BRPI0808976A2 - Dispositivo de detecção de colisão - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE COLISÃO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um dispositivo de detecção de colisão, o qual é adaptado para detectar uma colisão entre dois ou mais objetos. A invenção também diz respeito a um aparelho para usinagem que compreende o dito dispositivo de detecção de colisão.

Em muitas situações, é desejável detectar uma colisão entre objetos. Um propósito pode ser evitar colisões. Primeiro, a invenção é direcionada para detectar uma colisão entre uma ferramenta e um obstáculo em uma peça de trabalho durante usinagem. Usinagem aqui é pretendida para compreender em particular todos os tipos de usinagem de corte, tais como corte por jato de água, corte a gás, corte por plasma, corte a laser, etc. Durante a usinagem, por um lado, pode ser desejado proteger a ferramenta, por exemplo, um bico de algum tipo, contra danos por causa de uma colisão com um obstáculo, tal como uma desigualdade na peça de trabalho. Por outro lado, pode ser desejado proteger partes da peça de trabalho contra danos por causa de colisões com uma ferramenta. A invenção também pode ser usada em outras situações, tais como veículos, em particular em conexão com estacionamento de veículos.

Um modo tradicional de proteger objetos é fornecê-los com uma proteção para absorção de choque de material flexível.

Na US5366156 A está descrito como um objeto é limpado por meio de um aerossol que é dirigido na superfície do objeto por um bico 202. O bico é provido com um revestimento de proteção 265 (figura 8) a fim de 1 proteger o objeto contra avaria por contato acidental com o bico. Um revestimento como este somente pode fornecer uma proteção limitada. No caso do bico ser guiado com grande força, por exemplo, existe um risco em que o bico seja dobrado como resultado da colisão com um objeto. Também o objeto pode ser danificado. Adicionalmente, a US5366156 A não permite uma detecção da colisão.

Em veículos, tais como carros, para-choques fornecem uma proteção correspondente. Quando se trata de veículos, colisões também podem ser evitadas por meio de equipamento mais sofisticado, tal como os assim chamados sensores de segurança que alertam quando obstáculos se aproximam. Aqui, é feito uso de ultrassom que é refletido pelo obstáculo. Técnica 5 deste tipo é relativamente cara. Adicionalmente, uma pluralidade de sensores deve ser instalada, a fim de proteger um objeto em todas as direções. Além disso, os sensores são sensíveis às influências de poeira, umidade e mecânicas.

Em conexão com usinagem, dispositivos de detecção de colisão 10 incorporando comutadores elétricos, que sinalizam colisões, têm sido colocados para uso. Entretanto, esta solução não tem levado a resultados satisfatórios. Isto é parcialmente porque estes dispositivos de detecção de colisões frequentemente têm sido danificados por causa de influências mecânicas, e parcialmente porque eles têm ficado caros por causa de uma constru15 ção de projeto relativamente complexo.

Assim, existe uma necessidade de um dispositivo de detecção de colisão que seja seguro, ter uma construção relativamente simples, poder suportar influências de poeira e mecânicas, e ser independente da forma do obstáculo.

Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se a um dispositivo de detecção de colisão, preferivelmente adaptado para uso em um aparelho de corte por jato de água, o qual pode detectar uma colisão entre dois ou mais objetos. O dispositivo de detecção de colisão compreende um elemento deformável que 25 define um espaço ao qual pode ser atribuída uma pressão. Em uma primeira condição, o elemento deformável não está deformado, pelo qual ao espaço é atribuída uma primeira pressão. Em uma segunda condição, o elemento deformável está deformado pelo qual ao espaço é atribuída uma segunda pressão. Na colisão do elemento deformável com um objeto, o elemento defor30 mável é deformado para a segunda condição, pelo qual a pressão no espaço muda da primeira pressão para a segunda pressão. O dispositivo de detecção de colisão compreende adicionalmente um dispositivo para detectar a mudança de pressão. A primeira pressão é preferivelmente uma sobrepressão. Assim é impedido que poeira ou outro material indesejado entre no espaço. A segunda pressão é menor do que a primeira pressão. O dispositivo de detecção de colisão também pode incluir um dispositivo para fornecer ao 5 espaço a dita sobrepressão através de uma abertura na superfície de contorno do espaço.

