用于各類袋子的全自動袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種移動裝置，負(fù)責(zé)準(zhǔn)備袋子，用將袋子安裝在包裝設(shè)備的灌裝點(diǎn)(或第二位置)處。移動裝置從拾取位置(或堆垛)(已經(jīng)預(yù)先在所述拾取位置處測量第一位置和方位參數(shù))夾持袋子，移動袋子，同時測量袋子的第二位置和方位參數(shù)，調(diào)整移動裝置的操作和移動用于移動和安裝袋子在灌裝點(diǎn)上；同時，進(jìn)行下一個袋子的第一位置和方位參數(shù)的測量以調(diào)整移動裝置的操作和移動，用于夾持在堆垛上的下一個袋子。伴生在兩個不同的袋子上的這樣的雙重位置評估允許節(jié)省處理時間。
【專利說明】用于各類袋子的全自動袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于包裝舉例來說諸如食品、寵物食品、飼料、種子和化學(xué)工業(yè)中的散裝產(chǎn)品的設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)準(zhǔn)備袋子，用于將袋子安裝在包裝設(shè)備的灌裝點(diǎn)處。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的幾年里，在包裝工業(yè)中，僅舉幾例，已經(jīng)出現(xiàn)用于制造袋子的材料類型(如聚乙烯、聚丙烯、可生物降解的塑料、再生塑料、紙張等)和結(jié)構(gòu)類型(如內(nèi)襯層、無紡布、特殊印刷、涂布等)的重要演進(jìn)。這已經(jīng)導(dǎo)致廣泛使用更多或更少柔性的和更多或更少能滲透的袋子，袋子尺寸的廣泛變化必須減少，以適應(yīng)不同的行業(yè)和不斷增長的市場需求。此外，在過去十年中，全球化的袋子供應(yīng)商進(jìn)入包裝市場，引起袋子的質(zhì)量有很大變化。這引起高質(zhì)量袋子和低質(zhì)量袋子(如袋粘在一起、損壞、不良堆疊和對于給定的尺寸在尺寸上變化)?？傮w而言，上下文的演變導(dǎo)致袋子的相當(dāng)大的變化。
[0003]矛盾的是，伴隨空袋的這種廣泛變化的市場的到來的，是在成品灌裝袋質(zhì)量(即在外觀方面)方面的期望不斷增加，同時期望單個自動化設(shè)備來處理盡可能多的袋子類型，理想地處理所有類型的袋子。
[0004]當(dāng)然，自動包裝設(shè)備被構(gòu)造為在給定應(yīng)用中盡可能高效。為了優(yōu)化成本，對于生產(chǎn)者常見的是盡量擴(kuò)展他們的設(shè)備的范圍，經(jīng)常導(dǎo)致袋子缺少或袋子被拒絕(在該工藝的包裝期間或者稍后)，主要來自于袋子在灌裝步驟之前還沒有被充分地準(zhǔn)備。這種錯失準(zhǔn)備可能會導(dǎo)致不正確地灌裝袋子以及不適當(dāng)?shù)孛芊?非密封)袋子，這可能在衛(wèi)生、保存和污染方面以及在灌裝成品袋子的外觀方面導(dǎo)致質(zhì)量問題，最終導(dǎo)致生產(chǎn)商或客戶的不滿。
[0005]重要的是要記住，涉及用于袋子散裝產(chǎn)品的包裝設(shè)備具有四個主要步驟:1)準(zhǔn)備，2)灌裝，3)密封和4)抽空。
[0006]本發(fā)明主要涉及準(zhǔn)備步驟，其負(fù)責(zé)執(zhí)行以下基本操作:
[0007]-抓取，
[0008]-整理，
[0009]-拆垛，
[0010]-打開，
[0011]-運(yùn)輸,和
[0012]-將袋子安裝在灌裝點(diǎn)。
[0013]這些動作中的一些，以及形成袋子的僅在某些應(yīng)用(例如在使用膜輥的裝置的情況)中是必需的可選動作，可以從一個設(shè)備到另一個設(shè)備切換或結(jié)合。
[0014]起初，僅舉幾例，意圖用于食品、寵物食品、飼料、種子和化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品的包裝是手動完成的。后來，開始包裝設(shè)備的自動化以減少健康和安全問題以及與勞動相關(guān)的成本，同時加速包裝過程并且使之更連續(xù)，提供盡可能更好的質(zhì)量。
