ES2902716T3 - Dispositivo de manipulación pasiva de objetos - Google Patents

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Ian Philip Butler Ingham
Jeffrey Mark Woods
Simon John Edwards
Andrew John Clippingdale
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Abstract

Un sistema de impresión con un aparato para manipular objetos, comprendiendo el aparato: un dispositivo de transporte (104) que está configurado para moverse a lo largo de una vía que está definida por un carril (102); y un dispositivo de manipulación (224) que está adaptado para sostener un objeto (108) y está montado en el dispositivo de transporte (104) de modo que es rotatorio con respecto al dispositivo de transporte (104) alrededor de un eje de manipulación; caracterizado por que el aparato comprende, además: un dispositivo de accionamiento (310) dispuesto en una posición a lo largo de la vía y que tiene un eje de accionamiento asociado; en el que el dispositivo de transporte (104) se mueve a lo largo de la vía en una dirección perpendicular al eje de accionamiento hacia y desde una posición de accionamiento, en el que: en la posición de accionamiento, el eje de manipulación del dispositivo de manipulación (224) está en alineación sustancial con el eje de accionamiento del dispositivo de accionamiento (310) tras lo que el dispositivo de accionamiento (310) induce un par de torsión en el dispositivo de manipulación (224) provocando que el dispositivo de manipulación (224) rote, provocando, de este modo, que el objeto (108) sostenido por el dispositivo de manipulación (224) rote.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de manipulación pasiva de objetos
La presente invención se refiere a un sistema de impresión con un aparato para mover y rotar objetos.
En particular, el aparato comprende un dispositivo de transporte móvil y un dispositivo de accionamiento separado. El dispositivo de accionamiento se acopla a una sección rotatoria del dispositivo de transporte y proporciona un par de torsión a la sección rotatoria.
Antecedentes
En los procesos de impresión industrial para imprimir en una serie de etapas sobre objetos discretos tales como recipientes de envasado, es común que se transporte una serie de objetos entre estaciones de impresión por una serie de dispositivos de transporte. Para que los dispositivos de impresión en las estaciones de impresión accedan a una gran parte de la superficie de un objeto tridimensional, los dispositivos de transporte típicamente manipulan el objeto en la estación de impresión, por ejemplo, haciendo rotar un objeto cilíndrico alrededor de su eje longitudinal para exponer toda la superficie exterior. Las latas de bebidas y las latas de aerosol son ejemplos de objetos cilíndricos que se pueden imprimir en un sistema de este tipo.
Los tipos existentes de aparatos para manipular objetos discretos a través de un proceso de impresión de este tipo incluyen sistemas de rueda de mandril, también conocidos como sistemas de disco de husillo. La patente de EE. UU. 6.769.357 publicada muestra un ejemplo de un sistema de rueda de mandril.
En los sistemas de rueda de mandril, se fija una pluralidad de mandriles con el mismo espaciado alrededor de una rueda rotatoria o divisoria. En algunos ejemplos, cada mandril tiene un servomotor incorporado asociado que proporciona la rotación del objeto. En estos ejemplos, los servomotores requieren conexiones de potencia y control proporcionadas por un sistema de acoplamiento rotatorio en el eje central de la rueda de mandril. En otros ejemplos, cada mandril se acciona mecánicamente por una cinta o engranajes de un único motor. Debido a que todos los mandriles de la rueda de mandril están restringidos a dividir al mismo tiempo, el rendimiento se limita a la velocidad del proceso más lento de la secuencia. Como resultado, se requiere que las estaciones de procesamiento que realizan procesos rápidos tengan un período inactivo mientras se completan los procesos más lentos en otras estaciones. La distancia de división y el tiempo de permanencia en las estaciones no se pueden variar para adaptarse al tamaño o al tiempo de proceso de esa estación.
También son conocidos sistemas de carril lineal en los que uno o más mandriles o soportes de objetos se mueven en un grupo entre estaciones a lo largo de un carril lineal. Los mandriles regresan a lo largo del carril a la posición de partida después de la impresión. Este movimiento alternante permite que se proporcionen conexiones de potencia y control a los motores de mandril por medio de cableado flexible sin contactos móviles. Sin embargo, dichos sistemas alternantes tienen un rendimiento bajo porque el tiempo de ciclo se tiene que adaptar al retorno de los mandriles en la dirección inversa a lo largo del carril hasta su posición de partida.
