ES2965250T3 - Método y aparato para determinar la posición de objetos en una cinta transportadora - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un aparato para determinar la posición de objetos (2) que avanzan en línea sobre un plano de soporte que pertenece a una línea de transporte (1), incluyendo el aparato, para determinar la posición de un objeto (2) en el plano de soporte, fuentes (22A, 23A) de un primer y un segundo haz de luz (220, 230) que generan haces colimados (220, 230) con un tamaño de sección transversal sustancial en forma de punto, que se propagan a lo largo de trayectorias que definen un plano paralelo al plano de soporte y que forman ángulos agudos con la dirección de avance (F), y detectores (22B, 23B) para la detección separada del primer y segundo haz (220, 230). Una unidad de procesamiento (12) incluye medios para comparar los instantes en los que un objeto pasa a través de cada haz (220, 230) y para detectar, en base al resultado de la comparación, un posible desplazamiento de la posición del objeto (2) respecto de una referencia. posición. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato para determinar la posición de objetos en una cinta transportadora
c a m p o t é c n ic o
La presente invención se refiere a un método y a un aparato para determinar la posición de objetos transportados en una línea de transporte, más en particular, en una línea de transporte que se desplaza a gran velocidad. Preferentemente, pero no de manera exclusiva, la presente invención se aplica en el campo del envasado de objetos y, en la aplicación más preferida, los objetos son botellas transportadas sobre una cinta transportadora en una instalación de embotellado hacia un robot de manipulación.
En aras de la claridad y de la simplicidad de la descripción, en lo sucesivo se hará referencia principalmente a esa aplicación más preferida.
t é c n ic a a n t e r io r
En el campo del envasado de objetos, están muy extendidas las instalaciones en las que los objetos a envasar se disponen en línea a lo largo de una línea de transporte que comprende una o varias cintas transportadoras que se desplazan a través de una sucesión de estaciones de trabajo, en las que dichos objetos se someten a las diferentes operaciones necesarias para su envasado.
Por ejemplo, en el caso de las instalaciones de embotellado, la cinta transportadora pasa a través de una sucesión de estaciones de trabajo, que incluyen, por ejemplo, una estación de llenado, una estación de taponado, una estación de etiquetado, etcétera. En algunas estaciones de trabajo, los objetos deben ser recogidos de la cinta transportadora para ser sometidos a las operaciones previstas y, en los sistemas altamente automatizados, es habitual utilizar para ello un robot, por ejemplo, un robot antropomórfico.
Con el fin de que las botellas puedan ser cogidas por el robot, su posición en las tres direcciones debe estar dentro de un margen de tolerancia bastante estrecho, por ejemplo, ± 2 mm. Sin embargo, las botellas pueden tener alturas diferentes (por ejemplo, porque algunas de ellas carecen de tapón o éste no está totalmente insertado o enroscado, etc.), y la planitud imperfecta del fondo de la botella, así como los movimientos de las botellas en la cinta transportadora, pueden causar desalineaciones de las botellas. Además, debido a irregularidades en el avance de la cinta transportadora, es posible que las botellas no se sucedan con una cadencia regular. Todas estas irregularidades pueden tener fácilmente una amplitud que supere los límites de tolerancia previstos y, por ello, para conseguir una buena productividad de las instalaciones, éstas están equipadas con aparatos que corrigen la posición relativa del robot y de una botella y garantizan que todas, o casi todas las botellas que deben someterse a trabajo en esa estación, puedan ser recogidas por el robot.
Se conocen en esta técnica varios sistemas capaces de detectar la posición de los objetos transportados en una cinta transportadora.
Los sistemas más comúnmente empleados hacen uso de un sistema de visión, tal como una cámara de alta velocidad. Complementar una línea de producción con un sistema de visión obliga a resolver una serie de problemas relacionados con la iluminación del objeto, la calibración del sistema de visión, la precisión de la detección, etc. Además, en el caso de las líneas de producción de alta velocidad, tal como las que interesan a la invención, es difícil cumplir con tales sistemas los estrictos límites impuestos por la línea en cuanto a la velocidad de disparo de la cámara, los tiempos de iluminación y los tiempos de respuesta del sistema de corrección (que normalmente deben ser inferior a 20 ms). Además, los sistemas de visión son costosos.
Otros sistemas se basan en la detección del paso de los objetos por delante de una o varias fuentes de luz.
El documento US 4.105.925 da a conocer un sistema que comprende dos fuentes de luz que envían hacia la cinta transportadora haces planos divergentes que se cruzan en una única línea transversal de la cinta transportadora. Una matriz de diodos detecta la luz de dicha línea. Un objeto que cruza la línea intercepta los haces de luz, de modo que se forman líneas luminosas sobre el objeto en posiciones anteriores o posteriores a la línea de intersección. La matriz de diodos detecta, por tanto, solamente los segmentos de línea que se encuentran más allá de los límites del objeto, lo que permite determinar la forma y la orientación del objeto. El sistema proporciona información, incluyendo las coordenadas x, y (coordenadas medias, máximas y mínimas) del objeto, a un brazo mecánico para la manipulación del objeto.
