ES2309794T3 - Sistema de empaquetado modular. - Google Patents

Abstract

Un sistema de empaquetado para empaquetar artículos en un paquete, que comprende una pluralidad de módulos, caracterizado porque los módulos (60, 62, 100, 200) están interconectados, comprendiendo cada módulo las herramientas (70) para realizar una parte del procedimiento de empaquetado, y al menos algunos de los módulos comprenden un robot (70, 110) para mover artículos entre módulos.

Description

Sistema de empaquetado modular.

Esta invención se refiere a máquinas modulares para empaquetar artículos. Está relacionada particularmente con máquinas modulares que requieren ser configuradas de vez en cuando al cambiar los requisitos del producto que se empaqueta.

En la industria del tabaco, los cigarrillos normalmente acabados se suministran a una máquina empaquetadora en la que son configurados formando grupos y empaquetados alrededor de la agrupadora. Un cierto número de diferentes tipos de empaquetado pueden ser aplicados, por ejemplo, un paquete duro o un paquete blando. El proceso de empaquetar es complejo e implica un cierto número de operaciones realizadas secuencialmente. Estas pueden incluir: manipulación de la cartulina, marcación, corte, plegado y encolado, manipulación de láminas, envuelta de celofán y encolado.

Una máquina de empaquetar es una inversión importante para un fabricante. No obstante, altas velocidades de fabricación y largas series de empaquetado hacen las líneas de empaquetado económicas.

La fabricación eficiente y económica de limitadas cantidades de paquetes de cigarrillos, por ejemplo, de algunos miles de paquetes, puede ser un desafío. Por ejemplo, donde una nueva forma de agrupación de cigarrillos ha de ser ensayada es antieconómico instalar una línea de empaquetado dedicada a ese diseño, pues si no se sigue con el diseño la línea llegará ser redundante. Consecuentemente, las pequeñas cantidades de paquetes de cigarrillos tienden a ser ensamblados, al menos parcialmente, a mano. Sería más rentable la posibilidad de producir mayores series, por ejemplo, series que impliquen algunos millones de paquetes.

Aunque se pueden fabricar máquinas de empaquetado de volumen relativamente pequeño que pueden ser reconfiguradas con diferentes diseños de empaquetado, el procedimiento de reconfiguración es de por sí muy lento y muy caro.

El documento WO-A-00/44621 describe un sistema de empaquetado de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

El objeto de la presente invención es resolver los problemas expuestos anteriormente y proporcionar una solución a las líneas de empaquetado que facilite la reconfiguración para atender diferentes necesidades de empaquetado.

Resumiendo, la invención se refiere a un sistema de empaquetado que comprende una pluralidad de módulos. Los módulos pueden ser reconfigurados y añadidos o sustraídos para diferentes montajes de empaquetado. Los artículos son movidos generalmente entre módulos mediante robots bajo el control de los controladores de módulos. Cada módulo tiene su propio controlador. El término artículo se refiere a los artículos que se han de empaquetar o a aquellos artículos y a una parte o la totalidad de los de empaquetamiento que se forman alrededor de los artículos en el procedimiento de empaquetado.

Más concretamente, se proporciona un sistema de empaquetado para empaquetar artículos en un paquete, que comprende una pluralidad de módulos interconectados, comprendiendo cada módulo las herramientas para realizar una parte del procedimiento de empaquetado, y al menos algunos de los módulos comprenden un robot para mover los artículos entre módulos.

Preferiblemente, al menos uno de los módulos comprende un robot para realizar un procedimiento de empaquetado.

Las realizaciones de la invención tienen la ventaja de que puede ser proporcionado un sistema de empaquetado de capacidad relativamente baja que puede ser reconfigurado rápidamente y a bajo coste en comparación con las líneas o máquinas de empaquetado de la técnica anterior. Un sistema que incorpora la invención puede ser reconfigurado de una configuración de empaquetado de cigarrillos en otra en un par de semanas. Esto es significativamente mejor de lo que es posible en cualquier sistema de la técnica anterior en el que una reconfiguración, en caso de que fuese posible, requeriría varios meses. Incluso entonces, el término reconfiguración no sería completamente adecuado pues el sistema reconfigurado sería en gran parte un sistema reconstruido. Existe una economía muy grande en el gasto asociada con la capacidad para reutilizar módulos y para conmutar los paquetes que son fabricados por el sistema muy rápidamente.

Esta facilidad de la reconfigurabilidad hace práctico y económico producir un texto que aparezca en el orden de millones de paquetes en lugar de en los millares producidos usando el empaquetado manual en la actualidad.

Preferiblemente, los robots realizan algunos de los procedimientos de empaquetado y mueven artículos o artículos y portadores de artículos entre módulos. Los artículos movidos pueden ser artículos reales para ser empaquetados, artículos parcial o totalmente empaquetados, o un elemento de empaquetamiento.

En una realización preferida de la invención, el empaquetamiento se efectúa alrededor de los artículos que han de ser empaquetados. Esto contrasta con las disposiciones de la técnica anterior en la que el empaquetado se configura, al menos parcialmente, aparte de los artículos que han de ser empaquetados. La configuración del empaquetado alrededor de los artículos es ventajosa pues facilita la reconfigurabilidad del sistema de empaquetado. Por tanto, la misma solución puede ser adoptada, por ejemplo, con un paquete configurado de tapas extremas de plástico duro y una de envoltura como se hace para paquetes vacío de cartón más complejos. El paquete de cartón no se realiza sino que se configura alrededor de los artículos.

Preferiblemente, los robots pueden ser robots SCARA, Cartesianos o antropomórficos. Los robots pueden tener un cierto número de grados de libertad que permita el movimiento en los ejes X, Y, Z y posibles grados rotacionales de libertad. Aunque todos estos grados de libertad pueden no ser necesarios en una operación de empaquetado dada, los robots son parte de un sistema que puede ser reconfigurado y la provisión de un gran número de grados de libertad aumenta la configurabilidad de los módulos para otras operaciones de empaquetado.