Para abordar los problemas descritos anteriormente, se están desarrollando sistemas de transporte más complejos que permiten una mayor flexibilidad en la forma en que los objetos se pueden transportar a través de un proceso de impresión. Eliminando las restricciones sobre el movimiento de objetos impuestas por los sistemas conocidos descritos anteriormente, se pueden desarrollar procesos más eficaces donde, por ejemplo, se minimiza el tiempo durante el que las estaciones de procesamiento están inactivas.
Una dificultad a superar en la provisión de sistemas de impresión más complejos/flexibles es cómo proporcionar servicios a cada uno de los dispositivos de transporte para alimentar, controlar y medir la rotación de los objetos mientras se experimentan los procesos de impresión. Las disposiciones conocidas de conexiones, tales como las que se usan en los sistemas de rueda de mandril o de carril lineal, son adecuadas para sistemas simples, y sería difícil (requiriendo una disposición compleja de contactos móviles, acoplamientos rotatorios, anillos deslizantes, etc.) adaptar estas disposiciones a sistemas más complejos donde, por ejemplo, las posiciones relativas de los dispositivos de transporte varían a lo largo de un ciclo de impresión.
En consecuencia, existe una necesidad de un sistema mejorado para proporcionar una rotación controlada de los objetos móviles.
El documento WO2014/076704 se refiere a un sistema y procedimiento de impresión para imprimir sobre superficies exteriores de objetos de una línea de producción.
Sumario de la invención
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de impresión con un aparato para manipular objetos como se define en la reivindicación 1, a saber, un sistema de impresión con un aparato para manipular objetos, comprendiendo el aparato: un dispositivo de transporte que está configurado para moverse a lo largo de una vía que está definida por un carril; un dispositivo de manipulación que está adaptado para sostener un objeto y está montado en el dispositivo de transporte de modo que es rotatorio con respecto al dispositivo de transporte alrededor de un eje de manipulación; un dispositivo de accionamiento dispuesto en una posición a lo largo de la vía y que tiene un eje de accionamiento asociado; en el que el dispositivo de transporte se mueve a lo largo de la vía en una dirección perpendicular al eje de accionamiento hacia y desde una posición de accionamiento, en el que: en la posición de accionamiento, el eje de manipulación del dispositivo de manipulación está en alineación sustancial con el eje de accionamiento del dispositivo de accionamiento tras lo que el dispositivo de accionamiento induce un par de torsión en el dispositivo de manipulación que provoca que el dispositivo de manipulación rote, provocando, de este modo, que el objeto sostenido por el dispositivo de manipulación rote.
La provisión de un aparato en el que el dispositivo de accionamiento que genera un par de torsión en el dispositivo de manipulación rotatorio no es parte del dispositivo de transporte es ventajosa con respecto a los dispositivos conocidos porque elimina la necesidad de conexiones eléctricas u otras conexiones al dispositivo de transporte que se puede mover independientemente para rotar el objeto transportado.
La provisión de un sistema en el que el dispositivo de transporte se mueve en una dirección perpendicular al eje de accionamiento hacia y desde una posición de accionamiento es ventajosa porque proporciona un sistema en el que el dispositivo de accionamiento se puede acoplar al dispositivo de manipulación sin requerir un control activo de la separación axial entre el dispositivo de accionamiento y el dispositivo de manipulación.
Preferentemente, el dispositivo de manipulación comprende al menos un elemento magnético, y en el que el dispositivo de accionamiento genera un campo magnético rotatorio, que actúa sobre el al menos un elemento magnético del dispositivo de manipulación para producir el par de torsión.
Preferentemente, el campo magnético rotatorio se produce por al menos una bobina magnética que se acciona con una corriente eléctrica alterna.
Preferentemente, el dispositivo de accionamiento comprende un elemento de accionamiento rotatorio que comprende al menos un imán permanente.
Preferentemente, el dispositivo de accionamiento acopla el par de torsión al dispositivo de manipulación por fricción.
Preferentemente, la rotación del dispositivo de manipulación está sincronizada con la rotación del dispositivo de accionamiento cuando el dispositivo de transporte está en la posición de accionamiento 2, proporcionándose dicha sincronización acoplando el movimiento de rotación entre el dispositivo de accionamiento y el dispositivo de manipulación, comprendiendo dicho acoplamiento: un acoplamiento mecánico; o un acoplamiento electromagnético; o un acoplamiento de imán permanente.
Preferentemente, el carril forma una vía cerrada en la que se mueve el dispositivo de transporte.
