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【発明の名称】 ボビン操作装置におけるボビンコアセンタの決定
【発明者】 【氏名】アルント・マイアー

【氏名】ギュンター・ハマン

【氏名】トルステン・クネッパー

【氏名】トーマス・フリュッゲ
【要約】 【課題】

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンを把持するための要素（３，４，５）を有するグリッパ（１）と、グリッパ（１）に配設された、センサ（１１〜１４，２１〜２４）を有するセンサ装置（２）と、センサ装置（２）から信号を受信し、処理する評価及び制御装置（９）と、評価及び制御装置（９）によって制御され、グリッパ（１）を移動させる位置決め装置（１０）とを有する、特にタバコ加工産業のボビン操作装置において、
センサ（１１〜１４，２１〜２４）が、空間的に互いに分離されるようにセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）内に配設されていることを特徴とするボビン操作装置。
【請求項２】
センサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）が、同一に形成されており、それぞれ少なくとも２つのセンサ（１１〜１４，２１〜２４）を有することを特徴とする請求項１に記載のボビン操作装置。
【請求項３】
それぞれ４つのセンサ（１１〜１４，２１〜２４）を有する２つのセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボビン操作装置。
【請求項４】
センサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）が、ボビンを把持するための要素（２，３，４）の周りに配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボビン操作装置。
【請求項５】
ボビンを把持するための要素（２，３，４）が、回転対称に配設されかつ特に半径方向に移動されるクランピングジョーとして形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のボビン操作装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のボビン操作装置を有するタバコ加工産業の機械。
【請求項７】
ボビンを把持するためのグリッパ（１）を有する、特にタバコ加工産業のボビン操作装置を運転するための方法において、
この方法が、
−グリッパ（１）がボビンを検出し、評価及び制御装置（９）が仮のボビンコアセンタを確定し、グリッパ（１）がボビンを再び解放するステップと、
−センサ（１１〜１４，２１〜２４）が、ボビンコア（７）を介して、仮のボビンコアセンタによって導かれる線に沿って移動され、センサ（１１〜１４，２１〜２４）の信号変化を記録するステップと、
−評価及び制御装置（９）が、センサ（１１〜１４，２１〜２４）用の信号変化から付属のボビンコアセンタＢｓを算定し、これからセンサ（１１〜１４，２１〜２４）に対応する、センサ（１１〜１４）のために算定されたボビンコアセンタＢｓと予め確定された仮のボビンコアセンタの間のズレＯｓを算定するステップ
の方法ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
センサ（１１〜１４，２１〜２４）が線に沿って往復運動又は繰返し運動させられ、これにより、信号変化が多重化され、センサ（１１〜１４，２１〜２４）のために、付属のボビンコアセンタＢｓがそれぞれの信号変化の平均値から算定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
方法が、本質的に第１の線に対して垂直な第２の線のために繰り返され、これにより、センサ（１１〜１４，２１〜２４）のために、本質的に互いに垂直な、両線によって決定される２方向の２つのズレＯｓｘ，Ｏｓｙが算定されることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
方法ステップが、少なくとも２つのセンサ（１１〜１４，２１〜２４）のために実施されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
ボビンを把持するためのグリッパ（１）と、グリッパ（１）に配設されたセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）を有するセンサ装置（２）とを有する、特にタバコ加工産業のボビン操作装置を運転するための方法において、
この方法が、
−センサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）が仮想延長したボビンコア（７）を取り囲むように、グリップ（１）が位置決め装置（１０）によって移動されるステップと、
−少なくとも１つのセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）がボビンコア（７）上を移動するステップと、
−少なくとも１つのセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）の信号変化が評価及び制御装置（９）に転送されるステップと、
−評価及び制御装置（９）が、少なくとも１つのセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）の少なくとも２つの、特に４つのセンサ（１１〜１４，２１〜２４）の信号変化から、ボビンコアセンタＢを決定するステップ
の方法ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
信号変化に１つの円上の特に４つの点の位置座標が特定され、それぞれ２点に対してその中心垂線用の直線方程式が公式化され、最後に、ボビンコアセンタＢが２つの直線方程式の解として、即ち２つの中心垂線の交点として決定されることによって、少なくとも１つのセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）の少なくとも２つの、特に４つのセンサ（１１〜１４，２１〜２４）の信号変化からボビンコアセンタＢが決定されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのセンサグループモジュール（２Ａ，２Ｂ）が、線に沿って往復運動又は繰返し運動させられ、これにより、信号変化が多重化され、ボビンコアセンタＢが、信号変化の平均値から決定されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
グリッパ（１）が、決定されたボビンコアセンタＢに依存してボビンを検出することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の方法が先行して実施されることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
センサのために算定されたズレＯｓ又はＯｓｘ，Ｏｓｙが、ボビンコアセンタＢの決定の際に考慮されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボビン操作装置とボビン操作装置を有するタバコ加工産業の機械とボビン操作装置を運転するための相応の２つの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッキング機械、例えば包装機械で、例えば紙、アルミ箔、合成樹脂箔又はラミネート箔のようなパッキング材料は、ボビンとも呼ばれるローラから加工される。これらボビンは、ボビン操作装置によって繰出し装置に移動され、この繰出し装置に押し込まれる。タバコ加工機械、例えばシガレット製造機のためにも紙を有するボビンが必要とされる。
【０００３】
特許文献１から、巻かれた材料シート、特にタバコ加工産業の製品用の包み材料シートから構成されたボビンの操作をするための装置が公知である。ボビンは、中間層を使用して構成されたボビンスタックから取り出され、ボビン収容部に移送される。このため、ボビンキャリヤは、パレット上に準備されているボビンスタックに対して相対的に移動可能に入口に配設されている。ボビンキャリヤは、ボビンを把握するためのジョーグリッパを備えている。
【０００４】
特許文献２には、ローラ又はリールを機械に供給するための方法及び装置が開示されている。ローラは、センタ穴を備え、グリップ成分又は操作装置の少なくとも１つの基準点が穴の内部に位置するかが決定される。ローラの収容は、基準点がローラの穴の内部に位置する場合にグリップ成分によって行なわれる。基準点は、例えばグリップ成分の送受信装置を介して決定される。特に、ローラの穴に対して相対的にグリップ成分を位置決めするために３つのこのような送受信装置が使用される。
【０００５】
特許文献３には、制御式のジョイントアームにグリップ成分を有するロボットによって対象物、例えばペーパーローラを自動的に収容するための方法が記載されている。対象物の位置座標の決定は、複数の画像を検出し、引き続き画素の分布の頻度を評価することによって行なわれる。これから理論中心点が決定され、グリップ成分が、相応にローラに降ろされる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１ １５７ ９５２号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／０９２４８３号パンフレット
