датчик предотвращения столкновений

Формула изобретения

1. Датчик обнаружения столкновений между двумя или более объектами, предпочтительно для оборудования гидроабразивной резки, содержащий деформируемый элемент (5) из эластично деформируемого материала, который определяет пространство (15), где может быть создано определенное давление, при этом деформируемый элемент (5) в первом состоянии не деформируется, а в пространстве (15) создается первое давление (Р1), а при этом во втором состоянии деформируемый элемент (5) деформируется, при этом в пространстве (15) создается второе давление (Р2), причем деформируемый элемент (5) при столкновении деформируемого элемента (5) с объектом деформируется во второе состояние, при этом давление в пространстве (15) изменяется с первого давления (Р1) на второе давление (Р2), и узел (3) для обнаружения изменения давления.

2. Датчик обнаружения столкновений по п.1, в котором заданное давление в пространстве (15) в первом состоянии представляет собой повышенное давление (Р1), указанное давление падает при переходе во второе состояние.

3. Датчик обнаружения столкновений по любому из предшествующих пунктов, в котором граничная поверхность пространства (15) содержит отверстие (13), через которое в пространстве (15) создается первое давление (Р1).

4. Датчик обнаружения столкновений по п.1, в котором устройство также содержит узел создания в пространстве (15) повышенного давления.

5. Датчик обнаружения столкновений по п.1, в котором пространство (15) в первом состоянии замкнуто, в то время как во втором состоянии пространство (15) не замкнуто.

6. Датчик обнаружения столкновений по п.1, в котором деформируемый элемент (5) изготовлен из эластичного материала с твердостью по Шору в диапазоне 75-95, предпочтительно, чтобы твердость по Шору находилась в диапазоне 85-95.

7. Датчик обнаружения столкновений по п.1, в котором деформируемый элемент (5) представляет собой брызговик, имеющий форму усеченного конуса.

8. Датчик обнаружения столкновений по п.7, в котором пространство (15) создается верхней стороной (16) брызговика (5), выступом (12), окружающим верхнюю сторону (16) брызговика (5), и опорной пластиной (7), которая плотно прилегает к выступу (12).

9. Оборудование механообработки, отличающееся тем, что оно содержит датчик обнаружения столкновений по п.1.

10. Оборудование механообработки по п.9, в котором механообработка представляет собой гидроабразивную резку.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается датчика предотвращения столкновений, который предназначен для обнаружения столкновений между двумя или более объектами. Изобретение также касается оборудования механообработки, содержащего указанный датчик предотвращения столкновений.

Во многих ситуациях желательно обнаруживать столкновение между объектами. Одной из целей при этом может быть избежать столкновения. Прежде всего изобретение направлено на обнаружение столкновения инструмента и препятствия на детали во время механообработки.

Механообработка здесь, в частности, содержит все виды механообработки резанием, такие как гидроабразивная резка, газовая резка, газопламенная резка, плазменная резка, резка лазером и т.д. Во время механообработки может быть с одной стороны желательно защитить инструмент, например форсунку того или иного типа, от повреждения в результате столкновения с препятствием, например с неровностью детали. С другой стороны, может быть желательно защитить элементы детали от повреждения в результате столкновения с инструментом. Изобретение может также использоваться в других ситуация, например, на транспортных средствах, в частности при парковке автомобилей.

Традиционный способ защиты объектов заключается в установке на них амортизационной защиты из эластичного материала.

В US5366156 А описано, как объект очищается с помощью аэрозоля, направленного на поверхность объекта из форсунки 202. Форсунка снабжена защитным покрытием 265 (Фиг.8) для защиты объекта от повреждения при случайном контакте с форсункой. Подобное покрытие может обеспечить лишь ограниченную защиту. Если форсунка направлена, например, с большой силой, то есть риск, что форсунка погнется в результате столкновения с объектом. Может также быть поврежден и объект. Кроме того, US5366156 А не обеспечивает обнаружения столкновения.

