本發(fā)明涉及一種接近傳感器結(jié)構(gòu)，所述接近傳感器結(jié)構(gòu)用于檢測(cè)接近所述結(jié)構(gòu)的物體。

背景技術(shù)：

專利說(shuō)明書us5166679公開了一種電容式接近傳感器，其可以檢測(cè)穿透到其場(chǎng)中的物體。接近傳感器具有在柔性電路板上的測(cè)量電極以及與測(cè)量電極相反布置的屏蔽電極。屏蔽電極用于屏蔽測(cè)量電極免受干擾場(chǎng)的影響，干擾場(chǎng)可以影響測(cè)量電極的功能并且導(dǎo)致雜散場(chǎng)的減小，這是因?yàn)闇y(cè)量電極的測(cè)量場(chǎng)集中在背離屏蔽電極的方向上。

為了實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的測(cè)量，電極必須具有不可改變的形式，并且為此目的，柔性電路板必須固定在固體基板上。測(cè)量信號(hào)必須經(jīng)由電路板的暴露的外側(cè)傳導(dǎo)開。為此目的所需的觸點(diǎn)可以有利地通過(guò)插接來(lái)建立，但是如果電路板位于基板上，那么為此目的所需的插塞連接件必須從暴露的外側(cè)突出，這使得組件體積大且對(duì)機(jī)械損壞敏感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明基于產(chǎn)生節(jié)省空間和耐用的接近傳感器結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。

本發(fā)明解決的問(wèn)題通過(guò)接近傳感器結(jié)構(gòu)解決，其包括

基板，例如機(jī)器人臂

安裝在所述基板的表面上的、承載接觸表面的電路板，

至少一個(gè)支撐件，所述至少一個(gè)支撐件承載與電路板的接觸表面互補(bǔ)的接觸表面和至少一個(gè)接近傳感器，

接近傳感器包括與接觸表面連接的測(cè)量電極以及在測(cè)量電極和基板的表面之間延展的屏蔽電極，由此為了使電路板的和支撐件的接觸表面接觸，基板和支撐件沿平行于表面延伸的插塞方向插接。

該插接能夠以不同的方式建立。根據(jù)第一方法，支撐件本身可以插塞到基板上，使得在插接狀態(tài)下，基板以摩擦和/或形狀鎖定的方式包圍支撐件。

根據(jù)第二方法，基板和支撐件之間的插接可以經(jīng)由電路板間接地建立，這是因?yàn)榻佑|表面是設(shè)置在支撐件上和設(shè)置在電路板上的互補(bǔ)電插塞連接件的部分。

在兩種情況下，由于表面平行的插塞方向，可以在基板表面上的狹窄有限的構(gòu)造空間中容納長(zhǎng)的插塞行進(jìn)距離。特別地，該構(gòu)造空間的高度可以小于插塞行進(jìn)距離的長(zhǎng)度。

由于機(jī)械插接還建立與接近傳感器的電接觸，因此簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)的組裝。

此外，通過(guò)用完整的接近傳感器插入另一個(gè)支撐件中，可以簡(jiǎn)單地更換有缺陷的接近傳感器，而不需要任何電纜。

電路板的和支撐件的接觸表面有利地沿插塞方向定向或延展。以這種方式，盡管在支撐件的定位中存在公差，仍然可以確保電接觸。

例如，接觸表面中的一個(gè)可以被設(shè)計(jì)為導(dǎo)電彈簧，當(dāng)插入支撐件中時(shí)，所述彈簧被推到互補(bǔ)接觸表面上，這是因?yàn)閺椈蓮椥宰冃斡兄诓褰拥哪Σ伶i定。

支撐件有利地具有剛性底板，并且測(cè)量電極和屏蔽電極布置在底板的相反表面上。

剛性底板提供了用于整體固定電極的基礎(chǔ)，并且使接近傳感器布置穩(wěn)定，特別是關(guān)于由振動(dòng)和振蕩引起的影響接近傳感器的脫離現(xiàn)象。電極可以借助于氣相沉積、印制或電鍍施加到支撐件上。

