SE530835C2 - Kollisionssensoranordning - Google Patents

Description

25 30 530 835 2 även föremålet skadas. Vidare tillhandahåller US5366156 A ingen detektering av sammanstötningen.

På fordon som till exempel bilar utgör Stötfångare motsvarande skydd. Vid fordon kan även kollisioner undvikas med hjälp av mer sofistikerad utrustning, som så kal- lade backsensorer vilka varnar för hinder. Här används ultraljud vilket får studsa mot hindret. Teknik av denna typ är relativt kostsam. Dessutom måste ett flertal sen- sorer installeras om ett föremål ska skyddas åt alla håll. Sensorema är vidare känsli- ga fiâr smuts, fukt och mekanisk påverkan.

Vid maskinbearbetning har kollisionssensoranordningar som innefattar elektriska brytare vilka signalerar sammanstörningar används. Denna lösning har emellertid inte åstadkommit tillfiedsställande resultat. Dels har dessa kollisionssensoranord- ningar ofta skadats vid mekaniska påfrestningar, och dels har de varit dyra till följd av en relativt komplex konstruktion.

Det finns därmed ett behov av en kollisionssensor som är driftsåker, har en relativt enkel konstruktion, tål smuts och mekaniska påfrestningar, och är oberoende av hindrets form.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser en kollisionssensoranordning, företrädesvis avsedd att användas i en vattenskämingsanordning, vilken kan detektera en sarnmanstötning mellan två eller flera föremål. Kollisionssensoranordningen innefattar ett deforma- tionsorgan som begränsar ett utrymme vilket kan tilldelas tryck. Deformationsorga- net är i ett första tillstånd odeformerat varvid utrymmet är tilldelat ett första tryck. I ett andra tillstånd är deformationsorganet deformerat varvid utrymmet tilldelas ett andra tryck. Vid sammanstötning med ett föremål deformeras deforniationsorganet till det andra tillståndet varvid trycket i utrymmet ändras från det första trycket till 10 20 25 30 530 B35 3 det andra trycket. Kollisionssensoranordning innefattar vidare ett organ fór avkän- ning av tryckändringen.

Företrädesvis är det första trycket ett övertryck. Härigenom undviks att smuts eller annat oönskat material kommer in i utrymmet. Det andra trycket är lägre än det fór- sta trycket. Kollisionssensoranordningen kan vidare innefatta ett organ för att tillde- la utrymmet sagda övertryck genom en öppning i utrymmets begränsningsyta.

I det första tillståndet, när deformationsorganet inte är deformerat, är utrymmet före- trädesvis slutet. Efter deformation av deformationsorganet, till det andra tillståndet, är utrymmet företrädesvis inte slutet. Det andra trycket kommer till följd av detta att ligga närmre omgivningstrycket än det första trycket.

F öreträdesvis är deformationsorganet ett sprutskydd vilket har formen av en stym- pad kon med cirkulärt tvärsnitt. Konen är anordnad med sin bredare ände mot ett ar- betsstycke. Härigenom uppnås ett relativt stort detekteringområde eller avkännings- område, i vilket en sammanstötriing med ett eller flera andra föremål detekteras.

Sprutskyddet kan även ta andra former. Till exempel kan sprutskyddet ha rektangu- lärt tvärsnitt, eller vara rörformigt. Utrymmet som tilldelas trycket definieras av sprutskyddets ovansida, en vulst som omger sprutskyddets ovansida samt en stöd- bricka som är tätande anordnad mot vulsten. På så sätt åstadkoms en kollisionssen- soranordning med enkel konstruktion.

Uppfinningen avser även en anordning för maskinbearbetning där anordningen in- nefattar sagda kollisionssensoranordning". Företrädesvis är maskinbearbetningen vat- tenskärning.

Kortfattad beskrivning av figurerna Figur 1 visar en principslciss av uppfinningen i perspektiv. 10 15 20 25 30 530 835 4 Figur 2 visar ett sprutskydd och en arm for höjdhållning.

Figur 3 visar ett tvärsnitt genom ett sprutskydd samt en stödbricka enligt föreliggan- de uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Nedan beskrivs en uttöringsfonn av uppfinningen med hänvisning till de bifogade figurerna. Utiöringsfonnen utgör endast ett exempel på en tillämpning av uppfin- ningen och ska inte begränsa skyddsomfånget, vilket definieras av de självständiga patentkraven.