Preferiblemente, se proporciona un cierto número de tipos de módulo diferentes. Los módulos flexibles pueden incluir un robot e incluir una placa de base sobre la cual esté montada una herramienta concreta. Donde se incluye un robot, la cabeza accionadora del robot puede incluir también herramental concreto de procedimiento. Los módulos de alimentación devanados proporcionan materiales de alimentación devanados tales como, envoltura, papel metalizado, y el etiquetado que ha de ser introducido en el procedimiento, y los módulos de suministro permiten que impresos tales como impresos de cartulina sean suministrados al sistema. Cualquiera de estos módulos puede incluir un robot. Algunos o todos los tipos de módulo pueden ser incluidos en una configuración dada.

Preferiblemente, cada módulo incluye, un controlador de módulo para controlar los sensores y accionadores de módulo. Preferiblemente, donde está presente, el controlador de módulo controla también el robot de módulo. Esta solución para el control incrementa la flexibilidad de la solución modular. Por ejemplo, cuando los movimientos de un robot tienen que ser cambiados para un nuevo procedimiento, un tema relativamente simple es reprogramar ese robot para definir sus movimientos y acciones con respecto a los módulos adyacentes.

El sistema de control de cada módulo preferiblemente interconecta también con el sistema de control de los módulos adyacentes, permitiendo la transferencia de artículos entre módulos que han de ser controlados por los mismos módulos y no por un controlador de sistema global. Esto incrementa de nuevo la flexibilidad.

Preferiblemente, un módulo tiene un conjunto de estaciones, o posiciones a las cuales los artículos, que pueden estar sobre un portador, pueden ser movidos para la transferencia a un módulo adyacente. El software de interfaz controla el movimiento entre los procedimientos de módulo y las bahías o emplazamientos ocupados por ambos portadores con artículos y devolviendo los portadores vacíos. Preferiblemente ambos, los sistemas de control de los módulos adyacentes están implicados en una transferencia entre módulos.

Preferiblemente, el software de sistema de control dirige el movimiento entre módulos mediante la utilización de un indicador de estado del producto, que indica la presencia o ausencia de artículos, un estado de solicitud de acceso, que indica una solicitud al producto de acceso mediante un módulo cuando el estado de productos indica que el producto está presente, y un estado garantizado de acceso indicando que el robot para un módulo tiene acceso a los artículos para recoger los artículos o a un portador para colocar los artículos. Esta solución de control evita colisiones entre robots de módulos adyacentes.

La reconfiguración del sistema de empaquetado modular que incorpora la invención es particularmente indicada para empaquetar artículos en forma de barra, tales como cigarrillos, pero puede ser usada también para empaquetar otros artículos.

La invención proporciona también un conjunto de módulos que pueden ser reconfigurados para efectuar una configuración del sistema de empaquetado, estando interconectados los módulos y teniendo cada uno herramental desmontable para realizar una parte del procedimiento de empaquetado, incluyendo al menos una pluralidad de los módulos un robot para la transferencia de artículos entre módulos, teniendo cada módulo un controlador de módulo para controlar la parte del procedimiento de empaquetado realizada por el módulo y para coordinar la transferencia de artículos entre el modulo y los módulos adyacentes. Los módulos pueden ejecutar también algunos de los procedimientos de empaquetado.

Ahora se describirán realizaciones de la invención, solamente a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es una representación de la configuración del sistema de empaquetado como una serie de módulos;

la Figura 2 muestra una vista lateral de un par de módulos que incluyen un robot cada uno, que se usa en el procedimiento de la Figura 1;

las Figuras 3a) y 3b) muestran la interfaz mecánica entre módulos, que ilustra como se hacen pasar los productos entre módulos;

las Figuras 4a) y 4b) son vistas similares a las Figuras 3a) y 3b) para una doble transferencia de productos;

la Figura 5 ilustra la conectividad entre 3 módulos adyacentes;

la Figura 6 ilustra la conectividad entre 6 módulos adyacentes;

la Figura 7 ilustra la secuencia de la interfaz para una operación de recogida;

la Figura 8 ilustra la secuencia de la interfaz para una operación de colocación;

la Figura 9 ilustra la operación de recogida para una interfaz de módulo 2:1;

la Figura 10 ilustra la arquitectura de control global para todos los módulos; y

la Figura 11 muestra una configuración de módulo alternativa para un diseño de paquete diferente.

La configuración del sistema de empaquetado representada en la Figura 1 es una configuración a modo de ejemplo usada para ilustrar la naturaleza modular que puede ser reconfigurada de las realizaciones de la presente invención. El sistema de empaquetado está destinado a empaquetar cigarrillos u otros artículos configurados en forma de barra pero la invención no está limitada a empaquetar este tipo de artículos y se extiende a otros tipos de artículo, tales como sustancias alimenticias que incluyen productos de dulcería, instrumentos de escritura tales como lápices carboncillos de colores u otros artículos en forma de barra.

De modo similar, la invención no está limitada a la configuración de sistema de empaquetado particular alguno, la invención permite la reconfiguración de módulos para permitir que sean efectuados diferentes tipos de empaquetados, para diferentes tipos de artículos.

La configuración representada en la Figura 1 está destinada a empaquetar grupos de cigarrillos en un paquete que tiene tapas extremas de plástico rígido y una banda metalizada envuelta sobre los cigarrillos y sobre las bridas que penden de las tapas extremas. La banda está obturada y el aire es evacuado del paquete y sustituido por nitrógeno para preservar la frescura del producto. Los detalles de las diversas etapas del producto no son objeto de la presente invención pero es útil examinar cada parte del procedimiento en un alto nivel.

El procedimiento se proporciona para un cierto número de módulos, con el producto y los portadores siendo movidos entre portadores mediante robots servocontrolados que usan neumáticos para manipular el control. Los robots pueden incluir robots Cartesianos, SCARA y Antropomórficos. Después de describir el procedimiento de la Figura 1 detalladamente, la interfaz entre los módulos, tanto mecánica como de software se describirá para que se comprenda como puede funcionar un procedimiento de empaquetado modular. Finalmente, será examinada una configuración alternativa para ilustrar como los módulos pueden ser fácilmente reconfigurados para un diferente empaquetamiento con el coste y el tiempo grandemente reducidos.

