IT201800011042A1

IT201800011042A1 - Procedimento e apparecchiatura per il rilevamento della posizione di oggetti su un nastro trasportatore

Info

Publication number: IT201800011042A1
Application number: IT102018000011042A
Authority: IT
Inventors: Marco Cipriani; Eric Orso; Michele Paglia
Original assignee: Arol Spa
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-12
Also published as: CN113474615A; WO2020121235A1; BR112021011437A2; ES2965250T3; EP3894782B1; EP3894782A1; US20220074734A1; MX2021006999A; CA3122921A1

Description

PROCEDIMENTO E APPARECCHIATURA PER IL RILEVAMENTO DELLA POSIZIONE DI OGGETTI SU UN NASTRO TRASPORTATORE

Settore della tecnica

Questa invenzione ha per oggetto un procedimento e un'apparecchiatura per il rilevamento della posizione di oggetti trasportati su una linea di trasporto, in particolare una linea di trasporto che si muove ad alta velocità. Preferibilmente, ma non esclusivamente, l'invenzione trova applicazione nel settore del confezionamento di oggetti e, nell'applicazione maggiormente preferita, gli oggetti sono bottiglie trasportate su un nastro trasportatore in un impianto di imbottigliamento verso un robot di manipolazione.

Per chiarezza e semplicità di descrizione, in quanto segue si farà prevalentemente riferimento a questa applicazione maggiormente preferita.

Arte nota

Nel settore del confezionamento di oggetti sono largamente diffusi impianti in cui gli oggetti da confezionare sono disposti allineati lungo una linea di trasporto costituita da uno o più nastri trasportatori che avanzano attraverso una serie di stazioni di lavorazione, all’interno delle quali detti oggetti sono sottoposti alle diverse operazioni necessarie al loro confezionamento.

Nel caso, ad esempio, di impianti di imbottigliamento, il nastro trasportatore attraversa una serie di stazioni di lavorazione, comprendenti ad esempio una stazione di riempimento, una stazione di tappatura, una stazione di etichettatura e così via. In alcune stazioni di lavorazione, gli oggetti devono essere prelevati dal nastro per essere sottoposti alle operazioni previste e, in impianti ad elevata automazione, è usuale utilizzare per questo scopo un robot, p. es. un robot antropomorfo.

Affinché le bottiglie possano essere afferrate dal robot, la loro posizione nelle tre direzioni deve rientrare in un campo di tolleranza abbastanza ristretto, p. es. ± 2 mm. Tuttavia, le bottiglie possono avere altezze diverse (p. es. perché alcune sono prive di tappo o il tappo non è inserito/avvitato completamente, ecc.), e la non perfetta planarità del fondo delle bottiglie e i loro movimenti sul nastro possono causarne disallineamenti. Ancora, irregolarità nell'avanzamento del nastro possono far sì che le bottiglie non si susseguano a cadenza regolare. Tutte queste irregolarità possono avere facilmente entità superiori ai limiti di tolleranza previsti e quindi, per ottenere una buona produttività degli impianti, questi sono dotati di apparecchiature di correzione della posizione relativa tra robot e bottiglia che garantiscono che tutte, o quasi tutte, le bottiglie da sottoporre a lavorazione in questa stazione possano essere prelevate dal robot.

Sono noti nella tecnica vari sistemi in grado di rilevare la posizione di oggetti trasportati su un nastro trasportatore.

I sistemi più comunemente impiegati fanno uso di un sistema di visione, quale p. es. una fotocamera ad alta velocità. Aggiungere un sistema di visione ad una linea di produzione impone di risolvere una serie di problemi legati all'illuminazione degli oggetti, alla calibrazione del sistema di visione, all'accuratezza del rilevamento, ecc. Inoltre, nel caso di linee di produzione veloci come quelle d'interesse per l'invenzione, con questi sistemi è difficile rispettare i limiti stringenti imposti dalla linea per quanto riguarda la velocità di scatto della fotocamera, i tempi di illuminazione e i tempi di risposta del sistema di correzione (che tipicamente devono essere < 20 ms). Inoltre, i sistemi di visione hanno costi elevati.

Altri sistemi si basano sul rilevamento del passaggio degli oggetti di fronte ad una o più sorgenti di luce.

US 4.105.925 descrive un sistema comprendente due sorgenti di luce che inviano verso il nastro fasci planari divergenti che si intersecano in una singola linea trasversale sul nastro trasportatore. Una schiera di diodi rileva la luce della suddetta linea. Quando un oggetto attraversa la linea, intercetta i fasci di luce, cosicché su di esso si formano linee di luce in posizioni che precedono o seguono la linea di intersezione. La schiera di diodi rileva quindi le sole porzioni della linea oltre i bordi dell’oggetto permettendo di rilevare la forma dell’oggetto e il suo orientamento. Il sistema fornisce informazioni, tra cui le coordinate x, y dell’oggetto (medie, massime e minime), ad un braccio meccanico per la manipolazione degli oggetti.

