KR101189870B1 - 모듈식 포장 시스템 - Google Patents

Abstract

담배 포장 시스템은 다수의 재구성가능 모듈(reconfigurable module, 100)들을 포함한다. 각각의 모듈은 포장 공정의 섹션(section)을 수행하기 위한 도구를 포함한다. 제품은 모듈 상에 장착된 로봇(110)에 의해서 모듈 사이에서 전달되어지고, 개별적인 모듈로부터 제어되어진다. 모듈들 사이의 인터페이스 프로토콜(interface protocol)들은 모듈들 사이의 전달(transfer)을 조절한다. 제품은 모듈들 사이의 캐리어(carrier)를 가지며 또는 가지지 않고 전송되어질 수도 있다. 모듈들은 다른 조립 프로세스를 위하여 재구성되어질 수도 있고, 모듈들은 추가되어지거나 또는 제거되어질 수도 있다. 프로세스 특정 공구는 변경되어질 수도 있다. 재구성가능 모듈은 다른 포장 프로세스로 변경 비용과 시간을 감소시킨다.

Description

모듈식 포장 시스템{MODULAR PACKING SYSTEM}

본 발명은 상품을 포장하기 위한 모듈식 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 제품 포장 요구조건이 변하게 될 때 때때로 재구성하는 것이 필요한 모듈식 장치에 관한 것이다.

담배산업에서, 일반적으로 완성된 담배들은 콜레이션(collation)으로 형성되어지며 콜레이션 둘레에서 포장(packaging)이 이루어지는 포장기계(packing machine)로 전달되어진다. 다수의 서로 다른 형태의 포장은, 예를 들어 하드팩(hard pack) 또는 소프트팩(soft pack)으로 적용되어진다. 포장 공정(packaging process)은 복잡하며, 연속적으로 수행되어지는 다수의 단계들을 포함한다. 이러한 것은 카드 핸들링(card handling), 스코어링(scoring), 절삭(cutting), 절곡(folding) 및 접착(gluing), 엠보싱(embossing), 호일 핸들링(foil handling), 셀로판 감음(cellophane wrapping) 및 접착(gluing)을 포함할 수도 있다.

포장기계는 제조업자에게 매우 힘든 투자이다. 그러나 높은 제조속도와 긴 포장 운영은 포장라인이 경제적이게 한다.

예를 들어 수천 팩(pack)과 같이 제한된 수량의 담배 팩의 효과적이고 경제적인 제작은 도전이 될 수도 있다. 예를 들어, 신규한 팩(pack) 형상 또는 담배 콜레이션(collation)이 테스트 되어지는 경우에, 그 설계가 차후에 추구되어지지 않는다면 라인은 잉여의 것으로 되기 때문에 그러한 설계에 대한 전용 포장라인을 설치하는 것은 비경제적이다. 따라서, 적은 양의 담배팩은 적어도 일부분 이상이 손으로서 조립되어지는 경향이 있다. 예를 들어 수백만 팩을 포함하는 테스트와 같은 더욱 큰 테스트를 수행할 수 있는 것은 유용하게 된다.

비록 서로 다른 포장설계에 재구성되어질 수 있는 상대적으로 낮은 체적의 포장기계를 만드는 것은 가능하지만, 재구성 공정 자체가 매우 느리고 매우 비싸다.

본 발명의 목적은 상기에서 기술되어진 문제점을 개시하며 서로 다른 포장 요구조건에 대한 재구성이 용이한 포장라인(packaging line)에 대한 접근을 제공하는 것이다.

더욱 넓게는, 본 발명은 다수의 모듈(module)을 포함하는 포장 시스템의 사용과 그 제공에 있다. 모듈은 재구성되어질 수도 있고, 모듈들은 서로 다른 포장 어셈블리에 대해서 더해지거나 또는 빼질 수도 있다. 물품들은 모듈 컨트롤러(module controller)의 제어 하에서 로봇에 의해서 모듈 사이에서 일반적으로 이동되어진다. 각각의 모듈은 그 자체의 컨트롤러(controller)를 가진다. 물품이라는 용어는 포장(package)되어지는 물품들 또는 그 물품들 및 포장공정에서 물품들 둘레에서 형성되어지는 포장의 전부 또는 일부를 말한다.

더욱 상세하게는, 다수의 상호연결된 모듈들을 포함하며, 각각의 모듈들은 포장공정의 일부를 수행하는 도구(tooling)를 포함하며, 적어도 일부 이상의 모듈들은 모듈들 사이에서 물품들을 이동시키기 위한 로봇을 포함하는, 팩(pack) 내에 물품들을 포장하기 위한 포장 시스템을 제공한다.

선호적으로 적어도 하나이상의 모듈들은 포장공정을 수행하기 위한 로봇을 포함한다.

본 발명의 실시예들은 종래의 포장라인 또는 기계들과 비교해서 저렴한 비용으로 신속하게 재구성되어질 수 있는 상대적으로 저용량(capacity)의 포장시스템들이 제공될 수 있는 장점을 가진다. 본 발명을 구현하는 시스템은 일 담배포장 구성으로부터 다른 것으로 몇 주(week)만에 재구성되어지도록 만들어진다. 이러한 것은 모든 것이 가능한 정도까지 재구성이 몇 달이나 소요되는 종래의 시스템과 비교해서 현저하게 우수하다. 심지어 여기서, 재구성이라는 용어는 재구성된 시스템이 대부분 개조된 시스템(rebuilt system)이기 때문에 전적으로 적절하지는 않다. 모듈들을 재사용하고 시스템에 의해서 매우 신속하게 만들어지는 팩(pack)을 전환하는 성능과 관련하여 많은 비용절감이 있다.

이러한 용이한 재구성가능성은 현재 수동포장(manual packaging)을 이용하여 생산되는 수천개의 팩 보다는 더 많은 약 수백만 팩에서 테스트를 수행하는 것이 실용적이고 경제적이도록 한다.

선호적으로, 로봇들은 일부 포장공정을 수행하고 물품 또는 물품들을 이동하고, 물품들은 모듈들 사이에서 전달되어진다. 이동된 물품들은 포장되어지는 실제 물품이거나 또는 부분적으로 또는 완전히 포장된 물품들 또는 포장의 요소가 될 수도 있다.

본 발명의 선호적인 실시예에서, 포장은 포장되어지는 물품들 둘레에서 형성되어진다. 이러한 것은 포장이 되는 물품들로부터 이격되어 포장이 수행되거나 또는 부분적으로 수행되어지는 종래의 장치와는 대비된다. 물품들 둘레에 포장을 형성하는 것은 포장시스템의 재구성을 용이하게 하는데 도움이 되기 때문에 장점적이다. 따라서 동일한 접근이 예를 들어 더욱 복잡한 카드보드 블랭크 팩(cardboard blank pack)을 위해서 취해지는 래퍼(wrapper)와 경플라스틱 단부캡(hard plastic end cap)으로부터 형성된 팩(pack)에 취해질 수도 있다. 카드보더 팩(cardboard pack)은 수행되지 않고 물품들 둘레에서 형성되어진다.

선호적으로, 로봇은 SCARA, 데카르트 또는 인간형 로봇이 될 수도 있다. 로봇은 X, Y, Z 축에서의 움직임을 허용하는 다수의 자유도와 가능한 회전 자유도를 가질 수도 있다. 비록 이러한 모든 자유도들은 주어진 포장작업에서 필요하지 않을 수도 있지만, 로봇은 재구성가능한 시스템의 일부이고, 더 많은 개수의 자유도의 제공은 다른 포장 작업을 위한 모듈의 구성가능성을 증가시킨다.