Preferentemente, el dispositivo de accionamiento se sitúa contiguo a una estación de procesamiento del sistema de impresión, en el que la estación de procesamiento está configurada para realizar al menos uno de los siguientes procesos en el objeto transportado por el dispositivo de manipulación: carga, inspección, limpieza, tratamiento de superficie, impresión, secado, recubrimiento, curado, descarga.
Preferentemente, el aparato comprende un riel o plataforma montada contigua al carril y en el que el dispositivo de manipulación comprende una rueda configurada para entrar en contacto con el riel o plataforma a medida que se mueve a lo largo del carril, provocando, de este modo, que el dispositivo de manipulación rote a medida que se mueve a lo largo del carril.
Preferentemente, el dispositivo de manipulación está adaptado para sostener un objeto cilíndrico con su eje longitudinal paralelo al eje de manipulación y, preferentemente, en el que el objeto cilíndrico es una lata o tubo.
Preferentemente, el dispositivo de accionamiento se sitúa contiguo a un dispositivo de impresión que comprende un cabezal de impresión, y en el que, cuando el dispositivo de manipulación sostiene el objeto cilíndrico, la rotación del dispositivo de manipulación por el dispositivo de accionamiento provoca que el objeto cilíndrico rote de modo que el cabezal de impresión puede imprimir una franja alrededor de toda la circunferencia del objeto cilíndrico.
Preferentemente, el dispositivo de accionamiento es uno de una pluralidad de dispositivos de accionamiento dispuestos a lo largo de la vía, en el que el dispositivo de transporte se mueve sucesivamente a cada uno de los dispositivos de accionamiento.
Preferentemente, el dispositivo de transporte es uno de una pluralidad de dispositivos de transporte, de los que cada uno se puede mover independientemente con respecto a los otros dispositivos de transporte.
Preferentemente, el dispositivo de manipulación comprende un anillo codificador que tiene codificada en el mismo información que identifica la posición angular del dispositivo de manipulación, y en el que el aparato comprende además un cabezal de lectura próximo a cada dispositivo de accionamiento configurado para medir la posición angular del dispositivo de manipulación leyendo el anillo codificador.
Preferentemente, el anillo codificador tiene un diámetro que es sustancialmente el mismo que el diámetro del objeto cilíndrico, de modo que proporciona una equivalencia, en una salida del cabezal de lectura, entre un desplazamiento lineal del dispositivo de transporte a lo largo de la vía y un desplazamiento circunferencial del objeto cilíndrico rotatorio en el dispositivo de manipulación, para compensar, de este modo, un error en la posición del dispositivo de transporte con respecto al cabezal de impresión.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de impresión sobre objetos como se define en la reivindicación 16, a saber, un procedimiento de impresión sobre objetos usando el sistema de impresión mencionado anteriormente, comprendiendo el procedimiento: mover un objeto sostenido por el dispositivo de manipulación hacia las proximidades de un cabezal de impresión moviendo el dispositivo de transporte hacia la posición de accionamiento; rotar el dispositivo de manipulación haciendo funcionar el dispositivo de accionamiento cuando está acoplado al dispositivo de manipulación en la posición de accionamiento; e imprimir sobre el objeto sostenido por el dispositivo de manipulación mientras se hace rotar el dispositivo de manipulación, en el que mover el dispositivo de transporte hacia la posición de accionamiento comprende mover el dispositivo de transporte a lo largo de la vía en una dirección perpendicular al eje de accionamiento, y preferentemente en el que, mientras se está imprimiendo sobre el objeto, otro dispositivo de transporte se mueve a lo largo del carril.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático de un ejemplo de un sistema de impresión para el que la presente invención es adecuada para su uso;
la figura 2 es un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo de transporte de acuerdo con un modo de realización de la invención;
la figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema que comprende tres dispositivos de accionamiento en acoplamiento con tres dispositivos de transporte de acuerdo con un segundo modo de realización de la invención;
la figura 4 es un diagrama esquemático de un dispositivo de accionamiento que comprende un mecanismo de acoplamiento electromagnético y un dispositivo de transporte de acuerdo con un tercer modo de realización de la invención;
la figura 5 es un diagrama esquemático de un dispositivo de accionamiento que comprende elementos magnéticos permanentes de acuerdo con un cuarto modo de realización de la invención;
la figura 6 es un diagrama esquemático de un aparato que comprende anillos codificadores y cabezales de lectura de codificador de acuerdo con un quinto modo de realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
Se proporciona un aparato para manipular objetos en un sistema de impresión que tiene una serie de estaciones de procesamiento secuenciales, en el que un dispositivo de transporte móvil comprende un dispositivo de manipulación rotatorio pasivo que está adaptado para sostener un objeto a medida que se mueve a través de la secuencia de estaciones de procesamiento. Un dispositivo de accionamiento respectivo configurado para rotar el dispositivo de manipulación pasivo se sitúa en cada estación de procesamiento que requiere que se haga rotar un objeto. El dispositivo de transporte se puede mover hacia las proximidades de un dispositivo de accionamiento, de modo que el dispositivo de accionamiento se acopla al dispositivo de manipulación rotatorio pasivo, provocando que el dispositivo de manipulación rote. Esto permite que un objeto sostenido por el dispositivo de manipulación se haga rotar en la estación de procesamiento. Este sistema es ventajoso con respecto a los sistemas previos, porque la eliminación de la necesidad de proporcionar alimentación y/o señales de control a los elementos móviles activos simplifica las consideraciones de diseño requeridas para implementar un sistema de impresión para objetos discretos con dispositivos de transporte de objetos que se pueden mover independientemente a lo largo de un carril conformado arbitrariamente.
