(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二以上の物体間の衝突を検知するように構成された衝突検知装置であって、
前記衝突検知装置は、
弾性的に変形可能な材料で作った、変形可能な部材（５）を備え、該部材は指定圧力とすることのできる空間（１５）を規定し、前記変形可能な部材（５）は、第一状態では変形されておらず、そのために前記空間（１５）は指定第一圧力（Ｐ１）であり、かつ、第二状態では前記変形可能な部材（５）が変形され、そのために前記空間（１５）は指定第二圧力（Ｐ２）であり、
前記変形可能な部材（５）は、前記変形可能な部材（５）と物体との衝突の際に、前記第二状態へと変形され、それによって前記空間（１５）における圧力は前記第一圧力（Ｐ１）から前記第二圧力（Ｐ２）へと変化し、かつ、
圧力変化検出手段（３）を備えており、
前記変形可能な部材（５）は飛散シールドである衝突検知装置。
【請求項２】
前記空間（１５）における前記指定圧力は、前記第一状態で大気圧より大きい圧力である過圧（Ｐ１）であり、該圧
力は前記第二状態への変化によって低下する、請求項１に記載の衝突検知装置。
【請求項３】
前記空間（１５）の境界面は開口（１３）を有し、該開口を通じて前記空間（１５）は前記指定第一圧力（Ｐ１）となる、請求項１又は２に記載の衝突検知装置。
【請求項４】
前記装置は、さらに、前記空間（１５）に大気圧より大きい圧力である過圧を与える手段を備えている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝突検知装置。
【請求項５】
前記空間（１５）は、前記第一状態では密閉されており、一方、前記第二状態では前記空間（１５）は密閉されていない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝突検知装置。
【請求項６】
前記変形可能な部材（５）は、７５〜９５の範囲内にあるショア硬度を有する弾性材料で作られている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の衝突検知装置。
【請求項７】
前記飛散シールドは円錐台の形態を有している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の衝突検知装置。
【請求項８】
前記空間（１５）は、前記飛散シールド（５）の上部（１６）、前記飛散シールド（５）の上部（１６）を囲んでいる突出部（１２）、及び支持板（７）により規定されており、該支持板は前記突出部（１２）に対し緊密に配置されている、請求項７に記載の衝突検知装置。
【請求項９】
加工装置において、該装置は、請求項１に記載の衝突検知装置を備えていることを特徴とする、加工装置。
【請求項１０】
前記加工は、ウォータージェット切断である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
二以上の物体間の衝突を検知するように構成された、ウォータージェット切断装置のための衝突検知装置であって、
前記衝突検知装置は、
弾性的に変形可能な材料で作った、変形可能な部材（５）を備え、該部材は指定圧力とすることのできる空間（１５）を規定し、前記変形可能な部材（５）は、第一状態では変形されておらず、そのために前記空間（１５）は指定第一圧力（Ｐ１）であり、かつ、第二状態では前記変形可能な部材（５）が変形され、そのために前記空間（１５）は指定第二圧力（Ｐ２）であり、
前記変形可能な部材（５）は、前記変形可能な部材（５）と物体との衝突の際に、前記第二状態へと変形され、それによって前記空間（１５）における圧力は前記第一圧力（Ｐ１）から前記第二圧力（Ｐ２）へと変化し、かつ、
圧力変化検出手段（３）を備えており、
前記変形可能な部材（５）は飛散シールドである衝突検知装置。
【請求項１２】
二以上の物体間の衝突を検知するように構成された衝突検知装置であって、
前記衝突検知装置は、
弾性的に変形可能な材料で作った、変形可能な部材（５）を備え、該部材は指定圧力とすることのできる空間（１５）を規定し、前記変形可能な部材（５）は、第一状態では変形されておらず、そのために前記空間（１５）は指定第一圧力（Ｐ１）であり、かつ、第二状態では前記変形可能な部材（５）が変形され、そのために前記空間（１５）は指定第二圧力（Ｐ２）であり、
前記変形可能な部材（５）は、前記変形可能な部材（５）と物体との衝突の際に、前記第二状態へと変形され、それによって前記空間（１５）における圧力は前記第一圧力（Ｐ１）から前記第二圧力（Ｐ２）へと変化し、かつ、
圧力変化検出手段（３）を備えており、
