ITRE20080122A1 - Apparecchiatura per l'erogazione e l'inserimento di materiale per imballaggio in contenitori e relativo metodo. - Google Patents

Description

APPARECCHIATURA PER L'EROGAZIONE E L'INSERIMENTO DI MATERIALE PER IMBALLAGGIO IN CONTENITORI E RELATIVO METODO

DESCRIZIONE

Ambito dell'invenzione

La presente invenzione riguarda in generale il settore dell'imballaggio di fine linea e più precisamente si riferisce ad una apparecchiatura per l'erogazione e l'inserimento di materiale per imballaggio in contenitori contenenti articoli.

Stato delle tecnica

I processi d’imballaggio caratterizzati da eierata produttività e standardizzazione del'articol da imballare hanno raggiunto un elevato livello di automazione, ma laddove la variabilità dell'articolo à ̈ una caratteristica predominante dei processo, la presenza dell'operatore à ̈ ancora indispensabile.

E’ questo il caso, ad esempio, dei processi di spedizione in cui uno o più articoli sono riposti in un contenitore di dimensioni adeguate e inviati alla postazione di imballaggio dove l'operatore provvede ad inserire manualmente nel contenitore un materiale riempitivo o protettivo, solitamente carta raggrinzita, patatine di polistirene espanso (EPS), cuscini o tappeti d’aria, poliuretano espanso in sito o altro. In questi processi il materiale riempitivo ha prevalentemente la funzione di occupare gli spazi vuoti rimasti nel contenitore ed impedire che gli articoli si possano muovere all'interno di esso più che proteggerli; si parìa pertanto di applicazioni di tipo "void filling"

La tecnologia di imballaggio mediante cuscini o tappeti d'aria o carta raggrinzita prevede il posizionamento manuale di tali materiali, prodotti ed erogati da apposite macchine, all'interno del contenitore. L'operatore valuta la quantità di materiale necessaria direttamente in tose di applicazione; il materiale eventualmente erogato in esubero o posizionato in modo non soddisfacente viene sempficemente rimosso e possibilmente tenuto da parte per essere utilizzato nell'imballaggio successivo. L’impiego di patatine di polistirene espanso prevede l’utilizzo di grandi sacchi, circa 1 metro cubo, sospesi al di sopra della stazione di imballaggio. Le patatine, contenute nel sacco, vengono scaricate per gravità dall’operatore che agisce su una valvola; il flusso di patatine viene direzionato dall'operatore nelle zone vuote e nella quantità necessaria. Le conseguenze di un errore di dosaggio da parte dedoperatore sono trascurabili e si riducono a qualche patatina per terra da raccogliere a fine turno.

La tecnologia a schiuma di poliuretano espansa in sito, sistema conosciuto come “foam-in-place†, à ̈ invece molto più sensibile, sebbene presenti indiscutibili vantaggi. Consiste nel posizionare all'interno del contenitore un sacchetto contenente una miscela di liquidi che espandendo va ad occupare lo spazio vuoto disponibile, bloccando così l'articolo, o gli articoli, al'interno del contenitore. Il sistema richiede una macchina erogatrice dei componenti liquidi e formatrice di sacchetti. L'operatore dopo aver valutato “a vista" il volume e la forma dello spazio vuoto presente nel contenitore, imposta la macchina per la produzione del sacchetto che ritiene più appropriato. Solitamente vengono impostati la lunghezza del sacchetto, essendo la larghezza fissa poiché dipendente dalla bobina di film installata nella macchina, ed una percentuale di riempimento riferita ai volume massimo di materiale a espansione completata che può essere contenuto nel sacchetto impostato.

La metodologia di valutazione e impostazione del sacchetto appena esposta à ̈ quella prevalentemente adottata dai produttori di sistemi foam-in -place perchà ̈ fornisce aloperatore un metodo immediato di gestione del processo; il confronto, a livello intuitivo, del volume dello spazio libero nel contenitore con quello che svilupperà la schiuma. D'altra parte tale approccio non può che essere approssimativo e solo con una certa esperienza l’operatore utilizza il sistema con risultali accettabili, ma raramente ottimali. Le conseguenze di una valutazione in difetto sono un imballaggio inefficace o lo spreco della schiuma prodotta in quanto difficilmente riutilizzabile per un altro imballaggio. Una valutazione in lieve eccesso porta allo spreco di materiale; un forte sovra-dosaggio della miscela espandente può portare invece alla rottura del sacchetto e quindi alla dispersione della schiuma sugli articoli da imballare, o compromettere la chiusura delle alette del contenitore. In entrambe le eventualità occorre sostituire l'imballaggio, con spreco di materiale e tempo.

A complicare ulteriormente l’utilizzo dei sistemi foam-in-place subentrano i fattori di forma: la schiuma espande nel contenitore condizionata sia dalla geometria dello spazio disponibile sia dalla forma del sacchetto in cui à ̈ contenuta, perciò la valutazione dell 'operatore non si imita al volume di vuoto da riempire, ma ne deve considerare arche la forma per poter impostare in macchina la produzione del sacchetto adatto.

A differenza dei processi void filling in altri processi la funzione richiesta à ̈ quella di proteggere l'articolo. A favore dei processi che utilizzalo carta o cuscini o tappeti d'aria, c'à ̈ la possibilità di agire per tentativi, aggiungendo o sotraendo materiale o spostandolo da una zona ad un'altra più adatta.

Il fòam-in-place si dimostra la tecnologia più performante in termini di protezione dell’articolo, ma à ̈ la più difficile per applicazione, poiché non concede possibilità di correzione: dal momento ri cui inizia l'espansione se il sacchetto prodotto non à ̈ adatto alla zona in cui à ̈ stato posizionato, o se il posizionamento non à ̈ accurato, non resta altro da fare che eliminarlo e sostituirlo con uno nuovo. Un sacchetto troppo pieno o troppo grande espandendosi può spostare l'articolo dalla sua posizione originaria verso il lato opposto al saccheto e troppo vicino alla parete del contenitore, o in alternativa deformare 1 contenitore; un saccheto mal dimensionato o mal posizionato può scoppiare. Per contro un sacchetto non sufficientemente pieno o troppo piccolo risulta inutile.

