用于控制包装机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制包装机的方法，该包装机用于制造包装、尤其是用于制造用于烟草工业的可抽产品的包装，以及涉及一种用于制造这种包装的设备，该包装机/设备包括多个能被彼此独立地控制的驱动装置，这些驱动装置使包装机的机器机构在运动轨道上运动，在所述运动轨道上机器机构可能相互碰撞或与包装机的另一构件或与在包装机中处理的产品碰撞。本发明还涉及一种用于制造这种包装的设备。

背景技术

在包装机中，近年来越来越多地放弃各个运动的机器机构(如滑块、输送机、转塔等)与一个旋转主轴的机械(运动)耦合，转而为这些机器机构使用各个电子地与机器周期耦合的伺服驱动装置。然而，为各个运动的机器机构使用单独的伺服驱动装置自然增加机器机构或由其处理的产品与设备的其它固定或运动的部件、尤其是与另一运动的机器机构之间碰撞的风险。如果在机器运行时例如多个运动的机器机构的运动轨道在共同的工作空间中相交或非常接近，则该风险特别大。错误的控制、材料断裂或其它故障会迅速导致碰撞。类似的问题也可能在这种包装机的启动或维护中出现。

发明内容

基于此，本发明的任务是提供一种开头所述类型的包装机以及用于控制这种包装机的方法，在所述包装机中或借助所述方法尤其是在机器运行期间、在机器启动期间和/或在维护期间可以以尽可能可靠且简单的方式使机器机构无碰撞地运动。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求15的特征的包装机来解决。

根据本发明的方法的特征在于以下步骤或措施：

a)尤其是借助一个模拟程序，创建包装机的(至少)描绘驱动装置和机器机构的数字模拟模型，

b)借助所述模拟模型模拟驱动装置的不同相对位置以及在这些相对位置时出现的包装机状态，尤其是机器机构的状态，

c)在这些模拟的范围内(尤其是借助一个或所述模拟程序)确定机器机构的无碰撞移动路径，

d)通过相应地控制驱动装置使包装机的机器机构分别沿所确定的无碰撞移动路径运动。

因此，在根据本发明的方法的范围内考虑多个上述驱动装置和由它们分别驱动的机器机构(每个驱动装置至少一个机器机构)。创建包装机的数字模拟模型，该模拟模型包括整个包装机或其部件连同所考虑的驱动装置和机器机构。然后，借助模拟模型尤其是模拟驱动装置的不同相对位置和在这些相对位置时出现的包装机状态，尤其是机器机构的状态或相应的位置以及可选地驱动装置和/或机器机构的额外可能的运动，并且在这些模拟的范围内(基于模拟的信息或数据)为机器机构计算无碰撞移动路径，即不与机器的另一机器机构、其它构件或在机器中处理的产品发生碰撞的移动路径。

关于无碰撞移动路径的模拟和确定，这些可以在包装机的运行期间实施、尤其是周期性地/节拍地或连续地实施或在包装机启动或维护之前或期间实施。

优选自然将包装机的所有使机器机构移动的驱动装置纳入模拟模型中，这些机器机构可能以所描述的方式发展成碰撞。但这不是必须的。也可以仅考虑这些驱动装置或机器机构的子集。

根据本发明的方法的一种优选扩展方案规定，查询驱动装置的实际位置并且基于这些实际位置实施模拟并且确定无碰撞移动路径。

在这种情况下，例如可以在机器运行中或在机器启动期间或在机器维护期间首先借助适合的传感器确定或读取真实的驱动装置的当前实际位置；例如可以借助适合的、配属的旋转角传感器直接测量这些驱动装置的驱动马达的实际旋转角。

真实的驱动装置的实际位置理论上也可以间接地通过相应的位置传感器确定，所述位置传感器配属于由驱动装置移动的机器机构。

这些实际位置或实际旋转角随后可以传输到模拟程序并且相应地用作模拟输入参数。在此模拟模型中的模拟或虚拟驱动装置的位置可以与包装机的真实的驱动装置的实际位置相适配并且例如被定义为模拟驱动装置的初始位置，从而模拟模型中的每个驱动装置的初始位置相应于与其关联的真实的驱动装置的实际位置。

然后，基于该与真实机器的状态相适配的模拟模型，可以(由模拟程序)从模拟模型的驱动装置的与真实的驱动装置的实际位置相适配的初始位置出发来模拟驱动装置的不同相对位置和由此产生的包装机状态，尤其是机器机构的状态，并且在模拟的范围内尤其是基于这些模拟的结果随后确定或计算机器机构的无碰撞移动路径。

