オールインワンコンピュータ、及び／又は他の任意のタイプのコンピューティングデバイスとすることができる。

図２の例示のコンピューティングデバイス１０４は、プロセッサ２０２を備える。例示のプロセッサ２０２は、任意の製造者からの任意の汎用中央処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）とすることができる。他のいくつかの例では、プロセッサ２０２は、ＡＲＭコアを有するＲＩＳＣプロセッサ、画像処理装置、デジタル信号プロセッサ、及び／又はシステムオンチップ（ＳｏＣ）等の１つ以上の専用処理装置を含むことができる。プロセッサ２０２は、プロセッサにおいて（例えば、内蔵キャッシュ又はＳｏＣに）、ランダムアクセスメモリ２０６（又は他の揮発性メモリ）に、リードオンリーメモリ２０８（又はフラッシュメモリ等の他の不揮発性メモリ）に、及び／又はマスストレージデバイス２１０にローカルに記憶することができる機械可読命令２０４を実行する。例示のマスストレージデバイス２１０は、ハードドライブ、ソリッドステートストレージドライブ、ハイブリッドドライブ、ＲＡＩＤアレイ、及び／又は他の任意のマスデータストレージデバイスとすることができる。

バス２１２は、プロセッサ２０２、ＲＡＭ２０６、ＲＯＭ２０８、マスストレージデバイス２１０、ネットワークインターフェース２１４、及び／又は入力／出力インターフェース２１６間の通信を可能にする。

例示のネットワークインターフェース２１４は、コンピューティングデバイス１０４を、インターネット等の通信ネットワーク２１８に接続するハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアを含む。例えば、ネットワークインターフェース２１４は、通信を送信及び／又は受信するために、ＩＥＥＥ ２０２．Ｘ準拠無線及び／又は有線通信ハードウェアを含むことができる。

図２の例示のＩ／Ｏインターフェース２１６は、プロセッサ２０２に入力を提供する及び／又はプロセッサ２０２から出力を提供するために、１つ以上の入力／出力デバイス２２０をプロセッサ２０２に接続するハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアを含む。例えば、Ｉ／Ｏインターフェース２１６は、ディスプレイデバイスとインターフェース接続する画像処理装置、１つ以上のＵＳＢ準拠デバイスとインターフェース接続するユニバーサルシリアルバスポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、フィールドバス、及び／又は他の任意のタイプのインターフェースを含むことができる。例示の材料試験システム１００は、Ｉ／Ｏインターフェース２１６に結合されたディスプレイデバイス２２４（例えば、ＬＣＤスクリーン）を備える。他の例示のＩ／Ｏデバイス（複数の場合もある）２２０は、キーボード、キーパッド、マウス、トラックボール、ポインティングデバイス、マイクロフォン、オーディオスピーカー、ディスプレイデバイス、光メディアドライブ、マルチタッチタッチスクリーン、ジェスチャー認識インターフェース、磁気メディアドライブ、及び／又は他の任意のタイプの入力及び／又は出力デバイスを含むことができる。

例示のコンピューティングデバイス１０４は、Ｉ／Ｏインターフェース２１６及び／又はＩ／Ｏデバイス（複数の場合もある）２２０を介して非一時的機械可読媒体２２２にアクセスすることができる。図２の機械可読媒体２２２の例は、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイル／ビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク等）、磁気メディア（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク）、ポータブル記憶媒体（例えば、ポータブルフラッシュドライブ、セキュアデジタル（ＳＤ）カード等）、及び／又は他の任意のタイプの取り外し可能及び／又はインストール済み機械可読媒体を含む。

図１の例示の材料試験システム１００は、コンピューティングデバイス１０４に結合された試験装置１０２を更に含む。図２の例では、試験装置１０２は、ＵＳＢポート、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）（ＩＥＥＥ １３９４）ポート、及び／又は他の任意のタイプのシリアル又はパラレルデータポート等のＩ／Ｏインターフェース２１６を介して、コンピューティングデバイスに結合される。他のいくつかの例では、試験装置１０２は、直接又はネットワーク２１８を介して、有線又は無線接続（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ等）を介してネットワークインターフェース２１４及び／又はＩ／Ｏインターフェース２１６に結合される。

図２の試験装置１０２は、フレーム２２８と、ロードセル２３０と、変位トランスデューサ２３２と、クロスメンバーローダ２３４と、材料固定具２３６と、制御プロセッサ２３８と、安全システム２４０とを備える。フレーム２２８は、試験を実行する試験装置１０２の他の構成要素の剛性構造支持を提供する。ロードセル２３０は、グリップ２３６を介して、クロスメンバーローダ２３４によって試験対象材料に印加された力を測定する。クロスメンバーローダ２３４は、試験対象材料に力を印加し、一方、材料固定具２３６（グリップとも称される）は、試験対象材料を把持するか、又は別の方法で試験対象材料をクロスメンバーローダ２３４に結合する。例示のクロスメンバーローダ２３４は、モータ２４２（又は他のアクチュエータ）及びクロスヘッド２４４を備える。クロスヘッド２４４は、材料固定具２３６をフレーム２２８に結合し、モータ２４２は、クロスヘッドをフレームに対して移動させて材料固定具２３６を位置決めし、及び／又は、試験対象材料に力を印加する。材料試験システム１００の構成要素の力及び／又は運動を与えるのに使用することができる例示のアクチュエータは、電気モータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、リレー、及び／又はスイッチを含む。

例示のグリップ２３６は、試験されている機械特性及び／又は試験対象材料に応じて、圧縮プラテン、顎部又は他のタイプの固定具を含む。グリップ２３６は、手動で構成することもできるし、手動入力を介して制御することもできるし、及び／又は制御プロセッサ２３８によって自動的に制御することもできる。クロスヘッド２４４及びグリップ２３６は、オペレータアクセス可能構成要素である。

例示の制御プロセッサ２３８は、コンピューティングデバイス１０４と通信して、例えば、コンピューティングデバイス１０４から試験パラメーターを受信し、及び／又は測定値及び／又は他の結果をコンピューティングデバイス１０４に報告する。例えば、制御プロセッサ２３８は、コンピューティングデバイス１０４との通信を可能にする１つ以上の通信又はＩ／Ｏインターフェースを含むことができる。制御プロセッサ２３８は、印加される力を増減させるようにクロスメンバーローダ２３４を制御し、試験対象材料を把持又は解放するように固定具（複数の場合もある）２３６を制御し、及び／又は変位トランスデューサ２３２、ロードセル２３０及び／又は他のトランスデューサから測定値を受信することができる。

