DE102013202872A1

DE102013202872A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Gruppieren von Artikeln, Stückgütern oder Gebinden

Info

Publication number: DE102013202872A1
Application number: DE201310202872
Authority: DE
Inventors: Johann Haas
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: DE102013202872B4

Abstract

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren einer Anzahl von in wenigstens einer Reihe hintereinander beförderten Stückgütern und/oder Gebinden (14) offenbart, die in horizontaler Richtung zu einem Bewegungsraum (12) befördert werden, wo jedes einzelne zu bewegende Stückgut oder Gebinde (14) mittels einer zumindest in horizontaler Richtung beweglichen und/oder rotierbaren Manipulationseinrichtung (22) an wenigstens einer Seitenfläche kontaktiert und verschoben und/oder gedreht wird. Die Manipulationseinrichtung (22) umfasst wenigstens einen zumindest in horizontaler Richtung beweglichen und/oder rotierbaren Manipulationsstab (24) zur Kontaktierung der jeweiligen Stückgüter und/oder Gebinde (14) an wenigstens einer Seitenfläche und zu deren Verschiebung und/oder Drehung. Die Manipulationseinrichtung (22) ist mit einer Steuereinrichtung (26) zur Steuerung der Bewegungsverläufe des wenigstens einen Manipulationsstabes (24) innerhalb des Bewegungsraumes (12) gekoppelt. Die Steuereinrichtung (26) wertet die Signale (28) eines den Bewegungsraum (12) zumindest teilweise erfassenden optischen Sensors (30) aus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren einer Anzahl von in Reihe hintereinander beförderten Artikeln, Stückgütern und/oder Gebinden mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 6.
Bei der Förderung, Handhabung und anschließenden Verpackung von Artikeln, Gebinden oder Stückgütern wie bspw. Paketen oder Behältergebinden, die in einer Reihe hintereinander auf einem Horizontalförderer transportiert werden, besteht normalerweise die Notwendigkeit einer Umsortierung, um die Artikel, Stückgüter und/oder Gebinde in eine stapelfähige Anordnung, d.h. in die räumliche Anordnung einer stapelfähigen Lage zu bringen, damit sie in der Verpackungsmaschine in Palettenlagen übereinander gestapelt werden können. Um die z.B. hintereinander in einer einzigen Reihe angeförderten Artikel oder andere Stückgüter wie Gebinde in eine stapelfähige Lagenanordnung zu bringen, müssen aufeinander folgend transportierte Gebinde oder Stückgüter jeweils unterschiedlichen Verschiebe- und/oder Drehbewegungen unterzogen werden, was bspw. mit sog. Portalgreifsystemen oder auch mit Knickarm-Greifsystemen erfolgen kann. Hierbei werden innerhalb eines Bewegungsraumes wie bspw. eines Transfertischs die von einer Horizontalfördereinrichtung angeförderten Artikel, Gebinde oder Stückgüter mittels der Greifer einzeln erfasst und an eine definierte Position verschoben und/oder gedreht. Je nach der zu gruppierenden Gebindelage, Stückgut- oder Artikellage sind jeweils unterschiedliche Positionierungsbewegungen für aufeinander folgende Artikel, Stückgüter oder Gebinde durchzuführen, bis das gewünschte Lagenbild vervollständigt ist. Diese Lagenanordnung kann anschließend als Ganzes weitertransportiert und bspw. einer Palettiervorrichtung übergeben werden.
Unabhängig von den eingesetzten Portalgreifsystemen oder Knickarm-Greifsystemen sind für jede Erfassung eines Gebindes oder Stückgutes mehrphasige Bewegungsabläufe erforderlich: der Greifarm muss auf das Gebinde oder Stückgut abgesenkt werden, bevor die Greifzangen sich schließen und das Gebinde oder Stückgut erfassen können. Danach erfolgt eine Verschiebe- und/oder Drehbewegung in horizontaler Richtung, bevor der Greifer zum Freigeben des Stückguts oder Gebindes wieder geöffnet und nach oben gehoben wird. Aufgrund der schnell getakteten Vielzahl solcher Bewegungsabläufe hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zwei oder mehr solcher Anordnungen mit Gruppiertischen und diesen jeweils zugeordneten Handhabungs- und/oder Manipulationseinrichtungen hintereinander anzuordnen, ggf. gespeist durch zwei oder mehr parallele Zuförderbänder mit darauf in Reihen beförderten Artikeln, Stückgütern oder Gebinden.
Die erwähnten Gruppiersysteme sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsvarianten bekannt. Darüber hinaus offenbaren die DE 201 15 478 U1 und die WO 03/022717 A1 jeweils unterschiedliche Vorrichtungen zum Ausleiten von Objekten aus Artikelströmen. Die Ausleitung erfolgt mit steuerbaren Manipulatoren, welche die Artikel seitlich verschieben.
Da diese bekannten Handhabungseinrichtungen entweder nur eine einzige Verschieberichtung für beförderte Artikel kennen oder für mehrphasige Verschiebebewegungen von Artikeln, Gebinden oder Stückgütern relativ aufwändiger Greifersysteme mit zahlreichen Bewegungsachsen, Energieversorgungsleitungen etc. bedürfen, besteht ein vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein vereinfachtes Verfahren und eine möglichst einfach aufgebaute und handhabbare Vorrichtung zur Umsortierung von Artikel-, Stückgut- und/oder Gebindereihen zur Verfügung zu stellen, womit insbesondere eine schnelle und hinsichtlich der Positionierungen der Artikel, Gebinde oder Stückgüter zuverlässige und präzise wiederholbare Lagenbildung ermöglicht werden soll.
Diese Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. So sieht die Erfindung zur Erreichung des genannten Ziels ein Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren einer Anzahl von in wenigstens einer Reihe hintereinander beförderten Stückgütern und/oder Gebinden vor, die in horizontaler Richtung zu einem Bewegungsraum befördert werden, wo jedes einzelne zu bewegende Stückgut oder Gebinde mittels einer zumindest in horizontaler Richtung beweglichen und/oder rotierbaren Manipulationseinrichtung an wenigstens einer Seitenfläche kontaktiert und verschoben und/oder gedreht wird. Wenn in diesem Zusammenhang von einem Bewegungsraum die Rede ist, so ist damit ein umgrenzter und/oder räumlich definierbarer Bereich gemeint, in dem einerseits eine bestimmte Anordnung einer Mehrzahl von Artikeln, Gebinden und/oder Stückgütern zueinander hergestellt wird, und in dem sich andererseits eine Manipulationseinrichtung bzw. deren Schieber o. dgl. Wirkelement bewegen kann. Somit kann der Bewegungsraum bspw. mit einem Gruppiertisch o. dgl. gleichgestellt sein, wie er aus herkömmlichen Gruppieranlagen bekannt ist, mit dem Unterschied, dass auf deren aufwändig zu steuernde Handhabungseinrichtungen bei der vorliegenden Erfindung verzichtet werden kann.
Die oben genannte Manipulationseinrichtung umfasst wenigstens einen Manipulationsstab, dessen Bewegungsverlauf innerhalb des Bewegungsraumes in Zusammenwirkung mit ausgewerteten Signalen wenigstens eines, den Bewegungsraum zumindest teilweise erfassenden, optischen Sensors gesteuert wird. Als optischer Sensor kann insbesondere eine Kamera mit nachgeschalteter Bildauswertung oder ein vergleichbarer optischer Sensor eingesetzt werden. Die der wenigstens einen Kamera nachgeschaltete Bildauswertung ist sinnvollerweise derart zu konfigurieren, dass die aktuellen Positionen aller einzelnen Stückgüter und/oder Gebinde sowie auch deren Bewegungen innerhalb des Bewegungsraumes erfasst werden. Um die Menge an verarbeiteten Bilddaten zu begrenzen, kann es jedoch auch ausreichen, lediglich diejenigen Bewegungen der in den Bewegungsraum beförderten Gebinde oder Stückgüter zu erfassen, die noch zu bewegen und zu einem Lagenbild oder einer Gruppierung zu verschieben sind. Die bereits bewegten und an ihrer vorgesehenen Position im Lagenbild befindlichen Gebinde oder Stückgüter, die sich gleichwohl noch im Bewegungsraum befinden, müssen hinsichtlich ihrer Positionen nicht mehr erfasst werden, so dass auch ihre bildtechnische Verarbeitung und die daraus resultierende weitere Signalverarbeitung unterbleiben kann.