【特許文献３】米国特許第５，６０８，８１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ボビンが迅速かつ正確に検出、即ち把握されるように簡単な方法でボビンの位置の確認を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題の解決は、センサが、空間的に互いに分離されるようにセンサグループモジュール内に配設されていることを特徴とする、ボビンを把持するための要素を有するグリッパと、グリッパに配設された、センサを有するセンサ装置と、センサ装置から信号を受信し、処理する評価及び制御装置と、評価及び制御装置によって制御され、グリッパを移動させる位置決め装置とを有する、特にタバコ加工産業のボビン操作装置によって行なわれる。
【０００８】
グリッパを移動させる際に使用可能なボビンの位置決定用の信号を供給する距離測定用のセンサグループモジュールを使用することが、本発明によるボビン操作装置の利点であると分かった。
【０００９】
ボビン操作装置の好ましい実施形では、センサグループモジュールが、同一に形成されており、それぞれ少なくとも２つのセンサを有する。
【００１０】
センサグループモジュールを同一に形成することによって、画一的な、従って単純化された信号の評価の実施が可能になる。
【００１１】
ボビン操作装置の別の好ましい実施形では、それぞれ４つのセンサを有する２つのセンサグループモジュールが設けられている。
【００１２】
この場合、ボビン操作装置のセンサグループモジュールが、ボビンを把持するための要素の周りに配設されていることは有利である。
【００１３】
ボビンを把持するための要素は、特に回転対称に配設されかつ半径方向に移動されるクランピングジョーとして形成されている。
【００１４】
このようにして、その外形寸法が円筒形に形成された、円筒形のボビンコアを有するボビンは、クランピングジョーを、外側からボビンの外筒面に向かって移動させるか、内側からボビンの内筒面に向かって移動させ、その際、狭持されたボビンがこれにより持ち上げられるまで移動させることによって、特に簡単に検出することができる。
【００１５】
加えて、課題は、本発明によるボビン操作装置を有するタバコ加工産業の機械によって解決される。
【００１６】
更に、課題は、ボビンを把持するためのグリッパを有する、特にタバコ加工産業のボビン操作装置を運転するための方法によって解決されるが、この方法は、
−グリッパがボビンを検出し、評価及び制御装置が仮のボビンコアセンタを確定し、グリッパがボビンを再び解放するステップと、
−センサが、ボビンコアを介して、仮のボビンコアセンタによって導かれる線に沿って移動され、センサの信号変化を記録するステップと、
−評価及び制御装置が、センサ用の信号変化から付属のボビンコアセンタＢｓを算定し、これからセンサに対応する、センサのために算定されたボビンコアセンタＢｓと予め確定された仮のボビンコアセンタの間のズレＯｓを算定するステップ
の方法ステップを有することを特徴とする。
【００１７】
このようにして、有利なことに信号変化が生じる２箇所の間を結んだ線分の中心を決定することによって、どのようなボビンコアセンタＢｓがその信号変化から生じるかがそれぞれの個々のセンサに対して確定されるので、センサの較正が可能になる。このボビンコアセンタＢｓは、仮に正しいと仮定したボビンコアセンタと比較される。その場合、ボビンコアセンタＢｓを決定するための後からの測定時に、１つのセンサのこのズレＯｓをその信号変化の評価時に最初から含めることが可能になる。
【００１８】
方法の好ましい実施形では、センサが線に沿って往復運動又は繰返し運動させられ、これにより、当該信号変化が多重化され、センサのために、付属のボビンコアセンタＢｓがそれぞれの信号変化の平均値から算定される。
【００１９】
特に、方法は、本質的に第１の線に対して垂直な第２の線のために繰り返され、これにより、センサのために、本質的に互いに垂直な、両線によって決定される２方向の２つのズレＯｓｘ，Ｏｓｙが算定される。従って、ボビンの端面に対して平行な平面に対するセンサの偏差状況に関する十分完全な情報の取得が可能になる。
【００２０】
少なくとも２つのセンサのために、特に全てのセンサのために前記方法ステップを実施することは、特に合目的であると分かった。
【００２１】
更に、課題は、ボビンを把持するためのグリッパと、グリッパに配設されたセンサグループモジュールを有するセンサ装置とを有する、特にタバコ加工産業のボビン操作装置を運転するための方法によって解決される。この方法は、
−センサグループモジュールが仮想延長したボビンコアを取り囲むように、グリップが位置決め装置によって移動されるステップと、
−少なくとも１つのセンサグループモジュールがボビンコア上を移動するステップと、
−少なくとも１つのセンサグループモジュールの信号変化が評価及び制御装置に転送されるステップと、
