安全的最后屏障 —— 限位、缓冲与保护装置

非标设备必须为“万一”做好准备。限位与缓冲装置，既是精度保障，更是防止碰撞、保护人员和设备安全的生命线。其设计必须遵循“故障安全”原则。

1. 电气限位与原点传感

• 硬限位（Hard Limit）： 安装在运动轴行程极限的机械式限位开关（如欧姆龙D4V系列）。当运动部件触碰，直接切断伺服使能或主回路，是最终安全屏障。其信号必须接入安全回路或伺服驱动器的硬限位端口，而非普通PLC输入。

• 软限位（Soft Limit）： 在控制器（PLC/运动控制卡）内设置的行程值。其可靠性依赖于编码器反馈的准确性。绝对不可仅依赖软限位作为唯一保护。

• 原点传感器： 用于寻找机械参考点。光电式（漫反射/对射）和接近式（电感/电容）常用。设计要点是保证重复触发精度和抗干扰性（如金属屑对电感传感器的干扰）。

2. 机械缓冲与阻尼

• 液压缓冲器（油压缓冲器）： 吸收高速运动部件动能的核心元件。选型计算至关重要：

  1. 计算冲击能量 E = 1/2 * m * v² + m * g * h（水平运动忽略后者）。

  2. 根据能量和每小时冲击次数，选择相应容量（Joules）的型号。

  3. 校核允许推力，防止缓冲器活塞杆被压弯。

  • 安装要点： 确保撞击中心对准，侧向负载需小于允许值。可调节型缓冲器可用于调试阶段优化缓冲效果。

• 聚氨酯缓冲垫（优力胶）： 用于低速、轻载或作为辅助缓冲。其缓冲特性是非线性的，会老化变硬，需定期检查更换。

• 气液阻尼缸： 将气缸与液压缓冲一体化，实现“快进-慢进（工进）-缓冲”的平滑运动，常用于拾放、压装工艺。

3. 过载保护装置

• 扭矩限制器（安全联轴器）： 分摩擦式与滚珠式。

  • 摩擦式： 通过弹簧预紧摩擦片传递扭矩，过载时打滑。可自动复位，但扭矩精度较低（±10%）。

  • 滚珠式（剪断式）： 扭矩精度高（±5%），过载时滚珠脱开并需手动复位。是保护精密传动部件（如减速机）的理想选择。

  • 关键： 必须安装在最靠近负载的传动侧，并确保打滑信号（接近开关感知）能触发设备停机。

• 安全光幕与安全地毯： 用于区域防护。需根据安全标准（如ISO 13849 PL等级）选择合适的安全等级，并接入安全继电器或安全PLC。

设计哲学：防御的深度
安全设计应像城堡，有多道防线：

1. 第一道（正常控制）： 运动程序中的速度和位置规划。

2. 第二道（过程监控）： 软限位、扭矩实时监控、视觉位置校验。

3. 第三道（硬件保护）： 硬限位开关、扭矩限制器。

4. 第四道（物理阻挡）： 硬质机械挡块（如钢块），用于防止在硬限位失效情况下的灾难性碰撞。

5. 第五道（区域隔离）： 安全光栅、防护门锁。

总结： 限位与缓冲系统，是非标设备设计中责任最重的一环。它要求设计师兼具严谨的力学计算、清晰的电路逻辑和对安全标准的深刻理解。它的每一次成功干预，都是一次潜在重大损失的避免。