El sistema antes mencionado, que prevé que las fuentes envíen haces a la cinta transportadora, conlleva el problema de elegir y/o corregir los parámetros en función de las diferentes tipologías de cintas transportadoras.
El documento US 4.494.656 da a conocer un aparato para la inspección de objetos (botellas) que se desplazan sobre una cinta transportadora. El aparato incluye un sensor de luz (que incluye, por ejemplo, un láser) para detectar la presencia o ausencia de un objeto a determinada altura en la proximidad de la superficie de la cinta transportadora. El aparato detecta el tiempo transcurrido entre transiciones sucesivas (bordes ascendentes/descendentes) de la señal de salida del sensor de luz, compara dicho tiempo con valores umbral y, basándose en dicha comparación, detecta objetos atascados o caídos que deben retirarse.
El sistema mencionado no permite determinar las posiciones exactas de los objetos en la cinta transportadora, sino que solamente permite determinar si los objetos están atascados o caídos.
Otro sistema conocido para determinar la posición de los objetos en un plano de apoyo, en particular en dirección transversal a la dirección de avance de los mismos objetos, se da a conocer en el documento US 5979 635 A. Este sistema comprende fuentes de un primero y de un segundo haz de luz que se cruzan entre sí y medios para detectar dichos haces y para detectar el paso de un objeto a través de los mismos. El sistema está configurado para detectar solamente los instantes de entrada de un objeto en el primero y en el segundo haz de luz o solamente los instantes de salida de un objeto desde el primero y el segundo haz de luz.
También se conocen sistemas, dados a conocer en los documentos DE 197 10 913 A1 y EP 0 577 950 A1, configurados para detectar el desplazamiento de objetos en una dirección perpendicular al plano de apoyo.
d e s c r ip c ió n de la in v e n c ió n
Es un primero objeto de la presente invención proporcionar un sistema para determinar la posición de los objetos transportados en una línea de transporte, obviando los inconvenientes de la técnica anterior.
Es otro objeto de la invención proporcionar un sistema para determinar la posición de los objetos transportados en una línea de transporte hacia un robot de manipulación, permitiendo una mejor fiabilidad y una mayor flexibilidad en el funcionamiento del robot.
Los objetos anteriores y otros se consiguen mediante un método según la reivindicación 1 y un aparato según la reivindicación 5.
En el método según la invención, la posición de los objetos en un plano de apoyo, en particular en dirección transversal a la dirección de avance, se determina detectando el paso de los objetos a través de un primero y de un segundo haz de luz que se cruzan entre sí. Los haces de luz son haces colimados con un tamaño de sección transversal prácticamente puntual, que se propagan a lo largo de trayectorias que definen un plano paralelo a un plano de apoyo de los objetos y que forman ángulos agudos con la dirección de avance. Un posible desplazamiento de la posición de un objeto con respecto a una posición de referencia se detecta comparando los instantes en los que el objeto atraviesa cada haz.
De manera ventajosa, también se determina la posición de los objetos en una dirección perpendicular al plano de apoyo. Para ello, se detecta el paso de los objetos a través de un tercer haz de luz, que es un haz planar situado en un plano perpendicular al plano de apoyo, que se propaga paralelamente al plano de apoyo y transversalmente a la dirección de avance y está dispuesto a una altura relativa al plano de apoyo tal que es interceptado por la parte superior de los objetos, y se determina la extensión vertical de la parte del tercer haz interceptada por un objeto. Un posible desplazamiento de la posición del objeto con respecto a una posición de referencia se detecta comparando la extensión vertical de la parte del haz interceptada por un objeto sometido a inspección con la interceptada por un objeto situado en la posición de referencia.
Un aparato para aplicar el método incluye:
- una unidad para determinar la posición de un objeto en el plano de apoyo, en particular en dirección transversal a la dirección de avance, que incluye, a su vez, un par de fuentes de un primero y de un segundo haz de luz, cuyas fuentes generan haces colimados con un tamaño de sección transversal prácticamente puntual, que se propagan a lo largo de trayectorias que definen un plano paralelo al plano de apoyo y forman ángulos agudos con la dirección de avance, y un par de detectores para la detección separada del primero y del segundo haz; y
- una unidad para detectar y corregir un posible desplazamiento de la posición del objeto con respecto a una posición de referencia, que está dispuesta para comparar los instantes en los que un objeto atraviesa cada haz y para detectar un posible desplazamiento basándose en el resultado de la comparación.