In Abhängigkeit von den verarbeiteten Daten kann der wenigstens eine Manipulationsstab der Manipulationseinrichtung gesteuert werden, um auf diese Weise die gewünschten Endpositionen der verschobenen und/oder gedrehten Stückgüter und/oder Gebinde zu erreichen. Die Endpositionen können zusammen bspw. ein Lagenbild für eine zu palettierende Gebinde- und/oder Stückgutlage bilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, dass anstelle herkömmlicherweise eingesetzter Greifersysteme ein flexibel beweglicher Schieber zur Bewegung von Gebinden und/oder Stückgütern innerhalb eines Gruppier- oder Bewegungsraumes verwendet wird, mit dessen Hilfe die Gebinde oder Stückgüter bspw. zu einer palettierbaren Lagenanordnung zusammengeschoben werden können. Während bei den bisher eingesetzten Systemen mehrachsige Bewegungssteuerungen unverzichtbar sind, was einerseits einen relativ hohen Bauaufwand und andererseits hohe Kosten und einen relativ hohen Energieeinsatz erfordert, liefert die Erfindung eine sehr einfach aufgebaute und kostengünstig herstellbare und betreibbare Sortier- und Gruppiermöglichkeit für Gebinde und Stückgüter aller Art. Die geringen bewegten Massen ermöglichen sehr hohe Stellgeschwindigkeiten und ermöglichen es, den Bauaufwand zu reduzieren, da die geringeren bewegten Massen bei gleicher Steuer- und Positionierungspräzision filigranere Führungen, Aufhängungen und Lagerungen aller bewegten Teile ermöglichen. Die gegenüber herkömmlichen Greifersystemen schnelleren Steuerbewegungen können höhere Taktzeiten bei der Gruppierung und/oder Lagenbildung der zu bewegenden Gebinde und/oder Stückgüter ermöglichen.
Die herkömmlicherweise eingesetzten Greifsysteme werden bei der vorliegenden Erfindung ersetzt durch wenigstens einen einfachen festen Finger – hier als Manipulationsstab bezeichnet – und ein damit wirkverbundenes Sensor- bzw. Kamerasystem. Über das Sensor- oder Kamerasystem kann jede Position und Ausrichtung aller Gebinde oder Stückgüter erkannt werden, die sich innerhalb eines vorgegebenen Bewegungs- oder Überwachungsraumes befinden. Über den wenigstens einen Finger bzw. Manipulationsstab an einer zwei- oder dreiachsig beweglichen Aufhängung kann jedes Gebinde, Stückgut oder auch mehrere Gebinde oder Stückgüter auf vorgegebene Positionen geschoben und/oder gedreht werden. Da die Steuerbewegungen der Finger bzw. Manipulationsstäbe mit den erfassten optischen Daten des Kamerasystems verknüpft sind, sind eine sehr exakte Positionierung aller Gebinde bzw. Stückgüter möglich. Zudem können mehrere Achsen der bisher eingesetzten Greifersysteme eingespart werden, was u.a. Kosteneinsparungen wegen des reduzierten Bauaufwandes mit sich bringt. Auch die Steuerung der beweglichen Teile und deren Konstruktion sind erheblich vereinfacht, da bspw. die komplette Energieübertragung zum separat öffnenden und schließenden Greiferkopf entfällt. Auch können Kollisionen zwischen Greifer und Gebinde wegen des eingesetzten Kamerasystems zuverlässig verhindert werden.
Die optische oder räumliche Erfassung aller zum Bewegungsraum beförderten Gebinde und/oder Stückgüter ermöglicht zudem eine sehr zuverlässige Positionierung aller Manipulatoren, so dass ggf. auch ein ungeordneter Zulauf der zu sortierenden oder gruppierenden Gebinde und/oder Stückgüter erfolgen kann. Während bisherige Systeme eine exakt geordnete Zuförderung der Gebinde oder Stückgüter erfordern, kann bei dem erfindungsgemäßen System grundsätzlich eine völlig ungeordnete Zuförderung erfolgen, ohne dass dies zu Nachteilen in der Sortierungs- oder Gruppierungsqualität führt. Der wenigstens eine eingesetzte Manipulationsstab ermöglicht ohne großen Aufwand eine zuverlässige Erfassung auch schief stehender oder in unregelmäßigen Abständen zugeförderter Gebinde oder Stückgüter. Sogar lückenlos aneinander stehende Gebinde oder Stückgüter können problemlos voneinander getrennt und separat erfasst werden, was einen erheblichen Vorteil bei der Handhabung gegenüber bekannten Greifersystemen darstellt. Diese können bei solchen Fördersituationen schnell an ihre Grenzen stoßen.
Die zu erzeugenden Gruppierungen, Anordnungen, Lagenbilder etc., zu denen die Gebinde oder Stückgüter zusammengeschoben werden, sind durch entsprechende Steuerungsprogramme definiert, die von einem Benutzer je nach Bedarf variiert werden können. Die Variation der Lagenbilder kann bspw. mit der Größe und den Abmessungen der zu verschiebenden und/oder drehenden Stückgüter bzw. Gebinde zusammenhängen und/oder damit, ob jeweils gleiche oder auch unterschiedliche Gebinde oder Stückgüter in den Gruppierungen oder Lagen zusammengefasst werden sollen.
Die mittels einer Steuereinrichtung verknüpften jeweiligen Positionen der Finger, Schieber oder Manipulationsstäbe und deren Bewegungen, wobei insbesondere auch ihr jeweiliger Angriffspunkt oder Kontaktpunkt am Stückgut bzw. Gebinde interessiert, ermöglichen zusammen mit den ausgewerteten Signalen der wenigstens einen Kamera eine sehr schnelle und präzise Positionierung der Gebinde bzw. Stückgüter mittels eines einzigen Manipulationsstabes, der in entsprechender Weise bewegt werden kann, um die Gebinde und/oder Artikel in die jeweils gewünschten Endpositionen verschieben und/oder drehen zu können. Wahlweise können auch die Signale mehrerer optischer Sensoren bzw. mehrerer Kameras ausgewertet werden, die gemeinsam in der Lage sein sollten, den Bewegungsraum zu erfassen und in einer geeigneten Weise abzubilden, um der Steuereinrichtung die möglichst verzögerungsarme Ansteuerung der Manipulationseinrichtung zu ermöglichen. Ggf. können die als optische Sensoren bezeichneten Überwachungssensoren, welche die Stückgut- und/oder Gebindepositionen innerhalb des Bewegungsraumes erfassen und in einer für die Steuereinrichtung verarbeitbaren Weise abbilden sollen, auch durch anders arbeitende Sensoren gebildet sein, bspw. durch Ultraschallsensoren o. dgl. Wenn somit im vorliegenden Zusammenhang sowie in den Patentansprüchen von optischen Sensoren oder Kameras die Rede ist, so ist dies grundsätzlich in einer umfassenden Weise zu verstehen, was den Einsatz von alternativen Sensorprinzipien betrifft. D.h., mit optischen Sensoren können im vorliegenden Zusammenhang auch Ultraschallsensoren o. dgl. gemeint sein, die eine vergleichbare Funktionalität wie optische Sensoren aufweisen.
Der wenigstens eine Manipulationsstab der Manipulationseinrichtung bewegt sich normalerweise innerhalb einer horizontalen Ebene, zumindest während aller Kontaktphasen mit den zu verschiebenden und/oder zu drehenden Gebinden bzw. Stückgütern. Ggf. kann es sinnvoll sein, den wenigstens einen Manipulationsstab in vertikaler Richtung verschieben zu können, um ihn in den Kontaktbereich mit den zu verschiebenden und/oder zu drehenden Gebinden bzw. Stückgütern bringen oder aus dem Kontaktbereich entfernen zu können. Dies kann ggf. bei Verwendung mehrerer Manipulationsstäbe sinnvoll sein, die gleichzeitig und unabhängig voneinander innerhalb des Bewegungsraumes eingesetzt werden können, um bspw. eine Kollision einzelner Manipulationsstäbe mit Gebinden oder Stückgütern zu verhindern, die von zweiten oder dritten Manipulationsstäben verschoben bzw. gedreht werden. So ist es entsprechend einer Variantes des erfindungsgemäßen Verfahrens durchaus möglich, zwei oder mehr Gebinde und/oder Stückgüter zumindest phasenweise gleichzeitig mittels zweier oder mehr Manipulationsstäben der Manipulationseinrichtung zu bewegen, zu verschieben und/oder zu drehen, wenn diese wenigstens zwei Manipulationsstäbe unabhängig voneinander innerhalb des Bewegungsraums beweglich angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, Steueralgorithmen vorzusehen, die alle Kollisionen dieser zwei oder mehr unabhängig voneinander beweglicher Manipulationsstäbe verhindern können, ggf. unter der optionalen Möglichkeit, einzelne Manipulationsstäbe vorübergehend anzuheben oder abzusenken, um sie aus dem Kontaktbereich mit den übrigen Manipulationsstäben und/oder den innerhalb des Bewegungsraumes zu verschiebenden und/oder zu drehenden Gebinden und/oder Stückgütern bringen zu können.
