CN1083330C - 自动料端贴标签机及相应的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动料端贴标签系统(1)包括附着在水平臂(27)上以进行水平运动的带有机器人标签施加器的扫描单元(24)。水平臂(27)能够受控制地在支架(26)上作垂直运动。单元(24)发出聚焦入射扫描能量束(38)并接收从木材单元(10)反射的该能量束。电能及控制信号经电缆(25)供向单元(24)。系统(1)经过通信线路(101)与办公室计算机系统100直接通信。在第一变种实施方案中，光反应材料用激光描划。第二变种实施方案中，多个喷头施放具有各种光反射特性的涂料。

Description

自动料端贴标签机及相应的方法

本发明的技术领域

本发明涉及一种在捆绑好的木材上贴标签的自动贴标签机及相应的方法。

在先技术

木材通常以捆扎的单元从初级加工厂转到次级加工厂、转到批发商，最后转到零售商。这些单元典型地由至少同样特定的等级和厚度的木材组成。当从初级加工厂，即锯木厂出厂时，这些单元的宽度和长度都是任意的。次级加工厂，即烘干厂及刨木场，一般会先把这些最初的单元重新分级然后重新包装，再运向批发商处。作为附加的服务，这些厂家还会把木材分选到固定的宽度、两个长度的捆包中。如果此前没有这么办的话，然后批发商可重新把这些单元包装到固定宽度、固定长度或两个长度的捆包中。因此这个过程中每一步将会至少涉及把打捆的单元重新包装的问题。

批发商然后可把这些打捆的单元卖到其它批发商或零售商处。随着大的零售商店越来越多，许多批发商发现自己可以提供附加服务为这些大零售店削减加工费用。这样的服务之一就是把每个单元中的每个木板都贴上单独的标签，使这些木板可以在核查计数器上用条形码读出器进行处理。这一领域中的现有技术状况是用计算机系统产生可以馈入到手动贴标签装置中的小条形码标签。场里的人员用这种装置给每一个木板分别贴标签。这种工艺有几个缺点，包括实际贴放标签的人力费、贴错单个木板标签的可能性，以及整个工序所要求的时间。

自动化是一个困难的工作，原因之一是每一个打捆的单元可以与其它单元构成不同。这里构成指的是单元每行(层)的木板数以及总的行数。而且，尽管各个木板典型地厚度相同，各个单元中的木板的宽度和长度却不一样，更不要说几个单元之间了。

因此，识别每一单元中各个木板的不同尺寸的能力，以及通过可控制地移动标签施放装置向每块木板有效地施放合适的标签的能力，一直是由人的视力和手-眼协调系统得以达到的。

本发明的发明人得到了美国专利5,307,249号的自动料端清点系统发明的许可，该专利的系统能够自动地确定任何木材单元的三维料端拓扑结构。该系统还能根据每一单元的料端拓扑结构确定每个单元的料端标签。在具备该先前技术和机器人学现有技术状况的条件下，现在有可能创造一个能够识别打捆的木材单元中各个木板的准确位置、能够为每一个识别出的木材产生独特的标签并能够接着把每个标签贴放在恰当的木板上的完全自动化的系统。这种系统将克服当前的耗费人力以及有贴错木板标签可能性的问题，同时大大地减少为整个单元贴标签的时间。

在售前再加工木材的批发商还要面对另一个问题。特别是，如果批发商从多个工厂收到类似木材的不同单元并且重新分级、重分类以及再加工(例如切割)这些单元使得来自多个工厂的木材混杂在一起时，会产生一个问题，批发商不再能够按工厂跟踪质量和产量。这是因为来自一个工厂的同类木材不能与自其它工厂的木材区别开，从而只有在它们保持在分开的不同单元中才能够跟踪。