前記変形可能な部材（５）は飛散シールドであり、
前記変形可能な部材（５）は、８５〜９５の範囲内にあるショア硬度を有する弾性材料で作られている衝突検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は衝突検知装置に関し、その装置は二以上の物体間の衝突を検知するのに利用される。本発明はまた、前記衝突検知装置を備えた加工装置に関する。
【０００２】
様々な状況において、物体間の衝突を検知することが求められている。目的の一つは衝突回避とすることができる。第一に、前記発明は、加工中に、ツールとワークピースにおける障害物との間の衝突を検知することを目的とする。加工はここでは、詳しくはウォータージェット切断、プラズマ切断、レーザ切断などの、種々の切断加工を含むよう考えられている。一方では、前記加工中に、ツール、例えば何らかのノズルを、ワークピースの凹凸のような障害物との衝突によるダメージから保護することが求められている。他方では、ワークピース各部を、ツールとの衝突によるダメージから保護することが求められることもある。前記発明は、他の状況で使用されることもあり、車両など、詳しくは車両の駐車に関連して、使用されることもある。
【０００３】
物体を保護する一般的な方法は、それらに可撓性材料から成る衝撃吸収プロテクタを設けることである。
【０００４】
特許文献１には、どのように物体がエアロゾルにより洗浄されるのかが記載されており、そのエアロゾルはノズル２０２によって物体面に向けられている。そのノズルには保護コーティング２６５（図８）が設けられており、ノズルとの偶発的接触によるダメージから物体を保護している。このようなコーティングは、限定的な保護を与えることのみできる。この場合、ノズルは大きな力で案内され、例えばノズルは物体との衝突で曲がるというリスクがある。また前記物体はダメージを受けることもある。さらに、特許文献１は、衝突検知に備えていない。
【０００５】
自動車のような、車両に関しては、バンパーが、対応する保護を行う。車両に関して、衝突はまた、障害物が接近すると警告する、いわゆるバックアップセンサのような、より高度な装備により、避けることができる。ここでは、障害物から反射されてきた超音波が利用されている。この種の技術は、比較的高価である。また、全方向において物体を保護するためには、複数のセンサーを取り付けなければならない。さらに、前記センサーは、よごれ、湿気、機械的影響に反応する。
【０００６】
加工に関しては、衝突を知らせる電気スイッチを組み入れた衝突検知装置が使用されている。しかしながら、この解決手段は、満足のゆく結果が得られるものでなかった。これは、原因の一つには、これらの衝突検知装置が、機械的影響によるダメージを受けやすいことにあり、また原因の一つには、それらが比較的複雑な設計構成のために高価であることにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，３６６，１５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、信頼性があり、比較的シンプルな構成を有し、よごれ及び機械的影響に耐え得る、しかも障害物の種類に無関係の、衝突検知装置に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は衝突検知装置に関し、ウォータージェット切断装置での使用に好適であり、その検知装置は二以上の物体間の衝突を検知することができる。前記衝突検知装置は変形可能な部材を備え、その部材は空間を規定し、その空間は指定圧力とすることができる。第一状態では、前記変形可能な部材は変形されておらず、そのために前記空間は指定第一圧力である。第二状態では、前記変形可能な部材は変形され、そのために前記空間は指定第二圧力である。変形可能な部材と物体とが衝突すると、変形可能な部材は、第二状態へと変形され、それによって空間における圧力は第一圧力から第二圧力へと変化する。前記衝突検知装置はさらに、圧力変化検知手段を備えている。第一圧力は過圧であることが好ましい。それによって、よごれ又は他の不要な物質が、前記空間に入るのが阻止される。第二圧力は、第一圧力よりも低い。また、衝突検知装置は、前記空間の境界面における開口を通じて、前記空間に過圧を与える手段を含むことができる。
【００１０】
前記第一状態では、すなわち前記変形可能な部材が、変形される際は、前記空間は密閉されていることが好ましい。前記変形可能な部材の変形後、すなわち第二状態まで、前記空間は密閉されていないことが好ましい。この結果、第二圧力は、第一圧力よりむしろ、大気圧に近づく。
【００１１】