La elección de los robots dependerá de las exigencias de la situación en la cual estos han de ser usados. Los robots Cartesiano, SCARA y antropomórficos son preferidos. Los robots SCARA (Brazo de Robot Articulado de Cumplimiento Selectivo) usualmente tienen cuatro grados de libertad y tienen dos enlaces primarios que oscilan en un plano horizontal con un eje Z de tipo de eje hueco en el extremo del brazo que proporciona movimiento vertical y rotación angular (Theta) en el plano horizontal. Los robots cartesianos son típicamente modulares, estando compuestos de una serie de deslizadores lineales que pueden ser escogidos para la longitud y carga de pago y están montados de modo que son ortogonales entre sí. Se dispone de unidades Z-Theta, que permiten el desarrollo de un robot de cuatro ejes (X, Y, Z, Theta) con una funcionalidad similar a la de un robot SCARA. Los robots cartesianos son considerados generalmente los más simples para controlar el espacio cartesiano. Los robots antropomórficos, concretamente los brazos antropomórficos articulados verticalmente tienen normalmente de cinco a seis ejes. Típicamente en un brazo de cinco ejes, un primer eje gira alrededor de la vertical; los segundo, tercer y cuarto ejes giran alrededor de la horizontal con los ejes paralelos entre si y desplazados por la longitud del enlace entre ejes; y el quinto eje es un eje de giro ortogonal a los cuatro ejes. En un brazo de seis ejes, los ejes uno, dos y tres son los mismos que en el ejemplo de cinco ejes. El cuarto eje es ortogonal al tercero, normalmente a lo largo del eje de enlace; el eje quinto es ortogonal al tercer eje y el sexto eje es un eje de giro que es ortogonal al quinto eje. Los brazos antropomórficos articulados verticalmente tienen una gran envuelta de funcionamiento particularmente en la dirección Z. Seis brazos axiales proporcionan al control de la posición y la orientación de los objetos en el espacio delantero con una gran flexibilidad.

Los cigarrillos terminados son suministrados al sistema de empaquetado y mantenidos en la tolva. En una realización preferida se usan cuatro tolvas paralelas, cada una de las cuales tiene un deslizadero de paletas de tolva paralelas para presentar los cigarrillos individualmente en un mandril de agrupación. Los cigarrillos son transferidos al mandril de agrupación mediante una barra única de empuje. Una barra de empuje se proporciona para cada tolva y las cuatro barras de empuje están enlazadas preferiblemente mediante una barra que permite activarlas juntas aunque estas puedan ser accionadas independientemente. El mandril tiene una pluralidad de orificios pasantes para definir la forma del grupo que se ha de empaquetar. Las barras de empuje empujan los cigarrillos uno por uno dentro de estos orificios pasantes para llenar los mandriles. Las barras de empuje se mueven alternativamente a lo largo del eje Z y no se mueven con respecto a las tolvas en los planos X,Y. Por el contrario, los mandriles son movidos en los planos X,Y por un robot de servomecanismo controlado para posicionarlos correctamente para la recepción de los cigarrillos.

Una vez llenos, los mandriles son movidos hacia abajo en el plano Y en cuyo momento los grupos son transferidos desde los mandriles a los huecos configurados. Dentro de los huecos configurados los cigarrillos ya no están espaciados unos de otros y están preparados para tener el paquete configurado alrededor de ellos. La transferencia a los huecos configurados se logra por medio de un conjunto de barras de empuje paralelas para cada mandril. Estos conjuntos de barras de empuje están enlazados por una barra y también se mueven alternativamente en el eje Z. Las barras están dispuestas para hacer juego con la forma del grupo en los mandriles de modo que, al moverse alternativamente, las barras son recibidas en los orificios pasantes de los mandriles, empujando los cigarrillos a través de los mandriles dentro del hueco. El robot servocontrolado garantiza que la posición del mandril lleno está alineada exactamente con los conjuntos de barras de empuje para garantizar que las barras de empuje son recibidas correctamente en los orificios del mandril. Una vez vaciados, los mandriles son devueltos a una posición próxima a las barras de empuje únicas para recibir, uno por uno, los grupos de cigarrillos siguientes.

Los huecos configurados llenos son transferidos ahora a una estación de llenado de cajetillas de tapa extrema rígida. Esto requiere que los huecos llenos sean elevados por un robot de servomecanismo y movidos a otro módulo.

Las cajetillas comprenden un par de tapas extremas rígidas cada una de las cuales tiene una falda dependiente que en posición se extiende sobre una porción de la longitud de los cigarrillos. Una de las tapas extremas incluye una tapa superior que puede ser basculada para que el usuario pueda retirar cigarrillos del paquete. Para garantizar que el contenido del paquete permanece fresco, se aplica una lámina a la abertura situada debajo de la tapa superior que puede ser basculada que se abre automáticamente al descargar la cajetilla de tapa extrema rígida y obturación de tapa giratoria. La lámina es retirada por el usuario cuando abre el paquete.

Las tapas extremas rígidas se suministran mediante un sistema de suministro de bandeja y son descargadas de la bandeja por un robot selector y suministradas a una mesa giratoria. Durante este procedimiento de suministro, las tapas extremas superiores que tienen una tapa superior que puede ser inclinada son suministradas a una estación de ensayo para que compruebe la presencia de una tapa superior que puede ser basculada sobre la tapa y entonces el robot selector orienta las tapas superiores basculantes correctamente para la presentación en la mesa giratoria. Las tapas extremas inferiores son suministradas directamente a la estación sobre la mesa giratoria. La rotación de la mesa giratoria presenta las tapas extremas superiores a un módulo de aplicación de la tapa metálica. Un robot de servomecanismo más en este módulo coloca una lámina de tapa previamente recogida por el robot de un almacén de alimentación, sobre la tapa extrema superior. La rotación de la mesa giratoria coloca las tapas extremas superiores y la tapa metálica en una estación de obturación en la que la lámina de la tapa es unida sobre la tapa extrema superior.