E’ evidente quindi come i fattori di forma già descriti in precedenza assumano ora un'importanza maggiore. La schiuma inoltre, come ogni sostanza liquida, presenta una tensione superficiale che tende a farle assumere una fórma sferica e ostacola quindi il raggiungimento di spigoli o corridoi stretti. Alcune geometrie possono essere riempite solo mediante più sacchetti posizionati in punti critici. Le incognite del processo sono quindi quali e quanti sacchetti produne e dove disporti, cercando, se l'applicazione lo consente, di minimizzare la quantità di materiale per imballaggio utilizzata.

Nel percorso di evoluzione delle macchine erogatoci, i costrutori hanno migliorato notevolmente il loro prodoto rendendolo più affidabile, produttivo e tecnologico, ma nessuno à ̈ riuscito a risolvete il problema di fondo di tale processo d’imballaggio: la dipendenza dalle decisioni e dalle azioni deloperatore, che per loro natura sono, in un simile compito, affette da un grande margine di errore.

A questo riguardo, à ̈ noto da W02007121169 un sistema d'imballaggio con misurazione del volume di spazio vuoto in un contenitore contenente articoli, il volume di vuoto misurato à ̈ inviato ad una macchina che dispensa, sulla base di questo dato di volume, una certa quantità di materiale per imballaggio, carta raggrinzita in una forma preferita dell’invenzione. E' poi cura di un operatore ricevere detto materiale per imballaggio e disporlo, secondo suo arbitrio, all'interno del contenitore per completare l'operazione d'imballaggio. Come sarà chiaro, da quanto detto in precedenza ed in particolare nei processi d'imballaggio foam-in-place, la misura di volume dello spazio libero da articoli da riempire non à ̈ sufficiente per eseguire un imballaggio appropriato: à ̈ necessario rilevare ed interpretare la geometria della distribuzione degli articoli e quindi di detto spazio libero, per decidere una corretta erogazione ed un corretto inserimento di materiale per imballaggio, che spesso richiede, come detto per esempio a riguardo dei foam-in-place, l'inserimento di più sacchetti, eventualmente disposti in modo preciso, ognuno contenente una precisa quantità di materiale per imballaggio (schiuma), calcolata per colmare solo una frazione, o porzione, del’ intero spazio libero da artìcoli. In questo modo à ̈ possibile risolvere il problema dell'intervento decisionale dell'operatore, in partìcolar modo critico nei sistemi foam-in-place, e per lo stesso motivo rendere il sistema automatico mediante l'impiego di macchine automatiche, capaci di compiere l’erogazione e l’inserimento del materiale per imballaggio eseguendo precise istruzioni generate automaticamente strila base dei dati rilevati e l'elaborazione di questi.

E’ pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un'apparecchiatura per imballaggio che, grazie ai suo funzionamento automatico, possa sostituire l'arbitrio dell'operatore nei calcolare il volume dell'imballaggio necessario, neH'interpretame la forma, nel determinarne ed eseguirne l'erogazione e il posizionamento opportuno all'inteo del contenitore, operando direttamente sul prodotto da imballare ed in modo automatico.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo applicabile ad un'apparecchiatura per imballaggio, che permetta l interpretazione della forma dello spazio non occupato dagli artìcoli contenuti in un contenitore e il calcolo (tei volume dell'imballaggio necessario, e, sulla base di questi dati permetta di determinarne ed eseguirne l'erogazione e il posizionamento più opportuno all'interno del contenitore.

Sintesi dell'invenzione

Questi scopi vengono raggiunti con l'apparecchiatura e il metodo secondo la presente invenzione le cui caratteristiche essenziali sono riportate nelle rivendicazioni 1 e 12. Ulteriori importanti caratteristiche sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Secondo un aspetto della presente invenzione, l'apparecchiatura comprende unità di rilevamento e mezzi ad elaboratore che rilevano ed elaborano la geometria degl articoli e dei contenitori. L'unità di rilevamento può comprendere uno o più sensori posizionati, ad esempio, per mezzo di una struttura a portale, sopra una linea di trasporto dei contenitori e degli articoli da imbaiare, capaci di misurare grandezze utili al calcolo delle caratteristiche geometriche di detti contenitori e articoli.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, i mezzi ad elaboratore comprendono un dispositivo logico che riceve le informazioni ottenute da detti sensori e le elabora per produrre le istruzioni ed i comandi necessari per l'erogazione e l'inserimento dell'imballaggio nel contenitore. Tale dispositivo logico può gestire il coordinamento degli altri dispositivi coinvolti nel processo.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, l'apparecchiatura comprende un dispositivo di erogazione di materiale per imballaggio; l'erogazione avviene secondo le modalità indicate dal dispositivo logico col quale il dispositivo di erogazione à ̈ in grado di scambiare informazioni. Il dispositivo di erogazione può essere un sistema foam- -place a sacchetti o una macchina per dispensare altre tipologie di materiale per imballaggio, come materiali di varia natura di piccola pezzatura, per esempio patatine di EPS.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, l'apparecchiatura comprende mezzi per l'inserimento dell’imballaggio nel contenitore; l'inserimento avviene secondo le modalità indicate dal dispositivo logico col quale detti mezzi per l’inserimento sono in grado di scambiare informazioni. Detti mezzi per l'inserimento comprendono un dispositivo di inserimento, che può essere un manipolatore a uno o più assi di movimento lineare o rotazionale, o semplicemente una tramoggia o un nastro motorizzato che convoglia l'imballaggio nel contenitore, e/o comprendono un'interfaccia di visualizzazione grafica per mostrare ad un operatore con quale modalità inserire nel contenitore 2 il materiale per imballaggio.

