CN101652230B - 碰撞感测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碰撞感测设备，其能够检测到两个或多个物体之间的碰撞。该碰撞感测设备包括限定出空间(15)的可变形构件(5)，可以给空间(15)分配一定的压力。在第一状态下，可变形构件未变形，因此空间(15)分配有第一压力(P1)。在第二状态下，可变形构件(5)变形，因此空间(15)分配有第二压力(P2)。所述空间中的压力受到监控。当所述空间中的压力从第一压力变化到第二压力时，则检测到与物体的碰撞。本发明例如可应用于诸如水射流切割等机加工，但还能够想到其它许多应用领域。

Description

碰撞感测设备

技术领域

本发明涉及一种碰撞感测设备，该设备适于检测两个或多个物体之间的碰撞。本发明还涉及一种包括所述碰撞感测设备的机加工用装备。

背景技术

在很多情况中，需要检测物体间的碰撞。其中一个目的是可以避免碰撞。基本上，本发明旨在检测机加工过程中工具与工件中的障碍物之间的碰撞。此处，机加工意在具体包括所有类型的切割加工，例如水射流切割、气割、等离子切割、激光切割等。一方面，在这种机加工过程中，可能希望保护诸如某种喷嘴这样的工具以免因与工件中的诸如不均匀部的障碍物的碰撞而损坏。另一方面，可能希望保护工件的部件以免因与工具碰撞而损坏。本发明还可以用在其它情况中，例如用在车辆中，特别是与泊车有关的情况中。

保护物体的传统方式是为它们设置由挠性材料制成的减震保护装置。

US5366156A中描述了怎样通过由喷嘴202引向物体表面的气雾剂来清洁物体。喷嘴设有保护涂层265(图8)，以保护物体以免因与喷嘴意外接触而损坏。这种涂层仅能提供有限的保护。万一喷嘴受到大力引导，则存在喷嘴因与物体碰撞而弯折的风险。物体也会被损坏。此外，US5366156A没有提供对碰撞的检测。

在诸如汽车等车辆上，保险杠提供了相应的保护。就车辆而言，还可以通过诸如称为倒车传感器的更复杂的装备来避免撞击，当接近障碍物时这些装备就发出警报。此处，使用了碰到障碍物则反射的超声波。这类技术相对昂贵。而且，为了全方位地保护物体，必须安装多个传感器。另外，这些传感器对灰尘、潮湿和机械影响很敏感。

在机加工中，用信号通告碰撞的结合有碰撞感测设备的电气开关已经投入使用。但是，这种解决方案未取得令人满意的效果。部分因为这些碰撞感测设备通常已经因机械影响而损坏，部分因为相对复杂的设计构造导致它们一直较为昂贵。

因此，需要这样的碰撞感测设备，其可靠、构造相对简单、能够耐受灰尘和机械影响，并且不受到障碍物形式的影响。

发明内容

本发明涉及一种碰撞感测设备，优选适用于水射流切割装备，其能够检测到两个或多个物体之间的碰撞。所述碰撞感测设备包括限定出一定空间的可变形构件，能够给所述空间分配一定的压力。在第一状态下，所述可变形构件未变形，因此所述空间配有第一压力。在第二状态下，所述可变形构件变形，因此所述空间配有第二压力。当所述可变形构件与物体碰撞时，其变形成处于第二状态，因此所述空间中的压力从所述第一压力变至所述第二压力。碰撞感测设备进一步包括用于检测所述压力变化的装置。所述第一压力优选为超压。从而防止灰尘和其它杂质进入所述空间。所述第二压力低于所述第一压力。所述碰撞感测设备还可以包括经所述空间的边界表面中的孔口使所述空间具有所述超压的装置。

在所述第一状态下，即当所述可变形构件未变形时，优选所述空间闭合。当所述可变形构件变形之后，即变成所述第二状态之后，优选所述空间不闭合。因此，所述第二压力要比所述第一压力更接近环境压力。

优选所述可变形构件为具有圆形横截面的截锥体形式的防溅罩。该椎体设置成以其宽端朝向工件。因而获得相对较大的检测区域或感测区域，能够检测到在所述区域内与一个或多个物体的碰撞。防溅罩还可以采取其它形式。防溅罩可以例如具有矩形横截面或者可以例如是管状的。配有压力的所述空间由防溅罩的上侧面、包围防溅罩上侧面的凸起、以及紧靠凸起密封设置的支撑板所限定。通过这种方式，获得具有简单构造的碰撞感测设备。

