EA010040B1

EA010040B1 - Модульная упаковочная система

Info

Publication number: EA010040B1
Application number: EA200700704A
Authority: EA
Inventors: Томас Уилльям Бейли; Майкл Эдкинс; Майкл Джон Кэхилл
Original assignee: Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2008-06-30
Also published as: EP1791757A1; DE602005009218D1; WO2006032874A1; CN101022996A; EP1645513A2; BRPI0515539A; EA200700704A1; KR101189870B1; PL1791757T3; ATE405492T1; EP1645513A3; ES2309794T3; CN101022996B; EP1791757B1; KR20070062525A

Abstract

Система упаковки сигарет содержит несколько реконфигурируемых модулей (100). Каждый модуль включает оборудование для осуществления части упаковочного процесса. Продукт передается между модулями роботами (110), смонтированными на модулях и управляемых из отдельных модулей. Интерфейсный протокол между модулями управляет передачей между модулями. Продукт может передаваться с или без носителя между модулями. Модули могут быть реконфигурированными для отличающегося сборочного процесса и добавленными или удаленными модулями. Конкретное оборудование процесса может быть заменено. Реконфигурируемые модули уменьшают время и стоимость замены для различных упаковочных процессов.

Description

Настоящее изобретение относится к модульным машинам для упаковывания изделий. Оно, в частности, относится к модульным машинам, которые время от времени требуют реконфигурации, когда изменяются требования к упаковыванию продукта.

В табачной промышленности обычно готовые сигареты подают в упаковочную машину, в которой они группируются, а вокруг полученной группы образуется упаковка. Могут применяться несколько различных типов упаковки, например жесткая пачка и мягкая пачка. Процесс упаковки является сложным и включает несколько последовательных стадий. Этот процесс может включать подготовку картона, биговку, резку, сгибание и склеивание, тиснение, обработку фольгой, обертывание целлофаном и запечатывание.

Упаковочная машина требует очень больших вложений капитала для производителя. Однако высокие производственные скорости и длительные упаковочные циклы делают упаковочные линии экономичными.

Эффективное и экономичное производство ограниченного количества сигаретных пачек, например нескольких тысяч пачек, может являться сложной проблемой. Например, там, где должны тестироваться новая форма пачки или группы сигарет, не экономично устанавливать специально предназначенную упаковочную линию для данной конструкции, так как, если данная конструкция не рассматривается в дальнейшем, линия станет излишней. Соответственно, небольшие количества сигаретных пачек стремятся собирать, по меньшей мере, частично вручную. Было бы полезным иметь возможность запускать более длительные пробные партии, например пробные партии, включающие несколько миллионов пачек.

Хотя возможно изготовить сравнительно мелкосерийные упаковочные машины, которые могут быть реконфигурированы для различных конструкций упаковок, реконфигурационный процесс является сам по себе очень медленным и очень дорогим.

Целью изобретения является обращение к проблемам, обсуждавшимся выше, и обеспечение подхода к упаковочным линиям, который облегчает реконфигурацию для различных требований упаковывания.

В общих чертах, изобретение заключается в снабжении и использовании упаковочных систем, содержащих несколько модулей. Модули могут быть реконфигурированными и добавленными или вычтенными модулями для различных упаковочных устройств. Изделия в основном перемещаются между модулями с помощью роботов под управлением контроллеров модулей. Каждый модуль имеет свой собственный контроллер. Термин «изделия» относится либо к упаковываемым изделиям, либо к тем изделиям и части или всей упаковки, которая сформирована вокруг изделий в упаковочном процессе.

Конкретнее, предусматривается упаковочная система для упаковывания изделий в пачки, содержащая несколько соединенных модулей, при этом каждый модуль содержит оборудование для выполнения части упаковочного процесса, а по меньшей мере часть из модулей содержит роботов для перемещения изделий между модулями.

Предпочтительно по меньшей мере один из модулей содержит робот для выполнения упаковочного процесса.

Варианты осуществления изобретения имеют преимущество, заключающееся в том, что может быть обеспечена сравнительно малообъемная упаковочная система, которая может быть быстро реконфигурирована, при сравнительно низкой стоимости, по сравнению с упаковочными линиями и машинами уровня техники. Система, воплощающая изобретение, может быть реконфигурирована из одной сигаретной упаковочной конфигурации в другую через пару недель. Это значительно лучше, чем является возможным в любой системе уровня техники, в которой реконфигурация, в пределах, в которых это вообще возможно, займет несколько месяцев. Даже в таком случае, термин «реконфигурация» не полностью подходит, поскольку реконфигурированная система является полностью перестроенной системой. Имеет место очень большое снижение себестоимости, связанное с возможностью повторного использования модулей и переключения на пачки, изготовленные этой системой более быстро.

Эта простота реконфигурируемости делает практичным и экономичным выполнение пробных партий порядка миллионов упаковок, вместо тысяч, изготовленных с использованием ручного упаковывания в настоящее время.

Предпочтительно роботы выполняют некоторые из упаковочных процессов и перемещают изделия или изделия и носители изделий между модулями. Перемещаемые изделия могут быть либо упаковываемыми в данный момент изделиями, частично или полностью упакованными изделиями, либо элементами для упаковок.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения упаковки формируются вокруг упаковываемых изделий. Это контрастирует с устройствами уровня техники, в которых упаковки формируются или частично формируются, без упаковываемых изделий. Формирование упаковок вокруг изделий является преимущественным, поскольку оно способствует простоте реконфигурируемости упаковочной системы. Таким образом, одинаковый подход может быть проявлен, например, с пачкой, сформированной из торцевых крышек из твердого пластика и обертки, когда принимается для пачек из более сложных картонных заготовок. Картонная упаковка предварительно не формируется, а формируется вокруг изделий.