Il sistema sopra citato, prevedendo che le sorgenti inviino fasci sul nastro, comporta il problema della scelta e/o correzione di parametri in funzione di differenti tipologie di nastro.

US 4.494.656 descrive un'apparecchiatura per l’ispezione di oggetti (bottiglie) in moto su un nastro trasportatore. L'apparecchiatura comprende un sensore luminoso (comprendente ad esempio un laser) per rilevare la presenza o assenza di un oggetto ad una certa altezza prossima al piano del nastro trasportatore. L’apparecchiatura rileva i tempi fra variazioni successive (fronti di salita/discesa) del segnale di uscita dei sensori luminosi, li confronta con valori di soglia e, sulla base di questo confronto, individua oggetti bloccati o coricati che vanno rimossi.

Il sistema sopra citato non consente di rilevare l’esatta posizione degli oggetti sul nastro, ma unicamente se gli oggetti sono bloccati o coricati.

Descrizione dell’invenzione

Un primo scopo della presente invenzione è di fornire un sistema di rilevamento della posizione di oggetti trasportati su una linea di trasporto che ovvii agli inconvenienti della tecnica nota.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire un sistema di rilevamento della posizione di oggetti trasportati su una linea di trasporto verso un robot di manipolazione che permetta una miglior affidabilità e una maggior flessibilità del lavoro del robot.

Questi e altri scopi sono raggiunti con un procedimento e un'apparecchiatura come rivendicati nelle rivendicazioni annesse.

Nel procedimento secondo l'invenzione, si determina la posizione degli oggetti su un piano di appoggio, in particolare in direzione trasversale alla direzione di avanzamento, rilevandone il passaggio attraverso un primo e un secondo fascio di luce che si intersecano. I fasci di luce sono fasci collimati a sezione sostanzialmente puntiforme che si propagano secondo traiettorie che definiscono un piano parallelo a un piano di appoggio degli oggetti e formano un angolo acuto con la direzione di avanzamento. Si individuano eventuali scostamenti della posizione di un oggetto da una posizione di riferimento confrontando gli istanti di passaggio dell'oggetto attraverso i due fasci.

Vantaggiosamente, si determina anche la posizione degli oggetti in una direzione perpendicolare al piano di appoggio. Per questo scopo, si rileva il passaggio degli oggetti attraverso un terzo fascio di luce che è un fascio piano che giace in un piano perpendicolare al piano di appoggio, si propaga parallelamente al piano di appoggio e trasversalmente alla direzione di avanzamento, ed è posto ad un'altezza, rispetto al piano di appoggio, tale da essere intercettato dalla parte superiore degli oggetti, e si determina l'estensione verticale della porzione di fascio intercettata da un oggetto. Si individuano eventuali scostamenti della posizione dell'oggetto da una posizione di riferimento confrontando l'estensione verticale della porzione di fascio intercettata da un oggetto in esame con quella intercettata da un oggetto che si trova nella posizione di riferimento.

Un'apparecchiatura per realizzare il procedimento comprende:

- un'unità per la determinazione della posizione di un oggetto sul piano di appoggio, in particolare in una direzione trasversale alla direzione di avanzamento, comprendente a sua volta una coppia di sorgenti di un primo e un secondo fascio di luce, le quali generano fasci collimati a sezione sostanzialmente puntiforme che si propagano secondo traiettorie che definiscono un piano parallelo al piano di appoggio e formano un angolo acuto con la direzione di avanzamento, e una coppia di rivelatori per la rivelazione separata del primo e del secondo fascio; e

- un'unità di individuazione e correzione di eventuali scostamenti della posizione dell'oggetto da una posizione di riferimento, atta a confrontare gli istanti di passaggio dell'oggetto attraverso i due fasci e ad individuare gli eventuali scostamenti in base all'esito di tale confronto.

Vantaggiosamente, l'apparecchiatura comprende inoltre un'unità per la determinazione della posizione degli oggetti in direzione perpendicolare al piano di appoggio, comprendente:

- una sorgente di un terzo fascio di luce, che genera un fascio piano che giace in un piano perpendicolare al piano di appoggio e si propaga parallelamente al piano di appoggio di questi e trasversalmente alla direzione di avanzamento, la sorgente essendo posta ad un'altezza rispetto a detto piano di appoggio tale che il terzo fascio sia intercettato dalla parte superiore degli oggetti; e

- un ricevitore di detto terzo fascio, collegato all'unità di individuazione e correzione di eventuali scostamenti;

e l'unità di individuazione e correzione degli scostamenti è atta a determinare l'estensione verticale della porzione di detto terzo fascio intercettata da un oggetto e ad individuare gli scostamenti confrontando l'estensione verticale della porzione di detto terzo fascio intercettata da un oggetto in esame con quella intercettata da un oggetto che si trova nella posizione di riferimento.

L'invenzione riguarda anche un impianto per il trasporto di oggetti che avanzano allineati su un piano di appoggio verso un organo di manipolazione degli stessi, comprendente un'apparecchiatura secondo l'invenzione per: determinare la posizione degli oggetti sul piano di appoggio, in particolare in una direzione trasversale alla direzione di avanzamento, ed eventualmente in una direzione perpendicolare al piano di appoggio; riconoscere eventuali scostamenti della posizione di un oggetto da una posizione di riferimento ottimale per la manipolazione; e, in caso di scostamento, fornire all'organo di manipolazione segnali di correzione della sua posizione.

