用于卷轴处理的设备和方法与流程

[0001]
本文描述了用于卷轴处理，特别是使用任选地附接至机械臂的工具进行卷轴处理的设备和方法，该工具被配置成移除耗尽的卷轴芯并将新卷轴放置在包装设备的主轴上。


背景技术：

[0002]
通常使用包装设备由诸如膜的柔性材料形成物品诸如食物的包装。柔性材料可设置在卷轴上，该卷轴放置于包装设备的主轴上以用于退绕和进一步加工。一旦卷轴用尽，就从包装设备的主轴移除卷轴的芯，并且可将新材料卷轴放置在主轴上。然而，膜卷轴可重15磅至50磅或更多，这可使得它们处理起来很麻烦。卷轴可具有例如约30英寸的外径，并且芯可具有约1英寸至4英寸的直径，但卷轴和芯可具有多种尺寸。
[0003]
一种用于自动化处理膜卷轴的方法是利用芯操纵卷轴。例如，美国专利4,934,624；5,265,999；和6,276,629公开了通过附接或抓取芯将卷轴放置到主轴上的自动化处理设备。
[0004]
在美国专利9,120,636中公开了一种操纵卷轴的混合方法。该专利公开了首先夹持卷轴的周边，然后穿过中心开口插入主轴，但随后经由主轴将卷轴运动至包装机。更具体地，本专利公开了使用一对夹持臂通过接触卷轴的周边在夹持臂之间夹持卷轴。主轴被插入卷轴的中心开口，同时卷轴由夹持臂保持。夹持臂将卷轴与主轴一起运动到支架中，在该支架中卷轴由主轴支撑。夹持臂然后从夹持卷轴的周边释放，之后进行旋转，使得夹持臂的支座可随后通过主轴提升卷轴，并经由主轴将卷轴从支架运动至包装机。
[0005]
在美国专利8,353,662中公开了一种操纵卷轴的不同方法。该专利公开了在铰接的机械臂的端部处使用吸头来运动卷轴，而不是利用芯来提升卷轴。机械抓持器设置在吸头的中心部分中以用于移除芯。因此，吸头包括通过接触卷轴的侧面来操纵卷轴的一部分，以及用于移除耗尽的卷轴的芯的一个不同部分。然而，存在与吸头相关的移动部件。例如，机械夹持器包括钳口和致动器。而且，吸头接触卷轴的侧面。
[0006]
在美国专利5,249,757中公开了另一种方法。与以上刚公开的
‘
662专利类似，该专利公开了具有用于接触卷轴周边的管状附件的夹紧装置的使用。夹紧装置还具有用于移除耗尽的卷轴的芯的机构。然而，该专利公开了附件和用于移除耗尽的卷轴的机构能够经由加压致动来运动。


技术实现要素：

[0007]
提供了一种多功能卷轴更换工具，所述多功能卷轴更换工具用于将材料卷轴放置在包装设备的主轴上以及从主轴移除耗尽的材料卷轴的芯。该工具包括第一组一个或更多个可操作结构，所述第一组一个或更多个可操作结构被布置成通过接触材料卷轴的外周边来提升材料卷轴，在朝向包装设备运动期间支撑材料卷轴，并且将材料卷轴放置在主轴上。该工具还包括至少部分地不同于第一组可操作结构的第二组一个或更多个可操作结构，所述第二组一个或更多个可操作结构被布置成通过接触耗尽的材料卷轴的芯的外周边来从
主轴拉动芯，并且在芯远离包装设备运动期间支撑芯。
[0008]
任选地，该工具具有旋转轴线，工具能够围绕该旋转轴线旋转以在以下取向之间运动：第一取向，由此第一组可操作结构被布置成提升材料卷轴并将材料卷轴放置在主轴上；和不同于第一取向的第二取向，由此第二组可操作结构被布置成从主轴移除耗尽的材料卷轴的芯。
[0009]
在一个方面，该工具包括一个或更多个后支撑构件，其中第一组可操作结构包括相对于一个或更多个后支撑构件突出以用于支承材料卷轴的第一组叉齿，并且其中第二组可操作结构包括相对于一个或更多个后支撑构件突出以用于支承芯的第二组叉齿。
[0010]
在另一方面，卷轴更换工具包括一个或更多个后支撑构件，其中第一组可操作结构包括相对于一个或更多个后支撑构件突出以用于支承材料卷轴的第一组叉齿，并且其中一对第二组可操作结构被提供，其中一对中的每者包括相对于一个或更多个后支撑构件突出以用于支承芯的第二组叉齿。
