用于在包装上施加开启机构的系统及方法.pdf

提供了一种用于将开启机构(2)施加到可倒出食品的包装(3)上的系统(1)和方法。该系统包括沿预定路径(P)来输送包装的包装传送带(6)以及将开启机构施加到包装传送带上的包装上的施加装置(13)。施加装置包括用于检测包装传送带上的其中一个包装(20)上的施加点的光学检测单元(30)。施加装置还包括抓放单元(36)，其用于从光学检测单元中接收与测得的施加点有关的施加信息，通过该施加信息来抓取其中一个开启机构并将其放在包装传送带上的所述其中一个包装上。

1.  一种用于将开启机构(2)施加到可倒出食品的包装(3)上的系统(1)，所述系统包括沿预定路径(P)来输送所述包装的包装传送带(6)，以及将所述开启机构施加到所述包装传送带上的所述包装上的施加装置(13)，其特征在于，所述施加装置包括用于检测所述包装传送带上的其中一个所述包装(20)上的施加点的光学检测单元(30)，以及抓放单元(36)，其用于从所述光学检测单元中接收与所述检测到的施加点有关的施加信息，通过所述施加信息来抓取其中一个所述开启机构，并将其放置在所述包装传送带上的所述其中一个所述包装上。

2.  根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，所述施加点由所述其中一个所述包装(20)上的预层压孔(21)来限定。

3.  根据权利要求1或2所述的系统(1)，其特征在于，所述光学检测单元(30)包括用于记录所述其中一个所述包装(20)的图像的照相机(32)，其中所述图像包含有所述施加点。

4.  根据权利要求3所述的系统(1)，其特征在于，所述光学检测单元(30)还包括处理装置(34)，其用于通过将所述图像与含有基准系统的基准图像进行比较并得到所述施加点相对于所述基准系统的位置来生成所述施加信息。

5.  根据权利要求4所述的系统(1)，其特征在于，所述基准系统包括与理想包装上的施加点相对应的施加点(23)的理想位置。

6.  根据权利要求4所述的系统(1)，其特征在于，所述基准系统包括与相对于所述包装传送带(6)固定住的标记(29)相关的施加点(23)的理想位置，所述理想位置对应于理想包装上的施加点。

7.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述施加信息含有用于所述抓放单元(36)的运动模式，所述抓放单元(36)用于将所述其中一个所述开启机构放置在所述其中一个所述包装(20)上。

8.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述光学检测单元(30)设置成与所述抓放单元(36)形成一体。

9.  根据权利要求1-7中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述光学检测单元(30)设置成邻近于所述包装传送带(6)并距所述抓放单元(36)为一定的距离。

10.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述抓放单元(36)包括至少一个机器人(38)，其带有至少一个机械手(39a-c)。

11.  根据权利要求1-9中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述抓放单元(36)包括至少一个机器人(38)，其带有三个机械手(39a-c)，所述至少一个机器人能够进行三维操作。

12.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述施加装置(13)还包括涂胶单元(15)，其用于在抓取之前将胶涂在所述开启机构(2)上。

13.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括供给工位(12)，其用于将所述包装(3)输送到所述包装传送带(6)上。

14.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括包装支撑轨(19)，其用于在施加所述开启机构(2)的期间通过将所述包装固定在所述支撑轨与所述包装传送带(6)之间来支撑所述包装(3)。

15.  根据权利要求14所述的系统(1)，其特征在于，所述包装支撑轨(19)是可调节的，以允许将开启机构(2)施加到各种尺寸的包装(3)上。

16.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括多个用于引导所述包装(3)的分开的导向装置(9)，所述导向装置固定在所述包装传送带(6)上并可随之一起运动，从而可沿着所述预定路径(P)输送所述包装。

17.  根据权利要求16所述的系统(1)，其特征在于，各所述导向装置(9)均包括至少一个支承指(10)，其用于支撑和传送所述包装(3)。

18.  根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括进给装置(17)，其用于将所述开启机构(2)输送到所述施加装置(13)上。