- 1 010040

Предпочтительно роботы могут быть 8СЛКЛ, Картезианскими и антропоморфными роботами. Роботы могут иметь несколько степеней свободы, обеспечивающих перемещение по осям X, Υ и Ζ, а также возможны вращательные степени свободы. Хотя все эти степени свободы могут быть не нужны в данной упаковочной операции, роботы являются частью реконфигурируемой системы и обеспечение большого числа степеней свободы увеличивает конфигурируемость модулей для других упаковочных операций.

Предпочтительно предусматривается несколько различных типов модулей. Гибкие модули могут включать робот и включать основание, на котором установлено специальное оборудование процесса. Там где включен робот, головка исполнительного механизма робота может также включать специальное оборудование процесса. Модули рулонного материала обеспечивают рулонные материалы, например, введенные в процесс обертывания, покрытия фольгой и наклеивания этикеток, модули подачи заготовок предусматривают заготовки, такие как картонные заготовки, подаваемые в систему. Любые из этих модулей могут включать робот. Некоторые или все типы модулей могут быть включены в заданную конфигурацию.

Предпочтительно каждый модуль включает контроллер модуля для управления датчиками и исполнительными механизмами модуля. Предпочтительно там, где присутствует, контроллер модуля также управляет роботом модуля. Данный подход к управлению увеличивает гибкость модульного подхода. Например, там, где перемещения робота должны быть изменены для нового процесса, сравнительно просто перепрограммировать, чтобы робот определял свои перемещения и действия относительно смежных модулей.

Система управления каждого модуля предпочтительно связана с помощью интерфейса с системами управления смежных модулей, обеспечивая перемещение изделий между модулями, управляемое самими модулями, а не общим системным контроллером. Это опять-таки увеличивает гибкость.

Предпочтительно модуль имеет ряд станций или положений, к которым изделия, которые могут быть на носителях, могут перемещаться для передачи в смежный модуль. Интерфейсная программа управляет перемещением между модулями процессов и отсеками, занимаемыми и носителями с изделиями и возвращающимися пустыми носителями. Предпочтительно обе системы управления смежными модулями вовлечены в передачу между модулями.

Предпочтительно программное обеспечение системы управления обрабатывает перемещение между модулями за счет использования индикатора «состояние продукта», обозначающего присутствие или отсутствие изделий, состояние «запрос на доступ», обозначающего запрет на доступ к продукту модулем, если состояние продукта обозначает, что продукт присутствует, и состояние «доступ разрешен», обозначающего, что робот для одного модуля имеет доступ к изделиям, чтобы захватить изделия, или к носителю, чтобы разместить изделия. Этот подход управления избегает столкновений между роботами смежных модулей.

Реконфигурируемая модульная упаковочная система, воплощающая изобретение, в частности, пригодна для упаковывания стержнеобразных изделий, таких как сигареты, однако, может быть использована для упаковывания других изделий.

Изобретение также предусматривает ряд реконфигурируемых модулей для образования конфигурации упаковочной системы, при этом модули взаимосвязаны и каждый имеет съемное оборудование для выполнения части упаковочного процесса, по меньшей мере несколько модулей включает робота для передачи изделий между модулями, причем каждый модуль имеет контроллер модуля для управления частью упаковочного процесса, выполняемого модулем, и для координирования передачи изделий между этим модулем и смежными модулями. Модули могут также выполнять некоторые из упаковочных процессов.

Варианты осуществления изобретения будут теперь описаны только в качестве примера и со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 - схема упаковочной системы из комплекта модулей;

фиг. 2 - вид сбоку пары модулей, каждый из которых включает робот, используемый в процессе на фиг. 1;

фиг. 3 а и 3Ь - механический интерфейс между модулями, иллюстрирующий как продукт проходит между модулями;

фиг. 4а и 4Ь - виды, подобные фиг. 3а и 3Ь, для двойной передачи продуктов;

фиг. 5 - вид, иллюстрирующий связь между 3 смежными модулями;

фиг. 6 - вид, иллюстрирующий связь между 6 смежными модулями;

фиг. 7 - последовательность интерфейсов операции подбирания;

фиг. 8 - последовательность интерфейсов операции размещения;

фиг. 9 - операция подбирания для 2:1 модульного интерфейса;

фиг. 10 - общая структура системы управления для всех модулей и фиг. 11 - альтернативная модульная конфигурация для изготовления пачки другой конструкции.

Представленная на фиг. 1 конфигурация упаковочной системы является примерной конфигурацией, используемой для иллюстрации реконфигурируемой модульной природы вариантов осуществления настоящего изобретения. Упаковочная система предназначена для упаковывания сигарет или других

- 2 010040 стержнеобразных изделий, однако, изобретение не ограничивается упаковыванием данного типа изделий и распространяется на другие типы изделий, такие как продукты питания, включающие кондитерские изделия, пишущие принадлежности, такие как цветные карандаши или фломастеры или другие стержнеобразные изделия.

Изобретение не ограничивается любой конкретной конфигурацией упаковочной системы. В действительности, изобретение допускает реконфигурацию модулей, чтобы позволить различные виды упаковывания различных типов изделий.

Конфигурация, представленная на фиг. 1, предназначена для упаковывания групп сигарет в пачку, которая имеет жесткие пластиковые торцевые крышки и металлизированное полотно, обернутое на вокруг сигарет и вокруг зависимых фланцев торцевых крышек. Полотно запечатывается, и воздух удаляется из упаковки и заменяется азотом для сохранения свежести продукта. Детали различных стадий продукта тесно не связаны с настоящим изобретением, однако, полезно обсудить каждую детали процесса на высоком уровне.

Процесс обеспечивается несколькими модулями, при этом продукты и носители перемещаются между носителями с помощью сервоуправляемых роботов, использующих пневматику для управления обработкой. Роботы могут включать картезианские, 8САКА и антропоморфные роботы. После детального описания процесса на фиг. 1, будет описан интерфейс между модулями и механический и программный, для понимания, как может работать модульный упаковочный процесс. В заключение будет обсуждаться альтернативная конфигурация для иллюстрации того, как модули могут быть легко реконфигурированы для различного упаковывания при значительно уменьшенных стоимости и времени.

