JP4500295B2 - 加工機内で薄く平らな物品を位置決めする方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工機内で、薄く平らな物品を位置決めする方法に関する。

このような機械は、特に、例えば、既に印刷されたシート等の薄く平らな物品からカートンを製造する、印刷及びパッケージング産業で使用されている。これらのシートは、機械の上流側に配置されたスタックから取出されて、挿入機により、挿入ステーション内に導かれ、次の無端チェーンドライブに規則的な間隔で連結されたクランピングバー内に位置決めされる。チェーンドライブは、種々の後加工ステーションからシートを取出す。このようなステーションは、一般に、シートを切断し、切断された廃棄物を排出し、かつ、これらのシートをスタックとして収集する。

不連続な搬送では、チェーンドライブは、各々の移動中に、シートをグリップする全てのクランピングバーが一ステーションから下流側の次のステーションに移動されるように、周期的に移動して停止する。高品質の印刷すなわち製造を望む場合、種々の連続ステーション内でのシートの位置決めは最も重要な作業である。印刷されたシートを切断すべき場合には、シートを切断ステーション内で高精度で位置決めし、かつ、切断工具（例えば平床ダイプレスの切断ブランク）が、シート上に既印刷された画像と完全に整合することを確保する注意を払わなくてはならない。

スイス国特許第６９０ ４７０号明細書（特許文献１）には、パッケージング製造プレスの製造品質を確保する装置が開示されている。この目的のため、装置は、印刷関連基準マークだけでなく、切断位置の基準として設計されたマークをも読取るように設計されたビデオカメラを有している。これらの基準マークは、クランピングバーにより保持されたシートの前方廃棄部に付されている。切断マークは、切断工具に連結された穿孔機により作られる。この穿孔機は、シートが切断されるのと同時に、シートの前方廃棄部に孔を形成する。更に下流側の他の装置は、カメラにより欠陥があると識別されたシート、すなわち印刷された画像と切断との間に許容範囲（公差範囲）を超えた離間（divergence）を有するシートにマークする。

欧州特許第４４８ ９４３号明細書（特許文献２）において、いわゆる「浮動」アタッチメントシステムにより両端部がコンベアのチェーンに連結されたクランピングバーについて参照することができる。これらのアタッチメントシステムは、各クランピングバーを、機械的なクランピングシステムにより、および、クランピングバーとチェーンドライブとの間の弾性的な浮動により、ステーションの各々で厳格に決定された位置に瞬間的に停止させかつ不動にすることができる。薄く平らな物品は、このようなシステムにより、薄く平らな物品がクランピングバー内に挿入される瞬間と、このシステムがバーをステーションの工具と完全に整合した状態に維持するのに使用できる加工ステーションの各々との両方において高精度で配置される。

しかしながら、このようなシステムは、全ての機械に適用できるものではない点で、または或る形式の機械、特に、段ボールを取扱う機械に適合できる最適システムではない点で欠点を有する。

欧州特許第１ ０４４ ９０８号明細書（特許文献３）は、挿入ステーション内で薄く平らな物品を位置決めする装置および方法に関するものである。この方法は、後方出発位置に位置する棚から、薄く平らな物品を棚上に固定する手段を係合させること、および、次に、棚上の薄く平らな物品の位置に基いてアクチュエータにより係合手段を前方に移動させることを含んでいる。この結果、薄く平らな物品の前縁部は、棚が最終的に出発位置に戻される前に、搬送装置のクランピングバーの所定クランプ位置に運ばれ、停止され、次に解放される。棚を適当距離だけ前方（必要ならば横方向または斜め方向）に移動できるようにするため、光電子手段が薄く平らな物品の位置の座標を読取り、かつ、必要な移動を行って薄く平らな物品をクランピングバー内で正確に位置決めする。