선호적으로, 다수의 서로 다른 모듈타입이 제공된다. 플렉시블 모듈(flexible module)은 로봇을 포함할 수도 있고, 공정 특정 공구가 장착되어지는 베이스판(base plate)을 포함할 수도 있다. 로봇이 포함되어지면, 로봇 액츄에이터 헤드(head)는 공정 특정 공구(process specific tooling)를 포함할 수도 있다. 릴 공급 모듈(reel feed module)은 공정 속으로 도입되어지는 감기(wrapping), 호일(foil) 그리고 라벨링(labelling)과 같은 릴 공급 재료(reel fed material)를 위하여 제공된다. 블랭크 전달 모듈(blank delivery module)은 카드 블랭크와 같은 블랭크(blank)가 시스템으로 전달되어지도록 한다. 이러한 모듈들은 어느 것은 로봇을 포함할 수도 있다. 일부 또는 전부의 모듈타입은 주어진 형상에서 포함될 수도 있다.

선호적으로, 각각의 모듈은 모듈센서 및 액츄에이터를 제어하기 위한 모듈 컨트롤러를 포함한다. 선호적으로, 제공되는 곳에서 모듈 컨트롤러는 모듈 로봇을 또한 제어한다. 제어(control)로의 이러한 접근은 모듈접근의 유연성을 증가시킨다. 예를 들어 로봇의 움직임이 새로운 공정을 위해서 변경되어야만 하는 곳에서, 인접한 모듈에 대해서 그 움직임과 작용을 한정하도록 로봇을 재프로그램하는 것은 상대적으로 간단한 문제이다.

선호적으로, 모듈은 캐리어(carrier) 위가 될 수도 있는, 물품들이 인접한 모듈로 전달되도록 이동될 수 있는 한 세트의 스테이션(station) 또는 위치(position)를 가진다. 인터페이스 소프트웨어는 물품들을 가진 캐리어와 복귀하는 빈 캐리어 모두에 의해서 점유된 베이(bay)와 모듈 공정(module process) 사이에서의 움직임을 제어한다. 선호적으로, 인접한 모듈들의 제어시스템 모두는 모듈들 사이의 전달과 관련되어진다.

선호적으로, 제어 시스템 소프트웨어는 물품들의 존재 또는 부존재를 나타내는 제품 상태 표시기(product state indicator), 제품이 존재하는 것을 제품상태가 나타낼 때 모듈에 의해 제품으로의 액세스를 나타내는 액세스 요청상태(access request state), 그리고 일 모듈을 위한 로봇이 물품을 선출(pick)하도록 물품 또는 물품을 위치시키도록 캐리어로의 액세스(access)를 가지는 것을 나타내는 액세스 승인 상태(access granted state)의 사용에 의해서 모듈들 사이의 움직임을 조절한다. 이러한 제어 접근은 인접한 모듈들의 로봇들 사이의 충돌(crash)을 회피한다.

본 발명을 구현하는 재구성가능 모듈 포장 시스템은 담배와 같이 막대형상의 물품을 포장하는데 특히 적합하지만, 다른 물품들을 포장하는데 사용되어질 수도 있다.

또한 본 발명은 포장 시스템 구성(packing system configuration)을 형성하기 위한 한 세트의 재구성가능 모듈을 제공하며, 모듈은 상호 연결되어지며, 각각은 포장 공장의 일부를 수행하기 위한 제거가능한 공구를 가지며, 적어도 다수의 모듈은 모듈들 사이에서 물품들을 전달하기 위한 로봇을 포함하며, 각각의 모듈들은 모듈들에 의해서 수행되는 포장공정의 일부를 조절하고 모듈과 인접한 모듈들 사이에서 물품들의 전달을 조정하기 위한 모듈 컨트롤러(module controller)를 가진다. 또한 모듈들은 포장공정의 일부를 수행할 수도 있다.

본 발명의 실시예들이 단지 실례로서만 도시된 첨부된 도면을 참조로 하여 기술되어진다.

도 1은 일련의 모듈로서 포장 시스템 구성(packing system configuration)을 나타낸 도면

도 2는 도 1의 공정에서 사용되어지는 로봇을 각각 포함하는 한 쌍의 모듈들의 측면도

도 3a 및 도 3b는 제품이 어떻게 모듈들 사이에서 통과되어지는지를 도시하는 모듈들 사이의 기계적 인터페이스(mechanical interface)를 도시한 모습

도 4a 및 도 4b는 이중 제품 전달(double product transfer)을 위한 도 3a 및 도 3b와 유사한 모습

도 5는 3개의 인접한 모듈들 사이의 연결성(connectivity)을 도시한 모습

도 6은 6개의 인접한 모듈들 사이의 연결성(connectivity)을 도시한 모습

도 7은 선별작업(picking operation)을 위한 인터페이스 순서를 도시한 모습

도 8은 배치작업(placing operation)을 위한 인터페이스 순서를 도시한 모습

도 9는 2:1 모듈 인터페이스를 위한 선별작업을 도시한 모습

도 10은 모든 모듈들을 위한 전체적인 컨트롤 구조(control architecture)를 도시한 모습

도 11은 다른 팩(pack) 디자인을 위한 대안적인 모듈 구성을 도시한 모습

도 1에서 도시된 포장 시스템 구성(packing system configuration)은 본 발명의 재구성가능한 모듈식 성질의 실시예를 도시하도록 사용된 예시적인 구성이다. 포장 시스템은 담배 또는 다른 막대형상의 물품을 포장하도록 되는 것이지만, 본 발명은 이러한 형태의 물품의 포장에만 제한되는 것은 아니며, 과자류 제품을 포함한 식품, 색연필 또는 크레용과 같은 필기도구 또는 다른 막대형상의 물품과 같은 다른 형태의 물품을 포장하는 것에도 미친다.

이와 유사하게, 본 발명은 어떠한 특정 포장 시스템 구성에만 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 서로 다른 형태의 물품을 위하여, 서로 다른 형태의 포장이 만들어질 수 있도록 하는 모듈의 구성을 허용한다.

도 1에서 도시된 구성(configuration)은 강성 플라스틱 단부 캡(end cap)과 그리고 단부 캡의 플랜지에 의존하고 담배에 걸쳐서 둘러싸는 금속 웨브(metalised web)를 가지는 팩(pack) 내의 담배 콜레이션(cigarette collation)을 포장하도록 의도된다. 웨브(web)는 밀봉(seal)되고, 공기는 팩으로부터 배출되고 제품을 신선도를 보존하도록 질소로서 대체되어진다. 다양한 상태의 제품의 상세는 본 발명에 적절하지는 않지만, 높은 레벨에서 공정(process)의 각각의 부분들을 논의하는데 도움이 된다.

공정(process)은 다수의 모듈에 의해서 제공되어지며, 제품과 캐리어는 취급(handling)을 제어하도록 뉴메틱(pneumatics)을 이용하여 서보 컨트롤된 로봇에 의해서 캐리어들 사이에서 움직여진다. 로봇은 데카르트(Cartesian), SCARA 및 인간형 로봇을 포함할 수도 있다. 도 1의 공정이 상세하게 기술되어진 이후에, 모듈 식 포장 공정이 어떻게 작동할 수 있는지가 이해되도록 모듈들 사이의 인터페이스(interface) 및 기계 및 소프트웨어가 기술되어진다. 마지막으로, 상당히 감소된 비용과 시간에서 서로 다른 포장을 위하여 모듈이 어떻게 용이하게 재구성되어질 수 있는지를 도시하도록 대안적인 구성이 기술되어진다.