De manera ventajosa, el aparato incluye, además, una unidad para determinar la posición de los objetos en una dirección perpendicular al plano de apoyo, que incluye:
- una fuente de un tercer haz de luz, que genera un haz planar situado en un plano perpendicular al plano de apoyo y que se propaga paralelamente al plano de apoyo y transversalmente a la dirección de avance, estando la fuente dispuesta a una altura tal con respecto a dicho plano de apoyo que el tercer haz es interceptado por la parte superior de los objetos; y
- un receptor de dicho tercer haz, conectado a la unidad para detectar y corregir un posible desplazamiento;
- y la unidad para detectar y corregir el desplazamiento está dispuesta para determinar la extensión vertical de la parte del tercer haz interceptada por un objeto y para detectar el desplazamiento comparando la extensión vertical de la parte de dicho tercer haz interceptada por un objeto sometido a inspección con la interceptada por un objeto situado en la posición de referencia.
La invención también se refiere a una instalación para transportar objetos que avanzan en línea sobre un plano de apoyo hacia un dispositivo para su manipulación, comprendiendo la instalación un aparato según la invención para: determinar la posición de los objetos sobre el plano de apoyo, en particular en dirección transversal a la dirección de avance y posiblemente en dirección perpendicular al plano de apoyo; detectar un posible desplazamiento de la posición de un objeto con respecto a una posición de referencia óptima para la manipulación; y, en caso de desplazamiento, suministrar al dispositivo de manipulación señales para corregir su posición,
La utilización de sensores láser, en particular un par de fotocélulas láser para determinar la posición de un objeto en el plano de apoyo y un sensor láser de cuchilla para determinar la posición en el plano vertical, y la determinación de la posición mediante la detección del paso de un objeto a través de los haces de los sensores, permiten determinar y corregir los desplazamientos con la sensibilidad, rapidez y precisión exigidas en una línea de producción de alta velocidad, De este modo, se aumenta la fiabilidad del funcionamiento del robot y también se mejoran las tolerancias de agarre, ya que la invención permite corregir también los desplazamientos que se encuentran dentro del intervalo de tolerancia, Además, los sistemas basados en láser son más sencillos y rápidos de instalar que los sistemas de visión,
b r e v e d e s c r ip c ió n de l a s f ig u r a s
Las anteriores y otras características y ventajas de la presente invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción de una forma de realización preferida realizada a modo de ejemplo no limitativo con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
La Figura 1 es un esquema básico de una instalación robotizada para manipular botellas transportadas por una cinta transportadora, equipada con el aparato según la invención;
La Figura 2 es una vista esquemática en planta de la parte de la instalación que incluye el aparato según la invención;
La Figura 3 es una vista en perspectiva de la parte de la instalación representada en la Figura 2;
La Figura 4 es un esquema básico de un sistema para la alineación inicial del aparato según la invención;
La Figura 5 es un diagrama básico de la corrección vertical;
La Figura 6 muestra una señal utilizada para la corrección vertical;
Las Figuras 7 y 8 son diagramas que ilustran la corrección transversal;
La Figura 9 muestra las señales utilizadas para la corrección transversal; y
La Figura 10 es un diagrama similar a los de las Figuras 7 y 8, que muestra la independencia de la corrección transversal respecto al diámetro del objeto,
d e s c r ip c ió n de u n a f o r m a de r e a l iz a c ió n p r e f e r id a
Haciendo referencia a la Figura 1, la referencia numérica 1 indica una cinta transportadora que avanza en la dirección indicada por la flecha F y que transporta una sucesión de objetos 2, en el ejemplo considerado botellas, hacia un robot de manipulación 3 que dispone de un cabezal de prensión 4 para coger las botellas 2, La cinta transportadora 1 es una cinta transportadora de alta velocidad, que se suele desplazar a una velocidad del orden de magnitud de 100 m/min, y está asociado en parte de su trayectoria a guías 5 destinadas a mantener en posición y estabilizar las botellas 2 durante su avance, La línea discontinua A - A muestra el eje longitudinal de la cinta transportadora 1, El robot 3 debe, por ejemplo, recoger una botella 2 de la cinta transportadora 1, introducir en su lugar una botella que debe llevarse hacia un puesto de trabajo situado flujo abajo a lo largo de la cinta transportadora, y llevar la botella recogida a una posición fuera de la cinta transportadora 1 siguiendo una trayectoria T, El robot 3 es, por ejemplo, un robot antropomorfo que se desplaza en las tres direcciones ortogonalesx(coordenada longitudinal paralela a la dirección de avance F),y(coordenada transversal perpendicular a la direcciónxen el plano de la cinta transportadora) y z (coordenada vertical perpendicular al plano de la cinta transportadora), El robot 3 opera en una zona de intervención, que está situada flujo abajo de las guías 5 y cuyo inicio está fijado por un dispositivo 6, por ejemplo, un dispositivo de célula fotoeléctrica (véanse las Figuras 2, 3), que detecta el paso de una botella 2 y, en consecuencia, acciona el mismo robot.