本发明还涉及一种用于机加工的装备，该装备包括所述碰撞感测设备。所述机加工优选地为水射流切割。

附图说明

图1示出了本发明的示意性立体图。

图2示出了防溅罩和用于调节高度的臂。

图3示出了根据本发明的防溅罩和支撑板的横截面。

具体实施方式

以下，将参照附图描述本发明的实施方式。该实施方式仅作本发明的应用示例，而并非意在限制请求保护的范围，该范围由独立权利要求限定。

图1示出了本发明的优选实施方式，其中，碰撞感测设备适用于水射流切割。在这种用于水射流切割的设备中，防溅罩5用作可变形构件，其包围用于水射流切割的喷嘴6。防溅罩5包括侧壁和上部。防溅罩5的侧壁形成为截锥体，还可见于图2和图3。该圆锥体具有宽端和窄端。图中朝下的该宽端是敞开的，并且在机加工过程中位于工件2的表面的正上方。宽端的边缘11定位成比喷嘴6的端部更靠近工件2的表面，或者定位成与喷嘴6的端部离工件2的表面的距离相同。窄端即图中朝上的防溅罩的上部20除中央孔口10之外都是闭合的，该中央孔口用于水射流切割喷嘴6(以下称作“喷嘴”)。

在水射流切割过程中，防溅罩5围绕喷嘴6设置并以适当的方式保持，例如通过压配合保持。因此，中央孔口10的直径制得略小于喷嘴6的直径。防溅罩的主要任务是阻止机加工过程所产生的物料和水的溅射。防溅罩由诸如橡胶等柔软的挠性材料制成，橡胶的肖氏硬度在75-95的范围内，优选地其肖氏硬度在85-95的范围内，更优选地其肖氏硬度大约为90。

图2示出了从工件2的角度观察的防溅罩5的立体图。防溅罩5在侧壁21上具有的切口8，用于调节高度的臂9延伸穿过该切口8。在操作过程中，用于调节高度的臂9把持未示出的测量装置，该测量装置测量从喷嘴到工件2的距离。本发明还可以在分别没有所述切口8和用于调节高度的所述臂9的情况系发挥功能。

防溅罩5的上侧面16即圆锥的闭合且背离工件2的端部由凸缘或凸起12包围，具体见图3。紧靠凸起12设置有大体圆形的支撑板7，因而支撑板7的下侧面19顶住凸起12的上侧面。因为防溅罩5由柔软的挠性材料制成，所以凸起12密封性地抵靠支撑板7。支撑板优选由诸如金属或塑料的成形稳定的材料制成。支撑板的形式和大小应当为如此：其在防溅罩未变形的情况中紧靠凸起密封。

喷嘴6穿过支撑板7和防溅罩5。位于防溅罩5的上部20中的喷嘴6经其穿过的中央孔口10的直径略小于喷嘴6的直径，因此防溅罩5紧靠喷嘴6密封。支撑板7也设有中央孔口14，喷嘴6穿过该中央孔口。该孔口14根据喷嘴6的直径来调节，例如以一个或多个O形环(未示出)的形式在支撑板7的中央孔口14与喷嘴6之间设置适当的密封装置也是可行的。因此，由防溅罩5的上侧面16、防溅罩的凸起12的内侧、支撑板7的下侧面19、以及喷嘴6和围绕喷嘴6设置的任何密封装置所形成的边界表面限定出基本闭合的空间15。

支撑板优选地固定于防溅罩，防溅罩又固定于喷嘴5。图3示意性地示出了支撑板7是如何通过附连装置18固定于防溅罩5的，该附连装置18延伸穿过防溅罩的上部20并伸进入支撑板上的孔口17中。附连装置18可以是例如螺钉或螺栓，在这种情况下，孔口17设有内螺纹。为了确保凸起12以沿凸起的整个圆周都均匀的接触压力密封性地顶住支撑板的下侧面19，如在平行于防溅罩上部20的平面中可见的，优选设有多个附连装置18。附连装置18优选沿防溅罩和支撑板的圆周以等间隔设置。例如，可以采用在平行于防溅罩上部20的平面中互相间隔120°的三个附连装置18。为了在凸起12与支撑板下侧面19之间获得更加均匀的接触压力，可以使用更多的附连装置18。