На транспортных средствах, например на автомобилях, соответствующую защиту обеспечивают бамперы. Что касается транспортных средств, столкновения также можно избежать с помощью более сложного оборудования, такого как так называемые датчики парковки, которые дают предупреждающий сигнал при приближении препятствий. Здесь используется ультразвук, который отражается от препятствия. Подобная технология стоит относительно дорого. Кроме этого для защиты объекта во всех направлениях на него может быть установлено множество датчиков. Более того, датчики чувствуют грязь, влажность и механические воздействия.

Применительно к механообработке стали использоваться датчики предотвращения столкновений, содержащие электрические выключатели, которые сигнализируют о столкновении. Однако это решение не привело к удовлетворительным результатам. Частично это связано с тем, что такие датчики предотвращения столкновений часто повреждаются вследствие механического воздействия, а кроме того, стоят дорого вследствие относительно сложной конструкции.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение касается датчика предотвращения столкновений, предназначенного для использования предпочтительно в аппарате гидроабразивной резки, который может обнаруживать столкновения между двумя или более объектами. Датчик предотвращения столкновений содержит деформируемый элемент, который определяет пространство, в котором может быть создано определенное давление. В первом состоянии деформируемый элемент не деформирован, при этом в пространстве имеет место первое давление. Во втором состоянии деформируемый элемент деформирован, и в пространстве создается второе давление. При столкновении деформируемого элемента с объектом деформируемый элемент деформируется во второе состояние, а давление в пространстве изменяется с первого давления на второе. Датчик предотвращения столкновений содержит средства регистрации изменения давления. Первое давление предпочтительно является повышенным давлением. Таким образом, предотвращается попадание грязи и других нежелательных веществ в пространство. Второе давление меньше первого давления. Датчик предотвращения столкновений может также содержать средства создания в пространстве указанного повышенного давления через отверстие в граничной поверхности пространства.

В первом состоянии, т.е. когда деформируемый элемент не деформирован, пространство предпочтительно замкнуто. После деформации деформируемого элемента, т.е. во втором состоянии, пространство предпочтительно не замкнуто. В результате второе давление может быть ближе к давлению окружающей среды, чем первое давление.

Деформируемый элемент предпочтительно представляет собой брызговик в форме усеченного конуса с круговым поперечным сечением. Конус расположен широкой частью к обрабатываемой детали. Так обеспечивается относительно большая область обнаружения или чувствительности, в которой регистрируется столкновение с одним или более объектов. Брызговик может иметь и другую форму. Брызговик может, например, иметь прямоугольное сечение или иметь трубчатую форму. Пространство с определенным давлением образуется верхней поверхностью брызговика, выступом на верхней поверхности брызговика и опорной пластиной, которая плотно прилегает к выступу. Таким образом обеспечивается простая конструкция датчика предотвращения столкновений.

Изобретение также касается устройства механообработки, содержащего указанный датчик предотвращения столкновений. Механообработка предпочтительно представляет собой гидроабразивную резку.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает схематичное изображение изобретения в перспективе.

Фиг.2 показывает брызговик и рычаг регулировки по высоте.

Фиг.3 показывает разрез брызговика и опорной пластины по настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Ниже с помощью прилагаемых чертежей описано осуществление изобретения. Осуществление служит только примером применения изобретения и не предназначено для ограничения объема заявки, который определяется формулой изобретения.

Предпочтительное осуществление изобретения показано на Фиг.1, где датчик предотвращения столкновений используется для гидроабразивной резки. В этом оборудовании гидроабразивной резки брызговик 5 используется в качестве деформируемого элемента, который покрывает форсунку 6 для гидроабразивной резки. Брызговик 5 содержит боковую стенку и верхнюю деталь. Боковая стенка брызговика 5 имеет форму усеченного конуса, см. также Фиг. 2 и 3. Конус имеет широкий конец и узкий конец. Более широкий конец, который направлен на чертежах вниз, открыт и во время обработки расположен непосредственно над поверхностью обрабатываемой детали 2. Край 11 широкого конца расположен ближе к поверхности детали 2, то есть к концу форсунки 6. Край 11 широкого конца расположен на таком же расстоянии от поверхности детали, как и кончик форсунки 6. Узкий конец, т.е. верхняя деталь 20 брызговика, который на чертежах направлен вверх, закрыт за исключением центрального отверстия 10, предназначенного для форсунки 6 гидроабразивной резки (ниже называется «форсунка»).