Para que las botellas 2 puedan ser cogidas por el cabezal 4 del robot 3, su posición en las tres direcciones x, y, z debe encontrarse dentro de un intervalo de tolerancia predeterminado y bastante limitado (por ejemplo, ±2 mm), Según la invención, con el fin de corregir los desplazamientos verticales y horizontales de las botellas 2 con respecto a una posición de referencia que sea óptima para que una botella 2 sea recogida por el robot 3, se proporciona un aparato 10 (denominado en lo sucesivo aparato corrector) flujo arriba del dispositivo de accionamiento 6, Dicho aparato detecta la posición de las botellas 2 en las tres direcciones x, y, z, determina un posible desplazamiento con respecto a la posición de referencia y, en caso necesario, ordena un desplazamiento del robot 3 tal que compense dicho desplazamiento, El aparato 10 está situado prácticamente en el extremo de las guías 5, flujo arriba del dispositivo de accionamiento 6, La distancia entre el aparato 10 y el dispositivo de accionamiento 6 debe ser suficiente para permitir adquirir la posición de una botella 2 y calcular y transmitir las correcciones, en su caso, al robot 3 antes de que este último recoja la botella 2 y, al mismo tiempo, suficientemente corta para garantizar la validez de la corrección calculada, Por ejemplo, el aparato 10 debe proporcionar la señal de corrección en un tiempo de latencia inferior a algunas decenas de milisegundos, concretamente, inferior a 20 ms,
El aparato de corrección 10 comprende una unidad 11 para determinar las posiciones de las botellas 2 y una unidad 12 para determinar los posibles desplazamientos con respecto a la posición de referencia y las correcciones que deben impartirse al robot 3, La unidad 11 comprende a su vez dos partes separadas e independientes que determinan la posición vertical (coordenada z) y la posición horizontal, en particular en dirección transversal (coordenada y), respectivamente, de una botella,
Haciendo referencia a las Figuras 2 y 3, la parte que determina la coordenada z consiste en un sensor de hoja láser 21, que comprende una fuente 21A y un detector 21B y emite un haz planar (hoja) 210 que se extiende en un plano perpendicular al plano de apoyo, por ejemplo, en el plano vertical z-y, y se propaga en direcciónyparalela al plano de apoyo, El sensor 21 está dispuesto a una distancia de la superficie de la cinta transportadora 1 tal que el haz 210 sea interceptado por las botellas 2 prácticamente en la parte superior de su tapón, Considerando un determinado tipo de botellas, la posición y la extensión del rayo láser 210 en el planoz-ydeben ser tales que el rayo sea interceptado en cualquier caso también por botellas cuya altura sea inferior a la altura nominal (por ejemplo, botellas sin tapón), Preferiblemente, también la interceptación por botellas cuya altura supere la altura nominal (por ejemplo, botellas con un tapón mal enroscado o mal insertado) sea parcial, La determinación de la posición y la corrección se basan en la determinación de la extensión vertical de la parte de la hoja 210 que se intercepta y, por lo tanto, en el procesamiento de una señal de salida del sensor 21, tal como se explicará con más detalle a continuación, La señal de salida del sensor 21 se mostrará a una velocidad de muestreo suficientemente elevada para proporcionar, para una botella dada, un número mínimo de muestras tal que permita compensar las aberraciones de forma, Por ejemplo, considerando la velocidad de la cinta transportadora indicada con anterioridad, dicho requisito se cumplirá con un tiempo de muestreo del orden de magnitud de 1 ms,
La parte que determina la coordenadayconsta en su lugar de dos fotocélulas láser de alta velocidad 22, 23, cuyos haces láser 220, 230 se propagan en un plano paralelo al planox-ysegún trayectorias que forman ángulos agudos con la dirección de avance de la cinta transportadora 1, y por tanto con el eje A - A, Las referencias numéricas 22A, 23A y 22B, 23B indican las fuentes y los detectores, respectivamente, de las fotocélulas 22, 23, También el plano definido por los haces 220, 230 puede estar situado en correspondencia de la zona de los tapones de las botellas, pero esta condición no es esencial, De manera ventajosa, ambos haces 220, 230 están dispuestos con un mismo ángulo respecto al eje A - A, de modo que se cruzan en correspondencia de la proyección de dicho eje sobre el plano de propagación, Preferiblemente, dicho ángulo es de 45°: Dicho ángulo ha demostrado permitir la mejor sensibilidad de resolución y reducir al mínimo el tamaño total,
La determinación y la corrección de la coordenadayse basan en la detección del paso de la botella delante de las fotocélulas 22, 23 y en la medición de la posible diferencia entre los instantes en que se produce dicho paso, tal como se explicará con más detalle a continuación, La unidad 12 de cálculo de las posibles correcciones es tal que permite resoluciones muy finas en la determinación de la diferencia mencionada, por ejemplo, resoluciones del orden de magnitud de 100 gs en el caso de la velocidad de la cinta transportadora indicada con anterioridad, La utilización de fotocélulas láser permite generar radiaciones en haces bien colimados, con un cono muy estrecho (haces con un tamaño de sección transversal prácticamente puntual), de modo que se minimiza el error en la detección del paso de la botella,
Un dispositivo para accionar el aparato 10 (en particular la unidad de determinación de la posición 11), no representado, por ejemplo, un dispositivo similar al dispositivo 6 para accionar el robot, puede proporcionarse flujo arriba del aparato 10 para relacionar la corrección con la botella, Dicho dispositivo es utilizado por el sistema de seguimiento de botellas que, como es habitual en este tipo de instalaciones, evalúa, en función de las especificaciones de funcionamiento de la instalación concreta, si una botella que llega a la estación de manipulación en donde está instalado el robot 3 debe ser manipulada o no y, por lo tanto, si debe comprobarse o no la corrección de su posición,
En aras de la simplicidad del dibujo, no se ha representado la estructura de soporte de la unidad 11 del aparato 10, Dicha estructura se conectará de forma fija a la cinta transportadora 1 y se acoplará al mismo de manera que quede libre, en la medida de lo posible, de las vibraciones Introducidas por la misma cinta transportadora, para que pueda garantizarse la estabilidad dinámica de la medición.