另外，底板可以用作將測(cè)量電極與屏蔽電極分離的絕緣體。

互補(bǔ)的插塞連接件中的一個(gè)可包括底板或電路板的邊緣，由此接觸表面可以是布置在邊緣上的接觸焊盤。這些接觸場(chǎng)可以在使用已知的批量生產(chǎn)技術(shù)制造底板或電路板期間經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)，在底板或電路板上安裝插塞連接件部件因此變得不必要。為了能夠接收邊緣，另一個(gè)插塞連接件必須沿垂直于基板表面的方向與邊緣重疊，這導(dǎo)致突起超過(guò)基板的進(jìn)一步最小化。如果接觸表面位于底板的邊緣上，那么測(cè)量電極和屏蔽電極可在寬的區(qū)域上施加到基板，并且沒(méi)有被任何部件中斷。

優(yōu)選地，接觸焊盤中的一個(gè)與測(cè)量電極形成單件，另一個(gè)與屏蔽電極形成單件。以這種方式，電極和接觸焊盤可有利地在單個(gè)工序中形成。

底板可具有突出超過(guò)承載屏蔽電極的表面的突起。突起使屏蔽電極與基板保持一定距離，并防止屏蔽電極和可能導(dǎo)電的基板短路。

至少一個(gè)突起可以是沿著屏蔽電極的一個(gè)邊緣延伸的肋。以這種方式，突起可用作抵靠另一個(gè)屏蔽電極的絕緣體，所述另一個(gè)屏蔽電極被布置為與第一屏蔽電極相鄰并且在與第一屏蔽電極相同的表面上。

支撐件可通過(guò)至少一個(gè)螺釘固定到基板。

可接納這種螺釘?shù)牡装逯械目變?yōu)選地穿過(guò)其中一個(gè)突起延伸。以這種方式，確保了當(dāng)擰緊螺釘時(shí)不能將屏蔽電極壓靠在基板上。

螺釘優(yōu)選橫向于插塞方向定向。以這種方式，當(dāng)擰緊螺釘時(shí)，不會(huì)在接觸表面之間引起任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

支撐件優(yōu)選地形成為沿縱向方向延展的槽。這允許支撐件至少部分地包圍基板。

如果屏蔽電極施加到槽的面向基板的內(nèi)側(cè)，并且測(cè)量電極施加到槽的背離基板的外側(cè)，那么屏蔽電極可以屏蔽測(cè)量電極免受來(lái)自基板的干擾。

優(yōu)選地，接近傳感器結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)彼此互補(bǔ)的支撐件，以形成以管狀方式包圍基板的套管。以這種方式，能夠以簡(jiǎn)單的方式圍繞基板的整個(gè)周邊分布接近傳感器，以便檢測(cè)異物從所有方向的接近。

接近傳感器的測(cè)量電極和屏蔽電極優(yōu)選地沿橫向方向從支撐件的一個(gè)邊緣延展到相對(duì)的邊緣。以這種方式，特別是在支撐件的管狀布置的情況下，可以實(shí)現(xiàn)在該布置的整個(gè)周邊上的均勻的靈敏度。

如果只有單個(gè)接近傳感器應(yīng)用于支撐件，那么被物體正接近的點(diǎn)不能被精確地定位。因此，多個(gè)接近傳感器應(yīng)當(dāng)沿縱向方向分布在支撐件上。以這種方式，可以基于哪個(gè)接近傳感器對(duì)物體最強(qiáng)烈地做出響應(yīng)來(lái)識(shí)別被物體正在接近的點(diǎn)。

多個(gè)接觸表面可以沿著電路板分布，以便與多個(gè)接近傳感器接觸。

電路板優(yōu)選地具有兩組接觸表面，并且兩個(gè)支撐件從相反的插塞方向與基板插接。

優(yōu)選地，接近傳感器的測(cè)量電極在縱向方向上比屏蔽電極更窄。這允許測(cè)量電極被屏蔽電極更好地保護(hù)免受源自基板的干擾。

每個(gè)接近傳感器的檢測(cè)范圍是有限的。因此，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，提供了一種開關(guān)，借助于所述開關(guān)可并聯(lián)連接多個(gè)接近傳感器。在這種情況下，并聯(lián)連接的接近傳感器像單個(gè)接近傳感器一樣工作；也就是說(shuō)，不再可能區(qū)分哪個(gè)并聯(lián)連接的接近傳感器首先由接近的物體接近。然而，該措施具有以下效果：并聯(lián)連接的接近傳感器的檢測(cè)區(qū)域的范圍被延展(與非并聯(lián)連接的接近傳感器相比)，允許從更大的距離檢測(cè)接近的物體。