Во время гидроабразивной резки брызговик 5 расположен вокруг форсунки 6 и зафиксирован подходящим способом, например, за счет посадки с натягом. Диаметр центрального отверстия 10 выполняется несколько меньшим, чем диаметр форсунки 6. Первоначальная задача брызговика - защищать от стружки и брызг воды во время механообработки. Брызговик изготовлен из мягкого гибкого материала, например резины, с твердостью по Шору в диапазоне 75-95, предпочтительно, чтобы твердость по Шору находилась в диапазоне 85-95, наиболее предпочтительно, чтобы твердость по Шору составляла около 90.

Фиг.2 показывает вид в перспективе брызговика 5 под углом со стороны детали 2. Брызговик 5 на боковой стенке 21 содержит прорезь 8, через эту прорезь 8 проходит рычаг 9 для регулировки по высоте. Во время работы рычаг 9 для регулировки по высоте содержит непоказанный измерительный узел, который измеряет расстояние между форсункой 6 и обрабатываемой деталью 2. Настоящее изобретение также действует без указанной прорези 8 и указанного рычага 9 для регулировки по высоте.

Верхняя сторона 16 брызговика 5, т.е. закрытый и расположенный дальше от детали 2 конец конуса, окружена выступающим краем или выступом 12, см., в частности, Фиг.3. В основном круглая опорная пластина 7 расположена напротив выступа 12, при этом нижняя сторона 19 опорной пластины 7 прилегает к верхней стороне выступа 12. Поскольку брызговик 5 изготовлен из мягкого эластичного материала, выступ 12 плотно прилегает к опорной пластине 7. Опорная пластина предпочтительно изготовлена из формоустойчивого материала, например металла или пластика. Опорная пластина должна иметь такие форму и размер, что она плотно прилегает к выступу при недеформированном состоянии брызговика.

Форсунка 6 проходит через опорную пластину 7 и брызговик 5. Центральное отверстие 10 в верхней части 20 брызговика 5, через которое проходит форсунка 6, имеет несколько меньший диаметр, чем форсунка 6, так что брызговик 5 плотно прилегает к форсунке 6. Опорная пластина 7 также имеет центральное отверстие 14, через которое проходит форсунка 6. Это отверстие 14 соответствует диаметру форсунки 6, оно также может обеспечивать соответствующую герметизацию между центральным отверстием 14 опорной пластины 7 и соплом 6, например в форме одного или более кольцевых уплотнений (не показаны). Следовательно, замкнутое пространство 15 определяется граничной поверхностью, которая образуется верхней стороной 16 брызговика 5, внутренней стороной выступа 12 брызговика и нижней стороной 19 опорной пластины 7, а также форсункой 6 и уплотнениями вокруг.

Опорная пластина предпочтительно зафиксирована на брызговике, который в свою очередь зафиксирован на форсунке 5. На Фиг.3 схематично показано, как опорная пластина 7 зафиксирована на брызговике 5 с помощью крепления 18, которое проходит через верхнюю часть 20 брызговика и в отверстие 17 в опорной пластине. Крепление 18 может быть, например, винтом или болтом, в этом случае отверстие 17 снабжается внутренней резьбой. Для обеспечения плотного прилегания выступа 12 к внутренней стороне 19 опорной пластины с равномерным контактом по всей окружности выступа в плоскости, параллельной верхней части 20 брызговика, предпочтительно использовать несколько креплений 18. Крепления 18 предпочтительно располагаются на равных расстояниях по окружности брызговика и опорной пластины. Например, могут использоваться три крепления 18, расположенных друг от друга на 120º в плоскости, параллельной верхней части 20 брызговика. Для обеспечения еще более плотного контактного давления между выступом 12 и нижней стороной 19 опорной пластины, может использоваться большее количество креплений 18.