[0015]逐步地，包裝設(shè)備的自動化應(yīng)用到包裝的全部四個步驟中。最初，通過具有表示袋子從初始點(diǎn)到最終點(diǎn)的移動的有限自由度的系統(tǒng)進(jìn)行，包括根據(jù)通常由專用裝置實(shí)現(xiàn)的預(yù)先限定的、不變的和來回運(yùn)動來完成不同的動作。如本文所用，術(shù)語“自由度”與機(jī)器人(或移動裝置)運(yùn)動有關(guān)，與它的產(chǎn)生靈活性的轉(zhuǎn)動軸線相關(guān)聯(lián)。參見圖1，用于更好地理解所涉及的不同原則。
[0016]后來，為了獲得運(yùn)動的靈活性，包裝設(shè)備的自動化已經(jīng)發(fā)展到具有更多自由度的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)開始自動地執(zhí)行不同的包裝步驟，如在描述自動化的封裝步驟的專利申請PCT / CA2010 / 001940中所示，或在描述自動灌裝步驟的系統(tǒng)的美國61 / 382.279中所
/Jn ο
[0017]考慮到準(zhǔn)備可以在材料類型、結(jié)構(gòu)類型、尺寸和質(zhì)量方面變化的袋子的復(fù)雜性，準(zhǔn)備步驟的自動化已成為一種挑戰(zhàn)。事實(shí)上，(在準(zhǔn)備步驟中)使用3至4個自由度的系統(tǒng)僅在有限的應(yīng)用中起作用，因?yàn)檫@些系統(tǒng)幾乎不能有效地處理多孔的、柔性的、不良堆疊和/或具有不同尺寸(對于給定尺寸)的袋子。
[0018]后來，為了處理更大范圍的袋，準(zhǔn)備步驟的自動化開始使用具有5至6個自由度的系統(tǒng)來完成。在現(xiàn)有的裝袋機(jī)中，大多數(shù)是開口式裝袋機(jī)，準(zhǔn)備步驟包括所需的具體動作的完成，通常意味著將空袋子從初始點(diǎn)移動到最終點(diǎn)(灌裝點(diǎn))，結(jié)合袋子的一個(或多個)位置評估允許袋子位置或獲得袋子的夾持裝置的位置的校正，這兩種類型的校正是等同的，因?yàn)閮煞N類型的校正產(chǎn)生受限運(yùn)動之前的校正。事實(shí)上，目標(biāo)是校正袋子的位置，以將袋子移動到已知的(并且限定)的位置中，并且根據(jù)預(yù)定的、不變的和來回運(yùn)動移動袋子，所述預(yù)定的、不變的和來回運(yùn)動大部分時間通過各種專用裝置實(shí)現(xiàn)。這些專用裝置在限定位置夾持袋子，并且將袋子移動到另一個專用裝置(位于限定位置中)。因?yàn)樵诖佣讯馍蠈?shí)現(xiàn)位置評估非常復(fù)雜，需要將位置評估與上游的專用拆垛機(jī)結(jié)合以僅將一個帶子帶到已知的(并且限定的)位置中。盡管存在這樣的系統(tǒng)對于尺寸變化(對于給定的尺寸)更寬容的事實(shí)，但這些5至6個自由度的系統(tǒng)沒有提供關(guān)于多孔和柔性袋子的高效處理的改進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)高效率處理，這樣的裝置在拆垛和位置評估方面將需要增加新的裝置。這將防止例如較軟袋子變形，并且使系統(tǒng)更有效地用于各種堆疊的袋子。因此，其將使這臺機(jī)器過于昂貴和復(fù)雜。
[0019]通過分析現(xiàn)有技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，在包裝設(shè)備的自動化領(lǐng)域中，很難找到自動化準(zhǔn)備步驟的有效途徑，以便處理各種袋子，包括多孔的、柔性的、不良堆積的和/或尺寸變化(針對給定尺寸)的袋子；同時能夠高速地提供實(shí)現(xiàn)預(yù)期質(zhì)量的完成的灌裝袋子。
[0020]因此，目前需要簡單的、完全自動化的和快速的自動化系統(tǒng)(具有5至6個自由度)，用于通過更深地利用全部現(xiàn)有自由度更好地準(zhǔn)備袋子，以便處理不同類型的袋子，并且提供預(yù)期的質(zhì)量和較少被拒絕的袋子的完成的灌裝的袋子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明解決了上述需求中的至少一個。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于在包裝設(shè)備中處理的袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)，包括:
[0023]-移動裝置，用于在拾取位置和第二位置之間移動袋子，移動裝置包括用于在移動裝置移動期間夾持袋子的夾持器；
[0024]-第一測量系統(tǒng)，用于在拾取位置處測量表示袋子的拾取位置的拾取位置參數(shù)，并且用于產(chǎn)生表示拾取位置參數(shù)的第一信號；
[0025]-第二測量系統(tǒng)，用于在拾取位置和第二位置之間的中間位置處測量表示袋子的中間位置和方位的中間位置參數(shù)和中間方位參數(shù)中的至少一個,并且用于產(chǎn)生表示中間位置參數(shù)和中間方位參數(shù)中的所述至少一個的第二信號；和
[0026]-控制器，用于控制移動裝置的操作和移動，所述控制器調(diào)節(jié)移動裝置的操作和移動，用于根據(jù)第一信號在拾取位置夾持袋子，并且用于根據(jù)第二信號朝向第二位置移動袋子。
[0027]優(yōu)選地，移動裝置是5或6個自由度的系統(tǒng)。
[0028]優(yōu)選地，根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例，移動裝置是機(jī)器人。
[0029]優(yōu)選地，根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，移動裝置是專用5或6個自由度的系統(tǒng)。
[0030]優(yōu)選地，本發(fā)明提供了一種移動裝置，負(fù)責(zé)準(zhǔn)備袋子，用于將袋子安裝在包裝設(shè)備的灌裝點(diǎn)(或第二位置)處。移動裝置從拾取位置(或堆垛)(方位已經(jīng)預(yù)先在所述拾取位置處測量第一位置和方位參數(shù))夾持袋子，移動袋子，同時測量袋子的第二位置和方位參數(shù)，調(diào)節(jié)移動裝置的操作和移動用于移動和安裝袋子在灌裝點(diǎn)上；同時，進(jìn)行下一個袋子的第一位置和定向參數(shù)的測量以調(diào)節(jié)移動裝置的操作和移動，用于夾持在堆垛上的下一個袋子。伴生在兩個不同的袋子上的這樣的雙重位置評估允許節(jié)省處理時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]在閱讀僅通過非限制性示例的方式提供的詳細(xì)描述并且在參照附圖時，本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中:
[0032]圖1是根據(jù)自由度以及位置和方位測量與移動裝置調(diào)節(jié)功能執(zhí)行準(zhǔn)備動作的運(yùn)動的示意圖。
[0033]圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的笛卡爾坐標(biāo)系和本發(fā)明的工作方案的透視圖。
[0034]圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的透視圖，示出夾持器。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了容易理解笛卡爾坐標(biāo)軸系統(tǒng)以及本發(fā)明的工作方案，請參考圖2。
[0036]本發(fā)明提供了一種5到6個自由度的移動裝置，所述移動裝置可以是連接到夾持器的機(jī)器人或?qū)Ｓ醚b置，包括負(fù)責(zé)位置評估和校正功能的控制器，以在包裝系統(tǒng)中執(zhí)行準(zhǔn)備步驟。這種系統(tǒng)意味著空袋子從初始點(diǎn)(或拾取位置，其優(yōu)選地在袋堆的頂部)到灌裝點(diǎn)(第二位置)的移動，包括基于根據(jù)測得的袋子位置具體地限定或調(diào)節(jié)的可變和連續(xù)運(yùn)動(理想地由單個移動裝置實(shí)現(xiàn))來完成全部袋子準(zhǔn)備動作。更具體地講，這種系統(tǒng)提供移動裝置，移動裝置夾持袋子(其中Z軸位置和P方位已經(jīng)被預(yù)先評估)、在測量X和y位置和r方位的同時移動帶子、調(diào)整袋子到灌裝點(diǎn)的轉(zhuǎn)移和安裝動作；同時，對下一個袋子的Z位置和P方位進(jìn)行評估以調(diào)節(jié)運(yùn)動，負(fù)責(zé)夾持在堆垛上的這個袋子。在兩個不同的袋子上伴生的這樣的雙重位置評估允許節(jié)省處理時間。