로봇의 선택은 이들이 사용되어지는 상황의 필요조건에 따르게 된다. 데카르트, SCARA 및 인간형 로봇들이 선호된다. SCARA(Selective Compliance Articulated Robot Arm) 로봇은 일반적으로 네 개의 자유도를 가지며, 수직운동과 수평면에서 각회전(세타)을 제공하는 암(arm)의 단부에서 퀼식(quill type) Z-축을 가진 수평면(horizontal plane)에서 스윙하는 두 개의 주된 링크(link)를 가진다. 데카르트 로봇(Cartesian robot)은 길이와 유료하중(payload)을 위하여 선택되어질 수 있고 서로에 대해서 직교하도록 장착되어지는 일련의 선형 슬라이드(linear slide)로 구성된 전형적인 모듈식이다. Z-세타 유닛들이 이용가능하다. 네 개의 축(X,Y,Z,세타) 로봇이 SCARA 로봇에 유사한 기능성을 가지며 제작되어진다. 데카르트 로봇은 회전축이 수평하도록 구성되어질 수 있다. 데카르트 로봇은 데카르트 공간에서 제어하는데 더욱 간단한 것으로 일반적으로 고려되어진다. 인간형 로봇, 특히 수직하게 관절된 인간형 암(arm)은 일반적으로 5개 또는 6개의 축을 가진다. 전형적으로 5축 암에서, 첫 번째 축은 수직에 대한 회전이며, 두 번째, 세 번째 그리고 네 번째 축은 서로에 대해서 평행한 축을 가지며 축들 사이에서 링크 길이(link length)에 의해서 차감되어진 수평 둘레에서 회전이며, 다섯 번째 축은 네 번째 축에 직교 한 롤 축(roll axis)이다. 6축 암에서, 첫 번째, 두 번째 그리고 세 번째 축들은 다섯 번째 축 실례와 동일하다. 네 번째 축은 일반적으로 링크축을 따라서 세 번째 축에 직교하며, 다섯 번째 축은 세 번째 축에 직교하고, 여섯 번째 축은 다섯 번째 축에 직교하는 롤축(roll axis)이다. 수직하게 관절된 인간형 암(arm)은 특히 Z방향으로 큰 작동 엔벌로프(envelope)를 가진다. 6축 암들은 상당한 유연성(flexibility)을 주며, 공간 상에서 물체의 위치 및 방향을 조절한다.

최종 담배들은 포장 시스템(packing system)으로 전달되어지며, 호퍼(hopper) 내에서 유지되어진다. 선호적인 일 실시예에 있어서, 네 개의 평행한 호퍼(hopper)들이 사용되어지며, 이들 각각은 콜레이션 심축(collation mandrel)으로 담배들을 개별적으로 제공하기 위한 평행한 호퍼 베인 슈트(hopper vane chute)를 가진다. 담배들은 단일의 푸시로드(push rod)에 의해서 콜레이션 심축으로 전달되어진다. 푸시로드는 각각의 호퍼를 위해서 제공되며, 네 개의 푸시로드들은 비록 독립적으로 구동되어질 수도 있지만 함께 구동되어질 수 있도록 하는 바(bar)에 의해서 선호적으로 연결되어진다. 심축은 포장되어지는 콜레이션의 형태를 한정하도록 배열된 다수의 관통구멍(through hole)을 가진다. 푸시로드는 심축(mandrel)을 채우도록 상기 관통구멍들 속으로 담배를 하나씩 민다. 푸시로드는 Z축을 따라서 왕복운동하며 X,Y평면에서 호퍼에 대해서 움직이지 않는다. 대신에, 심축(mandrel)들은 담배들의 수용을 위해서 정확하게 위치되도록 서보 제어된 로봇에 의해서 X,Y평면 내에서 움직인다.

채워지면, 콜레이션들이 성형된 포켓(pocket)들로 심축으로부터 전달되어지는 지점에서 심축들은 Y평면에서 아랫방향으로 움직여진다. 성형된 포켓 내에서, 담배들은 더 이상 서로로부터 이격되어지지 않으며, 이들 둘레에서 포장들이 용이하게 형성되도록 한다. 성형된 포켓으로의 전달은 각각의 심축을 위한 한 세트의 평행한 푸시로드를 통해서 달성되어진다. 상기 푸시로드 세트들은 바(bar)에 의해서 연결되어지며, Z축에서 왕복운동한다. 로드(rod)들은 심축 내에서 콜레이션의 형상을 맞추도록 배열되어져셔, 왕복운동할 때 로드들이 심축의 관통구멍 내에서 수용되고, 심축을 통해서 포켓 속으로 담배를 밀도록 한다. 서보 제어된 로봇은 푸시로드들이 정확하게 심축 구멍들 내에서 수용되어지는 것을 보장하도록 채워진 심축의 위치가 푸시로드의 세트들에 정확하게 레지스터(register) 되는 것을 보장한다. 비워지면, 심축들은 차례차례로 다음의 담배 콜레이션을 수용하도록 단일의 푸시로드에 인접한 위치로 복귀되어진다.

채워진 성형 포켓들은 강성 단부캡 케이스 채움 스테이션으로 전달되어진다. 이러한 것은 채워진 포켓들이 서보로봇(servo robot)에 의해서 들려지고, 다른 모듈로 이동되어지는 것을 요구한다.

케이스(case)들은 한 쌍의 강성 단부캡(end cap)들을 포함하며, 이들 각각은 위치에서 담배의 길이의 일부에 걸쳐서 연장되는 종속적인 스커트(skirt)를 가진 다. 단부캡들 중 하나는 사용자에 의해서 팩(pack)으로부터 담배의 제거를 위한 플립 탑 리드(flip top lid)를 포함한다. 팩의 내용물들이 신선하게 남아있는 것을 보장하도록, 호일(foil)이 강성 단부캡 케이스 언로드 및 리드 밀봉 턴테이블 상에서 자동적으로 개방되어지는 플립 탑 리드 아래의 개구부(opening)에 제공되어진다. 호일(foil)은 팩이 개방될 때 사용자에 의해서 제거되어진다.

강성 단부 캡들은 트레이 전달 시스템(tray delivery system)에 의해서 전달되어지며, 로봇 픽커(robot picker)에 의해서 트레이(tray)로부터 업로드(upload) 되어지고 턴테이블(turntable)로 전달되어진다. 이러한 전달 공정 동안, 플립 탑 리드(flip top lid)를 가지는 상부 단부캡들은 캡 상에서 플립 탑 리드의 존재를 위하여 테스트하도록 테스트 스테이션(testing station)으로 전달되어지며, 다음으로 로봇 픽커는 턴테이블로 정확하게 제공되도록 플립 탑 리드를 배향시킨다. 바닥 단부캡들은 턴테이블 상의 스테이션으로 직선으로 전달되어진다. 턴테이블의 회전은 상부 단부캡을 리드 호일 적용 모듈(lid foil application module)로 제공한다. 이러한 모듈 상의 추가적인 서보 로봇(servo robot)은 매거진(magazine)으로부터 로봇에 의해서 미리 픽업된 리드 호일(lid foil)을 상부 단부캡 상으로 위치시킨다. 턴테이블의 회전은 리드 호일이 상부 단부캡 상으로 결합되어지는 밀봉 스테이션(sealing station)에서 상부 단부캡과 리드 호일을 위치시킨다.