I figur 1 visas en fóredragen utföríngsforrn av uppfinningen, i vilken kollisionssen- soranordning är utformad att användas vid vattenskäniing. I denna vattenskärnings- anordning utnyttjas som deformationsorgan ett sprutskydd 5, vilket omger ett mun- stycke 6 för vattenskäming. Sprutskyddet 5 innefattar en sidovägg och en överdel.

Sprutskyddets 5 sidovägg är utformad som en stympad kon, se även figur 2 och 3.

Konen har därvid en bredare ände och en smalare ände. Den bredare änden, vilken är vänd nedåt i ñgurerna, är öppen och befinner sig vid bearbetning strax ovanför arbetsstyckets 2 yta. Härvid befinner sig den bredare ändens kant ll närmare arbets- styckets 2 yta än munstyckets 6 ände, eller också befinner sig den bredare ändens kant ll på samma avstånd från arbetsstyckets 2 yta som munstyckets 6 ände. Den smalare änden, spmtskyddets övre del 20 vilken är vänd uppåt i figurerna, är sluten sånär som på en central öppning 10 vilken är avsedd för vattenskärningsmunstycket 6 (i det följande kallat ”munstycket”).

Vid vattenskärningen är sprutskyddet 5 anbringat runt munstycket 6 och fasthållet på lämpligt vis, exempelvis genom presspassning. Den centrala öppningens 10 dia- meter är därmed något mindre än munstyckets 6 diameter. Sprutskyddets uppgift är i första hand att hindra material- och vattenstänk från bearbetningsprocessen. Sprut- skyddet är tillverkat av ett mjukt elastiskt niaterial, såsom gurmni med en hårdhet 10 20 25 30 530 835 5 inom intervallet 75-95 Shore, företrädesvis ligger hårdheten inom intervallet 85-95 Shore, ärmu mer fóredragen är en hårdhet omkring 90 Shore.

Figur 2 visar en perspektivvy av sprutskyddet 5 sett i vinkel från arbetsstycket 2.

Sprutskyddet 5 uppvisar en urtagning 8 i sidoväggen 21, genom vilken urtagning 8 en arm 9 för höjdhällning sträcker sig. Armen 9 för höjdhållning håller vid drifi ett inte visat mätinstrument, vilket mäter avståndet mellan munstycket 6 och arbets- stycket 2. Den föreliggande uppfinningen fimgerar även utan sagda urtagning 8 re- spektive arm 9 för höjdhållning.

Sprutskyddets 5 ovansida 16, alltså vid den slutna och bort från arbetsstycket 2 vän- da änden av konen, omges av en utskjutande kant eller vulst 12, se särskilt figur 3.

Mot vulsten 12 anligger en huvudsakligen cirkulär stödbricka 7 vars undersida 19 ligger an mot vulstens 12 ovansida. Till följd av att sprutskyddet 5 är tillverkat av ett mjukt elastiskt material ligger vulsten 12 tåtande an mot stödbrickan 7. Stödbrickan är företrädesvis tillverkad av ett formstabilt material, exempelvis metall eller plast.

Stödbrickan ska ha en sådan form och storlek att den tätar mot vulsten då sprutskyd- det är odefonnerat.