为了以下将更加清晰的原因，这种附连装置18不应设置在防溅罩5的上部20的太靠外的圆周上。这样放置附连装置18会妨碍防溅罩5变形。

可替代地，支撑板7可以通过未示出的固定装置附连于喷嘴6。这种固定装置包括例如粘合剂或螺纹连接装置。

为了获得上述的基本闭合的空间，可以想到防溅罩和支撑板的其它设计。例如，防溅板的上侧面可以是平的，而可以在支撑板上形成面对防溅罩的凸起。可替代地，可以在支撑板与防溅罩上侧面之间设置诸如O形环或垫圈的单独的密封元件。

在图1中以整体示出了具有碰撞感测设备的用于水射流切割的设备。支撑板7包括用于供气的孔口13。该孔口13可以例如形成为内螺纹孔。孔口13上连接有管道4，通过管道4向所述空间供气，优选供给空气。如图1中箭头1所指示的，空气由未示出的诸如压缩机的压力发生装置供给。管道4中的压力由压力监控装置3监控。通过这种方式，可以为防溅罩5和支撑板7所限定的空间15分配受到监控的静超压，即超过环境压力的压力。因此该超压对应于管道4中的压力。当正常工作时，通过管道4为空间15供给空气，因此空间15中存在第一压力P1。所以该压力P1超过环境压力。空间15中的超压P1在0.1巴至2巴的范围内，优选地，该超压P1在0.2巴至1.5巴的范围内，最优选的是0.3巴至0.8巴的超压。

可替代地，压力发生装置和压力监控装置可以经由独立的管道或软管连接至支撑板7。于是支撑板7变型成包括用于供给空气或其它气体的孔口和测量压力用的孔口。压力测量装置也可以直接设置在支撑板7上而不是通过管道进行连接。

在水喷射切割过程中，沿待机加工的工件2驱动配有防溅罩5的喷嘴6，或者工件2移动而喷嘴6及其防溅罩5保持静止。喷嘴6或工件2的这种移动在正常情况下以机械的方式沿程序化的路线进行。在从工件2的表面突出的物体或不均匀部位于喷嘴6的预定路线中上或接近预定路线的情况下，由于相对运动，防溅罩5会碰到该物体。然后，由于相对运动，防溅罩5会弹性变形。通常，这种变形意味着将防溅罩5的侧壁21沿大体垂直于喷嘴6的纵轴线的方向朝截锥体中央推进。这种压痕将导致防溅罩的凸起12移位，从而断开与支撑板7的密封接触。通常凸起12向图1中的下方移位，即朝工件2的表面移位。由于凸起12不再顶住支撑板7，所以空间15不再闭合。这时，经由管道4供至空间5的空气能够经防溅罩5变形时形成在空间15的边界表面上的开口流出，于是空间15中的压力降至第二压力P2。因此压力P2低于压力P1，更确切地，如下面进行说明的那样，压力P2介于环境压力与压力P1之间，取决于防溅罩5与物体碰撞时的变形大小。优选地，超压P2的值大约为超压P1的一半。压力测量装置3能够检测到所述空间内的压力变化。优选地，压力测量装置3能够据此发送停止信号，从而中断喷嘴6或工件2的机械运动。通过这种方式，避免喷嘴6与物体之间发生碰撞。

取决于运动被中断的快慢以及相对运动的速度，防溅罩5的与障碍物的接触部变形到不同的程度。当与障碍物碰撞时，如果相对运动速度即切割速度低且运动在空间15内的压力P1变化最小的情况下立即被中断，则防溅罩5的凸起12将仅从支撑板7移开很短的距离。在这种情况中，仅允许防溅罩5有较小的变形，从而确保喷嘴6与障碍物之间保持相对较大间距。这时，第二压力P2将相对接近第一压力P1。通过预先限定压力测量装置发射停止信号所需的压力变化，可以预先设定喷嘴6将停止在距离假想障碍物多远的位置处。

因此，通过可变形构件5的这种设置，可以适当的在要保护的物体--此处为喷嘴6--与障碍物碰撞之前就检测到与障碍物之间的这种碰撞或接触。换句话说，承受碰撞的是可变形构件5。