Un robot de servomecanismo sobre el módulo de transferencia de la cajetilla de tapas extremas rígidas recoge las tapas extremas superior e inferior de la mesa giratoria y las presenta al módulo de llenado de la cajetilla de tapas extremas rígidas. En este módulo, el grupo de cigarrillos y las tapas extremas son manipulados de modo que los cigarrillos son introducidos dentro de las tapas extremas. Desde allí un robot de servomecanismo adicional mueve el grupo y el montaje de tapas extremas a un módulo de montaje de la cajetilla de tapa extrema rígida. Este módulo interacciona con el módulo de plegado y obturación de la banda, que proporciona el módulo de montaje de la cajetilla de tapa extrema rígida con un mandril alrededor del cual se forma una envoltura de lámina metálica.

La banda se proporciona desde un rollo de banda y es transportada por medio de un montaje de rodillos de tensión a una estación de preparación y corte de la banda. La estación de preparación y corte de la banda garantiza que la banda se corta con la longitud correcta requerida para al empaquetado y luego es suministrada enfrente del módulo de plegado y obturación de la banda. El módulo de plegado y obturación de la banda, que usa un robot de servomecanismo, presenta un mandril a la banda en la salida para el módulo de preparación de la banda. La banda se sujeta en el lado del mandril y entonces el mandril y la banda se mueven a través de una unidad de plegado. Este movimiento puede ser controlado por el robot de servomecanismo o accionado neumáticamente. La banda se pliega alrededor del mandril y luego se obtura a lo largo de su longitud para formar un manguito. La obturación puede conseguirse mediante encolado o calentamiento. Preferiblemente, la banda está compuesta de un material plástico metalizado y puede usarse cualquier método de obturación adecuado.

De la estación de plegado de la banda, el mandril que tiene alrededor un manguito de banda obturado es transportado, de nuevo por un robot de servomecanismo, al módulo de montaje de la cajetilla de tapa extrema rígida, donde el mandril y el manguito están alineados con el grupo y el montaje parcial de la tapa extrema. El manguito se desliza entonces cobre el montaje. El paquete está ahora terminado, pero no es hermético al aire. Un recogedor del robot mueve el montaje terminado a una estación de obturación de la banda que obtura los extremos del manguito contra los extremos rígidos del paquete. De nuevo puede ser usado cualquier tipo conveniente de obturación aunque la obturación en caliente se prefiere actualmente. El paquete obturado se hace pasar entonces mediante un robot de servomecanismo más a una estación de carga de nitrógeno y obturación. En esta estación es evacuado aire en el paquete a través de un pequeño orificio en la tapa extrema inferior y sustituido con nitrógeno. Algún otro gas inerte podría ser usado. El orificio se obtura entonces calentando y fundiendo el plástico que lo rodea. El producto acabado incluye ahora gas a presión que será liberado con un sonido audible cuando el consumidor abra el paquete, garantizando así la frescura del producto.

Los paquetes obturados se hacen pasar entonces a una estación de etiquetado en la que puede ser fijado un etiquetado propagandístico y, finalmente, a una estación de estampación de la fecha y a una estación de descarga (no mostrada).

En el procedimiento descrito, se realizan muchas operaciones que serán comunes a cualquier tipo de montaje y llenado de paquete de cigarrillos y se realizan algunas que son particulares para el paquete de producto que se produce. Las máquinas de empaquetado de la técnica anterior, han desarrollado todas estas funciones dentro de una máquina única que conduce y controla al paso a lo largo de la longitud de la máquina. La realización de la presente invención divide el procedimiento completo en una serie de módulos discretos. Cada módulo realiza una función particular y los artículos pueden hacerse pasar de un módulo a otro módulo usando robots controlados por servomecanismos que recogen los artículos de un módulo y los transfieren a otro módulo. Los módulos pueden incluir módulos de mesa giratoria tales como el módulo de descarga, que, asimismo ejecuta una función en el procedimiento de montaje, en este caso obturando la lámina metálica a la tapa superior, también funciones para mover artículos, en este caso tapas terminadas, a posiciones en las que pueden ser recogidas por robots y suministradas a otros módulos. La naturaleza de los artículos que pueden ser transportados entre módulos diversos varía. Así pues, por ejemplo, los huecos de agrupación son transferidos desde el módulo que contiene las tolvas y los mandriles de agrupación. Estos huecos son transferidos, llenados con cigarrillos en el módulo de llenado de la cajetilla de tapa extrema rígida y devueltos vacíos al módulo de mandriles de de agrupación y tolva. El mandril de manguito de banda es transferido entre el módulo de montaje de la cajetilla de tapa extrema rígida y los módulos de preparación y plegado de la banda.

Una representación modular del sistema se muestra en la Figura 1. El sistema está compuesto de una tolva y dos tipos de módulo: los módulos flexibles 100 que pueden ser usados con o sin los robots 110; y los módulos 120 de material de alimentación de carrete que puede ser usado también con o sin robots. En la Figura 1 los módulos flexibles se indican como cajas abiertas y los materiales de alimentación de carrete mediante cajas rayadas.

Por tanto, en la Figura 1 los dos módulos 100 flexibles que incluyen robots corresponden a un módulo a) responsable de la fijación de las láminas de tapa, y un módulo b) responsable de la fijación de materiales propagandísticos. Los dos módulos 120 de alimentación de carrete sin robots corresponden a las estaciones de suministro de banda y de preparación de banda. Las cajas 130a) y 130b) no sombreadas corresponden a la caída de suministro de la tapa extrema rígida y al final del procedimiento, respectivamente.

Los módulos restantes comprenden módulos flexibles c) a j) que tienen robots y un módulo flexible k) que no tiene robot. El módulo 100k) es el módulo que ensambla la cajetilla de tapa extrema rígida que recibe el manguito envuelto alrededor de un mandril del módulo g) y el grupo ensamblado y la cajetilla de la tapa extrema rígida del módulo e). El módulo h) pasa el paquete ensamblado sobre el modulo i) que evacua aire y carga el paquete con nitrógeno. El módulo j) es un módulo de código de fecha y de descarga.

El módulo c) es el responsable de transferir los mandriles de agrupación desde el módulo de tolvas al módulo d) de llenado de la cajetilla de tapa extrema rígida, y el módulo f) es responsable de recibir las tapas extremas, comprobar su orientación y distribuirlas al módulo de aplicación de la lámina de tapa y al módulo de llenado de la cajetilla de tapa extrema rígida.

