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Die
Erfindung betrifft eine Bobinenhandhabungsvorrichtung, eine Maschine
der Tabak verarbeitenden Industrie mit einer Bobinenhandhabungsvorrichtung
sowie zwei entsprechende Verfahren zum Betreiben einer Bobinenhandhabungsvorrichtung.
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Auf
Verpackungsmaschinen, beispielsweise Einschlagmaschinen, wird Verpackungsmaterial,
wie z.B. Papier, Aluminiumfolie, Kunststofffolie oder Laminatfolie,
von Rollen verarbeitet, die auch als Bobinen bezeichnet werden.
Diese Bobinen werden durch eine Bobinenhandhabungsvorrichtung zu
einer Abspulvorrichtung gebracht und auf diese aufgeschoben. Auch
für Tabak
verarbeitende Maschinen, z.B. Zigarettenherstellungsmaschinen, werden
Bobinen mit Papier benötigt.
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Aus
EP-A-1 157 952 ist
eine Vorrichtung zum Handhaben von aus gewickelten Materialbahnen, insbesondere
Hüllmaterialbahnen
für Produkte
der Tabak verarbeitenden Industrie, gebildeten Bobinen bekannt.
Die Bobinen werden einem Bobinenstapel entnommen, der unter Verwendung
von Zwischenlagen gebildet ist, und zu einer Bobinenaufnahme überführt. Hierfür ist ein
Bobinenträger
an einem Portal relativ zu einem auf einer Palette bereitstehenden Bobinenstapel
verfahrbar angeordnet. Der Bobinenträger ist mit Backengreifern
zum Erfassen der Bobine ausgestattet.
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In
WO-A-02/092483 werden
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuführen von Rollen oder auch Spulen
zu einer Maschine offenbart. Die Rollen weisen ein zentrales Loch
auf, und es wird bestimmt, ob wenigstens ein Bezugspunkt eines Greifglieds oder
einer Handhabungseinrichtung im Inneren des Lochs der Rolle liegt.
Die Aufnahme der Rolle erfolgt mittels eines Greifglieds, wenn der
Bezugspunkt im Inneren des Lochs der Rolle liegt. Der Bezugspunkt wird
z.B. über
eine Sende- und Empfangsvorrichtung am Greifglied bestimmt. Insbesondere
werden drei solche Sende- und Empfangsvorrichtungen zum Positionieren
des Greifglieds relativ zum Loch der Rolle verwendet.
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US-A-5,608,818 beschreibt
ein Verfahren zum automatischen Aufnehmen von Objekten, z.B. von
Papierrollen, durch einen Roboter mit Greifglied an einem gesteuerten
Gelenkarm. Eine Ortskoodinatenbestimmung des Objekts erfolgt, indem
mehrere Bilder erfasst werden und anschließend die Häufigkeit bei der Verteilung
der Bildpunkte ausgewertet wird. Daraus wird ein theoretischer Mittelpunkt
bestimmt, und das Greifglied wird entsprechend auf die Rolle abgesenkt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Lageerkennung von Bobinen
in einfacher Weise zu verbessern, so dass diese schneller und präziser erfasst,
d.h. ergriffen, werden.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt durch eine Bobinenhandhabungsvorrichtung, insbesondere
der Tabak verarbeitenden Industrie, die einen Greifer mit Elementen
zum Greifen einer Bobine umfasst, des Weiteren eine an dem Greifer
angeordnete Sensoreinrichtung mit Sensoren, eine Auswerte- und Steuereinrichtung,
die von der Sensoreinrichtung Signale empfängt und verarbeitet, und eine
Positionierungsvorrichtung, die von der Auswerte- und Steuereinrichtung
angesteuert wird und die den Greifer verfährt, wobei die Bobinenhandhabungsvorrichtung sich
dadurch auszeichnet, dass die Sensoren räumlich getrennt voneinander
in Sensorgruppenmodulen angeordnet sind. Hierdurch kann das Erfassen
bzw. Ergreifen einer Bobine automatisch erfolgen.
