用于各類袋子的全自動袋子準備系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種移動裝置，負責準備袋子，用將袋子安裝在包裝設備的灌裝點(或第二位置)處。移動裝置從拾取位置(或堆垛)(已經(jīng)預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)，調整移動裝置的操作和移動用于移動和安裝袋子在灌裝點上；同時，進行下一個袋子的第一位置和方位參數(shù)的測量以調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備系統(tǒng)
【技術領域】
[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、種子和化學工業(yè)中的散裝產(chǎn)品的設備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)負責準備袋子，用于將袋子安裝在包裝設備的灌裝點處。
【背景技術】
[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)和結構類型(如內襯層、無紡布、特殊印刷、涂布等)的重要演進。這已經(jīng)導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，全球化的袋子供應商進入包裝市場，引起袋子的質量有很大變化。這引起高質量袋子和低質量袋子(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，上下文的演變導致袋子的相當大的變化。
[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]當然，自動包裝設備被構造為在給定應用中盡可能高效。為了優(yōu)化成本，對于生產(chǎn)者常見的是盡量擴展他們的設備的范圍，經(jīng)常導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備。這種錯失準備可能會導致不正確地灌裝袋子以及不適當?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致質量問題，最終導致生產(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)品的包裝設備具有四個主要步驟:1)準備，2)灌裝，3)密封和4)抽空。
[0006]本發(fā)明主要涉及準備步驟，其負責執(zhí)行以下基本操作:
[0007]-抓取，
[0008]-整理，
[0009]-拆垛，
[0010]-打開，
[0011]-運輸,和
[0012]-將袋子安裝在灌裝點。
[0013]這些動作中的一些，以及形成袋子的僅在某些應用(例如在使用膜輥的裝置的情況)中是必需的可選動作，可以從一個設備到另一個設備切換或結合。
[0014]起初，僅舉幾例，意圖用于食品、寵物食品、飼料、種子和化學工業(yè)的產(chǎn)品的包裝是手動完成的。后來，開始包裝設備的自動化以減少健康和安全問題以及與勞動相關的成本，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量。
[0015]逐步地，包裝設備的自動化應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到最終點的移動的有限自由度的系統(tǒng)進行，包括根據(jù)通常由專用裝置實現(xiàn)的預先限定的、不變的和來回運動來完成不同的動作。如本文所用，術語“自由度”與機器人(或移動裝置)運動有關，與它的產(chǎn)生靈活性的轉動軸線相關聯(lián)。參見圖1，用于更好地理解所涉及的不同原則。
[0016]后來，為了獲得運動的靈活性，包裝設備的自動化已經(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
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[0017]考慮到準備可以在材料類型、結構類型、尺寸和質量方面變化的袋子的復雜性，準備步驟的自動化已成為一種挑戰(zhàn)。事實上，(在準備步驟中)使用3至4個自由度的系統(tǒng)僅在有限的應用中起作用，因為這些系統(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)有的裝袋機中，大多數(shù)是開口式裝袋機，準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移動到最終點(灌裝點)，結合袋子的一個(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，因為兩種類型的校正產(chǎn)生受限運動之前的校正。事實上，目標是校正袋子的位置，以將袋子移動到已知的(并且限定)的位置中，并且根據(jù)預定的、不變的和來回運動移動袋子，所述預定的、不變的和來回運動大部分時間通過各種專用裝置實現(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)。因為在袋子堆垛上實現(xiàn)位置評估非常復雜，需要將位置評估與上游的專用拆垛機結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，但這些5至6個自由度的系統(tǒng)沒有提供關于多孔和柔性袋子的高效處理的改進。為了實現(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，其將使這臺機器過于昂貴和復雜。
[0019]通過分析現(xiàn)有技術，可以發(fā)現(xiàn)，在包裝設備的自動化領域中，很難找到自動化準備步驟的有效途徑，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現(xiàn)預期質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)有自由度更好地準備袋子，以便處理不同類型的袋子，并且提供預期的質量和較少被拒絕的袋子的完成的灌裝的袋子。

【發(fā)明內容】

[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備中處理的袋子準備系統(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)選實施例，移動裝置是機器人。
[0029]優(yōu)選地，根據(jù)另一優(yōu)選實施例，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，負責準備袋子，用于將袋子安裝在包裝設備的灌裝點(或第二位置)處。移動裝置從拾取位置(或堆垛)(方位已經(jīng)預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上；同時，進行下一個袋子的第一位置和定向參數(shù)的測量以調節(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節(jié)功能執(zhí)行準備動作的運動的示意圖。