クランピングバーの最初の出発位置に基づいて薄く平らな物品をクランピングバー内で位置決めするのに最適化されるとはいえ、印刷された画像と、このような装置に適合された機械で、これらの薄く平らな物品に遂行される切断との間には、依然として、極く僅かな可視誤差が見出される。薄く平らな物品の位置が印刷関連基準マークから正確に計算されるという事実にもかかわらず存続するこれらの横方向および長手方向の誤差自体は、光電子手段により適正に読取られる。

スイス国特許第６９０ ４７０号明細書 欧州特許第４４８ ９４３号明細書 欧州特許第１ ０４４ ９０８号明細書

本発明の目的は、グリッパ部材内での薄く平らな物品の位置決めを改善するために、上記欠点の少なくとも一部を解消することにある。より詳しくは、本発明の目的は、機械の連続ステーションにおいて、これらの薄く平らな物品に遂行される種々の作業間で全く整合誤差が生じないように確保することである。

上記目的のため、本発明は、切断加工機内で薄く平らな物品を位置決めする方法に関する。すなわち、本発明は、切断加工機内で薄く平らな物品を位置決めする方法であって、前記切断加工機が、連続するステーションを通して薄く平らな物品を不連続的に引出すコンベアに属する複数のグリッパ部材内で薄く平らな物品を位置決めする挿入機を有し、前記挿入機は第一手順の後でコントローラにより制御されるようになっている方法において、各グリッパ部材について、基準位置に対するこれらのグリッパ部材の位置決め距離の変化を計算する段階と、これらの距離の変化をコントローラに記憶する段階と、グリッパ部材内での薄く平らな物品の位置決めを改善するために、前記距離の変化をコントローラの第一手順に組入れる段階とを含むことを特徴としている。

本発明の明瞭な理解は、制限を伴うことなく提供されかつ添付図面に示された実施の研究から得られるであろう。
以下の説明におけるあらゆる混乱を回避するため、用語「上流側」および「下流側」は、図面において矢印Ｄで示すような薄く平らな物品の移動方向に関して定義される。これらの薄く平らな物品は、周期的停止により中断される移動において、ほぼ機械の主軸線Ｘに従って上流側から下流側に移動する。また、形容詞「長手方向の」および「横方向の」は、この主軸線Ｘに対して定義される。

図１は、本発明の方法が適用される加工機１を示す全体的概略図である。この機械は、一連の加工ステーションを有し、これらの加工ステーションは、一般に、挿入ステーション２を備え、この後に切断ステーション３、廃棄部排出ステーション４、および、受入れステーション５が続いている。加工ステーションの数および形式は、薄く平らな物品１０に遂行すべき製造作業の複雑さに従って変えることができる。

挿入ステーション２では、物品はスタック１１に配置される。一般に、これらの薄く平らな物品は、該物品の前方ストップとしても機能するゲージ６に押付けられる。ゲージ６の底に残されたギャップにより、物品は、挿入機２０によりスタック１１の底から１つずつ取出される。この装置は、図２により詳細に示すように、各物品を、コンベア３０に属するグリッパ部材３１内に挿入する。このコンベア３０は、一般に、チェーンドライブ３２を有し、該チェーンドライブの両チェーン間には複数のクランピングバーが設けられ、クランピングバーの各々は、薄く平らな物品１０のグリッパ部材３１として作用する。

チェーンドライブ３２は周期的に移動して停止し、これにより、１回の移動中に、グリッパ部材３１が一ステーションから次のステーションへと下流側に移動する。グリッパ部材が停止する位置は、一定距離を移動するチェーンドライブにより定められる。この距離は、チェーンドライブ上の、これらのグリッパ部材の理論的ピッチに等しい。加工ステーション２、３、４、５は同じピッチで固定距離に設置され、このため、停止する毎に、グリッパ部材３１は、これらのステーションの工具に整合する。