강성 단부캡 케이스 전달 모듈 상의 서보로봇은 턴테이블로부터 상부 및 하 부 단부캡들을 선출(pick)하며, 이들을 강성 단부캡 케이스 채움 모듈로 제공한다. 이러한 모듈에서, 담배 콜레이션 및 단부캡들은 담배들이 단부캡들 속으로 삽입되어지도록 조작되어진다. 이들로부터, 추가적인 서보 로봇은 콜레이션과 단부캡 조립체를 강성 단부캡 케이스 조립체 모듈로 이동시킨다. 이러한 모듈은 강성 단부캡 케이스 조립체 모듈에 호일 랩(foil wrap)이 주변에서 형성되어지는 심축(mandrel)을 제공하는 웨브 폴드(web fold) 및 밀봉 모듈과 상호작용한다.

웨브(web)는 웨브 롤(web roll)로부터 제공되며, 인장 롤러(tension roller)의 조립체를 통해서 웨브 처리 및 절삭 스테이션(web preparation and cutting station)으로 전달되어진다. 웨브 처리 및 절삭 스테이션은 웨브가 팩을 위하여 요구되는 정확한 길이로 절삭되어지고 웨브 폴드 및 밀봉 모듈의 앞으로 전달되어지는 것을 보장한다. 서보 로봇을 이용하여 웨브 폴드 및 밀봉 모듈은 웨브 처리 모듈(web preparation module)을 위한 출구에서 웨브에 심축을 제공한다. 웨브는 심축의 측면으로 그립(grip)되고, 다음으로 심축 및 웨브는 폴딩 유닛(folding unit)을 통해서 이동되어진다. 이러한 움직임은 서보 로봇 제어 또는 뉴메틱 작동이 될 수도 있다. 웨브는 심축 둘레에서 접혀지고, 슬리브(sleeve)를 형성하도록 그 길이를 따라서 밀봉되어진다. 밀봉(sealing)은 접착(gluing) 또는 가열(heating)에 의해서 달성되어질 수도 있다. 선호적으로 웨브는 금속화된 플라스틱 재료로 형성되고 모든 편리한 밀봉 방법이 사용되어질 수도 있다.

웨브 폴딩 스테이션(web folding station)으로부터, 그 둘레에서 밀봉된 웨브 슬리브를 가지는 심축은, 다시 서보 로봇에 의해서 심축과 슬리브가 콜레이션 및 단부캡 부분 조립체와 정렬되어지는 강성 단부캡 케이스 조립체 모듈로 전달되어진다. 이때 슬리브는 조립체에 걸쳐서 미끄러진다. 팩(pack)은 이제 완전하지만 기밀식(airtight)은 아니다. 로봇 픽커(robot picker)는 완료된 조립체를 팩의 강성 단부들에 대해서 슬리브의 단부들을 밀봉하는 웨브 밀봉 스테이션(web sealing station)으로 이동한다. 비록 가열 밀봉(heat sealing)이 현재 선호되고 있지만 어떠한 편리한 형태의 밀봉이 사용되어질 수도 있다. 밀봉된 팩은 추가적인 서보 로봇에 의해서 질소충전 및 밀봉 스테이션으로 보내진다. 상기 스테이션에서, 팩 내의 공기는 하부 단부 캡 내의 작은 구멍을 통해서 배출되어지고 질소로 교체되어진다. 일부 다른 비활성 기체들이 사용되어질 수 있다. 다음으로 구멍은 둘러싸는 플라스틱을 가열하고 녹임에 의해서 밀봉되어진다. 마무리된 제품은 소비자가 포장을 개방할 때 가청적인 소리와 함께 해제되어지게 되는 압력 하의 가스를 포함하게 되고, 따라서 소비자에게 제품의 신선도를 보장한다.

다음으로 밀봉된 팩(pack)은 홍보용 라벨링이 부착되어지는 라벨링 스테이션(labelling station)으로 보내지고, 마지막으로 날짜 스탬프 스테이션(date stamp station)과 (도시되지 않은) 오프로딩 스테이션(offloading station)으로 보내진다.

기술된 공정에서, 어떠한 형태의 담배 팩 조립 및 채움에 공통적인 많은 작용들이 수행되어지며, 일부는 생산되어지는 제품 팩에 특별하게 수행되어진다. 종래의 포장 기계(packaging machine)는 이러한 모든 기능들이 기계의 길이를 따라서 구동(drive)과 제어(control)가 지나가는 단일의 기계로 만들어졌다. 본 발명의 실시예는 전체적인 공정을 일련의 분리된 모듈로 나눈다. 각각의 모듈은 특별한 기능을 수행하며, 제품들은 일 모듈로부터 제품을 선출(pick)하고 이들을 다른 모듈로 전달하는 서보 제어된 로봇을 이용하여 모듈로부터 모듈로 통과되어질 수도 있다. 모듈들은 리드 호일을 상부캡에 밀봉하는 경우에서 조립 공정 내에서 기능을 수행할 뿐만 아니라, 단부캡의 경우에서 제품을 로봇들에 의해서 픽업되어질 수도 있고 다른 모듈로 전달되어지는 위치로 이동시키는 기능들을 수행하는 언로딩 모듈(unloading module)과 같은 턴테이블 모듈(turntable module)을 포함할 수도 있다. 따라서, 예를 들어 콜레이션 포켓들은 호퍼(hopper)와 콜레이션 심축들을 포함하는 모듈로부터 전달되어진다. 이러한 포켓들은, 담배로 채워지며 강성 단부캡 케이스 채움 모듈로 전달되어지고, 호퍼와 콜레이션 심축 모듈로 비워 복귀된다. 웨브 슬리브 심축은 강성 단부캡 케이스 조립 모듈과 웨브 처리 및 접음 모듈들 사이에서 전달되어진다.

시스템의 모듈식 구성이 도 1에서 도시되어진다. 시스템은 호퍼(hopper)와 로봇(110)과 함께 또는 로봇(110) 없이 사용되어질 수도 있는 플렉시블 모듈(flexible module, 100)과 역시 로봇과 함께 또는 로봇없이 사용되어질 수 있는 릴 공급 재료 모듈(reel feed material module, 120)과 같은 두 개 형태의 모듈로 구성되어진다. 도 1에서, 플렉시블 모듈들은 개방 박스로서 표시되어지며, 릴 공급 재료들은 해치된 박스로 표시되어진다.

따라서, 도 1에서, 로봇을 포함하는 두 개의 플렉시블 모듈(100)은 a) 강성 단부캡 리드(rigid end cap lid)에 리드 호일(lid foil)을 부착하기 위한 모듈과 b) 홍보용 재료들을 부착하기 위한 모듈에 해당한다. 로봇이 없는 두 개의 릴 공급 모듈(120)들은 웨브 전달(web delivery) 및 웨브 처리(web preparation) 스테이션에 해당한다. 명암이 없는 박스(130a, 130b)는 각각 강성 단부캡 전달 슈트(chute) 및 공정의 단부에 해당한다.

나머지 모듈들은 로봇을 가지는 플렉시블 모듈(c 내지 j)과 로봇이 없는 플렉시블 모듈(k)을 포함한다. 모듈(100k)은 모듈(g)로부터 심축 둘레에서 감겨진 슬리브와 조립된 콜레이션을 수용하는 강성 단부캡 케이스와 모듈(e)로부터 강성 단부캡 케이스를 조립하는 모듈이다. 모듈(h)은 공기를 배출하며 질소로써 팩을 충전하는 모듈(i)로 조립된 팩을 통과시킨다. 모듈(j)은 날짜 코드(date code) 및 오프로드 모듈이다.

모듈(c)은 호퍼모듈로부터 강성 단부캡 케이스 채움 모듈(d)로 콜레이션 심축을 전달하기 위한 것이며, 모듈(f)은, 그 배향성을 체크하고 리드 호일 적용 모 듈(lid foil application module)과 강성 단부캡 케이스 채움 모듈로 분배하며, 단부캡을 수용하기 위한 것이다.