Na primeira condição, isto é, quando o elemento deformável não está deformado, o espaço é preferivelmente fechado. Após a deformação do elemento deformável, isto é, na segunda condição, o espaço é preferivelmente não fechado. Como uma conseqüência, a segunda pressão será mais próxima da pressão ambiente do que a primeira pressão.

O elemento deformável é preferivelmente uma proteção contra respingo, a qual tem a forma de um tronco de um cone com seção transversal circular. O cone é arranjado com a sua extremidade mais larga na dire15 ção de uma peça de trabalho. Com isto, uma detecção ou área de detecção relativamente grande é obtida, dentro da qual uma colisão com um ou mais objetos é detectada. A proteção contra respingo também pode ter outras formas. A proteção contra respingo, por exemplo, pode ser de seção transversal retangular, ou ser tubular. O espaço ao qual é atribuída a pressão é defi20 nido pelo lado superior da proteção contra respingo, uma saliência encerrando o lado superior da proteção contra respingo e, também, por uma placa de suporte, que é arranjada de modo selado contra a saliência. Desta maneira, um dispositivo de detecção de colisão de construção simples é alcançado.

A invenção adicionalmente diz respeito a um aparelho para usi

nagem onde o aparelho compreende o dito dispositivo de detecção de colisão. A usinagem é preferivelmente corte por jato de água.

Breve Descrição das Figuras

A figura 1 mostra um desenho esquemático da invenção em

perspectiva.

A figura 2 mostra uma proteção contra respingo e um braço para ajuste de altura. A figura 3 mostra uma seção transversal através de uma proteção contra respingo e de uma placa de suporte, de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção 5 A seguir, uma modalidade da invenção está descrita com refe

rência às figuras anexas. A modalidade serve meramente como um exemplo de uma aplicação da invenção, e não é pretendida para limitar o escopo reivindicado, o qual é definido pelas reivindicações independentes.

Uma modalidade preferida da invenção está mostrada na figura 1, onde o dispositivo de detecção de colisão é adaptado para uso em corte por jato de água. Neste aparelho para corte por jato de água, uma proteção contra respingo 5 é utilizada como elemento deformável, o qual encerra um bico 6 para corte por jato de água. A proteção contra respingo 5 compreende uma parede lateral e uma parte superior. A parede lateral da proteção contra respingo 5 é formada como um tronco de um cone, ver também as figuras 2 e 3. O cone tem uma extremidade mais larga e uma extremidade mais estreita. A extremidade mais larga, a qual está voltada para baixo nas figuras, é aberta e é localizada durante a usinagem exatamente acima da superfície da peça de trabalho 2. A borda 11 da extremidade mais larga é localizada mais próxima da superfície da peça de trabalho 2 do que a extremidade do bico 6, ou, a borda 11 da extremidade mais larga é localizada na mesma distância a partir da superfície da peça de trabalho, como é a extremidade do bico 6. A extremidade mais estreita, isto é, a parte superior 20 da proteção contra respingo que está voltada para cima nas figuras, é fechada com exceção para uma abertura central 10 que é pretendida para o bico de corte por jato de água 6 (referido a seguir como "bico").

Durante o corte por jato de água, a proteção contra respingo 5 é arranjada em volta do bico 6 e retida de uma maneira apropriada, por exemplo, por meio de encaixe de força. O diâmetro da abertura central 10 é então 30 feito um pouco menor do que o diâmetro do bico 6. A tarefa primária da proteção contra respingo é impedir respingo de material e água proveniente do processo de usinagem. A proteção contra respingo é fabricada de um material flexível macio, tal como borracha com uma dureza Shore dentro da faixa de 75 a 95, preferivelmente a dureza Shore é dentro da faixa de 85 a 95, mais preferivelmente a dureza Shore é de aproximadamente 90.