[0033]圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的笛卡爾坐標系和本發(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)選實施例的系統(tǒng)的透視圖，示出夾持器。
【具體實施方式】
[0035]為了容易理解笛卡爾坐標軸系統(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器人或專用裝置，包括負責位置評估和校正功能的控制器，以在包裝系統(tǒng)中執(zhí)行準備步驟。這種系統(tǒng)意味著空袋子從初始點(或拾取位置，其優(yōu)選地在袋堆的頂部)到灌裝點(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節(jié)的可變和連續(xù)運動(理想地由單個移動裝置實現(xiàn))來完成全部袋子準備動作。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)被預先評估)、在測量X和y位置和r方位的同時移動帶子、調整袋子到灌裝點的轉移和安裝動作；同時，對下一個袋子的Z位置和P方位進行評估以調節(jié)運動，負責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，術語“位置”是指結合位置和方位的概念。
[0038]如本文所用，術語“測量”，“被測量”或者“用于測量”意在包括位置的檢測、計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，與運動相關聯(lián)的術語“調整”，“被調整”或“用于調整”，旨在不僅包括調整，而且還包括在其操作期間可以執(zhí)行的裝置的運動的任何改進、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)先前的計算位置(或基于其信號表示)調整移動裝置的操作和移動。對袋子Z位置進行第一次評估以檢測袋子堆疊厚度，并且調整抓取運動以從袋子堆垛上得到單個袋子。為了處理其他應用，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構以評估袋子關于P方位(圍繞Y軸轉動)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。進行第二評估以調整移動裝置的操作和移動，用于移動和安裝袋子在灌裝點處。袋子夾持器組件相對于X和y位置和r方位(其圍繞z軸轉動)的位置被測量，從而允許確定(通常計算):夾持器的位置、袋子相對于夾持器的預先確定的位置的位置、和相對于在灌裝點的袋子位置。優(yōu)選地使用檢測機構(例如，照相機或傳感器組合)來跟蹤袋子的輪廓作為位置基準。在其它應用中，在質量(即壓痕)允許這樣的做法的情況下，再現(xiàn)基準(例如，印刷標記、缺口、標識等)可以用于檢測袋子。在袋子被運送往灌裝點時而不是在夾持袋子之前對袋子(X和y位置和r方位)進行這種評估，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)行兩個預期的校正，調整移動裝置的操作和移動，以優(yōu)化系統(tǒng)的次序。進行第一個調整以實現(xiàn)在堆垛上的袋子的精確和校正的夾持運動，并且結果是從堆垛中更好地分離單個袋子。進行第二個調整以實現(xiàn)袋子在灌裝點處的精確和校正的位置，并且結果是極少數(shù)袋子被拒絕。在最壞的情況下，也就是當運動校正是如此重要以至于不能有效地進行時，就有可能在這一點處拒絕袋子。
[0042]本發(fā)明被設計成用于通過進行理想地通過由用于執(zhí)行準備袋子的全部動作的單個移動裝置實現(xiàn)的連續(xù)運動(而不是大部分時間通過各種專用裝置實現(xiàn)的來回運動)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)和復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，事實上，執(zhí)行準備動作的連續(xù)運動理想地都由單個移動裝置執(zhí)行，導致沒有(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)表示在笛卡爾坐標系中的三維位置。轉動w,p,r (方位w,p,r)描述圍繞笛卡爾坐標系中的給定軸的轉動。在測量x和y位置和r方位的同時移動帶子(a)，允許調整袋子到灌裝點的轉移和安裝運動(b)。下一個袋子z位置(和可選的P方位)的測量允許調整負責夾持堆垛上的袋子的運動(C)。
[0044]如圖1所示，在現(xiàn)有技術(A)中所描述的系統(tǒng)根據(jù)通常由專用的系統(tǒng)執(zhí)行的預定的、不變的和來回運動將帶子從初始點(拾取位置)移動到灌裝點(第二位置)，包括完成全部袋子準備動作，整合袋子的位置測量，該位置測量允許調整袋子位置(在夾持袋子之前)。本發(fā)明(B)從初始點移動袋子至最終點，包括完成全部袋子準備動作，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整夾持運動，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行第二位置測量以調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處。通過可變的和連續(xù)的運動(理想地由單個移動裝置實現(xiàn))進行校正。[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)選實施例在這里已經(jīng)被詳細描述和在附圖中示出，但應當理解，本發(fā)明并不限于這些精確的實施例，并且各種改變和修改可以在此實現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的范圍。
【權利要求】
1.一種用于在包裝設備中操作的袋子準備系統(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)權利要求1所述的袋子準備系統(tǒng)，其中第一測量系統(tǒng)進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)生的第一信號進一步指示拾取方位參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2或3所述的袋子準備系統(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)權利要求3所述的袋子準備系統(tǒng)，其中移動裝置是機器人。
5.根據(jù)權利要求3所述的袋子準備系統(tǒng)，其中移動裝置是專用五自由度系統(tǒng)或專用六自由度系統(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:派米爾技術有限公司