Выбор робота будет зависеть от требований ситуации, при которой они должны использоваться. Предпочтительными являются картезианские, 8САКА и антропоморфные роботы. Роботы 8САКА (8е1ссНус Сотрйапсе Агйси1а1еб РоЬо1 Агт) обычно имеют четыре степени свободы и имеют две геометрические связи, которые поворачиваются в горизонтальной плоскости с осью Ζ пинольного типа на конце рычага, который предусматривает вертикальное перемещение и угловой поворот (θ) в горизонтальной плоскости. Картезианские роботы являются обычно модульными, состоящими из ряда прямолинейных слайдеров, которые могут выбираться по длине и полезной нагрузке и установлены так, чтобы быть ортогональными по отношению друг к другу. Доступны Ζ-θ блоки, позволяющие четырехосевой (X, Υ, Ζ, θ) робот построить с функциональностью, подобной 8САКА. роботу. Картезианские роботы могут быть сконфигурированы так, чтобы ось поворота была горизонтальной. Картезианские роботы в основном рассматриваются как более простые для управления в картезианском пространстве. Антропоморфные роботы, особенно вертикально артикулируемые антропоморфные руки, обычно имеют пять или шесть осей. Обычно в пятиосной руке первая ось поворачивается вокруг вертикали; вторая, третья и четвертая оси поворачиваются вокруг горизонтали с осями, параллельными одна другой, и смещены за счет длины звена между осями; и пятая ось является осью ротации, ортогональной четвертой оси. В шестиосной руке, оси первая, вторая и третья являются теми же, что и в пятиосном примере. Четвертая ось является ортогональной третьей, обычно вдоль оси звена; пятая ось является ортогональной третьей оси и шестая ось является осью ротации, которая является ортогональной пятой оси. Вертикально артикулируемые антропоморфные руки имеют больший рабочий диапазон, в частности в направлении Ζ. Шестиосные руки дают управление положением и ориентацию объектов в пространстве, приводящие к большей гибкости.

Законченные сигареты подаются в упаковочную систему и удерживаются в бункере. В одном предпочтительном варианте осуществления используются четыре параллельных бункера, каждый из которых имеет лопастной лоток бункера для подачи сигарет поштучно к оправке группы. Сигареты передаются на оправку группы одним толкателем. Толкатель предусмотрен для каждого бункера и четыре толкателя предпочтительно связаны балкой, позволяющей их приводить в действие вместе, хотя они могли бы приводиться независимо. Оправка имеет несколько отверстий, выполненных так, чтобы определять форму упаковываемой группы. Толкатели проталкивают сигареты одну за одной в эти сквозные отверстия для заполнения оправок. Толкатель совершает возвратно-поступательные перемещения вдоль оси Ζ и не перемещается относительно бункеров в плоскостях X, Υ. Вместо этого оправки перемещаются в плоскостях X, Υ посредством сервоуправляемых роботов в положение самокорректировки для приема сигарет.

После заполнения оправки перемещаются вниз в плоскости Υ, в точке которой группы передаются от оправок в профилированные карманы. Внутри профилированных карманов сигареты уже не разнесены друг от друга и готовы к формированию вокруг них упаковки. Передача в фасонные карманы достигается посредством ряда параллельных толкателей для каждой оправки. Этот ряд толкателей связан штангой и также совершает возвратно-поступательные перемещения по оси Ζ. Толкатели выполнены так, чтобы совпадать по форме группами в оправках, так, что, при возвратно-поступательном движении, толкатели входили в сквозные отверстия оправок, проталкивая сигареты через оправки в карман. Сервоуправляемый робот гарантирует, что положение заполненной оправки точно базируется к ряду толкателей для гарантии, что толкатели точно входят в отверстия оправок. После освобождения оправки возвращаются в положение, ближайшее к одиночным толкателям для приема одна за одной следующих

- 3 010040 групп сигарет.

Заполненные профилированные карманы теперь передаются к станции заполнения корпусов жестких торцевых крышек. Это требует, чтобы заполненные карманы были приподняты сервороботом и перемещены к другому модулю.

Корпуса содержат пару жестких торцевых крышек, каждая из которых имеет зависимую юбку, которая в установленном положении продолжается на часть длины сигарет. Одна из торцевых крышек включает откидную крышку для удаления сигарет из пачки пользователем. Для гарантии, что содержимое упаковки останется свежим, наносится фольга на отверстие под откидной крышкой, которая автоматически открывается при выгрузке корпуса жесткой торцевой крышки и запечатывании крышки поворотом стола. Фольга удаляется пользователем при открывании пачки.

Жесткие торцевые крышки подаются лотковой подающей системой и выгружаются из лотка захватным устройством робота и подаются к поворотному столу. Во время этого процесса подачи, верхние торцевые крышки, имеющие откидную крышку, подаются на испытательную станцию для проверки присутствия откидной крышки на торцевой крышке, и затем захватное устройство робота ориентирует откидную крышку безошибочно, чтобы подать на поворотный стол. Нижние торцевые крышки подаются непосредственно на станцию к поворотному столу. Поворот поворотного стола подает верхние торцевые крышки к модулю нанесения фольги откидной крышки. Еще один робот с сервоуправлением на этом модуле размещает фольгу откидной крышки, предварительно захваченную роботом из магазина, на верхней торцевой крышке. Поворот поворотного стола размещает верхние торцевые крышки и фольгу откидной крышки в станции сваривания, где фольга откидной крышки соединяется с верхней торцевой крышкой.