[0011]
在另一方面，卷轴更换工具包括一个或更多个后支撑构件，其中第二组可操作结构包括相对于一个或更多个后支撑构件突出的第一对叉齿以及相对于一个或更多个后支撑构件突出的第二对叉齿，第二对叉齿不同于第一对叉齿，并且其中第一组可操作结构包括第一对叉齿和第二对叉齿。
[0012]
在任何前述方面，第二组叉齿可包括一对叉齿，所述一对叉齿间隔开的距离小于芯的直径，以用于在芯远离包装设备运动期间支撑芯。
[0013]
任选地，第一组叉齿和第二组叉齿具有至少一个共同的叉齿。
[0014]
任选地，第二组可操作结构的叉齿中的至少两者可通过与一个或更多个后支撑构件间隔开的桥接件连接。任选地，第二组叉齿的每对中的至少两者可通过桥接件连接。一个或更多个桥接件可各自具有被配置成从主轴拉动芯的弧形切口。
[0015]
在一个方面，第一组可操作结构包括由多个间隔件间隔开一定距离的前支撑件和后支撑件，所述距离足以使材料卷轴由至少多个间隔件支撑在前支撑件和后支撑件之间。
[0016]
任选地，第二组可操作结构包括至少前支撑件。还任选地，前支撑件可包括被配置成从主轴拉动芯的弧形切口。
[0017]
本文所述的任何工具可以不包括可独立移动的部件。
[0018]
本文所述的任何工具可附接至机械臂。
[0019]
任选地，工具或臂可包括柔性推动件，所述柔性推动件用于关闭通向包装设备的主轴的通道门。
[0020]
使用本文所述的工具的方法可包括使用第一组一个或更多个可操作结构来提升材料卷轴，使材料卷轴朝向包装设备的主轴运动，并且将材料卷轴放置在主轴上；使工具从第一取向旋转到第二取向；以及使用第二组一个或更多个可操作结构来将材料卷轴的芯拉离主轴，并且使芯远离包装设备运动。
[0021]
该方法还可包括以下步骤：在使用第一组一个或更多个可操作结构的步骤之后，使工具远离包装设备的主轴运动；以及在从材料卷轴分配至少一些材料之后，使工具朝向包装设备的主轴运动。
附图说明
[0022]
图1为具有附接的卷轴更换工具的机械臂的透视图，并且示出了机械臂朝向包装设备的退绕台的主轴运动由卷轴更换工具支撑的材料卷轴；
[0023]
图2为图1的机械臂的透视图，但示出了材料卷轴已插入到包装设备的退绕台的主轴上，并且机械臂使此时空的卷轴更换工具远离设备运动；
[0024]
图3为图1的机械臂的透视图，但示出了材料卷轴已被耗尽而使得芯保留在包装设备的退绕台的主轴上，并且机械臂朝向设备运动空的卷轴更换工具；
[0025]
图4为图1的机械臂的透视图，但示出了已使用卷轴更换工具从包装设备的退绕台的主轴移除芯，并且使此时由卷轴更换工具支撑的芯远离设备运动；
[0026]
图5为图1的卷轴更换工具的透视图，其示出支撑材料卷轴的卷轴更换工具；
[0027]
图6为图1的卷轴更换工具的详细视图，其示出支撑耗尽的材料卷轴的芯的卷轴更换工具；
[0028]
图7为图1的卷轴更换工具的前正视图，其中该工具支撑耗尽的材料卷轴的芯；
[0029]
图8为图1的卷轴更换工具的俯视平面图，其示出空的工具；
[0030]
图9为可选的卷轴更换工具的透视图；
[0031]
图10为图9的可选卷轴更换工具的俯视平面图；
[0032]
图11为图9的可选卷轴更换工具的前正视图，其示出该工具支撑材料卷轴(以虚线显示)；以及
[0033]
图12为图9的可选卷轴更换工具的前正视图，其示出该工具支撑用过的材料卷轴的芯(以虚线显示)。
具体实施方式
[0034]
提供了与机械臂(诸如协作机械臂)一起使用以更换包装设备上的膜卷的多功能卷轴更换工具。该工具包括第一部分和第二部分，所述第一部分能够通过接触部分完整或完整材料卷轴的外周边来获取、支承、传送和存放卷轴，所述第二部分能够通过接触耗尽的卷轴或材料的芯的外周边或保留在部分耗尽的卷轴上的材料的外周边来获取、支承、传送和存放耗尽或部分耗尽的材料卷轴的芯。优选地，但并非必须地，该工具不具有可独立移动的部件。