따라서, 포장공정은 모듈 상에 배치된 다수의 로봇(robot)을 이용하며, 모듈은 독립된 모듈의 재구성가능한 배열을 형성하도록 서로 링크(link)된다. 각각의 모듈은 공정 특정 공구를 포함하며, 많은 모듈들도 SCARA, 데카르트 또는 모듈 사이에서 제품을 움직이기 위한 다른 로봇을 가진다. 또한 로봇은 공정 특정 공구를 가질 수도 있다. 모듈의 제어(control)는 시스템 컨트롤러의 전체 제어 하에서 모듈 자체의 컨트롤러에 의해서 다루어지고, 인접한 모듈은 서로 연통하며, 모듈 공정 사이에서 제품의 정확한 전달을 보장하도록 핸드쉐이킹 프로토콜(handshaking protocol)을 교환한다. 다음으로 제품은 상품 또는 상품과 캐리어의 결합으로 형성되어지거나 또는 부분적으로 형성되어질 수도 있다.

재구성 시에, 공정 특정 공구는 변경되어져야만 하지만 모듈은 모든 요망 방법으로 재구성되어질 수 있다. 로봇에 의해 수행된 작업은 다르게 되며, 재프로그래밍이 요구되어진다. 그러나, 모듈이 상호작용하는 방법은 변화되지 않는다.

따라서, 포장 시스템(packing system)은 다수의 모듈(module)을 포함한다. 상기 모듈들은 서로 다른 구성으로 배열되어지고 재-배열되어질 수도 있다. 각각의 모듈은 그 자체 상에서 기능할 수 있고 시스템 소프트웨어는 루틴(routine)으로 제 어 기능성을 중단한다. 이러한 접근의 중요한 특성들 중 하나는 모듈들 사이의 인터페이스(interface)를 한정하는 것이다. 제어 인터페이스(control interface)는 구성으로부터 구성으로 변할 수 있는 기계적 인터페이스(mechanical interface)를 반영한다. 기술된 실례에서, 턴테이블(turntable)은 로봇들이 각각의 서로 다른 공간 속으로 교차(crossing)하는 것을 방지하도록 사용되어진다.

도 2는 두 개의 모듈(60,62) 사이의 도식적이고 개략적인 연결(connection)을 도시한다. 각각의 모듈들은 전기적 제어 시스템(66)이 수용되어지는 베이스 프레임(base frame, 64)을 포함한다. 모듈들은 서로 독립적이며, 전체적인 시스템 컨트롤러에 종속되어진다. 그러나, 각각의 모듈들의 작동은 모듈 그 자체에 의해서 제어되어진다. 베이스 플레이트(base plate, 68)는 베이스 프레임 상에서 장착되어진다. 편의를 위해서, 베이스 플레이트는 모듈로부터 모듈로 제품의 전달을 보조하도록 공통의 높이에서 배열되어진다. 로봇(70)은 각각의 베이스 플레이트 상에서 장착되어지며, 제품 또는 콜레이션 포켓(collation pocket)과 같은 캐리어(carrier) 상의 제품을 취급하도록 되며, 그리고 기술되어진 방식으로 모듈들 사이에서 제품 또는 제품 및 캐리어를 전달하도록 된다.

모든 모듈들이 로봇을 포함하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1의 강성 단부캡 케이스 조립체 모듈(rigid end cap case assembly module)은, 각각 강성 단부캡 케이스 조립체 모듈로부터 그리고 조립체 모듈로 제품 및 캐리어를 이동시키는 로 봇을 가지는 세 개의 다른 모듈들과 인터페이스(interface)하는 모듈이다. 후자의 모듈은 로봇 그 자체를 필요로 하지 않는다.

모듈들은 액츄에이션 및 팩 특정 공구(74)가 장착되어지는 서브-플레이트(sub-plate, 72)를 각각 포함하며, 로봇들도 이들이 수행하게 되는 작업에 따라서 유사한 액츄에이션 및 팩 특정 공구를 각각 포함한다. 모듈들은 제어(control, 76), 안전(safety, 78), 동력(power, 80) 및 뉴메틱(pneumatic, 82)을 위하여 서로 연결되어진다.

모듈의 모든 가능한 배열을 다룰 수 있도록, 모듈들 사이의 다음의 기계적 인터페이스(interface)가 규정되어지는 것이 필요하다.

단일의 제품이 전달되어지는, 단일 전달 기계적 인터페이스

이중 전달 기계적 인터페이스

쿼드(quad) 전달 기계적 인터페이스

단일 전달 기계적 인터페이스의 실례는 도 3에서 도시되어진다. 이러한 전달에서, 단일의 제품 또는/및 캐리어는 픽업(pick up)되고 일 모듈로부터 다른 모듈로 이동되어진다. 여기에는 두 개의 기본적인 변형이 있다. 첫 번째 변형에서, 캐리어 및 제품들은 전방으로 통과되어지고, 빈 캐리어는 뒤로 통과되어진다. 이러한 변형의 실례는 도 1의 구성에서 호퍼 모듈로부터 강성 단부캡 케이스 충전 모듈로 의 충전된 성형 포켓의 전달이다. 두 번째 변형은 단지 제품만이 전방으로 통과되어진다. 여기에는 캐리어(carrier)가 없다. 이러한 것의 실례는 강성 단부캡 케이스 조립 스테이션으로부터 웨브 밀봉 스테이션으로 전달되어지는 슬리브의 적용이후에 완성된 팩이다. 인터페이스의 관점에서, 두 번째 변형은 제 1 변형의 과제로 보일 수도 있다.

따라서, 도 3과 관련하여, 제 1 모듈(M)로부터 제 2 모듈(N)로 제품과 캐리어의 전달의 단계가 도시되어진다. 도 3a는 모듈(M)에서 발생하는 단계를 도시하며, 도 3b는 모듈(N)에서 발생하는 단계를 도시한다. 빈 박스는 비어있는 위치를 나타내며, 채워진 박스는 예를 들어 심축(mandrel)과 같은 캐리어(carrier), 또는 포켓을 나타내며, 빗금친 박스는 제품을 나타낸다. 인터페이스는 제품 또는/및 캐리어가 위치되어질 수 있는 위치들인 두 개의 베이(bay)를 사용한다.

초기에, 캐리어는 베이 2에 있으며 베이 1은 비워진다. 이때 (i) 캐리어와 제품을 베이 1에 넣고(도 3a의 화살표 1), (ii) 베이 2로 이동시키며(화살표 2), 다음으로 (iii) 제품을 픽업(pick up)함에 의해서, 모듈(M)은 그 처리(transaction)을 완료한다. 로봇은 베이 2로부터 빈 캐리어를 픽업하고, 캐리어 그 공정으로 다시 캐리어를 제거한다(화살표 3). 위치는 도 3(b)에서 도시되어지는데, 캐리어와 제품은 베이 1에 있고, 빈 슬롯은 베이 2에 있다. 이때 모듈 N은 세 개의 단계, (i) 모듈 N이 베이 2에서 캐리어를 놓는 단계(도 3b의 화살표 1), 이것 은 모듈 N으로부터 캐리어이며, 모듈 M으로부터 캐리어는 아니고, (ii) 다음으로 캐리어를 베이 1로 이동시키는 단계(화살표 2), (iii) 제품이 캐리어 상에 배치되어지고 양자는 그 공정을 위해서 모듈 N으로부터 픽업되어지는 단계(화살표 3)로 그 처리를 완료한다.

양자의 경우에 있어서, 제품 또는/및 캐리어는 개별적인 모듈의 제어 하에서 로봇에 의해 픽업되어진다.