L'apparecchiatura secondo la presente invenzione à ̈ particolarmente efficace nel risolvere le problematiche dei sistemi foam-in-place, ma estende con successo il suo impiego anche ad altre tecnologie d'imballaggio.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione viene fornito un metodo di automatico di articoli in contenitori, messo in pratica nell'apparecchiatura descritta. E' descritto anche un metodo di utilizzo in modalità assistita: l'operatore escludendo il, o non disponendo del, dispositivo automatico di inserimento esegue tale operazione manualmente seguendo le istruzioni visualizzate dall'interfaccia grafica di cui dispone l'apparecchiatura; secondo un aspetto delia presente invenzione, rimane a carico dell 'apparecchiatura la determinazione del tipo di imballo da produrre e della modalità di inserimento.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi deU'apparecchiatura d'imballaggio e del relativo metodo di imballaggio risulteranno chiare dalla descrizione che segue di una sua forma reafizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica schematica deU'apparecchiatura secondo la presente invenzione, nella torma realizzativa che impiega come dispositivo di erogazione di materiale per imballaggio una macchina foamin-place dispensatrice di sacchetti;

la figura 2 mostra una viste prospettica del portale con un sensore di misura delle caratteristiche geometriche del contenitore e dei suoi possibili articoli (o anche †̃†̃contenuto' nel seguito);

le figure 3a e 3b mostrano più in dettaglio e per maggior chiarezza una vista prospettica dello stesso contenitore di figura 2 ed il suo contenuto in trasparenza ad uso delle figure e descrizioni seguenti;

la figura 4 mostra il profilo geometrico di contenitore e contenuto, rappresentati in sezione, neU'istante temporale della scansione rappresentata in figura 2;

la figura 5 mostra una vista prospettica dello stesso contenitore, dove sono identificati degli insiemi di punti geometrici che individuano distribuzioni spaziali di contenuto con altezze simi;

la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica schematica di una forma realizzativa del dispositivo di inserimento abbinato ad una macchina dispensatrice di sacchetti foam-in-place,

le figure 7a e 7b sono viste prospettiche schematiche di una forma reaiizzativa del punto di presa del dispositivo di inserimento;

la figura 8 à ̈ una vista prospettica schematica dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione, nella forma realizzativa dove il dispositivo erogatore di materiale per imballaggio fornisce †̃patatine' di materiale plastico espanso;

la figura 9 mostra un diagramma a blocchi riassuntivo deirapparecchiatura nel suo insieme ed in particolare delle linee di comunicazione con i mezzi elaboratori;

la figura 10 mostra un diagramma di flusso del processo complessivo.

Descrizione dettagliala dell'invenzione

Facendo ora riferimento ai disegni elencati nel paragrafo precedente, la figura 1 rappresenta un esempio deirapparecchiatura 1 oggetto della presente invenzione: i contenitori 2 e gli articoli da imballare 3 in essi contenuti attraversano, per mezzo di un dispositivo di trasporto motorizzato 4, una struttura 5 sulla cui sommità à ̈ collocato uno o più sensori 6 capaci di fornire dati utili al calcolo delle caratteristiche geometriche dei contenitori 2 e degli articoli 3 in essi contenuti.

Il dispositivo di trasporto motorizzato 4 porta i contenitori, in sequenza e separandoli l'uno dall'altro, attraverso il portale 5 fino alla zona di imballaggio 7. Un simile dispositivo può essere costituito, a titolo esemplificativo, da una rulliera motorizzata 4 divisa in due zone, la prima delle quali 11 a velocità inferiore della seconda 13 che si estende attraverso il portale fino alla zona di imballaggio 7. Tra la fine della zona lenta 11 e l'inizio della zona veloce 13 un fermo attuato 12 trattiene i contenitori. Il fermo 12 si abbassa permettendo al primo contenitore di passare sulla rulliera veloce 13 e di accelerare separandosi dal secondo contenitore. Lo spazio creatosi tra il pròno ed il secondo contenitore permette la risalita del fermo 12. Raggiunta la zona d'imballaggio 7 un fermo disinseribile 10, trasversale alla rulliera, arresta detto contenitore posizionandolo rispetto ad una prima coordinata di riferimento; un secondo riferimento attuato 9 lo posiziona rispetto alla seconda coordinata di riferimento. Terminato l'inserimento dell'imballaggio i fermi 9, 10 e 12 si ritraggono permettendo l'uscita dall’apparecchiatura del primo contenitore e l'ingresso del secondo.

Il principio di funzionamento del sensore 6 può basarsi su diverse tecnologie, per esempio ottiche (del tipo a scansione LASER, Indirect Time-of-Flight, a luce strutturata, per triangolazione LASER, telecamere o altro) o ultrasoniche. Con riferimento alla figura 2, secondo una forma preferita dell'invenzione, detto sensore 6 à ̈ un dispositivo di scansione LASER, che calcola la distanza tra i proprio emettitore ed il punto d'incidenza sulla superficie delloggetto tramite un sistema meccatronico in grado di misurare il “phase-shift' dei segnale LASER modulato riflesso dal’articolo. Detto dispositivo di scansione LASER monitora una superficie di misura bidimensionale 32, definita dall'angolo di apertura di detta scansione e dalla distanza tra i dispositivo di scansione LASER e il trasporto motorizzato 4, normalmente orientata lungo un piano ortogonale alla direzione 36 del moto di avanzamento dei contenitori 2 e degli articoli contenuti 3 (con riferimento alla figura 3a). Detto dispositivo di scansione LASER à ̈ capace di definire, punto a punto, e con una risoluzione finita dipendente da parametri controfiabifi, il profilo geometrico 33 del contenitore 2 e del contenuto 3 sottostanti (come illustrato in modo teorico ed a titolo esemplificativo in figura 4), definendone le distanze relative da detto dispositivo di scansione LASER. Con il termine di “profilo geometrico" s'intende, relativamente alla figura 4, e cioà ̈ relativamente ad un caso di geometria piana o bidimensionale, la linea che definisce i bordo superiore della singola sezione 34 del contenitore 2 e contenuto 3, e che à ̈ possibile visualizzare mediante collegamento dei punti determinati dalla scansione LASER. Il dispositivo di scansione LASER utilizzato nell’ apparecchiatura oggetto della presente invenzione à ̈ il modello LMS 400-1000 della ditta Sick AG. Le misure ottenute dal sensore 6 sono acquisite da un dispositivo logico 14, che secondo una forma preferita dell'invenzione à ̈ un calcolatore elettronico dotato di specifico software di elaborazione e controllo e di display.