前記変形可能な部材は、好ましくは飛散シールドであり、そのシールドは円形断面の円錐台という形態を有する。円錐は、ワークピースに向けて幅広端部が設けられている。これによって、比較的広い検出又は感知エリアが得られ、その範囲内で一以上の物体との衝突が検知される。飛散シールドは他の形態も取り得る。飛散シールドは、例えば矩形断面のもの又は管状のものとすることができる。圧力が与えられる空間は、飛散シールド上部、飛散シールド上部を囲む突出部、及び支持板で規定され、その支持板は突出部に対して緊密に(sealingly)配置されている。このようにして、衝突検知装置のシンプルな構成が達成されている。
【００１２】
本発明はさらに加工装置に関し、その装置が前記衝突検知装置を備えている。前記加工はウォータージェット切断であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の概略斜視図である。
【図２】飛散シールド及び高さ調整アームを示す。
【図３】本発明にかかる飛散シールドおよび支持板の横断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態が、同封の図面を参照して、記載されている。実施形態は、本願発明の一例として供されるに過ぎず、しかもクレームに記載された範囲に限定されるものではなく、それは独立クレームにより定義されている。
【００１５】
本発明の好適な実施形態が図１に示されており、同図では前記衝突検知装置は、ウォータージェット切断での使用に適している。ウォータージェット切断装置では、飛散シールド５が、変形可能な部材として用いられており、その部材はウォータージェット切断ノズル６を含んでいる。飛散シールド５は、側壁及び上部を備えている。飛散シールド５の側壁は、図２及び図３も参照すると、円錐台として構成されている。円錐は、幅広端部及び幅狭端部を有する。前記幅広端部は、その端部が図中、下方に向けられ、開口し且つ加工中はワークピース２の表面の真上に置かれている。幅広端部のエッジ１１は、ノズル６の端部と比較してワークピース２の表面に近づけて置かれており、又は、その幅広端部のエッジ１１はノズル６の端部と同じワークピース面からの距離のところに置かれている。幅狭端部、すなわち飛散シールドの上部２０は、図中、上方に向けられ、中央開口１０以外で密閉され、その開口はウォータージェット切断ノズル６を対象としている（以下、「ノズル」という）。
【００１６】
ウォータージェット切断中、前記飛散シールド５は、ノズル６の周囲に配置されており、かつ適切な方法で、例えば圧力嵌めにより、保持されている。そして、前記中央開口１０の直径は、ノズル６の直径よりも若干小さく作られている。飛散シールドの主な役割は、加工プロセスによる材料及び水の飛散を妨げることにある。飛散シールドは、柔らかい可撓性材料から作られており、例えば、ショア硬度が７５〜９５の範囲内、好ましくはショア硬度が８５〜９５の範囲内、より好ましくはショア硬度が約９０を有するゴムから作られている。
【００１７】
図２は、ワークピース２からのアングルで見た場合の、飛散シールド５の斜視図を示す。飛散シールド５は側壁２１に切り欠き８を有し、その切り欠き８を介して高さ調整アーム９が伸びている。動作中、高さ調整アーム９は図示されていない測定手段を保持し、その手段はノズル６及びワークピース２からの距離を測定している。本発明は、切り欠き８及び高さ調整アーム９がそれぞれなくても機能する。
【００１８】
飛散シールド５の上部１６、すなわち密閉され且つワークピース２から離隔した円錐の逆端(turned end)は、特に図３を参照すると、突出端又は突出部１２により密閉されている。実質的に円形の支持板７は、突出部１２に接触して配置されており、そのために支持板７の下部１９は突出部１２の上部に接触して位置している。飛散シールド５は柔らかい弾性材料で作られているので、突出部１２は支持板７に対して緊密に位置する。支持板は、好ましくは、安定な材料、例えば金属又はプラスチックから作られている。支持板は、飛散シールドが変形されていない状態で、突出部に接触してシールするような形状及びサイズとすべきである。
【００１９】
ノズル６は支持板７及び飛散シールド５を貫通している。飛散シールド５の上部２０の中央開口１０は、その開口を通じてノズル６が貫通し、ノズル６が有する直径よりも僅かに小の直径を有し、飛散シールド５がノズル６に接触してシールできるようにしている。また、支持板７には中央開口１４が備えられており、その開口を通してノズル６が貫通している。この開口１４は、ノズル６に対する直径が調整されており、その開口はまた、支持板７の中央開口１４とノズル６との間に適切なシーリングを、例えば一以上のＯリング（図示省略）の形態で配置することが実現可能である。この結果、実質的に密閉された空間１５は境界面により規定され、その境界面は、飛散シールド５の上部１６、その飛散シールドの突出部１２の内側、支持板７の下部１９、それからノズル６及びこの周囲に配置された任意のシーリングにより形成されている。