이중 전송 메커니즘 인터페이스(double transfer mechanism interface)는 도 3의 단일 전송 인터페이스의 확장이며 도 4에서 도시되어진다. 이러한 전송에서, 한 쌍의 제품이 픽업되어지고, 이와 동시에 일 모듈로부터 다른 모듈로 이동되어진다. 단일 전송 인터페이스와 같이 두 개의 기본 변형이 있다. 첫째, 캐리어와 제품이 전방으로 전달되어지고 빈 캐리어가 아래로 통과되어진다. 둘째, 단지 제품만이 전방으로 통과되어진다. 다시, 두 번째 변형은 제 1 변형의 부분집합이다. 이것이 취급되어지는 방식이 도 4에서 도시되어진다. 움직임의 순서가 도시될 뿐만 아니라, 구성은 제품의 쌍 내의 제품이 불완전하게 될 수도 있고 거절을 위하여 표시되어질 수 있는 가능성을 허용한다.

따라서 도 4와 관련하여, 두 개의 제품들이 모듈 M에서 캐리어의 위치에서 도시되어지고 차례차례로 모듈 N에 의해서 이동되어진다. 베이 1a 및 1b, 그리고 2a 및 2b로서 도시된 바와 같이, 두 개의 베이(bay)들은 각각의 제품/캐리어 쌍들을 위해서 제공되어진다. 시작 시에, 캐리어는 베이 2에 있고 베이 1은 비워져 있다. 캐리어와 제품을 베이 1a 및 1b에 두고, 베이 2로 이동시키고 다음으로 제품을 픽업함에 의해서 모듈 M은 그 이중 처리를 완료한다. 로봇은 베이 2a 및 2b로부터 캐리어를 선출(pick)하고, 공정의 뒤로 이들을 가져간다. 상기 캐리어들은 비워진다.

다음으로 모듈 N은 일련의 처리를 완료한다. 첫째, 캐리어는 공정으로부터 베이 B로 위치되어진다(도 3b의 화살표 1). 다음으로 로봇은 베이 A1으로 이동되어지고(화살표 2), 로봇은 캐리어와 그 제품을 픽업하고, 그 공정을 수행하도록 모듈로 복귀한다(화살표 3). 다음으로 모듈은 로봇을 이용하여 베이 B2의 캐리어를 놓고(화살표 4), 로봇을 베이 A2로 이동시키고, 다음으로 캐리어와 제품을 로봇으로써 픽업하고, 그 공정을 수행하도록 이들을 모듈 N으로 뒤로 이동시킴에 의해서 두 번째 처리를 완료한다.

하나 또는 양 제품들은 검지된 오류(fault)로 인해서 거절되어질 수 있다. 모듈 M에 의해서 양 제품들이 거절되어지는 이러한 경우에서, 모듈 N은 사이클을 간단하게 미스(miss)한다. 단지 하나의 제품만이 모듈 M에 의해서 거절되어지는 경우에, 빈 캐리어가 될 수 있어서 모듈 N이 전송 공정을 단지 한번만 수행하도록 된다.

도 5와 도 6은 모듈들 사이의 다양한 전형적인 상호연결성(interconnectivity)을 도시한다. 상기 도면들에서, I/F는 인터페이스를 나타낸다. 모듈을 제어하는 소프트웨어는 기계적 인터페이스를 지지해야만 한다. 이전의 실례에서, 일 모듈로부터 인접한 모듈로 캐리어를 가지며 또는 캐리어 없이 상품들의 전달하는 것을 고려했다. 그러나, 모듈에는 하나이상의 입력 인터페이스와 하나이상의 출력(output)이 있을 수도 있다. 인터페이스가 일반적인 바와 같이, 어떠한 모듈도 최대 개수의 입력 및 출력을 처리할 수 있어야만 한다. 실무적으로, 모듈들은 평면 상에서 네 개의 측면으로 될 수도 있다. 이러한 것은 구성부품들이 장착되어지는 소재 표면(work surface)을 포함한다. 소재 표면은 모듈을 위한 제어 및 전기회로를 수용하는 캐비넷(cabinet)의 상부에 장착되어진다. 실무적인 관점에서, 모듈의 일 측면이 캐비넷으로의 접근을 얻도록 사용되어지도록 세 개의 다른 모듈들과 상호작용하는 것만이 가능하다. 최소한으로, 캐비넷 문을 개방하는 것이 가능해야만 한다.

도 5는 두 개의 인-피드(in-feed)와 하나의 아웃-피드(out-feed) 그리고 감독 인터페이스(supervisory interface)를 가진 모듈 N을 도시한다. 이러한 것은 총 네 개의 인터페이스를 요구한다.

도 6에서, 모듈 S는 트윈 트랙(twin track)으로부터 두 개의 메인스트림 인 피드와 하나의 측면 공급(side feed)을 가진다. 따라서, 모듈 S는 세 개의 인-피드와를 가지며, 모듈 M은 두 개의 아웃-피드를 가지며, 모든 모듈들은 감독 인터페이스를 가진다. 도 5의 배열은 모든 네 개의 모듈 면들을 사용하도록 물리적인 요구조건을 파괴(break)한다. 따라서, 모듈 인터페이스 구조체가 세 개의 인피드 스트림과, 두 개의 아웃피드 스트림 및 감독 시스템에 하나의 인터페이스를 위하여 설계되어지는 것이 적절하다.

도 7은 두 개의 모듈들 사이의 선출(pick)을 위한 기본적인 핸드쉐이크(handshake)를 도시한다. 두 번째 측면 입력을 가지는 모듈은 이러한 인터페이스를 단순히 복제한다. 도 7에서, 세 개의 상태, “제품 공급(product present)”, “액세스 요청(access request)”, 그리고 “액세스 승인(access granted)”이 도시되어진다. 제품 상태는 모듈 M이 제품을 제공할 때까지 비워있다. 이때 상태는 제품의 픽(pick)을 요청하도록 재공되는 제품을 나타내는 높게 스위치된다. 다음으로 액세스 요청 상태가 높게 되며, 모듈 N에 의해 록아웃(lockout)을 요청하고, 액세스 승인 상태는 높게 되며 모듈 M에 의해 록아웃을 승인한다. 제품은 다음으로 선출(pick)된다. 완료되면, 모듈 N은 제품 상태를 비워진 것으로 다시 설정하며, 액세스 요청은 모듈 N에 의한 접근을 해제하도록 낮게 되며, 액세스 승인 상태가 응답하여 제거되어진다.

도 8은 제품을 위치시키기 위한 유사한 핸드쉐이크를 도시한다. 동일한 세 개의 상태, 제품, 국부 액세스 요청 및 국부 액세스 승인된 상태들이 제공되나, 그러나 제품 상태는 네 개의 레벨, 비움(vacant), RPC(원격 절차 호출, Remote Procedure Call-인접한 모듈에 의해서 모듈이 작동을 일으키도록 하는 일반적인 메커니즘) 요청, RPC 승인 및 숙성된 제품 레벨을 통해서 이동할 수 있다. 숙성된 제품(aged product)은 시간의 주기, 숙성시간(ageing time)을 위하여 설정되어지는 냉각 또는 접착되어지는 것이다.