[0037]如本文所用，術(shù)語“位置”是指結(jié)合位置和方位的概念。
[0038]如本文所用，術(shù)語“測量”，“被測量”或者“用于測量”意在包括位置的檢測、計(jì)算或評估的概念或確定袋子的位置的任何其它已知方法。[0039]如本文所用，與運(yùn)動相關(guān)聯(lián)的術(shù)語“調(diào)整”，“被調(diào)整”或“用于調(diào)整”，旨在不僅包括調(diào)整，而且還包括在其操作期間可以執(zhí)行的裝置的運(yùn)動的任何改進(jìn)、修改或校正。
[0040]本發(fā)明包括用于測量位置和方位參數(shù)和用于產(chǎn)生表示所測量位置和方位參數(shù)的信號的測量系統(tǒng)，測量位置和方位參數(shù)中的每一個允許根據(jù)先前的計(jì)算位置(或基于其信號表示)調(diào)整移動裝置的操作和移動。對袋子Z位置進(jìn)行第一次評估以檢測袋子堆疊厚度，并且調(diào)整抓取運(yùn)動以從袋子堆垛上得到單個袋子。為了處理其他應(yīng)用，諸如多孔袋子或錯誤堆疊的袋子，可以增加用于檢測袋子堆疊的一個角到另一個角的不同定位的另一個袋子堆疊厚度檢測機(jī)構(gòu)以評估袋子關(guān)于P方位(圍繞Y軸轉(zhuǎn)動)的位置。在夾持袋子之前但是在先前的袋子被移動的同時的這種袋子的評估是有效的和節(jié)省時間的。進(jìn)行第二評估以調(diào)整移動裝置的操作和移動，用于移動和安裝袋子在灌裝點(diǎn)處。袋子夾持器組件相對于X和y位置和r方位(其圍繞z軸轉(zhuǎn)動)的位置被測量，從而允許確定(通常計(jì)算):夾持器的位置、袋子相對于夾持器的預(yù)先確定的位置的位置、和相對于在灌裝點(diǎn)的袋子位置。優(yōu)選地使用檢測機(jī)構(gòu)(例如，照相機(jī)或傳感器組合)來跟蹤袋子的輪廓作為位置基準(zhǔn)。在其它應(yīng)用中，在質(zhì)量(即壓痕)允許這樣的做法的情況下，再現(xiàn)基準(zhǔn)(例如，印刷標(biāo)記、缺口、標(biāo)識等)可以用于檢測袋子。在袋子被運(yùn)送往灌裝點(diǎn)時而不是在夾持袋子之前對袋子(X和y位置和r方位)進(jìn)行這種評估，從而加快過程。
[0041]優(yōu)選地，根據(jù)先前檢測到的袋子位置，本發(fā)明執(zhí)行兩個預(yù)期的校正，調(diào)整移動裝置的操作和移動，以優(yōu)化系統(tǒng)的次序。進(jìn)行第一個調(diào)整以實(shí)現(xiàn)在堆垛上的袋子的精確和校正的夾持運(yùn)動，并且結(jié)果是從堆垛中更好地分離單個袋子。進(jìn)行第二個調(diào)整以實(shí)現(xiàn)袋子在灌裝點(diǎn)處的精確和校正的位置，并且結(jié)果是極少數(shù)袋子被拒絕。在最壞的情況下，也就是當(dāng)運(yùn)動校正是如此重要以至于不能有效地進(jìn)行時，就有可能在這一點(diǎn)處拒絕袋子。
[0042]本發(fā)明被設(shè)計(jì)成用于通過進(jìn)行理想地通過由用于執(zhí)行準(zhǔn)備袋子的全部動作的單個移動裝置實(shí)現(xiàn)的連續(xù)運(yùn)動(而不是大部分時間通過各種專用裝置實(shí)現(xiàn)的來回運(yùn)動)更好地使用系統(tǒng)的全部自由度。代替增加專用的裝置(例如專用的卸垛機(jī))和復(fù)制其他專用裝置的自由度，該系統(tǒng)的未被開發(fā)的自由度將被使用。而且，事實(shí)上，執(zhí)行準(zhǔn)備動作的連續(xù)運(yùn)動理想地都由單個移動裝置執(zhí)行，導(dǎo)致沒有(或很少)袋子從裝置傳輸?shù)搅硪粋€裝置，從而意味著成品袋子的更好質(zhì)量。
