ES2858504B2 - Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguardia de su contenido Objeto técnico de la invención

La presente invención se refiere a una máquina robotizada para la apertura de cajas de cartón, con estaciones previas de medición de sus dimensiones y espesor del cartón.

Las cajas, de forma paralelepipédica, se reciben en orden aleatorio, en la línea transportadora estando mezclados los diversos tamaños estandarizados, previamente convenidos por el industrial receptor. El objetivo principal de la invención es la automatización de una apertura rápida de las cajas garantizando medidas de seguridad que eviten cualquier daño al género que contienen y sin debilitar la estructura de la caja. Para ello se ha desarrollado un cabezal y una cuchilla, con una geometría especial, que corta y empuja el cartón, ejerciendo cierta presión, sin que se produzca contacto dañino con el contenido de la caja.

Como paso previo se puede instalar un dispositivo medidor del grosor del cartón y otro dispositivo que mide las tres dimensiones de cada caja. De esa forma se definen las características de la caja y se adapta, en cada caso, el cabezal de corte.

Sector de la técnica al que refiere la invención

La invención que se presenta afecta a la Sección de Técnicas Industriales Diversas de la Clasificación Internacional de Patentes, en su apartado de Transportes y Manutención, párrafo de Manutención, embalaje, almacenado, manipulación de materiales delgados o filiformes incidiendo, desde el punto de vista industrial, en la fabricación de máquinas automáticas para la manipulación y apertura de cajas de cartón.

Antecedentes de la invención

Siendo las cajas de cartón elementos totalmente generalizados para su utilización en la protección y transporte de todo tipo de mercancías, se comprende que existe un gran número de invenciones relacionadas con ese tipo de contenedor.

Las que se han encontrado con mayor frecuencia en la base de datos son las relativas a la conformación y cierre de ese tipo de cajas que no están relacionadas en absoluto con el objeto de la invención que se presenta en este documento que, como se ha indicado, se refiere a la apertura mecanizada de cajas de cartón.

En el campo específico de la apertura, se han encontrado varias soluciones registradas de las que citaremos algunas, a continuación, a título de ejemplo.

1. - ES-0110182 U Dispositivo abridor de cajas de cartón

2. - ES-0245793 U Dispositivo de apertura para envases

3. - ES-1063548 U Dispositivo de apertura de cajas

4. - ES-2032068 T3 Procedimiento y dispositivo para abrir las tapas de una caja de cartón o caja plegable

5. - ES-2047486 T3 Cinta para apertura rápida

6. - ES-2105101 T3 Dispositivo y método para alimentar y abrir cajas de cartón

7. - ES-2154546 A1 Sistema de desprecintado para cajas y otros contenedores de cartón y similar

8. - ES-2199735 T3 Sistema automático para el desmontaje de embalajes

9. - ES-2613611 T3 Dispositivo de apertura para una caja

La invención citada en primer lugar describe un procedimiento manual de apertura utilizando una cuchilla.

La segunda describe cajas dotadas, previamente, de una banda delimitada entre dos líneas longitudinales parcialmente troqueladas, en cuya banda se ha aplicado, por lo menos, un cordón termo adhesivo flexible y resistente dispuesto en toda su longitud.

La tercera describe cajas con líneas de precorte y unas solapas que permiten iniciar la rotura de una banda perimetral.

La citada en cuarto lugar se refiere a una máquina que manipula cajas de cartón de las que tienen cuatro solapas.

La quinta describe una solución para apertura de cajas dotadas de una cinta de polipropileno centrando la novedad en las características de la cinta para evitar su rotura durante el proceso de apertura.

La sexta se refiere a una máquina destinada a la carga automática de cajas de cartón.

La indicada en séptimo lugar describe una solución de apertura de cajas dotadas de lengüetas y solapas de inicio premarcadas.

La invención octava describe una máquina compleja robotizada para apertura total de cajas paralelepipédicas de cartón desplegando completamente la tapa superior y las laterales de forma que se pueda captar y manipular su contenido.

La indicada en noveno lugar, aunque incluye la palabra apertura, describe un tipo de caja dispensadora con un dispositivo de apertura que proporciona los objetos que contiene de uno en uno.

Por último, aunque no se ha encontrado el registro, el inventor conoce una solución en la que se corta la caja en la parte superior de las paredes laterales mediante un disco. Esta solución, que entraña peligro para la mercancía, debilita la estructura de la caja y no está robotizada.

Como veremos, ninguna de las invenciones citadas resulta próxima a la que se describe en este documento no encontrándose en el mercado ninguna máquina que resuelva el problema de la apertura de cajas de cartón en la forma que se propone, por lo que el inventor considera que la solución que se describe, implica una novedad interesante para los industriales que requieren un proceso de apertura rápida y automatizada de cajas de cartón sin dañar su contenido.