例示の安全システム２４０は、監視及び制御の追加のレイヤを試験装置１０２に提供する。安全システム２４０は、オペレータ入力及び試験装置１０２の状態を監視する。図２の例では、安全システム２４０は、機械が適切な状態にあるときにのみ試験装置１０２がユーザーによって制御可能であるように、ユーザーによる試験装置１０２の操作を制限する。１つ以上の状態を検出したことに応答して、安全システム２４０は、試験装置１０２に制限状態（例えば、危険な状態を提示することができる全ての電力及び運動を無効にする制限されたセットアップ状態等）に自動的に進ませる。

以下でより詳細に論述するように、安全システム２４０は、材料試験システム１００からの入力信号、安全システム２４０からの入力信号、及び／又は制御プロセッサ２３８からの制御信号を監視することに基づいて材料試験システムの動作に対する制限を選択的に追加し、除去し、増加し、及び／又は減少させる。安全システム２４０は、材料試験システム１００が任意の所与の時点において動作される状態を複数の所定の状態から決定することによって、材料試験システム１００の動作を制御する。例示の所定の状態は、材料試験システム１００の１つ以上の動作が制限される（例えば、無効にされる、限定される等）１つ以上の制限状態と、制限状態の制限が削減及び／又は除去される１つ以上の非制限状態とを含む。図２の例では、安全プロセッサ２４０は、制御プロセッサ２３８によるクロスメンバーローダ２３４及び／又は固定具（複数の場合もある）２３６の制御に付随し及び／又はこの制御に割り込みをかける。いくつかの他の例では、安全システム２４０は、アクチュエータに対して任意の適用可能な制限を実施しながらクロスメンバーローダ２３４及び／又は固定具（複数の場合もある）２３６を直接制御することができる。

例示の制限状態は、セットアップ状態及び無効状態を含む。セットアップ状態では、安全システム２４０は、１つ以上のアクチュエータ（例えば、モータ２４２及び／又はグリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６）を制限し、オペレータ入力に応答してこれらのアクチュエータを制御する（又はこれらのアクチュエータの制御を可能にする）。モータ２４２及び／又はクロスヘッド２４４に対する例示の制限は、試験装置１０２に対するクロスヘッド２４４の上限速度、及び／又は上限位置若しくは下限位置を含むことができる。グリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６に対する例示の制限は、上限圧力及び／又は上限グリップ力を含むことができる。無効状態では、安全システム２４０はアクチュエータを制限し、制御プロセッサ２３８は、オペレータ入力に応答してアクチュエータを制御しない（例えば、モータ２４２及び／又はグリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６の制御を試みないか、又は通電遮断を介してモータ２４２及び／又はグリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６の制御を妨げられる）。

例示の非制限状態は、注意状態及び試験状態を含む。例示の注意状態では、安全システム２４０は、アクチュエータ（例えば、モータ２４２及び／又はグリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６）に対する制限を削減し、アクチュエータ（複数の場合もある）モータ２４２及び／又はグリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６を制御しない。注意状態では、制御プロセッサ２３８は、クロスヘッド２４４の高速ジョグ及び／又は空気圧グリップ２４８によるグリップ力の増加等の動作を実行するようにアクチュエータ（複数の場合もある）を制御することができ、そのため、オペレータは、クロスヘッド２４４及び／又は空気圧グリップ２４８に物理的に近接するべきでない。例示の試験状態では、安全システム２４０は、アクチュエータに対する制限を削減するとともに、制御プロセッサ２３８は、（例えば、制御プロセッサ２３８によって実行される材料試験手順又はプログラムに従って）試験を行うようにアクチュエータ（複数の場合もある）を制御する。

図２の例示の材料試験システム１００は、複数の状態インジケータ２５２と１つ以上のモードスイッチ２５４とを備える１つ以上の制御パネル２５０を更に備えることができる。モードスイッチ２５４は、ボタン、スイッチ、及び／又はオペレータ制御パネル上に配置される他の入力デバイスを含むことができる。例えば、モードスイッチ２５４は、クロスヘッド２４４をフレーム２２８上の特定の位置にジョグさせる（例えば、位置決めする）ようにモータ２４２を制御するボタン、空気圧グリップ２４８を開閉するようにグリップアクチュエータ２４６を制御するスイッチ（例えば、フットスイッチ）、安全システム２４０が非制限状態において動作を許可することを可能にする別のボタンとともに押下されるモード制御ボタン、及び／又は非制限状態において動作をもたらすことができる他の任意の入力デバイスを含むことができる。

状態インジケータ２５２は、安全システム２４０が材料試験システム１００に対して設定することができる一組の所定の状態（例えば、上述した無効状態、セットアップ状態、注意状態、及び試験状態）に対応する。以下でより詳細に説明するように、安全システム２４０は、安全システム２４０によって判断される材料試験システム１００の現在の状態に関する表示を提供するように状態インジケータ２５２を制御する。状態インジケータ２５２は、ライト、ディスプレイ、オーディオ、機械システム、及び／又はオペレータが識別することができる他の任意の表示を含むことができる。

図３は、図２の安全システム２４０の一例示の実施態様のブロック図である。図３に示すように、安全システム２４０は安全プロセッサ３０２を備える。

例示の安全プロセッサ３０２は、複数の冗長処理コア３０４ａ、３０４ｂを備える。処理コア３０４ａ、３０４ｂは、試験装置１０２の通常動作中は、実質的に同一の出力を生成するように、冗長命令３０６ａ、３０６ｂを実行し、冗長入力を受信する。安全プロセッサ３０２は、（例えば、冗長コア３０４ａ、３０４ｂを介して）複数の入力を監視し、これらの入力に基づいて材料試験システム１００の状態を判断する。安全プロセッサ３０２は、冗長命令３０６ａ、３０６ｂの出力を比較し、この出力の比較に基づいて材料試験システム１００の状態を制御することができる。