図２を参照すると、この図面は、挿入機２０によりクランピングバーに向けて移動される薄く平らな物品１０の下流側部分を示す概略平面図である。このような挿入機は、例えば真空板２１で構成できる。この真空板２１は、スタック１１の最も下の薄く平らな物品を吸着し、該薄く平らな物品をゲージ６の下で摺動させ、かつ、薄く平らな物品をグリッパ部材３１のグリッパによりグリップされた一定位置に置く。挿入機２０の経路は、スタックの底の薄く平らな物品１０の初期位置に基づいて定められる。この位置は、ゲージ６の直ぐ下流側に配置された第一センサ７により定められる（図１）。１対のこれらのセンサは薄く平らな物品が通る平面の上方に配置し、他の対のセンサは前記平面の下方に配置するのが好ましい。この構成により、薄く平らな物品の表ページ側または裏ページ側に形成された印刷画像に整合させる印刷マーク１２（図２）の読取りが可能になる。このような基準マークは、一般に、薄く平らな物品の前端部、すなわち、グリッパ部材が薄く平らな物品をグリップするのに使用される前方廃棄部に形成される。

薄く平らな物品の初期位置が第一センサ７により検出されるやいなや、この位置は瞬時にコントローラ４０に伝達され、挿入機２０の経路を計算する。挿入ステーションでのグリッパ部材３１の理論的な停止位置が得られたならば、コントローラ４０は挿入機の移動（横方向移動、長手方向移動または斜め方向移動）のパラメータ値を計算でき、従って、挿入機は、薄く平らな物品の初期出発位置に基づいて、正確にグリッパ部材により搬送されている薄く平らな物品を前進させることができる。計算は第一手順（primary procedure）で行われ、該第一手順はコントローラ４０が挿入機２０を制御することも可能にする。

グリッパ部材３１により切断ステーション３に引出されると、薄く平らな物品は、例えば、所与の形状の複数のボックスを作ることを望む展開形状に一致するダイにより切断される。このステーション、または、１つ以上の他のステーションでは、例えば、折畳み線の圧刻、或る表面のエンボス加工、および／または、金属ストリップからのモチーフの付与等の他の作業を遂行することもできる。高品質の製品を作るには、これらの全ての作業を互いに完全に整合させて遂行すること、および、加工される薄く平らな物品が既に印刷がなされているものである場合には、印刷されている画像とも整合させることの両方が必要である。

前記第一手順の適用にもかかわらず、これらの作業と薄く平らな物品に既に印刷されている画像との間の整合誤差は依然として見出されることがある。また、このやっかいな問題は、通常、チェーンドライブが劣化し始めている場合、または、例えば、薄く平らな物品の詰まりの結果として生じる衝撃を受けた場合にも観察される。これらの整合誤差について以下に説明する。

連続する２つのグリッパ部材３１（本実施形態の場合には２つの隣接クランピングバー）間の距離は、コンベアの全てのグリッパ部材について一定かつ等しくすべきである。これは、例えば、チェーンドライブが新しい場合、または、チェーンドライブが装着される機械が新しい場合にいえることである。しかしながら、種々の理由から、この距離は時間の経過とともに変化し、或いは種々の事象に応答して突然変化することがある。この変化は不規則で、グリッパ部材間の距離を異ならせることもある。あらゆる原因を試験したところ、摩耗、衝撃またはコンベアの過大な温度変化は、このような変化の原因となることが判明した。これらが、薄く平らな物品に遂行される作業の整合性にとって有害な効果を与えるものであるにもかかわらず、このような変化は未だ全く考慮に入れられていない。

コンベアおよび／またはグリッパ部材が或る通常の摩耗レベルに到達すると、これらの構成部品は、これらが機械加工され、または、これらが組立てられたときの元の公差から非常に大きく隔たってしまう傾向を有する。チェーンドライブは、通常、伸びる傾向を有し、従ってクランピングバーの初期ピッチが変化する。しかしながら、このような欠陥は、主機械軸線Ｘに対して長手方向に生じるだけでなく、横方向、または、斜め方向にも生じる。衝撃、応力、または、大きいジャーキングは、チェーンドライブのリンクを引っ張るか、１つ以上のクランピングバーの一見したところでは感知できない変位をもたらす。