Por tanto, el procedimiento de empaquetado usa un cierto número de robots dispuestos sobre módulos, estando enlazados los módulos entre sí para formar una disposición de reconfiguración de módulos independientes. Se apreciará que cada módulo es portador de la herramienta concreta del procedimiento y que muchos módulos tienen también un robot SCARA, cartesiano u otro para mover producto entre módulos. El robot puede tener también herramientas concretas de procedimiento. El control del módulo es manipulado por el propio controlador del módulo bajo el control global de un controlador de sistema, y los módulos vecinos se comunican entre sí, intercambiando protocolos de acuerdos para garantizar la transferencia correcta del producto entre procedimientos de módulo. El producto puede estar configurado, total o parcialmente en forma de artículo, o una combinación de esos artículos y portadores.

En la reconfiguración, el herramental concreto del procedimiento ha de ser cambiado pero los módulos pueden ser reconfigurados de cualquier manera deseada. Las operaciones realizadas por los robots diferirán, y se requerirá la reprogramación. No obstante, la manera en la que los módulos interaccionan permanece sin cambios.

Por tanto, el sistema de empaquetado comprende una pluralidad de módulos. Estos módulos pueden ser dispuestos y redispuestos en diferentes configuraciones. Cada módulo puede funcionar por si mismo y el software del sistema divide la funcionalidad de control en rutinas. Uno de los aspectos importantes de ese tipo de solución es definir las interfaces entre los módulos. Las interfaces de control reflejan las interfaces mecánicas que pueden cambiar de configuración a configuración. En el ejemplo descrito, fueron usadas mesas giratorias para evitar robots cruzando dentro de los espacios de otros.

La Figura 2 muestra una conexión ilustrativa y esquemática entre dos módulos 60, 62. Cada módulo comprende un bastidor 64 de base dentro del cual está alojado un sistema 66 eléctrico y de control. Los módulos son independientes unos de otros y están sometidos a un controlador de sistema global. No obstante, el funcionamiento de cada módulo está controlado por el propio módulo. Una placa 68 de base está montada sobre el bastidor de base. Por conveniencia, las placas de base están dispuestas a una altura común para facilitar la transferencia de producto de módulo a módulo. Un robot 70 está montado sobre cada placa de base y es responsable de la manipulación del producto, o producto sobre un portador, tal como los huecos de grupos, y para transferir el producto, o producto y portador, entre módulos de la manera que se describirá.

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No todos los módulos incluyen robots. Por ejemplo, el módulo de montaje de la cajetilla de tapa extrema rígida en la Figura 1 es un módulo que interconecta con otros tres módulos cada uno de los cuales tiene robots que mueven producto y portadores a y desde el módulo de montaje de cajetillas de tapa extrema rígida. El último módulo no requiere un robot por sí mismo.

Los módulos transportan cada uno una placa inferior 72 sobre la cual está montado el herramental 74 específico de empaquetado y accionamiento y los robots, actuando de modo similar, transportarán también cada uno y empaquetarán el herramental específico que depende de la tarea que han de ejecutar. Los módulos están conectados juntos para el control 76, la seguridad 78, la potencia 80 y los neumáticos 82.

Para poder manejar todas las disposiciones posibles de los módulos, han de ser definidas las interfaces mecánicas siguientes entre los módulos:

Interfaz mecánica de transferencia única, en la que se transfiere un producto único;

Interfaz mecánica de doble transferencia;

Interfaz mecánica de transferencia cuadruple.

Un ejemplo de la interfaz mecánica de transferencia única se muestra en la Figura 3. En esta transferencia, un producto único y/o portador es recogido y movido de un módulo a otro. Hay dos variantes básicas. En la primera variante, un portador y un producto se hacen pasar hacia delante y el portador vacío se hace retroceder. Un ejemplo de esta variante es la transferencia del hueco configurado lleno desde el módulo de la tolva al módulo de llenado de la cajetilla de tapa extrema rígida en la configuración de la Figura 1. La segunda variante es aquella en la que solamente el producto se hace pasar hacia delante. Aquí no hay portador. Un ejemplo de esta es el paquete terminado después de la aplicación del manguito que es transferido a la estación de obturación de red desde la estación de montaje de cajetilla de tapa extrema rígida. Desde el punto de vista de la interfaz, la segunda variante puede ser considerada como un sujeto de la primera variante.

Por tanto, haciendo referencia a la Figura 3, en ella se muestran las operaciones en la transferencia de un portador y un producto como un primer módulo M a un segundo módulo N. La Figura 3a muestra las operaciones que se producen en el módulo M y la Figura 3b muestra las operaciones que tienen lugar en el Módulo N. La caja vacía representa una posición vacía; una caja llena representa el portador, por ejemplo un mandril, o un hueco; y una caja rayada representa el producto. La interfaz usa dos bahías en las que el producto y/o portador pueden estar posicionados.

Inicialmente, el portador está en la bahía 2 y la bahía 1 está vacía. El módulo M termina entonces su transacción (i) poniendo el portador y el producto en la bahía 1 (flecha 1 en la Figura 3a); (ii) moviendo la bahía 2 (flecha 2) y entonces (iii) recogiendo el producto. El robot recoge el portador vacío de la bahía 2 y mueve de nuevo el portador a su procedimiento (flecha 3). La posición se muestra ahora en la Figura 3(b) con el portador y el producto en la bahía 1 y una ranura vacía en la bahía 2. El módulo N termina entonces su transacción en tres etapas:

(i) El módulo N pone el portador en la bahía 2 (flecha 1 en la Figura 3b). - Hay que tener en cuenta que este es un portador del módulo N y no el portador del módulo M;

(ii) el portador es entonces movido a la bahía 1 (flecha 2); después de lo cual

(iii) el producto es colocado sobre el portador y ambos son recogidos por el módulo N para su procedimiento (flecha 3).

En ambos casos, el producto y/o el portador son recogidos por robots bajo el control de los módulos individuales.