Сервоуправляемый робот на модуле передачи корпусов жестких торцевых крышек подбирает верхние и нижние торцевые крышки с поворотного стола и подает их к модулю заполнения корпусов жестких торцевых крышек. В этом модуле группы сигарет и торцевые крышки манипулируются так, что сигареты вставляются в торцевые крышки. Отсюда другой сервоуправляемый робот перемещает сборную конструкцию из этих групп и торцевых крышек к модулю сборки жестких корпусов торцевых крышек. Данный модуль взаимодействует с модулем сгибания и запечатывания полотна, который обеспечивает модуль сборки жестких корпусов торцевых крышек оправкой, вокруг которой формируется обертка из фольги.

Полотно обеспечивается с рулона и подается через устройство натяжных роликов к станции подготовки и разрезания полотна. Станция подготовки и разрезания полотна гарантирует, что полотно разрезается на правильную длину, требуемую для пачки, и затем подается в переднюю часть модуля сгибания и запечатывания полотна. Модуль сгибания и запечатывания полотна, использующий сервоуправляемый робот, подает оправку к полотку на выходе из модуля подготовки полотна. Полотно захватывается боковой стороной оправки и затем оправка и полотно перемещаются через узел сгибания. Это перемещение может управляться либо сервоуправляемым роботом, либо приводиться в действие пневматически. Полотно сгибается вокруг оправки и затем запечатывается вдоль ее длины для формирования рукава. Запечатывание может выполняться либо склеиванием, либо нагреванием. Предпочтительно полотно образовано из металлизированного пластикового материала и может быть использован любой подходящий способ запечатывания.

От станции сгибания полотна оправка, имеющая запечатанный вокруг нее рукав полотна, транспортируется снова посредством сервоуправляемого робота к модулю сборки корпусов жестких торцевых крышек, где оправка и рукав выравниваются с группой и частичной сборкой группы и торцевой крышки. Затем рукав скользит по этой сборке. Теперь упаковка закончена, но не закрыта герметично. Захватное устройство робота перемещает завершенную сборку к станции запечатывания полотна, которая запечатывает концы рукава напротив жестких концов упаковки. Опять же может быть использован любой подходящий тип запечатывания, хотя сегодня предпочтительным является термосваривание. Запечатанная пачка затем проходит посредством еще одного сервоуправляемого робота к станции зарядки азотом и запечатывания. В данной станции воздух в пачке выводится через небольшое отверстие в нижней торцевой крышке и заменяется азотом. Могут использоваться некоторые другие инертные газы. Отверстие затем запечатывается нагреванием или плавлением окружающего пластика. Законченный продукт теперь включает газ под давлением, который будет выпущен со слышимым звуком при открывании упаковки потребителем, таким образом, убеждая потребителя в свежести продукта.

Запечатанная упаковка затем проходит к маркировочной станции, где может быть закреплена рекламная маркировка, и, наконец, к станции отметки даты и к станции выгрузки (не показаны).

В описанном процессе выполняется несколько операций, которые будут общими для любого типа сборки и заполнения сигаретной пачки, и выполняется несколько таких, которые являются особенными для изготавливаемой пачки продукта. Упаковочные машины уровня техники имеют встроенные все эти функции в одну машину с приводами и устройствами управления, проходящими вдоль длины машины. Вариант осуществления настоящего изобретения подразделяет весь процесс на ряд отдельных модулей. Каждый модуль выполняет отдельную функцию и изделия могут проходить от модуля к модулю за счет использования сервоуправляемых роботов, которые подбирают изделия от одного модуля и передают их

- 4 010040 другому модулю. Модули могут включать модули поворотных столов, такие как разгрузочные модули, которые в дополнение к выполнению функции в процессе сборки в данном случае запечатывания фольги откидной крышки к верхней торцевой крышке, также функционируют для перемещения изделий, в данном случае торцевых крышек, в положения, где они могут подбираться роботами и транспортироваться к другим модулям. Изделия, транспортируемые между модулями, могут быть различными. Так, например, карманы групп передаются от модуля, содержащего бункеры и оправки групп. Эти карманы передаются, заполненные сигаретами, к модулю заполнения корпусов жестких торцевых крышек и возвращаются пустые к модулю бункера и оправки группы. Оправка рукава из полотна передается между модулем сборки корпусов жестких торцевых крышек и модулями подготовки и сгибания полотна.

Модульное представление системы показано на фиг. 1. Система состоит из бункера и двух типов модулей: гибких модулей 100, которые могут быть использованы с или без роботов 110; и модулей 120 рулонного материала, которые могут также использоваться с или без роботов. На фиг. 1 гибкие модули обозначены в виде открытых блоков, а рулонные материалы - заштрихованных блоков.

Таким образом, на фиг. 1 два гибких модуля 100, которые включают робота, соответствуют модулю а, ответственному за прикрепление фольги откидных крышек к откидным крышкам жестких торцевых крышек, и модуль Ь, ответственный за прикрепление рекламных материалов. Два модуля 120 рулонного материала без роботов соответствуют станциям подачи полотна и подготовки полотна. Не заштрихованные блоки 130а и 130Ь соответствуют подводящему каналу жестких торцевых крышек и окончанию процесса соответственно.

Остальные модули содержат гибкие модули с-], имеющие робота, и гибкий модуль к, не имеющий робота. Модуль 100к является модулем, который собирает корпуса жестких торцевых крышек, принимая рукав, обвернутый вокруг оправки, от модуля д и собранные группы и корпуса жестких торцевых крышей от модуля е. Модуль 11 пропускает собранную пачку в модуль 1, который удаляет воздух и заряжает пачку азотом. Модуль _] является модулем отметки даты и выгрузки.

Модуль с ответственен за передачу оправок групп от модуля бункера к модулю ά заполнения корпусов жестких торцевых крышек, а модуль £ ответственен за прием торцевых крышек, проверку их ориентации и распределения их к модулю нанесения фольги откидной крышки и модулю заполнения корпусов жестких торцевых крышек.