例示の安全プロセッサ３０２及び／又は冗長処理コア３０４ａ、３０４ｂは、任意の製造業者が提供している汎用中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができる。いくつかの他の例では、安全プロセッサ３０２及び／又は冗長処理コア３０４ａ、３０４ｂは、ＡＲＭコアを有するＲＩＳＣプロセッサ、画像処理装置、デジタル信号プロセッサ及び、／又はシステムオンチップ（ＳｏＣ）等の１つ以上の専用処理装置を含むことができる。安全プロセッサ３０２及び／又は冗長処理コア３０４ａ、３０４ｂは、プロセッサにおいて（例えば、内蔵キャッシュ又はＳｏＣに）、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、及び／又はマスストレージデバイス等の記憶デバイスにローカルに記憶することができる、冗長命令３０６ａ、３０６ｂ等の機械可読命令を実行する。

冗長処理コア３０４ａ、３０４ｂ及び冗長命令３０６ａ、３０６ｂは、冗長な及び／又はそれぞれ異なる入力及び出力を安全システム２４０によって処理することを可能にし、これによって、高い信頼性を有する予測可能なシステムが提供される。したがって、図３には代表的な入力及び出力が示されているが、これらの入力及び／又は出力は、冗長処理コア３０４ａ、３０４ｂ及び冗長命令３０６ａ、３０６ｂをサポートするために複製することができる。安全プロセッサ３０２によって実行される冗長命令３０６ａ、３０６ｂ（例えば、組み込みソフトウェア、オペレーティングシステム、及び生成されたコード）は、国際規格に概説されたプロセスに準拠している。これらの国際規格には、「制御システムの安全関連部品」に関するＩＳＯ１３８４９－１が含まれるが、これに限定されるものではない。例示の安全プロセッサ３０２は、複数の冗長処理コアを備えるが、他の例では、安全プロセッサ３０２は、単一の処理コア、又は複数の非冗長処理コアを備えることができる。

図３の安全システム２４０は、電力増幅器３１０がクロスヘッド２４４のモータ２４２にエネルギーを提供することを選択的に無効にするアクチュエータ無効回路３０８を更に備える。加えて又は代替的に、アクチュエータ無効回路３０８（又は別のアクチュエータ無効回路）は、グリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６がエネルギーを空気圧グリップ（複数の場合もある）２４８に提供することを無効にすることができる。電力増幅器３１０は、モータ２４２に対する入力電力及び出力電力を受信し、クロスヘッド２４４の移動を制御する。例示のアクチュエータ無効回路３０８及び電力増幅器３１０は、安全適合安全トルクオフ（ＳＴＯ：Safe Torque Off）高信頼性サーボ電力増幅器を使用して実施することができる。制御プロセッサ２３８は、電力増幅器３１０へのモータ制御信号３１２を介してモータ２４２及びクロスヘッド２４４の移動を制御することができる。

安全プロセッサ３０２からのＳＴＯ信号３１４に応答して、アクチュエータ無効回路３０８は、接続されたアクチュエータ（例えば、モータ２４２）を無効にする。例えば、アクチュエータ無効回路３０８は、或る特定の定められた期間よりも短い期間において、モータ２４２（及び／又は材料試験システム１００内の他の可動部分）への全てのエネルギーを接続解除することができる。例示のアクチュエータ無効回路３０８は、このアクチュエータ無効回路３０８が現在アクチュエータを無効にしているか否かを示すＳＴＯフィードバック信号３１５を安全プロセッサ３０２に提供することができる。安全プロセッサ３０２は、ＳＴＯ信号３１４をＳＴＯフィードバック信号３１５と比較して、障害を検出することができる。

例示の材料試験システム１００では、可動クロスヘッド２４４及び任意の内部構成要素の移動は、国際規格によって指定されるように、ＳＴＯ信号３１４のアクティブ化後に停止される。本明細書に開示される安全システム２４０のサブシステムのほとんどは、機械を安全に停止させるためにアクチュエータ無効回路３０８をアクティブ化する。加えて、電力増幅器３１０は、ＳＴＯ信号３１４を印加する前にモータ２４２を減速するモータ制動回路３１６を備えることができる。モータ制動回路３１６は、駆動電力の遮断後の機械的慣性による継続した移動を除去することによって、モータ２４２がより制御された方法で停止することを可能にする。制動の事前無効化を使用することによって、モータ２４２への通電遮断後のクロスヘッド２４４の運動が低減又は最小化される。したがって、例示のアクチュエータ無効回路３０８及びモータ制動回路３１６は、「機械類の電気安全規格（Electrical Safety Standard for Machinery）」であるＩＥＣ６０２０４－１規格に定義されているカテゴリー１の停止を提供する。

例示の安全プロセッサ３０２は、制動の事前無効化が行われている間、モータ２４２及び／又はモータ制動回路３１６を監視して、モータ２４２が制動していることを確認する。安全プロセッサ３０２が、モータ２４２が制動中に減速していないと判断した場合には、安全プロセッサ３０２は、制動を中止してモータ２４２への通電を直ちに遮断する制動故障軽減を実行する。２段階無効シーケンスに対して制動故障軽減を実施することによって、安全プロセッサ３０２は、制動の効果がない状況において停止距離を短くすることができる。制動の事前無効化が作用しているときに停止距離が最短となるが、制動の事前無効化が完全に作用しているわけではないとき、作用していない制動の事前無効化を伴う２段階シーケンスは、単一段階シーケンス（例えば、接続解除のみ）よりも長い停止距離を有する可能性がある。制動故障軽減の副次的な利点は、この軽減によって、より広範囲の構成要素及びシステムを、制動システムの故障を捕らえることができる制動故障軽減プロセスとともに、高性能の制動に使用することができるという点で、２段階無効シーケンスを実施する際の柔軟性をより高くすることができるということである。

例示の安全システム２４０は、緊急停止入力信号３２０を安全プロセッサ３０２に提供する緊急停止部３１８（例えば、ボタン、スイッチ等）を更に備える。緊急停止部３１８は、相補型安全機能である、手動操作される緊急停止ボタンとすることができる。緊急停止部３１８は、シグナリング用の２チャネル冗長性を有する。緊急停止部３１８は、緊急停止スイッチ３２２と、緊急停止検出回路３２４と、アクチュエータ無効回路３２６とを備えることができる。緊急停止部３１８は、安全プロセッサ３０２のハードウェア及び組み込みソフトウェアを使用して独立して制御可能である。例えば、緊急停止検出器３２４からの緊急停止入力信号３２０の検出に応答して、安全プロセッサ３０２は、材料試験システム１００の状態を無効状態に設定し、緊急停止出力信号３２１を緊急停止部３１８（例えば、緊急停止スイッチ３２２）に与える。