La doble interfaz de mecanismo de transferencia es una prolongación de la interfaz de transferencia única de la Figura 3 y se muestra en la Figura 4. En esta transferencia, un par de productos son recogidos y movidos, al mismo tiempo, de un módulo a otro. Como con la interfaz de transferencia única hay dos variantes básicas. En la primera, un portador y el producto son transportados hacia delante y un portador vacío pasado debajo. En la segunda, solamente el producto se pasa hacia delante. De nuevo la segunda variante es un subconjunto de la primera. La manera en la que esto se ejecuta se muestra en la Figura 4. Asimismo como muestra la secuencia de movimientos, la configuración permite la posibilidad de que un producto en un par de productos pueda ser defectuoso y marcado para ser rechazado.

Por tanto, haciendo referencia a la Figura 4, en ella se muestran dos productos en lugar de un portador en el Módulo M y han de ser movidos uno por uno, mediante el módulo N. Se proporcionan dos bahías para cada uno de los pares de producto/portador, mostradas como bahías 1a y 1b, 2a y 2b. En el inicio, el portador está en la bahía 2 y la bahía 1 está vacía. El módulo M termina su doble transacción poniendo el portador y el producto en las bahías 1a y 1b, moviéndolos a la bahía 2, y recogiendo entonces los productos. Los robots recogen los portadores de las bahías 2a y 2b y los devuelven al procedimiento. Estos portadores están vacíos.

El módulo N termina entonces las transacciones secuenciales. En primer lugar, un portador es colocado por el procedimiento en la bahía B1 (flecha 1 en la Figura 3b). Entonces, el robot es movido a la bahía A1 (flecha 2) y el robot recoge el portador y su producto y lo devuelve al módulo para realizar su procedimiento (flecha 3). El módulo entonces termina su segunda transacción poniendo el portador de la bahía B2 usando el robot (flecha 4); moviendo el robot a la bahía A2; (flecha 5); y recogiendo entonces el portador y el producto con el robot y moviéndolos de nuevo al Módulo N para que realicen su procedimiento.

Es posible que uno o ambos de los productos puedan ser rechazados debido a un defecto detectado. En ese caso, cuando ambos productos son rechazados por el Módulo M, el Módulo N simplemente pierde un ciclo. Cuando es rechazado solamente un producto por el Módulo M, habrá un portador vacío, por tanto el Módulo N solamente realiza el procedimiento de transferencia una vez.

Las Figuras 5 y 6 muestran varias interconectividades típicas entre los módulos. En estas figuras, I/F se refiere a la interfaz. El software que controla un módulo tiene que soportar la interfaz mecánica. En los ejemplos anteriores, hemos considerado la transferencia de artículos, con o sin un portador, de un módulo a otro módulo adyacente. No obstante, puede haber más de una interfaz de entrada para un módulo y más de una salida. Como las interfaces son genéricas, cualquier módulo puede ser capaz de entenderse con el mayor número de entradas y salidas. En la práctica, los módulos pueden ser de cuatro caras en planta. Estas comprenden una superficie de trabajo sobre la cual se montan los componentes. La superficie de trabajo se monta sobre la parte superior de un armario que aloja los circuitos de control y eléctricos para el módulo. Desde un punto de vista práctico esto es solamente factible para que un módulo interaccione con otros tres módulos, permitiendo así que un lado del módulo sea usado para conseguir acceso al armario. Como mínimo debe ser posible abrir la puerta del armario.

La Figura 5 muestra un módulo N con dos alimentaciones interiores, una alimentación exterior y una interfaz de supervisión. Esto requiere un total de cuatro interfaces.

En la Figura 6, el Módulo S tiene dos alimentaciones interiores de corriente principal de dos pistas gemelas y una alimentación lateral. Por tanto el módulo S tiene tres alimentaciones interiores, el módulo M tiene dos alimentaciones exteriores y cada módulo tiene una interfaz de supervisión. Se ha de tener en cuenta que la disposición en la Figura 5 rompe la exigencia física de de usar las cuatro caras del módulo. Por tanto, es prudente para la estructura de interfaz del módulo estar diseñada para tres corrientes de alimentación interior, dos corrientes de alimentación de salida y una interfaz para el sistema de supervisión.

La Figura 7 ilustra el apretón de manos (o comunicación) básico para una elección entre dos módulos. Un módulo que tiene una segunda entrada lateral aplica meramente esta interfaz. En la Figura 7 se muestran tres estados: "producto presente"; "acceso solicitado"; y "acceso garantizado". El estado del producto está vacante hasta que el Módulo M presenta el producto. El estado conmuta entonces a alto indicando que el producto está presente para solicitar una elección de producto. El estado de la solicitud de acceso va entonces alto, solicitando un bloqueo mediante el Módulo N y el estado garantizado de acceso va alto, garantizando el bloqueo mediante el Módulo M. El producto se recoge entonces. A la terminación, el módulo N establece el estado de producto de nuevo en vacante, la solicitud de acceso va baja para liberar el acceso mediante el Módulo N y el estado garantizado de acceso es liberado en respuesta.

La Figura 8 muestra un acuerdo o comunicación similar para la colocación del producto. Los mismos tres estados: producto, solicitud de acceso local y acceso local garantizado están presentes, no obstante, el estado de producto puede moverse a través de cuatro niveles: vacante, solicitud de RPC (Llamada de Procedimiento Remota, un mecanismo genérico que le permite a un módulo invocar una acción mediante un módulo adyacente), RPC garantizada y producto envejecido. Un producto envejecido es uno al que se le permitió enfriarse o adherirse para fraguar durante un periodo de tiempo, el tiempo de envejecimiento.

Inicialmente, el estado del producto está vacante. Una solicitud de acceso local mediante el Módulo M origina que el estado de la Solicitud de Acceso Local vaya alto, solicitando un bloqueo. El estado de LAC (Acceso Local Garantizado) va entonces alto garantizando el bloqueo al Módulo M. Un producto se coloca entonces mediante el Módulo N, cambiando el estado de producto de "vacante" a "RPC solicitada"; y ejecuta la RPC, por ejemplo, activando el bloqueo, y establece el estado de producto en RPC terminada. Ahora el robot M puede ser liberado mientras se inicia el envejecimiento. El módulo M ve el estado de "RPC terminada" y establece "Solicitud de Acceso" baja para liberar el acceso mediante el Módulo N. El estado de "Acceso garantizado" es liberado entonces en respuesta. En paralelo con la solicitud de acceso local y las señales garantizadas yendo bajas, la interfaz ve "RPC terminada" y después de un tiempo de envejecimiento establece el estado del producto en "Producto Envejecido".