【００２０】
支持板は、好ましくは、飛散シールドに固定され、そのシールドは、今度は、ノズル５に固定されている。図３においては、どのようにして支持板７が飛散シールド５に対して取付手段１８を用いて固定されているのかが概略的に示されている。その取付手段は飛散シールドの上部２０を通じて支持板の開口１７の中まで伸びている。取付手段１８は、例えば、ねじ又はボルトとすることができ、その場合、開口１７には、内側ネジ山が設けられている。突出部１２が支持板の下部１９に接触して緊密に、突出部の外周全体に沿って均一な接触圧で支持することを確実に行うためには、飛散シールドの上部２０に対して平行な平面に見られるように、複数の取付手段１８が配置されていることが好ましい。取付手段１８は、好ましくは、飛散シールド及び支持板の外周に沿って、等間隔に配置されている。例えば、飛散シールドの上部２０に対して平行な平面内において互いの間隔が１２０度のところに、三つの取付手段１８を置いて使用することができる。さらにより均一な接触圧を突出部１２と支持板の下部１９との間で実現するためには、より多くの取付手段１８を用いることができる。
【００２１】
以下に明らかにされる理由で、このような取付手段１８を、飛散シールド５の上部２０の最も外周のところに配置すべきでない。このような取付手段１８の配置は、飛散シールド５の変形を妨げることになる。
【００２２】
代替的に、支持板７はノズル６に対し図示されていない固定手段を用いて取り付けることができる。このような固定手段は、例えば、接着式又はねじ込み式の接続を含む。
【００２３】
上記の実質的密閉空間を実現するために、飛散シールド及び支持板に対しては別の設計が考えられる。例えば、飛散シールドの上部は平面とすることができ、また飛散シールドと対向する突出部は支持板に形成することができる。代替的に、Ｏリング又はガスケットのような別体のシーリング部材は、支持板と飛散シールド上部との間に配置することもできる。
【００２４】
図１において、衝突検知装置を有するウォータージェット切断装置は、その全体が示されている。支持板７は、空気供給開口１３を備えている。この開口１３は、例えば、内側ネジ穴として形成することができる。開口１３へ導路４が接続されており、それを通じて、空間には、ガス、好ましくは空気が供給されている。空気は、図１中、矢印１で示されるように、コンプレッサーのような図示されていない圧力調整手段から供給されている。導路４内の圧力は、圧力モニタ手段３により、モニタされている。このようにして、空間１５は、その空間は飛散シールド５及び支持板７により規定されており、指定された、監視付きの静的過圧、すなわち大気圧を上回る圧力とすることができる。そのため、この過圧は、導路４内の圧力に対応している。通常動作では、空間１５には空気が導路４を通じて供給され、それによって第一圧力Ｐ１が空間１５の中で広く行き渡る。したがって、圧力Ｐ１は大気圧を上回る。空間１５における過圧Ｐ１は０．１〜２バールの範囲内にあり、好ましくは過圧Ｐ１が０．２〜１．５バールの範囲内にあり、最も好ましくは０．３〜０．８バールの過圧である。
【００２５】
代替的に、圧力発生手段及び圧力モニタ手段は、支持板７に対し別体の導路又はホースを介して接続されている。支持板７は、さらに、空気又は他のガスの供給開口と、一つの圧力測定開口と、を備えるように修正されている。また圧力測定手段は、導路を介して接続されることに代えて、支持板７に直接、設けることもできる。
【００２６】
ウォータージェット切断中、飛散シールド５が備え付けられているノズル６は、加工されるワークピース２に沿って駆動されており、又は、ノズル６とその飛散シールド５の静止を保ちながらワークピース２が動かされている。このノズル６又はワークピース２の運動は通常、プログラムされた経路に沿って、機械的に行われている。物体又は凹凸が、ワークピース２の表面から突き出し、ノズル６、飛散シールド５の所望経路の中に又は近くに置かれている場合、相対運動によって、この物体と接触する。次に、相対運動によって、飛散シールド５は、弾性変形する。この変形は通常、飛散シールド５の側壁２１が、ノズル６の長軸と実質的に直交する方向において、円錐台の中心に向けて、押し込まれることを意味する。この影響は、飛散シールドの突出部１２の変位を生じ、この結果、支持板７との緊密な接触が壊される。通常、突出部１２は図１中、下方、すなわちワークピース２の表面に向けて変位する。