Таким образом, упаковочный процесс использует несколько роботов, расположенных на модулях, при этом модули связаны вместе для формирования реконфигурируемой компоновки из независимых модулей. Следует понимать, что каждый модуль несет специальное оборудование процесса и что несколько модулей также имеют 8СЛКЛ, Картезианский или другой робот для перемещения продукта между модулями. Робот также может иметь специальное оборудование процесса. Управление модулем осуществляется собственным контроллером модуля под общим управлением системного контроллера, а смежные модули связаны друг с другом, обмениваясь протоколом установления связи для гарантии правильной передачи продукта между модулями процессов. Продукт может, таким образом, представлять собой сформированные или частично сформированные изделия или комбинации этих изделий и носителей.

При реконфигурировании специальное оборудование процесса должно быть заменено, однако, модули могут быть реконфигурированы любым желаемым способом. Операции, выполняемые роботами, будут отличаться и потребуется перепрограммирование. Однако способ, согласно которому модули взаимодействуют, останется неизменным.

Таким образом, упаковочная система содержит несколько модулей. Эти модули могут быть скомпонованы или перекомпонованы в различных конфигурациях. Каждый модуль может функционировать на основе своего собственного или системного программного обеспечения, разбивая функциональность управления на процедуры. Одним из важных аспектов такого подхода является определение интерфейсов между модулями. Интерфейсы управления отражают механические интерфейсы, которые могут изменяться от конфигурации к конфигурации. В описанном примере были использованы поворотные столы, чтобы избежать того, чтобы роботы пересекали пространство друг друга.

Фиг. 2 показывает иллюстративное и схематическое соединение между двумя модулями 60, 62. Каждый модуль содержит основание 64, в внутри которого помещена электрическая и управляющая система 66. Модули являются независимыми друг от друга и являются объектом всего системного контроллера. Однако функционирование каждого модуля управляется самим модулем. Пластина 68 основания установлена на основании. Для удобства пластины основания расположены на общей высоте, чтобы способствовать передаче продукта от модуля к модулю. Робот 70 установлен на каждой пластине основания и ответственен за обработку продукта или продукта на носителе, таком как карманы групп, и за передачу продукта или продукта на носителе между модулями так, как описывается.

Не все модули включают робота. Например, модуль сборки корпусов жестких торцевых крышек на фиг. 1 является модулем, который соединен с помощью интерфейса с тремя другими модулями, каждый из которых имеет роботы, которые перемещают продукт и носители к или от модуля сборки корпусов жестких торцевых крышек. Последний модуль сам не нуждается в роботе.

Модули несут каждый монтажную плиту 72, на которой смонтировано приводное и специальное

- 5 010040 упаковочное оборудование 74, при этом роботы будут нести каждый подобные приводное и специальное упаковочное оборудование, в зависимости от задачи, которую они выполняют. Модули соединены вместе для управления 76, безопасности 78, электроэнергии 80 и пневматики 82.

Для охвата всевозможных вариантов выполнения модулей определены следующие механические интерфейсы между модулями:

одиночный механический интерфейс передачи, в котором передается одиночный продукт;

двойной механический интерфейс передачи;

четвертной механический интерфейс передачи.

Пример одиночного механического интерфейса передачи показан на фиг. 3. В данной передаче одиночный продукт и/или носитель подбираются и перемещаются от одного модуля к другому. Имеются два базовых варианта. В первом варианте носитель и продукт проходят вперед, а пустой носитель проходит назад. Примером данного варианта является передача заполненного профилированного кармана от модуля бункера к модулю заполнения корпусов жестких торцевых крышек, в конфигурации на фиг. 1. Второй вариант, где продукт только проходит вперед. Здесь нет носителя. Примером этого является законченная пачка после наложения рукава, которая передается на станцию запечатывания полотна от станции сборки корпусов жестких торцевых крышек. С точки зрения интерфейса, второй вариант можно рассматривать в качестве объекта первого варианта.

Таким образом, со ссылкой на фиг. 3, показаны этапы передачи носителя и продукта от первого модуля М ко второму модулю N. Фиг. 3а показывает этапы, которые происходят в модуле М, а фиг. 3Ь показывает этапы, которые происходят в модуле N. Незакрашенный блок представляет освобожденное положение; закрашенный блок представляет носитель, например оправку или карман; и заштрихованный блок представляет продукт. Интерфейс использует два отсека, которые являются положениями, в которых могут позиционироваться продукт и/или носитель.

В исходном положении носитель находится в отсеке 2, а отсек 1 является пустым. Затем модуль М совершает свою групповую операцию путем (1) помещения носителя и продукта в отсек 1 (стрелка 1 на фиг. 3 а; перемещения к отсеку 2 (стрелка 2) и затем (ίίί) подбирания продукта. Робот подбирает пустой носитель из отсека 2 и удаляет носитель назад в его процесс (стрелка 3). Положение теперь является таким, как показано на фиг. 3Ь с носителем и продуктом в отсеке 1 и пустым промежутком в отсеке 2. Модуль N затем совершает свою групповую операцию в три этапа: (1) модуль N помещает носитель в отсек 2 (стрелка 1 на фиг. 3Ь) - причем это носитель из модуля N а не из модуля М; (и) затем носитель перемещается в отсек 1 (стрелка 2); после чего (ίίί) продукт помещается на носитель и оба подбираются модулем N для его процесса (стрелка 3).

В обоих случаях продукт и/или носитель подбираются роботом под управлением отдельных модулей.

Интерфейсный механизм двойной передачи представляет собой расширение интерфейса одиночной передачи на фиг. 3 и показан на фиг. 4. В этой передаче пара продуктов подбирается и перемещается, одновременно, от одного модуля к другому. Как и в случае одиночного интерфейса передачи, имеются два базовых варианта. В первом носитель и продукт переносятся вперед, а пустой носитель проходит до конца. Во втором только продукт проходит вперед. Опять же второй вариант является сокращенным вариантом первого. Способ, согласно которому это осуществляется, показан на фиг. 4. Показывающая также последовательные перемещения, эта конфигурация предусматривает возможность, при которой один продукт в паре продуктов может быть поврежденным и помеченным для выбраковки.