Además, la unidad 11 debe disponer de diversas regulaciones mecánicas para calibrar el sistema y compensar los errores de posicionamiento y alineación. Más concretamente, dichas regulaciones deben garantizar la precisión deseada para la inclinación de las fotocélulas 22, 23. Además, la unidad 11 debe ser regulable en altura para adaptar la posición del sensor láser de la cuchilla 21 a los diferentes formatos de una línea de producción multiformato. La alineación de la unidad 11 con respecto a la cinta transportadora 1, necesaria para alcanzar la precisión de medición requerida, puede lograrse en una etapa de instalación mediante un sistema 30 asociado temporalmente a la unidad 11 y a la cinta transportadora 1 en dicha etapa. Por ejemplo, tal como se muestra en la Figura 4, dicho sistema incluye un puntero láser 31 montado en la unidad 11 y destinado a iluminar un blanco 32 situado en la cinta transportadora 1. De manera alternativa, el objetivo 32 puede estar asociado a la unidad 11 y el puntero 31 a la cinta transportadora 1. El modo de funcionamiento de los sistemas de este tipo es bien conocido por los expertos en esta técnica. Preferiblemente, tanto el puntero 31 como el objetivo 32 se instalan solamente durante la etapa de alineación, aunque el elemento asociado a la unidad 11 podría instalarse de forma permanente.
A continuación se describirá una posible forma de realización, a modo de ejemplo, del método según la invención. Las correcciones calculadas por la unidad 12 son correcciones relativas, es decir, un valor nulo indica que una botella se encuentra en la posición de referencia y un valor no nulo indica la amplitud y el signo del desplazamiento que debe impartirse al robot 3 para desplazarlo a la posición adecuada para recoger la botella.
En cuanto a la corrección de la coordenada z, se hace referencia a las Figuras 5 y 6. Tal como se expone, dicha corrección se basa en la determinación de la extensión vertical de la parte de haz interceptada por una botella 2 y en la comparación con la extensión interceptada por una botella situada en la posición de referencia (o, de manera equivalente, que tenga una altura nominal prevista).
La Figura 5 muestra tres botellas 2a, 2b, 2c (por ejemplo, con tapón de rosca) y sus posiciones en relación con la hoja láser 210. Por ejemplo, la botella 2a tiene la altura nominal prevista (tapón correctamente enroscado) y, por tanto, se encuentra en la posición vertical de referencia, la botella 2b tiene una altura superior a la nominal (tapón parcialmente desenroscado) y la botella 2c tiene una altura inferior a la nominal (falta el tapón).
La Figura 6 muestra la señal de salida del sensor 21, suponiendo, solamente a modo de ejemplo y en aras de la claridad de la descripción, que dicha señal es una señal de corriente que se encuentra en un nivel mínimo (por ejemplo, 4 mA) cuando el haz 210 llega al detector 21B sin ser interceptado y, en un nivel máximo (por ejemplo, 20 mA) cuando el haz 210 está totalmente interceptado. Como es claramente evidente para el experto en esta técnica, dicha señal consiste en un tren de impulsos, originados cada uno por la interceptación del haz 210 por una botella 2, cuyo nivel de pico (negativo) depende claramente de la extensión vertical de la parte del haz 210 interceptada por una botella 2, y por tanto de la altura de la botella. Los impulsos Pz(a), Pz(b), Pz(c) corresponden al paso de las botellas 2a, 2b, 2c, respectivamente. Para simplificar el dibujo, no se ha representado el muestreo de la señal de salida del sensor 21 durante el paso de una botella.
En esta forma de realización, a modo de ejemplo, se tendrá que:
- Iz(i) (mA) es la corriente de salida del sensor 21 al paso de la i-ésima botella (i = a, b, c);
- K (mm/mA) es la constante de conversión del sensor 21, dada, por ejemplo, por la relación
Cz(i) = Iz(i)*K Z0 (1).
en donde A es el margen de altura que puede detectar el sensor e Imax, Imin son las corrientes máxima y mínima, - z(a), z(b), z(c) son las alturas de los tapones de las botellas 2a, 2b, 2c con respecto al borde inferior del haz 210, y
- Z0 es el valor complementario de la altura correspondiente a la posición de referencia (es decir, el valor de la distancia desde el borde inferior de la viga 210 desde la parte superior del tapón de una botella que tenga la altura nominal).