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Als
Vorteil der erfindungsgemäßen Bobinenhandhabungvorrichtung
erweist es sich, dass ein Sensorgruppenmodul zur Entfernungsmessung
eingesetzt wird, welches beim Verfahren des Greifers verwertbare
Signale für
die Lagebestimmung einer Bobine liefert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Bobinenhandhabungsvorrichtung sind die Sensorgruppenmodule identisch
ausgebildet und umfassen jeweils mindestens zwei Sensoren.
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Durch
eine identische Ausbildung der Sensorgruppenmodule ist es möglich, eine
einheitliche und damit vereinfachte Auswertung der Signale durchzuführen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Bobinenhandhabungsvorrichtung sind genau zwei Sensorgruppenmodule
mit jeweils vier Sensoren vorgesehen.
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Die
Sensorgruppenmodule der Bobinenhandhabungsvorrichtung sind dabei
vorzugsweise um die Elemente zum Greifen der Bobine angeordnet.
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Die
Elemente zum Greifen der Bobine sind insbesondere als Spannbacken
ausgebildet, die rotationssymmetrisch angeordnet sind und in radialer Richtung
verfahren werden.
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Auf
diese Weise lässt
sich eine in ihren äußeren Abmessungen
zylindrisch ausgebildete Bobine mit zylindrischem Bobinenkern besonders
einfach erfassen, indem die Spannbacken entweder von außen gegen
die äußere Zylinderfläche der
Bobine oder aber von innen gegen die innere Zylinderoberfläche der
Bobine bewegt werden und dabei so weit verfahren werden, dass die
eingespannte Bobine auf diese Weise angehoben werden kann.
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Die
Aufgabe wird außerdem
durch eine Maschine der Tabak verarbeitenden Industrie gelöst, die eine
erfindungsgemäße Bobinenhandhabungsvorrichtung
umfasst.
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Weiterhin
wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Bobinenhandhabungsvorrichtung,
insbesondere der Tabak verarbeitenden Industrie, gelöst, die
einen Greifer zum Greifen einer Bobine umfasst, wobei das Verfahren
durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- – der Greifer
erfasst die Bobine, eine Auswerte- und Steuereinrichtung legt eine
vorläufige
Bobinenkernmitte fest und der Greifer gibt die Bobine wieder frei,
- – ein
Sensor wird über
den Bobinenkern entlang einer Linie, die durch die vorläufige Bobinenkernmitte
führt,
bewegt, und es werden die Signaländerungen
des Sensors aufgezeichnet,
- – die
Auswerte- und Steuereinrichtung ermittelt aus den Signaländerungen
für den
Sensor eine zugehörige
Bobinenkernmitte BS und ermittelt daraus
einen dem Sensor zugeordneten Offset OS zwischen
der für
den Sensor ermittelten Bobinenkernmitte BS und
der zuvor festgelegten vorläufigen
Bobinenkernmitte.
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Auf
diese Weise wird eine Kalibrierung der Sensoren möglich, denn
für jeden
einzelnen Sensor wird festgestellt, welche Bobinenkernmitte BS sich aus seinen Signaländerungen ergibt, vorzugsweise, indem
man die Mitte der Verbindungsstrecke zwischen den beiden Stellen
bestimmt, an denen Signaländerungen
auftreten. Diese Bobinenkernmitte BS wird
Signaländerungen
mit einer vorläufig
als korrekt unterstellten Bobinenkernmitte verglichen. Bei späteren Messungen
zur Bestimmung der Bobinenkernmitte BS ist
es dann möglich,
diesen Offset OS eines Sensors von vorneherein
bei der Auswertung seiner Signaländerungen
mit einzubeziehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird der Sensor entlang der Linie hin- und zurückbewegt
oder mehrfach bewegt, so dass die betreffenden Signaländerungen
mehrfach vorliegen, und für
den Sensor eine zugehörige
Bobinenkernmitte BS aus den Mittelwerten
der jeweiligen Signaländerungen
ermittelt wird.
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Insbesondere
wird das Verfahren für
eine zweite Linie wiederholt, die im Wesentlichen senkrecht zur
ersten Linie verläuft,
so dass für
den Sensor zwei Offsets OSx, OSy in
zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufenden, durch die
beiden Linien bestimmten Richtungen ermittelt werden. So ist es möglich, eine
weitgehend vollständige
Information über
das Abweichungsverhalten eines Sen sors in Bezug auf eine Ebene zu
erhalten, die parallel zu der Stirnfläche der Bobine verläuft.