对次品胶合板再分级的批发商面对着类似而又不同的问题。这种情况下每个次品胶合板单元都是以每片固定的价格购入的。每个单元的每一片都要受到检查然后重新分为至少两个不同的次品等级。新的单元由原来单元的胶合板构成。这就希望了解每一个新分级的单元的实际成本，这要根据组成该单元的每片胶合板的实际成本计算。因为这些胶合板没有显著的记号，不可能为计算成本区分它们。人们建议在收到原单元时单独地在每片胶合板上加标签，从而使该标签起惟一性地辨识新分级单元中的胶合板的作用。这个建议有类似于当前木板料端贴标签技术的缺点，包括实际施放每个标签的人力耗费以及完成整个过程需要的时间。除这些问题外，胶合板片可薄到6.4mm，其贴放标签空间太小且料端也不平到足以靠采用的胶贴技术贴牢标签。

发明内容

注意到专利自动料端清点系统通过采用与用于木材单元的同样技术完全能够测定胶合板单元的料端拓扑结构并进行计数。还有，不论木材还是胶合板的料端拓扑结构对每个单元都是独一无二的。因此应能靠一些单元辨识工具恢复。首先，本发明提供一种自动木材单元跟踪系统，该系统用于跟踪各木材场和各个单元中木材的下落。因此，当用叉车之类的运输工具搬运各单元时，它们立即被识别到办公室计算机系统中，计算机系统然后可恢复每一个单元的料端拓扑结构和先前由料端计数系统测定的计数信息。该拓扑信息对用于给木板贴标签的任何自动系统都是极为重要的，因为它基本上提供了人类视觉系统指挥手—眼协调所测定的同样的信息。

熟悉木材加工的人士可以理解，上述三个问题都有类似的性质并且起源于一个基本问题。这就是，木材(或胶合胶)的各块各片不能与其它的至少具有类似种、级、厚、宽和长的块和片区分开。而且当它们运抵批发商料场时是方便地分在易于与生产厂和购入成本关联的捆扎单元中的，可在批发料场，这些单元被折散并与购自其它工厂的木材一起重新包装，从而散失所有标识。按当前聚合物和激光技术的技术状况，有可能在每个单元运抵批发商处时把其中的每块木板打上单独的记号。这样的划分可以使批发商能够加工这些木板并然后最终把从一个或几个工厂购得的木板构成新的单元，同时仍能准确地跟踪其每一块木板的原卖主及成本。这就提供了跟踪卖主产量和每一个新混合单元的实际成本的精确装置。这个同样的技术还能够用于唯一地辨识(例如条形码)打算装运到大零售商处的单元中的木板，与使用机器人装置模拟现行人工方法贴放各个标相对照，这样的系统可以克服当前耗费人力的问题以及为整个单元贴标签需要的时间的问题，同时还具有可以用在可能有极不利于贴标签薄的料端表面，如胶合板这类材料的优越性。最后，因为胶粘的方法不大能抗恶劣气候和碰触，当前使用U形钉贴附标签，但是如果U形钉与任何批发商的再加工设备遭遇时，这些U形钉将是很危险的。在使用描划聚合物时就不会存在这样的问题。本发明的目的和优点

因此本发明的目的和优点是：

1.提供一种不用人的帮助为木材捆扎单元中的各块木板贴标签的系统。

2.提供一种极少出错的为木板贴标签的系统。

3.提供一种由于在尽可能短的时间内为木板贴标签而能够工作达尽可能高的生产率的系统。

4.提供一种能够用各个木板钉上各个标签的当前的作业方法工作的系统。

5.还提供一种，当表面不利或者U形钉的使用会导致问题的时候，能够不用当前的向各个木板钉上各个标签的作业方法工作的系统。

6.还提供一种至少有能力跟踪各个木板的生产厂和成本的系统，即使这些木板与其它木板混杂一起形成加工后的新捆扎单元。

本发明提供一种向捆绑成一个单元的多个物品分别贴标签的自动化系统，其中每个物品均有一个纵轴线和一个端部，所述端部具有一个垂直于所述纵轴线的表面，包括有：一个扫描装置，相对于所述单元支承成可扫过所述端部表面运动来测定所述端部的拓扑信息；一个中央计算机，储存着所述端部的拓扑信息，并由所述拓扑信息确定所述端部的三维坐标；和一个贴标签装置，包括一个在所述中央计算机控制下根据上述确定的三维坐标向所述物品的端部表面贴标签的标签施放装置。