并聯(lián)連接可借助于開關(guān)部分地或完全地取消。雖然這再次減小了接近傳感器的檢測(cè)區(qū)域的范圍，但是從更多數(shù)量的可用接近傳感器，可以識(shí)別由物體首先接近的那些接近傳感器。

在檢測(cè)到物體時(shí)，可啟動(dòng)第一預(yù)防措施。例如，可降低機(jī)器人的速度。

附圖說(shuō)明

參考所附附圖本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)在以下示例性實(shí)施例的說(shuō)明中得以解釋，其中：

圖1示出了具有接近傳感器的支撐件，

圖2示出了接近傳感器結(jié)構(gòu)的剖面圖，

圖3示出由兩個(gè)支撐件包圍的基板，

圖4示出了插接的詳細(xì)視圖，

圖5示出了以形狀鎖合的方式與基板連接的支撐件，以及

圖6示出配備有支撐件的機(jī)器人。

具體實(shí)施方式

圖1示出了支撐件5。支撐件5設(shè)計(jì)為沿縱向方向6延展并且橫截面為u形的槽。多個(gè)接近傳感器7牢固地附接至支撐件5。每個(gè)接近傳感器7包括測(cè)量電極8和屏蔽電極9。

測(cè)量電極8和屏蔽電極9與支撐件5牢固地連接，并且例如可以粘接到支撐件上。在優(yōu)選的替代方案中，電極借助于電鍍或氣相沉積施加到支撐件5。

測(cè)量電極8沿縱向方向間隔開被施加到槽形支撐件5的外側(cè)，并且沿橫向方向在外側(cè)的整個(gè)寬度上從上邊緣14延展到下邊緣15。屏蔽電極9被施加到槽形支撐件5的內(nèi)側(cè)，并且在槽形支撐件整個(gè)寬度上也從邊緣14延展到邊緣15。因此，支撐件5幾乎被測(cè)量電極8和屏蔽電極9覆蓋。

與屏蔽電極9相比，測(cè)量電極8被設(shè)計(jì)為在縱向方向上較窄，使得每個(gè)屏蔽電極9側(cè)向地突出，在縱向方向上超過(guò)與屏蔽電極相反的測(cè)量電極8。這意味著屏蔽電極9還屏蔽測(cè)量電極8的邊緣抵抗從基板2發(fā)出的干擾場(chǎng)。

位于屏蔽電極9.1、9.2和測(cè)量電極8.1、8.2之間的支撐件5由絕緣材料形成，通常由塑料注塑成型，從而使屏蔽電極和測(cè)量電極電隔離。

在支撐件5的內(nèi)側(cè)上，存在多個(gè)以肋的形式設(shè)計(jì)的突起12，突起在兩個(gè)相鄰的接近傳感器7的屏蔽電極9之間延展。通過(guò)向內(nèi)突出超過(guò)屏蔽電極9，肋12在肋和基板2之間保持開放一空腔18，從而確保屏蔽電極9與基板2的電流隔離?？蛇x地，空腔18可填充有絕緣材料。

在這種情況下，槽形支撐件5的外側(cè)具有以肋的形式設(shè)計(jì)的另一突起10，突起10向外突出超過(guò)測(cè)量電極8。突起10布置在兩個(gè)接近傳感器7之間并且用作絕緣體，這是因?yàn)橥黄饘蓚€(gè)相鄰的接近傳感器7的測(cè)量電極8彼此分開。突起10也布置成與突起12相反。

突起10承載保護(hù)測(cè)量電極8不與接近接近傳感器7的物體直接接觸的殼體17。突起在測(cè)量電極8和殼體17之間保持開放一空氣填充的空腔19。

根據(jù)未示出的變型，支撐件5在其外側(cè)是平坦的，并且代替殼體，作為用于測(cè)量電極8的保護(hù)件，在外側(cè)上蓋上柔性膜，并且粘合或焊接到兩個(gè)相鄰的測(cè)量電極8之間的支撐件5，或者將清漆涂層涂覆到測(cè)量電極8和支撐件5。

孔11(參見(jiàn)圖1)橫向于支撐件5的縱向方向6延伸穿過(guò)突起10和12。螺釘13(參見(jiàn)圖2)可穿過(guò)孔11引入，以便將支撐件5、可能與殼體17一起地固定到基板2。