コンベア３０のグリッパ部材３１の位置決めにおける欠陥は互いに独立しているため、これらのグリッパ部材の初期基準位置に対する位置決め誤差に等しい変化を、これらのグリッパ部材の各々に割当てることは重要である。

本発明の主題を用いることにより、挿入機２０を作動させるコントローラ４０にこれらの変化を考慮に入れ、従って、システマチックエラーを矯正し、かつ、グリッパ部材の各々の内での薄く平らな物品の位置決めを改善できる。

この結果得られる位置決め方法の第一主段階は、各グリッパ部材３１について、種々の加工ステーション２、３、４、５におけるこれらの部材の位置決め距離の変化を計算することである。これらの変化は、例えばデカルト基準系での座標における既知の基準位置に対して定められる。この目的のため、図２に示すように、グリッパ部材に固定された少なくとも１つの基準点３３の位置が測定される。この読取りは、図１に示すように、少なくとも１つの第二センサ８を用いて容易に行うことができる。

この読みと基準位置とを比較することにより、位置決め距離の変化が決定される。この変化は少なくとも１つの値、好ましくは、前記デカルト座標系に関して定められた１対の値により定量化できる。この場合、基準位置は、デフォルトにより得られた元の値により同じ系内で有利に定められる。

好ましい実施形態では、前記変化の計算は、薄く平らな物品１０が加工される前の初期フェーズ中に行われる。この初期フェーズは、一般に、機械が、例えば、セットアップ中に初期化されるときに生じる。この初期フェーズ中に、コンベア３０は機械において完全に１回転するように作られ、これにより、全てのグリッパコンポーネンツ３１は、第二センサ（単一または複数）８の下を通ることができる。かくして、各グリッパ部材の位置決め距離の変化の決定は、１回だけ行われる。しかしながら、グリッパ部材の測定位置が各基準点３３の２回以上の読みの平均となるように、幾つかの冗長な読取りを行うのが有利である。このような結果は、初期フェーズ中にコンベア３０を２回以上回転させることにより得ることができる。

考えられる実施形態では、読取りは、グリッパ部材が休止しているときではなく、グリッパ部材が移動している間に行われる。この理由は簡単であり、グリッパ部材が問題とするステーション内で休止する場合には、グリッパ部材の上方に第二センサ８を設置する機械内のスペースが非常に小さくなってしまうからである。

このように、読取りが「急いで」行われる場合には、移動する部材３１の速度および加速度、正または負等の幾つかの付加パラメータを、読取りの瞬間に考慮に入れることを考えることもできる。これらの値は、グリッパ部材の慣性、および、これにより生じる弾性変形等のファクタを考慮に入れることを可能にする。この読取り値を、休止時に得られたと仮定した場合の読取り値と比較して、僅かに修正することにより、これらの付加パラメータを、切断ステーション３でのグリッパ部材３１の位置決め距離の変化の計算に組入れるのが好ましい。

本発明の方法の第二の主要な段階は、前記計算された変化を、対応グリッパ部材の各々に割当てることである。これらを割当てる１つの方法は、グリッパ部材の基準の系と相関関係をなすこれらの距離変化の値を記憶することである。このような基準系は、各グリッパ部材と他のグリッパ部材との識別および区別を行う目的を有する。この系は、相対的なものであってもよいし、或いは、絶対的なものであってもよい。相対系の場合には、コンベア３０でのグリッパ部材３１の数を知り、かつ、第二センサ８により検出すべき第一グリッパ部材から始めて、増分的にこれらの部材を数えれば充分である。絶対系の場合には、各グリッパは、当該部材に特有の永久識別数により識別できる。従って、この第二の解決法は、各部材を識別することを必要とする（これは、第一基準系では不要であり、有利である）。これらの系の一方または他方を用いることにより、各グリッパ部材について少なくとも１つの距離変化を割当て、かつ、コントローラ４０に記憶することができる。

