专利名称：测试系统及其功能检验方法
技术领域：
本发明涉及一种测试系统，尤其是根据权利要求1所述的其功能可以简单地被检验的一种位置测试系统。此外本发明还包括一种根据权利要求4所述的功能检验方法。
在位置测试系统中，位置传感器在测量设备中产生电信号，该电信号提供了关于相对运动的物体的位置的信息。本发明尤其涉及具有测试设备的测试系统，该测试设备不但产生相对精细的增量位置信息，还产生了相对粗糙的位置信息。这两种位置数据尤其对于诸如机床或机器人的加工设备的轴运动的电气驱动控制具有很大的意义。在该应用中，所述的精细的增量位置信息被用来精确地确定诸如机床的工具的位置。
通常相应的电气驱动被设计为旋转电机，为此一般轴编码器被用于旋转角度测量。然而也可以结合线性电机的运行应用本发明。
已公开了能够在增量测量步骤中在一个可旋转的轴上进行角度测量的轴编码器，还公开了所谓的绝对轴编码器，该编码器也被称为代码轴编码器。该轴编码器可以在单个的轴旋转中确定绝对角度。如果此外有必要获得所产生的轴旋转的数量，那么通常采用所谓的多圈轴编码器。在这种多圈轴编码器中，在一个轴旋转中、也即在0°和360°之间通过一个与所述的轴相连的编码圆盘来确定绝对角度位置，所述的编码圆盘比如借助一个合适的光电扫描单元来扫描。从而也可以通过多次旋转来测量被驱动轴的绝对位置。
该测试设备的信号常常用于控制加工设备。所述加工设备的概念不仅仅局限于机床，而且也包括用于装配电子元件或者用于加工半导体元件的设备。此外所述的加工设备的称谓也包括自动化设备，比如机器人。
在通常的位置测试系统中，到目前为止除了从所述测试设备到设备控制器传输数字位置数据之外还传输模拟位置信号，然后在所述的设备控制器中进行内插运算。随着电子小型化的发展，现在越来越多地在所述测试设备中的一个合适的电子电路中来自己执行所述的内插过程，如此使得所述的模拟位置信号不再传输给设备控制器。这减小了布线耗费，这种耗费对于测试系统的造价有明显的影响。
在有关安全性的设备应用中，然而到目前为止都在所述的设备控制器中把数字位置数据与模拟位置信号进行比较，以识别错误。由于今后在所述设备控制器中缺少模拟位置信号，所以可以不再实施这种比较。
由于这个原因，在由于所述的原因而没有模拟位置信号到达设备控制器，经常通过一个并行的或串行的接口从测试设备向设备控制器除了传输当前的、通常是绝对的位置数据之外，还传输所谓的静态位。这些静态位比如可以是错误位，该错误位在正常运行中常常具有一个确定的电平，并且仅仅在(非常稀少)错误情况中通过改变电平来使错误受到注意。
然而事实表明，恰好在有关安全性的监控中这种错误信息的传输方式是有缺点的，因为不能排除，由于故障而常常输出错误位的恒定电平，也就是说该故障即使在有干扰的情况下也不允许电平变化。
在所述专利申请人的德国专利DE 38 29 815 C2中示出了一种位置测试装置，其中通过一个激活信号来触发一个错误检验。然而通过文献中所述的发明不能自己检验监控电子线路的作用能力。此外信号传输的耗费也比较大。
因此本发明所基于的任务在于，提供一种测试系统，该系统能够使加工设备安全地或可靠地运行，其中信号传输的耗费相对较低。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征而得到解决。
此外本发明还提供一种用于检验错误信息的方法，通过该方法大大提高加工设备的安全性或可靠性。这通过根据权利要求4所述的方法而得到解决。
本发明所基于的思想在于，在测试设备中在检验运行过程中可以通过接入测试电位有目的地触发干扰，并且然后来检验是否由于该干扰在所述设备控制器中产生一个具有相应电平的错误位。通过本发明尤其可以检验诸如信号幅度监控的监控电子线路的作用能力。所述的测试电位例如可以理解为测试电源的电压，或者在最简单的情况下理解为地电位。
在本发明的一个优选的扩展方案中，用于接入测试电源的电路状态尤其自动地由设备控制器来触发。
本发明的有利的扩展方案参见从属权利要求。
根据本发明的测试系统以及相应方法的其他详情和优点结合附图参见下文实施例的说明。
其中，附
图1a示出了根据本发明的测试系统在正常运行中的结构，附图1b示出了根据本发明的测试系统在检验运行中的结构，附图2示出了具有测试电压的电压曲线，附图3示出了根据本发明的测试系统的另一种结构。
在附图1a中示出了一种测试系统，该系统包括一个轴编码器1、一个设备控制器2和一个数据传输装置3。