초기에, 제품 상태는 비워져 있다. 모듈 M에 의한 국부 액세스 요청(local access request)은 록아웃(lockout)을 요청하면서 국부 액세스 요청 상태가 높게 되도록 한다. 다음으로 국부 액세스 승인 상태는 모듈 M에 록아웃을 승인하며 높게 된다. 다음으로 제품은 모듈 N에 의해서 위치되어지며, 모듈 N이 “RPC 요청”을 볼 때 제품 상태를 “비어있는(vacant)”에서 “RPC 요청”으로 변경시키며, RPC를 실행하며, 예를 들어 잠금(lock)을 활성화시키고, 제품상태를 RPC 완료로 설정한다. 이제 로봇 M은 숙성을 시작하는 동안 해제될 수 있다. 모듈 M은 “RPC 완료”상태를 보며, 모듈 N에 의해 액세스가 해제되도록 “액세스 요청”을 낮게 설정한다. “액세스 승인”상태는 응답하여 제거되어진다. 국부 액세스 요청 및 승인된 신호가 낮게 되는 것과 나란히, 인터페이스는 “RPC 완료”를 보며, 숙성시간(ageing time) 이후에 제품상태를 “숙성된 제품(aged product)”로 설정한다.

도 9는 두 개의 다른 모듈 M 및 N과 연통하는 모듈을 위한 인터페이스를 도 시한다. M으로부터의 제품은 M으로부터 픽(pick)을 요청하도록 높게 되며, 파형 a) ~ g)는, a) 모듈 M 내지 모듈 P 사이의 제품상태, b) 모듈 N 내지 모듈 P 사이의 제품상태, c) 모듈 P 내지 모듈 M 사이의 잠금상태(locking state), d) 모듈 P 내지 모듈 N 사이의 잠금상태, e) 모듈 P 내지 모듈 N 사이의 잠겨진 상태(locked state), f) 모듈 N 내지 모듈 P 사이의 잠겨진 상태 그리고 g) 모듈 M으로부터 모듈 P에 의한 제품의 선출(picking)을 각각 나타낸다.

제품 파형(waveform) a)는 모듈 M이 제품을 제공할 때까지 낮게 된다. 다음으로 제품 파형 a)는 모듈 M으로부터 선출(pick)을 요청하도록 높게 되며, 잠금 파형 c)는 모듈 P에 의해 록아웃(lockout)을 요청하게 높게 된다. 잠금 파형 e)는 모듈 M 내지 모듈 P에 의해 록아웃(lockout)을 승인하도록 높게 되고, 모듈 N으로부터의 제품파형(b)은 제품이 이용가능한 것 만큼 높게 된다. 이러한 것은 모듈 M과 이미 협상한 모듈 P에 의해서 무시되어진다. 선출(picking) 파형 g)는 모듈 P에 의해 선출되는 것을 나타내도록 높게 되며, 선출 및 잠금(파형 c)은 제품이 모듈 P에 의해서 선출(pick)되어지는 것을 나타내도록 낮게 된다. 다음으로, 공정은 모듈 P와 모듈 N 사이의 협상(negotiation)을 위하여 반복되어진다. 이러한 것은 항상 모듈 N을 간단하게 선택할 수도 있다. 손실된 모듈은 제품이 낮게 가도록 하며, 다음의 제품을 기다리는 그 인터페이스를 재설정한다.

다중-위치 인터페이스는 메커니즘 인터페이스와 관련하여 기술되어진 베 이(bay) 개념에 더해서 상기에서 기술되어진 동일한 방식으로 유도되어진다. 액세스를 문의할 때, 인터페이스 루틴(interface routine)은 특정한 베이(bay)를 특정하거나, 배치 작업을 위하여 모든 자유 베이 개수로 복귀하도록 베이가 0이 되도록 하거나, 위치가 사용되어지는 것을 나타내는 선출 작업(pick operation)을 위하여 모든 점유된 베이 개수를 가진다. 만일 인터페이스가 유효한 베이 개수를 특정할 수 없다면, 복귀된 개수는 요청(request)이 만족되어질 수 없는 것을 나타내는 0이 된다.

도 10은 본 발명을 구현하는 모듈식 포장 시스템을 위한 소프트웨어의 전체적인 아키텍쳐(architecture)를 도시한다. 비록 도시된 바와 같이 각각의 모듈은 자가 조절되어지고 기술된 바와 같이 인접한 모듈들과 상호작용하지만, 전체적인 시스템은 시스템 컨트롤러(system controller)에 의해서 제어되어진다. 모듈로부터 모듈로의 제품 및 캐리어의 이동은 예를 들어 Adept Technologies 사에 의해 제공된 바와 같이, 로봇에 의해서 수행되어지는 것이 선호된다. 일부이상의 모듈들은 조정 기능(coordination function)을 위한 중앙 컨트롤러의 조절 하에서 AdeptTM 로봇 컨트롤러를 포함한다.

따라서, 포장 공정은 다수의 개별적인 모듈들에 의해서 실행되어질 수도 있으며, 각각의 모듈들은 기능을 수행하고 기술된 방식으로 인접한 모듈들과 상호작용하도록 구성되어질 수 있다. 모듈들은 재구성되어질 수도 있고, 인접한 모듈들이 추가되어지거나 또는 모듈들이 서로 다른 포장 기술을 적용하도록 새롭게 된다.

도 11은 모듈 재구성의 일 실례를 도시한다. 많은 다른 것들이 가능하다. 도 11은 도 1의 모듈이 매우 다른 팩 형태, 여기서는 카드보드 팩(cardboard pack)을 위한 포장 공정(packaging process)을 형성하도록 어떻게 재구성되어질 수 있는지를 도시한다. 도 11의 공정은 더욱 복잡하며, 더 많은 모듈을 요구한다. 그러나, 다른 모듈들의 추가와 함께 그 로봇들을 포함하는 도 1 모듈을 재배열함으로써 형성되어질 수 있다. 이러한 접근은 기어(gear), 벨트(belt), 샤프트(shaft), 캠(cam), 링키지(linkage) 그리고 고속을 생성하는 벨트(belt)를 사용하는 통상적인 포장(packaging)과는 대비된다. 본 접근은 낮은 체적의 생산을 위하여 이상적인 포장 공정의 구성에 매우 유연하고, 구성가능하며 그리고 프로그램가능한 접근이 가능하도록 서보 모터의 제어하에서 뉴메틱(pneumatic)과 로봇을 이용하는 제품을 취급한다.

호퍼는 도 1의 실시예에서 사용된 것과 동일하게 될 수 있으며, 담배는 콜레이션 심축(collation mandrel)을 통해서 콜레이션 포켓(collation pocket)으로 전달되어진다. 심축 내의 구멍의 구성과 콜레이션 포켓의 형상은 도 1의 실시예의 그것과 다를 수도 있다. 그러나, 심축의 위치를 제어하는 로봇의 프로그래밍을 조절함에 의해서 용이하게 다루어질 수 있다. 시스템은 도 1의 실시예와 같은 동일한 서보 모듈 및 HMI로부터 제어되어진다.

따라서, 도 11에서는 데카르트, SCARA 또는 인간형 로봇 a) 내지 k)를 포함하는 플렉시블 모듈(flexible module, 200) 11개가 도시되어진다. 두 세트의 릴 공급 모듈(reel feed module, 220)이 제공되며, 이중 하나는 데카르트, SCARA 또는 인간형 로봇을 포함한다. 또한, 세 개의 블랭크 전달 모듈(blank delivery module, 230)이 카드 또는 플라스틱 블랭크(plastic blank)를 공정 속으로 전달하기 위하여 제공되며, 가열접착 또는 냉각접착 스테이션이 세 개의 플렉시블 로봇 모듈(flexible robot module)에서 제공된다.