[0043]如圖2所示，軸X，y和z (位置x，y, z)表示在笛卡爾坐標(biāo)系中的三維位置。轉(zhuǎn)動w,p,r (方位w,p,r)描述圍繞笛卡爾坐標(biāo)系中的給定軸的轉(zhuǎn)動。在測量x和y位置和r方位的同時移動帶子(a)，允許調(diào)整袋子到灌裝點(diǎn)的轉(zhuǎn)移和安裝運(yùn)動(b)。下一個袋子z位置(和可選的P方位)的測量允許調(diào)整負(fù)責(zé)夾持堆垛上的袋子的運(yùn)動(C)。
[0044]如圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)(A)中所描述的系統(tǒng)根據(jù)通常由專用的系統(tǒng)執(zhí)行的預(yù)定的、不變的和來回運(yùn)動將帶子從初始點(diǎn)(拾取位置)移動到灌裝點(diǎn)(第二位置)，包括完成全部袋子準(zhǔn)備動作，整合袋子的位置測量，該位置測量允許調(diào)整袋子位置(在夾持袋子之前)。本發(fā)明(B)從初始點(diǎn)移動袋子至最終點(diǎn)，包括完成全部袋子準(zhǔn)備動作，整合第一位置測量，該第一位置測量用于檢測袋子堆垛厚度和調(diào)整夾持運(yùn)動，以便照原樣(不論其位置)獲取袋子堆上的單個袋子，同時在先前袋子上進(jìn)行第二位置測量以調(diào)整移動裝置的操作和移動，用于移動帶子和將帶子安裝在灌裝點(diǎn)處。通過可變的和連續(xù)的運(yùn)動(理想地由單個移動裝置實(shí)現(xiàn))進(jìn)行校正。[0045]如圖3所示，本發(fā)明提供夾持器，其中真空杯子10被用于抓取在堆垛上的袋子，間隔器12被用于在移動的同時保持袋子打開，并且袋子夾鉗14被用于在袋子移動期間操縱和保持袋子的選定配置。
[0046]雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在這里已經(jīng)被詳細(xì)描述和在附圖中示出，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于這些精確的實(shí)施例，并且各種改變和修改可以在此實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在包裝設(shè)備中操作的袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)，包括: -移動裝置，用于在拾取位置和第二位置之間移動袋子，移動裝置包括用于在該移動裝置移動期間夾持袋子的夾持器； -第一測量系統(tǒng)，用于在拾取位置處測量表示袋子的拾取位置的拾取位置參數(shù)，并且用于產(chǎn)生表示拾取位置參數(shù)的第一信號； -第二測量系統(tǒng)，用于在拾取位置和第二位置之間的中間位置處測量表示袋子的中間位置和方位的中間位置參數(shù)和中間方位參數(shù)中的至少一個，并且用于產(chǎn)生表示中間位置參數(shù)和中間方位參數(shù)中的所述至少一個的第二信號；和 -控制器，用于控制移動裝置的操作和移動，所述控制器調(diào)節(jié)移動裝置的操作和移動，用于根據(jù)第一信號在拾取位置夾持袋子，并且用于根據(jù)第二信號朝向第二位置移動袋子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)，其中第一測量系統(tǒng)進(jìn)一步測量指示袋子的拾取方位的拾取方位參數(shù)，并且由第一測量系統(tǒng)產(chǎn)生的第一信號進(jìn)一步指示拾取方位參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)，其中移動裝置是五自由度系統(tǒng)或六自由度系統(tǒng)中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)，其中移動裝置是機(jī)器人。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的袋子準(zhǔn)備系統(tǒng)，其中移動裝置是專用五自由度系統(tǒng)或?qū)Ｓ昧杂啥认到y(tǒng)中的至少一種。
【文檔編號】B65B43/42GK103857593SQ201280046434
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】安德烈·艾伯特, 斯蒂夫·圣得雷 申請人:派米爾技術(shù)有限公司