[0035]
卷轴更换工具的第一实施方案示出于图1-8中。卷轴更换工具10包括第一组一个或更多个可操作结构，该第一组一个或更多个可操作结构被布置成通过接触材料卷轴2的外周边来提升材料卷轴2，在朝向包装设备6运动期间支撑材料卷轴2，并且将材料卷轴2放置在主轴8上。卷轴更换工具10还包括至少部分地不同于第一组可操作结构的第二组一个或更多个可操作结构，所述第二组一个或更多个可操作结构被布置成通过接触耗尽的材料卷轴的芯4的外周边来从主轴8拉动芯4，并且在芯4远离包装设备6运动期间支撑芯4。工具10具有旋转轴线，工具10能够围绕该旋转轴线旋转以在以下取向之间运动：第一取向，由此第一组可操作结构被布置成提升材料卷轴2并将材料卷轴2放置在主轴8上；和不同于第一取向的第二取向，由此第二组可操作结构被布置成从主轴8移除耗尽的材料卷轴的芯4。
[0036]
转到卷轴更换工具10的第一实施方案的细节，第一组可操作结构包括由多个间隔件16a-16e间隔开一定距离的前支撑件12和后支撑件14，如图5-8所示。该距离足以使材料
卷轴2由至少多个间隔件16支撑在前支撑件12与后支撑件14之间，使得卷轴2被支承在前支撑件12与后支撑件14之间，其中卷轴2的重量在很大程度上由间隔件16a-16c中的一些支撑，如图5所示。换言之，间隔件16a-16c在垂直方向上支撑卷轴2，而前支撑件12和后支撑件14为卷轴2提供侧向支撑。后支撑件14可包括用于使工具连接至机械臂20的附接位置。
[0037]
前支撑件12和后支撑件14在外观上呈板状。后支撑件14可为具有圆角的大致矩形。然而，前支撑件12具有一对面朝上的弧形边缘18和22。第一较大的一个弧形边缘18几乎从前支撑件12的一侧跨越到另一侧。第二较小的一个弧形边缘22被成形为与第一弧形边缘18偏离。第二弧形边缘22的尺寸设定成通过耗尽的材料卷轴的芯的外周边来支撑耗尽的材料卷轴的芯4，如图6所示。更具体地，如图6和图7所示，存在邻近较小弧形边缘22定位的一对间隔件16a和16b，以用于支撑耗尽的材料卷轴的芯4。如图5所示，该对间隔件16a和16b与第三个间隔件16c配合，以用于支撑卷轴2。剩余的一对间隔件16d和16e为前支撑件12和后支撑件14提供额外的支撑。
[0038]
因第二较小弧形边缘22而不连续的第一较大弧形边缘18的目的是双重的。第一较大弧形边缘18提供通向第二较小弧形边缘22的通道，同时保持后者相对靠近旋转轴线。如图5所示，当支承在工具10中时，第一较大弧形边缘18的升高端还通过在相对于卷轴的芯4的足够跨度和高度处接触卷轴2来为卷轴2提供稳定性。除了面朝上的弧形边缘18和22之外，出于减轻重量的目的，前支撑件12还包括面朝下的弧形边缘。
[0039]
间隔件16可为螺栓等，具有或不具有设置在其周围的套筒。可使用间隔件16的其他构造，诸如在每个端部处设置有内螺纹的元件。如图7和图8所示，可提供一对间隔件16，其中一者邻近前支撑件12和后支撑件14的每个端部。间隔件16将前支撑件12和后支撑件14以足以使材料卷轴2定位在支撑件12与14之间的距离接合在一起。因此，对于比图示的更宽的材料卷而言，可使用比图示的长度增加的间隔件。相比于支撑件12和14的顶部边缘，间隔件16优选地更靠近下边缘，使得支撑件12和14的更多高度可用于支撑材料卷轴2。
[0040]
如上所述，如图1-6所示，卷轴更换工具10优选地附接至机械臂20。优选地，尽管并非必须，机械臂20是合作机器人或协作机器人的一部分。机械臂的一个示例购自丹麦欧登塞的优傲机器人公司(universal robots(odense,denmark))。
[0041]