Unabhängig von der Art der Sensorik und/oder der gewählten Variante der Kollisionsvermeidung können anstelle des oben beschriebenen einzelnen Manipulationsstabes auch wahlweise zwei oder mehr solcher Manipulationsstäbe eingesetzt werden, die in einer Weise angesteuert werden können, dass damit gleichzeitig zwei oder mehr Gebinden und/oder Stückgütern innerhalb des Bewegungsraumes verschoben und/oder gedreht werden können. Mit dem Begriff der gleichzeitigen Verschiebung ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass sich zwei oder mehr Manipulationsstäbe gleichzeitig mit jeweils einem Gebinde und/oder Stückgut im Eingriff befinden und diese bewegen können.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass der wenigstens eine Manipulationsstab nicht nur innerhalb des Bewegungsraumes in geradlinigen oder gekrümmten oder mehrfach gekrümmten Bewegungsbahnen bewegt werden kann, um durch geeignete Kontaktierung der Gebinde oder Stückgüter an deren Seitenflächen diese innerhalb des Bewegungsraumes zu bewegen, zu verschieben und/oder zu drehen, sondern dass der wenigstens eine Manipulationsstab zusätzlich in rotierbarer Aufhängung mit der Manipulationseinrichtung verbunden ist. In Zusammenwirkung mit einer reibungsreduzierenden oder reibungshemmenden Beschichtung oder Oberflächengestaltung des wenigstens einen Manipulationsstabes an dessen Kontaktbereich mit den Gebinden und/oder Stückgütern kann dessen Rotationsmöglichkeit es ermöglichen, den zu bewegenden Gebinden und/oder Stückgütern ein zusätzliches Drehmoment aufzuprägen, was Bewegungen auf kleinerem Raum ermöglicht und/oder manche Steuerbewegungen des wenigstens einen Manipulationsstab reduzieren bzw. erübrigen kann.
Neben den oben beschriebenen Verfahrensaspekten der vorliegenden Erfindung umfasst diese zudem eine Vorrichtung zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren einer Anzahl von Stückgütern und/oder Gebinden innerhalb eines definierten Bewegungsraumes. Dem Bewegungsraum ist wenigstens eine Zufördereinrichtung zur Zuführung der in wenigstens einer Reihe hintereinander beförderten Stückgüter und/oder Gebinde zum Bewegungsraum vorgeordnet, die bspw. durch ein mit konstanter Fördergeschwindigkeit förderndes Band gebildet sein kann. Wahlweise kann zwischen diesem Band und dem Bewegungsraum ein kurzes Verbindungsband mit der Möglichkeit einer kurzzeitigen Beschleunigung oder Verzögerung angeordnet sein, was es ermöglicht, die Abstände zwischen den zugeförderten Gebinden und/oder Stückgütern zu variieren, insbesondere zu erhöhen. Weiterhin ist dem Bewegungsraum wenigstes eine Abfördereinrichtung zum Abtransport von gruppierten und/oder in Lagen angeordneten Stückgütern und/oder Gebinden nachgeordnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Manipulationseinrichtung zur Verschiebung und/oder Drehung der einzelnen Stückgüter und/oder Gebinde innerhalb des Bewegungsraums, die wenigstens einen zumindest in horizontaler Richtung beweglichen und/oder rotierbaren Manipulationsstab zur Kontaktierung der jeweiligen Stückgüter und/oder Gebinde an wenigstens einer Seitenfläche und zu deren Verschiebung und/oder Drehung umfasst. Die Manipulationseinrichtung ist mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Bewegungsverläufe des wenigstens einen Manipulationsstabes innerhalb des Bewegungsraumes gekoppelt. Die Steuereinrichtung wertet die Signale eines den Bewegungsraum zumindest teilweise erfassenden optischen oder anderweitig arbeitenden Sensors aus. Der optische Sensor kann insbesondere durch wenigstens eine Kamera mit nachgeschalteter Bildauswertung gebildet sein, wobei die Bildauswertung aktuelle Positionen aller einzelnen Stückgüter und/oder Gebinde sowie deren Bewegungen innerhalb des Bewegungsraumes erfasst und in Abhängigkeit von den Positionen und/oder Bewegungen den wenigstens einen Manipulationsstab der Manipulationseinrichtung steuert. Auf diese Weise ist eine exakte Positionierung des wenigstens einen Manipulationsstabes in Bezug auf die zu bewegenden und/oder drehenden Gebinde und/oder Stückgüter möglich, ohne dass weitere bewegliche Teile wie bspw. ein Greifersystem o. dgl. benötigt würden. Die Gebinde oder Stückgüter werden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausschließlich durch die Schiebebewegungen der variabel beweglichen Manipulationsstäbe an ihre gewünschte Endposition gebracht, wobei durch entsprechende Steuerung der Stäbe und deren entsprechender Positionierung an einem geeigneten Kontaktpunkt sowohl Verschiebe- als auch Drehbewegungen der kontaktierten Gebinde bzw. Stückgüter durchgeführt werden können.
Zur Reduzierung der in der Steuereinrichtung zu verarbeitenden Datenmengen kann es sinnvoll sein, die von der Bildauswertung gelieferten Signale hinsichtlich der aktuellen Positionen der Gebinde oder Stückgüter zu unterscheiden und solche Signale als untergeordnete Signale zu betrachten, die Daten von bereits verschobenen Stückgütern oder Gebinden darstellen. Wichtig für die Steuerung der Manipulationsstäbe sind in erster Linie die Bewegungs- und Positionsdaten von in den Bewegungsraum gelieferten Stückgütern oder Gebinden, die noch an ihre Position im vorgesehenen Lagenbild zu verschieben sind, nicht jedoch die Bilddaten von bereits platzierten Gebinden oder Stückgütern.
Mittels der Steuereinrichtung werden die jeweiligen Positionen der Finger und deren Bewegungen – auch und insbesondere hinsichtlich ihres Angriffspunktes am Stückgut/Gebinde – mit den Signalen der Kamera verknüpft. Eine Erfassung der Positionen der Manipulationsstäbe mittels der Sensoreinrichtung bzw. der Kamera ist nicht erforderlich, sind doch die exakten Positionen der Stäbe durch die in der Steuereinrichtung vorhandenen Steuerdaten ohnehin bekannt. Auch variierende und nicht konstante Reibungsbedingungen an den Aufstandsflächen der zu verschiebenden und/oder drehenden Stückgütern und/oder Gebinden innerhalb des Bewegungsraumes beeinflussen die Steuerung der Manipulationsstäbe nicht negativ, da wechselnde Reibungsverhältnisse jederzeit durch entsprechende Korrekturbewegungen der Manipulationsstäbe ausgeglichen werden können. Solche wechselnden Reibungsbedingungen können sich bspw. in Situationen auswirken, bei denen der Manipulationsstab das Stückgut oder Gebinde durch außermittige Kontaktierung drehen bzw. gleichzeitig drehen und verschieben, d.h. in einer gekrümmten Bahn bewegen soll. Wenn sich nun während dieser Verschiebe- und Drehbewegung die Reibungsverhältnisse zwischen der Bodenfläche des Stückgutes oder Gebindes und der Oberfläche des Bewegungsraumes verändern, kann dies zu einem veränderten Drehwinkel des Stückgutes oder Gebindes führen. Eine kleine korrigierende Verschiebung des Kontaktbereiches zwischen der Seitenfläche des zu manipulierenden Gebindes oder Stückguts und des Manipulationsstabes kann diesen veränderten Drehwinkel korrigieren und den gewünschten Bewegungsverlauf wiederherstellen.
Die beschriebenen Bewegungsverläufe lassen sich besonders gut realisieren, wenn der wenigstens eine Manipulationsstab im Wesentlichen vertikal angeordnet und über dem Bewegungsraum in horizontaler Richtung beweglich ist. Zusätzliche Vorteile sind dann gegeben, wenn der wenigstens eine Manipulationsstab zumindest in einem Kontaktbereich mit den zu kontaktierenden Stückgütern und/oder Gebinden mit einer reibungserhöhenden Oberfläche versehen ist. Eine solche reibungserhöhende Beschichtung oder Oberflächengestaltung ermöglicht die Einleitung von Drehmomenten bei der Manipulation der Gebinde und/oder Stückgüter, wenn der Manipulationsstab nicht mittig in Bezug auf seine Bewegungsrichtung am Gebinde oder Stückgut ansetzt. Die reibungserhöhende Beschichtung oder Oberfläche kann bspw. durch eine Elastomerbeschichtung, eine Gummibeschichtung oder eine mit geeigneter Strukturierung versehende Oberflächengestaltung realisiert sein. Wahlweise kann ein solchermaßen ausgebildeter Manipulationsstab auch eine mehreckige Querschnittgestaltung aufweisen, bspw. eine dreieckige oder sechseckige, die eine erleichterte Drehmomenteinleitung in die kontaktierten Gebinde oder Stückgüter ermöglicht.