Las estaciones de procesamiento del aparato de impresión pueden incluir, pero no se limitan a: estaciones de carga, estaciones de inspección, estaciones de tratamiento de superficies, estaciones de limpieza, estaciones de impresión, estaciones de secado, estaciones de fijación, estaciones de recubrimiento, estaciones de curado y estaciones de descarga.
Las estaciones de impresión pueden proporcionar uno o más de una amplia gama de procesos de impresión, incluyendo pero sin limitarse a medios de contacto convencionales (por ejemplo, litografía en offset y flexografía), medios de contacto digitales (por ejemplo, impresión electrofotográfica, impresión en offset digital e impresión por transferencia en cinta) y medios digitales sin contacto (por ejemplo, impresión por chorro de tinta, impresión por chorro de tinta electrostática e impresión por chorro de tinta piezoeléctrica).
La impresión típicamente tiene lugar en una o más estaciones de impresión que se disponen a lo largo del carril. Las estaciones de impresión típicamente forman un subconjunto de un mayor número de estaciones de procesamiento dispuestas a lo largo del carril.
Los procedimientos de impresión se pueden combinar. Por ejemplo, una primera estación de impresión puede usar impresión en offset para aplicar una primera capa impresa al objeto, tal como una capa base blanca, mientras que las estaciones de impresión posteriores pueden usar impresión digital, tal como chorro de tinta, para imprimir una imagen en color de proceso en la superficie del objeto.
La figura 1 muestra un ejemplo de un sistema de impresión en el que una pluralidad de dispositivos de transporte 104 (o "carros") se pueden mover independientemente por un dispositivo de control 110 a lo largo de un carril cerrado 102.
Los carros 104 comprenden dispositivos de manipulación que en este modo de realización comprenden mandriles rotatorios adaptados para transportar recipientes cilíndricos 108. Cada mandril está montado en su carro 104 respectivo por medio de cojinetes que permiten que el mandril rote alrededor de su eje central, y de este modo rote un recipiente cilíndrico 108 unido alrededor de su eje central, que es coaxial con el mandril.
El aparato comprende un carril 102 sobre el que están dispuestos una pluralidad de carros 104 y a lo largo del que se pueden mover los carros 104. Una pluralidad de estaciones de procesamiento 106 están dispuestas a lo largo del carril 102, y cada uno de la pluralidad de carros 104 está configurado para transportar un recipiente 108 sucesivamente hacia las proximidades de cada una de las estaciones de procesamiento 106. Las estaciones de procesamiento 106 en el modo de realización de la figura 1 comprenden una estación de carga 106A, una estación de inspección 106B, cuatro estaciones de impresión de un único color 106C, una estación de secado 106D, una estación de recubrimiento 106E y una estación de descarga 106F.
Los ejemplos de sistemas de carril adecuados para su uso en la presente invención son los sistemas de carril de precisión de HepcoMotion y el iTRAK producido por Rockwell Automation.
Una o más de las estaciones de procesamiento 106, tales como las estaciones de impresión 106C, requieren que el objeto 108 se haga rotar durante el procesamiento (por ejemplo, durante la impresión). En estas estaciones de procesamiento, se proporcionan dispositivos de accionamiento (no mostrados en la figura 1) configurados para engranar los mandriles de los carros 104 para rotar los mandriles y, por ende, los recipientes 108. Los dispositivos de accionamiento están dispuestos en posiciones a lo largo de la vía por la que se mueven los carros. Un carro se puede mover en relación con un dispositivo de accionamiento hacia una posición de accionamiento en la que el dispositivo de accionamiento se engrana con el dispositivo de manipulación para proporcionar un par de torsión al dispositivo de manipulación.
