CN102040180B

CN102040180B - 用于旋盖容器的方法和装置

Info

Publication number: CN102040180B
Application number: CN 201010511605
Authority: CN
Inventors: 安德鲁斯·德沃特; 克劳斯·布赫浩斯; 冈特·弗兰肯伯格
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: EP2311773A1; DE102009045637A1; SI2311773T1; EP2311773B1; JP5594667B2; CN102040180A; JP2011084340A; US20110083405A1; US8915052B2

Abstract

本发明涉及一种用于旋盖容器、特别是旋盖瓶的方法和装置。通过测量用于拾取各个闭合盖的拾取阶段中和/或用于旋拧闭合盖的旋拧阶段中用于升降闭合头的线性驱动系统的功率消耗，并且将该功率消耗与功率消耗的至少一个特征值相比较，以检测即将发生的或者已经发生的不正确闭合，容器可以较低的错误率闭合，并且可以以较低的错误率从连续产品流中排出可能不正确地闭合的容器。

Description

用于旋盖容器的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于旋盖容器、特别是瓶的方法和装置。所述方法利用闭合头将闭合盖旋拧至将被闭合的容器，每个闭合头均被联结到马达驱动的线性驱动系统和马达驱动的转动驱动系统。所述装置具有：至少一个闭合头，其用于拾取闭合盖并且将所述闭合盖旋拧至所述容器；马达驱动线性驱动系统，其用于沿着线性轴线升降所述闭合头；以及马达驱动转动驱动系统，其用于绕转动的轴线转动所述闭合头。

背景技术

如所熟知的那样，容器的螺纹盖，例如瓶的螺纹盖可以在旋转机中闭合，旋转机具有绕共用轴线转动的若干周向布置的闭合站(closing station)，每个闭合盖被保持在闭合头中，所述闭合头在被放置在各个瓶口上之后与螺距对应地在转动的同时下降。作为一种可选方案，当闭合盖被旋拧时瓶也可以被相应地升高。

在这种背景下，从专利文献DE 102007057857A1中已知在容器的闭合过程中利用组合的线性-旋转驱动器实现闭合头的升降以及转动的方案。

此外，从专利文献DE 102007047742A1中还已知测量用于转动闭合件的扭矩或电动机功率消耗的方案，特别是在施加设置于闭合件的防盗带(pilfer-proof)时测量用于转动闭合件的扭矩或电动机功率消耗，以便能够分开调整和检查在施加防盗带时和当闭合件被最终旋紧时的最大扭矩。

然而，仍然需要以较低的错误率来闭合容器并且能够以较低的错误率从连续产品流排出可能不正确闭合的容器，特别是利用具有线性-旋转驱动器的闭合头。

发明内容

本发明的目的是提供一种在上述方面改善的用于闭合容器的方法以及相应的装置。

该目的利用如下方法实现：在该方法中，测量用于拾取各个闭合盖的拾取阶段中和/或用于旋拧闭合盖的旋拧阶段中闭合头的线性驱动系统的功率消耗，并且将该功率消耗与功率消耗的至少一个特征值相比较，以检测即将发生的或者已经发生的不正确闭合。线性驱动系统的功率消耗可以被用作用于闭合头的压力的测量，因此允许分别直接得出闭合头和闭合盖之间接触或者闭合盖和容器口之间接触的结论。根据特征值的规格和选择，可以选择性地控制拾取和旋拧闭合盖的单个阶段。在这方面，特征值是单个值，例如临界值，或者电流，例如正或者负峰值负载，这些值用作本方法中的特定时间部分中能够确定闭合过程正确或者不正确的基准值。术语功率消耗被代表性地用于直接或者间接与使用的马达输出相关的所有的电变量，特别地表示分别用于闭合头或闭合盖的所施加的压力的测量措施。