19.  根据权利要求12所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括进给装置(17)，其用于将所述开启机构(2)输送到所述涂胶单元(15)上，在此处所述开启机构被所述抓放单元(36)抓取。

20.  一种用于在可倒出食品的包装(3)上施加开启机构(2)的方法，包括沿预定路径(P)并通过包装传送带(6)来输送所述包装并将所述开启机构施加到所述包装传送带上的所述包装上的步骤，其特征在于，所述方法还包括步骤：光学式地检测出所述包装传送带上的其中一个所述包装(20)上的施加点；从所述光学式检测到的施加点中生成用于控制抓放单元(36)的施加信息；以及通过所述抓放单元并根据所述施加信息来抓取其中一个所述开启机构，并将其放置在所述包装传送带上的所述其中一个所述包装上。

21.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述施加点由所述其中一个所述包装(20)上的预层压孔(21)来限定。

22.  根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用于记录所述其中一个所述包装(20)的图像的步骤，其中所述图像包含有所述施加点。

23.  根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述施加信息通过将所述图像与含有基准系统的基准图像进行比较并得到所述施加点相对于所述基准系统的位置来生成。

24.  根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述基准系统包括与理想包装上的施加点相对应的施加点(23)的理想位置。

25.  根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述基准系统包括与相对于所述包装传送带(6)固定住的标记(29)相关的施加点(23)的理想位置，所述理想位置对应于理想包装上的施加点。

26.  根据权利要求20-25中任一项所述的方法，其特征在于，所述施加信息含有用于所述抓放单元(36)的运动模式，所述抓放单元(36)用于将所述其中一个所述开启机构放置在所述其中一个所述包装(20)上。

27.  根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在抓取之前将胶施加在所述开启机构(2)上的步骤。

28.  根据权利要求20-27中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述包装(3)输送到所述包装传送带(6)上的步骤。