Il moto di avanzamento 36 del trasporto motorizzato 4 permette la scansione di numerose sezioni o più precisamente profili geometrici trasversali 33, secondo la precedente definizione, mettendo cosi il dispositivo logico 14 nelle condizioni di poter generare, in tempo reale, un profilo superficiale tridimensionale complessivo del contenitore 2 e contenuto 3 e quindi una riproduzione digitale e discreta della geometria solida degli articoli 3 e del contenitore 2, sulla base della conoscenza della velocità istantanea dei trasporto motorizzato 4, velocità che può essere ottenuta mediante apposito sensore oppure fissata come costante.

Il portale 5 può poi essere equipaggiato con uno o più sensori aggiuntivi, per esempio, fotocellule 35, per rilevare il passaggio dei contenitori 2 e dare quindi inizio ala misura, oltre ad essere d’ausilio nella determinazione dei parametri geometrici del contenitore, per esempio la lunghezza.

E' importante rilevare che i mezzi ad elaboratore sono in grado di fornire risultati conetti indipendentemente dal modo in cui le scatole sono orientate durante la scansione: non servono quindi dispositivi di allineamento lungo il trasporto in prossimità dell’attraversamento dei portale, dal momento che detti mezzi ad elaboratore possono comunque derivare le caratteristiche geometriche del contenitore 2 e del contenuto 3 in vari modi, tramite, per esempio, algoritmi di geometria analitica ed in generale del campo della †̃machine Vision’, coadiuvati dall’implicita conoscenza che il contenitore ha la geometria solida di base di un parallelepipedo. Secondo una forma preferita dell'invenzione, l'apparecchiatura 1 à ̈ pensata per funzionare con contenitori in cui estete una proporzione nota tra la larghezza del contenitore 2 e rattezza delle alette 16, ma la caratteristica non à ̈ un limite dell'invenzione.

Con riferimento alla figura 5 si vuole evidenziare un aspetto più importante ai fini dell'applicazione, che consiste nel processo automatico d’interpretazione (coadiuvato da un processo automatico di elaborazione) della specifica distribuzione geometrica solida degli articoli 3 contenuti nei contenitore 2, e, quindi, di una corrispondente interpretazione geometrica dello spazio nel contenitore non occupato da articoi ("spazio vuoto" nel seguito), al fine di definire le corrette modalità di erogazione ed inserimento automatico del materiale di imballaggio. A questo riguardo possono essere utilizzate, per esempio ed in modo non limitativo, metodi di elaborazione dati che permettono di partizionare l insieme dei punti geometrici (o la corrispondente struttura “mesh" poligonale che à ̈ possibile generare con essi), che compongono il profilo (tei contenuto 3, in sottoinsiemi di punti geometrici (o in sotto-insiemi di poligoni costituenti la mesh poligonale) aventi una o più caratteristiche comuni o analoghe. A questo proposito nello stato della tecnica si paria, per esempio ed m modo non limitativo, di processi di “segmentazione’. Una di dette caratteristiche utili al'applicazione, da considerare in questo processo d'interpretazione, consiste nel valore di altezza che ogni punto geometrico che compone il profilo geometrico tridimensionale del contenuto 3 (od ogni poligono che compone la corrispondente mesh poligonale) ha rispetto ad un piano di riferimento. Per chiarire il concetto si ricorre ad un esempio semplificato e non limitativo, considerando I caso del profilo geometrico tridimensionale che si ottiene per scansione LASER del contenuto 3 di figura 3a. Detto profilo consiste in un cosiddetto †̃campo di altezze’, un insieme quindi di punti geometrici a diverse altezze relativamente ad un piano di riferimento, per esempio, il piano del trasporto motorizzato 4. Per semplicità di calcolo tale insieme può essere opportunamente convertito, per esempio, in un’immagine equivalente in scala di grigi, i cui valori rappresentano, secondo opportuna trasformazione, le altezze dei punti geometrici rilevati dalla scansione. Su tale rappresentazione bidimensionale possono essere eseguiti molteplici passi di elaborazione ed interpretazione, generalmente appartenenti all'insieme delle tecniche e dei metodi della †̃computer Vision', al fine di estrarre caratteristiche ed informazioni utili al processo di interpretazione deta distribuzione geometrica degli artìcoli nel contenitore e quindi deto spazio vuoto.