基板2可以接地以便導(dǎo)走電流。

圖3示出了接近傳感器結(jié)構(gòu)1，其包括在這種情況下為機(jī)器人臂的臂元件26的形式的基板2、兩個(gè)配備有接近傳感器7的支撐件5以及電路板4。支撐件5以摩擦接合包圍基板2，其中一個(gè)支撐件5從一個(gè)方向l被推動(dòng)，另一個(gè)支撐件從相反方向r被推動(dòng)，直到支撐件的內(nèi)部突起12在所有側(cè)上抵靠基板2。兩個(gè)槽形支撐件5因此組合以形成管狀結(jié)構(gòu)并且在縱向方向6上延展圍繞基板2，使得基板2在所有側(cè)上被接近傳感器7的屏蔽電極9和測(cè)量電極8圍繞。

電路板4用螺釘16牢固地?cái)Q緊到基板2的表面3。電路板4可以包括用于接近傳感器7的信號(hào)處理所需的所有電路部件。電路板特別包括用于與支撐件5上的電極8、9建立電連接的多對(duì)彈簧20。

圖4以放大剖面示出了兩對(duì)彈簧20。左側(cè)的一對(duì)彈簧20用于插入沿插塞方向l推動(dòng)的支撐件5，右側(cè)的一對(duì)彈簧20用于插入沿插塞方向r推動(dòng)的另一個(gè)支撐件5。

每對(duì)彈簧20包括上彈簧21和設(shè)置在上彈簧下方的下彈簧22，每對(duì)彈簧被焊接到電路板4上并且一起形成插入槽的界限。左側(cè)的一對(duì)彈簧20的插入槽向左開口并且?jiàn)A住沿插塞方向l推動(dòng)的左側(cè)支撐件5的上邊緣14。右側(cè)一對(duì)彈簧20的插入槽向右開口并且?jiàn)A住沿插塞方向r推動(dòng)的右側(cè)支撐件5的上邊緣14。

因此，彈簧21和22對(duì)插塞在它們之間的支撐件5施加夾緊力，該夾緊力將支撐件5以摩擦鎖合的方式連接到電路板4或連接到電路板4的基板2。

另一方面，彈簧21和22用作電路板4的接觸表面35、37，接觸表面能夠以導(dǎo)電方式與支撐件5的相應(yīng)接觸表面36、38連接，使得邊緣14中的一個(gè)形成陽(yáng)插塞連接件，并且接收陽(yáng)插塞連接件的一對(duì)彈簧20形成互補(bǔ)的陰插塞連接件。接觸表面36、38沿著支撐件5的上邊緣14布置成一排。如圖4所示，經(jīng)由上彈簧21建立與支撐件5的測(cè)量電極8中的一個(gè)的電接觸，并且經(jīng)由下彈簧22建立與支撐件5的屏蔽電極9中的一個(gè)的電接觸，即延展到支撐件5的邊緣14中的測(cè)量電極8和屏蔽電極9同時(shí)用作支撐件的接觸表面36、38。

作為摩擦鎖合連接的替代，圖5示出了以形狀配合的方式與基板2連接的支撐件5。支撐件5沿插塞方向l插塞到基板2上。彈簧21在支撐件的上邊緣14處固定到支撐件5的內(nèi)側(cè)并且另一彈簧22固定在支撐件的下邊緣15處。彈簧21和22與固定到基板2的上側(cè)和下側(cè)的兩個(gè)電路板4相對(duì)。

電路板4是一致的，并且沿著電路板的垂直于圖5中的剖面延伸的邊緣設(shè)置有凹部或開口39。電路板4中的至少一個(gè)(在這種情況下是上電路板4)在每個(gè)開口39和相鄰邊緣之間具有接觸表面35。

彈簧21和22是發(fā)夾形的，在每種情況下具有平坦地抵靠支撐件的內(nèi)側(cè)的一個(gè)腿部40和彎曲成多個(gè)波紋的一個(gè)腿部41，這些腿部經(jīng)由面向邊緣14的彎曲部連接以形成單件。當(dāng)支撐件5沿插塞方向l被推到基板2上直到限制擋塊時(shí)，彎曲腿部的波紋42卡入兩個(gè)電路板4中的開口39中的一個(gè)中，產(chǎn)生鎖定連接。第二波紋形成接觸表面36，當(dāng)彈簧卡入開口39中的一個(gè)中時(shí)，接觸表面也與鄰近開口39的上電路板的接觸表面35建立電接觸。