L'uso di sensori a laser, in particolare una coppia di fotocellule laser per determinare la posizione di un oggetto sul piano di appoggio e un sensore a lama laser per determinare la posizione nel piano verticale, e la determinazione della posizione rilevando il passaggio di un oggetto attraverso i fasci dei sensori permettono una determinazione e una correzione degli scostamenti con la sensibilità, rapidità e precisione richieste in una linea di produzione ad alta velocità. In questo modo si aumenta l'affidabilità di funzionamento del robot, migliorando anche le tolleranze di presa, in quanto l'invenzione permette di correggere anche scostamenti che rientrano nell'intervallo di tolleranza. Inoltre, i sistemi a laser sono più semplici e veloci da installare rispetto ai sistemi di visione.

Descrizione sintetica delle figure

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione fatta a titolo di esempio non limitativo con riferimento alle figure allegate, in cui:

- la fig. 1 è uno schema di principio di un impianto robotizzato per la manipolazione di bottiglie portate da un nastro trasportatore, equipaggiato con l'apparecchiatura secondo l'invenzione;

- la fig. 2 è una vista in pianta schematica della parte di impianto comprendente l'apparecchiatura secondo l'invenzione;

- la fig. 3 è una vista prospettica della parte di impianto rappresentata in fig. 2;

- la fig. 4 è uno schema di principio di un sistema per l'allineamento iniziale dell'apparecchiatura secondo l'invenzione;

- la fig. 5 è uno schema di principio della correzione verticale;

- la fig. 6 mostra un segnale utilizzato per la correzione verticale;

- le figure 7 e 8 sono schemi che illustrano la correzione trasversale;

- la fig. 9 mostra i segnali utilizzati per la correzione trasversale; e

- la fig. 10 è uno schema analogo alle figure 7 e 8, che mostra l'indipendenza della correzione trasversale dal diametro dell'oggetto:

Descrizione di una forma preferita di realizzazione

Con riferimento alla fig.1, si è indicato con 1 un nastro trasportatore che avanza nella direzione indicata dalla freccia F e trasporta una successione di oggetti 2, nell'esempio considerato bottiglie, verso un robot di manipolazione 3 che presenta una testa di presa 4 per afferrare le bottiglie 2. Il nastro 1 è un nastro ad alta velocità, tipicamente una velocità dell'ordine di 100 m/min, ed è associato lungo parte del suo percorso a guide 5 destinate a tenere in posizione e stabilizzare le bottiglie 2 durante il loro avanzamento. La linea a tratti e punti A - A indica l'asse longitudinale del nastro 1. Il robot 3 deve per esempio prelevare una bottiglia 2 dal nastro 1, inserire al suo posto una bottiglia da portare verso una stazione di lavorazione più a valle lungo il nastro e portare la bottiglia prelevata in una posizione esterna al nastro 1 seguendo una traiettoria T. Il robot 3 è p. es. un robot antropomorfo che si muove nelle tre direzioni ortogonali x (coordinata longitudinale parallela alla direzione di avanzamento F), y (coordinata trasversale perpendicolare alla direzione x nel piano del nastro) e z (coordinata verticale perpendicolare al piano del nastro). Il robot 3 opera in una zona di intervento che è posta a valle delle guide 5 e il cui inizio è stabilito da un dispositivo 6, p. es. un dispositivo a cellula fotoelettrica (v. figure 2, 3), che riconosce il passaggio di una bottiglia 2 e attiva di conseguenza il robot stesso.

Affinché le bottiglie 2 possano essere afferrate dalla testa 4 del robot 3, la loro posizione nelle tre direzioni x, y, z deve rientrare in un intervallo di tolleranza prestabilito e alquanto limitato (p.es. ± 2 mm). Secondo l'invenzione, per rimediare a scostamenti verticali e orizzontali delle bottiglie 2 da una posizione di riferimento ottimale per la presa di una bottiglia 2 da parte del robot 3, a monte del dispositivo di attivazione 6 è prevista un'apparecchiatura 10 (nel seguito chiamata "apparecchiatura di correzione") che rileva la posizione delle bottiglie 2 nelle tre direzioni x, y, z, determina l'eventuale scostamento dalla posizione di riferimento e comanda, se necessario, uno spostamento del robot 3 tale da compensare questo scostamento. L'apparecchiatura 10 è posta sostanzialmente al termine delle guide 5, a monte del dispositivo di attivazione 6. La distanza tra l'apparecchiatura 10 e il dispositivo di attivazione 6 deve essere sufficiente per consentire l'acquisizione della posizione di una bottiglia 2 e il calcolo e la trasmissione al robot 3 delle eventuali correzioni prima che questo afferri la bottiglia 2, e allo stesso tempo sufficientemente limitata da garantire la validità della correzione calcolata. Per esempio, l'apparecchiatura 10 deve fornire il segnale di correzione entro un tempo di latenza inferiore a poche decine di millisecondi, tipicamente inferiore a 20 ms.