Munstycket 6 passerar genom stödbrickan 7 och sprutskyddet 5. Den centrala öpp- ningen 10 i sprutskyddets 5 övre del 20, genom vilken munstycket 6 passerar, har en något mindre diameter än munstycket 6, så att sprutskyddet 5 tätt ligger an mot munstycket 6. Även stödbrickan 7 är försedd med en central öppning 14, genom vil- ken munstycket 6 passerar. Denna öppning 14 är avpassad efter munstyckets 6 dia- meter, det är även möjligt att anordna en lämplig tätning mellan stödbrickans 7 cen- trala öppning 14 och munstycket 6, till exempel i form av en eller flera O-ringar (inte visat). Ett väsentligen slutet utrymme 15 definieras dänned av en begräns- ningsyta som utgörs av sprutskyddets 5 ovansida 16, insidan av sprutskyddets vulst 12, stödbrickans 7 undersida 19, samt munstycket 6 och eventuella tätningar runt detta. 10 15 20 25 30 530 835 6 Företrädesvis är stödbrickan fäst vid sprutskyddet, vilket i sin tur enligt ovan är fäst vid munstycket 5. I figur 3 visas schematiskt hur stödbrickan 7 är fäst vid sprut- skyddet 5 med hjälp av ett fästorgan 18, vilket löper genom sprutskyddets övre del 20 och in i en öppning 17 i stödbrickan. Fästorganet 18 kan exempelvis vara en skruv eller en bult, varvid öppningen 17 uppvisar en invändig gänga. I syfte att om- besörja att vulsten 12 tätt ligger an mot stödbrickans undersida 19 med ett jämnt kontakttryck runt hela vulstens omkrets, sett i ett plan parallellt med sprutskyddets övre del 20, är företrädesvis ett antal fästorgan 18 anordnade. Fästorganen 18 är fö- reträdesvis anordnade i jämna intervall utmed sprutskyddets och stödbrickans om- krets. Exempelvis kan tre fástorgan 18 med ett inbördes avstånd på 120° i ett plan parallellt med sprutskyddets övre del 20 användas. I syfte att uppnå ett ytterligare jämnare kontakttryck mellan vulsten 12 och stödbrickans undersida 19 kan ett större antal fästorgan 19 användas.

Alternativt kan stödbrickan 7 vara fäst vid munstycket 6 med hjälp av inte visade fastorgan. Sådana fástorgan innefattar exempelvis lim eller separata skruvorgan. Ändra utfonnningar av sprutskyddet och stödbrickan är tänkbara i syfte att uppnå det väsentligen slutna utrymmet enligt ovan. Exempelvis kan sprutskyddets ovansi- da vara slät, och en vulst i riktning mot sprutskyddet kan utformas på stödbrickan.

Alternativt kan ett separat tätande element, så som en O-ring eller en packning, vara anordnat mellan stödbríckan och sprutskyddets ovansida.

I figur 1 visas vattenskärningsanordningen med kollisionssensoranordningen i sin helhet. Stödbrickan 7 innefattar en öppning 13 för lufttillförsel. Denna öppning 13 kan exempelvis utformas som ett invändigt gängat hål. Till öppningen 13 ansluts en rör-ledning 4, genom vilken utrymmet 15 förses med en gas, företrädesvis luft. Luf- ten tillförs från ett inte visat nyckalstringsorgan, såsom en kompressor, vilket indi- keras av pilen 1 i figur 1. Trycket i rörledningen 4 övervakas av ett tryckmätriings- organ 3. På detta sätt kan utrymmet 15 som avgränsas av sprutskyddet 5 och stöd- 10 15 20 25 30 530 B35 7 brickan 7 tilldelas ett övervakat statiskt övertryck, det vill säga ett nyck över atmo- sñrstrycket. Detta tryck överensstämmer följaktligen med trycket i rörledningen 4.

Vid normal drift tillförs utrymmet 15 luft genom rörledníngen 4, varvid ett första tryck P1 uppstår i utrymmet 15. Trycket P1 överstiger därmed omgivningstrycket. Övertrycket P1 i utrymmet 15 ligger inom intervallet 0,1-2 bar, företrädesvis ligger övertryeket P1 inom intervallet 0,2-1,5 bar, mest föredraget är ett övertryck på 0,3- 0,8 bar.

Alternativt kan tryckalstringsorganet och tryckrnätningsorganet vara anslutna till stödbrickan 7 via separata rörledningar eller slangar. Stödbrickan- 7 modifieras då så att den innefattar en öppning för tillförsel av luft, eller annan gas, och en öppning för tryckmätning. Tryckmätningsorganet kan även, istället för att vara anslutet via en rörledning, vara anordnat direkt på stödbrickan 7.