机械臂20可为适于执行本文关于材料卷轴2及其芯4的操纵所描述的步骤的许多不同形式。在图1-6所示的示例中，机械臂20具有多个旋转轴线。臂20可附接至基台24，如图1所示。如图1所示，机械臂20的支撑柱26可附接至基台24。近侧臂28可在近侧接头29处相对于支撑柱26附接，并且被配置成在水平方向和垂直方向两者上相对于支撑柱26旋转。远侧臂30可继而在远侧接头32处相对于近侧臂28附接，并且也被配置成在水平方向和垂直方向两者上相对于近侧臂28旋转。可相对于远侧臂30在其与近侧臂28相反的端部处附接多方向接头34。多方向接头34可具有用于相对于工具10连接的附接件，诸如工具10的后支撑件14。多方向接头34可具有多个旋转方向，如图6所示。
[0042]
如上所述，机械臂20可任选地附接至基台24。基台24的一个示例性实施方案示于图1中。基台24包括用于机械臂20的控制器36、平台38，并且可包括用于保持材料卷轴2的一个或更多个位置40。还可提供被配置成支承一排卷轴的推车42。
[0043]
为了将材料卷轴2加入到包装设备6的主轴8，机械臂20用于定位卷轴更换工具10以从基台24提升卷轴2。更具体地，工具10的前支撑件12和后支撑件14大致平行于材料卷轴
2的表面但在材料卷轴的表面下方对准。然后，工具10沿大致竖直的方向向上运动，使得卷轴2设置在前支撑件12与后支撑件14之间。当工具10继续在大致竖直方向上向上运动时，工具10的间隔件16接触卷轴2的周边边缘并从基台24提升卷轴2。如图1所示，在卷轴2此时由工具10支承的情况下，工具10和卷轴2通过机械臂2朝向主轴8运动。如果包装设备6的退绕台7具有一个或更多个用于选择性地阻挡通向主轴8的通道的门9，则可以手动或自动地打开一个或更多个门9。机械臂20随后移动工具10和卷轴2以将卷轴2定位在主轴8上。然后，工具10大致竖直向下运动，使得其不再支撑卷轴2，随后远离主轴8。如果存在，一个或更多个门9可被关闭。门9可任选地使用相对于机械臂20或在工具10上附接的指状物44(诸如柔性指状物)来关闭。然后，机械臂20使此时空的工具10远离包装设备6的主轴8运动，如图2所示。
[0044]
为了移除耗尽或以其他方式至少部分耗尽的材料卷轴的芯4，机械臂的空工具10朝向包装设备6的主轴8运动，如图3所示。如果存在，一个或更多个门9可手动或自动地打开以提供通向主轴8的通道。工具10相对于机械臂20围绕其旋转轴线旋转，以定位用于从主轴8拉动芯4的第二弧形边缘22。一旦芯4由工具10支撑，如图6所示，机械臂20就使工具10和芯4远离主轴8和包装设备6运动，如图4所示。然后，可以诸如手动地或在将工具10运动到允许芯4脱落的位置中时从工具10移除芯4。然后，可使用工具10和机械臂20来利用前述方法将新的膜材料卷轴2放置在主轴8上。
[0045]
卷轴更换工具50的第二实施方案示出于图9-12中。卷轴更换工具50包括第一组一个或更多个可操作结构，该第一组一个或更多个可操作结构被布置成通过接触材料卷轴2的外周边来提升材料卷轴2，在朝向包装设备6运动期间支撑材料卷轴2，并且将材料卷轴2放置在主轴8上。卷轴更换工具50还包括至少部分地不同于第一组可操作结构的第二组一个或更多个可操作结构，所述第二组一个或更多个可操作结构被布置成通过接触耗尽的材料卷轴的芯4的外周边来从主轴8拉动芯4，并且在芯4远离包装设备6运动期间支撑芯4。工具50具有旋转轴线，工具50能够围绕该旋转轴线旋转以在以下取向之间运动：第一取向，由此第一组可操作结构被布置成提升材料卷轴2并将材料卷轴2放置在主轴8上；和不同于第一取向的第二取向，由此第二组可操作结构被布置成从主轴8移除耗尽的材料卷轴的芯4。
[0046]
转到卷轴更换工具50的第二实施方案的细节，工具包括具有多个叉齿54,56,58和60的后支撑件52，这些叉齿从后支撑件52向外突出，如图9和10所示。第二实施方案的卷轴更换工具50可附接至本文所述类型的机械臂或合作机械臂20。