前記方法の第三の主要な段階は、グリッパ部材の薄く平らな物品１０の位置決めを改善するために、グリッパ部材の位置決め距離の変化を、コントローラ４０の第一手順に組入れることである。このような組入れにより、計算された変化の初期使用が可能になり、かつ各グリッパ部材の観察された位置決め欠陥を補償するのに考慮に入れなくてはならない対応修正値の使用も可能になる。このようにして、コントローラは、位置決め座標（この座標は、第一センサ７により最初に決定される）を修正でき、この修正は、挿入機２０が、その各ストロークの終わりの時に達成しなければならない。

本発明の方法は、その最終段階として、少なくとも２つの製造マークの相対位置決めを測定することにより各薄く平らな物品の位置決めをチェックする段階を含めることができる。このチェックは、切断ステーション３の下流側で、薄く平らな物品１０が通る平面の両側に配置された第三センサ（好ましくは、少なくとも１対のセンサ）９により行うことができる。

この目的のため、薄く平らな物品の前方廃棄部（好ましくは印刷マーク１２から遠くない位置）に、少なくとも１つのカットマーク１３を設けることが考えられる。本発明の方法では、カットマーク１３は、薄く平らな物品に設けた切込みであるのが好ましい。図２に示すように、この目的のみに設けられる切刃により１つ以上の切込みを設けることができる。これらの切込みは、簡単なカットラインとして薄く平らな物品に表わされ、対応するステーションでのカッティング作業で同時的に形成される。非常に細いカットマーク１３のこの形成方法は、これまで穿孔により形成されたマークとは異なり、廃棄物を全く発生しないという長所を有する。

カットマーク１３および印刷マーク１２は、両方とも、所与の瞬間に読取り窓を介して同じセンサ９により読取ることができる製造マークとして機能する。両マークを一緒に用いることにより、両マークは、薄く平らな物品の各々の製造品質を評価するのに使用できる。少なくとも２つのこれらのセンサ９を用いることにより、任意の欠陥、例えば、印刷作業と切断作業との平行度の欠陥を検出できる。

第三センサ９の１つが、２つの異なる製造マーク間の過度の離間のような欠陥を検出した場合には、欠陥のある薄く平らな物品は、例えば、特にこの目的のために下流側に設けられた拒絶ステーションに送ることができる。このようなステーション（図１には図示せず）は、受入れステーション５と同じ既知の作業により、欠陥のある薄く平らな物品を排除することができる。しかしながら、これは、欠陥物品が受入れステーションに到達したときに手で欠陥物品を取出す方法を排除するものではない。

本発明の方法はまた、統計的目的でデータを収集できるのが有利である。例えば、グリッパ部材の位置決め変化の測定値、および、許容誤差（許容公差）を外れた値、および／または２つの製造マーク１２、１３の相対位置の測定値に関する情報は、これらのデータを後で使用するためデータファイルに書き込むことができる。

また、本発明の方法はコンベア３０の寿命を延ばすことができる点でも有利である。なぜならば、摩耗チェーンドライブでも一般に充分な強度を維持するが、その部品の或るものが伸びると、これまでは、製品の品質を維持し、かつ、製品の品質を確保するために、チェーンドライブの全体を周期的に交換しなければならないことを意味したのに対し、本発明では、クランピングバーのピッチの可能な変化を考慮に入れることにより、このようなチェーンドライブの作動寿命は、製造される薄く平らな物品の品質を損なうことなく延ばすことができるからである。

本発明の他の長所は、本発明の方法が、浮動アタッチメントシステムによりコンベアに連結されたグリッパ部材をロックするのに使用される従来技術の機構に代えて使用できることである。この結果として、これらの比較的複雑で高価な機構を用いないで済ますことができ、このことはまた、グリッパ部材の全てに当てはまるべきものである。