用于在包装上施加开启机构的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于在可倒出的食品的包装上施加开启机构的系统及方法，所述系统包括用于沿着预定路径输送所述包装的包装传送带，以及用于将所述开启机构施加在所述包装传送带之上的所述包装上的施加装置。
背景技术
如所知道的那样，许多可倒出的食品例如果汁、UHT(超高温处理的)牛奶、酒、番茄酱等均在由无菌包装材料制成的包装中出售。
这种包装的一个典型例子是用于液态或可倒出的食品的平行六面体形包装，其称为Tetra Brik Aseptic(注册商标)，该包装由折叠且密封层叠的包装材料卷来形成。该包装材料具有多层结构，其包括一层纤维材料层如纸层，在纸层的两面均覆盖有热封塑料如聚乙烯的层，在用于长期存放产品如UHT牛奶的无菌包装中，包装材料还包括阻氧材料层，其例如由层叠在热封塑料层上的铝膜形成，该铝膜又被另一热封塑料层所覆盖，后者最终形成了与食品接触的包装的内表面。如所知道的那样，这类包装在全自动包装机上制造，其中由以卷状形式进给的包装材料形成了连续的管；在包装机上例如通过施加化学杀菌剂如过氧化氢溶液来对包装材料卷进行消毒，这种杀菌剂在消毒后例如通过加热蒸发而从包装材料的表面上除去；以及将这种消毒后的包装材料卷保持在封闭的无菌环境下，对其进行折叠和纵向密封以形成垂直管。当然，也可采用其它方法来对包装材料进行消毒。
在管中填充无菌的或经消毒处理的食品，并对管进行密封且在等距隔开的剖面处切开以形成枕状包装体(pillow pack)，然后对其进行机械式折叠以形成最终包装，例如大致平行六面体形状的最终包装。
或者，可将包装材料切成坯料，这些坯料在成圆机上成形为包装，所得的包装被充填食品且密封住。这种包装的一个例子是所谓的“山形顶式”包装，其通常称为商品名称Tetra Rex(注册商标)。
用于可倒出食品的包装的另一例子是称为Tetra Brik(注册商标)的平行六面体形包装。Tetra Brik与Tetra Brik Aseptic之间的主要差别在于，由于Tetra Brik主要用于“普通”的经巴氏灭菌的牛奶产品，因此它不含阻氧层。
在成形后可对上述类型的包装进行进一步的加工，例如施加可关闭的开启机构，其构成了包装的倾出部分。
最常用的开启机构包括：框架，其形成了一个开口并围绕着包装顶壁的可戳穿或可取下的部分来安装；以及封盖，其铰接或螺纹接合在框架上，并且可被取下以打开包装。还知道可以使用其它类型的开启机构，例如滑动式开启机构。
包装的可戳穿部分例如可通过所谓的“预层压”孔来形成，该孔是在使纤维层结合于阻挡层中之前形成在包装材料的纤维层中的孔，因此阻挡层完全封闭了该孔以保证气密的和无菌的密封，同时也容易被戳穿。
将开启机构施加到包装上要求开启机构相对于预层压孔进行极为精确的定位。将开启机构施加到错误的位置会带来许多问题，例如开启机构在包装上的粘接不牢、难于打开包装、产品泄漏，或者在将产品从包装中倒出来时产生泼溅。
在无菌包装机中，开启机构通常在被连续地直接安装在位于包装机下游的在线施加单元之上的已成形包装上。这种施加是机械式的，即包装紧靠着一些类型的固定装置，并利用包装的边缘来将开启机构定位在包装上，各包装上的施加位置距包装边缘为预定的距离。这意味着开启机构将被施加在每一包装上的同一点处。由于某些原因，将设有开启机构的包装是不相同的。这意味着包装上的预层压孔距其边缘的距离在不同的包装中是不同的。因此，在许多包装上，开启机构并未精确地施加在预层压孔地周围，从而导致包装不能正常工作。
专利EP 0842041公开了一种用于将倒出口粘接到充填有可自由波动的产品的平顶的平行六面体形纸盒上的方法及装置。在EP0842041中，传送带上的分开的纸盒被平行地输送。在传送带上设置了悬链，所述悬链设有多个用于将倒出口粘结到在纸盒上的倒出口载体，所述载体之间的距离等于所述传送带上的所述分开的纸盒之间的距离。设置了检测器以检测在倒出口载体中是否存在倒出口。如果检测器检测到这种存在，就将包装装到传送带上并且在倒出口上施加粘合剂，将倒出口粘结在包装上。即使在这种情况下，施加也是机械式的，这会导致倒出口不正确地粘结在纸盒上，这是因为在每一纸盒上粘结都出现在相对于载体的相同位置，与正确的施加位置无关。