Neben der erwähnten Ansteuerung des wenigstens einen Manipulationsstabes auf Basis der ausgewerteten Kamera- oder Sensordaten sowie auf Basis veränderbarer Programmvorgaben, die je nach zu erzeugendem Lagenbild oder zu erzeugender Gruppierung vom Benutzer variiert werden können, kann die Steuerungseinrichtung ggf. auch Sensordaten vom Manipulationsstab selbst verarbeiten und zu dessen präziseren Lagesteuerung verwenden, so dass sich daraus eine Lageregelung bilden lässt. So können am Stab selbst oder an dessen Aufhängung Kraft- und/oder Dehnungssensoren o. dgl. angeordnet sein, die der Steuerungseinrichtung eine Rückmeldung über den aktuellen Widerstand bei der Kontaktierung eines Gebindes oder Stückgutes sowie bei deren Verschiebe- und/oder Drehbewegung liefern können, um auf diese Weise – bspw. bei nicht konstanten Reibungsbedingungen während der gleitenden Verschiebebewegungen auf der Oberfläche des Bewegungsraumes – eine Korrektur der Verschiebewege und/oder -geschwindigkeiten vornehmen und damit eine präzisere Lagensteuerung der Manipulatoren erreichen zu können, die an die jeweils aktuellen und sich ggf. ändernden Verschiebe und/oder Reibungsbedingungen angepasst werden kann.
Der wenigstens eine Manipulationsstab der Manipulationseinrichtung bewegt sich während seiner Verschiebe- und/oder Drehbewegungen über dem Bewegungsraum zweckmäßigerweise innerhalb einer horizontalen Ebene, da überlagerte Vertikalbewegungen bei der Positionierung der Gebinde und/oder Stückgüter keine Vorteile bieten. Dieses Prinzip lässt sich allenfalls dadurch abwandeln, dass beim Einsatz mehrerer unabhängig voneinander beweglicher Manipulationsstäbe eine Vertikalbewegung sinnvoll sein kann, die einzelne dieser Stäbe aus dem Eingriffsbereich mit den auf der Oberfläche des Bewegungsraumes verschiebbaren Gebinden oder Stückgütern bringen kann, um bspw. Kollisionen zu vermeiden.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass der wenigstens eine, beweglich angeordnete Manipulationsstab rotierbar mit der Manipulationseinrichtung verbunden ist. Bei einer solchen Variante verschiebt der Manipulationsstab die Gebinde oder Stückgüter nicht nur innerhalb des definierten Bewegungsraumes, sondern kann durch eine Rotation um seine Längsachse oder eine zu dieser parallel liegenden Drehachse den kontaktierten Gebinden oder Stückgütern ein Drehmoment aufprägen, um eine definierte Drehung auszulösen. Diese Funktion der Manipulationsstäbe wird durch eine entsprechende Gestaltung der Stäbe begünstigt, bspw. durch eine reibungshemmende Beschichtung oder durch eine strukturierte Oberflächengestaltung, durch einen mehreckigen Querschnitt o. dgl. Maßnahmen.
Eine weitere Variante der Vorrichtung kann vorsehen, dass jede Manipulationseinrichtung wenigstens einen Doppelfinger mit zwei parallel angeordneten Manipulationsstäben aufweist, die jeweils gemeinsam um eine vertikale Drehachse rotierbar angeordnet sind. Mit einer solchen Konfiguration sind Drehungen der jeweils kontaktierten Gebinde und/oder Stückgüter auf kleinstem Raum möglich, insbesondere bei einer Beschichtung oder Strukturierung der Stäbe, die Gleitbewegungen zwischen den Kontaktflächen reduziert oder verhindert. Ein gabelartiges Paar von Manipulationsstäben, die vorzugsweise nicht nur verschoben, sondern auch rotieren können, liefert eine nochmals verbesserte Möglichkeit der Verschiebung und/oder Drehung der Gebinde oder Stückgüter auf kleinstem Raum.
Wie erwähnt, kann dem Bewegungsraum eine Horizontalfördereinrichtung vorgeordnet sein, wahlweise auch zwei oder mehr parallel angeordnete Horizontalfördereinrichtungen. Zudem ist dem Bewegungsraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise eine weitere Horizontalfördereinrichtung nachgeordnet, die ganze Palettenlagen von Gebinden und/oder Stückgütern abtransportieren und zu einer Palettiereinrichtung befördern kann. Zu diesem Zweck kann im Bereich des Bewegungsraumes bspw. ein zusätzlicher, vorzugsweise bei Bedarf absenkbarer und anhebbarer Schieber vorgesehen sein, der vollständige Palettenlagen vom Bewegungsraum auf die nachgeordnete Horizontalfördereinrichtung überschiebt, wo die Palettenlagen zu einer Palettiereinrichtung o. dgl. weiterbefördert werden können.
Die Manipulationseinrichtungen mit den beweglichen Manipulationsstäben können bspw. über sog. Portalroboter mit X-Y-Steuerung innerhalb des definierten Bewegungsraumes bewegt werden. Selbstverständlich sind auch andere Varianten der Bewegungssteuerung und Aufhängung möglich, so bspw. eine Bewegungsführung der Manipulationsstäbe mit Knickarmrobotern o. dgl. Handhabungseinrichtungen.
Rein vorsorglich sei an dieser Stelle betont, dass die Gebinde und/oder Stückgüter keineswegs in geordneter Zuführung und in regelmäßiger Formatierung und jeweils gleichen Abständen auf einem oder mehreren Zuförderbändern bewegt und zum Bewegungsraum befördert werden müssen, da die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe des beschriebenen Gruppier- und/oder Lagenbildungsverfahrens in der Lage ist, auch ungeordnet und/oder unregelmäßig zugeführte Gebinde und/oder Stückgüter problemlos zu verarbeiten und in die gewünschte Ordnung zu bringen. Da alle Gebinde- bzw. Stückgutpositionen sehr exakt mit der Kamera bzw. mit dem optischen Sensor erfasst und in entsprechender Weise der Manipulationsstab der Manipulationseinrichtung positioniert werden können, ist auch eine ungeordnete und teilweise unregelmäßige Zuförderung von Gebinden, Artikeln und/oder Stückgütern, die erst im Bereich des Bewegungsraumes in eine vorgegebene Ordnung gebracht werden, problemlos zu bewältigen.
Wahlweise kann zwischen dem erwähnten Bewegungsraum und einem nachgeordneten Abförderband ein sog. Aufrückbereich vorgesehen sein. In diesen sog. Aufrückbereich oder Pufferabschnitt können vorzugsweise die allmählich komplettierten Lagenbilder eingebracht werden, um den Bewegungsraum weitgehend frei von bereits fertig positionierten Gebinden und/oder Stückgütern zu halten und um den Aktionsraum des Manipulators nicht mit zunehmender Lagenbildung allmählich einzuschränken. Auf diese Weise befinden sich nur wenige Gebinde gleichzeitig innerhalb des Bewegungsraumes, da die fertig ausgerichteten Gebinde weiter in den Aufrückbereich befördert werden, von wo aus sie als komplette Gebindelage mit dem Abförderband abtransportiert werden können, insbesondere zu einer Palettiereinrichtung oder einer anderen geeigneten Handhabungseinrichtung. Die Breite des Aufrückbereichs oder Pufferabschnittes richtet sich sinnvollerweise nach der Größe der zu komplettierenden Gebindelagen.
Im Zusammenhang mit den erwähnten Verschiebe- und/oder Drehbewegungen ist darauf hinzuweisen, dass nicht alle einzelnen Gebinde, die auf dem Zuführband zum Bewegungsraum transportiert werden, jeweils manipuliert werden müssen, da insbesondere die in gerader Linie vom Zuführband kommenden Gebinde ggf. ohne weitere Eingriffe zum Lagenbild befördert werden können. Wahlweise können auch zwei oder mehr Manipulationsstäbe in Förderrichtung hintereinander angeordnet sein, so dass ein den ersten Manipulationsstab passierendes Gebinde von einem darauf folgenden gleichartigen Manipulationsstab in der gewünschten Weise verschoben und/oder gedreht werden kann. Ggf. muss die Position einiger Gebinde auf ihrem Weg in das vorgesehene Lagenbild nicht verändert werden, da es unverändert in die Lagenformation passt. Auf diese Weise kann die Leistung der Lagenbildung erhöht werden.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
1 zeigt vier schematische Ansichten einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten und/oder Gruppieren von Gebinden oder Stückgütern.