[0047]
后支撑件52可具有中心毂62，该中心毂带有臂64,66,68和70，这些臂以大致x形构型从中心毂对角地向外延伸。后支撑件52可诸如在中心毂62处包括附接位置，以用于使工具50连接至机械臂20。臂64,66,68和70包括一对上臂64和66以及一对下臂68和70。后支撑件52的侧向侧也可通过侧向支撑件72,74连接。后支撑件52优选地为大体平面构造，使得材料卷轴2的一个面可抵靠其支撑。后支撑件52可为一体的，或者其可由接合在一起的多个部件构成。多个叉齿54,56,58和60向外伸出，并且优选地大致垂直于后支撑件。
[0048]
如图9所示，叉齿54,56,58和60沿着一对下臂68和70的底部部分设置。第一对叉齿54和56附接至后支撑件52的一对底部臂中的一者70，第二对叉齿58和60附接至一对底部臂中的另一者68。第一对叉齿58和60在其与后支撑件52相对的端部处通过桥接件76连接。同样，第二对叉齿58和60在其与后支撑件52相对的端部处通过桥接件80连接。桥接件76和80
优选但并非必须相同。桥接件76和80各自包括弧形切口78和82，所述弧形切口被配置成有利于移除耗尽或部分耗尽的材料卷轴的毂4。叉齿对54,56和58,60中的每者一起的间隔比叉齿对间隔得更近，尽管这些尺寸可改变成适应不同尺寸的材料卷轴2。如图9所示，一对短的突出引导件84可任选地设置在一对上臂64和66的端部，以用于支撑材料卷轴2的上周边部分。
[0049]
每对叉齿54,56和58,60分别构成第二组叉齿，并且任选地与后支撑件52一起构成第二组可操作结构。如图12所示，叉齿对54,56和58,60中的每者被配置成在其间支撑芯4或部分耗尽的材料卷轴。在工具50上设置有此类两对叉齿54,56和58,60的情况下，任一对可用于移除芯4或部分耗尽的材料卷轴。如图11所示，所有四个叉齿54,56,58,60一起构成第一组可操作结构的至少一部分，并且被定位成通过材料卷轴的周边来支撑材料卷轴2，其中后支撑件52任选地为用于支撑卷轴2的第一组可操作结构的一部分。
[0050]
为了将材料卷轴2加入到包装设备6的主轴8，机械臂20用于定位卷轴更换工具50的第二实施方案以从基台24提升卷轴2。更具体地，第一对叉齿54,56和第二对叉齿58,60指向材料卷轴2并定位在其下方。然后，工具50沿大致竖直的方向向上运动，使得卷轴2通过叉齿54,56,58,60中一些或全部向上提升，从而接触卷轴2的周向表面，并且可朝向后支撑件52向后倚靠，如图11所示。在卷轴2此时由工具50支承的情况下，工具50和卷轴2通过机械臂20朝向主轴8运动。如果包装设备6的退绕台7具有一个或更多个用于选择性地阻挡通向主轴8的通道的门9，则可以手动或自动地打开一个或更多个门7。机械臂20随后移动工具50和卷轴2以将卷轴2定位在主轴8上。然后，工具50大致竖直向下运动，使得其不再支撑卷轴2，随后远离主轴8。如果存在，一个或更多个门9可被关闭。门9可任选地使用相对于机械臂20或工具50附接的指状物44(诸如柔性指状物)来关闭。然后，机械臂20使此时空的工具50远离包装设备6的主轴8运动。
[0051]
为了移除耗尽或以其他方式至少部分耗尽的材料卷轴的芯4，机械臂20的空工具50朝向包装设备6的主轴8运动。如果存在，一个或更多个门9可手动或自动地打开以提供通向主轴8的通道。工具50相对于机械臂20围绕其旋转轴线旋转以定位桥接件76或80中一者的弧形边缘78或82，以用于从主轴8拉动芯4。一旦芯4由工具50支撑，如图12所示，机械臂20就使工具50和芯4远离主轴8和包装设备6运动。然后，可以手动地或在将工具50运动到允许芯4脱落的位置中时从工具50移除芯4。然后，可使用工具50和机械臂20来利用前述方法将新的材料卷轴2放置在主轴8上。