緊急停止スイッチ３２２は、緊急停止出力信号３２１に応答して、モータ２４２を停止させるようにアクチュエータ無効回路３２６及び／又はモータ制動回路３１４を制御する。例示のアクチュエータ無効回路３２６は、モータ制動回路３１４への第１の接続と、アクチュエータ無効回路３０８への第２の冗長接続とを有することができる。アクチュエータ無効回路３２６がトリガーされると、アクチュエータ無効回路３２６は、モータ制動回路３１４をアクティブ化し、制動が行われることを可能にする時間の間、遅延を実施し、その後、アクチュエータ無効回路３０８をアクティブ化し、適用可能なアクチュエータの通電を遮断する。

安全プロセッサ３０２を介した制御に加えて又はその代わりに、緊急停止スイッチ３２２は、安全プロセッサ３０２とアクチュエータ無効回路３０８との間のＳＴＯ信号３１４の物理的な割り込み等によって電力増幅器３１０内のアクチュエータ無効回路３０８を直接作動させることができる。安全プロセッサ３０２は、緊急停止検出回路３２４を監視し、ハードウェアの冗長モニタとしての役割を果たす。緊急停止スイッチ３２２が解除されても、材料試験システム１００が無効状態（例えば制限状態）に留まり、モータ２４２の動作を再度有効にするにはユーザー相互作用を必要とするように、安全プロセッサ３０２は、ＳＴＯ信号３１４を出力し、モータ２４２を無効にし続けるようにアクチュエータ無効回路３０８を制御する。

例示の材料試験システム１００（例えば、試験装置１０２）は、冗長な又はそれぞれ異なる接点を有するインターロック式ガードシステムと互換性がある。例示の安全システム２４０は、非制限状態において動作している間に材料試験システム１００へのオペレータアクセスに対する物理的バリア及び／又は仮想的バリアを提供するように構成される１つ以上のガード３２８及びガードインターロック３３０を備えることができる。例えば、ガード３２８は、空気圧グリップ２４８及び／又はクロスヘッド２４４（及び／又は他の可動構成要素）の周囲の体積領域（volume）へのアクセスを制御するために開閉される物理的バリアを含むことができる。例示の物理的バリアは、冗長安全スイッチを使用して、保護体積領域をガードするドアが開放されているのか又は閉鎖されているのかを監視することができるガードドアを含む。各ドアスイッチは、（例えば、ガードインターロック３３０によって）動的にパルス化することができ、及び／又は、それ以外に入力装置として収容することができる機械的にリンクされた通常時開放型接点及び通常時閉鎖型接点を有する。パルス化によって、リアルタイムでのガードドアスイッチの妥当性（plausibility）診断チェックが可能になる。

加えて又は代替的に、ガード３２８は、体積領域内への侵入の有無について、空気圧グリップ２４８及び／又はクロスヘッド２４４の周囲の体積領域を監視する仮想的ガードを含むことができる。例示の仮想的ガードは、ライトカーテン、近接センサ、及び／又は圧力パッドを含むことができる。仮想的ガードは、アクセスを物理的に妨げるものではないが、仮想的ガードは、ガード信号をガードインターロック３３０に出力し、ガードインターロック３３０は、インターロック信号３３２を安全プロセッサ３０２及び／又はアクチュエータ無効回路３０８に出力する（例えば、上述した緊急停止スイッチ３２２と同様）。

インターロック３３０は、アクチュエータ無効回路３０８をトリガーして、モータ２４２の通電を遮断することができる。いくつかの例では、ガードインターロック３３０がもはやトリガーされていないとき、上述した緊急停止スイッチ３２２と同様の方法で、安全プロセッサ３０２は電力増幅器３１０の再有効化を制御する。

加えて又は代替的に、例示の安全システム２４０は、オペレータが材料試験システム１００の保護体積領域に入ると、デフォルトで、制限された「セットアップ」状態になることができる。システム１００のアクチュエータを無効にするか又はこのアクチュエータの通電を遮断する代わりに、このセットアップ状態は、速度、圧力、又は他の活動に対して制限を実施する。

例示の安全システム２４０は、複数の状態インジケータ２５２及びモードスイッチ２５４を備える。例示の安全プロセッサ３０２は、例えば、モードスイッチ２５４を動的にパルス化してモードスイッチ入力信号３３８（例えば、モードスイッチ２５４のそれぞれについて１つ以上のモードスイッチ入力）を生成又は取得することによってモードスイッチ２５４を監視する。いくつかの例では、モードスイッチ２５４は高信頼性スイッチである。安全プロセッサ３０２は、周期的に、非周期的に、イベント（例えば、材料試験機械の始動時）に応答して、所定のスケジュールに基づいて、及び／又は他の任意の時点に、短絡又は他の障害状態の有無についてモードスイッチ２５４を試験することができる。

例示の安全プロセッサ３０２は、材料試験システム１００の状態をオペレータに示すように状態インジケータ２５２を制御する。例えば、安全プロセッサ３０２は、インジケータ信号３４２を状態インジケータ２５２に出力することができる。状態インジケータ２５２がライトである場合には、出力インジケータ信号３４２は、例えば、オン状態、オフ状態、点滅状態、及び／又はライトの他の任意の出力状態になるようにライトのそれぞれを制御することができる。いくつかの例では、安全プロセッサ３０２は、インジケータフィードバック信号３４０を介してインジケータの状態を判断する。例示のインジケータフィードバック信号３４０は、状態インジケータ２５２のそれぞれがオンであるのか、オフであるのか、短絡しているのか、開回路であるのか、及び／又はインジケータ２５２の他の任意のステータス若しくは状態であるのかを安全プロセッサ３０２に示すことができる。状態インジケータ２５２のうちの１つ以上が命令された適切な状態にないとプロセッサが判断した場合には、安全プロセッサ３０２は、制限状態になるように材料試験システムを制御し、通知を（例えば、制御パネル２５０又は他の通知を介して）オペレータに提供する。