Un dispositivo de control 110 se comunica con cada uno de los carros 104, directamente o bien por medio del carril 102, para controlar la posición y la velocidad de cada uno de los carros 104 independientemente entre sí en el carril 102.
Cada carro 104 está acoplado al carril 102 en primer lugar por medio de una fuerza restrictiva y en segundo lugar por medio de una fuerza motriz. La fuerza restrictiva requiere que el carro se mueva solo a lo largo de la vía del carril 102 y permite que se guíe el carro con alta precisión. En algunos modos de realización, la fuerza de restricción se proporciona por los cojinetes lineales montados en el carro 104 que encajan en vías ranuradas en el carril 102, lo que limita el movimiento del carro 104 a un grado de libertad.
La fuerza motriz entre el carro 104 y el carril 102 se puede proporcionar por un sistema de motor lineal magnético. En este ejemplo, los carros 104 comprenden elementos de imanes permanentes que se acoplan de forma electromagnética a un sistema de electroimanes espaciados alrededor del carril 102. Un sistema de detección de posición mide la posición de cada carro 104 en el carril 102 y el dispositivo de control 110 se usa para controlar la posición, velocidad y aceleración de cada carro 104 en el carril 102 controlando la magnetización de los electroimanes espaciados a lo largo del carril 102. El dispositivo de control 110 se programará típicamente para mover los carros 104 entre las estaciones de procesamiento 106 de acuerdo con una secuencia predeterminada, determinándose con antelación la cantidad de tiempo que cada carro 104 pasa en cada estación 106A-F.
La figura 2 muestra una vista más detallada de un dispositivo de transporte 104 ("carro") de ejemplo. El carro 104 comprende una base 214 y un cuerpo superior 215.
La base 214 del carro 104 comprende dos paredes laterales verticales 217 que tienen cojinetes lineales 216 dispuestos en las mismas. Los cojinetes lineales 216 en la base 214 están configurados para engranarse con el carril 102, permitiendo que el carro se mueva a lo largo de una vía definida por el carril 102.
El cuerpo superior 215 comprende una vía que se extiende a través de su cuerpo, a través del que pasa un árbol central del dispositivo de manipulación 224. En este ejemplo, el dispositivo de manipulación 224 es un mandril que comprende un soporte de objetos 210 adaptado para sostener recipientes cilíndricos. El árbol y el soporte de objetos están conectados conjuntamente de modo que roten como uno solo alrededor del eje 226.
El árbol del mandril 224 está montado en la parte superior 215 del carro sobre cojinetes 222 adicionales que permiten que el mandril rote con respecto al resto del carro. El mandril 224 está orientado de modo que su eje de rotación 226 sea perpendicular a la dirección del carril 102 donde se engrana con la base 214 del carro. Cuando el carro 104 se mueve a lo largo del carril 102, por lo tanto, el eje de rotación 226 del mandril 224 es siempre perpendicular a la dirección de movimiento del carro 104.
El árbol del mandril 224 termina en un extremo con un disco de acoplamiento 212 que está diseñado para engranarse con un dispositivo de accionamiento separado para provocar que el mandril 224 rote. El dispositivo de accionamiento puede comprender un disco de transmisión rotatorio o, de forma alternativa, puede accionar el disco de acoplamiento usando otro mecanismo, tal como un campo magnético rotatorio o un embrague de fricción. En este ejemplo, el disco de acoplamiento 212 comprende una superficie sustancialmente plana que se encuentra en un plano perpendicular al eje de rotación del mandril 224. Las geometrías del eje del mandril 226, el carril 102 y el disco de acoplamiento 212 garantizan que, cuando la superficie sustancialmente plana del disco de acoplamiento 212 se sitúa paralela a una superficie sustancialmente plana de un disco de transmisión (que se va a describir a continuación), cualquier movimiento del carro 104 a lo largo del carril provoca que los discos se muevan perpendicularmente con respecto a sus ejes. Esto permite que el disco de acoplamiento 212 se acerque estrechamente a un disco de transmisión moviendo el carro 104 a lo largo de un carril 102.