屏蔽電極9在彈簧21的區(qū)域中具有如圖5中的剖面所示的切口使得在屏蔽電極和該彈簧之間不發(fā)生電接觸。相反，彈簧21經(jīng)由通孔連接43、即在支撐件5中焊料填充的孔與布置在支撐件5的外側(cè)上的測(cè)量電極8導(dǎo)電地連接。在圖5的透視圖中被隱藏在所示的彈簧21的后面的另一個(gè)彈簧被直接焊接到屏蔽電極9上。因?yàn)槊總€(gè)接近傳感器7的兩個(gè)電極因此與上電路板4接觸，所以下電路板4的布線可以被省略；彈簧22僅用于將支撐件5固定在適當(dāng)位置。

根據(jù)本發(fā)明的支撐件5適于隨后為現(xiàn)有系統(tǒng)配備接近傳感器。如圖6所示，支撐件5可以插塞和/或擰到機(jī)器人23的臂元件26或27上。臂元件26和27分別用作沿縱向方向延展的基板2，如例如圖3中所示。電路板4被擰到用作基板2的臂元件26或27的表面上。支撐件5然后可被推到臂元件26或27上并且插塞到電路板4上的一對(duì)彈簧20中。

支撐件5被制造為與兩個(gè)臂元件26和27的長(zhǎng)度匹配，使得接近傳感器7在兩個(gè)臂元件26和27的整個(gè)長(zhǎng)度上分布。在圖6中，用虛線表示接近傳感器7的輪廓。

機(jī)器人23可以在不同的方向上移動(dòng)其臂元件26和27。下臂元件26借助于鉸接接頭單元25安裝，以便圍繞豎直的第一軸線31并圍繞第二軸線32相對(duì)于固定基部24可旋轉(zhuǎn)，所述第二軸線在這里所示的構(gòu)造中垂直于繪圖平面。上臂元件27借助于另一鉸接接頭單元25安裝，以便圍繞平行于第二軸線的第三軸線33并圍繞沿上臂元件的縱向方向延伸的第四軸線34相對(duì)于下臂元件26可旋轉(zhuǎn)。器械28也借助于另一鉸接接頭單元25安裝，以便可相對(duì)于上臂元件27旋轉(zhuǎn)。

如果物體30進(jìn)入位于臂元件26和27上的接近傳感器7中的至少一個(gè)的檢測(cè)范圍內(nèi)，那么該接近傳感器7產(chǎn)生信號(hào)并將信號(hào)傳遞到可以容納在基部24中的控制單元29?？刂茊卧?9然后可啟動(dòng)合適的安全措施以避免機(jī)器人23與物體30的碰撞并且例如停止機(jī)器人23的運(yùn)動(dòng)。

兩個(gè)臂元件26、27上的接近傳感器、特別是在鉸接接頭單元25附近的接近傳感器如果它們由于圍繞第三軸線33旋轉(zhuǎn)而彼此接近的話也可以彼此檢測(cè)。至少在臂上元件26上，插塞方向r、l平行于第三軸線33定向，使得安裝在臂元件26上的兩個(gè)支撐件5中的一個(gè)的接近傳感器背離另一個(gè)臂元件27，并且不被另一個(gè)臂元件干擾。

為了增加接近傳感器結(jié)構(gòu)1的檢測(cè)范圍的長(zhǎng)度，控制單元29可以將位于相同支撐件5上的接近傳感器7都并聯(lián)地連接在一起或以相鄰接近傳感器7的組并行地連接，以便創(chuàng)建具有較大電極表面的組合傳感器。一旦已經(jīng)由這種組合傳感器檢測(cè)到物體30，則可完全或部分地取消并聯(lián)連接。

雖然這再次減小了范圍，但是因?yàn)榉遣⒙?lián)連接的接近傳感器可彼此獨(dú)立地檢測(cè)物體，所以可更精確地定位由物體30接近的臂元件26或27上的點(diǎn)。

附圖標(biāo)記列表

1接近傳感器結(jié)構(gòu)

2基板

3表面

4電路板

5支撐件

6縱向方向

7接近傳感器

8測(cè)量電極

9屏蔽電極

10突起

11孔

12突起

13螺釘

14邊緣

15邊緣

16螺釘

17殼體

18空腔

19空腔

20一對(duì)彈簧

21彈簧

22彈簧

23機(jī)器人

24基部

25鉸接接頭單元

26臂元件

27臂元件

28器械

29控制單元

30物體

31軸線

32軸線

33軸線

34軸線

35接觸表面

36接觸表面

37接觸表面

38接觸表面

39開口

40腿部

41腿部

42波紋