A continuación, la coordenada z de la botella i-ésima será Iz(i)*K, y la corrección Cz(i), si la hubiere, que se aplicará al robot 3 será
Cz(i) = Iz(i)*K Z0(D-Para la botella 2a, es evidente que la corriente Iz(a) será tal que Iz(a)*K = -Z0, de modo que Cz(a) = 0. Para las botellas 2b, 2c, se darán las condiciones iz{b) < iz{a) e Iz(c) > iz{a), respectivamente y, en consecuencia, Cz(b) tendrá un valor positivo y Cz(c) un valor negativo, de modo que el cabezal 4 deberá elevarse o bajarse, respectivamente, para poder desplazarse a la posición de agarre.
Es evidente que el mismo principio puede aplicarse cuando las señales de salida del sensor 21 son señales de tensión que tienen un nivel máximo positivo cuando el haz 210 llega al detector 21B sin ser interceptado y un nivel prácticamente 0 cuando el haz 210 está totalmente interceptado.
En lo que respecta a la corrección de la coordenada y, tal como se ha expuesto, se detecta el paso de una botella por los haces 220, 230 y, más concretamente, se mide la diferencia entre los instantes de llegada de una botella 2 a dichos haces.
Se hace referencia a las Figuras 7 y 8, que muestran la llegada a los haces 220, 230 de una botella centrada en el eje A - A de la cinta transportadora 1 y de una botella desalineada con respecto a dicho eje, respectivamente, y a la Figura 9 que muestra las señales de salida de las fotocélulas 22, 23 en la situación mostrada en la Figura 8.
Habiendo supuesto que los haces están dispuestos en el mismo ángulo con respecto al eje A - A (45° en las Figuras 7, 8), una botella centrada en el eje llega en el mismo instante a los haces 220, 230, tal como se muestra en la Figura 7. Si por el contrario la botella está desplazada respecto al eje, un haz será interceptado antes que el otro. La Figura 8 muestra un desplazamiento hacia la derecha, de modo que la botella 2 intercepta primero el haz 220 y después el haz 230.
Haciendo referencia a la Figura 9, se supone que las fotocélulas 22, 23 proporcionan señales de tensión V22, V23 que, como es claramente evidente para el experto en esta técnica, consisten en un tren de impulsos negativos (de los cuales solamente uno, indicado Py(22) y Py(23), respectivamente, se muestra en la Figura), correspondientes cada uno a la interceptación del haz 220, 230 por una botella 2. Los flancos descendente y ascendente de los impulsos negativos de V22, V23 corresponden a la botella 2 entrando y saliendo, respectivamente, del haz correspondiente. También se supone que las señales V22, V23 tienen una cierta tensión positiva (por ejemplo, 24 V) cuando los haces 220, 230 no son interceptados, y una tensión prácticamente nula cuando los haces 220, 230 son interceptados por una botella 2.
Se considerará que:
- Cy (mm) es el desplazamiento de la botella con respecto al eje A - A de la cinta transportadora (y, por tanto, el alcance de la corrección que debe aplicarse a la coordenada y del robot);
- R (mm) es la distancia, a lo largo de la dirección F de avance de la botella, entre el punto de entrada real de la botella en el haz 230 y el punto de entrada teórico (es decir, el punto de entrada si la botella estuviera centrada en el eje);
- DTF (ms) es el retardo del flanco descendente del impulso Py(22) con respecto al del Py(23);
- v(x) (m/s) es la velocidad de avance de la cinta transportadora;
- a es el ángulo de los haces 220, 230 con el eje A-A de la cinta transportadora.
A continuación, por simples consideraciones trigonométricas, se obtiene, para un ángulo a = 45° TAL como se muestra en las Figuras 7 y 8
Cy = R/2(2)
y, para un ángulo genérico a
Cy = R/2*tanga.(3)
Siendo obviamente R = v(x)*DTF, la corrección Cy(f) calculada utilizando los flancos descendentes de los impulsos Py(22), Py(23), que viene dada por las relaciones
Cy(f) = v(x)*DTF/2 (4)
Cy(f) = v(x)*DTF*tanga12.(5)
para un ángulo a = 45° y para un ángulo genérico a, respectivamente.
De manera teórica, la utilización de los bordes descendentes de los impulsos Py(22), Py(23) es suficiente para corregir la posición en el plano x-y. Sin embargo, en la práctica, utilizar Ios bordes descendentes solamente hace que la medición sea sensible a los errores de desalineación del sistema y a las diferencias en la divergencia de los haces 220, 230. Para paliar el problema y según la invención, también se utilizan los bordes ascendentes. En este caso, indicando por DTR el retardo del flanco ascendente del impulso Py(23) con respecto al de Py(22), la corrección Cy(r) calculada utilizando los flancos ascendentes viene dada por las relaciones
Cy(r) = v(x)*DTR/2 (6)
Cy(r) = v(x)*DTR*tanga12.(7)
para un ángulo a = 45° y para un ángulo genérico a, respectivamente. La corrección real Cy puede ser, por ejemplo, la media de los valores Cy(f) y Cy(r) u otra combinación de los mismos valores. De manera alternativa, puede aplicarse al valor Cy(f) un factor de corrección, por ejemplo, proporcional a DTF - DTR.