Vid vattenskärningen förs munstycket 6 med sprutskyddet 5 utmed det arbetsstycke 2 som ska bearbetas, eller förflyttas arbetsstycket 2 medan munstycket 6 med dess sprutskydd 5 står still. Denna förflyttning av munstycket 6 eller arbetsstycket 2 genomförs i normalfallet maskinellt utefter en inprogrammerad bana. I händelse av att ett föremål eller en ojämnhet, vilken höjer sig över arbetsstyckets 2 yta, befirmer sig i eller nära munstyckets 6 tilltänkta väg, kommer sprutskyddet 5 till följd av rela- tivrörelsen att komma i kontakt med detta föremål. Sprutskyddet 5 kommer då till följd av relativrörelsen att deformeras elastiskt. Typiskt kommer sprutskyddets 5 si- dovägg 21 att tryckas in vid denna deformation, i riktning väsentligen vinkelrätt re- lativt munstyckets 6 längdaxel, mot den stympade kouens mitt. Genom denna in- tryckning kommer sprutskyddets vulst 12 att förskjutas så att den tätande kontakten med stödbrickan 7 bryts. Vulsten 12 flyttas typiskt nedåt, mot arbetsstyckets 2 yta, i figur l. När vulsten 12 inte längre ligger an mot stödbrickan 7, är utrymmet 15 inte längre slutet. Därmed kan den luft som tillförs utrymmet 15 via rörledníngen 4 pas- sera ut genom den öppning som bildats i utrymmets 15 begränsningsyta vid defor- mationen av Sprutskyddet 5, varför trycket i utrymmet 15 sjunker till ett andra tryck 10 15 20 25 30 530 835 8 P2. Trycket P2 är alltså lägre än trycket P1, och närmare bestämt mellan omgiv- ningstrycket och trycket P1, beroende på hur mycket sprutskyddet 5 defonneras till följd av sammanstömingen med föremålet, vilket förklaras nedan. Företrädesvis är övertrycket P2 ungefär hälften så stort som övertrycket P1. Tryckändringen i ut- rymmet kan detekteras av tryckmätningsmedlet 3. Tryclonämingsorganet 3 kan där- vid fördelaktigt avge en stoppsignal vilken avbryter den maskinella förflyttningen av munstycket 6 eller arbetsstycket 2. Härvid förhindras en kollision mellan munstyck- et 6 och föremålet.

Beroende på hur snabbt törflyttningen avbryts, och vilken hastighet relativrörelsen har, deformeras sprutskyddet 5 i olika hög grad vid kontakten med ett hinder. Är re- lativrörelsens hastighet, det vill säga skärhastigheten, låg och om rörelsen avbryts omedelbart vid minsta förändring av trycket P1 i utrymmet, kommer sprutskyddets 5 vulst 12 endast att flyttas ett kort avstånd från stödbrickan 7 vid sarnmanstötning med ett hinder. Härvid tillåts alltså endast en liten deformation av sprutskyddet 5, och det säkerställs att ett relativt stort avstånd återstår mellan hindret och munstyck- et 6. Trycket P2 kommer nu att ligga relativt nära trycket P1. Genom att i förväg de- fmiera vilken tryckändring som tryckmätningsorganet ska kräva för att avge stopp- signal, kan följaktligen det avstånd fiån ett tänkt hinder på vilket munstycket 6 ska stanna törinställas.

Eftersom tryckmätningsorganet 3 detekterar en tryckändring, från P1 till P2, vid sprutskyddets 5 sammanstötning med ett föremål behöver inte utrymmet 15 vara helt tätt. Utryrmnet 15 kan kontinuerligt förses med luft, eller en annan gas, från tryck- alstringsorganet. Är utrymmet 15 inte helt tätt, utan innefattar en eller flera öpp- ningar i begränsningsytan, kommer den tillförda luften kontinuerligt att läcka ut.

Inte desto mindre uppkommer i utrymmet ett första tryck, Pl , vilket vid deformation av sprutskyddet 5, och vid efterföljande törflyttning av vulsten 12 från stödbrickan 7, minskas till ett andra tryck, P2. 10 15 20 25 530 B35 9 Företrädesvis åstadkommer som nämnts tryckalstringsorganet ett övertryck, P1, i utrymmet 15. Fördelen med att hålla ett övertryck i utrymmet 15 är att varken smuts eller andra oönskade partiklar då kan tränga in i utrymmet 15 eller i tryckalstrings- organet eller tryckmätningsorganet 3. Uppfinningen fungerar emellertid även om ett undertryck âstadkoms av tryckalstringsorganet. Vid sainmanstötning och övergång till det andra trycket, P2, skulle då omgivande luft strömma in i utrymmet 15, och det andra trycket, P2, skulle då följaktligen vara högreän det första trycket, Pl . En fördel med att tilldela utrymmet 15 ett undertryck är att undertrycket medverkar till att hälla utrymmet 15 tätt, genom att undertrycket verkar på det elastiska sprutskyd- det varvid vulsten 12 trycks mot stödbrickan 7.