所述的轴编码器1具有光电元件1.1、1.2、放大器1.3、1.4、一个分析电子线路1.5和一个信号幅度监控1.6。具有电阻1.7、1.8的支路位于所述放大器1.3、1.4与所述分析电子线路1.5之间的线路上。在该支路上在所述的轴编码器1的电路中有开关元件1.9、1.10，该开关元件与一个测试电源1.11有电气连接。所述的开关元件1.9、1.10可以具有两个开关元件状态。在第一开关元件状态中，所述的测试电源1.11与所述的信号幅度监控1.6断开，在第二开关元件状态中，建立所述的测试电源1.11与所述的信号幅度监控1.6之间的电气连接。
所述的数据传输装置3由一个在所述轴编码器1上的接口插座3.1、一个带插头的多芯电缆3.3和一个在所述设备控制器2上的接口插座3.2组成。也可以选择配置无线的数据传输装置3。那么可以相应地设置合适的发送元件和接收元件来替代所述的接口插座3.1、3.2。
根据要测量的轴的角度位置，在附图中未示出的LED的光被调制并且通过所述的光电元件1.1、1.2转换为光电流。该光电流借助所述的放大器1.3、1.4被放大，然后生成具有根据附图2所述正弦信号形式的模拟位置信号。该位置信号被传输至所述的分析电子线路1.5中的内插处理，如此使得所述测试设备1的角度分辨率或者位置分辨率可以被增加几倍。此外在所述的分析电子线路1.5中生成绝对的数字的位置值，该值作为由大量数据位组成的数据包通过所述的接口3.1、3.2和所述的电缆3.3在所示例子中以50μs的时钟时间被串行地传输至所述的设备控制器。
与此并行的是所述的模拟位置信号被传输至一个信号幅度监控1.6，在该信号幅度监控1.6中检验所述模拟位置信号的幅度是否位于令人认可的界限内。在正常运行中满足该模拟位置信号的判据，因此用同一数据包传输一个错误位，用该数据包还把所述的绝对的数字的位置值传输给所述的设备控制器2，该错误位的电平指示了所述测试系统的正常状态或者未干扰的运行。因此该错误位通常以保持不变的电平，在本实施例中每隔50μs从所述的测试设备1被传输至所述的设备控制器2，从而被称为静态错误位。
一旦所述模拟位置信号的幅度超出所述的令人认可的界限，那么所述错误位的电平就发生变化，相应的错误位随着下一个数据包被传输给所述的设备控制器2。作为反应，所述的设备控制器2为整个设备触发一个紧急停止。
但是也可能出现这种情况，比如由于短路使得错误位的电平不可改变。那么尽管有干扰，总是将错误位的保持不变的电平继续传输给所述的设备控制器2，如此使得即使在有干扰的情况下所述的设备也不会被关断。
为了避免这种危险，根据附图1b所述，在短时间内借助一种开关元件状态实施一种检验运行。为此目的，现在不再由所述的设备控制器2发送信号给所述的测试设备。该信号以代码字的形式或者以模式指令的形式由所述的设备控制器2通过电缆3.3的数据线传输给所述的轴编码器1。电缆3.3的数据线不但用于把设备控制器2的模式指令传输给所述的轴编码器1，而且用于从所述的轴编码器1向所述的设备控制器2传输包括错误位的数据和信号。如在附图1a、1b和3中的双向箭头所示，也就是涉及到所述设备控制器2和所述轴编码器1之间的双向数据传输。
所述被传输的模式指令在所述轴编码器1中被解码，使得检验运行被触发，这首先导致所述开关元件1.9、1.10闭合。由此现在在所述的信号幅度监控1.6上施加了检验电源1.11的电压U0。所述电压U0的大小由根据附图2所述的相应模拟位置信号的电压曲线得出(与模拟位置信号的电压曲线的对称轴相对应)。如在附图1b中所示，通过所述的电阻1.7、1.8，尽可能避免了所述的电压U0输入到所述的分析电子线路1.5中。所述的信号幅度监控1.6在开关元件1.9闭合的情况下从而确定，所述的模拟位置信号没有足够大的幅度，从而用一个变化的电平来给出一个错误位。所述的设备控制器2被如此编程，使得在三个时钟时间之内，在该情况中为150μs，在接通所述的电压U0之后，对于出现具有变化的电平的错误位不触发任何反应(紧急停止)。
如果尽管所述的电压U0被接通，然而所述的设备控制器2不能确定错误位的电平变化，那么给出一个相应的错误消息。用这种方法尤其可以实现所述信号幅度监控1.6的作用能力的检验。
根据附图3所述，在本发明的另一扩展方案中，在所述分析电子线路1.5中另外集成了一个数字的信号幅度监控1.12。这并行于所述的信号幅度监控1.6实施数字位置数据的似真性控制。在正常运行中，一旦一个具有变化电平的错误位到达设备控制器2，无论它是由所述的信号幅度监控1.6产生或者是由所述的数字信号幅度监控1.12产生，就触发一个紧急停止。当然如果不但所述的信号幅度监控1.6，而且所述的数字信号幅度监控1.12都通过一个具有变化电平的错误位来报告错误，那么也进行紧急停止。
如果现在在检验运行中通过接入所述的检验电位U0来检验信号幅度监控1.6的作用能力，那么可以如此来编程所述的设备控制器2，使得它在出现来自信号幅度监控1.6的具有变化电平的错误位的情况下不会触发紧急停止。但是如果在检验运行中具有变化电平的错误位、也就是两个准错误消息不仅从信号幅度监控1.6而且从数字信号幅度监控1.12到达所述的设备控制器2，那么就触发紧急停止。用这种方法即使在检验运行中也可以有足够的可靠性。