L'apparecchiatura di correzione 10 comprende un'unità 11 di rilevamento della posizione delle bottiglie 2 e un'unità 12 per determinare gli eventuali scostamenti dalla posizione di riferimento e le correzioni da impartire al robot.3. L'unità 11 comprende a sua volta due parti separate e indipendenti che rilevano rispettivamente la posizione verticale (coordinata z) e la posizione orizzontale, in particolare in direzione trasversale (coordinata y), di una bottiglia.

Con riferimento alle figure 2, 3, la parte di rilevamento della coordinata z è costituita da un sensore a lama laser 21, che comprende una sorgente 21A e un rivelatore 21B ed emette un fascio piano (lama) 210 che si estende in un piano perpendicolare al piano di appoggio, ad esempio nel piano verticale z-y, e si propaga nella direzione y parallelamente al piano del nastro 1. Il sensore 21 è posto ad una distanza dal piano del nastro 1 tale che il fascio 210 sia intercettato dalle bottiglie 2 sostanzialmente in corrispondenza della sommità del tappo. Dato un certo tipo di bottiglie, la posizione e l'estensione della lama laser 210 nel piano z-y devono essere tali che essa sia comunque intercettata anche da bottiglie di altezza inferiore all'altezza nominale (p. es. bottiglie senza tappo). Preferibilmente, anche l'intercettazione da parte di bottiglie di altezza superiore all'altezza nominale (p. es. bottiglie con tappo mal avvitato o mal inserito) è parziale. Il rilevamento della posizione e la correzione si basano sulla determinazione dell'estensione verticale della porzione di lama 210 intercettata, e quindi sull'analisi di un d'uscita del sensore 21, come si spiegherà con maggiori dettagli in seguito. Il segnale d'uscita del sensore 21 sarà campionato con una frequenza di campionamento sufficientemente elevata da fornire, per una data bottiglia, un numero minimo di campioni tale da consentire di compensare aberrazioni della forma. Per esempio, con la velocità indicata sopra per il nastro, questo requisito sarà soddisfatto da un tempo di campionamento dell'ordine di 1 ms.

La parte di rilevamento della coordinata y è costituita invece da due fotocellule laser ad alta velocità 22, 23, i cui fasci laser 220, 230 si propagano in un piano parallelo al piano x-y secondo traiettorie che formano un angolo acuto con la direzione di avanzamento del nastro 1, e quindi con l'asse A - A. Con 22A, 23A e 22B, 23B sono indicate rispettivamente le sorgenti e i rivelatori delle fotocellule 22 e 23. Il piano definito dai fasci 220, 230 può trovarsi anch'esso in corrispondenza della zona del tappo delle bottiglie, ma ciò non è essenziale. Vantaggiosamente, i due fasci 220, 230 formano uno stesso angolo con l'asse A - A, cosicché si incrociano in corrispondenza della proiezione di questo sul piano di propagazione. Preferibilmente l'inclinazione è di 45°. Si è visto che tale angolo consente la miglior sensibilità di risoluzione e minimizza l'ingombro. Il rilevamento e la correzione della coordinata y si basano sul riconoscimento del passaggio della bottiglia davanti alle due fotocellule 22, 23 e sulla misura dell'eventuale differenza tra gli istanti in cui avviene questo passaggio, come si spiegherà con maggiori dettagli in seguito. L'unità 12 che calcola le eventuali correzioni è tale da consentire risoluzioni molto fini nel determinare la differenza sopra indicata, p. es. risoluzioni dell'ordine dei 100 µs nel caso della velocità indicata sopra per il nastro. L'uso di fotocellule laser permette di generare radiazioni a fascio ben collimato, con cono molto stretto (fasci a sezione sostanzialmente puntiforme), cosicché si minimizza l'errore nel riconoscimento del passaggio delle bottiglie.

A monte dell'apparecchiatura 10, può essere previsto un dispositivo di attivazione dell'apparecchiatura stessa (in particolare dell'unità 11 di rilevamento della posizione), non rappresentato, p. es. un dispositivo analogo al dispositivo 6 di attivazione del robot, per legare la correzione alla bottiglia. Questo dispositivo è utilizzato dal sistema di inseguimento delle bottiglie che, come tipico di questi impianti, valutare, in base alle specifiche di funzionamento del particolare impianto, se una bottiglia che sta arrivando nella stazione di manipolazione dove è installato il robot 3 deve essere o no manipolata e si deve verificarne la correttezza della posizione.

Per semplicità di disegno non si è rappresentata la struttura di supporto per l'unità 11 dell'apparecchiatura 10. Tale struttura deve essere solidale al nastro 1 e sarà accoppiata ad esso in modo da essere il più possibile immune alle vibrazioni introdotte dal nastro stesso per garantire la stabilità dinamica della misura.