Principen för uppfinningen, att tilldela ett väsentligen slutet utrymme ett tryck vilket övervakas och vilket ändras då utrymmets begränsningsyta öppnas i samband med en deformation av ett elastiskt organ till följd av en kontakt mellan två föremål, kan komma till användning i flera sammanhang. Till exempel skulle ett sådant utrymme kunna begränsas av en relativt mjuk och elastisk del av ett fordons kofångare. En förare skulle på detta sätt kunna meddelas när en sammanstötriíng mot ett armat fö- remål ägt rum.

Vid val av material för deformationsorganet måste en avvägning göras utifrån kolli- sionens kraft och de ingående delamas storlek, så att materialet är tillräckligt efter- givligt ßr att det slutna trycksatta utrymmet ska öppnas vid kollision, men samtidigt tillräckligt styvt för att utrymmet inte öppnas till följd andra parametrar vid driften.

Exempel på sådana parametrar, då kollisionssensoranordningen används vid vatten- skärning, är acceleration vid ändring av skärhastigheten, lösa objekt så som sandkort på arbetsstyckets yta, övertrycket i utrymmet, lufttryck alstrat till följd av skärnings- strålen, material- och vattenstänk från skämingsprocessen etc.

Claims (10)

10 15 20 25 530 835 10 Patentkrav

1. Kollisionssensoranordning, företrädesvis för en vattenskärningsanordning, av- sedd att detektera en sammanstötning mellan två eller flera föremål, känneteck- nad av att sagda kollisionssensoranordning innefattar ett deformationsorgan (5) av elastiskt deformerbart material som begränsar ett ut- rymme (15) vilket kan tilldelas tryck, vilket deformationsorgan (5) i ett första tillstånd är odeforrnerat varvid utrymmet (15) är tilldelat ett första tryck (P1), och varvid deformationsorganets (5) material i ett andra tillstånd är deformerat varvid utryrmnet (15) tilldelas ett andra tryck (P2), varvid deformationsorganets (5) material vid sammanstötning med ett föremål deformeras elastiskt till det andra tillståndet varvid trycket i utrymmet (15) änd- ras från det första trycket (Pl) till det andra trycket (P2), samt organ (3) för avkänning av tryckändringen.

2. . Kollisionssensoranordning enligt krav 1, varvid utrymmets (15) tilldelade tryck i det första tillståndet är ett övertryck (Pl), vilket tryck sjunker vid övergången till det andra tillståndet.

3. . Kollisionssensoranordning enligt något av de föregående kraven, varvid utrym- mets (15) begränsníngsyta innefattar en öppning (13), genom vilken utrymmet ( 15) tilldelas det första trycket (P1).

4. . Kollisionssensoranordning enligt något av de föregående kraven, varvid anord- ningen vidare innefattar ett organ för att tilldela utrymmet (15) ett övertryck. 10 15 530 B35 11

5. Kollisionssensoranordning enligt något av de föregående kraven, varvid utrym- met (15) i det fórsta tillståndet är slutet, medan utrymmet (15) i det andra till- ståndet inte är slutet.

6. Kollisionssensoranordning enligt något av de föregående kraven, varvid defor- mationsorganet (5) är gjort av ett elastiskt material med en hårdhet inom interval- let 75-95 Shore, företrädesvis ligger hårdheten inom intervallet 85-95 Shore.

7. Kollisionssensoranordning enligt något av de föregående kraven, varvid defor- mationsorganet (5) är ett sprutskydd vilket har formen av en stympad kon.

8. Kollisionssensoranordning enligt haven 7, varvid utrymmet (15) definiems av sprutskyddets (5) ovansida (16), en vulst (12) som omger sprutskyddets (5) ovansida (16) samt en stödbricka (7) som är tätande anordnad mot vulsten (12).

9. Anordning fór maskinbearbetning, kännetecknad av att anordningen innefattar en kollisionssensoranordning enligt krav l.

10. Anordning enligt krav 9, där maskinbearbetningen är vattenskåming.