发明概要
本发明的一个目的是提供一种用于在可倒出食品的包装上施加开启机构的系统及方法，所述系统及方法消除了现有技术中存在的上述问题。本发明的基本原理是采用光学检测来定位开启机构将施加在包装上的位置，即在包装上定位施加点。因此，本发明可以非常精确且与包装形状无关地将开启机构定位在包装上，只要施加点是可见的即可。即使包装由于某些原因而使其形状偏离理想的形状，也可以在正确的位置提供开启机构，这是因为并未采用包装的任何部分来用作设置开启机构的基准。
用于实现上述目的的系统及方法由所附权利要求来限定，并在下文中进行讨论。
根据本发明的系统具有可沿着预定路径连续地输送包装的包装传送带。包装沿着该路径而接受各种操作。该系统还具有用于将开启机构连续地施加到包装上的施加装置。该施加装置优选设置在包装传送带的附近，使得当包装在包装传送带上经过时可将开启机构施加在包装上。
为了检测其中一个包装上的施加点，施加装置具有光学检测单元。通过该光学检测单元便能可靠地读出施加点。由于包装的外观不会影响对施加点的检测，因此就不存在干扰因素，例如包装的潜在变形。这意味着即使尺寸与理想包装不一致的已变形包装也会恰好在施加点上被设置开启机构。如果不使用光学检测的话，也就是说如果采用机械式夹紧来代替的话，那么开启机构将会相对于施加点产生错位。因此，光学检测还允许在不同尺寸的包装上施加开启机构，这是因为施加点不是从包装的尺寸中估算出来的。
施加装置还具有抓放单元，用于实现开启机构的实际抓取和放置。抓放单元设置成可从光学检测单元中接收关于包装上的测得施加点的施加信息。它还设置成可通过施加信息来抓取其中一个开启机构并将其置于包装上。一个特定包装的施加信息是唯一的，并取决于其外观。
包装上的施加点优选由包装上的预层压孔来限定。这意味着为了实现正确的施加，开启机构将被置于预层压孔上以封闭和覆盖该孔。
光学检测单元最好具有用于记录包装图像的照相机，该图像包含有包装的施加点。然后可利用该图像来得到包装所用的唯一施加信息。光学检测单元还具有用于生成施加信息的处理装置。这是通过将所记录的图像与含有基准系统的基准图像进行比较、然后得到施加点相对于基准系统的位置来进行的。
基准系统优选包括用于一种类型包装的预定的、已存储的、理想的施加点。该理想施加点由理想包装上的施加点位置来限定。通过理想的包装手段，就可以得到具有所需尺寸、未变形并具有相对于包装的功能最佳地定位的施加点的包装。
或者，基准系统包括与标记相关的施加点的预定的、已存储的理想位置，该标记相对于包装传送带是固定的。在这种情况下，该理想位置也对应于理想包装上的施加点。
施加信息优选包括抓放单元所用的唯一运动模式，以便将开启机构放置在包装上。因此，抓放单元抓取开启机构，接收运动模式并根据此模式而运动，从而将开启机构放在包装上。
光学检测单元最好设置成与抓放单元形成一体。然后可以连续地检测包装上的施加点和开启机构在该点上的施加。
作为另选，光学检测单元可设置在包装传送带的附近并距抓放单元为一定的距离。在这种情况下，必须知道包装传送带的速度，以便计算出包装上的施加点在某一时间的位置，从而得到用于该包装的唯一施加信息。
抓放单元具有至少一个机器人，其具有至少一只机械手。然而，抓放单元最好具有至少一个带有三只机械手的机器人。该机器人能够进行三维操作，从而使抓放单元具有全面运动的能力。
施加装置最好还包括涂胶单元，其用于在抓放单元抓取开启机构之前在开启机构上涂胶，从而将它们粘结在包装上。
该系统还具有用于将包装输送到包装传送带上的供给工位。在供给工位中，来自充装机的包装被预先排列成使得它们在被一个个地从供给工位自动进给到包装传送带上时具有一定的间距。
该系统最好还具有包装支撑轨，用于在开启机构的施加期间支撑包装。这是通过将包装固定在支撑轨与包装传送带之间来进行的。包装支撑轨最好是可调节的，以允许其自身与包装传送带之间的距离可以变化，使得开启机构可被施加到不同尺寸的包装上。
最好在该系统中包括有用于引导包装的许多分开的导向装置。导向装置可固定在包装传送带上并随之一起运动，从而沿着上述预定路径来输送包装。除了支撑和携带包装之外，导向装置还使包装之间分隔开适当的距离，以便在包装传送带上对包装进行操作。导向装置之间的距离最好是可调的，以便适合不同的包装尺寸。