L'unità 11 deve presentare inoltre diverse regolazioni meccaniche per la taratura del sistema e per compensare errori di posizionamento ed allineamento. In particolare, queste regolazioni devono garantire l'accuratezza voluta per l'inclinazione delle fotocellule 22, 23. Inoltre, l'unità 11 deve essere regolabile in altezza per adattare la posizione del sensore a lama laser 21 ai diversi formati di una linea di produzione multi-formato.

L’allineamento dell'unità 11 rispetto al nastro 1, necessario per ottenere la necessaria accuratezza delle misure, può essere ottenuto in una fase di installazione con un sistema 30 associato temporaneamente all'unità 11 e al nastro 1 in una fase di installazione. Per esempio, come si vede in fig. 4, tale sistema comprende un puntatore laser 31 installato sull'unità 11 e destinato a illuminare un bersaglio 32 installato sul nastro 1. In alternativa, si può associare il bersaglio 32 all'unità 11 e il puntatore 31 al nastro 1. Le modalità di operazione di sistemi di questo tipo sono ben note al tecnico. Preferibilmente, il puntatore 31 e il bersaglio 32 sono entrambi installati solo durante la fase di allineamento, anche se l'elemento solidale all'unità 11 potrebbe essere installato in modo permanente.

Si descriverà ora un possibile esempio di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione. Le correzioni calcolate dall'unità 12 sono correzioni relative, nel senso che un valore nullo indica che una bottiglia 2 si trova nella posizione di riferimento e un valore non nullo indica l'entità e il segno dello spostamento da impartire al robot 3 per portarlo nella posizione adatta per prelevare la bottiglia.

Per la correzione della coordinata z, si fa riferimento alle figure 5 e 6. Come detto, tale correzione si basa sulla determinazione dell'estensione verticale della porzione di fascio intercettata da una bottiglia 2 e sul confronto con l'estensione intercettata da una bottiglia che si trova nella posizione di riferimento (o, ciò che è equivalente, ha un'altezza nominale prevista)

La fig. 5 mostra tre bottiglie 2a, 2b, 2c (p. es. con tappo a vite) e la loro posizione rispetto alla lama laser 210. Per esempio, la bottiglia 2a ha l'altezza nominale prevista (tappo correttamente avvitato) e si trova quindi nella posizione verticale di riferimento, la bottiglia 2b ha altezza maggiore di quella nominale (tappo parzialmente svitato) e la bottiglia 2c ha altezza minore di quella nominale (tappo mancante).

La fig. 6 mostra il segnale di uscita del sensore 21, supponendo, a puro titolo di esempio e per chiarezza di descrizione, che questo segnale sia un segnale in corrente che è a un livello minimo (p. es. 4 ma) quando il fascio 210 raggiunge il rivelatore 21B senza essere intercettato e a un livello massimo (p. es. 20 ma) quando il fascio è completamente intercettato. Come è evidente per il tecnico, tale segnale è costituito da un treno di impulsi, ognuno dovuto all'intercettamento del fascio 210 da parte di una bottiglia 2, il cui livello di picco (negativo) di tali impulsi dipende chiaramente dall'estensione verticale della porzione di fascio 210 intercettata da una bottiglia e quindi dall'altezza di questa. Gli impulsi Pz(a), Pz(b), Pz(c) corrispondono rispettivamente al passaggio delle bottiglie 2a, 2b, 2c. Per semplicità di disegno, non si è rappresentato il campionamento del segnale di uscita del sensore 21 durante il passaggio di una bottiglia.

In questo esempio di realizzazione, indicando con:

- Iz(i) (ma) la corrente di uscita del sensore 21 in corrispondenza del passaggio dell'i-esima bottiglia (i = a, b, c),

- K (mm/mA) la costante di conversione del sensore 21, data p. es. dalla relazione

K = ∆/(Imax - Imin),

dove ∆ è l'intervallo di altezza rilevabile dal sensore e Imax, Imin sono le correnti massima e minima,

- z(a), z(b) z(c) le quote dei tappi delle bottiglie 2a, 2b, 2c, riferite al bordo inferiore del fascio 210, e

- Z0 il valore complementare alla quota corrispondente alla posizione di riferimento (cioè il valore della distanza del bordo inferiore del fascio 210 dalla sommità del tappo di una bottiglia avente l'altezza nominale),

la coordinata z dell'i-esima bottiglia sarà data da Iz(i)*K e l'eventuale correzione Cz(i) da applicare al robot 3 sarà:

Cz(i) = Iz(i)*K Z0 (1). Per la bottiglia 2a, è evidente che la corrente Iz(a) sarà tale che Vz(a)*K = -Z0, cosicché Cz(i) = 0. Per le bottiglie 2b, 2c, si avrà rispettivamente Iz(b) < Iz(a) e Iz(c) > Iz(a), e di conseguenza si avrà un valore positivo per Cz(b) e un valore negativo per Cz(c), cosicché sarà necessario sollevare o rispettivamente abbassare la testa 4 per portarla in posizione di presa.