2 zeigt eine schematische Detailansicht von Komponenten der Vorrichtung gemäß 1, die dem Verschieben und/oder Drehen von Gebinden oder Stückgütern innerhalb eines Bewegungsraumes dienen.
3 zeigt in insgesamt sieben schematischen Ansichten verschiedene bzw. jeweils aufeinander folgende Prozessschritte beim Ordnen von Gebinden oder Stückgütern, die zu einem Lagenbild zusammengeschoben werden.
4 zeigt eine Detailansicht einer Ausführungsvariante einer Manipulationseinrichtung der Vorrichtung gemäß 1.
5 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Manipulationseinrichtung der Vorrichtung gemäß 1.
6 zeigt eine Detailansicht einer weiteren alternativen Ausführungsvariante der Manipulationseinrichtung der Vorrichtung gemäß 1.
7 zeigt eine schematische Teil-Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1 mit einem zusätzlichen Sensor an der Manipulationseinrichtung.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein können, stellen jedoch keine abschließende Begrenzung dar.
Die beiden schematischen Draufsichten der 1a und 1b zeigen jeweils eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die dem Ausrichten und/oder dem Gruppieren von Packgütern, Stückgütern, Gebinden o. dgl. Artikel innerhalb eines definierten, umgrenzten Bewegungsraumes 12 dient. Der Einfachheit halber werden die zu gruppierenden und/oder auszurichtenden Packgüter oder Stückgüter allgemein als Gebinde 14 bezeichnet, was aber nicht einschränkend, sondern lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Die Gebinde 14 werden in ununterbrochener Reihe hintereinander zum Bewegungsraum 12 befördert, was mittels eines Zuführbandes 16 erfolgt, das bspw. durch ein mit konstanter Fördergeschwindigkeit 18 förderndes Band gebildet sein kann. An einer dem Zuführband 16 gegenüber liegenden Seite des Bewegungsraumes 12 befindet sich ein Abförderband 20 zum Abtransport von gruppierten und/oder in Lagen angeordneten Gebinden 14 (vgl. 3g). Die 1a zeigt eine geordnete Zuführung der Gebinde 14 in regelmäßiger Formatierung und jeweils gleichen Abständen auf dem Zuförderband 16, das die Gebinde 14 mit konstanter Fördergeschwindigkeit 18 zum Bewegungsraum 12 der Vorrichtung 10 befördert. Auch der Bewegungsraum 12 ist normalerweise als stetig fördernde Horizontalfördereinrichtung ausgebildet und kann bspw. eine Mattenkette oder ein geeignetes Gurtförderband o. dgl. als Auflagefläche für die Gebinde 14 aufweisen.
Die Vorrichtung 10 weist eine Manipulationseinrichtung 22 zur Verschiebung und/oder Drehung der einzelnen Gebinde 14 innerhalb des Bewegungsraums 12 auf. Diese Manipulationseinrichtung 22 weist in der dargestellten Ausführungsform einen in horizontaler Richtung beweglichen Manipulationsstab 24 zur Kontaktierung einzelner Gebinde 14 an wenigstens einer Seitenfläche und zu deren Verschiebung und/oder Drehung auf. Zudem ist die Manipulationseinrichtung 22 mit einer Steuereinrichtung 26 zur Steuerung der Bewegungsverläufe des Manipulationsstabes 24 innerhalb bzw. in den Umrissen des Bewegungsraumes 12 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 26 wertet die Ausgangssignale 28 eines den Bewegungsraum 12 zumindest teilweise erfassenden optischen Sensors 30 aus, der hier durch eine Kamera 32 mit nachgeschalteter Bildauswertung gebildet ist. Die Bildauswertung erfasst aktuelle Positionen aller einzelnen Gebinde 14, die sich im Bewegungsraum 12 befinden. Sie erfasst auch die Bewegungen der Gebinde 14 innerhalb des Bewegungsraumes 12 und liefert der Steuereinrichtung 26 auf Grundlage einer geeigneten Graustufenanalyse o. dgl. Auswerteprogrammes in Abhängigkeit von den Positionen und/oder Bewegungen Daten, aus denen die Steuereinrichtung 26 ein sinnvolles Steuersignal 34 generieren kann, auf dessen Grundlage die Horizontalbewegungen des Manipulationsstabes 24 der Manipulationseinrichtung 22 gesteuert werden.
Auf die beschriebene Weise ist eine exakte Positionierung des Manipulationsstabes 24 in Bezug auf die zu bewegenden und/oder zu drehenden Gebinde 14 ermöglicht. Die Gebinde 14 werden somit mit Hilfe der Vorrichtung 10 ausschließlich durch die Schiebebewegungen des variabel beweglichen Manipulationsstabes 24 an ihre gewünschten Endpositionen gebracht, so dass schließlich definierbare Lagenbilder entsprechend 3g erzeugt werden können.
Die 1b zeigt eine Ausführungsvariante, die verdeutlicht, dass die Gebinde 14 keineswegs in geordneter Zuführung und in regelmäßiger Formatierung und jeweils gleichen Abständen auf dem Zuförderband 16 bewegt werden müssen, da die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 mit Hilfe des beschriebenen Gruppier- und/oder Lagenbildungsverfahrens in der Lage ist, auch ungeordnet und/oder unregelmäßig zugeführte Gebinde 14 problemlos zu verarbeiten und in die gewünschte Ordnung zu bringen, da die Gebindepositionen sehr exakt mit der Kamera 32 bzw. mit dem optischen Sensor 30 erfasst und in entsprechender Weise der Manipulationsstab 24 positioniert werden kann. So zeigt die schematische Darstellung der 1b eine ungeordnete und teilweise unregelmäßige Zuförderung von Gebinden 14, die erst im Bewegungsraum 12 in eine vorgegebene Ordnung gebracht werden.
Die 1a bis 1c lassen jeweils einen in Förderrichtung 18 dem Bewegungsraum 12 nachgeordneten sog. Aufrückbereich 21 erkennen, der dem Abförderband 20 vorgeordnet ist. In diesen Aufrückbereich 21 werden die allmählich komplettierten Lagenbilder 44 nach rechts verschoben, um den Bewegungsraum 12 weitgehend frei von bereits fertig positionierten Gebinden 14 oder Stückgütern zu halten und um den Aktionsraum des Manipulators 22 nicht zunehmend einzuschränken. Auf diese Weise befinden sich nur wenige Gebinde 14 gleichzeitig innerhalb des Bewegungsraumes 12, da die fertig ausgerichteten Gebinde 14 weiter in den Aufrückbereich 21 befördert werden, von wo aus sie als komplette Gebindelage 46 mit dem Abförderband 20 abtransportiert werden, bspw. zu einer Palettiereinrichtung.
Eine sinnvolle Ausgestaltung des aus mehreren Komponenten gebildeten Aufrückbereichs 21 ist in 1d gezeigt und weiter unten näher erläutert. Der in den 1a, 1b und 1c mit unterbrochener Linie angedeutete Aufrückbereich 21 ist keinesfalls maßstabsgerecht zu verstehen, sondern normalerweise deutlich länger als dargestellt.
Die schematische Draufsicht der 1c verdeutlich die beginnende Überführung des sich aufbauenden Lagenbildes 44, von dem eine erste Reihe oder mehrere Reihen mit Gebinden 14 in den Aufrückbereich 21 überführt wurden, um den Bewegungsraum 12 für die ungehinderten Bewegungen des Manipulationsstabes 24 der Manipulationseinrichtung 22 frei zu halten. Die Breite des Aufrückbereichs 21 richtet sich sinnvollerweise nach der Größe der zu komplettierenden Gebindelage 46. Die Darstellungen der 1a bis 1c sind deshalb nicht maßstabsgerecht zu verstehen, sondern dienen der Verdeutlichung des Prinzips der Lagenbildung des Abtransports der fertigen Gebindelagen 46.