安全システム２４０は、材料試験システム１００の構成要素に電力を提供する電源（例えば、ＤＣ電源及びＡＣ電源）を監視する電源モニタ３４４を備える。電源モニタ３４４は、監視される電源がそれぞれの電圧範囲内及び／又は電流範囲内にあるか否かを示す１つ以上の電源ステータス信号３４６を安全プロセッサ３０２及び／又はウォッチドッグ回路３６２（以下で説明される）に提供する。電源のうちの１つ以上が許容範囲外にあると電源モニタ３４４が判断した場合には、安全プロセッサ３０２及び／又はウォッチドッグ回路３６２は、材料試験システム１００を無効にし、オペレータにアラートすることができる。

例示の安全システム２４０は、１つ以上の速度センサ３４８を更に備える。例示の速度センサ（複数の場合もある）３４８は、一体化された速度監視センサ、冗長の速度監視センサ、及び／又はそれぞれ異なる速度監視センサとすることができる。速度センサ（複数の場合もある）３４８は、クロスヘッド速度を表す速度信号（複数の場合もある）３５０を安全プロセッサ３０２に提供する。安全プロセッサ３０２は、クロスヘッド２４４が、機械の現在の動作モードによって決まる上限速度（例えば、クロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２）を越えないことを確保するために、速度信号（複数の場合もある）３５０を監視する。例えば、上限速度の値は、材料試験システム１００が制限状態にあるのか又は非制限状態にあるのかに依存することができる。いくつかの例では、異なる原理で動作する２つの速度センサを材料試験システム１００において使用して、センサ３４８が共通の原因故障を被ることを防止することができる。各速度センサ３４８の速度信号３５０は、安全プロセッサ３０２によって読み取られて比較され、速度信号３５０が一致していることが検証される。１つの速度センサ３４８が、別の速度センサ３４８と異なる速度を示している場合には、安全プロセッサ３０２は、（例えば、アクチュエータ無効回路３０８を介して）材料試験システム１００を無効にする。

例示のクロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２は、クロスヘッド２４４の位置に関する限界を指定する移動量限界を含むことができる。クロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２に達すると、安全プロセッサ３０２は、クロスヘッド２４４の運動を停止する。いくつかの例では、クロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２は、トリガーされる限界の数が、クロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２をどの程度越えているかを示すマルチレベル限界である。いくつかの例では、第１レベル限界は、モータ２４２等の適用可能なアクチュエータ（又は全てのアクチュエータ）の動作を停止させるように安全プロセッサ３０２によってハンドリングされる。クロスヘッド２４４が、第１レベル限界を越えて移動し続け、第２レベル限界（例えば、許容可能範囲の外側の第１レベル限界よりも遠くにある）に達すると、クロスヘッド移動量限界３５２は、アクチュエータ無効回路３０８及び／又はモータ制動回路３１６、及び／又はアクチュエータ無効回路３２６への直接接続（例えば、ハードウェア接続）をトリガーして、モータ２４２の２相無効化をトリガーすることができる。

材料試験システム１００が自動把持（例えば、空気圧動力供給型グリップ、油圧動力供給型グリップ、電気動力供給型グリップ、電気機械動力供給型グリップ、電磁動力供給型グリップ等）を備えるいくつかの例では、安全システム２４０は、マルチ圧力把持方式に従ってグリップアクチュエータを制御するグリップコントローラ３５４を備える。マルチ圧力把持方式は、材料試験試料を材料試験システム１００の空気圧グリップ２４８に設置するときにオペレータへの傷害のリスクを低減（例えば、最小化、除去）する。

安全プロセッサ３０２が、セットアップ状態において材料試験システム１００を制御しているとき、安全プロセッサ３０２は、圧力信号３５６をグリップコントローラ３５４に提供する。グリップコントローラ３５４は、グリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６を制御することによって、グリップ２４８を介して印加することができる圧力に関する上限を制御する。圧力信号３５６（試料把持力に正比例することができる）は、グリップ２４８を介して試料を把持するには十分な圧力であるが、オペレータに重傷をもたらすには十分でない圧力を可能にするように制限される。逆に、安全プロセッサ３０２が、注意状態又は試験状態において材料試験システム１００を制御しているとき、安全プロセッサ３０２は、試験中に試験試料を把持するのに使用されるより高い圧力をグリップコントローラ３５４に可能にさせる圧力信号３５６を提供する。例示のグリップコントローラ３５４は、メインシステム圧力を（例えば、圧力センサ（複数の場合もある）３５８を介して）監視することができ、及び／又は、空気圧グリップ（複数の場合もある）２４８（例えば、上側グリップ及び下側グリップ）における圧力（複数の場合もある）を監視することができる。グリップコントローラ３５４は、命令された圧力が実施されていることを検証するために、圧力信号３６０を安全プロセッサ３０２に供給する。

いくつかの例では、グリップコントローラ３５４は、フットペダルスイッチを使用したオペレータ入力を介して制御される。例えば、フットペダルスイッチは、空気圧グリップ（複数の場合もある）２４８を介した圧力印加及び圧力解除を行う個別のスイッチを備えることができる。これらのスイッチは、スイッチ間の妥当性のチェック及び／又はスイッチ内の潜在的な障害（例えば、電気的障害）の監視を行うために動的にパルス化することができる機械的にリンクされたスイッチとすることができる。

安全プロセッサ３０２は、材料試験システム１００への電力が無効にされると、グリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６の通電を遮断するようにグリップコントローラ３５４を更に制御する。例えば、安全プロセッサ３０２は、電力供給を受けているときに加圧を可能にするが、空気圧アクチュエータの場合に、材料試験システム１００が電力供給を受けていないときは空気圧グリップ（複数の場合もある）２４８が把持力を印加することが妨げられるように通常時は減圧されるように、（例えば、１つ以上の弁、リレー等を介して）グリップアクチュエータ（複数の場合もある）２４６を制御することができる。