로봇 a)를 가지는 플렉시블 모듈(flexible module)은 호퍼로부터 충진된 포켓(filled pocket)을 도 1의 강성 단부캡 케이스 충진 모듈로 전달하는 모듈에 상응한다. 로봇 b)를 포함하는 플렉시블 모듈(200)은 호일 전달 모듈(foil delivery module)로부터 전달된 호일(foil)이 콜레이션 둘레에서 감겨지는 호일 감김 스테이션(foil wrapping station)이다. 블랭크 피더 모듈(blank feeder module)에서, 내부 면(inner face)은 프레임이 접착되어지는 로봇 c)와 d)에 의해서 전달되어지고 취급되어지며, 모듈 하우징 로봇 e)로 통과되어진다. 상부 및 몸체 블랭크 피더(blank feeder)는 로봇 f)와 g)를 통해서 블랭크를 제공하는 상기 모듈의 한쪽 면 상에서 배열되어진다. 모듈 하우징 로봇 g)에서, 상부 블랭크 상의 탭(tab)및 내부 리드(inner lid)들은 가열 접착 유닛(hot glue unit)을 이용하여 접착되어지고, 중심 모듈에서 Z 평면 폴드는 블랭크 조립체 내에서 만들어진다. 부분적으로 접혀진 블랭크는, 냉각 접착 어플리케이터(cold glue applicator)를 이용한 마감 밀봉(final seal), 측면 폴드(side fold) 그리고 단부 턱(end tuck)들이 만들어지는 모듈 하우징 로봇 h)로 통과되어지며, 추가적인 스테이션에서 팩(pack)들은 텍스 스탬프 어플리케이터(tax stamp applicator)로 통과되어진다. 로봇 I) 모듈은 팩에 날짜 코드(date code)의 적용을 취급하며, 감겨지기 이전에 팩의 건조를 또한 취급한다. 다음으로 팩은 셀로판 래퍼(cellophane rapper)와 티어 테이프 어플리케이터 스테이션(tear tape applicator station)과 인터페이스하고 팩의 감김(wrapping)을 취급하는 로봇 j)로 통과되어진다. 마지막으로 로봇 k)는 최종 팩이 단부 슈트로 마지막 분배되기 이전에 감겨진 팩의 조절과 가열을 한다.

전술한 기재내용으로부터, 포장 구성이 무엇이 선택되던지 간에, 팩은 물품 주위에서 형성되어진다. 비록 단계의 필요성이 포장되어지는 물품의 성질에 따라서 다를지라도 물품은 만일 요구된다면 요망 콜레이션으로 형성되어질 수도 있다. 물품 둘레에서 팩(pack)의 형성은 팩의 형태가 무엇으로 만들어지던지 간에 발생한다. 따라서 도 11의 실시예에서, 카드보트 블랭크(cardboard blank)가 이용되어졌다. 이러한 것들은 전체적으로 또는 부분적으로 팩(pack)으로 수행되어지는 않지만, 물품 둘레에서 제 위치에 형성되어진다. 이러한 팩 형태로의 접근은 포장 시스템의 재구성가능성이 더욱 용이하게 얻을 수 있도록 한다. 물품 둘레에서 팩(pack)을 형성하는 동일한 접근은 팩의 성질에 관계없이 취해진다.

본 발명의 실시예들은 저용량 생산을 가능하게 하면서, 하나의 팩 조립체로부터 다른 것으로의 변경을 더욱 신속하게 하는 것으로 이해되어진다. 물품 둘레에 팩(pack)을 형성하고 재구성가능한 모듈들을 이용함에 의해서, 시스템은 관련된 비용을 매우 절감하면서, 수개월 보다는 수주(week)의 문제로 하나의 팩으로부터 다른 것으로의 생산을 전환할 수도 있다.

도 1과 도 11에서 기술된 모듈의 두 개의 구성은 단지 가능한 구성의 두 개의 실레이다 본 발명은 이러한 또는 다른 구성으로 제한되는 것은 아니며, 요망 포장 공정을 형성하는 모듈의 재구성가능성에 있다. 본 발명은 다음의 특허청구범위의 범위에 의해서만 제한되어진다.

Claims (23)

1. 팩(pack) 내에서 물품을 포장하기 위한 포장 시스템(packing system)에 있어서:

   서로 다른 포장 요구조건들을 위해서 재구성될 수 있는 다수의 상호연결된 모듈들; 및

   모듈의 조정 제어(coordinating control)를 제공하기 위한 시스템 컨트롤러(system controller)을 포함하며,

   각각의 모듈들은,

   포장공정(packaging process)의 일부를 수행하기 위한 공구(tooling); 및

   공구(tooling)에 의해서 수행되는 포장공정(packaging process)의 일부를 제어하고, 인접한 모듈들의 컨트롤러와 인터페이스하기 위한 모듈 컨트롤러(module controller)를 포함하며,

   모듈들의 일부 또는 전부는 모듈들 사이에서 물품들을 이동시키기 위한 전달 로봇(robot)을 포함하는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
2. 제 1 항에 있어서, 모듈들은,

   포장공정(packing process)을 수행하기 위한 포장 로봇을 포함하는 하나이상의 모듈,

   릴-공급 재료(reel-fed material)들을 전달하기 위한 하나이상의 모듈,

   포장하는 블랭크(blank)를 전달하기 위한 하나이상의 모듈, 및

   포장(package)들을 접착하기 위한 접착 스테이션(gluing station)을 포함하는 하나이상의 모듈

   중에서 하나이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
3. 제 1 항에 있어서, 모듈 컨트롤러는 모듈의 전달 로봇 또한 제어하며, 첫 번째 모듈의 모듈 컨트롤러는 첫 번째 모듈과 두 번째 모듈 사이의 베이(bay)로 물품들을 움직이기 위한 소프트웨어를 포함하며, 두 번째 모듈의 모듈 컨트롤러는 베이(bay)로부터 물품을 선출(pick)하거나 베이(bay) 내에 물품을 위치시키기 위한 소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
4. 제 3 항에 있어서, 포장되어지는 물품들은 캐리어 상에 장착되어지고, 물품들과 캐리어는 첫 번째 모듈에서 베이(bay)로 이동되어지고 두 번째 모듈에서 베이(bay)로부터 이동되어지는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 첫 번째 및 두 번째 베이(bay)를 포함하며, 물품은 첫 번째 모듈 공정으로부터 첫 번째 베이(bay)에 위치되고, 첫 번째 모듈 제어 시스템의 제어 하에서 두 번째 베이(bay)로 이동되어지며, 첫 번째 베이(bay)로 뒤로 이동되어지고, 두 번째 모듈 공정으로 전달되어지는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 모듈들 사이에서 물품들을 이동시키기 위한 소프트웨어는 물품 상태(article state)와, 액세스 요청(access request) 및 액세스 승인(access granted)을 포함하며, 액세스 요청과 승인된 상태는 록아웃(lockout)이 인접한 모듈들 사이에서 설정되어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 인터페이스(interface)는 각각의 모듈과 모든 인접한 모듈들 사이에서 한정되어져서 각각의 모듈과 인접한 모듈들 사이에서 물품의 움직임을 한정하게 되는 것을 특징으로 하는 포장 시스템(packing system).
8. 포장 시스템(packing system)을 형성하기 위한 한 세트의 재구성가능한(reconfigurable) 모듈에 있어서, 모듈들은 상호연결되어지며, 포장공정(packing process)의 일부를 수행하기 위한 제거가능한 공구를 가지며, 모듈들의 일부 또는 전부는 모듈들 사이에서 물품을 전달하기 위한 로봇(robot)을 포함하며, 각각의 모듈들은 모듈에 의해서 수행된 포장공정의 일부를 제어하고 모듈과 인접한 모듈들 사이에서 물품을 전달을 조정하기 위한 모듈 컨트롤러(module controller)를 가지는 것을 특징으로 하는 한 세트의 재구성가능한 모듈.
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