A figura 2 mostra uma vista em perspectiva da proteção contra 5 respingo 5, tal como visto em um ângulo a partir da peça de trabalho 2. A proteção contra respingo 5 tem um entalhe 8 na parede lateral 21, através de cujo entalhe 8 um braço 9 para ajuste de altura se estende. Durante a operação, o braço 9 para ajuste de altura retém um dispositivo de medição não-mostrado, o qual mede a distância do bico 6 à peça de trabalho 2. A 10 presente invenção também funciona sem o dito entalhe 8 e o dito braço 9 para ajuste de altura, respectivamente.

O lado superior 16 da proteção contra respingo 5, isto é, a extremidade do cone fechada e voltada para longe da peça de trabalho 2, é encerrado por uma beira ou saliência protuberante 12, ver em particular a 15 figura 3. Uma placa de suporte essencialmente circular 7 é arranjada junto à saliência 12, pelo qual o lado inferior 19 da placa de suporte 7 se mantém junto do lado superior da saliência 12. Uma vez que a proteção contra respingo 5 é feita de um material elástico macio, a saliência 12 se situa de modo selado contra a placa de suporte 7. A placa de suporte é preferivelmente 20 fabricada de um material de forma estável, por exemplo, metal ou plástico. A placa de suporte será de tal forma e tamanho que ela veda contra a saliência na condição não-deformada da proteção contra respingo.

O bico 6 atravessa a placa de suporte 7 e a proteção contra respingo 5. A abertura central 10 na parte superior 20 da proteção contra res25 pingo 5, através da qual o bico 6 passa, tem um diâmetro levemente menor do que tem o bico 6, de maneira que a proteção contra respingo 5 vede contra o bico 6. A placa de suporte 7 também é fornecida com uma abertura central 14, através da qual o bico 6 passa. Esta abertura 14 é ajustada para o diâmetro do bico 6, mas também é exeqüível arranjar uma selagem ade30 quada entre a abertura central 14 da placa de suporte 7 e o bico 6, por exemplo, na forma de um ou mais anéis em O (não-mostrados). Consequentemente, um espaço essencialmente fechado 15 é definido por uma superfície de contorno que é formada pelo lado superior 16 da proteção contra respingo 5, pelo lado interno da saliência 12 da proteção contra respingo, pelo lado inferior 19 da placa de suporte 7 e também pelo bico 6 e quaisquer vedações arranjadas em volta deste.

5 A placa de suporte é preferivelmente fixada à proteção contra

respingo, a qual, por sua vez, é fixada ao bico 5. Na figura 3 está mostrado esquematicamente como a placa de suporte 7 é fixada à proteção contra respingo 5 por meio de um dispositivo de fixação 18, o qual se estende através da parte superior 20 da proteção contra respingo e para dentro de uma 10 abertura 17 na placa de suporte. O dispositivo de fixação 18, por exemplo, pode ser um pino ou um parafuso, em cujo caso a abertura 17 é provida com uma rosca interna. A fim de certificar que a saliência 12 se encontra de modo selado contra o lado inferior 19 da placa de suporte com uma pressão de contato uniforme ao longo da circunferência total da saliência, tal como visto 15 em um plano paralelo à parte superior 20 da proteção contra respingo, diversos dispositivos de fixação 18 são preferivelmente arranjados. Os dispositivos de fixação 18 são preferivelmente arranjados em intervalos uniformes ao longo da circunferência da proteção contra respingo e da placa de suporte. Por exemplo, três dispositivos de fixação 18 em uma distância mútua de 20 120° em um plano paralelo à parte superior 20 da proteção contra respingo podem ser colocados para uso. A fim de alcançar uma pressão de contato também mais uniforme entre a saliência 12 e o lado inferior 19 da placa de suporte, um maior número de dispositivos de fixação 18 pode ser usado.