−評価及び制御装置が、少なくとも１つのセンサグループモジュールの少なくとも２つの、特に４つのセンサの信号変化から、ボビンコアセンタＢを決定するステップ、
の方法ステップを有することを特徴とする。
【００２２】
この方法により、ボビンを検出するためのグリッパを後から正確に制御することを可能にするボビンコアセンタＢの決定が、特に簡単かつ正確に可能になる。
【００２３】
例えばボビンが横方向を制限する壁にぶつかることによってボビンの操作が困難である場合、グリッパを移動させる際に当該センサグループモジュールのセンサをボビンコア上を移動させるように、センサグループモジュールを選択することが、グリッパの周りに異なったセンサグループモジュールを配設することによって可能である。
【００２４】
方法の特別な実施形では、信号変化に１つの円上の特に４つの点の位置座標が特定され、それぞれ２点に対してその中心垂線用の直線方程式が公式化され、最後に、ボビンコアセンタＢが２つの直線方程式の解として、即ち２つの中心垂線の交点として決定されることによって、少なくとも１つのセンサグループモジュールの少なくとも２つの、特に４つのセンサの信号変化からボビンコアセンタＢが決定される。
【００２５】
方法の好ましい実施形において、少なくとも１つのセンサグループモジュールが、線に沿って往復運動又は繰返し運動させられる場合、多重化された信号変化の平均値からボビンコアセンタＢを決定することが可能になる。
【００２６】
方法の合目的な実施形では、引き続き、グリッパが、決定されたボビンコアセンタＢに依存してボビンを検出する。
【００２７】
先ずセンサの偏差を算定し、引き続きこの偏差に基づいてボビンコアセンタＢを決定するように、ボビン操作装置を運転するための方法を組み合わせることは特に有利である。
【００２８】
この場合、特に、センサのために算定されたズレＯｓ又はＯｓｘ，Ｏｓｙは、ボビンコアセンタＢの決定の際に考慮される。
【００２９】
この発明の特別な利点は、固有の較正用具を必要としないでボビン操作装置のセンサが較正される点にある。
【００３０】
距離を測定するためのセンサにおける信号変化は、一般的に、ボビンの端面までの距離がもはや測定されないので、ボビンコアの領域に入った際にセンサが直接大きな距離を測定することに起因する。逆に言えば、ボビンの端面までの短い距離が測定されるので、センサがボビンコアから外れた場合に信号変化が生じるということである。距離測定の代わりに、輝度値を測定してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
添付の概略図に関連させた実施例を基にして、一般的な発明思想を限定することなく本発明を以下で説明する。但し、文章で詳細に説明されてない本発明の全ての詳細の開示については、図面を参照されたい。
【００３２】
以下の各図で、それぞれ同じ又は同様の要素もしくは相応の部分は同じ符号を備えているので、相応の新たな紹介を省略し、第１の実施例に対する各図に図示した実施例の違いだけを説明する。
【００３３】
図１には、センサ装置２を有するグリッパ１の概略斜視図が図示されている。センサ装置２は、評価及び制御装置９と位置決め装置１０と接続されている。グリッパ１は、図示してないボビンを検出するために形成されており、ボビンは、例えばパレットから取り出され、繰出し装置に載置される。グリッパ１は、クランピングジョーとして形成された３つの要素３，４及び５を備え、これら要素は、図１に図示してないボビンコア７に挿入され、そこでボビンを検出するために拡開される。このため、クランピングジョー３，４及び５をボビンコア７内に挿入することができるように、グリッパ１をボビンの上に位置決めすることが必要である。同様に構成されたグリッパ１は、例えば特許文献１から公知である。クランピングジョー３，４及び５の周りには、２つのセンサグループモジュール２Ａ，２Ｂが配設されている。センサグループモジュール２Ａ，２Ｂは、同一に形成されており、それぞれ４つのセンサ１１〜１４及び２１〜２４を備える。センサ１１〜１４，２１〜２４は、距離測定用センサである。
【００３４】
図２ａ，２ｂ及び２ｃは、４つのセンサ１１〜１４を有するセンサグループモジュール２Ａを案内するボビンの端面とボビンコア７の３つの概略図である。これらの図は、ボビンコア７の上をセンサグループモジュール２Ａを移動させることによって得られた時間経過を示す。これは、センサ１１が矢印方向にボビンコア７上を破線に沿って案内される較正工程である。図２ａで、センサ１１は、未だボビンコア７の領域内に存在しておらず、図２ｂで、センサ１１が真直ぐにボビンコア７の領域内に入るので、信号変化を記録することができ、図２ｃで、センサ１１は、破線上を再び戻されるので、センサ１１に別の信号変化を記録することができる。
【００３５】