Al utilizar ambos bordes de los impulsos, la sensibilidad de la medición a los errores de desalineación del sistema y a las diferencias en la divergencia del haz puede reducirse en aproximadamente un orden de magnitud.
Se señala asimismo que también se detecta la posición longitudinal (coordenada x) de una botella a partir de los instantes de paso de una botella 2 por delante de las fotocélulas 22, 23. Sin embargo, dicha información no se utiliza, ya que la coordenada x suele ser calculada por el robot 3 a partir de la información que puede obtenerse del dispositivo de accionamiento 6 y de las unidades que controlan los movimientos de la cinta transportadora 1. Por esta razón, solamente se ha tratado aquí la corrección en dirección transversal.
La corrección en el planox-yes independiente de la coordenada diametral, tal como se muestra en la Figura 10. Si el diámetro cambia, el instante de interceptación de los haces 220, 230 cambiará, pero la diferencia de tiempo relativa, que solamente depende del desplazamiento Cy, no cambiará. Por lo tanto, no importa si los haces 220, 230 son interceptados por la parte del tapón de las botellas 2 o por otra parte. Por la misma razón, en caso de instalaciones multiformato, no es necesario programar de nuevo la unidad 12 cuando se empieza a operar con botellas de diámetros diferentes.
Es evidente que la invención permite resolver los problemas de la técnica anterior mencionados con anterioridad. Más concretamente, tal como puede deducirse de las relaciones anteriores relativas a los ajustes, el sistema también permite corregir las desviaciones que se encuentren dentro de los márgenes de tolerancia mencionados con anterioridad.
Es evidente que la descripción anterior se ha dado solamente a modo de ejemplo no limitativo y que los cambios y modificaciones son posibles sin desviarse por ello del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Asimismo, en lugar de las relaciones matemáticas dadas con anterioridad, a modo de ejemplo, pueden utilizarse para las correcciones diferentes funciones del nivel de la señal de salida del sensor 21 y de la altura nominal de las botellas (en lo que respecta a la corrección de la coordenadaz), o de la distancia entre los bordes ascendentes y/o descendentes de los impulsos de las señales de salida de las fotocélulas 22, 23 (en lo que respecta a la corrección de la coordenada y), dependiendo dichas funciones también de los parámetros geométricos del sensor/fotocélula específico y de la botella.
Asimismo, en lo que respecta a la corrección de la coordenadaz, aunque dicha coordenada se haya interpretado como la magnitud de la parte superior de una botella con respecto al borde inferior del haz 210, es evidente que, programando de manera adecuada la unidad 12, el aparato 10 podría proporcionar directamente la magnitud relativa a la superficie de la cinta transportadora 1.
Claims (8)
1. Método de determinación de la posición de objetos (2) que avanzan en línea sobre un plano de apoyo perteneciente a una línea de transporte (1), en donde la posición de los objetos (2) sobre el plano de apoyo, en particular en dirección transversal (y) a la dirección de avance (F) de los mismos objetos, se determina detectando su paso a través de un primero y de un segundo haces de luz (220, 230) que se cruzan, en los que dichos haces de luz (220, 230) son haces colimados con un tamaño de sección transversal prácticamente puntual, que se propagan a lo largo de trayectorias que definen un plano paralelo al plano de apoyo y que forman ángulos agudos con la dirección de avance (F), y en donde un posible desplazamiento de la posición de un objeto (2) con respecto a una posición de referencia se detecta comparando los instantes en los que el objeto atraviesa cada haz (220, 230), caracterizado porque tanto los instantes en los que el objeto (2) penetra en el primero y en el segundo haz (220, 230) como los instantes en los que el objeto (2) sale del primero y del segundo haz (220, 230) son detectados, y la magnitud del desplazamiento, si existe, se obtiene a partir de una combinación de la diferencia de tiempo entre los instantes de entrada en cada haz (220, 230) y la diferencia de tiempo entre los instantes de salida de cada haz (220, 230).
2. El método según la reivindicación 1, en donde el primero y el segundo haz (220, 230) forman ángulos idénticos con la dirección de avance (F) de los objetos (2).