Por motivos que ficarão claros a seguir, tais dispositivos de fixação 18 não devem ser arranjados na circunferência muito externa da parte superior 20 da proteção contra respingo 5. Tal colocação dos dispositivos de fixação 18 impediria a deformação da proteção contra respingo 5.

Alternativamente, a placa de suporte 7 pode ser fixada ao bico 6 por meio de dispositivos de fixação não-mostrados. Tais dispositivos de fixação incluem, por exemplo, conexão por adesivo ou parafuso.

A fim de alcançar o espaço essencialmente fechado descrito anteriormente, outros projetos da proteção contra respingo e da placa de suporte são concebíveis. Por exemplo, o lado superior da proteção contra respingo pode ser plano, e uma saliência voltada para a proteção contra respingo pode ser formada na placa de suporte. Alternativamente, um elemento de vedação separado, tal como um anel em O ou uma gaxeta, pode ser arranjado entre a placa de suporte e o lado superior da proteção contra respingo.

Na figura 1, o aparelho para corte por jato de água com o dispositivo de detecção de colisão está mostrado na sua totalidade. A placa de suporte 7 compreende uma abertura 13 para fornecimento de ar. Esta abertura 13, por exemplo, pode ser formada como um furo rosqueado interna10 mente. À abertura 13, um conduto 4 é conectado, através do qual o espaçamento é provido com um gás, preferivelmente ar. O ar é fornecido de um dispositivo de geração de pressão não-mostrado, tal como um compressor, como está indicado pela seta 1 na figura 1. A pressão no conduto 4 é monitorada por um dispositivo de monitoração de pressão 3. Deste modo ao es15 paço 15, o qual é definido pela proteção contra respingo 5 e pela placa de suporte 7, pode ser atribuída uma sobrepressão estática monitorada, isto é, uma pressão excedendo a pressão ambiente. Esta sobrepressão corresponde assim à pressão no conduto 4. Em operação normal, o espaço 15 é provido com ar através do conduto 4, pelo qual uma primeira pressão P1 preva20 Iece no espaço 15. Assim, a pressão P1 excede a pressão ambiente. A sobrepressão P1 no espaço 15 se situa dentro da faixa de 10-200 kPa (0,1-2 bar), preferivelmente a sobrepressão P1 se situa dentro da faixa 20-150 kPa (0,2-1,5 bar), mais preferida é uma sobrepressão de 30-80 kPa (0,3-0,8 bar).

Alternativamente, o dispositivo de geração de pressão e o dispo25 sitivo de monitoração de pressão podem ser conectados à placa de suporte 7 por meio de condutos ou mangueiras separados. A placa de suporte 7 é então modificada a fim de compreender uma abertura para fornecimento de ar, ou um outro gás, e uma abertura para medição de pressão. O dispositivo de medição de pressão também pode, em vez de ser conectado por meio de 30 um conduto, ser arranjado diretamente na placa de suporte 7.