La figura 5 rappresenta una vista prospettica del contenuto 3 (e del contenitore 2) di figura 3a, partizionato in quattro insiemi secondo la regola generica che impone die tutti quei punti geometrici, che individuano il profilo del contenuto 3, caratterizzati da un valore di altezza compreso entro opportuni intervalli, o soglie, sono stati raggnippati in un insieme 15 (che, in questo caso, può essere definito livello con riferimento alla figura 5) con un preciso valore di altezza (LO, L1, L2, L3). Tale precesso interessa tutti i punti geometrici del profilo del contenuto 3. La morfologia di detti Sveti à ̈ definita secondo regole proprie del metodo utilizzato e a seconda dei dispositivi di erogazione e dei mezzi per l'inserimento e del materiale per imballaggio impiegato, e potrà essere, nella soluzione più elementare, di tipo rettangolare. Da un punto di vista tridimensionale, ognuno di detti livelli 15 individua una porzione di spazio sottostante, il cui livello ne à ̈ proiezione geometrica su un qualsiasi piano parallelo al fondo del contenitore 2. Tale porzione di spazio definisce, localmente, la geometria solida semplificata del contenuto 3 (a meno del bordo inferiore del contenitore). Ato stesso morto ognuno di detti livelli individua una porzione di spazio soprastante (estesa fino al piano che individua il bordo superiore del contenitore con alette chiuse), che definisce, localmente, la geometrìa solida semplificata della parte di spazio vuoto da riempire. In conclusione, nell'esempio di figura 5, lo spazio vuoto complessivo à ̈ suddiviso in quattro porzioni distinte di spazio, con geometrìa solida semplificata e completamente nota.

Metodi e algoritmi diversi e possibili per elaborare ed interpretare la geometria di un solido sono noti nello stato della tecnica e possono essere utilizzati in maniera analoga al fine di interpretare e semplificare la geometrìa solida del contenuto e quindi quella dello spazio vuoto da riempire con il materiale per imballaggio, senza per questo uscire dall'ambito protettivo dell'invenzione.

A seguito del processo di elaborazione ed interpretazione dei dati, il dispositivo logico 14 possiede diverse informazioni riguardanti dette porzioni di spazio vuoto: la posizione (relativamente al contenitore 2), le dimensioni geometriche semplificate, ed il volume corrispondente, calcolato sulla base della geometrìa locale definite dal contenuto 3 (e non dal livello relativo, ai fini di una precisa indicazione della quantità, cioà ̈ del volume, di materiale d'imballaggio necessario). Di conseguenza il dispositivo logico 14 può inviare ai dispositivi di erogazione ed i mezzi per l'inserimento i relativi comandi ed istruzioni per eseguire l'imballaggio. A titolo esemplificativo tafi istruzioni possono limitarsi ad inviare al dispositivo erogatore per ogni dette porzione di spazio vuoto il relativo valore di volume e, a seconda del tipo d'imbaiiaggio, una o più dimensioni caratteristiche di dette porzione (per esempio profondità e/o lunghezza e/o larghezza). Le istruzioni inviate ai mezzi per l'inserimento consisteranno invece di un insieme di coordinate e di passi di inserimento basati sui dati di posizione nel contenitore di ciascuna di dette porzioni di volume.

I segnali di output del dispositivo logico 14 possono essere differenti in accordo alle modalità di funzionamento ed alla tipologia dei dispositivi di erogazione ed inserimento presenti, genericamente indicati con 42 e con 43 nelle figure annesse. Nel caso il dispositivo che dispensa il materiale da imballaggio sia una macchina a sacchetti del tipo foam-in-place 17, soluzione preferite dell'invenzione, il dispositivo logico 14 comunica al dispositivo di erogazione, sulla base dei risultati ottenuti dal processo di elaborazione precedentemente descrìtto, quanti sacchetti produrre (in base al numero di porzioni di spazio vuoto individuate), di quale lunghezza (proporzionale alla profondità ed al volume della corrispondente porzione di spazio vuoto) e di quale volume; il dispositivo logico 14 comunica poi al dispositivo di inserimento 8 in quale posizione e secondo quale modalità inserite i sacchetti prodotti nel contenitore 2 (in base alla posizione delle porzioni di spazio vuoto nel contenitore). L'elaborazione e l'interpretazione dei dati di misura considera la possibilità di †̃associazione" o 'unione', secondo regolo fissate, delle porzioni di spazio vuoto calcolate, in cui distribuire anche un singolo sacchetto, nelle modalità consentite dai dispositivi di erogazione e dai mezzi per l'inserimento, ed eventualmente suggerite da un database che offre diverse combinazioni Imitate ad una casistica semplificata. Per esempio, con riferimento ala figura 3a e figura 5, il sacco 40 sarà inserito verticalmente come evidenziato dalla freccia 40a fino alla posizione finale indicata dalla figura 3b; in questo caso il dispositivo logico 14 ha deciso per una "unione" delle due porzioni di spazio vuoto corrispondenti a L0 e L2 in un'unica porzione, destinata ad essere riempita da un unico sacchetto 40. Nel caso del sacco 41 invece la modalità di inserimento à ̈ indicata dalla freccia 41 a, la posizione finale del sacco mostrata in figura 3b; in questo caso il dispositivo logico 14 ha optato per un"associazione' di L1 con L3, imponendo al sacco 41 una specifica forma ad †̃L" capovolta nel posizionamento. In questo modo, una volta chiuse le dette 16 del contenitore 2, la schiuma, espandendo all'interno dei sacchetti 40 e 41, non troverà resistenza a formare un cuscino rettangolare nei caso del sacchetto 40, un cuscino a forma di †̃L’ capovolta nei caso del sacchetto 41.

La capacità di adattamento della schiuma nella sua espansione all’interno delle porzioni di spazio vuoto definite, sul cui corrispondente effettivo valore di volume (come definito precedentemente) à ̈ stata erogata la quantità di materiale d'imballaggio, ha poi l'effeto di compensare le eventuali semplificazioni geometriche fatte nel processo di interpretazione della geometria del contenuto 3, precedentemente esemplificato.