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Als
besonders zweckmäßig erweist
es sich, die beschriebenen Verfahrensschritte für mindestens zwei Sensoren,
insbesondere für
sämtliche
Sensoren, durchzuführen.
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Die
Aufgabe wird darüber
hinaus durch ein Verfahren zum Betreiben einer Bobinenhandhabungsvorrichtung,
insbesondere der Tabak verarbeitenden Industrie, gelöst, die
einen Greifer zum Greifen einer Bobine und eine an dem Greifer angeordnete
Sensoreinrichtung mit Sensorgruppenmodulen umfasst. Das Verfahren
zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:
- – Der Greifer
wird durch eine Positionierungsvorrichtung so verfahren, dass die
Sensorgruppenmodule den verlängert
gedachten Bobinenkern umgeben,
- – mindestens
ein Sensorgruppenmodul fährt über den
Bobinenkern,
- – die
Signaländerungen
des mindestens einen Sensorgruppenmoduls werden an eine Auswerte- und
Steuereinrichtung weitergeleitet,
- – die
Auswerte- und Steuereinrichtung bestimmt aus den Signaländerungen
von mindestens zwei, insbesondere vier, Sensoren des mindestens
einen Sensorgruppenmoduls eine Bobinenkernmitte B.
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Mit
diesem Verfahren ist es in besonders einfacher und präziser Weise
möglich,
eine Bobinenkernmitte B zu bestimmen, die später eine präzise Ansteuerung des Greifers
zum Erfassen der Bobine ermöglicht.
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Ist
die Bobine schwer zugänglich,
indem sie z.B. an einer seitlich begrenzenden Wand anliegt, so ist
es durch die Anordnung von verschiedenen Sensorgruppenmodulen um
einen Greifer möglich,
ein Sensorgruppenmodul so auszuwählen,
dass beim Bewegen des Greifers die Sensoren des betreffenden Sensorgruppenmoduls über den
Bobinenkern fahren.
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In
einer besonderen Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus den Signaländerungen
von mindestens zwei, insbesondere vier, Sensoren des mindestens
einen Sensorgruppenmoduls eine Bobinenkernmitte B bestimmt wird,
indem den Signaländerungen
Ortskoordinaten von insbesondere vier Punkten auf einem Kreis zugeordnet werden,
zu jeweils zwei Punkten eine Geradengleichung für deren Mittelsenkrechte formuliert
und schließlich
der Bobinenkernmittelpunkt B als Lösung der beiden Geradengleichungen,
d.h. als Schnittpunkt der beiden Mittelsenkrechten, bestimmt wird.
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Wird
in einer bevorzugten Ausführungsform des
Verfahrens das mindestens eine Sensorgruppenmodul entlang der Linie
hin- und zurückbewegt oder
mehrfach bewegt, so ist es möglich,
eine Bobinenkernmitte B aus den Mittelwerten der mehrfach vorliegenden
Signaländerungen
zu bestimmen.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform des
Verfahrens erfasst der Greifer die Bobine anschließend in
Abhängigkeit
von der bestimmten Bobinenkernmitte B.
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Insbesondere
ist es von Vorteil, die Verfahren zum Betreiben einer Bobinenhandhabungsvorrichtung
in der Weise zu kombinieren, dass zunächst die Abweichungen der Sensoren
ermittelt werden und anschließend
eine Bobinenkernmitte B unter Zugrundelegen dieser Abweichungen
bestimmt wird.
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Insbesondere
werden dabei die für
die Sensoren ermittelten Offsets OS oder
OSx, OSy bei der
Bestimmung einer Bobinenkernmitte B berücksichtigt.
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Der
besondere Vorteil der hier beschriebenen Erfindung liegt darin,
dass die Sensoren einer Bobinenhandhabungsvorrichtung kalibriert
werden, ohne dass hierfür
eigene Kalibrierungswerkzeuge erforderlich sind.