本发明还提供一种向捆绑成一个单元的多个物品分别贴标签的方法，其中每个物品具有一个纵轴线和一个端部，所述端部具有一个垂直于所述纵轴线的表面，包括下列步骤：(1)利用一个扫描装置测定所述物品端部的拓扑信息；(2)将所述拓扑信息传输给一个中央计算机，用中央计算机由拓扑信息确定所述端部的三维坐标；(3)将所确定的三维坐标传输给一个标签施放装置；和(4)控制所述标签施放装置根据所确定的三维坐标向所述物品的端部表面施放标签。

其它目的和优点是提供一种有最少的移动部件，能够耐受很大气候条件变化的系统。本发明的进一步的目的和优点可以通过对附图和下文说明的思考了解清楚。

附图简介

图1是自动料端贴标签系统优选实施方案的透视图，这是自动料端清点系统的改形，它能够唯一性地产生适宜的标签，并能可控制地移动机器人标签贴放器以自动地把每一个标签贴放在每一个恰当的木板末端上。

图2为本发明优选实施方案的工作流程图。

图3为带有机器人贴标签器的第一变种实施方案的透视图。该变种画的是静电控制的楔形施料器喷头，它受控制地在木材捆扎单元的整个末端上移动。

图4也属于第一变种实施方案，并描画了木材捆扎单元的料端施放材料的描划，这是靠可控制地在材料表面上移动一个入射的聚焦能量束来完成的。

图5为本发明的第一变种实施方案的工作流程图。

图6为带有机器人标签施放器的扫描单元的第二变相实施方案的透视图。该第二变种描画的是静电控制的楔形施料器的多重喷头，它受控制地在木材捆扎单元的整个末端移动。

图7为本发明第二变种实施方案的工作流程图。

优选实施方案的说明

如图1所示，自动料端贴标签机系统1的优选实施方案含有一个附着在水平臂27上并可在其上受控水平运动的装有机器人标签施放器的扫描单元24。臂27附着在支架26上，并且能在支架26上受控制地进行垂直运动。带有机器人标签施放器的扫描单元24发射出聚焦的放射扫描能量束38并接收该束受木材单元10折回的反射。单元24自动馈入并打印标签40，把单个打印的标签40附着在单元10中12那样的每一个单个木板的端面上。经电缆25向单元24提供电能和控制信号。系统1通过通信线路101与办公室计算机系统100直接通信。优选实施方案的工作原理

参照图1和图2，假定打算要被贴标签的木材单元10先前使用本质与美国专利号5,307,294自动料端清点系统所述相似的装置扫描过，以得到料端拓扑结构和清点信息，而且该信息现已存入办公室计算机系统100。更进一步假定木材单元10正由一台自动木材单元跟踪系统装备的叉车转运，从而当单元10卸在位于系统1范围中，也就是步骤102时，前述办公室计算机系统100就被自动地通知并继而确定单元10的标识和相对坐标。根据该信息，办公室计算机系统100可向系统1输送单元10中每一块木板的料端拓扑结构和确切的相对位置，以及每一块木板的标签贴放信息，以为步骤106，该信息在步骤104中由系统1经通信线路101接收。

图2的步骤108中，系统1可控制地以很类似于自动料端清点系统指导其扫描单元的方式指导带有机器人标签施放器的扫描单元24运动，扫描单元24发出应用入射能量束38。作为这种受控制运动的结果，系统1能够测定单元10的相对三维坐标，尤其是左上角木板12的相对坐标。这种测定我们称为单元10对系统1的登记。