Descripción sumaria de la invención

Tal como se ha indicado anteriormente, la invención describe una instalación totalmente automatizada, de alto rendimiento, destinada a la apertura rápida de la parte superior de cajas de cartón de forma paralelepipédica de tamaños comprendidos en una horquilla previamente convenida con el suministrador.

La máquina de la invención comprende las siguientes partes principales:

- Equipo de descarga y depósito sobre línea transportadora (opcional)

- Estación de medición de dimensiones

- Desvío de cajas que no cumplen las dimensiones convenidas (opcional)

- Estación de medición del grosor de las placas de cartón (opcional, si hay diferentes tipos de cajas "espesores”)

- Estación de corte con captura y extracción de tapa, colocándola en cinta de transporte / caja/ contenedor o cualquier otro lugar.

- Centro de control

- Valla de seguridad

Aunque a continuación se indican las características generales de cada una de ellas, en el apartado de descripción de una realización preferida por el inventor, se describen los detalles que caracterizan la invención.

Equipo de descarga y depósito sobre línea de transporte

Este equipo es opcional pues, en determinadas ocasiones, se opta por realizar la descarga manualmente o con grúas de captación con ventosas de vacío o cualquier otro medio, apilando las cajas en almacén hasta que se decida el momento de su apertura.

En el caso de descarga directa sobre la línea transportadora, se captan las cajas mediante robots manipuladores y se colocan sobre la cinta, en la posición de apertura y orientación deseada, guiadas mediante barreras laterales.

Estación de medición de dimensiones

Incluye un equipo, con cámara de visión cenital, capaz de calcular las tres dimensiones de cajas sobre un plano vertical, sea cual sea su orientación respecto al eje longitudinal de avance de la cinta. Para conseguir la precisión deseada, que se define con una tolerancia de /- 2 milímetros, se programa una estación previa a la de corte donde se para y posiciona la caja sobre la línea de transporte.

Desvío de cajas que no cumplen las dimensiones convenidas

En las instalaciones de máxima automatización, se dispone un desvío en la línea transportadora que aparta las cajas que no cumplen con las dimensiones estándar convenidas. Para evitar la instalación de este dispositivo opcional, se programa el robot de la estación de corte de tal manera que ignore dichas cajas dejándolas pasar de largo para un agrupamiento posterior.

Estación de medición del grosor de las placas de cartón

Se trata de un dispositivo que define el grosor de las placas de cartón, dentro de una horquilla preestablecida. Esta medición es de suma importancia para evitar posibles daños en la mercancía contenida en las cajas durante el proceso de corte. Como veremos más adelante, realiza la medición en un lugar próximo a una de las aristas de la caja realizando dos orificios de unos 2 mm. de diámetro. Aunque se puede programar para cualquier espesor, se prepara para grosores comprendidos entre 2 y 10 mm.

Estación de corte con apilado de tapas

Consiste en una estación robotizada que fija la caja en una posición conocida y realiza el corte de la tapa superior de las cajas siguiendo una trayectoria integrada totalmente en dicha tapa superior para no debilitar su estructura. Dispone de un cabezal autoajustable cortador a base de cuchillas, con patín de tope/presión, estando dicho cabezal relacionado electrónicamente con la estación de medición del grosor o con los datos facilitados por la referencia de la caja, en el caso de estar identificada con código.

Incluye un dispositivo de sustitución rápida automática de la cuchilla en caso de que el sensor/cámara que supervisa el estado del filo de la cuchilla, detecte daños o defectos.

Antes de iniciar el corte, se ordena el posicionamiento de la caja en la cinta hasta que quede en contacto con una guía de tope. De esa forma la caja queda perfectamente orientada en la dirección de avance de la línea transportadora. El corte se puede programar con la cinta en movimiento, aunque, preferentemente, se hace en parada momentánea de la misma.

El robot dispone de, al menos, dos cápsulas o ventosas que captan la tapa, una vez cortada y la almacenan lateralmente. Se adapta la activación del vacío de las ventosas a las dimensiones de la tapa.

Centro de control

Un PLC central (Controlador Lógico Programable), gobierna el conjunto de las instalaciones de la máquina de la invención, transfiriendo datos y coordinando todos los movimientos según el programa de cada unidad de trabajo. La máquina no requiere supervisión, ya que, en el caso de avería o incidencia, avisa mediante baliza sonora/luminosa, o bien por SMS, email, mensaje al sistema central, o por cualquier otro sistema de comunicación digital.