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Die
Signaländerungen
bei den Sensoren zur Entfernungsmessung sind allgemein darauf zurückzuführen, dass
ein Sensor bei Eintritt in den Bereich eines Bobinenkerns unmittelbar
eine größere Entfernung
misst, denn es wird nicht mehr nur die Entfernung bis zur Stirnseite
der Bobine gemessen. Umgekehrt ergibt sich eine Signaländerung,
wenn ein Sensor aus dem Bobinenkern austritt, denn dann wird die verkürzte Entfernung
bis zur Stirnseite der Bobine gemessen. Anstelle einer Entfernungsmessung
können
auch Helligkeitswerte gemessen werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
schematischen Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die bezüglich der
Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten
ausdrücklich
verwiesen wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht auf einen Greifer mit einer
Sensoreinrichtung, der mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung sowie
mit einer Positionierungsvorrichtung verbunden ist;
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2a, 2b, 2c drei
schematische Darstellungen der Stirnfläche einer Bobine sowie des Bobinenkerns, über die
ein Sensorgruppenmodul mit vier Sensoren geführt wird;
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3 eine
schematische Ansicht auf einen Ausschnitt eines Bobinenkerns;
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4 eine
schematische Ansicht auf einen Bobinenkern sowie auf ein Sensorgruppenmodul
mit vier Sensoren, das über
den Bobinenkern geführt wird;
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5 eine
schematische Ansicht einer Stirnseite einer Bobine sowie den Bobinenkern
mit zwei Sensorgruppenmodulen;
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6 eine
weitere schematische Ansicht einer Stirnseite einer Bobine sowie
den Bobinenkern mit zwei Sensorgruppenmodulen;
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7 eine
Darstellung eines Kreises, für
den durch Errichtung von Mittelsenkrechten zu Randpunkten des Kreises
ein Mittelpunkt bestimmt wird.
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In
den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente
bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so
dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung ab gesehen wird
und lediglich Abweichungen der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
erläutert
werden.
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In
der
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht
auf einen Greifer
1 mit einer Sensoreinrichtung
2 dargestellt.
Die Sensoreinrichtung
2 ist mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung
9 sowie mit
einer Positionierungsvorrichtung
10 verbunden. Der Greifer
1 ist
für das
Erfassen einer nicht dargestellten Bobine ausgebildet, die beispielsweise
von einer Palette abgenommen und auf eine Abwickelvorrichtung aufgelegt
wird. Der Greifer
1 weist drei als Klemmbacken ausgebildete
Elemente
3,
4 und
5 auf, die in einen
in der
1 nicht dargestellten Bobinenkern
7 eingeführt werden
und dort zum Erfassen der Bobine gespreizt werden. Hierfür ist erforderlich,
dass der Greifer
1 so über
der Bobine positioniert wird, dass die Klemmbacken
3,
4 und
5 in
den Bobinenkern
7 eingeführt werden können. Ein
vergleichsweise aufgebauter Greifer
1 ist beispielsweise aus
EP-A-1 157 952 bekannt.
Um die Klemmbacken
3,
4 und
5 sind zwei
Sensorgruppenmodule
2A und
2B angeordnet. Die
Sensorgruppenmodule
2A und
2B sind identisch ausgebildet
und weisen jeweils vier Sensoren
11–
14 und
21–
24 auf.
Bei den Sensoren
11–
14,
21–
24 handelt
es sich um Sensoren zur Entfernungsmessung.
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Die 2a, 2b und 2c sind
drei schematische Darstellungen der Stirnfläche einer Bobine sowie des
Bobinenkerns 7, über
die ein Sensorgruppenmodul 2A mit vier Sensoren 11–14 geführt wird.
Die Darstellungen geben den zeitlichen Ablauf wieder, der sich durch
das Bewegen des Sensorgruppenmoduls 2A über den Bobinenkern 7 ergibt.
Es handelt sich hierbei um einen Kalibriervorgang, bei dem der Sensor 11 in
Pfeilrichtung über den
Bobinenkern 7 entlang der gestrichelten Linie geführt wird.
In 2a befindet sich der Sensor 11 noch nicht
im Bereich des Bobinenkerns 7, in der 2b ist
der Sensor 11 gerade in den Bereich des Bobinenkerns 7 eingetreten,
so dass eine Signaländerung
zu verzeichnen ist, und in der 2c wird
der Sensor 11 auf der gestrichelten Linie wieder zurückgeführt, so dass
eine weitere Signaländerung
am Sensor 11 zu verzeichnen ist.