La Figura 9 muestra la interfaz para un módulo que comunica con otros dos módulos M y N. El producto de M va alto para solicitar una elección de M y las formas de onda a)-g) que representan respectivamente: a) el estado de producto entre los módulos M a P; b) el estado de producto entre los módulos N y P; c) el estado de bloqueo entre los módulos P a M; d) el estado de bloqueo entre los módulos P a N; e) el estado bloqueado entre los módulos P a N; f) el estado bloqueado entre los módulos N a P; y g) la elección del producto mediante el módulo P de M.

La forma a) de onda del producto irá baja hasta que el módulo M presente el producto. La forma a) de onda del producto irá entonces alta para solicitar una elección desde Módulo M y el bloqueo de la forma c) de onda irá alto solicitando un bloqueo mediante el Módulo P. La forma e) de onda de bloqueo va alta para garantizar el bloqueo mediante el módulo M a P en paralelo, la forma de onda del producto N(b) va alta mientras el producto está disponible. Esto es ignorado por el Módulo P que está ya negociando con el Módulo M. La forma g) de onda de recogida va entonces alta para indicar la recogida mediante el módulo P y la recogida y bloqueo (forma c) de onda) va baja para indicar que el producto ha sido recogido por el Módulo P. El módulo P ve ahora el producto de N y establece formas d) de onda de bloqueo altas solicitando el bloqueo. El procedimiento se repite entonces para la negociación entre los módulos P y N. Si ambos módulos lo intentan y bloquean simultáneamente, se usa un algoritmo de arbitraje. Este podría simplemente seleccionar siempre el Módulo N. El módulo perdedor verá que el producto único va bajo y restablecerá su interfaz esperando el producto siguiente.

Las interfaces de multiposición son deducidas de la misma manera que se describe anteriormente con la adición del concepto de bahía descrito con respecto a la interfaz del mecanismo. Cuando se solicita el acceso, las rutinas de la interfaz pueden especificar una bahía concreta o tener bahía = 0 para devolver cualquier número de bahía libre, para un funcionamiento local, o cualquier número de bahía ocupado, para una operación de recogida para indicar que posición puede ser usada. Si una interfaz no puede especificar un número de bahía válido, el número devuelto es cero indicando que la solicitud no puede ser satisfecha.

La Figura 10 muestra la arquitectura global del software para un sistema de empaquetado modular que incorpora la invención. Aunque como se describe, cada módulo es autocontrolado e interacciona con módulos vecinos como se describe, el sistema completo es controlado mediante un sistema controlador. El movimiento de producto y portadores, de módulo a módulo, se realiza preferiblemente mediante robots, por ejemplo como proporcionan las Adept Tecnologies Inc. Al menos algunos de los módulos incluyen un controlador de robot Adept^{TM} bajo el control del controlador central que es responsable de las funciones de coordinación.

Por tanto, un proceso de empaquetado puede ser ejecutado por un cierto número de módulos individuales que pueden estar cada uno configurado para que realice una función e interaccione con módulos adyacentes de la manera expuesta. Los módulos pueden ser reconfigurados, y añadidos módulos adicionales, o módulos denominados de nuevo para que se adapten a diferentes técnicas de empaquetado.

La Figura 11 muestra un ejemplo de reconfiguración de módulos. Muchos otros son posibles. La Figura 11 ilustra como los módulos de la Figura 1 pueden ser reconfigurados para formar un procedimiento de empaquetado para un tipo de paquete muy diferente, un paquete de cartón en este caso. El proceso de la Figura 11 es más complejo, exigiendo más módulos. No obstante, puede ser configurado mediante la redisposición de los módulos de la Figura 1 incluyendo sus robots, junto con la adición de más módulos. Esta solución contrasta con los empaquetados convencionales que usan engranajes, correas, levas, enlaces y correas para producir sistemas de alta velocidad muy fiables. La presente solución maneja los productos usando neumáticos, robots y bajo el control de servomotores para obtener una solución muy flexible, que puede ser configurada y programada para la construcción de procedimientos de empaquetado que es ideal para una producción de bajo volumen.

La tolva puede ser la misma que se usa en la realización de la Figura 1 y los cigarrillos se transfieren a huecos de agrupación por medio de mandriles de agrupación. Las configuraciones de los orificios en los mandriles, y la forma del hueco de agrupación pueden ser de forma diferente a los de la realización de la Figura 1. No obstante, esto se manipula fácilmente ajustando la programación del robot que controla la posición del mandril. El sistema es controlado desde el mismo módulo de servicio y HMI como la realización de la Figura 1.

Por tanto, en la Figura 11 se ilustran los módulos 200 flexibles, once de los cuales incluyen robots Cartesianos, SCARA, o Antropomórficos, a) a k). Se proporcionan dos conjuntos de módulos 220 de alimentación de carretes, uno de los cuales incluye un robot Cartesiano, SCARA, o Antropomórfico. En adición se proporcionan tres módulos 230 de suministro de impresos para suministrar tarjetas o impresos plastificados en el procedimiento y estaciones de encolado en caliente o en frío en tres de los módulos de robot flexibles.

El módulo flexible que tiene el robot a) corresponde al módulo que transfiere los huecos llenados desde la tolva al módulo de llenado de la cajetilla de tapa extrema rígida en la Figura 1. El módulo flexible 200 que incluye el robot b) es una estación de envoltura de lámina metálica en la cual la lámina suministrada desde los módulos de suministro de lámina es envuelta alrededor de la agrupación. En un módulo alimentador de impresos, una cara interior es suministrada y manipulada por los robots d) y c) donde el bastidor es encolado y pasado sobre el robot e) de alojamiento de módulo. Alimentadores de impresos superior y de cuerpo están dispuestos a cada lado de este módulo suministrando impresos por medio de los robots f) y g). En el robot g) de alojamiento de módulo, son encoladas las lengüetas y las tapas interiores sobre el impreso superior usando una unidad de encolado en caliente y en el módulo de centro se fabrica un plano Z plegado en el montaje del impreso. El impreso parcialmente plegado se hace pasar al robot h) de alojamiento de módulo en el que se efectúan alforzas extremas, pliegues laterales y la obturación final usando un aplicador de cola fría y en una estación adicional los paquetes se hacen pasar a un aplicador de timbres fiscales. El módulo del robot l) maneja la aplicación de un código de datos al paquete y también el secado del paquete antes de que sea envuelto. El paquete se hace pasar entonces al robot j) que interconecta con una estación de aplicador de cinta de desgarre y de envoltura de celofán y efectúa la envoltura del paquete. Finalmente, el robot k) es responsable del control y el calentamiento del paquete envuelto antes de la dispensación final de los paquetes terminados a lo largo de una caída extrema.