图2的步骤110中，系统1可控制地指导带机器人标签施放器的扫描器24对每块板从左至右、从上至下逐级扫描。这个过程是按照在步骤106中由办公室计算机系统100向系统1提供的先前得到的单元末端拓扑结构进行指导的。标签40自动地由打印下一个要贴标签的木板的唯一标识信息的施放器24自动地馈入。然后由把标签贴到恰当的木板料端的机器人伸展臂自动地施放。

图2的步骤112中，把完全贴好标签的单元10用叉车之类的运输工具从系统1处搬开。与此一致，系统1通过通信线路101自动通知办公室计算机100贴标签工序已经完成，计算机系统100在步骤114中对此加以记录。

现参见图3和图4，这里示有标签施放器24的第一变种实施方案，特别参见图3，这里表示的是涂料施放器60，它附着在水平臂27上并能够与贴标签器24类似的方式沿臂27作受控制的水平运动。施放器60还有一个装有感光涂料65的涂料贮存罐64。涂料65还进一步由充分与常规乳胶混合的感光物质组成，从而形成感光涂料。涂料65起初光学上是白颜色的。施放器60另外还有一个静电控制的楔形喷嘴62。储料罐64与喷嘴62液态交通，使得涂料65可以从喷嘴62强力地排出为喷雾68，喷雾然后形成薄的涂料膜69粘附在单元10的木板端头。电能和控制信号经过电缆66向施放器60提供。

现在特别参见图4，这里示有激光标签器80，它附着在水平臂27上能够以类似于贴标签器24和施放器60的方式沿臂27作受控制的水平运动。激光贴标签器80进一步具有电子聚焦激光器82，它发出聚焦的激光84。聚焦激光器82能够描划先前喷布的薄材料膜69成为常规的条形码信息89a和书面文字89b。电能和控制信号经过电缆86提供到激光标签器80上。

第一变种实施方案的工作原理

如图5所示，该第一变种实施方案的工作在102、104、106、108、112和114步骤方面完全与优选实施方案相似。但是步骤110被步骤111a和111b取代。特别地，在步骤111a中，系统1的第一变种实施方案运转材料施放器60，使之在垂直地沿支架26作运动的臂27上作水平运动。以这种方式使施放器60在平行于单元10的端面的整个垂直--水平平面上移动。这个移动过程中，施放器对由系统1输向电缆66的控制信号作出响应，迫使材料65从储料罐64流向喷嘴62。一到达喷嘴62，材料65就从喷嘴62以受垂直地导向的、静电控制的、楔形喷雾68的形式强力地向外喷出。

然后材料65接触并粘附在单元10的木板端面上。这样，随着施放器60受控制地跨越所有木板端面运动，在单元10的每块木板的每个端面上沉积上一个材料65的连续平面薄膜69。

在步骤111b中，系统1的第一变种实施方案运转激光贴标签器80使它在沿支架26作垂直运动的臂27上作水平运动。以这种方式使贴标签器80在平行于单元10的端面的整个垂直--水平平面上移动。移动过程中，激光贴标签器80对从电缆86上收到的控制信号作出响应，一致地向每块木板的端面以预定的条形码或图文发出聚焦的激光84。对激光84作出响应，薄膜69选择性地从白色变成黑色，以此有效地使条形码89a和文字信息89b唯一性地描划在每块木板的每个端面上。

第二变种实施方案的说明

现在参见图6，这里所示为标签施放器24的第二实施方案。特别地，图中表示了具有多个喷雾头的多重材料施放器90，它附着在水平臂27上能够以与贴标签器24相类似的方式沿臂27作受控制的水平运动。施放器90还具有内装不同光反射性质的多种材料的储料罐94，这些材料可是红色(R)、蓝色(B)、绿色(G)和黑色(B)的。施放器90另外还有多个静电控制的楔形喷嘴92。储料罐94与喷嘴92液体性连通，从而它装有的多种材料可以从喷嘴92喷出成为喷雾98那样的多重液流，使之粘附到单元10的木板料端形成唯一性标识图文99。电能和控制信号经过电缆96向施放器90提供。