По причинам, которые будут понятны ниже, подобные крепления 18 не могут располагаться на самой внешней окружности верхней части 20 брызговика 5. Подобное расположение креплений 18 будет препятствовать деформации брызговика 5.

Как вариант опорная пластина 7 может быть закреплена на форсунке 6 с помощью непоказанных средств крепления. Подобные крепления могут быть, например, адгезивными или винтовыми соединениями.

Для обеспечения описанного выше полностью замкнутого пространства могут быть предложены другие варианты конструкции брызговика и опорной пластины. Например, верхняя сторона брызговика может быть плоской, а на обращенной к брызговику стороне опорной пластины может быть выполнен выступ. Как вариант между опорной пластиной и верхней стороной брызговика может быть размещено кольцевое уплотнение или прокладка.

На Фиг.1 показан вид оборудования для гидроабразивной резки с датчиком предотвращения столкновений в сборе. Опорная пластина 7 содержит отверстие 13 для подачи воздуха. Это отверстие 13 может, например, быть отверстием с внутренней резьбой. С отверстием 13 соединяется трубка 4, через которую в пространство подается газ, предпочтительно воздух. Воздух подается от непоказанного узла генерации давления, например компрессора, как показывает стрелка 1 на Фиг.1. Давление в трубке 4 отслеживается по узлу измерения давления 3. Таким образом в пространстве 15, образуемом брызговиком 5 и опорной пластиной 7, может быть создано регулируемое статическое повышенное давление, например давление, превышающее давление окружающей среды. Это повышенное давление соответствует давлению в трубке 4. При нормальной работе в пространство 15 подается воздух через трубку 4, и в пространстве 15 создается первое давление Р1. Это давление Р1 таким образом превышает давление окружающей среды. Повышенное давление Р1 в пространстве 15 находится в диапазоне 0,1-2 бар, предпочтительно давление Р1 находится в диапазоне 0,2-1,5 бар, наиболее предпочтительно повышенное давление 0,3-0,8 бар.

Как вариант узел генерации давления и узел измерения давления могут быть соединены с опорной пластиной 7 через отдельные трубки или шланги. Опорная пластина 7 в таком случае изменяется и содержит отверстие для подачи воздуха или другого газа и отверстие для измерения давления. Узел измерения давления может также вместо того, чтобы подключаться через трубку, устанавливаться непосредственно на опорной пластине 7.

Во время гидроабразивной резки форсунка 6 с брызговиком 5 перемещается вдоль обрабатываемой детали 2, или деталь 2 перемещается, а форсунка 6 с брызговиком 5 неподвижны. Это движение форсунки 6 или детали 2 обычно выполняется механически по запрограммированной траектории. В случае возникновения объекта или неровности, которая выступает из поверхности детали 2, расположенных на или возле предполагаемой траектории движения форсунки 6, брызговик 5 в ходе относительного движения вступит в контакт с этим объектом. Затем вследствие относительного движения брызговик 5 эластично деформируется. Обычно эта деформация заключается в том, что боковая стенка 21 брызговика 5 вдавливается внутрь в направлении, фактически перпендикулярном продольной оси форсунки 6 к центру усеченного конуса. Это приведет к смещению выступа 12 брызговика, так что плотный контакт с опорной пластиной 7 будет нарушен. Обычно выступ 12 смещается вниз на Фиг.1, т.е. по направлению к поверхности детали 2. Поскольку выступ 12 больше не прилегает к опорной пластине 7, пространство 15 больше не замкнуто. Теперь воздух, подаваемый в пространство 15 по трубке 4, может выходить через отверстие, которое образовалось на граничной поверхности пространства 15 при деформации брызговика 5, в результате давление в пространстве 15 падает до второго давления Р2. Давление Р2 таким образом меньше давления Р1, а более точно давление Р2 находится между давлением окружающей среды и давлением Р1 в зависимости от того, насколько брызговик 5 деформировался при столкновении с объектом, как будет описано ниже. Предпочтительно повышенное давление Р2 составляет половину повышенного давления Р1. Изменение давления в пространстве может быть зарегистрировано узлом измерения давления 3. Предпочтительно узел измерения давления 3 может в этом случае выдать стоп-сигнал, который прервет механическое движение форсунки 6 или детали 2. Таким образом предотвращается столкновение между форсункой 6 и объектом.