例示の安全システム２４０は、ウォッチドッグ回路３６２を更に備える。ウォッチドッグ回路３６２は、周期的に、非周期的に、１つ以上のイベント若しくはトリガーに応答して、及び／又は他の任意の時点に安全プロセッサ３０２と通信して、安全プロセッサ３０２の動作を検証する。例えば、安全プロセッサ３０２は、ハートビート信号、又はウォッチドッグ回路３６２からの問いかけに対する応答を通信し、安全システム２４０が適切に動作していることをウォッチドッグ回路３６２に示すことができる。ウォッチドッグ回路３６２が、予想された信号を安全プロセッサ３０２から受信しない場合には、ウォッチドッグ回路３６２は、材料試験システム１００を無効にし、オペレータに通知する。

例示の安全プロセッサ３０２、例示の緊急停止部３２２、例示のガードインターロック３３０、例示のクロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２、及び／又は例示のウォッチドッグ回路３６２は、アクチュエータ無効回路３２６に結合される（例えば、ハードウェアを介して接続される）。安全プロセッサ３０２、緊急停止部３２２、ガードインターロック３３０、クロスヘッド移動量限界（複数の場合もある）３５２、及び／又はウォッチドッグ回路３６２のうちのいずれかが、それぞれの条件が、材料試験システム１００を無効にするために（例えば、緊急停止スイッチ３２２のアクティブ化、ガード３２８のトリッピング、クロスヘッド移動量限界３５２の超過、及び／又はウォッチドッグ回路３６２のトリガー）満たされていると判断すると、アクチュエータ無効回路３２６が使用されて、モータ制動回路３１６及びアクチュエータ無効回路３０８がアクティブ化される。安全プロセッサ３０２は、材料試験システム１００の状態が無効状態であると判断することができる。

例示の制御プロセッサ２３８及び安全プロセッサ３０２は、別々のプロセッサとして示されているが、他の例では、制御プロセッサ２３８及び安全プロセッサ３０２は、単一のプロセッサ、又は、制御機能及び安全機能に分割されない一組のプロセッサに組み合わせることができる。さらに、制御プロセッサ２３８、安全プロセッサ３０２、及び／又は組み合わされたプロセッサは、１つ以上の専用機能を実行するアナログ回路及び／又はデジタル回路等の非処理回路を備えることができる。

本方法及びシステムは、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで実現することができる。本方法及び／又はシステムは、少なくとも１つのコンピューティングシステムにおいて集中的に、又はいくつかの相互接続されたコンピューティングシステムにわたって異なる要素が分散される分散的に、実現することができる。本明細書に記載した方法を実行するように適合された任意の種類のコンピューティングシステム又は他の装置が適している。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、汎用コンピューティングシステムを、ロードされ実行されるとコンピューティングシステムを本明細書に記載した方法を実行するように制御するプログラム又は他のコードとともに、含むことができる。別の典型的な実施態様は、特定用途向け集積回路又はチップを含むことができる。いくつかの実施態様は、非一時的機械可読（例えば、コンピュータ可読）媒体（例えば、フラッシュドライブ、光ディスク、磁気記憶ディスク等）を含むことができ、そうした非一時的機械可読媒体は、機械によって実行可能なコードの１つ以上のラインを記憶し、それにより、機械に、本明細書に記載したようなプロセスを実施させる。本明細書において使用される場合、「非一時的機械可読媒体」という用語は、全てのタイプの機械可読記憶媒体を含み、伝播信号を排除するように定義される。

本明細書において使用される場合、「回路（circuit）」及び「回路（circuitry）」という用語は、物理的な電子構成要素（すなわち、ハードウェア）と、ハードウェアを構成することができ、ハードウェアが実行することができ、及び／又は他の方法でハードウェアに関連付けることができる、任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）とを指す。本明細書において使用される場合、例えば特定のプロセッサ及びメモリは、コードの第１の１つ以上のラインを実行しているとき、第１の「回路」を含むことができ、コードの第２の１つ以上のラインを実行しているとき、第２の「回路」を含むことができる。本明細書において使用される場合、「及び／又は」は、「及び／又は」によって連結されるリストにおける項目のうちの任意の１つ以上の項目を意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚのうちの１つ以上」を意味する。本明細書において使用される場合、「例示的な」という用語は、非限定的な例、事例又は例証としての役割を果たすことを意味する。本明細書において使用される場合、「例えば」という用語は、１つ以上の非限定的な例、事例又は例証のリストを開始する。本明細書において使用される場合、回路は、或る機能を実施するために必要なハードウェア及びコード（いずれかが必要である場合）を含む場合はいつでも、その機能の実施が（例えば、ユーザーが構成可能な設定、工場トリム等により）無効にされる又は有効にされていないか否かにかかわらず、回路はその機能を実行するように「動作可能」である。