第二变种实施方案的工作原理

如图案所示，在步骤102、104、106、108、112和114方面第二变种实施方案工作与优选实施方案完全相同。但是步骤110已被步骤111c取代。特别地，在步骤111c中，系统1的第二变种实施方案运转多重材料施放器90使它在沿支架26垂直移动的臂27上作水平运动。以此方式，施放器90在平行于单元10端面的整个垂直--水平平面上移动。在这个过程中施放器90响应系统1输往电缆96上的控制信号选择性地迫使储料罐94中的各种不同的材料通过多重喷嘴92的恰当地喷雾。一抵达喷嘴92，材料就以垂直指向的、静电控制的、楔形喷雾的形式从喷嘴92中之一强力地向外射出。然后材料接触并粘附到单元10的木板端面上。这样，随着施放器90受控制地跨越木板的端面，一个带有不同光学反射特性的选择性材料图案就被沉积在单元10每一个木板的各个端面上。

本发明的结论、细节和范围

这样，读者会理解该自动在料端贴标签的系统提供了一个可以不用人的帮助在木材捆扎单元的各个木板上贴标签的系统，它加强了精确性并把时间减少到最低程度。该系统的优选工作方式是模拟现有人工操作，用机器人向每块木板钉上U形钉来贴附标签，而第一变种方法提出直接在木板端面上光学描划出标签的新作业，靠实施第一变种方法，本发明可以避免木板中钉有U形钉造成的危险，从而为木场一收到木材单元就贴施唯一性标签提供了可能性，这样使办公室计算机系统至少有能力跟踪各块木板的厂家和成本，即使这些木板与其它木板混杂一起形成加工后的新捆扎单元。

尽管第一变种方法向各料端施放以后要用于光描划的感光材料，但这不是本发明所必要的。例如，入射的能量可以简易地在木板上直接烙出标签。事实上，这是一种对入射能量(激光束)感光的材料(实际木板本身)。也不必需使施放的材料以转变物为“可视”的方式进行感光。因此，这里所说的“描划”在事实上只是改变材料的“不可视”反射特性，人眼看不到这种反射特性，但是可以由特别扫描器轻易读出，例如本发明提供并蕴含了的扫描器。

再有，第二变种方法指出施放的材料本身就可已经具有不同的反射特性，从而不必要再进一步作光描划。材料为不同颜色的涂料形式时即是这样。尽管涂料的颜色是人眼“可视”的，施入的涂料可以是具有“不可视”能量范围中的不同反射特性的。而且，这些“不可视”材料能够轻易地由特定的装置读出。

重要的是注意所示的优选实施方案与先前技术的结合，可以制造一个系统，它首先接受预定相对坐标并辨识木材单元中要贴标签的各块木板，然后接着以一种类似人手持的标签贴放装置的方式自动地施放唯一性标签。尽管本发明说明为依靠分开的装置预定相对坐标并辨识各个木板，也可以很轻易地将这些功能综合到一个单一的“辨识并标签”系统。这样的系统可称为自动料端清点及板端标签系统。

还重要的是注意，变种实施方案因为不需要“预印”标签而进一步有别于人工操作的方法。然而，这些变种实施方案可以采取“手持”装置而不是“工作站”的形式，如本发明说明。这种装置就可以用于现有的人工操作的系统中去自动施放感光材料，也可以描划木板端面，以此得出唯一性标识图案。任一种情况下，不论是实施为“自动工作站”，还是“人工指导手持”装置，变种实施方案都提供了完全不同的贴标签形式，对于施放“预印”的标签它有许多内在的优越性，更不用说除去了U形钉的需要。首先，这些方法对那些要么纹路粗糙、要么硬得钉不进U形钉、要么受尺寸的限制在拓扑结构上难于使依仗U形钉的标签施放装置着手的料表面是很适用的。例如，在捆扎的6.4mm的任意长度金属棒上钉上“预印”的标签会是非常困难的。