E' evidente che lo stesso principio si può applicare quando i segnali di uscita del sensore 21 sono segnali in tensione che presentano un livello massimo positivo quando il fascio 210 raggiunge il rivelatore 21B senza essere intercettato, e un livello sostanzialmente 0 quando il fascio 210 è completamente intercettato

Per la correzione della coordinata y, si riconosce, come detto, il passaggio di una bottiglia 2 attraverso i fasci 220, 230, e più in particolare si misura l'eventuale differenza tra gli istanti di arrivo di una bottiglia 2 in corrispondenza di tali fasci.

Si fa riferimento alle figure 7 e 8, che mostrano rispettivamente l'arrivo in corrispondenza dei fasci 220, 230 di una bottiglia centrata sull'asse A - A del nastro 1 e di una bottiglia disallineata rispetto a tale asse, e alla fig. 9 che mostra i segnali di uscita delle fotocellule 22, 23 nella situazione di Fig. 8.

Essendosi supposto che i fasci abbiano la stessa angolazione rispetto all'asse A - A (45° nelle figure 7, 8), una bottiglia centrata sull'asse arriva in corrispondenza dei fasci 220, 230 allo stesso istante, come si vede in fig. 7. Se invece la bottiglia è spostata rispetto all'asse, uno dei due fasci sarà intercettato prima dell'altro. La fig.8 mostra un disassamento verso destra, per cui la bottiglia 2 intercetta prima il fascio 220 e poi il fascio 230.

Con riferimento alla fig. 9, si suppone che le fotocellule 22, 23 forniscano segnali in tensione V22, V23, che, come evidente per il tecnico, sono costituiti da un rispettivo treno di impulsi negativi (solo uno dei quali, indicato con Py(22) e rispettivamente Py(23), è rappresentato in figura), ognuno corrispondente all'intercettamento del fascio 220, 230 da parte di una bottiglia 2. I fronti di discesa e salita degli impulsi negativi di V22 e V23 corrispondono rispettivamente all'ingresso e all'uscita della bottiglia 2 nel e dal rispettivo fascio. Anche per i segnali V22, V23 si suppone che essi presentino una certa tensione positiva (p. es. 24 V) quando i fasci 220, 230 non sono intercettati, e una tensione sostanzialmente nulla quando i fasci 220, 230 sono intercettati da una bottiglia 2.

Indicando con:

- Cy (mm) il disallineamento della bottiglia rispetto all'asse A - A del nastro (e quindi l'entità della correzione da apportare alla coordinata y del robot);

- R (mm) la distanza, lungo la direzione F di avanzamento della bottiglia, tra il punto di ingresso effettivo della bottiglia nel fascio 230 e il punto di ingresso teorico (cioè quello che si avrebbe se la bottiglia fosse centrata sull'asse);

- DTF (ms) il ritardo del fronte di discesa dell'impulso Py(22) rispetto a quello di Py(23); - v(x) (m/s) la velocità di avanzamento del nastro;

- α l'angolo tra i fasci 220, 230 e l'asse A - A del nastro,

con semplici considerazioni trigonometriche si ottiene, per un angolo α = 45° come rappresentato nelle figure 7 e 8:

Cy = R/2 (2) e, per un angolo α qualsiasi:

Cy = R/2*tangα (3) Essendo ovviamente R = v(x)*DTF, per la correzione Cy(f) calcolata usando i fronti di discesa degli impulsi Py(22), Py(23), si ottiene

Cy(f) = v(x)*DTF/2 (4) Cy(f) = v(x)*DTF*tangα /2. (5) rispettivamente per l'angolo α = 45° e per un angolo α qualsiasi.

In teoria, per la correzione della posizione nel piano x-y è sufficiente usare il fronte di discesa degli impulsi Py(22), Py(23). In pratica però usare solo il fronte di discesa rende la misura sensibile a errori di disallineamento del sistema e a differenze di divergenza tra i fasci 220, 230. Per mitigare il problema si possono usare anche i fronti di salita. In questo caso, indicando con DTR il ritardo del fronte di salita dell'impulso Py(23) rispetto a quello di Py(22), la correzione Cy(r) calcolata usando i fronti di salita è data dalle relazioni Cy(r) = v(x)*DTR/2 (6) Cy(r) = v(x)*DTR*tangα /2. (7) rispettivamente per l'angolo α = 45° e per un angolo α qualsiasi. La correzione effettiva Cy può essere per esempio la media tra i due valori Cy(f), Cy(r) o un'altra combinazione degli stessi, oppure al valore Cy(f) si può applicare un fattore di correzione, p. es. proporzionale a DTF - DTR.

Si è visto che usando entrambi i fronti degli impulsi si riduce di circa un ordine di grandezza la sensibilità della misura a errori di disallineamento e a differenze di divergenza tra i fasci.

Si fa anche notare che, dagli istanti di passaggio di una bottiglia 2 davanti alle fotocellule 22, 23, si rileva anche la posizione longitudinale (coordinata x) di una bottiglia. Tuttavia questa informazione non è utilizzata, in quanto la coordinata x è abitualmente calcolata dal robot 3 in base alle informazioni ricavabili dal dispositivo di attivazione 3 e dagli organi di comando dei movimenti del nastro 1. Per questo motivo, si è parlato qui solo della correzione in direzione trasversale.