En la descripción anterior se comprenderá que cualquiera que sea la configuración del paquete elegida, el paquete se forma alrededor de los artículos. Los artículos pueden primero, si se requiere, ser configurados, formando un grupo deseado aunque la necesidad de esta operación dependerá de la naturaleza de los artículos que se empaquetan. La formación del paquete alrededor de los artículos se efectúa sin que importe el tipo de paquete que se fabrica. Por tanto, en la realización de la Figura 11 se usan hojas de cartón. Estas no son preconfiguradas, total o parcialmente, en forma de paquetes sino que son configuradas "in situ" alrededor de los artículos. Esta solución para empaquetar el grupo facilita la reconfigurabilidad del sistema de empaquetado. La misma solución de formar el paquete alrededor del artículo se adopta independientemente de la naturaleza del paquete.

Se apreciará también que las realizaciones de la invención aceleran grandemente el cambio de un montaje de paquete a otro, facilitando la producción de baja capacidad. Formando paquetes alrededor de los artículos, y usando módulos que pueden ser reconfigurados, un sistema puede ser conmutado de producir un paquete a otro en cuestión de semanas en vez de en meses, reduciendo grandemente el coste asociado.

Se apreciará que las dos configuraciones de módulos, descritas en las Figuras 1, y 11, son solamente dos ejemplos de posibles configuraciones. La invención no está limitada a estas o a cualquier otra configuración sino que reside en la reconfigurabilidad de los módulos para configurar un procedimiento de empaquetado deseado. La invención está limitada solamente por el alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims (23)

1. Un sistema de empaquetado para empaquetar artículos en un paquete, que comprende una pluralidad de módulos, caracterizado porque los módulos (60, 62, 100, 200) están interconectados, comprendiendo cada módulo las herramientas (70) para realizar una parte del procedimiento de empaquetado, y al menos algunos de los módulos comprenden un robot (70, 110) para mover artículos entre módulos.

2. Un sistema de empaquetado según la reivindicación 1, en el que los robots (70, 110) mueven artículos y portadores de artículos entre módulos.

3. Un sistema de empaquetado según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que al menos uno de los módulos comprende un robot (70) para realizar un procedimiento de empaquetado.

4. Un sistema de empaquetado según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que los robots son de tipo Cartesiano, SCARA o Antropomórfico.

5. Un sistema de empaquetado según las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, en el que los módulos incluyen al menos un módulo (120) para suministrar materiales alimentados de carrete.

6. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los módulos incluyen al menos un módulo (230) para suministrar impresos de empaquetado.

7. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que al menos uno de los módulos incluye una estación de encolado para encolar paquetes.

8. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que cada módulo incluye un controlador (66) de módulo para controlar las herramientas del módulo.

9. Un sistema de empaquetado según la reivindicación 8, en el que el sistema de control de los módulos incluye controladores de robots para controlar los movimientos de los robots.

10. Un sistema de empaquetado según las reivindicaciones 8 ó 9, en el que el sistema de control de cada módulo comprende software de interconexión para interconectar con el sistema de control de módulos adyacentes para mover artículos entre módulos.

11. Un sistema de empaquetado según la reivindicación 10, en el que el sistema de control del primer módulo incluye software para mover artículos a bahías entre el primer módulo y un segundo módulo, y el segundo módulo controla sistemas que incluyen software para recoger los artículos de la bahía o colocar artículos en la bahía.

12. Un sistema de empaquetado según la reivindicación 10, en el que los artículos que han de ser empaquetados están montados sobre un portador y, los artículos y el portador, son movidos a las bahías en el primer módulo y movidos desde las bahías en el segundo módulo.

13. Un sistema de empaquetado según las reivindicaciones 11 ó 12, que comprende bahías primera y segunda, en el que el producto se coloca en la primera bahía de un primer procedimiento de módulo, se mueve a la segunda bahía bajo el control del sistema de control de primer módulo, siendo movido de nuevo a la primera bahía y transferido al segundo procedimiento de módulo.

14. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el software para mover artículos entre módulos incluye un estado de artículo, una solicitud de acceso y un acceso garantizado, en el que la solicitud de acceso y el estado garantizado permiten que sea establecido un bloqueo entre módulos adyacentes.

15. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que las interfases están definidas entre cada módulo y todos los módulos adyacentes para definir el movimiento de los artículos entre ellos.

16. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los módulos (60, 62, 100, 200) pueden ser reconfigurados.

17. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los artículos que han de ser envasados son artículos en forma de barras.

18. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los artículos a ser empaquetados son cigarrillos.

19. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un controlador de sistema para proporcionar el control de coordinación de los módulos.

20. Un sistema de empaquetado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el paquete se forma alrededor de los artículos.

21. Un sistema de empaquetado según la reivindicación 20, en el que los artículos se agrupan primero formando un grupo y el paquete se forma alrededor del grupo.

22. Un conjunto de módulos (60, 62, 100, 200) que pueden ser reconfigurados para formar un sistema de empaquetamiento, caracterizado porque los módulos están interconectados y cada uno tiene herramental desmontable (70) para realizar una parte del procedimiento de empaquetado, incluyendo al menos algunos de los módulos un robot (70, 110) para la transferencia de artículos entre módulos, teniendo cada módulo un controlador (66) de módulo para controlar la parte del procedimiento de empaquetado realizada por el módulo y para coordinar la transferencia de artículos entre el módulo y los módulos adyacentes.

23. Un conjunto de módulos que pueden ser reconfigurados según la reivindicación 22, en el que al menos uno de los módulos comprende un robot (70) que realiza un procedimiento de empaquetado.