然后或与此同时将计算出的移动路径转换成用于相应机器机构的相应驱动装置的相应控制指令，例如转换成相应驱动装置的相应旋转角预设值，从而控制装置随后这样控制相应驱动装置，使得由驱动装置移动的机器机构沿无碰撞移动路径运动。

代替上述方法也可以规定，在查询驱动装置的实际位置之后，根据这些实际位置从数据库中选择之前已经通过模拟确定的无碰撞移动路径，在该数据库中存储有分别配属于不同实际位置的无碰撞移动路径。相应地，在该变型方案中，在包装机的持续运行或启动或维护期间通常不“在线”进行模拟，而是提前(可能提前很长时间)进行模拟。例如已经在设计包装机的范围内一次性地进行。

在实现根据本发明的方法的范围内，包括确定无碰撞移动路径在内的模拟优选由一个或多个尤其是配属于包装机的、例如构造为计算机或SPS的计算装置进行，优选由包装机的中央主控制单元或由一个或多个分散的、尤其是控制相应驱动装置的控制单元进行。

根据本发明的另一种优选扩展方案，对于至少两个机器机构的运动轨道在交叉区域中相交的情况，可以在模拟所述两个机器机构的驱动装置的不同相对位置的范围内确定(尤其计算出)在所述两个机器机构之间的距离和/或在所述机器机构之一与由所述机器机构中的另一机器机构移动的产品之间的距离和/或在由所述两个机器机构移动的产品之间的距离，所述距离在所述两个机器机构处于交叉区域中时出现，所述距离尤其是在机器机构的轮廓之间和/或在机器机构的轮廓与产品的轮廓之间和/或在产品的轮廓之间的距离。

替代或附加地，可以在模拟(至少一个)驱动装置的不同相对位置的范围内确定(尤其是计算出)一方面由该驱动装置移动的机器机构和/或由该机器机构移动的产品与另一方面设备的位置固定的构件之间的距离，所述距离在机器机构在位置固定的构件的区域中或沿该区域运动时出现，所述距离尤其是一方面机器机构的轮廓和/或由该机器机构移动的产品的轮廓与另一方面位置固定的构件的轮廓之间的距离。

在上述两种情况下，随后可以在确定无碰撞移动路径的范围内例如借助优化算法来优化所述距离，尤其是这样优化，使得所述距离至少大于零或优选尽可能大。

还可以规定，在模拟(至少一个)驱动装置的不同相对位置的范围内确定由所述驱动装置移动的机器机构的预定的、尤其是存储的同步位置或规定位置与该机器机构的在驱动装置的相应相对位置中出现的位置之间的距离。

所述距离可以纳入该机器机构或其它机器机构的无碰撞移动路径的确定中。

关于模拟模型，所述模拟模型优选可以包括所有驱动装置和由这些驱动装置移动的机器机构以及至少包装机的所有其它构件，所述机器机构和/或由其移动的产品在它们的运动轨道上可能与所述其它构件碰撞。

根据本发明的另一种实施方式可以规定，在确定无碰撞移动路径的范围内为第一机器机构确定无碰撞第一移动路径并且为第二机器机构确定无碰撞第二移动路径，并且这样控制驱动装置，使得当第一机器机构已经沿无碰撞第一移动路径移动时，第二机器机构才沿无碰撞第二移动路径移动，从而实现机器机构的顺序移动。

根据权利要求15所述的根据本发明的用于制造包装的设备的特征在于多个能被彼此独立地控制的驱动装置，所述驱动装置分别使设备的至少一个机器机构在运动轨道上运动，在所述运动轨道上所述机器机构可能相互碰撞或与设备的另一构件或与在设备中处理的产品碰撞，所述设备配属有计算装置，尤其是具有这样的计算装置，其构造和设置成借助其可创建包装机的(至少)描绘驱动装置和机器机构的数字模拟模型。这尤其是借助安装在计算装置上的模拟程序实现，借助所述模拟程序能够模拟驱动装置的不同相对位置和在这些相对位置时出现的包装机状态，尤其是机器机构的状态，在这些模拟的范围内可确定机器机构的无碰撞移动路径，并且每个驱动装置配属有一个驱动控制装置(每个驱动装置尤其是具有这样的驱动控制装置)，所述驱动控制装置这样控制驱动装置，使得可运动的机器机构沿所确定的无碰撞移动路径运动或可运动。

附图说明

本发明的其它特征由所附的从属权利要求、下面对优选实施例的说明以及由附图得出。附图如下：

图1示出根据本发明的用于制造用于烟草产品的包装的设备的局部图，该设备具有多个独立的驱动装置，这些驱动装置使机器机构移动，在第一交叉区域中两个机器机构的运动轨道相交并且在第二交叉区域中一个机器机构的运动轨道与由一个机器机构移动的产品的运动轨道相交；