本发明并不局限于测试系统和方法，其中由光电元件1.1、1.2所产生的位置信号被监控。更确切地说借助本发明此外还可以考虑温度信号、表示频率的信号、或者通过电池的充电状态来描述的信号。
本发明尤其可以有利地应用于位置测试设备中，该位置测试设备通过一个公共的接口或者公共的数据传输装置3在所述位置测试设备、这里是所述的轴编码器1和所述的设备控制器2之间除了双向地传输位置数据之外还双向地传输其他传感器的测试数据。从而比如通常除了实施轴编码器1中的位置测试之外，还比如借助费拉里斯传感器来实施速度测试和/或加速度测试。这些传感器的信号监控的作用能力也可以借助本发明来进行检验。这同样适用于所述的轴编码器1，其中比如为电机而集成了温度监控。这里也可以有利地借助本发明来检验温度信号监控的作用能力。
权利要求
1.测试系统，由以下几部分组成-一个测试设备(1)，-另一设备(2)以及-一个数据传输装置(3)，用于在所述的测试设备(1)和所述的另一设备(2)之间传输数据位，其中所述的测试设备(1)具有-一个信号监控电路(1.6)-以及一个开关元件(1.9、1.10)，并且所述的开关元件(1.9、1.10)与一个测试电源(1.11)有电气连接，在一个开关元件状态中所述的测试电源(1.11)与所述的信号监控电路(1.6)连接，并且此外所述的信号监控电路(1.6)与所述的数据传输装置(3)连接。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其中所述的测试设备是一种位置测试设备(2)，尤其是一种轴编码器或者长度测试设备。
3.根据前述权利要求之一所述的测试系统，其中所述的另一设备是一种设备控制器，尤其是一种加工设备的设备控制器。
4.用于对一种测试系统实施功能检验的方法，其中-在所述测试系统的正常运行中，为了表示一种测试设备(1)的无干扰运行，从所述的测试设备(1)通过一个数据传输装置(3)传输一个电平保持不变的位给另一设备(2)，并且-在所述测试系统的检验运行中-使在所述的测试设备(1)中的一个信号监控电路(1.6)与一个测试电源(1.11)电气连接，并且-在所述的另一设备(2)中检验所述的检验运行是否引起所述位的电平相对于正常运行的所述电平发生变化。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述测试系统的正常运行中，所述位的电平的变化触发所述另一设备(2)的反应，而在所述检验运行中所述位的电平的变化不触发所述另一设备(2)的反应。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中由于所述的另一设备(2)的信号而使所述的检验电源(1.11)与所述的信号监控电路(1.6)进行电气连接。
7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其中所述的检验运行自动地在定义的时间间隔内被触发，以检验所述测试设备(1)的作用能力。
8.根据权利要求4至7之一所述的方法，其中为了检验所述测试设备(1)的作用能力而手动地触发所述的检验运行。
9.根据权利要求4至8之一所述的方法，其中在达到确定的设备状态、比如工具更换或者工件更换的情况下，为了检验所述测试设备(1)的作用能力而自动地触发所述的检验运行。
全文摘要
本发明涉及一种测试系统，该测试系统由以下部分组成一个测试设备(1)、另一个设备(2)和一个用于在所述测试设备(1)和所述另一设备(2)之间传输数据位的数据传输装置(3)。所述的测试设备(1)在此具有一个信号监控电路(1.6)和一个开关元件(1.9、1.10)。所述的开关元件(1.9、1.10)与一个检验电源(1.11)有电气连接，其中在一个开关元件状态中所述的检验电源(1.11)与所述的信号监控电路(1.6)连接。所述的信号监控电路(1.6)此外与所述的数据传输装置(3)连接。本发明还涉及一种方法，其中在检验运行中通过接入一个检验电位来进行所述测试系统的功能检验。
文档编号G01D18/00GK1623080SQ03802650
公开日2005年6月1日 申请日期2003年9月4日 优先权日2002年9月25日
发明者H·霍夫鲍尔, E·施特拉泽尔 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司
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