优选地，还确定闭合头相对于线性驱动系统的线性轴线的位置。从而，闭合头的位置可以与功率损耗的单个测量值相关。因此，可以验证特定位置的电流值是否可以接受，因此改善错误检测的可靠性。同样地，可以从功率消耗的特定过程中知道闭合头沿着线性轴线的位置的可能变化。

优选地，所述特征值是拾取阶段中的功率消耗的上临界值。当超过所述上临界值时，可以知道存在不能接受的大压力，从而检测或确定闭合盖是否变形和/或没有正确地旋拧上。从而，可以确定即将发生的不正确闭合，或者可以避免不正确的闭合。

优选地，所述特征值是拾取阶段的功率消耗的下临界值。如果降低到下临界值之下，可以知道存在不可接受的低压力，因此检测或确定是否没有闭合盖或闭合盖的防盗带。从而，可以检测即将发生的不正确闭合，或者可以避免不正确的闭合。

优选地，所述特征值是拾取阶段的功率消耗的特征峰值，并且验证所述特征峰值是否在拾取阶段出现。克服闭合盖与闭合头接合时的机械阻力产生功率消耗的瞬时增大。如果特征峰值负载出现，因此可以检测或确定闭合盖是否被闭合头正确地拾取。从而，可以认为闭合盖可以被以特别高的可能性被正确旋拧上。特别地，功率消耗和线性轴线的移动与至少一个临界值的比较相结合，可以额外增加验证信息值，并且改善质量保证。

优选地，所述特征值是旋拧阶段的功率消耗的上临界值。如果超过所述上临界值，可以知道在旋拧过程中的机械阻力增大，例如，当防盗带接近瓶口时所述机械阻力升高。因此，可以检测或确定防盗带是否被正确地安装。从而可以确保闭合的质量。

优选地，所述特征值是旋拧阶段中、特别是在沿与闭合方向相反的方向转动过程中的功率消耗的特征峰值，并且利用该特征峰值，确定闭合盖和容器口形成螺纹接合开始处闭合头的开始位置。从而，可以检测用于确定瓶口的绝对位置的参考值。这种确定很大程度上与单个闭合站的公差无关，因此特别精确。

优选地，利用螺纹接合开始处的上述开始位置，计算出闭合头的期望的下端位置，并且当到达期望的下端位置时的功率消耗与所述功率消耗的其它特征值相比较。从而，可以在旋拧阶段的限定结束点检测螺纹接合。这允许螺纹操作的最终检测。

优选地，所述其它特征值是旋拧阶段中的功率消耗的下临界值。如果降低到所述临界值之下，可以检测或确定闭合盖是否没有正确的旋拧上或者没有容器口。这样，可以检测不正确的闭合。

优选地，容器以连续产品流的方式被供给，并且被检测为不正确地闭合的容器被从产品流中排出。从而可以确保仅完美地闭合的瓶被进一步处理。

上述技术目的还利用用于旋盖容器的装置实现，其设置有用于测量线性驱动系统的功率消耗的测量部件，以及用于将在拾取和/或旋拧闭和盖的过程中所测量到的功率消耗与功率消耗的特征值相比较以检测即将发生的不正确闭合或者不正确闭合的评价部件。利用所述测量部件，可以确定用于闭合头的压力的测量，并且因此可以直接知道闭合头和闭合盖之间的接触或者所述闭合盖和所述容器口之间的接触。

一种特别有利的实施方式还包括用于确定闭合头相对于线性轴线的位置的监控部件。从而，闭合头的位置可以与功率损耗的单个测量值相关。可以相应地验证特定位置的电流值是否可以接收，并因此改善错误检测的可靠性。同样地，可以从功率消耗特定过程中知道闭合头沿着线性轴线的位置的可能变化。

一种有利的实施方式还包括用于排出不正确地闭合的容器的排出装置。从而可以确保仅正确闭合的容器被进一步处理。

优选地，根据本发明的装置包括控制装置，所述控制装置可以控制线性驱动系统和转动驱动系统，使得仅旋拧上没有检测到即将发生不正确闭合的闭合盖。

也可以通过线性轴线的功率消耗影响转动轴线在旋拧到容器口上的过程中的速度，以便例如调整系统以改变节距和/或容器口/闭合件的高度。这里，可以设想到设定一种自学习系统，在该自学习系统中仅开始角、结束角和特征临界值影响系统。