图2示出设备沿视线方向II的侧视图；

图3示出沿图2中的剖线III-III的剖面图；

图4a、4b示出图3的细节IVa，即输送机的单个带动器，该带动器的上带动器部件关于X坐标偏心地位于窝槽输送机的窝槽内(侧视图(4a))，从而需要在X方向上进行位置校正，并且该带动器的上带动器部件关于Z坐标偏离在窝槽内的预定同步位置(横截面(4b))，从而需要在Z方向上进行位置校正；

图5a、5b类似于图4a、4b示出图3中的细节IVa的视图，但在通过沿图5a中的箭头方向移动窝槽而在X方向上进行位置校正之后；

图6a、6b类似于图4a、4b示出图3中的细节IVa的视图，但在随后通过沿图6b中的箭头方向移动带动器而在Z方向上进行(附加的)位置校正之后。

具体实施方式

下面借助用于包装产品的特定设备、即用于包装香烟11或用于制造具有香烟11作为包装内容物的香烟包装的包装机10来说明上述根据本发明的相互关系，为此目的该包装机仅局部地示出。用于香烟或其它产品的包装机对于本领域技术人员而言是已知的并且因此在此不再详细描述。不言而喻，根据本发明的方法也可以应用于其它类型的包装设备或包装机。

此外，不言而喻，根据本发明的方法可以应用在包装机的任何区域中，在这些区域中包装机的两个或更多由驱动装置驱动的机器机构在工作空间中的运动轨道上运动，在该工作空间中一个运动的机器机构可能与另一个运动的机器机构、包装机的其它(也是静态的)构件或在包装机中处理的产品发生碰撞。

示出包装机10的一个区域，在该区域中香烟11被由驱动装置C以机器周期往复移动的、当前构造为推料器12的机器机构成组地且周期性地从香烟料盒13顶入或推入位置精确地准备好的、由驱动装置A周期性地(进一步)移动的、当前构造为循环窝槽输送机15的窝槽14的机器机构中。

香烟组的运动轨道和窝槽14的运动轨道在此相交于交叉和接收区域22中，在该区域中例如在窝槽14错误地位置不精确地、例如侧向偏移地定向时相应的香烟组可能会与窝槽14的窝槽壁之一碰撞。

此外，窝槽输送机15周期性地朝循环带动器输送机16方向输送香烟组，该带动器输送机具有各个由驱动装置B移动的、当前构造为带动器17的机器机构，这些机器机构在横向于窝槽14输送平面延伸的输送轨道上运动。

在窝槽14的输送或者说运动轨道与带动器17的输送或者说运动轨道相交的交叉和接收区域18中，带动器17之一的与相应窝槽14的内轮廓匹配的上带动器部件21相应地沿纵向穿过分别准备好的窝槽14并且在此将位于窝槽14中的香烟组(在带动该香烟组的情况下)横向于窝槽14的输送平面从窝槽14中朝下游的包裹站19方向输送，在该包裹站中内坯件20随后被放置到香烟组上并围绕该香烟组折叠。

在交叉和接收区域18中也可能发生碰撞，例如带动器17与准备好的窝槽14或其窝槽壁在窝槽错误地、位置不精确地相对于带动器17或上带动器部件21定向时可能会碰撞。

驱动装置A、B、C可单独控制并且当前分别设计为具有伺服马达和相应位置控制的伺服驱动装置。

推料器12、窝槽14和带动器17在当前情况下构成由驱动装置C、A或B移动的机器机构，这些机器机构根据本发明应无碰撞地运动。当然，本发明不限于这些特定的机器机构。更确切地说，本发明可以包括所有可想到的、由驱动装置分别移动的机器机构。

为了例如在包装机10启动时，但也在维护的范围内或在正常的持续生产运行期间实现机器机构12、14、17在交叉区域18和22中的可靠、无碰撞的运动，在当前情况下借助计算装置23(PC)创建模拟模型24、即图1中示出的机器区域的数字图像24或数字孪生作为运动学替代模型，该替代模型尤其是描绘各个机器机构12、14、17连同其驱动装置。优选模拟模型24包括包装机的所有机械装置，即运动的和不运动的机器机构或机器构件以及机器中处理的产品。在此优选存储机械装置彼此间的所有机械关系。

现有技术的专业人员知道如何创建这种模拟模型24或这种数字孪生。

借助该数字模拟模型24还可以通过在计算装置23上运行的模拟程序来模拟驱动装置的许多或所有可能的相对位置及其运动和在这些相对位置或运动时出现的机器机构12、14、17的状态或位置和运动。