Таким образом, со ссылкой на фиг. 4, два продукта показаны в пространстве носителя в модуле М и предназначены для перемещения, один за одним, модулем N. Два отсека предусмотрены для каждой пары продуктов/носителей, показанные в виде отсека 1а и 1Ь, 2а и 2Ь. В начале носитель находится в отсеке 2, а отсек 1 является пустым. Модуль М совершает свою двойную групповую операцию помещением носителя и продукта в отсеки 1а и 1Ь, перемещаясь к отсеку 12 и затем подбирая продукты. Роботы подбирают носители из отсеков 2а и 2Ь и возвращают их в процесс. Эти носители являются пустыми.

Затем модуль N совершает последовательные групповые операции. Сначала носитель размещается из процесса в отсеке В1 (стрелка 1 на фиг. 3Ь). Затем робот перемещается к отсеку А1 (стрелка 2) и данный робот подбирает носитель и его продукт и возвращает его к модулю для выполнения его процесса (стрелка 3). Затем модуль совершает свою вторую групповую операцию, помещая носитель отсека В2, используя робот (стрелка 4); перемещая робот к отсеку А2 (стрелка 5); и затем подбирая носитель и продукт роботом и перемещая их назад к модулю N для выполнения его процесса.

Возможно, что один или оба из продуктов могут быть выбракованы вследствие обнаруженного дефекта. В том случае, где оба продукта выбракованы модулем М, модуль N просто пропускает цикл. Там, где только один продукт выбракован модулем М, будет пустой носитель, таким образом, один раз только модуль N будет выполнять процесс передачи.

Фиг. 5 и 6 показывают различные типичные взаимосвязанности между модулями. На этих фигурах Ι/Р относится к интерфейсу. Программное обеспечение, управляющее модулем, должно поддерживать механический интерфейс. В предыдущих примерах мы рассмотрели передачу изделий с или без носителя от одного модуля к смежному модулю. Однако может быть более чем один интерфейс ввода в модуль и

- 6 010040 более чем один вывода. Когда интерфейсы являются многофункциональными, любой модуль должен быть способен справляться с большим числом вводов и выводов. На практике, модули могут быть четырехсторонними в одной плоскости. Они содержат рабочую поверхность, на которой смонтированы компоненты. Рабочая поверхность смонтирована на верхней части шкафа, который вмещает управляющую и электрическую схему для модуля. С практической точки зрения единственно реальным для модуля является соединяться с помощью интерфейса с тремя другими модулями, чтобы позволить использовать одну сторону модуля для улучшения доступа в шкаф. Как минимум, должна быть возможность открыть дверь шкафа.

Фиг. 5 показывает модуль N с двумя загрузочными, одним разгрузочным и одним управляющим интерфейсом. Это требует всего четыре интерфейса.

На фиг. 6 модуль 8 имеет две основные загрузки от двойного трека и одну боковую подачу. Таким образом, модуль 8 имеет три загрузки, модуль М имеет две разгрузки и каждый модуль имеет управляющий интерфейс. Следует отметить, что расположение на фиг. 5 нарушает физическое требование использования всех четырех сторон модуля. Таким образом, было бы разумным выполнить интерфейсную структуру модуля для трех загрузочных потоков, двух разгрузочных потоков и одного интерфейса к системе управления.

Фиг. 7 иллюстрирует базовую синхронизацию интерфейса с периферийным оборудованием для выбора между двумя модулями. Модуль, имеющий вторую сторону ввода, только дублирует этот интерфейс. На фиг. 7 показаны три состояния: «присутствие продукта»; «запрос на доступ» и «доступ разрешен». Состояние продукта свободно до тех пор, пока модуль М не предоставит продукт. Затем состояние переключается на выше обозначенное «присутствие продукта» для запроса выбора продукта. Состояние «запрос на доступ» затем переключается на верхний уровень, запрашивающий блокировку модулем М, и состояние «доступ разрешен» затем переключается на верхний уровень, разрешающий эту блокировку модулем М. Таким образом, продукт подбирается. По завершении, модуль N устанавливает состояние продукта обратно в «свободное», «запрос на доступ» переключается на низкий уровень для освобождения доступа модулем Ν, а состояние «доступ разрешен» в ответ устанавливается в исходное состояние.

Фиг. 8 показывает подобную синхронизацию интерфейса и периферийного оборудования. Присутствуют те же три состояния: «продукт», «запрос на локальный доступ» и «локальный доступ разрешен», однако, состояние «продукт» может проходить через четыре уровня: «свободный», «КРС запрос» (дистанционный запрос процедуры - универсальный механизм, который позволяет модулю вызывать действие смежным модулем), «КСР разрешен» и «выдержанный продукт». Выдержанный продукт является продуктом, который остыл, или клей затвердел за период времени, называемый временем выдержки.

В исходном положении состояние продукта является свободным. «Запрос на локальный доступ» модулем М приводит состояние «запрос на локальный доступ» к переключению на верхний уровень, запрашивающий блокировку. Затем состояние «локальный доступ разрешен» переключается на верхний уровень, разрешая блокировку модуля М. Продукт затем размещается модулем Ν, изменяя состояние продукта из «свободного» в «запрос НРС», когда модуль N видит «запрос НРС»; и выполняет КРС, например, активируя замок, и устанавливает состояние продукта в «КРС завершен». Теперь робот М может быть освобожден до тех пор, пока не начнется выдержка. Модуль М видит статус «КРС завершен» и устанавливает «запрос на доступ» на низкий уровень для освобождения доступа модулем Ν. Состояние «доступ разрешен» затем в ответ устанавливается в исходное состояние. Одновременно с переключением сигналов «запрос на локальный доступ» и «локальный доступ разрешен», на низкий уровень, интерфейс видит «КРС завершен» и после времени выдержки устанавливает состояние продукта в «выдержанный продукт».