図３は、ボビンコア７の一部の概略図を示し、特に、Ｙ方向の仮のボビンセンタを通る線ｌ１とｌ２の変化ΔＹがＸ方向の信号変化ΔＸに対して僅かな作用しか有していないことを図示する。これは、センサ１１〜１４，２１〜２４が仮のボビンコアセンタを通る線ｌ１又はｌ２に沿って案内された場合、仮のボビンコアセンタを選択したときに不正確であった場合でも、許容可能な信号変化が記録されるという結果となる。
【００３６】
図４は、ボビンコア７と、ボビンコア７上を案内される４つのセンサ１１〜１４を有するセンサグループモジュール２Ａの概略図である。この場合、位置１．，２．，３．及び４．は、それぞれセンサグループモジュール２Ａの位置に相当し、相前後してセンサ１１〜１４が仮のボビンコアセンタを通る線に沿って案内される。
【００３７】
図５には、ボビンの端面とボビンコア７と２つのセンサグループモジュール２Ａ及び２Ｂの概略図が図示されている。ここに図示してないグリッパ１は、センサグループモジュール２Ａ，２Ｂが仮想延長したボビンコア７を取り囲むように移動される。このため、センサ１１〜１４，２１〜２４のための限界を図示する、ボビンコア７の可能な位置の包絡円８が設けられており、しかも、仮のボビンコアセンタが決定されるまでは、センサ１１〜１４，２１〜２４の常に全てがボビンコア７外に位置しなければならないようになっている。図５には、更に、例えば仮のボビンコアセンタ用の基準値として使用される、図示してないグリッパ１のグリッパ中心点６が示されている。
【００３８】
図６は、ボビンの端面とボビンコア７と２つのセンサグループモジュール２Ａ及び２Ｂの別の概略図を示し、全てのセンサ１１〜１４，２１〜２４がボビンコア７外に位置するという条件は、正に未だ満たされる。
【００３９】
図７には、中心垂線ｇ及びｈをおろすことによって中心点を決定する円が図示されている。この円は、ボビンコア７に相当し、点ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３及びＳＰ４は、それぞれセンサ１１〜１４，２１〜２４の１つからの信号変化を記録する位置に相当する。点ＳＰ１とＳＰ３に対して中心垂線ｇが描かれ、点ＳＰ２とＳＰ４に対して中心垂線ｈが描かれる。両中心垂線ｇとｈの交点がボビンコアセンタＢを確定する。従って、交点の座標、従ってボビンコアセンタＢは、簡単な数学的な方法によって決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】評価及び制御装置と位置決め装置に結合された、センサ装置を有するグリッパの概略斜視図を示す。
【図２ａ】４つのセンサを有するセンサグループモジュールを案内するボビンの端面とボビンコアの概略図を示す。
【図２ｂ】４つのセンサを有するセンサグループモジュールを案内するボビンの端面とボビンコアの概略図を示す。
【図２ｃ】４つのセンサを有するセンサグループモジュールを案内するボビンの端面とボビンコアの概略図を示す。
【図３】ボビンコアの一部の概略図を示す。
【図４】ボビンコアと、ボビンコア上を案内される４つのセンサを有するセンサグループモジュールの概略図を示す。
【図５】ボビンの端面とボビンコアと２つのセンサグループモジュールの概略図を示す。
【図６】ボビンの端面とボビンコアと２つのセンサグループモジュールの別の概略図を示す。
【図７】円の境界点に中心垂線をおろすことによって中心点を決定する円の図を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１ グリッパ
２ センサ装置
２Ａ センサグループモジュール
２Ｂ センサグループモジュール
３ ボビンを把持するための要素
４ ボビンを把持するための要素
５ ボビンを把持するための要素
６ グリッパの中心点
７ ボビンコア
８ ボビンコアの許容位置の包絡線
９ 評価及び制御装置
１０ 位置決め装置
１１ 距離測定用センサ
１２ 距離測定用センサ
１３ 距離測定用センサ
１４ 距離測定用センサ
２１ 距離測定用センサ
２２ 距離測定用センサ
２３ 距離測定用センサ
２４ 距離測定用センサ
【出願人】 【識別番号】５９５１１２０１８
【氏名又は名称】ハウニ・マシイネンバウ・アクチエンゲゼルシヤフト
【出願日】 平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【代理人】 【識別番号】１０００６９５５６
【弁理士】
【氏名又は名称】江崎 光史

【識別番号】１０００９３９１９
【弁理士】
【氏名又は名称】奥村 義道

【識別番号】１００１１１４８６
【弁理士】
【氏名又は名称】鍛冶澤 實
【公開番号】 特開２００８−６７７０２（Ｐ２００８−６７７０２Ａ）
【公開日】 平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願番号】 特願２００７−２３６０５９（Ｐ２００７−２３６０５９）