В зависимости от того насколько быстро прерывается движение и какова скорость относительного движения, брызговик 5 при контакте с препятствием деформируется в разной степени. Если скорость относительного движения, например скорость резки, низкая и если движение прерывается немедленно при малейшем отклонении давления в пространстве 15 от Р1, выступ 12 брызговика 5 при столкновении с препятствием сместится только на небольшое расстояние от опорной пластины 7. В этом случае допускается только малая деформация брызговика 5 и обеспечивается относительно большое остаточное расстояние между форсункой 6 и препятствием. При этом второе давление Р2 будет относительно близким к первому давлению Р1. За счет предварительного определения изменения давления, необходимого для подачи узлом измерения давления стоп-сигнала, может быть задано расстояние, на котором форсунка 6 остановится от воображаемого препятствия.

Таким образом, при подобном расположении деформируемого элемента 5 столкновение или контакт с препятствием обнаруживается заранее, прежде чем защищаемый объект, в данном случае форсунка 6, сталкивается с препятствием. Другими словами столкновению подвергается деформируемый элемент 5.

Поскольку узел измерения давления 3 регистрирует изменение давления с Р1 до Р2 при столкновении брызговика 5 с объектом, пространство необязательно должно быть полностью герметичным. В пространство 15 может постоянно подаваться воздух или другой газ от узла создания давления. Если пространство 15 не полностью герметично, но содержит одно или более отверстий в граничной поверхности, подаваемый воздух будет постоянно выходить. Тем не менее первое давление Р1 будет преобладать в пространстве, давление в котором при деформации брызговика 5 и последующем смещении выступа 12 от опорной пластины 7 будет уменьшаться до второго давления Р2.

Как было отмечено, предпочтительно, чтобы указанный узел генерации давления обеспечивал повышенное давление Р1 в пространстве 15. Преимущество поддержания повышенного давления в пространстве 15 заключается в том, что ни грязь, ни другие нежелательные вещества не проникают в пространство 15 или в узел генерации давления или в узел измерения давления 3. Однако изобретение действует также и если узел генерации давления создает пониженное давление. При столкновении и переходе ко второму давлению Р2 воздух окружающей среды будет проникать в пространство 15 и второе давление Р2 в результате будет выше, чем первое давление Р1. Преимущество использования пространства 15 и пониженного давления заключается в том, что пониженное давление обеспечивает герметизацию пространства 15, поскольку недостаточное давление действует на эластичный брызговик, и выступ 12 прижимается к опорной пластине 7.

Принцип изобретения - создание в замкнутом пространстве давления, которое отслеживается и которое изменяется, когда граничная поверхность пространства открывается в результате деформации эластичного элемента вследствие контакта между двумя объектами - может использоваться в нескольких ситуациях. Например, подобное пространство может быть создано в относительно мягкой и эластичной части бампера автомобиля. Водитель может таким способом получать извещения о столкновении с другим объектом.

При выборе материала для деформируемого элемента необходимо тщательно учитывать силу столкновения и размер компонентов, чтобы материал был достаточно гибким, чтобы открывать замкнутое пространство со специальным давлением при столкновении, но в то же время достаточно жестким, чтобы не допускать этого во время работы в результате других воздействий. Примерами таких воздействий, когда датчик предотвращения столкновений используется при гидроабразивном резании, являются ускорение при изменении скорости резания, наличие свободных объектов - песчинок на поверхности обрабатываемой детали, повышенное давление внутри пространства, давление воздуха, создаваемое режущим лучом, частицы вещества и брызги воды от процесса резания и т.д.