各导向装置最好包括至少一个用于支撑和传送包装的支承指(carrier finger)。支承指最好具有适合于包装外观的形状，并以一定的方式固定到包装传送带上。例如，如果包装是平行六面体形的话，那么支承指可以仅仅是从包装传送带中径向伸出来的矩形板，并且包装通过其中一个壁而贴靠在板上。
最后，该系统还包括进给装置，其用于将开启机构输送到施加装置上，或者更具体而言输送到涂胶装置上，在这里开启机构被抓放单元所抓取。
根据本发明的方法包括沿预定路径通过包装传送带来输送包装并将开启机构施加在包装传送带上的包装上的步骤。该方法还包括步骤：光学式地检测出包装传送带上的包装上的施加点；从包装上的光学式检测到的施加点中生成用于控制抓放单元的施加信息；以及通过抓放单元并根据施加信息来抓取开启机构，并将其放置在包装传送带上的包装上。
图1显示了根据本发明的系统。
图2是包装的顶视平面图。
图3是根据本发明另一实施例的包装的顶视平面图。
图4是描述了根据本发明的系统中的施加装置的框图。
图5显示了图4所示施加装置中的抓放单元。
图6是显示了根据本发明的方法的流程图。
图1是系统1的示意性平面图，它用于将开启机构2施加到可倒出食品的包装3上。
包装3由片状包装材料卷在包装机(未示出)中制成，该包装材料包括一层纸质材料，在其两侧上涂覆有热封塑料如聚乙烯的层，在纸质材料层的内侧还可选择性设有一层阻挡材料如铝的层，在该阻挡材料层的内侧上又涂覆有另一层塑料。
在所示示例中，各包装3的顶面4是大致平行六面形的，并且具有可戳穿的部分5，其可由所谓的“预层压”孔来方便地形成，该孔是在将纸层结合于阻挡层中之前形成在包装材料的纸层中的孔，因此阻挡层封闭了该孔以保证气密的和无菌的密封，同时也容易被戳穿。
系统1包括包装传送带6，其以恒定的速率沿着分别由两个驱动装置7和8所限定的路径运动。包装传送带6支撑了许多用于引导包装3的导向装置9，其中导向装置以等间距的方式固定在包装传送带6上且从中径向地伸出来。各导向装置9包括两个支承指10a和10b，它们分别用于支撑和传送一个包装，该包装通过两个相对的壁而贴靠在支承指10a-b上，并通过一个中间壁而贴靠在包装传送带6上，因此，所述支承指之间的距离基本上等于所述相对壁之间的距离。
导向装置9接受来自输入传送带11的包装3，在每个导向装置中输送了一个包装。输入传送带11设置成邻近于包装传送带6，并在供给工位12处与之相切。它从充填机(未示出)中以等间距的方式并在等于导向装置9的线速度的恒定速度下传送包装3。通过与包装传送带6一起转动，导向装置9便可沿着穿过施加装置13的路径P来输送包装3，以便将开启机构2施加到包装3上，施加装置13设置成邻近于包装传送带6。路径P始于供给工位12并终止于卸料工位14，包装3可在卸料工位处从包装传送带6上被取出。
施加装置13包括用于将胶涂在开启机构2上的涂胶单元15，以及开启机构在涂胶后将被输送到其上的抓取单元16。
系统1包括进给装置17，其用于将开启机构2从分选机18中输送到涂胶单元15中，并进一步输送到施加装置13中的抓取单元16上。系统1还包括包装支撑轨19，其用于在开启机构2的施加期间支撑包装3。包装支撑轨19设置成与沿着路径P的水平部分的包装传送带6基本上平行，并将包装3固定在支撑轨19与包装传送带6之间。为了允许将开启机构施加在不同尺寸的包装上，包装支撑轨19的高度是可调的，即从包装支撑轨19到包装传送带6的均匀距离是可变的。
图2和3是包装20的两个顶视平面图，显示了预层压孔21的可戳穿部分的形状。孔的中心22用来限定孔的位置。每个包装上的预层压孔的位置是不同的。图中的虚线圆23代表预层压孔的理想位置，即理想包装上的预层压孔的位置。
在图2中，采用预层压孔或更具体而言是其中心24的理想位置作为基准系统，以表示包装20上的实际预层压孔21的中心22的位置。预层压孔21偏离理想位置23的偏差(被放大了许多倍以使其更清楚)由中心24与中心22之间的箭头25来表示。箭头25可被分成水平分量26和垂直分量27，它们分别描述了预层压孔21在水平方向和垂直方向上的偏差。
图4是显示了施加装置13的结构的框图。除了上述涂胶单元15和抓取单元16之外，施加装置13还包括光学检测单元30，其用于检测各个包装3上的预层压孔21的中心22。