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Die 3 zeigt
eine schematische Ansicht auf einen Ausschnitt eines Bobinenkerns 7 und
veranschaulicht insbesondere, dass ein Variieren ΔY von Linien
I1 und I2 durch
eine vorläufige
Bobinenkernmitte in Y-Richtung nur eine geringe Auswirkung auf die
Signaländerung ΔX in X-Richtung
hat. Das hat zur Folge, dass bei einer Ungenauigkeit in der Wahl
der vorläufigen
Bobinenkernmitte dennoch verlässliche
Signaländerungen
aufgezeichnet werden, wenn ein Sensor 11–14, 21–24 entlang
einer Linie I1 oder I2 durch
die vorläufige
Bobinenkernmitte geführt wird.
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4 ist
eine schematische Ansicht auf einen Bobinenkern 7 sowie
auf ein Sensorgruppenmodul 2A mit vier Sensoren 11–14,
das über
den Bobinenkern 7 geführt
wird. Die Positionen 1., 2., 3. und 4. entsprechen dabei jeweils
einer Position des Sensorgruppenmoduls 2A, wobei nacheinander
die Sensoren 11–14 entlang
einer Linie durch die vorläufige Bobinenkernmitte
geführt
werden.
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In
der 5 ist eine schematische Ansicht einer Stirnseite
einer Bobine sowie ein Bobinenkern 7 mit zwei Sensorgruppenmodulen 2A und 2B dargestellt.
Der hier nicht dargestellte Greifer 1 wird so verfahren,
dass die Sensorgruppenmodule 2A, 2B den verlängert gedachten
Bobinenkern 7 umgeben. Hierfür ist eine Hüllkurve 8 der
möglichen
Positionen des Bobinenkerns 7 vorgegeben, die eine Grenze
für die Sensoren 11–14, 21–24 darstellt,
und zwar in der Weise, dass die Sensoren 11–14, 21–24 stets
alle außerhalb
des Bobinenkerns 7 liegen müssen, bevor eine vorläufige Bobinenkernmitte
bestimmt wird. In der 5 ist darüber hinaus ein Greifermittelpunkt 6 eines
nicht dargestellten Greifers 1 bezeichnet, der beispielsweise
als Vorgabe für
die vorläufige
Bobinenkernmitte dient.
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Die 6 zeigt
eine weitere schematische Ansicht einer Stirnseite einer Bobine
sowie eines Bobinenkerns 7 mit zwei Sensorgruppenmodulen 2A und 2B,
wobei die Bedingung, dass alle Sensoren 11–14, 21–24 außerhalb
des Bobinenkerns 7 liegen, gerade noch erfüllt wird.
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In
der 7 ist ein Kreis dargestellt, für den durch Errichtung von
Mittelsenkrechten g und h ein Mittelpunkt bestimmt wird. Der Kreis
entspricht dem Bobinenkern 7, die Punkte SP1, SP2, SP3
und SP4 entsprechen jeweils den Stellen, an denen Signaländerungen
von einem der Sensoren 11–14, 21–24 verzeichnet
werden. Für
die Punkte SP1 und SP3 wird die Mittelsenkrechte g und für die Punkte
SP2 und SP4 wird die Mittelsenkrechte h konstruiert. Der Schnittpunkt
der beiden Mittelsenkrechten g und h legt eine Bobinenkernmitte
B fest. Die Koordinaten des Schnittpunkts und damit der Bobinenkernmitte
B lassen sich somit mit einfachen mathematischen Methoden bestimmen.
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- 1
- Greifer
- 2
- Sensoreinrichtung
- 2A
- Sensorgruppenmodul
- 2B
- Sensorgruppenmodul
- 3
- Element
zum Greifen einer Bobine
- 4
- Element
zum Greifen einer Bobine
- 5
- Element
zum Greifen einer Bobine
- 6
- Mittelpunkt
des Greifers
- 7
- Bobinenkern
- 8
- Hüllkurve
der zulässigen
Positionen des Bobinenkerns
- 9
- Auswerte-
und Steuereinrichtung
- 10
- Positionierungsvorrichtung
- 11
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 12
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 13
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 14
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 21
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 22
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 23
- Sensor
zur Entfernungsmessung
- 24
- Sensor
zur Entfernungsmessung