Valla de seguridad

Para garantizar la seguridad del personal supervisor de la operación, teniendo en cuenta la existencia de varios elementos en movimiento, se protege el perímetro con una valla metálica o de paneles transparentes que permitan una buena visión general y la realización del mantenimiento o cualquier intervención en condiciones seguras, teniendo que solicitar permiso a la instalación para poder entrar en ésta, deshabilitando el modo automático de la misma y protegiendo así la integridad del personal.

El dispositivo, así concebido, aporta muchas ventajas sobre lo existente hasta el momento que se basa en aperturas de tipo manual con utensilios de corte o tirando de bandas que rompen siguiendo premarcas y soluciones similares.

Las principales ventajas son las siguientes:

- automatización del proceso

- alto rendimiento

- precisión en el corte

- mantenimiento de la rigidez estructural de la caja

- evita daños en la mercancía

- evita lesiones en los operarios que realizan esta operación manualmente

- seguridad general de los operarios

En el apartado de figuras se esquematizan las diferentes partes de la máquina de la invención que permiten comprender su funcionamiento general, bien entendido que reflejan una forma de realización preferida por su inventor sin perjuicio de que se puedan introducir algunas modificaciones que no alteren la idea fundamental de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Se incluyen cinco figuras, que se consideran suficientes para la correcta interpretación de la invención.

Figura 1

Representa, de forma esquemática, una vista superior del conjunto del dispositivo habiéndose señalado los siguientes elementos:

1. - Equipo de descarga y alimentación

2. - Caja

2.1. - Caja rechazada

2.2. - Caja abierta

3. - Línea transportadora

3.1. - Cinta de rechazo

4. - Estación de medición dimensional

5. - Cámara cenital

6. - Empujador

7. - Estación de medición de grosor

8. - Módulo de punzones

9. - Tope posicionador

10. - Estación de apertura

10.1. - Equipo de corte y captura de tapas

11. - Mercancía

12. - Tapa

12.1. - Contenedor

13. - Equipo de control

14.

Cerramiento

Figura 2

Representa, de forma esquemática, el módulo de punzones.

8.1. - Punzón emisor

8.2. - Emisor de fibra óptica

8.3. - Punzón receptor

8.4. - Receptor de fibra óptica

8.5. - Tope limitador

Figura 3

Representa, de forma esquemática, el cabezal de corte

15. - Cabezal de corte

15.1. - Cuchilla

15.2. - Patín

15.3. - Brazo

Figura 4

Muestra una caja abierta en vista superior para apreciar el detalle de la línea de corte.

16.

Línea de corte

Figura 5

Muestra una caja abierta en vista lateral seccionada para apreciar el cabezal de captura retirando una tapa recién cortada.

17. - Cabezal de captura

18. - Cápsula de succión

Explicación detallada de modos de realización de la invención

Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido (Figs.1 a 5) consistente en una instalación automatizada, destinada a la apertura rápida de la parte superior de cajas de cartón de forma paralelepipédica de tamaños estandarizados, que, en una primera forma de realización preferida por su inventor, se muestra como una instalación en la que las cajas (2), de cartón, recibidas se descargan y transfieren a una línea transportadora (3), mediante un equipo de descarga y alimentación (1) (Fig.1) para avanzar hasta una estación de medición dimensional (4) donde se miden las tres dimensiones principales de ancho, largo y alto (X, Y, Z), por medio de una cámara cenital (5), capaz de determinar dichas dimensiones con error menor de tres milímetros. Si entre las cajas (2), recibidas y transferidas a la línea transportadora (3), se encuentra alguna que no cumple con la horquilla tamaños / geometrías / deformaciones, previamente convenidos, la cámara cenital (5), conectada con un equipo de control (13), de gobierno general, la identifica como caja rechazada (2.1) y la desvía hacia una cinta de rechazo (3.1) al ser impulsada por un empujador (6), de tipo neumático, hidráulico o cualquier otro.

Las cajas (2), de dimensiones correctas, se revisan en la estación de medición de grosor (7), dotada de un módulo de punzones (8), cuyo detalle se describe más adelante, que conectado también con el equipo de control (13), ordena la regulación del cabezal de corte (15) que, asimismo, se describirá en párrafos posteriores.