附图说明

本发明的优选实施方式在附图中示出。在附图中：

图1示出了根据本发明的装置的示意性图示；

图2示出了闭合头在闭合盖的拾取过程中的示意性位置-时间图，以及闭合头的线性驱动系统的相应的电流-时间轨迹；

图3示出了闭合头在闭合盖放置在容器口上、旋拧和旋紧过程中的示意性位置-时间图，以及闭合头的线性驱动系统和转动驱动系统的相应的电流-时间轨迹。

具体实施方式

从图1中可见，根据本发明的实施方式的用于闭合瓶2或类似容器的装置1被设计为旋转机，该旋转机具有均匀地且沿周向地分布于装置1的用于拾取和保持螺旋式盖4的若干闭合头3，为每个闭合头3连接例如伺服马达等的一个马达5，以用于利用线性驱动系统L升降闭合头3并且利用转动驱动系统R转动闭合头3(没有单独示出驱动系统L、R)。马达5也可以是步进马达或者任何线性马达，驱动器系统L、R不一定必须要分别结合在一个马达或外壳中。由于用于将瓶2引导入和引导出的装置在现有技术中是已知的，因此没有示出。

为了简单起见，仅仅对于右侧马达5示意性地示出了具有用于测量流过驱动系统L、R的电流I_L和I_R的电流表7的电源线以及用于确定闭合头3相对于马达5的线性轴线L’的位置y的监控装置9。监控装置9例如可以是伺服驱动系统的组件。为了条理清楚的目的，也示出了转动R’的轴线，系统L、R经由共用轴驱动闭合头3。

如图1的右侧所示，每个闭合头3与在瓶的凸缘(collar)2a处保持将被闭合的瓶2的颈部星(neck star)10相结合在旋转机的一定角度范围形成闭合站11。为了将特别是PET瓶2的瓶保持在颈部星10中以防止转动，该颈部星10设置可以与瓶凸缘2a中的对应凹部(没有详细示出)接合的突起部或突钉(spike)。然而，玻璃瓶或其它的可回收的PET瓶反而可以例如通过带夹紧等以已知的方式保持，以防止转动。

在图1的左侧，示出由具有拾取轮13的闭合头3和用于供给螺旋式盖4的供给件14形成的拾取站12。这里，闭合盖4与闭合头3同步地被设置在拾取轮13上，并且通过将闭合头3降低到各个闭合盖4而由闭合头3拾起或拾取闭合盖4。为此目的，用于闭合盖4的定心和夹持装置3a优选设置在闭合头3中，定心和夹持装置3a例如为弹簧承载的周向球体(spring bornecircumferential sphere)的形式。

闭合盖4被如下地拾取和旋拧，并且该过程通过测量电流I_L和I_R以及闭合头的直线位置而被监控。典型的测量曲线在图2和3中示出，这里，为了简单起见，电流I_L和I_R不考虑它们各自的驱动方向总是被以正值表示。

因此，闭合头3首先被降低到用于拾起或拾取闭合盖4的闭合盖4的正上方位置y₀。如图2中示意性示出的那样，在降低过程中，电流I_L在该过程中从用于抵抗重力保持闭合头3的基本值I₀升高到基本恒定的值。在闭合盖4上方的基本中心位置，闭合头3接着在拾取阶段P₁第二次被降低，这里，拾取阶段P₁结束时的较低期望位置y₁可以由闭合头3、闭合盖4和拾取轮13相对于线性轴线L’的已知的坐标来确定。