Фиг. 9 показывает интерфейс для модуля, который связан с двумя другими модулями М и Ν. Продукт из М переключается на верхний уровень к запросу подбирания с модуля М, а формы сигналов а)-д) представляют соответственно: а) состояние продукта между модулями М-Р; Ь) состояние продукта между модулями Ν-Р; с) запирающее состояние между модулями Р-М; ά) запирающее состояние между модулями Р-Ν; е) заблокированное состояние между модулями Р-Ν; ί) заблокированное состояние между модулями Ν-Р и д) подбирание продукта модулем Р с М.

Форма сигнала а) продукта будет проходить на низком уровне до тех пор, пока модуль М не предоставит продукт. Форма сигнала а) продукта затем будет проходить на верхнем уровне для запрашивания подбирания с модуля М, а форма сигнала с) запирания проходить на верхнем уровне, чтобы разрешить блокирование модулем М-Р и одновременно форма сигнала продукта от Ν (Ь)) проходит на высоком уровне, когда продукт становится доступным. Это игнорируется модулем Р, который уже не согласованным с модулем М. Форма сигнала д) подбирания затем проходит на высоком уровне для обозначения подбирания модулем Р, а подбирание и блокирование (форма волны с) проходит на низком уровне для обозначения, что продукт был захвачен модулем Р. Модуль Р теперь видит продукт из Ν и устанавливает форму сигнала ά) блокирования на высокий уровень, запрашивая блокировку. Затем процесс повторяется для согласования между модулями Р и Ν. Если оба модуля делают попытку и блокируются одновременно, используется алгоритм разрешения конфликтов. Может быть проще всегда выбирать модуль Ν. Освобожденный модуль будет видеть отдельный продукт, проходящий на низком уровне, и вос

- 7 010040 становит свой интерфейс, ожидая следующий продукт.

Многопозиционные интерфейсы получают таким же образом, как описано выше, с добавлением концепции отсеков, описанной по отношению к интерфейсу механизма. При запросе на доступ, программные интерфейсы могут либо устанавливать конкретный отсек или иметь отсек = 0 для возврата любого свободного числа отсеков, для операции размещения, или любое число занятых отсеков, для операции подбирания, чтобы обозначить какое положение может быть использовано. Если интерфейс не может установить действительное число отсеков, возвращенное число составляет нуль, обозначая, что запрос не может быть установлен.

Фиг. 10 показывает полную архитектуру программного обеспечения для модульной упаковочной системы, осуществляющей изобретения. Не смотря на то, что как было описано, каждый модуль является самоуправляемым и взаимодействует с соседними модулями, как было описано, система в целом управляется системным контроллером. Перемещение продукта и носителей от модуля к модулю предпочтительно осуществляется роботами, например, как предусмотрено Абер! Тсе11по1ощс5 1пс. По меньшей мере, некоторые из модулей включают Абер!™ контроллер робота под управлением центрального контроллера, который является ответственным за функции координирования.

Таким образом, упаковочный процесс может быть осуществлен несколькими отдельными модулями, каждый из которых может быть конфигурирован для выполнения функции и взаимодействия со смежными модулями так, как обсуждалось. Модули могут быть реконфигурированными и дополнительно добавленными модулями или известными модулями для приспосабливания к различным упаковочным технологиям.

Фиг. 11 показывает один пример реконфигурации модуля. Возможно несколько других. Фиг. 11 иллюстрирует, как модули на фиг. 1 могут быть реконфигурированы для формирования упаковочного процесса для очень различных типов пачек, здесь картонная пачка. Процесс на фиг. 11 является более сложным, требующим больше модулей. Однако он может быть сформирован перекомпоновкой модулей фиг. 1, включая их роботы, вместе с дополнением других модулей. Этот подход контрастирует с традиционным упаковыванием, которое использует зубчатые колеса, ремни, валы, кулачки, сцепления и ремни для выполнения высокоскоростных, высоконадежных систем. Настоящий подход обрабатывает продукт, используя пневматику, роботы и под управлением серводвигателей, чтобы сделать возможным высоко гибкий, конфигурируемый и программируемый подход к конструированию упаковочных процессов, которые являются идеальными для мелкосерийного производства.

Бункер может быть тем же, что используется в варианте выполнения на фиг. 1, а сигареты передаются в карманы групп через оправки групп. Конфигурации из отверстий в оправках и форма кармана группы может быть отличной от той, что в варианте выполнения на фиг. 1. Однако с этим легко оперировать с помощью регулирования программирования роботов, управляющих положением оправки. Система управляется из того же сервисного модуля и ΗΜΙ, как в варианте выполнения на фиг. 1.

Таким образом, на фиг. 11 иллюстрируются гибкие модули 200, двенадцать из которых включают Картезианские, 8САКА или Антропоморфные роботы а-к. Предусмотрено два комплекта рулонных модулей 220, один из которых включает Картезианский, 8САКА или Антропоморфный робот. Дополнительно предусмотрены три модуля 230 подачи заготовок для подачи картонных или пластиковых заготовок в процесс, а станции холодного клея или термоклея предусмотрены в трех гибких модулях с роботами.