En su avance continuo, cada caja (2) entra en la estación de apertura (10), donde se activa un tope mecánico y un empujador (6), que posiciona la caja en la dirección de avance longitudinal de la línea transportadora (3) al presionarla contra el tope posicionador (9). En ese momento, entra en juego el cabezal de corte y captura de tapas (10.1) (equipo de 3 ejes o robot) que, mediante el cabezal de corte (15), efectúa el corte de la base superior de la caja (2) según una trayectoria con el offset predefinido para cada modelo de caja, a unos dos centímetros de sus aristas con objeto de no debilitar la rigidez natural de la estructura del paralelepípedo. Realizado el corte, el cabezal de captura (17), mediante los sistemas de aspiración/succión o cualquier otro, con cápsulas de succión (18), carga la tapa (12) y la apila en un contenedor (12.1), caja, cinta de transporte o cualquier otro lugar deseado, próximo a la estación de apertura (10).

La caja abierta (2.2) con su correspondiente mercancía (11), sigue adelante hasta el lugar de recepción general y acopio finalizando así el proceso.

Efectuada la descripción general de la instalación, donde intervienen algunos componentes habituales en la industria, se procede a continuación a describir los detalles de las partes fundamentales de la invención que se encuentran en la estación de medición dimensional (4), en la estación de medición de grosor (7) y en la estación de apertura (10).

Estación de medición dimensional

El componente principal es la cámara de visión cenital (5) que, mediante una imagen, define el tamaño de la caja de cartón en función de la medida y posición en altura de la cara superior que, siempre, es cuadrada o rectangular. La medición se hace, sea cual sea la posición de la caja, con un error igual o menor de 2 milímetros. Para conseguir la máxima precisión se debe hacer la medida durante una parada momentánea de la línea transportadora (3). La cámara cenital (5) está conectada de forma permanente con el equipo de control (13).

Estación de medición de grosor

En esta estación el componente principal es el módulo de punzones (8), representado de forma esquemática en la (Fig.2). Consta de un punzón emisor (8.1) equipado con un emisor de fibra óptica (8.2) y de un punzón receptor (8.3) equipado con un receptor de fibra óptica (8.4). Ambos punzones están montados en paralelo, a muy corta distancia, en una base servo motorizada programable o sistema de movimiento lineal regulable con diferentes cotas de penetración en el cartón.

El punzón emisor (8.1) aloja el sistema de iluminación mostrado como emisor de fibra óptica (8.2) y el punzón receptor (8.3) aloja un medidor de intensidad lumínica mostrado como receptor de fibra óptica (8.4).

La base servo motorizada o sistema de movimiento lineal regulable, que va montada sobre una unidad neumática de aproximación, avanza hacia la caja (2), una vez detectada su presencia, hasta que el tope limitador (8.5) hace contacto con la misma. Inmediatamente se inicia el punzonado hasta que el receptor de fibra óptica (8.4) detecta la luminosidad emitida por el emisor de fibra óptica (8.2) indicando que la penetración corresponde exactamente al grosor del cartón. La medida se transmite a la estación de apertura (10) para seleccionar/ajustar la configuración adecuada en el cabezal de corte.

Los orificios resultantes son de unos 2-3 mm. debiendo realizarse en una zona fuerte de la caja (2), próxima a una arista. El dispositivo está programado para espesores de placa de cartón de hasta un máximo de 10 mm.

Estación de apertura

Esta estación de apertura (10) es la que permite conseguir el objeto de la invención apoyándose en los datos que recibe, a través del equipo de control (13), de las otras dos estaciones o la información que proporciona la propia línea en el caso de tener identificados los modelos de cajas que entran en la estación de corte (códigos de barras-cajas iguales de espesor o tamaño).

Dispone de un robot o sistema de 3-4 ejes dotado de un cabezal de corte y captura de tapas (10.1) con detalles esquemáticos en las (Figs.1, 3, 4 y 5).

El corte se hace con parada momentánea de cada caja (2) y posicionamiento mediante un tope y un empujador (6) y unidades neumáticas auxiliares de fijación. La operación de corte es realizada por el cabezal de corte (15) (Fig.3) equipado con una cuchilla (15.1) y un patín (15.2) agrupados en el brazo (15.3). El deslizamiento longitudinal de la cuchilla respecto al patín permite graduar la profundidad del corte, aunque se dispone también de un dispositivo de cambio rápido, automático, de cuchillas ya sea por el grosor del cartón de cada caja (2) o por el estado de desgaste de la cuchilla determinado por un visor/sensor específico para ese fin.

En la (Fig.4) se representa la vista superior de una caja abierta (2.2) en la que se muestra la línea de corte (16) que tiene dos características principales. Una es su posición en la base superior, con cierto desplazamiento hacia el interior, respecto a las aristas, con objeto de no debilitar la estructura de la caja. La otra es el redondeo en los vértices para facilitar un trabajo continuo de la cuchilla que, de otro modo debería levantarse en cada vértice.