尽管以上描述包括多样的说明，但它们并不构成对本发明的限制，只不过是本发明的优选实施方案举例而已。还可以有许多其它的变化。从自动料端贴标签器系统的说明书可了解，它可以用于木材单元“料端标签”的范围以外。其它一些行业，如金属工业，也以贴标签的形式成批地转运其业内的产品。在其对象有各种不同的性质并以某种方式包装在一起时，或多或少地存在在一个包装组中唯一性地标识每一个对象的需要。例子之一就是6.4mm金属棒束，它们往往属于相同的合金、相同的直径，但长度不等。因此可以考虑到自动料端贴标签系统可以普遍用于自动地、单独地为一个共同对象组的所有成员贴附标签。因此，本发明的范围不应仅由描述的实施方案所决定，而且还要由所附权利要求及其等效实施例来决定。

由上文对本发明、即自动料端贴标签系统的详细说明可知：很明显，本发明具有许多优越性，有些已阐述在上文中，有些为本发明内在的。还很清楚的是在不偏离本发明指导条件下可以对本发明的自动料端贴标签系统作出修改。因此，本发明的范围只受所附 限制。

Claims (9)

1.一种向捆绑成一个单元的多个物品分别贴标签的自动贴标签机，其中每个物品均有一个纵轴线和一个端部，所述端部具有一个垂直于所述纵轴线的表面，包括有：

一个扫描装置，相对于所述单元支承成可扫过所述端部表面运动来测定所述端部的拓扑信息；

一个中央计算机，储存着所述端部的拓扑信息，并由所述拓扑信息确定所述端部的三维坐标；和

一个贴标签装置，包括一个在所述中央计算机控制下根据上述确定的三维坐标向所述物品的端部表面贴标签的标签施放装置。

2.如权利要求1所述的自动贴标签机，其特征在于，所述贴标签装置包括一个静止框架，用于将扫描装置和标签施放装置支承成可扫过所述物品的端部表面而移动。

3.如权利要求2所述的自动贴标签机，其特征在于，所述静止框架由一个水平臂可移动地安装在一个立柱上而构成，所述标签施放装置和扫描装置可沿所述水平臂移动，由此可使它们水平和竖直移动而扫过所述物品的端部表面。

4.如权利要求1所述的自动贴标签机，其特征在于，所述标签施放装置包括一个喷嘴，用于向物品的端部表面喷射感光涂料而形成一个感光涂层。

5.如权利要求4所述的自动贴标签机，其特征在于，所述标签施放装置包括一个可描划所述端部表面上的感光涂层的激光标签器。

6.如权利要求1所述的自动贴标签机，其特征在于，所述标签施放装置包括多个喷嘴，用于向端部表面喷射多种不同的感光材料而形成相应图文来标示所述物品。

7.如权利要求1-6中任一项所述的自动贴标签机，其特征在于，所述物品沿着其纵轴线是对齐的。

8.一种向捆绑成一个单元的多个物品分别贴标签的方法，其中每个物品具有一个纵轴线和一个端部，所述端部具有一个垂直于所述纵轴线的表面，包括下列步骤：

(1)利用一个扫描装置测定所述物品端部的拓扑信息；

(2)将所述拓扑信息传输给一个中央计算机，用中央计算机由拓扑信息确定所述端部的三维坐标；

(3)将所确定的三维坐标传输给一个标签施放装置；和

(4)控制所述标签施放装置根据所确定的三维坐标向所述物品的端部表面施放标签。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括：测定单元左上角的物品端部的三维坐标。

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