Un dispositivo preferenziale di inserimento per i sacchetti di schiuma à ̈ un manipolatore 8 a due punti di presa 22 e 23 per un sacchetto 31 e quattro assi fineari 24, 26, 27 e 28 e uno rotazionale di movimento 25, come mostrato in figura 6 applicato ad una tipica macchina foam-in-place ed in una possibile configurazione di inserimento del sacchetto. Tipicamente una macchina a sacchetti foam-in -place eroga, dall'alto verso il basso e attraverso una apposita apertura, un sacchetto realizzato con film plastico, di lunghezza variàbile e larghezza fissa, contenente una miscela di Squidi. I punti di presa sono realizzati tramite due ganasce, una fissa 38 ed una mobile 37, attuata, ad esempio, da un cilindro pneumatico 39, che si chiude e si apre come illustrato nelle figure 7a e 7b rispettivamente, con riferimento al punto di presa destro 23, essendo H punto di presa sinistro 22 di torma realizzativa simmetrica. Quando la macchina foam-in-place 17 in tose di erogazione di un sacchetto interrompe lo svolgimento del film per saldare e tagliare i lembo superiore del sacchetto 31 , i punti di presa 22 e 23, posti a inizio svolgimento del film e fino ad ora lungo il piano di svolgimento 29 del film stesso con le ganasce 37 e 38 aperte ed il sacchetto che si svolge scorrendo tra di esse, serrandosi afferrano il lembo superiore del sacchetto 31 prodotto. Il sacchetto 31 à ̈ ora sostenuto dai punti di presa 22 e 23 installati sull'asse lineare orizzontale 24 che, secondo la catena cinematica rappresentato dal manipolatore di figura 6, può ruotare attorno all'asse rotazionale verticale 25, polendo Tasse 25 muoversi lungo l'asse lineare orizzontale 26, potendo Tasse lineare 26 muoversi lungo l'asse fineare orizzontale 27, potendo quest'ultimo muoversi lungo Tasse lineare verticale 28. In una disposizione preferenziale Tasse 26 à ̈ parallelo alla direzione 36 del moto del trasporto 4; l'asse 27 à ̈ perpendicolare alla direzione del trasporto 4.

E' ora immediato verificare che il sacco 31 può essere lasciato cadere o accompagnato nel contenitore secondo infiniti piani ortogonali al piano (tei trasporto 4, oppure, combinando più movimenti a disposizione del manipolatore, inserito in posizioni diverse da quella verticale, come per esempio la 41a illustrata in figura 3a. I punti di presa 22 e 23 possono inoltre avvicinasi l'uno all'altro muovendosi simmetricamente lungo Tasse 24.

I punti di presa 22 e 23 possono afferrare il sacco in produzione anche dai lembo inferiore, serrandosi quindi appena la lunghezza svolta lo consente; questo modalità permette di accompagnare lo svolgimento del film tenendo il sacco steso orizzontalmente, mediante arretramento detrasse 26, per favorire la distribuzione del liquido lungo la parete del sacco (caratteristica importante in fase di erogazione).

Appena terminato l'inserimento dei sacchetti 31 nel contenitore 2, occorre ripiegate le alette 16 e chiudere il contenitore per creare la geometria di spazio vuoto, già calcolata dal dispositivo logico 14, che la schiuma occuperà espandendo. La chiusura dei contenitori può essere manuale o automatica, per mezzo, per esempio, di una macchina nastratrice posto a valle del processo illustrato.

il dispositivo d'inserimento appena esposto si presto ad imballaggi complessi; per applicazioni più semplici del tipo void può essere sufficiente un dispositivo di convogliamento, ad esempio una tramoggia, orientabile mediante un dispositivo a due assi di movimento, che diriga il sacchetto in uscita dal dispositivo erogatore 17 nella zona del contenitore indicata dal dispositivo logico 14.

Secondo un altro importante aspetto della presente invenzione, ['apparecchiatura 1 permette anche una modalità di lavoro definita assistita: l'operatore, escludendo il, o non disponendo del, dispositivo automatico di inserimento, esegue tale operazione manualmente seguendo le indicazioni visualizzate dall'interfaccia grafica di cui à ̈ dotata l'apparecchiatura. L'unità di rilevamento ed i mezzi ad elaboratore permettono, inoltre, di sovrapporre alla geometria tridimensionale degli articoli una loro immagine relativa ad un vista dall'alto del contenuto 3. Nella particolare fórma preferita con dispositivo di scansione LASER detta immagine, visibile in scala di grigio, à ̈ ottenuta acquisendo l'intensità di radiazione LASER riflessa da (tetti articoli, fornendo ausilio all'operatore nel riconoscimento delle geometrie del contenuto nel contenitore.

In una configurazione alternativa che non utilizza una macchina foam-in-place, l'apparecchiatura può impiegare dei materiali per imballaggio di pezzatura tale da essere scorrevoli e gestibili come Audi, per esempio le †̃patatine' in polistirolo espanso. Con riferimento alla figura 8, il dispositivo dispensatore in questo caso à ̈ una valvola a controllo di flusso 18 posizionata sul fondo del sacco 19 in cui solitamente le "patatine' sono stoccate, essendo il sacco sospeso al di sopra del dispositivo di trasporto 4. Il dispositivo d'inserimento à ̈ costituito da un condotto flessibile di diametro appropriato 20, un'estremità del quale à ̈ connessa allo scarico della valvola 18, l'altra estremità si affaccia sul dispositivo di trasporto 4 ed à ̈ vincolata ad un dispositivo di posizionamento a due assi 21, dal quale à ̈ direzionata al di sopra delle zone vuote del contenitore 2, convogliandovi così H flusso delle 'patatine' di EPS dispensate dalla valvola 18.

In figura 9 à ̈ riportato uno schema a blocchi delle varie parti fisiche dell’apparecchiatura precedentemente descritte. Sono mostrate le connessioni per la comunicazione tra i diversi sensori e dispositivi e la loro tipologia di direzionalità nella comunicazione.