Durante o corte por jato de água, o bico 6, que é fornecido com a proteção contra respingo 5, é acionado ao longo da peça de trabalho 2 a ser usinada, ou a peça de trabalho 2 é deslocada enquanto que o bico 6, com a sua proteção contra respingo 5, é mantido parado. Este movimento do bico 6 ou da peça de trabalho 2 é executado normalmente de forma mecânica seguindo um caminho programado. No caso de um objeto ou uma desigualdade, o qual se estenda da superfície da peça de trabalho 2, estar localizado no caminho pretendido do bico 6, ou próximo a ele, a proteção contra respingo 5, por causa do movimento relativo, contactará este objeto. Então, por causa do movimento relativo, a proteção contra respingo 5 se deformará elasticamente. Tipicamente, esta deformação implicará em que a parede Iateral 21 da proteção contra respingo 5 seja empurrada para dentro, em uma direção essencialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do bico 6, na direção do centro do tronco de um cone. Esta impressão causará um deslocamento da saliência 12 da proteção contra respingo, de maneira que o contato de vedação com a placa de suporte 7 seja rompido. Tipicamente, a saliência 12 é deslocada para baixo na figura 1, isto é, na direção da superfície da peça de trabalho 2. Como a saliência 12 não mais se encontra junto à placa de suporte 7, o espaço 15 não é mais fechado. Agora, o ar que é fornecido para o espaço 15 por meio do conduto 4 pode fluir para fora através da abertura que é formada na superfície de contorno do espaço 15 mediante a deformação da proteção contra respingo 5, pelo que a pressão no espaço 15 cai para uma segunda pressão P2. A pressão P2 é assim menor do que a pressão P1 e, mais precisamente, a pressão P2 se situa entre a pressão ambiente e a pressão P1, dependendo de quanto a proteção contra respingo 5 é deformada durante a colisão com o objeto, tal como explicado a seguir. Preferivelmente, a sobrepressão P2 atinge cerca da metade da sobrepressão P1. A mudança de pressão dentro do espaço pode ser detectada pelo dispositivo de medição de pressão 3. Preferivelmente, o dispositivo de medição de pressão 3 pode assim emitir um sinal de parada que interrompe o movimento mecânico do bico 6 ou da peça de trabalho 2. Desta maneira, uma colisão entre o bico 6 e o objeto é evitada.

Dependendo de quão rápido o movimento é interrompido, e de que velocidade o movimento relativo tem, a proteção contra respingo 5 é deformada por uma extensão diferente no contato com um obstáculo. Se a velocidade do movimento relativo, isto é, a velocidade de corte, é baixa e se o movimento for interrompido imediatamente na menor mudança da pressão P1 dentro do espaço 15, a saliência 12 da proteção contra respingo 5 será 5 deslocada somente por uma pequena distância a partir da placa de suporte 7 na colisão com um obstáculo. Neste caso, somente uma pequena deformação da proteção contra respingo 5 é permitida e uma distância relativamente grande remanescente entre o bico 6 e o obstáculo é assegurada. Agora, a segunda pressão P2 estará relativamente próxima da primeira pres10 são P1. Ao definir antecipadamente a mudança de pressão a ser exigida pelo dispositivo de medição de pressão a fim de emitir um sinal de parada, a distância na qual o bico 6 deve parar de um obstáculo imaginário pode ser predefinida.

Assim, com o presente arranjo do elemento deformável 5, uma colisão ou um contato com um obstáculo é detectado bem antes de o objeto a ser protegido, aqui o bico 6, colidir com o obstáculo. Em outras palavras, é o elemento deformável 5 que é submetido à colisão.

Uma vez que o dispositivo de medição de pressão 3 detecta uma mudança de pressão, de P1 para P2, durante a colisão da proteção 20 contra respingos 5 com um objeto, o espaço 15 não necessita ser completamente estanque ao ar. O espaço 15 pode ser provido continuamente com ar, ou um outro gás, a partir do dispositivo de geração de pressão. Se o espaço 15 não for completamente estanque ao ar, mas compreender uma ou mais aberturas na superfície de contorno, o ar fornecido vazará continua25 mente para fora. Contudo, uma primeira pressão, P1, prevalecerá no espaço cuja pressão durante a deformação da proteção contra respingo 5, e durante subsequente deslocamento da saliência 12 da placa de suporte 7, diminuirá para uma segunda pressão, P2.

Preferivelmente, tal como mencionado, o dito dispositivo de geração de pressão promove elevação para uma sobrepressão, P1, dentro do espaço 15. A vantagem de manter uma sobrepressão no espaço 15 é que nem poeira nem outro material indesejado não podem entrar no espaço 15 ou no dispositivo de geração de pressão ou no dispositivo de medição de pressão 3. Entretanto, a invenção também funciona se o dispositivo de geração de pressão promover mudança para uma subpressão. Durante a colisão e transição para a segunda pressão, P2, ar ambiente fluiria para dentro do 5 espaço 15, e a segunda pressão, P2, consequentemente seria maior do que a primeira pressão, P1. Uma vantagem de atribuir ao espaço 15 e uma subpressão é que a subpressão contribui para manter o espaço 15 estanque, em que a subpressão age sobre a proteção contra respingo elástica pelo que a saliência 12 é pressionada contra a placa de suporte 7.