在拾取阶段P₁的大部分的过程中，流过的电流I_L基本恒定。然而，由电流I_L的峰值负载S₁形式的瞬时增大可知，闭合盖4在闭合头3中的接合，或者克服定心和夹持装置3a的机械阻力。典型地，峰值负载S₁在时间段T_s1的范围内，时间段T_s1优选不超过拾取阶段P₁的持续时间T_P1的五分之一，特别是不超过拾取阶段P₁的持续时间T_P1的十分之一。峰值负载S₁是闭合盖4正确接合的典型特征并且用于表示正确接合发生时电流I_L的正常行为的特征比较值。因此，通过拾取阶段P₁中的电流I_L的过程，可以检测闭合盖4的正确拾取。

如果闭合盖4在拾取阶段P₁被正确地拾取，至少除了电流S₁的瞬时波动之外，电流I_L保持在一定的测量值范围内。因此，可以限定上临界值I₁和下临界值I₂，如果I_L大于上临界值I₁或者小于下临界值I₂将产生错误。例如，具有不对称截面的缺陷闭合盖4只可以利用增大的机械阻力或者完全不能压入闭合头3中，从而电流I_L升高到上临界值I_L之上。然而，如果没有闭合盖4，电流I_L保持在下临界值I₂之下。因此临界值I₁和I₂是表示如果电流I_L大于临界值I₁或者小于临界值I₂则电流I_L行为异常的特征比较值。如果需要，通过适当的过滤分出的电流信号I_L的频率部分可以分别与特征值S₁和I₁或I₂相比较，以避免不正确地判断。这对于与下述其它特征值的比较也适用。

也可以看出，当闭合盖4的防盗带4a掉失时，由于在这种情况下闭合盖4的总高度比具有防盗带4a时的总高度低，并且闭合头3在降低时碰到闭合盖4较晚，因此，至少在拾取阶段P₁开始之时，电流I_L落在下临界值I₂下方。这里，电流I_L的测量可以与闭合头3的直线位置y的同步记录相比较以增大错误确定的成功可能性和/或精度。

因此，在拾取站12，可以通过观察拾取阶段P₁中的电流I_L 来检测闭合盖4的损坏或缺失，并且可以避免随后闭合站11中的不正确闭合，例如，通过不将损坏的闭合盖4旋拧到相关的瓶2上来避免闭合盖4随后在闭合站11中的不正确闭合。

通过图3中的例子参照阶段P₂和P₃示出闭合站11中的闭合盖4的放置、旋拧和旋紧。因此，在旋拧阶段P₂的开始时，闭合头3中的闭合盖4被降低，线性驱动系统L指定期望的升降量，从而部分P_2a中的电流I_L特别地在闭合盖4被放置在瓶口2b上时升高。

由于上述升降，瓶凸缘2a在该过程中被压到颈部星10的突钉上。这里，如图3所示，在旋拧阶段P₂的开始P_2a可以沿闭合方向或者与闭合方向相反的方向转动闭合盖4，或者不转动闭合盖4。

在图3中，闭合盖4在其被压到突钉上之后在部分P_2b在与闭合方向相反的方向上转动。随着闭合件的打开过程，座在瓶口2b的螺纹上的闭合盖4首先通过该转动运动移动离开瓶口2b，从而闭合盖4的接触压力进一步升高，并且因此电流I_L进一步升高，直到在时间点t_P2互相挤压或者滑动的闭合盖4和瓶口2b的回旋圈(convolution)接合或旋住为止。

在部分P_2a中沿与闭合方向相反的转动不是绝对必须的，但是该转动具有闭合盖4在到达闭合头的相对最上位置y₃之后突然并且直接接合的优点。峰值负载S₂与此相关，特别是由于接合过程中接触压力瞬时下降，电流I_L的暂时下降。为了检测峰值负载S₂，可以在旋拧阶段P₂中限定相关的时间窗口T_s2(未示出)。电流S₂的特征波动可以用于确定所限定的上开始位置y₃，该上开始位置y₃用于沿闭合方向旋拧闭合盖4的随后部分P_2c。从上开始位置y₃可以计算出闭合盖4被完全旋拧上时的下端位置y₄的期望值，用于检查旋拧过程。