由于当防溅罩5与物体碰撞时压力测量装置3检测到从P1至P2的压力变化，所以空间15无需是完全气密的。可以从压力发生装置向空间15连续地供给空气或其它气体。如果空间15不是完全气密的，而是在边界表面上包括一个或多个开口，那么供给的空气将不断漏出。即便如此，当防溅罩5变形进而凸起12从支撑板7移开时所述空间中存在的第一压力P1仍然会降至第二压力P2。

优选地，如上所述，所述压力发生装置在空间15中产生超压P1。在空间15中保持超压的优点在于灰尘或其它杂质不能够进入空间15或压力发生装置或压力测量装置3。然而，如果压力发生装置产生负压，本发明同样能够发挥功能。当碰撞进而发生到第二压力P2的转变时，外界空气会流入空间15，因此第二压力P2将高于第一压力P1。给空间15分配负压的优点在于负压有助于使空间15保持气密，因为负压作用在弹性防溅罩上从而使凸起12紧压支撑板7。

本发明的以下原理可以应用于很多情形：给基本闭合的空间分配一定的压力，该压力受到监控，并当在弹性构件因两个物体之间的触碰而变形的情况下所述空间的边界表面开口时发生变化。例如，所述空间可通过相对柔软的弹性部件对置车辆保险杠来限定。当与其它物体碰撞时可以这种方式通报驾驶员。

当选择用于可变形构件的材料时，必须仔细考虑碰撞力和构件尺寸，使得所述材料充分柔顺，以便使闭合的加压空间在碰撞时能够打开，但同时又足够刚硬，以防止操作过程因其它参数而打开。当碰撞感测设备用在水射流切割上时，这些参数的示例有切割速度变化时的加速度、工件表面上的诸如沙粒等散粒体的存在、所述空间内的超压、切割束所产生的气压、由切割过程产生的材料和水的溅射等。

Claims (11)

1.一种碰撞感测设备，用于水射流设备，其适于检测两个或多个物体之间的碰撞，其中，所述碰撞感测设备包括：

由可弹性变形的材料制成的可变形构件(5)，其限定出能够分配一定压力的空间(15)，在第一状态下，所述可变形构件(5)未变形，因此所述空间(15)分配有第一压力(P1)，而在第二状态下，所述可变形构件(5)变形，因此所述空间(15)分配有第二压力(P2)，其中，当所述可变形构件(5)与物体碰撞时，所述可变形构件(5)变形成处于所述第二状态，因此所述空间(15)中的压力从所述第一压力(P1)变至所述第二压力(P2)；以及

用于检测所述压力变化的装置(3)。

2.如权利要求1所述的碰撞感测设备，其中，在所述第一状态下，在所述空间(15)中分配的压力是超压(P1)，当变至所述第二状态时，所述压力降低。

3.如权利要求1或2所述的碰撞感测设备，其中，所述空间(15)的边界表面包括孔口(13)，经所述孔口(13)为所述空间(15)分配所述第一压力(P1)。

4.如权利要求1或2所述的碰撞感测设备，其中，所述设备还包括用于为所述空间(15)分配超压的装置。

5.如权利要求1或2所述的碰撞感测设备，其中，在所述第一状态下，所述空间(5)闭合，而在所述第二状态下，所述空间(15)不闭合。

6.如权利要求1或2所述的碰撞感测设备，其中，所述可变形构件(5)由肖氏硬度在75至95的范围内的弹性材料制成。

7.如权利要求6所述的碰撞感测设备，其中，所述弹性材料的肖氏硬度在85至95的范围内。

8.如权利要求1或2所述的碰撞感测设备，其中，所述可变形构件(5) 是截锥体形式的防溅罩。

9.如权利要求8所述的碰撞感测设备，其中，所述空间(15)由所述防溅罩(5)的上侧面(16)、包围所述防溅罩(5)的上侧面(16)的凸起(12)、以及紧靠所述凸起(12)密封设置的支撑板(7)所限定。

10.一种用于机加工的装备，其特征在于，所述装备包括如权利要求1所述的碰撞感测设备。

11.如权利要求10所述的装备，其中，所述机加工为水射流切割。 

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