A titolo esemplificativo si riporta nel seguito la descrizione di un metodo di imballaggio per l'erogazione e l'inserimento di materiale per imballaggio di articoli in contenitori, basato sull'apparecchiatura automatica d'imballaggio descrìtta. In figura 10 à ̈ riportato per chiarezza un diagramma di flusso che evidenzia i vari passi necessari al processo di erogazione ed inserimento dellimballaggio. Ai passo 100 il sistema à ̈ inizializzato e pronto. Il ciclo automatico di imballaggio oggetto dell'invenzione comincia con il passo 105, in cui il sistema entra in uno stato di attesa del passaggio di un contenitore in corrispondenza di un punto appena prima o in corrispondenza del portale 5, in cui un sensore di presenza o prossimità, per esempio una fotocellula 35, indica al sensore 6 e/o al dispositivo logico 14 il verificarsi di detto evento. Fase successiva 110 corrisponde alla rilevazione ed invio, in tempo reale, dei dati di misura del sensore 6 al dispositivo logico 14, in cui sono calcolate le caratteristiche geometriche del contenitore e del suo contenuto (passo 115) e visualizzate su un'interfaccia grafica (passo 116) ad eventuale uso dei passi successivi 120 e 125. In tali passi sono valutati i risultati dell 'elaborazione di cui al passo 115. Nel caso si siano ottenuti risultati non validi o fuori specifica (per esempio, gli articoli 3 inseriti nel contenitore 2 eccedono in altezza il livello di riempimento massimo del contenitore, una o più alette ostruiscono la misura, assenza di articoli 3 nel contenitore, e/o altri problemi) il sistema si arresta richiedendo l'intervento di un operatore. L'operatore verìfica i risultali visualizzati, e può eventualmente procedere al reinserimento del contenitore 2 a monte del portale 5, re-inizializzando il processo automatico di imballaggio. Nel caso il contenitore 2 ed il contenuto 3 presentino caratteristiche geometriche entro le specifiche, il dispositivo logico 14 procede al passo 130 dove esegue l'elaborazione e l'interpretazione della distribuzione geometrica dello spazio nel contenitore non occupato da articoli e quindi genera nel passo 135 appositi comandi ed istruzioni da inviare al dispositivo di erogazione e ai mezzi per l'inserimento e, nel caso di funzionamento assistito, aloperatore tramite visualizzazione a display (passo 136). A questo punto il sistema entra nello stato di attesa 140 dove aspetta che il contenitore 2 sia arrivato alia zona di imballaggio 7 e sia opportunamente bloccato dal fermo 10 e posizionato dal riferimento attuato 9, che invieranno opportuni segnali al dispositivo logico 14. Segue il passo 145 in cui i comandi e le istruzioni generati al passo 135 sono inviati ai dispositivi di erogazione e ai mezzi per l'inserimento nelle modalità e nelle tempistiche opportune. Nel passo 150 detti dispositivi di erogazione e mezzi per l’inserimento completano la fase di imballaggio del contenuto, inserendo il materiale di imballaggio secondo istruzioni e comandi fomiti dal dispositivo logico 14. Non appena il processo di cui al passo 150 à ̈ terminato, il sistema esce dallo stato 155 di verìfica termine processo d'imballaggio, e riconfigura i fermi e riferimenti attuati 9, 10 e 12 per tornare nello stato 105.

Varianti e/o modifiche potranno essere apportate all'apparecchiatura per l'erogazione e l'inserimento di materiate per imballaggio secondo la presente invenzione e ai relativo metodo, senza per questo uscire dall'ambito protettivo dell'invenzione medesima come definita nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (20)