Гибкие модули, имеющие робота а), соответствуют модулю, который передает заполненные карманы от бункера к модулю заполнения корпусов жестких торцевых крышек на фиг. 1. Гибкий модуль 200, включающий робота Ь), является станцией обертывания фольгой, в которой фольга, подаваемая из модуля подачи фольги, обертывается вокруг группы. В модуле питателя заготовки, внутренняя сторона подается и обрабатывается роботами б) и с), где приклеивается рамка, и проходит в модуль, содержащий робота е). Верхняя часть и корпус питателя заготовок располагаются на любой стороне этого модуля, подающего заготовки через роботы Г) и д). В модуле, содержащем робота д), ярлыки и внутренние крышки приклеиваются на верхнюю часть заготовки, используя узел термоклея, а в центральной части модуля выполняется сгиб в плоскости Ζ в конструкции заготовки. Частично согнутая заготовка проходит в модуль, содержащий робота 11). где выполняются концевые складки, боковые сгибы и завершающий шов, используя аппликатор холодного клея, и на дальнейшей станции пачки проходят в аппликатор отметки об уплате налогов. Робот 1) модуля выполняет нанесение кода даты на пачке, а также сушку обработки перед обертыванием. Пачка затем проходит к роботу _)), который соединен с помощью интерфейса с целлофано-оберточной машиной и станцией аппликатора разрывной ленты и выполняет обертывание упаковки. Наконец, робот к) является ответственным за управление и нагревание обернутой упаковки перед окончательной выдачей завершенных упаковок вниз в концевой желоб.

Из вышеприведенного описания должно быть понятно, что какая бы упаковочная конфигурация не была выбрана, пачка формируется вокруг изделий. Изделия могут сначала, при желании, быть сформированы в требуемые группы, хотя потребность в этой стадии будет зависеть от специфики упаковываемых изделий.

Формирование пачки вокруг изделий происходит в независимости от того, какой тип пачки изго

- 8 010040 тавливается. Так, в варианте выполнения на фиг. 11 используются картонные заготовки. Они предварительно не формируются в пачки, полностью или частично, но формируются вокруг изделий ίη 8Йи. Такой подход к формированию пачки облегчает реконфигурирование упаковочной системы. Одинаковый подход для формирования упаковки вокруг изделия применяется независимо от специфики пачки.

Следует также учесть, что варианты выполнения изобретения чрезвычайно ускоряют изменение от одной конструкции пачки к другой, делая допустимым малообъемное производство. Формируя пачки вокруг изделий и используя реконфигурируемые модули, система может быть переключена от производства одной пачки к другой в течение недель, вместо месяцев, значительно снижая связанную стоимость.

Понятно, что две конфигурации модулей по фиг. 1 и 11, являются только примерами возможных конфигураций. Изобретение не должно ограничиваться конкретными конфигурациями, поскольку ему присуща реконфигурируемость модулей для формирования желаемого упаковочного процесса. Изобретение ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Упаковочная система для упаковывания изделий в пачку, содержащая несколько соединенных модулей, при этом каждый модуль содержит оборудование для выполнения части упаковочного процесса, и, по меньшей мере, некоторые из модулей содержат робота для перемещения изделий между модулями.
2. Упаковочная система по п.1, в которой роботы перемещают изделия и носители изделий между модулями.
3. Упаковочная система по п.1 или 2, в которой по меньшей мере один из модулей содержит робота для выполнения упаковочного процесса.
4. Упаковочная система по любому из пп.1-3, в которой роботы являются Картезианскими, 8САКА. или Антропоморфными роботами.
5. Упаковочная система по любому из пп.1-4, в которой модули включают по меньшей мере один модуль для подачи рулонных материалов.
6. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой модули включают по меньшей мере один модуль для подачи упаковочных заготовок.
7. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой по меньшей мере один из модулей включает клеевую станцию для нанесения клея на упаковки.
8. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой модуль включает контроллер модуля для управления оборудованием модуля.
9. Упаковочная система по п.8, в которой система управления модулей включает контроллеры роботов для управления перемещениями роботов.
10. Упаковочная система по п.8 или 9, в которой система управления каждого модуля содержит интерфейсное программное обеспечение для взаимодействия с системой управления смежных модулей для перемещения изделий между модулями.
11. Упаковочная система по п.10, в которой система управления первым модулем включает программное обеспечение для перемещения изделий в отсеки между первым модулем и вторым модулем, а система управления вторым модулем включает программное обеспечение для подбирания изделий из отсека или размещения изделий в отсеке.
12. Упаковочная система по п.10, в которой упаковываемые изделия смонтированы на носителе и изделия и носитель перемещаются к отсекам в первом модуле и перемещаются от отсеков во втором модуле.
13. Упаковочная система по п.11 или 12, содержащая первый и второй отсеки, при этом продукт размещается в первом отсеке из процесса первого модуля, перемещается во второй отсек под управлением системы управления первого модуля, перемещается назад в первый отсек и передается в процесс второго модуля.
14. Упаковочная система по любому из пп.11-13, в которой программное обеспечение для перемещения изделий между модулями включает «состояние изделия», «запрос на доступ» и «доступ разрешен», при этом «запрос на доступ» и «доступ разрешен» дает возможность установить блокировку между смежными модулями.
15. Упаковочная система по любому из пп.11-14, в которой интерфейсы определены между каждым модулем и всеми смежными модулями для определения перемещения изделий между ними.
16. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой модули являются реконфигурируемыми.
17. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой упаковываемые изделия являются стержнеобразными изделиями.
18. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой упаковываемыми изделиями являются сигареты.
19. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, содержащая системный контроллер

- 9 010040 для обеспечения согласованного управления модулями.
20. Упаковочная система по любому предшествующему пункту, в которой пачка формируется вокруг изделий.
21. Упаковочная система по п.20, в которой изделия сначала формируются в группу, а пачка формируется вокруг группы.
22. Комплект реконфигурируемых модулей для формирования упаковочной системы, при этом модули взаимосвязаны и каждый имеет съемное оборудование для выполнения части упаковочного процесса, по меньшей мере, некоторые из модулей включают робота для передачи изделий между модулями, а каждый модуль имеет контроллер модуля для управления частью упаковочного процесса, выполняемого модулем, и координирования передачи изделий между этим модулем и смежными модулями.
23. Комплект по п.22, в котором по меньшей мере один из модулей содержит робота, выполняющего упаковочный процесс.