Im Zusammenhang mit den angedeuteten Verschiebe- und/oder Drehbewegungen ist darauf hinzuweisen, dass nicht alle einzelnen Gebinde 14, die auf dem Zuführband 16 zum Bewegungsraum 12 transportiert werden, jeweils manipuliert werden müssen, da insbesondere die in gerader Linie vom Zuführband 16 kommenden Gebinde 14 ggf. ohne weitere Eingriffe zum Lagenbild 44 befördert werden können. Wahlweise können auch zwei oder mehr solcher Manipulationsstäbe 24 hintereinander angeordnet sein, so dass ein den ersten Manipulationsstab 24 passierendes Gebinde 14 von einem darauf folgenden gleichartigen Manipulationsstab 24 in der gewünschten Weise verschoben und/oder gedreht werden kann. Ggf. muss die Position einiger Gebinde 14 auf ihrem Weg in das vorgesehene Lagenbild 44 nicht verändert werden, da es unverändert in die Lagenformation passt. Auf diese Weise kann die Leistung der Lagenbildung erhöht werden.
Die schematische Darstellung der 1d verdeutlicht in schematischer Weise eine typische Konfiguration einer Vorrichtung 10, die Teil einer Verpackungsmaschine sein kann, wo Reihen von Gebinden 14 mittels eines Zuförderbandes 16 oder zweier oder mehr paralleler Zuförderbänder 16 zum ersten Bewegungsraum 12a befördert werden, wo sie mittels einer ersten Manipulationseinrichtung 22a in gewünschter Weise verschoben und/oder gedreht werden, sofern sie nicht eine verschiebende oder drehende Eingriffe einem nachfolgenden weiteren Bewegungsraum 12b überlassen werden, der mit einer weiteren gleichartigen Manipulationseinrichtung 22b ausgestattet ist. Bei einer Ausstattung der Vorrichtung 10 mit zwei parallelen Zuförderbändern 16 entsprechend 1d kann es ggf. sinnvoll sein, die vom ersten Zuförderband 16a in den Bewegungsraum 12a beförderten Gebinde 14 mit der ersten Manipulationseinrichtung 22a zu behandeln und die vom zweiten Zuförderband 16b in den Bewegungsraum 12a beförderten Gebinde 14 dort zunächst passieren zu lassen und erst im zweiten Bewegungsraum 12b mit der zweiten Manipulationseinrichtung 22b zu behandeln, d.h. in gewünschter Weise zu drehen und/oder zu verschieben, bis ein fertiges Lagenbild 44 zusammengestellt ist, das anschließend weiterbefördert wird. So kann bspw. ein dem zweiten Bewegungsraum 12b nachgeordneter Staubereich 60 einen horizontal verstellbaren Staubalken 62 aufweisen, der quer zur Förderrichtung 18 in den Produktstrom gehoben oder gesenkt werden kann, um daran die Gebindelage 44 aufzustauen und die zwischen den Gebinden 14 verbliebenen Lücken in Förderrichtung 18 zu schließen.
An den Staubereich 60 kann sich ein weiterer Auflagetisch 64 anschließen, der mit seitlich zustellbaren Schubleisten 66 versehen ist, mit deren Hilfe die Gebindelage 44 weiter verdichtet wird, indem die seitlich zwischen aneinander grenzenden Gebinden 14 befindlichen Lücken geschlossen werden, so dass ein geschlossenes Lagenbild 44 für die nachfolgende Palettierung an das Abförderband 20 übergeben werden kann.
Normalerweise sind alle in Förderrichtung 18 hintereinander angeordneten Komponenten der Vorrichtung 10, nämlich der erste Bewegungsraum 12a, der zweite Bewegungsraum 12b, der Staubereich 60 sowie der weitere Auflagetisch 64 jeweils als Horizontalfördereinrichtungen ausgebildet, so dass die Gebinde 14 dort jeweils mit konstanten Fördergeschwindigkeiten in Richtung zum Abförderband 20 bewegt werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1d bilden somit der dem zweiten Bewegungsraum 12b nachgeordnete Staubereich 60 und der weitere Auflagetisch 64 gemeinsam den Aufrückbereich 21.
Die schematische Seitenansicht der 2 verdeutlicht das Prinzip der Bewegung einzelner Gebinde 14 auf einer Oberfläche 36 des Bewegungsraumes 12 mittels des Manipulationsstabes 24, wobei durch entsprechende Steuerung des Stabes 24 und dessen Positionierung an einem geeigneten Kontaktpunkt des Gebindes 14 sowohl Verschiebe- als auch Drehbewegungen des kontaktierten Gebinde 14 durchgeführt werden können. Um die gewünschten Bewegungsverläufe realisieren zu können, ist der Manipulationsstab 24 vertikal angeordnet und wird über dem Bewegungsraum 12 in horizontaler Richtung bewegt. Der Manipulationsstab 24 weist in einem Kontaktbereich 38 mit den zu kontaktierenden Gebinden 14 eine reibungserhöhende Oberfläche 40 auf, die bspw. durch eine Elastomer- oder Gummihülle 42 des unteren Abschnittes des Stabes 24 gebildet sein kann, wie dies die 2 schematisch andeutet. Die reibungserhöhende Beschichtung 40 oder Oberflächengestaltung ermöglicht die Einleitung von Drehmomenten bei der Manipulation der Gebinde 14, wenn der Manipulationsstab 24 nicht mittig in Bezug auf seine Bewegungsrichtung am Gebinde 14 ansetzt. Die reibungserhöhende Beschichtung 40 oder Oberfläche kann wahlweise auch durch eine geeignete Strukturierung oder Querschnittgestaltung des Stabes 24 bzw. seines Kontaktbereiches 38 gebildet sein.
Gemäß der Schemadarstellungen der 1a, der 1b und der 1c werden mit Hilfe der Steuereinrichtung 26 die jeweiligen Positionen des Manipulationsstabes 24 und dessen Bewegungen mit den Signalen 28 der Kamera 32 verknüpft. Eine zusätzliche Erfassung der Positionen des Manipulationsstabes 24 mittels der Sensoreinrichtung 30 bzw. der Kamera 32 ist nicht erforderlich, sind doch die exakten Positionen des Stabes 24 durch die in der Steuereinrichtung 26 vorhandenen Steuerdaten 34 bereits bekannt und verfügbar. Der Manipulationsstab 24 wird mit der Schubkraft F_S in Pfeilrichtung geschoben. Dieser Schubkraft F_S wirkt die Reibungskraft F_R entgegen, die an der Kontaktfläche zwischen dem Gebinde 14 und der Oberfläche 36 des Bewegungsraumes 12 wirkt, und die von der Gewichtskraft F_G des jeweiligen Gebindes 14 sowie von einem hier nicht weiter interessierenden Reibungskoeffizienten beeinflusst wird. Variierende und nicht konstante Reibungsbedingungen an den Aufstandsflächen der zu verschiebenden und/oder drehenden Gebinde 14 innerhalb des Bewegungsraumes 12 beeinflussen die Steuerung des Manipulationsstabes 24 nicht negativ, da wechselnde Reibungsverhältnisse jederzeit durch entsprechende Korrekturbewegungen des Manipulationsstabes ausgeglichen werden können. Solche wechselnden Reibungsbedingungen können sich bspw. in Situationen auswirken, bei denen der Manipulationsstab 24 das Gebinde 14 durch außermittige Kontaktierung drehen bzw. gleichzeitig drehen und verschieben, d.h. in einer gekrümmten Bahn bewegen soll. Wenn sich nun während dieser Verschiebe- und Drehbewegung die Reibungsverhältnisse zwischen der Bodenfläche des Gebindes 14 und der Oberfläche 36 des Bewegungsraumes 12 verändern, kann dies zu einem veränderten Drehwinkel des Gebindes 14 führen. Eine kleine Korrekturverschiebung des Kontaktbereiches zwischen der Seitenfläche des zu manipulierenden Gebindes 14 und des Manipulationsstabes 24 kann diesen veränderten Drehwinkel korrigieren und den gewünschten Bewegungsverlauf wiederherstellen.
Wie die schematischen Darstellungen der 1 (1a, 1b und 1c) und 3 (3a bis 3g) verdeutlichen, werden die mit dem Zuförderband 16 in der konstanten Fördergeschwindigkeit 18 kontinuierlich zum Bewegungsraum 12 angeförderten Gebinde 14 dort mittels des Manipulationsstabes 24 der Manipulationseinrichtung 22 nach einem definierten Ordnungsprinzip nach rechts verschoben, so dass sich zunächst ein beginnendes Lagenbild 44 aufbaut (1 und 3a bis 3f), das stückweise nach rechts in den Aufrückbereich 21 und nach Fertigstellung als vollständige Gebindelage 46 mit dem Abförderband 20 nach rechts transportiert wird (3g), während gleichzeitig ein neues Lagenbild 44 aufgebaut wird, das wiederum stückweise in den Aufrückbereich 21 verschoben wird, um den Aktionsraum für den Manipulationsstab 24 innerhalb des Bewegungsraumes 12 frei zu halten. So zeigt bspw. die 3b, wie die zuvorderst befindlichen Gebinde 14 eines noch nicht fertig zusammengestellten Lagenbildes 44 nach rechts in den Aufrückbereich 21 verschoben werden.