3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde también se determina la posición de los objetos (2) en una dirección (z) perpendicular al plano de apoyo, mediante las etapas de:
- detectar el paso de los objetos (2) a través de un tercer haz de luz (210), que es un haz planar situado en un plano perpendicular al plano de apoyo, que se propaga paralelamente al plano de apoyo y transversalmente a la dirección de avance (F) y que está dispuesto a una altura tal con respecto a dicho plano de apoyo que es interceptado por la parte superior de los objetos (2); y
- determinar la extensión de la parte del tercer haz (210) interceptada por un objeto (2);
y en donde un posible desplazamiento de la posición del objeto (2) con respecto a una posición de referencia se detecta comparando la extensión de la parte del tercer haz (210) interceptada por un objeto sometido a inspección con la extensión de la parte interceptada por un objeto situado en la posición de referencia.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende, además, una etapa de alineación inicial de los haces (210, 220, 230) con respecto a la dirección de avance, realizada utilizando un puntero luminoso (31) y un objetivo (32), uno de los cuales está temporalmente asociado con una unidad de detección de posición (11), que incluye fuentes (21A, 22A, 23A) de los haces (210, 220, 230) y medios (21B, 22B, 23B) para detectar dichos haces (210, 220, 230), y el otro está temporalmente asociado con la línea de transporte (1).
5. Aparato para determinar la posición de objetos (2) que avanzan en línea sobre un plano de apoyo perteneciente a una línea de transporte (1), que comprende:
- una unidad (11) para determinar la posición de los objetos (2) sobre el plano de apoyo, en particular en dirección transversal (y) a la dirección de avance, incluyendo dicha unidad fuentes (22A, 23A) de un primero y de un segundo haz de luz (220, 230) y medios (22B, 23B) para detectar dichos haces (220, 230), dispuestos para detectar el paso de un objeto a través de los mismos haces; y
- una unidad (12) para procesar las señales resultantes de la detección;
en donde
- dichas fuentes (22A, 23A) generan haces colimados (220, 230) con una sección transversal prácticamente puntual, que se propagan a lo largo de trayectorias que definen un plano paralelo al plano de apoyo y que forman ángulos agudos con la dirección de avance (F);
- dichos medios de detección de haces (22B, 23B) comprenden un primero y un segundo detector (22B, 23B) para la detección separada del primero y del segundo haz (220, 230); y
- la unidad de procesamiento (12) incluye medios para comparar los instantes en los que un objeto atraviesa cada haz (220, 230) y para detectar, basándose en el resultado de la comparación, un posible desplazamiento de la posición del objeto (2) con respecto a una posición de referencia;
caracterizándose el aparato por que los medios de comparación están dispuestos para detectar el posible desplazamiento con respecto a la posición de referencia comparando tanto los instantes en los que el objeto (2) entra en el primero haz y en el segundo haz (220, 230) como los instantes en los que el objeto (2) sale del primero haz y del segundo haz (220, 230) y para determinar el alcance del desplazamiento, si lo hubiere, en función de una combinación de la diferencia de tiempo entre los instantes de entrada del objeto (2) en el primero y en el segundo haz (220, 230) y la diferencia de tiempo entre Ios instantes de salida del objeto (2) desde el primero y el segundo haz (220, 230).
6. Aparato según la reivindicación 5, en donde las fuentes (22A, 23A) del primero y del segundo haz (220, 230) están dispuestas de tal manera que las trayectorias de dichos haces forman ángulos idénticos con la dirección de avance (F) de los objetos (2).
7. Aparato según la reivindicación 5 o 6, en donde la unidad (11) para determinar la posición de los objetos (2) incluye, además, para determinar la posición de los objetos (2) en una dirección (z) perpendicular al plano de apoyo:
- una fuente (21A) de un tercer haz de luz (210), que genera un haz planar situado en un plano perpendicular al plano de apoyo y que se propaga paralelamente al plano de apoyo y transversalmente a la dirección de avance (F); estando la fuente (21A) dispuesta a una altura tal con respecto a dicho plano de apoyo que el tercer haz (210) es interceptado por la parte superior de los objetos (2); y
- un detector (21B) de dicho tercer haz (210), conectado a la unidad de procesamiento (12);
y en donde la unidad de procesamiento (12) está dispuesta para determinar la extensión de la parte de dicho tercer haz (210) interceptada por un objeto (2), y los medios de comparación están dispuestos para detectar un posible desplazamiento de la posición del objeto (2) con respecto a la posición de referencia comparando la extensión de la parte de dicho tercer haz (210) interceptada por un objeto sometido a inspección con la extensión de la parte interceptada por un objeto situado en la posición de referencia.
8. Instalación para el transporte de objetos (2), dispuestos en línea sobre un plano de apoyo perteneciente a una línea de transporte (1), hacia un dispositivo (3, 4) para manipular dichos objetos, comprendiendo la instalación un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 configurado para: determinar la posición de los objetos (2) en el plano de apoyo, en particular en dirección transversal (y) a la dirección de avance (F), y posiblemente la posición de los objetos (2) en una dirección (z) perpendicular al plano de apoyo; detectar un posible desplazamiento de la posición de un objeto (2) con respecto a una posición de referencia que sea óptima para la manipulación; y, en caso de desplazamiento, suministrar al dispositivo de manipulación (3, 4) señales para corregir su posición.
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