为此目的，在第一步骤中(借助旋转编码器)可以检测驱动装置A、B和C的当前实际位置，即例如当前实际旋转角。这些实际位置或实际旋转角随后被传输到模拟程序并且相应地被用作模拟输入参数。换言之，根据真实包装机10中的相应位置对准模拟模型24中存在或描述的机械装置。

相应地，模拟模型24中的虚拟/模拟驱动装置A、B、C的位置与包装机10的真实的驱动装置A、B、C的实际位置相适配并且例如被定义为虚拟/模拟驱动装置A、B、C的初始位置，从而模拟模型24中的每个驱动装置A、B、C的初始位置相应于与其关联的真实的驱动装置A、B、C的实际位置。

在本实施例中，在接下来的步骤中，基于所传输的驱动装置的实际位置，借助或者说基于模拟模型24进行距离测量或者说距离确定。在此另外可以考虑在机器机构12、14、17的轮廓或特定点之间的距离以及在机器机构12、14、17的实际位置与预定的同步位置之间的距离。这借助图4a-6b示例性地详细描述。

在图4a中可以看出，上带动器部件21关于X坐标而不关于Y坐标在窝槽14中偏心地设置。关于X坐标的偏心定位可能导致碰撞。

这在模拟的范围内借助模拟模型确定，其方式是，基于驱动装置A、B、C的实际位置以及所有其它在模拟模型中描绘或存储的关联确定到左或右窝槽壁的距离X1和X2和到下或上窝槽壁的距离Y1和Y2。

通过比较图4b和图6b可以看出，上带动器部件21关于Z坐标在窝槽14内处于这样的位置中，该位置不相应于预定的、在图6b中示出的规定位置或同步位置(在图2中该规定位置或同步位置通过点划线示出)。为了确定这点，可以在距离确定的范围内例如确定相对于前或后窝槽边缘的距离Z1或Z2。

在另一步骤中，随后可以在模拟的范围内(借助模拟程序)根据模拟模型并且基于所实施的距离确定来确定或计算出用于驱动装置A、B、C或机器机构12、14、17的无碰撞移动路径。

关于图4a-6b的示例，在此可以在模拟的范围内为带动器17或带动器部件21以及窝槽14分别计算无碰撞移动路径，在该移动路径上带动器17或窝槽14可以从相应的实际位置出发移动，而带动器17和窝槽14不会相互碰撞。

在此可以使用优化算法来对所确定的距离进行校正，例如使得距离X1和X2随后大小相等，从而带动器部件21在校正之后在两侧分别与相邻的窝槽壁具有最大可能的距离并且相应地居中定位在窝槽14中。

因此，窝槽14的无碰撞移动路径的确定的第一(部分)移动路径可以包括在模拟的范围内通过对驱动装置A的相应控制使窝槽输送机15向图5A中示出的箭头方向移动，以便使距离X1和X2分别达到相同的值。在此带动器17例如仍可以保持被忽略或不移动。

相反，带动器17的无碰撞移动路径的第一(部分)移动路径可以包括使带动器关于Z坐标的位置与上面已经提到的、预定的规定位置或同步位置重合。为此目的，可以在模拟的范围内通过对带动器输送机16的驱动装置B的相应控制使带动器17沿图2中示出的移动路径S移动到图6b中示出的规定位置或同步位置中(在如上所述定向窝槽14之后)。

总之，可以在模拟的范围内确定所有机器机构12、14、17(和/或其它机器机构)的无碰撞移动路径。

然后，在进一步的最终步骤中，可以通过控制技术在真实包装机10中实现计算出的移动路径，这例如在“主-从”控制原理的范围内借助控制单元25实现，该控制单元发送相应的控制指令到驱动装置A、B、C。

例如在包装机10首次启动时、在机器停止之后或维护之后/在维护范围内启动时，如果机器10常常仍处于未定义或未同步的状态中，则可以借助基于所查询的实际位置以所描述方式计算出的无碰撞移动路径将机器10或机器机构12、14、17移动到定义的同步状态中。

如果根据本发明的方法应用于监控或控制正在运行或者说处于运行中的机器10，则优选连续地在持续运行期间或至少在特定的短时间间隔内确定驱动装置A、B、C的实际位置、确定上述距离以及整体上模拟以便计算无碰撞移动路径。在此相应地分别重新计算移动路径并且随后将其作为控制指令传输到驱动装置。

附图标记列表

10包装机

11香烟

12推料器

13香烟料盒

14窝槽

15窝槽输送机

16带动器输送机

17带动器

18交叉区域

19包裹站

20内坯件

21带动器部件

22交叉区域

23计算装置

24模拟模型

25控制单元