1. APPARECCHIATURA PER L'EROGAZIONE E L'INSERIMENTO DI MATERIALE PER IMBALLAGGIO IN CONTENITORI E RELATIVO METODO RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per l'erogazione e l'inserimento di materiale per imballaggio di articoli (3) in contenitori (2), comprendente: un dispositivo di trasporto motorizzato (4) per movimentare in sequenza detti contenitori (2); un'unità (6) di rilevamento di grandezze geometriche relative al contenitore (2) in transito e agi articoli (3) in esso contenuti disposta lungo detto dispositivo di trasporto (4); un dispositivo di erogazione (42) di materiale per imballaggio disposto a valle di detta unità di rilevamento (6); mezzi ad elaboratore (14) in comunicazione operativa con detta unità di rilevamento (6) ed atti a generare segnali di controllo di detto dispositivo di erogazione (42) del materiale per imballaggio degli articoli (3) nel contenitore (2) in transito, caratterizzata dal tatto che detti mezzi ad elaboratore (14) sono atti ad elaborare i dati provenienti da detta unità di rilevamento (6) per definire ed interpretare la distribuzione geometrica dello spazio nel contenitore (2) non occupato da detti articoli (3), e detto dispositivo di erogazione (42) à ̈ atto ad erogare automaticamente detto materiale di imballaggio in funzione di detta distribuzione geometrica, e dal fatto che sono previsti mezzi per l'inserimento (43) che, in base ad istruzioni e comandi ricevuti da detti mezzi ad elaboratore (14), controllano la disposizione del materiale per imballaggio dispensato in detto contenitore, in funzione di detta distribuztorje geometrica.
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi ad elaboratore comprendono un dispositivo logico (14) per acquisire i dati ottenuti da detta unità di rilevamento (6), elaborare detti dati per determinare le caratteristiche geometriche del contenitore (2) e degli articoli contenuti (3) ed operare un'interpretazione della distribuzione geometrica dello spazio non occupato dagli articoli (3) in detto contenitore (2) per generare istruzioni e comandi relativi alle modalità di riempimento di detto spazio con il materiale per imballaggio.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui detta interpretazione della distribuzione geometrica dello spazio non occupato dagli articoli (3) nel contenitore (2) comprende l'individuazione di una o più porzioni di detto spazio, parzialmente delimitate da elementi geometrici appartenenti alla, o derivati dalla, geometria di detti articoli (3), detti elementi geometrici aventi caratteristiche comuni o analoghe.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, in cui dette caratteristiche comuni o analoghe includono la distanza di detti elementi geometrici, appartenenti alla o derivati dalla geometria di detti articoli (3), rispetto ad un piano di riferimento.
5. 5. Apparecchiatura secondo le rivendicazioni 2, 3 o 4, in cui detto dispositivo logico (14) à ̈ atto a compiere operazioni di †̃associazione’ o †̃unione' di dette porzioni di spazio individuate non occupate da articoli (3), secondo regole fissate e nelle modalità consentite dal dispositivo di erogazione e dai mezzi per l'inserimento, ed eventualmente suggerite da un database che offre diverse possibili combinazioni imitate ad una casistica semplificata.
6. 6. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo erogatore (42) del materiale per imballaggio à ̈ una macchina erogatrice di schiuma di poliuretano in sacchetti (17).
7. 7. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi per l'inserimento del materiale per imballaggio nel contenitore comprendono un manipolatore (8) ad almeno un punto di presa (22, 23), meccanico o pneumatico, ad almeno un asse di movimento lineare (24, 26, 27, 28) e/o ad almeno un asse di movimento rotazionale (25), atto a posizionare sacchetti di schiuma (31) nei contenitori (2), secondo le istruzioni e i comandi indicati da deto dispositivo logico (14).
8. 8. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto dispositivo erogatore (42) à ̈ un dispositivo erogatore di †̃patatine'' di materiale espanso (18).
9. 9. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 e 8, in cui detti mezzi per l'inserimento (43) del materiale per imballaggio nel contenitore (2) comprendono mezzi di convogliamento del materiale per imballaggio, senza l'ausilio di punti di presa, secondo le istruzioni ed i comandi di inserimento indicati da detto dispositivo logico (14).
10. 10. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi per l'inserimento comprendono un'interfaccia di visualizzazione grafica comunicante con detti mezzi ad elaboratore (14) per mostrare al operatone le modalità secondo le quali inserire il materiale per imballaggio nel contenitore (2).
11. 11. Apparecchiatura secondo una qualsia» delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo di trasporto motorizzato (4) Ã ̈ configurato per movimentare detti contenitori (2) in sequenza e separatamente l'uno dall'altro e fermarli in corrispondenza della zona d'imbaliaggio (7) per permeterne l'allineamento secondo un sistema di coordinate di riferimento.
12. 12. Metodo per l'erogazione e l'inserimento di materiale per imballaggio di articoli (3) in contenitori (2), caratterizzato dal tetto di comprendere i seguenti passi: rilevamento ed elaborazione automatici della geometria di un contenitore (2) e degli articoli (3) in esso contenuti ed interpretazione automatica della distribuzione geometrica dello spazio non occupato da detti articoli (3) in detto contenitore (2); trasporto di detto contenitore (2) ed articoli (3) in esso contenuti in corrispondenza di una zona di imballaggio (7); e erogazione ed inserimento di materiale per imballaggio in detto contenitore (2) in funzione dell'elaborazione ed interpretazione della distribuzione geometrica dello spazio non occupato da (tetti articoli (3) in detto contenitore (2).
13. 13. Metodo seconda la rivendicazione 12, in cui il passo automatico di elaborazione ed interpretazione della distribuzione geometrica dello spazio non occupato da detti articoli (3) nel contenitore (2) comprende l'individuazione di una o più porzioni di detto spazio, parzialmente delimitate da elementi geometrici appartenenti alla, o derivati dalla, geometria di detti articoli (3), detti elementi geometrici aventi caratteristiche comuni o analoghe.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui dette caratteristiche comuni o analoghe includono la distanza di detti elementi geometrici, appartenenti alla, o derivati dalla, geometria di detti articoli (3), rispetto ad un piano di riferimento.
15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui detto passo d'interpretazione comprende operazioni di<,,>associazione'<,>o "untone· di dette porzioni di spazio individuate non occupate da articoli (3), secondo regole fissate e nelle modalità consentite dal dispositivo di erogazione e dai mezzi per l'inserimento, ed eventualmente suggerite da un database che offre diverse possibili combinazioni limitate ad una casistica sempSficata.
16. 16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 15, in cui il passo di erogazione ed inserimento di materiale per imballaggio comprende la generazione automatica da parte di mezzi ad elaboratore (14) di istruzioni e comandi di erogazione ed inserimento dell'imballaggio nel contenitore (2) sulla base dell'interpretazione della distribuzione geometrica dello spazio non occupato dagli articoli (3) nel contenitore (2) e la comunicazione automatica di dette istruzioni e comandi di erogazione ed inserimento ai rispettivi dispositivi di erogazione (42) e mezzi per l'inserimento (43).
17. 17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 16, in cui il passo di erogazione ed inserimento comprende la fabbricazione automatica di sacchetti di schiuma (31) e l'inserimento automatico di detti sacchetti (31) in detto contenitore (2) per mezzo di un manipolatore (8).
18. 18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 16, in cui il passo di erogazione ed inserimento comprende il convogliamento di materiale per imballaggio nel contenitore (2) senza manipolazione automatica.
19. 19. Metodo secondo la rivendicazione 18, in cui il passo di erogazione ed inserimento comprende l'erogazione di “ patatine" da un erogatore (18) e l'inserimento automatico di dette 'patatine'' per mezzo di un dispositivo di posizionamento (21) del dispositivo di inserimento (20).
20. 20. Metodo secondo la rivendicazione 18, in cui il passo di erogazione ed inserimento comprende l'inserimento del materiale per imballaggio da parte di un operatore, secondo le modalità di inserimento visualizzate da detto dispositivo logico (14) su un'interfaccia grafica.