Das Abförderband 20 kann die Gebindelage 46, die hier durch insgesamt achtzehn Gebinde 14 gebildet ist, bspw. zu einer hier nicht dargestellten Palettierstation o. dgl. liefern, wo mehrere Gebindelagen 46 auf einer Palette oder einem anderen Stapelplatz übereinander gestapelt werden können.
In den beispielhaften Darstellungen der 1a und 1b sind im rechten Teil des Bewegungsraums 12 bereits einige Gebinde 14 mit jeweils rechteckförmigen Grundrissen ohne Drehung nebeneinander angeordnet, wobei die in der Darstellung erkennbaren Abstände zwischen den Gebinden 14 normalerweise nicht vorhanden sind, da sich diese mit ihren Seitenflächen berühren. Weitere zwei Gebinde 14 sind um 90 Grad gedreht und mit ihren Längsseiten an die rückseitigen Schmalseiten der vier mit ihren Längsseiten nebeneinander stehenden Gebinde 14 geschoben. Ein weiteres Gebinde 14 wird mit dem Manipulationsstab 24, der ein entsprechendes Steuersignal 34 von der Steuereinrichtung 26 erhält, nach rechts in Richtung des sich aufbauenden Lagenbildes 44 geschoben. Die Darstellung der 1c zeigt das teilweise nach rechts in den Aufrückbereich 21 verschobene Lagenbild 44.
Die Darstellung der 3a zeigt einen kombinierten Dreh- und Verschiebevorgang, da das mit dem Manipulationsstab 24 bewegte Gebinde 14 nicht nur verschoben, sondern auch gedreht werden soll, was durch einen randseitig an der Längsseite des Gebindes angreifenden Stab 24 erfolgen kann. Einen weiteren Verschiebevorgang eines Gebindes 14 verdeutlicht die 3b. Das dort mit dem Manipulationsstab 24 in Richtung zum sich aufbauenden Lagenbild 44 geschobene Gebinde 14 wird durch leicht außermittig an der Schmalseite angreifenden Stab 24 nach schräg unten verschoben. Eine zuvorderst stehende Reihe mit insgesamt fünf Gebinden 14 wurde bereits in den Aufrückbereich 21 verschoben, um den Bewegungsraum 12 frei von fertig positionierten Gebinden 14 des Lagenbildes 44 zu halten. In der Darstellung der 3c wird ein weiteres Gebinde 14 nach rechts unten verschoben, so dass es in das Lagenbild 44 eingepasst werden kann. Die schematische Darstellung der 3d zeigt die Verschiebung und leichte Teildrehung desselben Gebindes 14, das in Richtung nach rechts zum sich aufbauenden Lagenbild 44 verschoben wird, während dieses um einen weiteren Betrag nach rechts in den Aufrückbereich 21 verschoben wurde. Eine Verschiebung nach rechts und gleichzeitige Drehung eines Gebindes 14 nach links ist in 3e gezeigt, während die 3f bereits ein fast vollständiges Lagenbild 44 zeigt, das durch ein weiteres Gebinde 14 ergänzt wird, welches mit dem Manipulationsstab 24 verschoben und gedreht wird.
Die Darstellung der 3g zeigt einen Abtransport einer vollständigen Gebindelage 46 vom Aufrückbereich 21 mit dem Abförderband 20 in Abförderrichtung 48 nach rechts zu einer hier nicht gezeigten Palettiereinrichtung o. dgl. Während die Gebindelage 46 auf dem Abförderband 20 nach rechts befördert wird, baut die Manipulationseinrichtung 22 bereits wieder ein neues Lagenbild 44 auf der Oberfläche des Bewegungsraumes 12 auf, das in der gezeigten Weise stückweise in den Aufrückbereich 21 befördert wird.
Die schematische Detaildarstellung der 4 zeigt eine alternative Ausführungsvariante des Manipulationsstabes 24, der keinen kreisrunden, sondern einen sechseckigen Querschnitt 50 aufweist, vorzugsweise in Kombination mit einer reibungserhöhenden Oberfläche 40 in seinem Kontaktbereich 38 zum zu verschiebenden und/oder drehenden Gebinde 14. Die insgesamt sechs geraden Anlageflächen des wahlweise drehfesten, vorzugsweise jedoch um seine Längsachse rotierbaren Manipulationsstabes 24 ermöglichen in Kombination mit seiner reibungserhöhenden Oberfläche 40 eine leichtere Drehung und Positionierung der Gebinde 14 auf kleinstem Raum. Auch bei dieser Variante kann die reibungserhöhende Oberfläche 40 bspw. durch eine Elastomer- oder Gummihülle 42 des unteren Abschnittes des Stabes 24 gebildet sein, wie dies bereits in 2 schematisch andeutet ist. Wie dort erwähnt, erleichtert die reibungserhöhende Beschichtung 40 oder Oberflächengestaltung die Einleitung von Drehmomenten 52 bei der Manipulation der Gebinde 14, wenn der Manipulationsstab 24 nicht mittig in Bezug auf seine Bewegungsrichtung am Gebinde 14 ansetzt. Anstelle der sechseckigen Querschnittkontur 50 kann der Manipulationsstab in seinem Kontaktbereich 38 wahlweise auch andere Querschnittkonturen aufweisen, bspw. eine dreieckige, viereckige, fünf- oder mehreckige Querschnittkontur (nicht dargestellt).
Eine weitere Variante der Vorrichtung 10, die in der Detaildarstellung der 5 angedeutet ist, kann vorsehen, dass jede Manipulationseinrichtung 22 wenigstens einen Doppelfinger 54 mit zwei parallel angeordneten Manipulationsstäben 24 aufweist, die jeweils gemeinsam um eine vertikale Drehachse rotierbar angeordnet sind. Der Doppelfinger 54 bzw. die beiden parallelen Manipulationsstäbe 24 können bspw. an einem horizontal angeordneten Drehteller 56 befestigt sein, der um eine vertikale Drehachse rotieren kann, wobei alle Verschiebe- und Rotationsbewegungen von der hier nicht dargestellten Steuereinrichtung 26 (vgl. 1a und 1b) gesteuert werden. Mit der gezeigten Konfiguration gemäß 5 sind Drehungen der jeweils kontaktierten Gebinde 14 und die Aufbringung von Drehmomenten 54 auf das Gebinde 14 auf kleinstem Raum möglich, insbesondere bei einer Beschichtung oder Strukturierung der Stäbe 24, die Gleitbewegungen zwischen den Kontaktflächen reduziert oder verhindert.
Wie es die schematische Detailansicht der 6 andeutet, können innerhalb des Bewegungsraumes 12 wahlweise auch zwei oder mehr Manipulationsstäbe 24 gleichzeitig, jedoch unabhängig voneinander auf verschiedenen Bahnen bewegt werden. Die Manipulationsstäbe 24 der Manipulationseinrichtung 22 bewegen sich normalerweise innerhalb einer horizontalen Ebene, die parallel zur Oberseite des Bewegungsraumes 12 liegt, zumindest während allen Kontaktphasen mit den zu verschiebenden und/oder zu drehenden Gebinden 14. Unter Umständen kann es jedoch sinnvoll sein, zumindest einen von mehreren Manipulationsstäben auch in vertikaler Richtung verschieben zu können, um ihn in den Kontaktbereich mit den zu verschiebenden und/oder zu drehenden Gebinden 14 bringen oder daraus entfernen zu können. Diese Möglichkeit der vertikalen Bewegung kann ggf. bei Verwendung mehrerer Manipulationsstäbe 24 sinnvoll sein, die gleichzeitig und unabhängig voneinander innerhalb des Bewegungsraumes 12 eingesetzt werden können, um bspw. eine Kollision einzelner Manipulationsstäbe 24 mit Gebinden 14 zu verhindern, die von zweiten oder dritten Manipulationsstäben 24 verschoben bzw. gedreht werden. So ist es durchaus möglich, zwei oder mehr Gebinde 14 zumindest phasenweise gleichzeitig mittels zweier oder mehr Manipulationsstäben 24 der Manipulationseinrichtung 22 zu bewegen, zu verschieben und/oder zu drehen, wenn diese wenigstens zwei Manipulationsstäbe 24 unabhängig voneinander innerhalb des Bewegungsraums 12 beweglich angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, Steueralgorithmen vorzusehen, die alle Kollisionen dieser zwei oder mehr unabhängig voneinander beweglicher Manipulationsstäbe 24 verhindern können, ggf. unter der optionalen Möglichkeit, einzelne Manipulationsstäbe 24 vorübergehend anzuheben oder abzusenken, um sie aus dem Kontaktbereich mit den übrigen Manipulationsstäben 24 und/oder den innerhalb des Bewegungsraumes 12 zu verschiebenden und/oder zu drehenden Gebinden 14 bringen zu können.