La correzione nel piano x-y è indipendente dalla coordinata diametrale, come si può vedere dalla fig. 10. Se cambia il diametro, cambierà l'istante di intercettazione dei fasci 220, 230, ma non la distanza temporale relativa, che dipende unicamente dallo scostamento Cy. E' quindi indifferente che i fasci 220, 230 siano intercettati dalla zona del tappo delle bottiglie 2 o da un'altra zona. Per la stessa ragione, nel caso di impianti multi-formato, non occorre riprogrammare l'unità 12 quando si passa a lavorare con bottiglie di diametro diverso.

E' evidente che l'invenzione permette di risolvere i problemi della tecnica nota detta sopra. In particolare, come deducibile dalle relazioni date sopra per le regolazioni, il sistema permette anche di correggere scostamenti che rientrano negli intervalli di tolleranza indicati sopra.

E' evidente che quanto descritto è dato unicamente a titolo di esempio non limitativo e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, per la correzione della coordinata y, quando si usa solo uno dei fronti degli impulsi dei segnali V22, V23, questo potrebbe essere il fronte di salita invece di quello di discesa, perché, se i due fasci 220, 230 sono identici e perfettamente collimati e il sistema è perfettamente allineato, tra i due fronti di salita esistono le stesse relazioni temporali che per quelli di discesa.

Inoltre per le correzioni, invece delle relazioni matematiche date sopra a titolo di esempio, si possono utilizzare altre funzioni del livello del segnale di uscita del sensore 21 e dell'altezza nominale delle bottiglie (nel caso della correzione z), o della distanza tra i fronti di salita e/o di discesa degli impulsi dei segnali di uscita delle fotocellule 22, 23 (nel caso della correzione y), dipendenti anche dai parametri geometrici dello specifico sensore/fotocellula e della bottiglia.

Inoltre, per la correzione della coordinata z, anche se si è fatto riferimento all'interpretazione di questa come quota della sommità di una bottiglia rispetto al bordo inferiore del fascio 210, è chiaro che con un'opportuna programmazione dell'unità 12 l'apparecchiatura 10 potrebbe fornire direttamente la quota riferita al piano del nastro 1.