Una vez finalizado el proceso de corte, que dura entre 2 y 8 segundos (dependiendo del tamaño), entra en juego el cabezal de captura (17) dotado de, al menos, dos elementos de succión (18), o fijación, tal como se esquematiza en la (Fig.5).

El dispositivo está proyectado para conseguir un rendimiento de entre 500 y 800 aperturas por hora.

Las tapas (12) retiradas son depositadas, por el cabezal de captura (17), en la cinta o contenedor (12.1) ubicado (Fig. 1) en el recinto de mayor peligrosidad, protegido por un cerramiento (14).

El inventor concibe una segunda forma de realización, que simplifica ligeramente la que se acaba de describir, consistente en eliminar la sección de rechazo de cajas, que puede efectuarse con anterioridad y que agrupa en una sola estación las correspondientes a la medición dimensional (4) y a la de medición de grosor (7). En este caso se requiere, además de una parada momentánea de la línea transportadora (3), un posicionamiento determinado (retacaje) de cada caja (2).

No se considera necesario hacer más extenso el contenido de esta descripción para que un experto en la materia pueda comprender el alcance y las ventajas derivadas de la invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de la misma. Sin embargo, debe entenderse que la invención ha sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello repercuta o suponga alteración alguna del fundamento de dicha invención. Es decir, los términos en que ha quedado expuesta esta descripción preferida de la invención, deberá ser tomada siempre con carácter amplio y no limitativo.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido y sin debilitar la estructura de la caja, consistente en una instalación automatizada, destinada a la apertura rápida de la parte superior de cajas de cartón de forma paralelepipédica de tamaños estandarizados, caracterizado por comprender una estación de medición dimensional (4), dotada de una cámara de visión cenital (5), una estación de medición de grosor (7), dotada de un módulo de punzones (8), una estación de apertura (10), con un equipo de corte y captura de tapas (10.1), dotado de un cabezal de corte (15) y de un cabezal de captura (17) y un equipo de control (13), totalmente automatizado, conectado con las tres estaciones, para recepción y transmisión de órdenes, estando protegidas las zonas de mayor peligrosidad mediante un cerramiento (14) pasando las cajas (2), de cartón, sucesivamente, por las estaciones citadas al haber sido cargadas en origen sobre una línea transportadora (3), que las entrega como cajas abiertas (2.2) al final del recorrido para la manipulación de las diferentes mercancías (11) que contienen quedando depositadas las tapas (12) en un contenedor/caja/cinta transportadora (12.1) existente en la estación de apertura (10).

2. Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido, según reivindicación primera, caracterizado por poder medir, desde la cámara de visión cenital (5), las tres dimensiones X, Y, Z de anchura, longitud y altura de cada caja con error menor de tres milímetros, en parada momentánea de la línea transportadora (3), teniendo dicha cámara cenital (5) la capacidad de identificar las cajas (2) que no cumplen con las medidas estándar predefinidas pasando la información al equipo de control (13) para clasificarlas como cajas rechazadas (2.1).

3. Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido, según reivindicación primera, caracterizado por poder medir el grosor del cartón al estar dotado, el módulo de punzones (8), de un punzón emisor (8.1), con emisor de fibra óptica (8.2), de un punzón receptor (8.3), con receptor de fibra óptica y de un tope limitador (8.5) estando configurado el módulo de punzones (8), para poder diferenciar/medir cual es el espesor de las cajas de cartón, realizando dos perforaciones de dos/tres milímetros de diámetro en cajas (2) en parada momentánea de la línea transportadora (3).

4. Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido, según reivindicación primera, caracterizado por estar configurado el cabezal de corte (15) para realizar el corte de la tapa (12), de cada caja (2), según una trayectoria o línea de corte (16) con redondeos en los vértices y alejada unos dos centímetros de las aristas de la base superior de la caja (2). El cabezal de corte (15), está dotado de un brazo (15.3) que soporta una cuchilla (15.1) y un patín (15.2), existiendo un dispositivo de cambio rápido, automático, de cuchillas (15.1) relacionado con un visor de desgaste del filo o deformación /rotura de la cuchilla.

El cabezal de corte (15) opera sobre cajas (2) en parada momentánea de la cinta transportadora (3), colocadas con precisión contra un tope posicionador (9), por actuación de empujadores (6) neumáticos y medios auxiliares.

5. Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido, según reivindicación primera, caracterizado por estar dotado el cabezal de captura (17) de un sistema de cápsulas de succión / fijación (18) de la tapa.

6. Dispositivo robotizado para apertura de cajas de cartón con salvaguarda de su contenido, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por tener un rendimiento de, entre 500 y 800, aperturas por hora.