最後に指摘しておくべきことは、グリッパ部材３１の位置決めの変化の読取りは、長手方向の位置決め誤差、横方向の位置決め誤差、または、斜め方向の位置決め誤差に等しく適用できることである。グリッパ部材の斜め方向の位置決めに対応する誤差は、他のチェーンに対する１つのチェーンの異なる伸びの結果であるか、或いは、２つのチェーンのうちの一方のチェーンの駆動部材の異常摩耗の結果である。この状況では、薄く平らな物品は、グリッパ部材内でのこれらの薄く平らな物品の位置決め中に本発明の主題が完全に補償できるトレーリング位置を採用する。

薄く平らな物品がクランピングバーにより搬送される構成の加工機を示す概略図である。 薄く平らな物品を掴むクランピングバーに向かって移動する薄く平らな物品の前縁部を示す概略平面図である。

符号の説明

１ 加工機
７ 第一センサ
８ 第二センサ
９ 第三センサ
１０ 薄く平らな物品
１２ 印刷マーク
１３ カットマーク
２０ 挿入機
３０ コンベア
３１ グリッパ部材
３３ 基準点
４０ コントローラ

Claims (7)

1. 切断加工機（１）内で薄く平らな物品（１０）を位置決めする方法であって、
   前記切断加工機（１）は、挿入ステーション（２）と、前記挿入ステーション（２）に続く切断ステーション（３）と、廃棄部排出ステーション（４）と、受入れステーション（５）とを含んでおり、前記挿入ステーション（２）は、前記切断ステーション（３）、前記廃棄部排出ステーション（４）および前記受入れステーション（５）を通して薄く平らな物品（１０）を不連続的に引出すコンベア（３０）に属する複数のグリッパ部材（３１）内で前記薄く平らな物品を位置決めする挿入機（２０）を有しており、前記薄く平らな物品には、基準マークが印刷（１２）されており、前記挿入機（２０）は、以下に示す第一手順の後でコントローラ（４０）により制御されるようになっていて、
   前記第一手順は、
   前記印刷された基準マークを読み取ることによって前記薄く平らな物品（１０）の初期位置を検出することと、
   前記初期位置を前記コントローラ（４０）に伝達することと、
   前記挿入機（２０）の経路を計算することからなっていて、
   前記挿入機（２０）は、前記薄く平らな物品（１０）の初期位置に基づいて、前記薄く平らな物品（１０）を前記グリッパ部材（３１）に搬送するようになっており、
   前記方法は、
   各々のグリッパ部材（３１）について、基準位置に対するこれらのグリッパ部材（３１）の位置決め距離の変化を計算する段階と、
   前記グリッパ部材（３１）の各々について、少なくとも１つの距離の変化を前記コントローラ（４０）に記憶する段階と、
   これらの距離の変化を前記コントローラ（４０）の前記第一手順の中に組み入れる段階とを含んでおり、
   前記グリッパ部材（３１）内における前記薄く平らな物品（１０）の位置決めを改善するために、前記挿入機（２０）は、前記薄く平らな物品（１０）の初期位置に基づいて、かつ、前記グリッパ部材（３１）の各々についての少なくとも１つの距離の変化に基づいて、前記グリッパ部材（３１）内の前記薄く平らな物品（１０）を搬送するようになっている、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記距離の変化の計算は、各々のグリッパ部材（３１）に固定される少なくとも１つの基準点（３３）の位置を測定し、かつ、この測定位置と前記基準位置とを比較することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記距離の変化の計算は、前記薄く平らな物品が切断される前の初期フェーズ中に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記測定位置は、所与のグリッパ部材（３１）の基準点（３３）の位置の幾つかの読取り値の平均の結果であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記位置の測定は、前記グリッパ部材（３１）が移動している間に行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記グリッパ部材（３１）の前記移動についての速度および加速度は、前記距離の変化の計算に組入れられる付加的なパラメータを作ることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記薄く平らな物品（１０）の位置決めは、少なくとも２つの製造マーク（１２、１３）の相対位置を測定することにより最終段階としてチェックされ、前記２つの製造マークのうちの少なくとも１つは、前記切断ステーション（３）において前記薄く平らな物品（１０）に切込むことにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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