Claims

Rivendicazioni 1. Procedimento per determinare la posizione di oggetti (2) che avanzano allineati su un piano di appoggio appartenente ad una linea di trasporto (1), in cui si determina la posizione degli oggetti (2) sul piano di appoggio, in particolare in una direzione (y) trasversale alla direzione di avanzamento (F) degli oggetti stessi, rilevandone il passaggio attraverso un primo e un secondo fascio di luce (220, 230) che si intersecano, caratterizzato dal fatto che detti fasci di luce (220, 230) sono fasci collimati a sezione sostanzialmente puntiforme che si propagano secondo traiettorie che definiscono un piano parallelo al piano di appoggio e formano un angolo acuto con la direzione di avanzamento (F), e dal fatto che si individuano eventuali scostamenti della posizione di un oggetto (2) da una posizione di riferimento confrontando gli istanti di passaggio dell'oggetto attraverso i due fasci (220, 230).
2. Procedimento secondo la riv. 1, in cui: - si rileva uno tra l'istante di ingresso dell'oggetto (2) nel primo e nel secondo fascio (220, 230) e l'istante di uscita dell'oggetto (2) dal primo e dal secondo fascio (220, 230) e si ricava il valore dell'eventuale scostamento dalla distanza temporale tra gli istanti d'ingresso nei due fasci (220, 230) o tra gli istanti di uscita dai due fasci (220, 230); oppure - si rilevano sia gli istanti di ingresso dell'oggetto (2) nel primo e nel secondo fascio (220, 230), sia gli istanti di uscita dell'oggetto (2) dal primo e dal secondo fascio (220, 230), e si ricava il valore dell'eventuale scostamento da una combinazione della distanza temporale tra gli istanti di ingresso nei due fasci (220, 230) e della distanza temporale tra gli istanti di uscita dai due fasci (220, 230)
3. Procedimento secondo la riv. 1 o 2, in cui il primo e il secondo fascio (220, 230) formano angoli uguali con la direzione di avanzamento (F) degli oggetti (2).
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui si determina anche la posizione degli oggetti (2) in una direzione (z) perpendicolare al piano di appoggio, mediante le operazioni di: - rilevare il passaggio degli oggetti (2) attraverso un terzo fascio di luce (210) che è un fascio piano che giace in un piano perpendicolare al piano di appoggio, si propaga parallelamente al piano di appoggio e trasversalmente alla direzione di avanzamento (F), ed è posto ad un'altezza tale rispetto a detto piano di appoggio da essere intercettato dalla parte superiore degli oggetti (2); e - determinare l'estensione della parte del terzo fascio (210) intercettata da un oggetto (2); e in cui si individuano eventuali scostamenti della posizione dell'oggetto (2) da una posizione di riferimento confrontando l'estensione della parte di fascio (210) intercettata da un oggetto in esame con quella intercettata da un oggetto che si trova nella posizione di riferimento.
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, comprendente inoltre una fase di allineamento iniziale dei fasci (210, 220, 230) rispetto alla direzione di avanzamento, realizzata utilizzando un puntatore luminoso (31) e un bersaglio (32) associati temporaneamente uno ad un'unità (11) di rilevamento della posizione e l'altro alla linea di trasporto (1).
6. Apparecchiatura per determinare la posizione di oggetti (2) che avanzano allineati su un piano di appoggio appartenente ad una linea di trasporto (1), comprendente: - un'unità (11) per la determinazione della posizione degli oggetti (2) sul piano di appoggio, in particolare in una direzione trasversale alla direzione di avanzamento, comprendente sorgenti (22A, 23A) di un primo e un secondo fascio di luce (220, 230) e mezzi di rivelazione (22B, 23B) di detti fasci (220, 230), atti a rilevare il passaggio di un oggetto attraverso i fasci stessi; e - un'unità (12) di elaborazione dei segnali risultanti dalla rivelazione; caratterizzata dal fatto che: - dette sorgenti (22A, 23A) generano fasci (220, 230) collimati a sezione sostanzialmente puntiforme che si propagano secondo traiettorie che definiscono un piano parallelo al piano di appoggio e formano un angolo acuto con la direzione di avanzamento (F); - detti mezzi (22B, 23B) per la rivelazione di detti fasci comprendono un primo e un secondo rivelatore (22B, 23B) per la rivelazione separata del primo e del secondo fascio (220, 230); e - l'unità di elaborazione (12) comprende mezzi per confrontare gli istanti di passaggio di un oggetto attraverso i due fasci (220, 230) e per individuare, in base all'esito di tale confronto, eventuali scostamenti della posizione dell'oggetto (2) da una posizione di riferimento.
7. Apparecchiatura secondo la riv. 6, in cui i mezzi di confronto sono atti a individuare gli eventuali scostamenti dalla posizione di riferimento confrontando: - uno tra l'istante di ingresso dell'oggetto (2) nel primo e nel secondo fascio (220, 230) e l'istante di uscita dell'oggetto (2) dal primo e dal secondo fascio (220, 230); oppure - sia gli istanti di ingresso sia gli istanti di uscita dell'oggetto (2) nel primo e nel secondo fascio (220, 230), sia gli istanti di uscita dell'oggetto (2) dal primo e dal secondo fascio (220, 230); e a determinare l'estensione dell'eventuale scostamento in base alla distanza temporale tra gli istanti confrontati o rispettivamente a una combinazione della distanza temporale tra gli istanti di ingresso dell'oggetto (2) nel primo e nel secondo fascio (220, 230) e della distanza temporale tra gli istanti di uscita dell'oggetto (2) dal primo e dal secondo fascio (220, 230).
8. Apparecchiatura secondo la riv. 6 o 7, in cui le sorgenti (22A, 23A) del primo e del secondo fascio (220, 230) sono disposte in modo che le traiettorie di tali fasci formino angoli uguali con la direzione di avanzamento (F) degli oggetti (2).
9. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, in cui l'unità (11) per la determinazione della posizione degli oggetti (2) comprende inoltre, per la determinazione della posizione degli oggetti (2) in una direzione (z) perpendicolare al piano di appoggio: - una sorgente (21A) di un terzo fascio di luce (210), che genera un fascio piano che giace in un piano perpendicolare al piano di appoggio e si propaga parallelamente al piano di appoggio (1) e trasversalmente alla direzione di avanzamento (F), la sorgente (21A) essendo posta ad un'altezza tale rispetto a detto piano di appoggio che il terzo fascio (210) è intercettato dalla parte superiore degli oggetti (2); e - un rivelatore (21B) di detto terzo fascio (210), collegato all'unità di elaborazione (12); e in cui l'unità di elaborazione (12) è atta a determinare l'estensione della porzione di detto terzo fascio (210) intercettata da un oggetto (2) e i mezzi di confronto sono atti a individuare eventuali scostamenti della posizione dell'oggetto (2) dalla posizione di riferimento confrontando l'estensione della porzione di detto terzo fascio (210) intercettata da un oggetto in esame con quella intercettata da un oggetto che si trova nella posizione di riferimento.
10. Impianto per il trasporto di oggetti (2), disposti allineati su un piano di appoggio appartenente ad una linea di trasporto (1), verso un organo (3, 4) di manipolazione degli stessi, comprendente un'apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9 per determinare la posizione degli oggetti (2) sul piano di appoggio, in particolare in una direzione (y) trasversale alla direzione di avanzamento (F), ed eventualmente la posizione degli oggetti (2) in una direzione (z) perpendicolare al piano di appoggio, riconoscere eventuali scostamenti della posizione di un oggetto (2) da una posizione di riferimento ottimale per la manipolazione; e, in caso di scostamento, fornire all'organo di manipolazione (3, 4) segnali di correzione della sua posizione.