光学检测单元30又包括传感器31，其用于产生可启动例如CCD型照相机32的信号，照相机32可记录各个包装3的顶部的图像，该图像显示了预层压孔及其中心。光学检测单元30还包括用于存储带有由上述理想位置所代表的基准系统的基准图像的存储器33，以及处理装置34，其设置成可将所记录的图像与基准图像、更具体而言是将记录图像中的预层压孔与基准图像进行比较。之后，利用这种比较的结果、即预层压孔与理想位置分别在水平和垂直方向上的偏差来生成将开启机构2施加在包装3上所需的施加信息。光学检测单元30还包括传输装置35，其用于传输与所检测到的预层压孔有关的这一施加信息。
施加装置13还包括抓放单元36，其用于从抓取单元16中抓取开启机构2并将其放在包装3上。
抓放单元36又包括用于接收所传输的所述施加信息的接收装置37，以及机器人38。施加信息包含抓放单元36的运动模式，其描述了抓放单元36从基准位置开始以将一个开启机构非常精确地放置在包装的预层压孔上的运动。
在该优选实施例中，将在图5中进一步介绍的机器人38是可从瑞典Vsters的ABB Flexible Automation AB中买到的型号为IRB 340的抓取式机器人。它具有在一端40处连在一起的三只机械手39a-c，机器人38能够进行三维操作。机器人38在端部40处设有用于抓取开启机构2并将其放在包装3上的夹爪41，该夹爪41在抓取开启机构时合拢，并在放置开启机构时打开。
光学检测单元30优选设置成与抓放单元36形成一体，照相机32设置成邻近于夹爪41。
图6是显示了根据本发明的方法的流程图。该流程图中的每个方框对应于该方法中的一个步骤。该操作显然是具有一定周期的循环操作，其周期等于包装传送带6运动过两个顺序包装3之间的距离所需的时间。首先，在流程图中有两个分支，它们后来合并在一起。在分选机18中对开启机构2进行分选(步骤42)，通过进给装置17将它们从分选机18输送到涂胶单元15中，在这里它们被涂胶(步骤43)，并进一步输送到抓取单元16中(步骤44)。同时，来自包装机的包装3被装到输入传送带11上(步骤45)，然后被供给到包装传送带6上并将它们输送到施加装置13中(步骤46)。其中一个涂有胶的开启机构被抓放单元36从抓取单元16中抓取(步骤47)。为了避免获取和处理过量的数据，传感器31产生触发脉冲来启动照相机32(步骤48)。然后照相机记录下其中一个包装3的顶部的图像，所述图像显示了预层压孔及其中心(步骤49)。在存储器33中存储了含有上述基准系统的基准图像。通过传统的图像处理手段，确定预层压孔相对于其理想位置的偏差，并根据所述偏差来产生机器人38的运动模式(步骤50)。该运动模式从光学检测单元30中传送出来并由抓放单元36所接收(步骤51)。抓放单元36从基准位置中按照运动模式运动，将开启机构精确地放置在包装的预层压孔上(步骤52)。最后，在卸料工位14处将已装有开启机构的包装卸下(步骤53)。
作为上述过程的另选，施加所需的基准系统可由导向装置28上的标记29来实现。在图3中一起显示了包装20和导向装置28的一部分，所述导向装置设有标记29。标记29和预层压孔23的理想位置构成了该另选实施例中的基准系统。在理想的包装上，标记29和预层压孔23、或更具体而言即其中心24的理想位置之间的距离在水平和垂直方向上分别为x₀和y₀。在图中，标记29和实际预层压孔21的中心22的位置之间的距离在水平和垂直方向上分别是x₁和y₁，表达式|x₀-x₁|和|y₀-y₁|分别描述了预层压孔21在各方向上偏离理想位置23的偏差。
上述例子应仅被视为示例。本领域的技术人员可以认识到，在不脱离本发明概念的前提下，这些实施例可通过多种方式来进行修改。
作为示例，开启机构不必粘结在包装上。或者，开启机构可被加热且之后密封在包装上。
抓放单元可包括一个以上的机器人，允许一次施加一个以上的开启机构，从而加快了生产速度。
光学检测单元和抓放单元不必设置成相互间形成一体。根据另一实施例，光学检测单元可设置在包装传送带附近并距抓放单元为一定的距离。如果包装传送带的速度是已知的，就可以确定包装上的预层压孔的中心在某一时间的位置，并且可生成施加信息并将其传送到抓放单元中。