O princípio da invenção atribui a um espaço essencialmente fe

chado uma pressão que é monitorada e que é mudada à medida que a superfície de contorno do espaço é aberta em conexão com uma deformação de um elemento elástico por causa de um contato entre dois objetos, pode ser colocado para uso em diversas situações. Por exemplo, um espaço co15 mo este pode ser definido por uma parte relativamente macia e elástica de um para-choque de veículo. Um motorista, neste modo, pode ser informado mediante colisão com um outro objeto.

Durante a escolha de material para o elemento deformável, a força de colisão e os tamanhos dos constituintes devem ser cuidadosamente 20 considerados, de maneira que o material seja suficientemente submisso para o espaço pressurizado fechado abrir mediante uma colisão, mas, ao mesmo tempo, rígido o suficiente para resistir à abertura durante operação por causa de outros parâmetros. Exemplos de tais parâmetros, quando o dispositivo de detecção de colisão é usado em conexão com corte por jato de á25 gua, são aceleração mediante mudança de velocidade de corte, a presença de objetos soltos, tais como grãos de areia na superfície da peça de trabalho, a sobrepressão dentro do espaço, pressão de ar gerada pelo feixe de corte, respingo de material e água proveniente do processo de corte, etc.

Claims (10)

1. Dispositivo de detecção de colisão, preferivelmente para um dispositivo de corte por jato de água, adaptado para detectar uma colisão entre dois ou mais objetos, em que o dito dispositivo de detecção de colisão compreende um elemento deformável (5) de material deformável elasticamente que define um espaço (15) ao qual pode ser atribuída uma pressão, cujo elemento deformável (5) em uma primeira condição, não está deformado, pelo qual ao espaço (15) é atribuída uma primeira pressão (P1), e em que, em uma segunda condição, o elemento deformável (5) está deformado pelo qual ao espaço (15) é atribuída uma segunda pressão (P2), em que o elemento deformável (5), mediante colisão do elemento deformável (5) com um objeto, é deformado para a segunda condição, pela qual a pressão no espaço (15) muda da primeira pressão (P1) para a segunda pressão (P2), e um dispositivo (3) para detectar a mudança de pressão.

2. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com a reivindicação 1, em que a pressão atribuída ao espaço (15) é uma sobrepressão (P1) na primeira condição, cuja pressão cai na mudança para a segunda condição.

3. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a superfície de contorno do espaço (15) compreende uma abertura (13), através da qual ao espaço (15) é atribuída a primeira pressão (P1).

4. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o dispositivo compreende adicionalmente um dispositivo para atribuir ao espaço (15) uma sobrepressão.

5. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o espaço (15) está fechado na primeira condição, enquanto que na segunda condição o espaço (15) não está fechado.

6. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o elemento deformável (5) é feíto de um matériaí elástico com uma dureza Shore dentro da faixa de 75 a 95, preferivelmente a dureza Shore está dentro da faixa de 85 a 95.

7. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o elemento deformável (5) é uma proteção contra respingo que tem a forma de um tronco de um cone.

8. Dispositivo de detecção de colisão de acordo com a reivindicação 7, em que o espaço (15) é definido pelo lado superior (16) da proteção contra respingo (5), uma saliência (12) encerrando o lado superior (16) da proteção contra respingo (5) e também por uma placa de suporte (7) que é arranjada de modo selado contra a saliência (12).

9. Aparelho para usinagem, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um dispositivo de detecção de colisão como definido na reivindicação 1.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, em que a usinagem é corte por jato de água.