Wie es die schematische Detailansicht der 7 erkennen lässt, kann die Steuerungseinrichtung 26 ggf. auch Sensordaten 58 vom Manipulationsstab 24 selbst verarbeiten und zu dessen präziseren Lagesteuerung verwenden, so dass sich daraus eine Lageregelung bilden lässt. Neben der oben beschriebenen Ansteuerung des Manipulationsstabes 24 auf Basis der ausgewerteten Kamera- oder Sensordaten 28 sowie auf Basis veränderbarer Programmvorgaben, die je nach zu erzeugendem Lagenbild 44 oder zu erzeugender Gruppierung vom Benutzer variiert werden können, kann die Steuerungseinrichtung 26 je nach Konfiguration auch Sensordaten 58 verarbeiten, die bspw. von Kraft- und/oder Dehnungssensoren geliefert werden, die am Stab 24 selbst oder an dessen Aufhängung angeordnet sein können. Mit diesen Sensordaten 58 kann der Steuerungseinrichtung 26 eine Rückmeldung über den aktuellen Widerstand bei der Kontaktierung eines Gebindes 14 sowie bei dessen Verschiebe- und/oder Drehbewegung geliefert werden. Auf diese Weise kann eine Korrektur der Verschiebewege und/oder -geschwindigkeiten vorgenommen und damit eine präzisere Lagensteuerung der Manipulatoren erreicht werden, was bspw. bei nicht konstanten Reibungsbedingungen während der gleitenden Verschiebebewegungen auf der Oberfläche des Bewegungsraumes 12 sinnvoll sein kann.
Wenn auch die 1 bis 7 jeweils einen einbahnigen Zulauf zum Bewegungsraum 12 mit nur einem Zuförderband 16 zeigen, so können wahlweise zwei oder mehr solcher Zuförderbänder vorgesehen sein, die parallel oder nicht parallel am Bewegungsraum 12 münden, wie dies in der 1d beispielhaft verdeutlicht und weiter oben unter Bezugnahme auf die 1d erläutert ist.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung (zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren)
12: Bewegungsraum
14: Gebinde, Stückgüter
16: Zuführband
18: Fördergeschwindigkeit (Zuführband)
20: Abförderband
21: Aufrückbereich
22: Manipulationseinrichtung
24: Manipulationsstab
26: Steuereinrichtung
28: Ausgangssignal
30: optischer Sensor
32: Kamera
34: Steuersignal
36: Oberfläche
38: Kontaktbereich
40: reibungserhöhende Oberfläche
42: Elastomer-/Gummihülle
44: Lagenbild
46: Gebindelage
48: Abförderrichtung
50: sechseckiger Querschnitt
52: Drehmoment
54: Doppelfinger
56: Drehteller
58: Sensordaten
60: Staubereich
62: Staubalken
64: weiterer Auflagetisch
66: seitlich zustellbare Schubleisten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20115478 U1 [0004]
WO 03/022717 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren einer Anzahl von in wenigstens einer Reihe hintereinander beförderten Stückgütern und/oder Gebinden (14), die in horizontaler Richtung zu einem Bewegungsraum (12) befördert werden, wo jedes einzelne zu bewegende Stückgut oder Gebinde (14) mittels einer zumindest in horizontaler Richtung beweglichen und/oder rotierbaren Manipulationseinrichtung (22) an wenigstens einer Seitenfläche kontaktiert und verschoben und/oder gedreht wird, welche Manipulationseinrichtung (22) wenigstens einen Manipulationsstab (24) umfasst, dessen Bewegungsverlauf innerhalb des Bewegungsraumes (12) in Zusammenwirkung mit ausgewerteten Signalen (28) wenigstens eines, den Bewegungsraum zumindest teilweise erfassenden, optischen Sensors (30) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der optische Sensor (30) durch wenigstens eine Kamera (32) mit nachgeschalteter Bildauswertung gebildet ist, wobei die Bildauswertung aktuelle Positionen zumindest der in den Bewegungsraum (12) bewegten oder geförderten Stückgüter und/oder Gebinde (14) sowie deren Bewegungen innerhalb des Bewegungsraumes (12) erfasst und in Abhängigkeit von den Positionen und/oder Bewegungen den wenigstens einen Manipulationsstab (24) der Manipulationseinrichtung (22) steuert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich der wenigstens eine Manipulationsstab (24) der Manipulationseinrichtung (22) innerhalb einer horizontalen Ebene bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem wenigstens zwei Gebinde (14) und/oder Stückgüter zumindest phasenweise gleichzeitig mittels wenigstens zwei Manipulationsstäben (24) der Manipulationseinrichtung (22) bewegt, verschoben und/oder gedreht werden, welche wenigstens zwei Manipulationsstäbe (24) unabhängig voneinander innerhalb des Bewegungsraums (12) beweglich angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die die Gebinde (14) oder Stückgüter innerhalb des Bewegungsraumes (12) durch den wenigstens einen beweglich angeordneten Manipulationsstab (24) bewegt, verschoben und/oder gedreht werden, welcher Manipulationsstab (24) rotierbar mit der Manipulationseinrichtung (22) verbunden ist.
Vorrichtung (10) zum Ausrichten und/oder zum Gruppieren einer Anzahl von Stückgütern und/oder Gebinden (14) innerhalb eines definierten Bewegungsraumes (12), dem wenigstens eine Zufördereinrichtung (16) zur Zuführung der in wenigstens einer Reihe hintereinander beförderten Stückgüter und/oder Gebinde (14) zum Bewegungsraum (12) vorgeordnet ist, und dem wenigstes eine Abfördereinrichtung (20) zum Abtransport von gruppierten und/oder in Lagen (46) angeordneten Stückgütern und/oder Gebinden (14) nachgeordnet ist, und mit einer Manipulationseinrichtung (22) zur Verschiebung und/oder Drehung der einzelnen Stückgüter und/oder Gebinde (14) innerhalb des Bewegungsraums (12), die wenigstens einen zumindest in horizontaler Richtung beweglichen und/oder rotierbaren Manipulationsstab (24) zur Kontaktierung der jeweiligen Stückgüter und/oder Gebinde (14) an wenigstens einer Seitenfläche und zu deren Verschiebung und/oder Drehung umfasst, wobei die Manipulationseinrichtung (22) mit einer Steuereinrichtung (26) zur Steuerung der Bewegungsverläufe des wenigstens einen Manipulationsstabes (24) innerhalb des Bewegungsraumes (12) gekoppelt ist, welche Steuereinrichtung (26) die Signale (28) eines den Bewegungsraum (12) zumindest teilweise erfassenden optischen Sensors (30) auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der optische Sensor (30) durch wenigstens eine Kamera (32) mit nachgeschalteter Bildauswertung gebildet ist, wobei die Bildauswertung aktuelle Positionen aller einzelnen oder zumindest einiger der Stückgüter und/oder Gebinde (14) sowie deren Bewegungen innerhalb des Bewegungsraumes (12) erfasst und in Abhängigkeit von den Positionen und/oder Bewegungen den wenigstens einen Manipulationsstab (24) der Manipulationseinrichtung (22) steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher der wenigstens eine Manipulationsstab (24) im Wesentlichen vertikal angeordnet und über dem Bewegungsraum (12) in horizontaler Richtung beweglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welcher der wenigstens eine Manipulationsstab (24) zumindest in einem Kontaktbereich (38) mit den zu kontaktierenden Stückgütern und/oder Gebinden (14) mit einer reibungserhöhenden Oberfläche (40) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die Manipulationseinrichtung (22) wenigstens zwei unabhängig voneinander steuerbare und innerhalb des Bewegungsraumes (12) in horizontaler Richtung verschiebbare Manipulationsstäbe (24) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei welcher der wenigstens eine beweglich angeordnete Manipulationsstab (24) rotierbar mit der Manipulationseinrichtung (22) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei der jede Manipulationseinrichtung (22) wenigstens einen Doppelfinger (54) mit zwei parallel angeordneten Manipulationsstäben (24) aufweist, die jeweils gemeinsam um eine vertikale Drehachse rotierbar angeordnet sind.