在部分P_2c，闭合头3通过回旋圈连续向下移动。因此，在这个阶段中，闭合头3的接触压力以及因此电流I_L比一个在另一个上滑动的螺纹旋拧上或接合之前的电流低。电流I_L越小，由绕转动R’的轴线的转动速度和螺距所预先确定的闭合头3的沿着线性轴线L’的升降量和闭合盖4沿着线性轴线L’的运动量之间的差越小。

在部分P_2c，在经由所谓的防盗环(未示出)接近防盗带4a的过程中，可以额外的出现电流I_L的特征峰值负载S₃，防盗环设置在瓶口2b处以用于固定防盗带4a。对应地，在转动驱动系统R的操作电流I_R中可以出现峰值S_3’，这时转动驱动系统R的功率消耗I_R是用于闭合头3的扭矩或旋紧扭矩的测量措施。因此，防盗带4a的应用也可以通过分别记录电流I_L或I_R而监控，这里峰值负载S₃以及S_3’表示特征比较值，如果没有峰值负载S₃以及S_3’，从该特征比较值可以分别知道由缺少或不正确地施加防盗带4a所引起的电流I_L或I_R的异常行为。相反，如果检测到峰值负载S₃以及S_3’，可以知道防盗带4a正确地施加。

特别地，如果在部分P_2c指定适当的时间窗口T_s3，也可以确认电流I_L或I_R是否升高到临界值I₃或I_3’之上。在这种情况下，临界值I₃或I_3’是特征比较值，这里，可以知道，如果电流I_L大于或者永久小于临界值I₃或I_3’，则正确地或者不正确地施加防盗带4a。

基本一到达闭合头3的期望的下端位置y₄，旋拧阶段P₂就以完全旋拧闭合盖4结束。由于如果闭合盖4被正确地旋拧上，在期望的下端位置y₄一定出现机械阻力，下端位置y₄处的电流I_L一定不能小于特征临界值I₄。因此，临界值I₄可以被认为是电流I_L的特征比较值，在部分2_c中如果电流I_L大于或者小于I₄，则从该特征比较值可以检测闭合盖4位于正确或不正确位置，或瓶2 是否正确闭合。另外，这里电流I_R可以与对应的临界值相比较(未示出)。

在旋拧阶段P₂之后是旋紧阶段P₃，在该旋紧阶段P₃，通过转动驱动单元R的电流I_R以已知方式升高一定量直到一定的旋紧扭矩，闭合件被旋紧，这里线性驱动单元L的电流I_L保持被调整，使得确保闭合头3的充分的接触压力。

随后，闭合头3被分别从闭合盖4或已被闭合的瓶2移除。闭合头3驱动到排出位置，这里，当闭合头3到达时，可能仍然附在闭合头3中的没有旋拧上的闭合盖4被从闭合头移除，并且随后被再次驱动到相对于拾取站12的开始位置。

用于错误检测的电流测量的评价或者正确的拾取和闭合的确定是在(未示出的)评价单元15中通过将测量的电流I_L或I_R与至少一个特征比较值相比较而进行的，这里，上述临界值和峰值负载可以被任意结合为特征比较值。错误信息可以通过适当的输出单元16(未示出)给出，例如利用声音和/或光学信号给出。在检测到不正确的闭合和/或检测到即将到来的不正确的闭合的情况下，也可以基于电流测量利用(未示出的)控制单元17选择性地控制生产。

例如，通过利用由控制单元发出的信号制动排出装置，不正确地闭合的瓶2可以利用闭合装置的下游的例如推动器等排出装置18(未示出)而选择性地从产品流排出。因此，总之，可以实现高的生产质量。