本方法及び／又はシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法及び／又はシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。例えば、開示した例のブロック及び／又は構成要素を、組み合わせ、分割し、再配置し、及び／又は他の方法で変更することができる。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本方法及び／又はシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法及び／又はシステムは、字義どおりにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。
上述の実施形態は下記のようにも記載され得るが下記には限定されない。
［構成１］
材料試験システムであって、
該材料試験システムのオペレータアクセス可能構成要素を制御するように構成されるアクチュエータと、
前記アクチュエータを無効にするように構成されるアクチュエータ無効回路と、
１つ以上のプロセッサであって、
材料試験プロセスに基づいて前記アクチュエータを制御し、
該材料試験システムの動作に関連した複数の入力を監視し、
前記複数の入力及び前記材料試験プロセスに基づいて、１つ以上の非制限状態及び１つ以上の制限状態を含む複数の所定の状態から該材料試験システムの状態を決定し、
前記決定された状態に基づいて前記アクチュエータ無効回路を制御する、
ように構成される、１つ以上のプロセッサと、
を備える、材料試験システム。
［構成２］
前記１つ以上のプロセッサは、複数の処理コアを有する安全プロセッサを含み、該複数の処理コアは、
前記複数の入力を監視し、前記材料試験システムの前記状態を決定する冗長コードを実行し、
前記冗長コードの出力を比較する、
ように構成され、前記アクチュエータ無効スイッチの前記制御又は状態出力インジケータの制御のうちの少なくとも一方は、前記出力の前記比較に基づく、構成１に記載の材料試験システム。
［構成３］
前記複数の入力は、オペレータが前記材料試験システムの周囲の所定の体積領域内にいるか否かを示すように構成されるガード入力を含み、前記１つ以上のプロセッサは、前記オペレータが前記所定の体積領域内にいるとの判断に応答して、前記材料試験システムの前記状態を設定するように構成される、構成１に記載の材料試験システム。
［構成４］
前記ガード入力を出力するように構成される、機械的にインターロックされたガードドア又はライトカーテンのうちの少なくとも一方を更に備える、構成３に記載の材料試験システム。
［構成５］
前記１つ以上のプロセッサは、前記ガード入力に応答して前記アクチュエータの速度を制限するように構成される、構成３に記載の材料試験システム。
［構成６］
前記オペレータアクセス可能構成要素は、試験対象材料を把持するように構成される自動グリップ又は手動グリップを含み、前記アクチュエータは、前記自動グリップ又は前記手動グリップを作動させるように構成され、前記材料試験システムは、
前記自動グリップ又は前記手動グリップを移動させて該自動グリップ又は該手動グリップを位置決めすること、又は該自動グリップ又は該手動グリップによって保持された前記試験対象材料に力を印加することを行うように構成されるクロスヘッドと、
前記クロスヘッドを作動させるように構成される第２のアクチュエータと、
を更に備え、
前記１つ以上のプロセッサは、前記材料処理システムの前記状態に基づいて、前記アクチュエータ又は前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方を制限するように構成される、構成１に記載の材料試験システム。
［構成７］
前記クロスヘッドの速度を監視するように構成される複数の速度センサを更に備え、
前記１つ以上のプロセッサは、
前記クロスヘッドの前記速度を制限し、
前記速度センサによって検出される速度を比較し、
前記比較された速度が閾値差よりも大きい場合、ａ）前記材料試験システムの前記状態の設定、又はｂ）該材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行う、
ように構成される、構成６に記載の材料試験システム。
［構成８］
前記１つ以上のプロセッサは、
前記材料試験システムが、前記１つ以上の制限状態のうちのいずれかにある場合、前記自動グリップによって印加することができる圧力を閾値力よりも小さくなるように制限し、
前記材料試験システムが、前記非制限状態のうちの１つ以上にある場合、前記自動グリップによって印加することができる前記閾値力を前記アクチュエータが超えることを可能にする、
ように構成される、構成６に記載の材料試験システム。
［構成９］
前記複数の入力は、前記１つ以上のプロセッサ又は前記アクチュエータ無効回路のうちの少なくとも一方に結合される緊急停止入力を含み、前記１つ以上のプロセッサ又は前記緊急停止入力のうちの少なくとも一方は、前記アクチュエータを該アクチュエータのエネルギー源から接続解除するように前記アクチュエータ無効回路を制御するように構成される、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１０］
前記緊急停止入力が解除された後、前記１つ以上のプロセッサが、前記アクチュエータを前記エネルギー源に再接続するためのユーザーインタラクションを識別するまで、前記１つ以上のプロセッサは、前記エネルギー源からの前記アクチュエータの接続解除を継続するように前記アクチュエータ無効回路を制御するように構成される、構成９に記載の材料試験システム。
［構成１１］
前記アクチュエータをエネルギー源から接続解除する信号に応答して、該接続解除の前に前記アクチュエータを減速するように構成されるアクチュエータ制動回路を更に備える、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１２］
前記１つ以上のプロセッサは、
前記アクチュエータが少なくとも閾値減速度だけ減速しているか否かを判断し、
前記アクチュエータが少なくとも前記閾値減速度だけ減速していないとの判断に応答して、前記アクチュエータを接続解除する、
ように構成される、構成１１に記載の材料試験システム。
［構成１３］
前記材料試験システムの電源を監視するように構成される電源モニタ回路を更に備え、前記１つ以上のプロセッサは、前記電源が許容範囲外にあることを示す前記電源モニタ回路からの信号に応答して、前記材料試験システムの前記状態の設定、又は該材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行うように構成される、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１４］
前記状態出力インジケータは、前記１つ以上の非制限状態及び前記１つ以上の制限状態に対応する複数のライト、又は前記材料試験システムに関する情報を表示するように構成されるディスプレイのうちの少なくとも一方を含む、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１５］
前記１つ以上のプロセッサは、
前記状態出力インジケータを監視し、
前記状態出力インジケータが、前記決定された状態に対応する状態を出力していないことを検出したことに応答して、前記材料試験システムの前記状態の設定、又は該材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行う、
ように構成される、構成１３に記載の材料試験システム。
［構成１６］
前記１つ以上の非制限状態は、
前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータに対する制限を削減しているとともに、試験を実行するように前記アクチュエータを制御していない注意状態と、
前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータに対する制限を削減しているとともに、試験を実行するように前記アクチュエータを制御している試験状態と、
を含む、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１７］
前記１つ以上の制限状態は、
前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータを制限しているとともに、オペレータ入力に応答して該アクチュエータを制御しているセットアップ状態と、
前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータを制限しているとともに、オペレータ入力に応答して該アクチュエータを制御しない無効状態と、
を含む、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１８］
前記アクチュエータは、電気モータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、リレー、又はスイッチのうちの少なくとも１つを含む、構成１に記載の材料試験システム。
［構成１９］
前記１つ以上のプロセッサは、
前記アクチュエータの前記制御を実行するように構成される制御プロセッサと、
前記複数の入力の前記監視、前記材料試験システムの前記状態の前記決定、及び前記アクチュエータ無効回路の前記制御を実行するように構成される１つ以上の安全プロセッサと、
を含む、構成１に記載の材料試験システム。

Claims (17)