突出部１２が支持板７をすでに接触支持していない場合、空間１５はもはや密閉されていない。今度は、空間１５へ導路４を介して供給された空気は、開口を通じて流出することができ、その開口は飛散シールド５の変形の際に空間１５の境界面において形成される。それによって、空間１５における圧力は、第二圧力Ｐ２へと低下する。圧力Ｐ２は、その結果、圧力Ｐ１よりも低くなり、また、より正確には、圧力Ｐ２は、大気圧と圧力Ｐ１との間にあり、後述されるように、物体との衝突の際に飛散シールド５がどのくらい変形されたかに応じている。好ましくは、過圧Ｐ２が過圧Ｐ１の約半分の量になることである。空間内部での圧力変化は、圧力測定手段３により、検出することができる。好ましくは、その結果、圧力測定手段３は停止信号を出力することができ、その信号はノズル６又はワークピース２の機械的運動を停止している。このようにして、ノズル６と物体との間の衝突が回避されている。
【００２７】
どのくらい迅速に運動が停止されたか及びその相対運動の速度に応じて、飛散シールド５は、障害物と接触したところが、異なる程度に変形される。もし相対運動速度、すなわち切断速度が遅く、しかもその運動が空間１５内部での圧力Ｐ１から最小の変化のところですぐに停止されれば、飛散シールド５の突出部１２は、障害物との衝突の際、支持板７から微小距離だけ変位されることになる。この場合、飛散シールド５の微小変形のみが許され且つノズル６と障害物との比較的大きな残存距離が確保される。今度は、第二圧力Ｐ２は、第一圧力Ｐ１に比較的近くなる。圧力測定手段が停止信号を出力するのに必要とする圧力変化を予め定めておくことにより、ノズル６が停止すべき仮想障害物からの距離をプリセットできる。
したがって、本発明の変形部材５の配置により、保護される物体、ここではノズル６が障害物と衝突する前に、障害物との衝突又は接触が良好に検出されている。つまり、その物体は変形可能な部材５であり、その部材は、衝突にさらされている。
【００２８】
圧力測定手段３は圧力変化Ｐ１〜Ｐ２を検出するので、飛散シールド５が障害物と衝突する際、空間１５は完全な気密である必要はない。空間１５には、空気又は別のガスが、圧力発生手段から連続的に供給できる。空間１５が完全に気密でなくても、一以上の開口を境界面に備えていれば、供給された空気は連続的に漏出する。それでも、第一圧力Ｐ１は、空間内に広く行き渡り、その空間は、飛散シールド５が変形する際は、及び次に生じる、突出部１２の支持板７からの変位の際は、押されて、第二圧力Ｐ２に低下する。
【００２９】
好ましくは、前述のように、圧力発生手段は、空間１５の範囲内に過圧Ｐ１を与えている。空間１５内を過圧に保つ利点は、よごれも他の不要物質も、空間１５または圧力発生手段または圧力測定手段３に入り込むことができないことにある。一方、本発明はまた、圧力発生手段が、負圧を与えても機能する。衝突及び第二圧力Ｐ２への移行の際、周囲空気は空間内に流れ込み、そのため第二圧力Ｐ２は第一圧力Ｐ１よりも高くなる。空間１５及び負圧を与えることの利点は、負圧が空間１５を気密に保ち続けることに貢献することにあり、その場合、負圧が弾性的飛散シールドに作用して、それによって突出部１２は支持板７に押し付けられている。
【００３０】
本発明の原理は、実質的な密閉空間に圧力を与えることにあり、その圧力はモニタされ、かつ、その圧力は、空間の境界面が、二物体間の衝突による弾性部材の変形に関連して、開とされたときに変化され、種々の状況において使用されることができる。例えば、このような空間は、車両バンパーの比較的柔らかい弾性部分により規定できる。ドライバーにはこのようにして他の物体との衝突を知らせることができる。
【００３１】
弾性部材の材料を選択する際は、構成要素の衝突力及びサイズが十分に考慮されなければならない。これによって、その材料は、衝突の際には、密閉された加圧空間が開口するように十分に柔らかいが、同時に、別の要因によって、動作中は開口しないように十分に硬いものとする。このような要因の例としては、衝突検知装置がウォータージェット切断と関連して使用される場合、切断速度が変化した際の加速度、例えば、ワークピース面上の砥粒、空間内の過圧、切断ビームが発生した空気圧、切断プロセスなどによる材料及び水の飛散などの、遊離したもの(loose objects)の存在がある。
【符号の説明】
【００３２】
２  ワークピース
３  圧力モニタ手段
４  導路
５  飛散シールド
６  ウォータージェット切断ノズル
７  支持板
８  切り欠き
９  高さ調整アーム
【図１】
0005444009.tif 000002
【図２】
0005444009.tif 000003
【図３】
0005444009.tif 000004