这里的电流测量利用仅很少的设备在进展的多个阶段中提供了检测闭合过程正确或者不正确的多种可能性。

Claims

1.一种用于旋盖容器(2)的方法，其中，利用闭合头(3)将闭合盖(4)旋拧至将被闭合的容器(2)，每个闭合头(3)均被联结到马达驱动的线性驱动系统(L)和马达驱动的转动驱动系统(R)，

所述方法的特征在于，

在用于拾取各个闭合盖(4)的拾取阶段(P₁)和/或在用于旋拧所述闭合盖(4)的旋拧阶段(P₂)测量所述线性驱动系统(L)的功率消耗(I_L)，并且将所述线性驱动系统(L)的功率消耗(I_L)与功率消耗的至少一个特征值相比较，以检测即将发生的不正确的闭合或者已经发生的不正确的闭合，其中，所述特征值用作特定时间部分中能够确定闭合过程正确或不正确的基准值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还确定所述闭合头(3)相对于所述线性驱动系统(L)的线性轴线(L’)的位置(y)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征值是所述拾取阶段(P₁)中的功率消耗(I_L)的上临界值(I₁)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征值是所述拾取阶段(P₁)中的功率消耗(I_L)的下临界值(I₂)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征值是所述拾取阶段(P₁)中的功率消耗(I_L)的特征峰值(S₁)，并且验证在所述拾取阶段(P₁)中是否出现该特征峰值(S₁)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征值是所述旋拧阶段(P₂)中的功率消耗(I_L)的上临界值(I₃)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征值是所述旋拧阶段(P₂)中的功率消耗(I_L)的特征峰值(S₂)，并且利用该特征峰值(S₂)，确定所述闭合头(3)在所述闭合盖(4)和容器口(2b)形成的螺纹接合开始处的开始位置(y₃)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，利用所述螺纹接合开始处的所述开始位置(y₃)，计算出所述闭合头(3)的期望的下端位置(y₄)，并且当到达所述期望的下端位置(y₄)时，将所述功率消耗(I_L)与所述旋拧阶段(P₂)中的功率消耗(I_L)的下临界值(I₄)相比较。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以连续产品流的方式供给所述容器(2)，并且被检测为不正确地闭合的容器(2)被从所述产品流中排出。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述容器(2)是瓶。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述特征值是在沿与闭合方向相反的方向转动期间的功率消耗(I_L)的特征峰值(S₂)。

12.一种用于旋盖容器(2)的装置(1)，其具有：

至少一个闭合头(3)，其用于拾取闭合盖(4)并且将所述闭合盖(4)旋拧至所述容器(2)；

马达驱动线性驱动系统(L)，其用于沿着线性轴线(L’)升降所述闭合头(3)；以及

马达驱动转动驱动系统(R)，其用于绕转动轴线转动所述闭合头(3)，

其特征在于，所述用于旋盖容器的装置还包括：

测量部件(7)，其用于测量所述线性驱动系统(L)的功率消耗(I_L)；以及

评价部件(15)，其用于将在拾取所述闭合盖(4)的过程中和/或在旋拧所述闭合盖(4)的过程中测量的功率消耗(I_L)与功率消耗(I_L)的特征值相比较，以检测即将发生的不正确闭合或已经发生的不正确闭合，其中，所述特征值用作特定时间部分中能够确定闭合过程正确或不正确的基准值。

13.根据权利要求12所述的用于旋盖容器的装置，其特征在于，还包括监控部件(9)，其用于确定所述闭合头(3)相对于所述线性轴线(L’)的位置(y)。

14.根据权利要求12或13所述的用于旋盖容器的装置，其特征在于，还包括排出装置(18)，用于排出不正确地闭合的容器(2)。

15.根据权利要求12或13所述的用于旋盖容器的装置，其特征在于，还包括控制装置(17)，其能将所述线性驱动系统(L)和所述转动驱动系统(R)控制成使得只旋拧没有检测到即将发生不正确闭合的闭合盖(4)。

16.根据权利要求12或13所述的用于旋盖容器的装置，其特征在于，所述容器(2)是瓶。