1. 材料試験システムであって、
   該材料試験システムのオペレータアクセス可能構成要素を制御するように構成されるアクチュエータであって、前記オペレータアクセス可能構成要素は、試験対象材料を把持するように構成される自動グリップ又は手動グリップを含み、前記アクチュエータは、前記自動グリップ又は前記手動グリップを作動させるように構成された、アクチュエータと、
   前記自動グリップ又は前記手動グリップを移動させて該自動グリップ又は該手動グリップを位置決めすること、又は該自動グリップ又は該手動グリップによって保持された前記試験対象材料に力を印加することを行うように構成されるクロスヘッドと、
   前記クロスヘッドを作動させるように構成される第２のアクチュエータと、
   前記クロスヘッドの速度を監視するように構成される複数の速度センサと、
   前記アクチュエータを無効にするように構成されるアクチュエータ無効回路と、
   １つ以上のプロセッサであって、
   材料試験プロセスに基づいて前記アクチュエータを制御し、
   該材料試験システムの動作に関連した複数の入力を監視し、
   前記複数の入力及び前記材料試験プロセスに基づいて、１つ以上の非制限状態及び１つ以上の制限状態を含む複数の所定の状態から該材料試験システムの状態を決定し、
   前記決定された状態に基づいて前記アクチュエータ無効回路を制御する、
   ように構成される、１つ以上のプロセッサと、
   を備え、
   前記１つ以上のプロセッサは、
   前記材料試験システムの前記状態に基づいて、前記アクチュエータ又は前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方を制限し、
   前記クロスヘッドの前記速度を制限し、
   前記複数の速度センサによって検出される速度を相互に比較し、
   前記比較された速度が閾値差よりも大きい場合、ａ）前記材料試験システムの前記状態の設定、又はｂ）該材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行う、
   ように構成される、材料試験システム。
2. 前記１つ以上のプロセッサは、複数の処理コアを有する安全プロセッサを含み、該複数の処理コアは、
   前記複数の入力を監視し、前記材料試験システムの前記状態を決定する冗長コードを実行し、
   前記冗長コードの出力を比較する、
   ように構成され、前記アクチュエータの無効スイッチの前記制御又は状態出力インジケータの制御のうちの少なくとも一方は、前記出力の前記比較に基づく、請求項１に記載の材料試験システム。
3. 前記複数の入力は、オペレータが前記材料試験システムの周囲の所定の体積領域内にいるか否かを示すように構成されるガード入力を含み、前記１つ以上のプロセッサは、前記オペレータが前記所定の体積領域内にいるとの判断に応答して、前記材料試験システムの前記状態を設定するように構成される、請求項１に記載の材料試験システム。
4. 前記ガード入力を出力するように構成される、機械的にインターロックされたガードドア又はライトカーテンのうちの少なくとも一方を更に備える、請求項３に記載の材料試験システム。
5. 前記１つ以上のプロセッサは、前記ガード入力に応答して前記アクチュエータの速度を制限するように構成される、請求項３に記載の材料試験システム。
6. 前記１つ以上のプロセッサは、
   前記材料試験システムが、前記１つ以上の制限状態のうちのいずれかにある場合、前記自動グリップによって印加することができる圧力を閾値力よりも小さくなるように制限し、
   前記材料試験システムが、前記非制限状態のうちの１つ以上にある場合、前記自動グリップによって印加することができる前記閾値力を前記アクチュエータが超えることを可能にする、
   ように構成される、請求項１に記載の材料試験システム。
7. 前記複数の入力は、前記１つ以上のプロセッサ又は前記アクチュエータ無効回路のうちの少なくとも一方に結合される緊急停止入力を含み、前記１つ以上のプロセッサ又は前記緊急停止入力のうちの少なくとも一方は、前記アクチュエータを該アクチュエータのエネルギー源から接続解除するように前記アクチュエータ無効回路を制御するように構成される、請求項１に記載の材料試験システム。
8. 前記緊急停止入力が解除された後、前記１つ以上のプロセッサが、前記アクチュエータを前記エネルギー源に再接続するためのユーザーインタラクションを識別するまで、前記１つ以上のプロセッサは、前記エネルギー源からの前記アクチュエータの接続解除を継続するように前記アクチュエータ無効回路を制御するように構成される、請求項７に記載の材料試験システム。
9. 前記アクチュエータをエネルギー源から接続解除する信号に応答して、該接続解除の前に前記アクチュエータを減速するように構成されるアクチュエータ制動回路を更に備える、請求項１に記載の材料試験システム。
10. 前記１つ以上のプロセッサは、
    前記アクチュエータが少なくとも閾値減速度だけ減速しているか否かを判断し、
    前記アクチュエータが少なくとも前記閾値減速度だけ減速していないとの判断に応答して、前記アクチュエータを接続解除する、
    ように構成される、請求項９に記載の材料試験システム。
11. 前記材料試験システムの電源を監視するように構成される電源モニタ回路を更に備え、前記１つ以上のプロセッサは、前記電源が許容範囲外にあることを示す前記電源モニタ回路からの信号に応答して、前記材料試験システムの前記状態の設定、又は該材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行うように構成される、請求項１に記載の材料試験システム。
12. 前記状態出力インジケータは、前記１つ以上の非制限状態及び前記１つ以上の制限状態に対応する複数のライト、又は前記材料試験システムに関する情報を表示するように構成されるディスプレイのうちの少なくとも一方を含む、請求項２に記載の材料試験システム。
13. 前記１つ以上のプロセッサは、
    前記状態出力インジケータを監視し、
    前記状態出力インジケータが、前記決定された状態に対応する状態を出力していないことを検出したことに応答して、前記材料試験システムの前記状態の設定、又は該材料試験システムの動作の無効化のうちの少なくとも一方を行う、
    ように構成される、請求項１２に記載の材料試験システム。
14. 前記１つ以上の非制限状態は、
    前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータに対する制限を削減しているとともに、試験を実行するように前記アクチュエータを制御していない注意状態と、
    前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータに対する制限を削減しているとともに、試験を実行するように前記アクチュエータを制御している試験状態と、
    を含む、請求項１に記載の材料試験システム。
15. 前記１つ以上の制限状態は、
    前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータを制限しているとともに、オペレータ入力に応答して該アクチュエータを制御しているセットアップ状態と、
    前記１つ以上のプロセッサが前記アクチュエータを制限しているとともに、オペレータ入力に応答して該アクチュエータを制御しない無効状態と、
    を含む、請求項１に記載の材料試験システム。
16. 前記アクチュエータは、電気モータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、リレー、又はスイッチのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の材料試験システム。
17. 前記１つ以上のプロセッサは、
    前記アクチュエータの前記制御を実行するように構成される制御プロセッサと、
    前記複数の入力の前記監視、前記材料試験システムの前記状態の前記決定、及び前記アクチュエータ無効回路の前記制御を実行するように構成される１つ以上の安全プロセッサと、
    を含む、請求項１に記載の材料試験システム。

Images