El mandril 224 está provisto de un anillo codificador 220 que tiene codificada en el mismo información que se puede usar para inferir la posición angular del mandril 224 y, por ende, la posición angular de un objeto transportado sobre el mandril 224. Un cabezal de lectura estacionario 218 está montado por separado en una posición fija con respecto al carril 102, típicamente ubicado en una estación de procesamiento donde el mandril se hace rotar acoplándose a un dispositivo de accionamiento. El cabezal de lectura 218 está configurado para leer los datos de posición angular codificados en el anillo codificador 220, cuando el carro 104 está en una posición en el carril 102 con lo que el anillo codificador 220 se alinea con el cabezal de lectura 218 y proporciona información al dispositivo de control 110. Este proceso se describe con más detalle con referencia a la figura 6.
En el lado del carro 104 opuesto al disco de acoplamiento, el mandril 224 comprende un dispositivo de soporte 210 para sostener un objeto 108 sobre el que se va a imprimir.
El dispositivo de soporte 210 puede ser un elemento de inserción de apoyo, un clip de sujeción interno o externo, un mandril de soporte de cuello u otro dispositivo adaptado para sostener un objeto 108 sobre el que se va a imprimir. Preferentemente, el dispositivo de soporte 210 no requiere conexiones eléctricas, neumáticas, de control o de alimentación hacia o desde el carro 104 para sostener el objeto mientras el carro 104 está en movimiento, ya que esto requeriría un movimiento inconveniente de cableado, tuberías, contactos, anillos deslizantes, etc.
Los objetos 108 mostrados en la figura 2 son recipientes cilíndricos, aunque se debe entender que el objeto podría ser un objeto diferente que incluye, pero sin limitarse a recipientes monobloque con cuello o sin cuello, latas, botellas, tubos, frascos, tazas u otros recipientes, o tapones (por ejemplo, tapones de rosca para botellas de vino). El objeto puede comprender materiales tales como metal, metal recubierto, material preimpreso, plástico, papel, cartulina. Los objetos que se van a imprimir son preferentemente cilíndricos, pero pueden tener otras geometrías.
La figura 3 muestra un sistema en el que tres dispositivos de transporte 104 están acoplados a tres dispositivos de accionamiento 310.
En este ejemplo, los tres dispositivos de accionamiento 310 se accionan por un único motor 312 usando dos cintas. En general, un único motor 312 puede accionar cualquier número de dispositivos de accionamiento usando cintas, engranajes u otros mecanismos de enlace de este tipo. En algunos modos de realización, cada uno de los dispositivos de accionamiento 310 se puede accionar independientemente por su propio motor individual 312.
Los dispositivos de accionamiento 310 están ubicados en estaciones de procesamiento situadas contiguas a un punto en el carril 102. Cada dispositivo de accionamiento 310 puede estar ubicado en una estación de procesamiento 106 separada, o los dispositivos de accionamiento 310 pueden estar ubicados en una única estación de procesamiento 106 que puede procesar una pluralidad de objetos simultáneamente.
El acoplamiento de los dispositivos de transporte 104 a los dispositivos de accionamiento 310 se produce cuando los dispositivos de transporte 104 se mueven a lo largo de un carril hacia las proximidades de los dispositivos de accionamiento. Cuando el dispositivo de transporte 104 alcanza una posición de accionamiento, en la que el eje del dispositivo de manipulación 224 es coaxial con un eje alrededor del que el dispositivo de accionamiento 310 proporciona un par de torsión, el dispositivo de manipulación rotatorio 224 se engrana por el dispositivo de accionamiento y se fuerza a rotar.
En el sistema de la figura 3, cada dispositivo de accionamiento 310 comprende un árbol de transmisión 316 que está montado sobre cojinetes de accionamiento 318 que permiten que el árbol de transmisión 316 rote alrededor de su eje. El árbol de transmisión 316 está acoplado a un motor 312 que imparte un par de torsión que provoca que el árbol de transmisión 316 se accione de forma rotatoria.
En un extremo del árbol de transmisión está montado un disco de transmisión 314 diseñado para acoplarse con un disco de acoplamiento 212 de un dispositivo de manipulación. Los ejes de los dispositivos de accionamiento 310 están orientados para ser perpendiculares a la dirección del carril 102. La orientación exacta de los dispositivos de accionamiento 310 y los dispositivos de manipulación están configurados de modo que cuando un dispositivo de transporte 104 se mueve hacia las proximidades del dispositivo de accionamiento 310, el disco de acoplamiento 212 del dispositivo de manipulación 104 y el disco de transmisión 314 del dispositivo de accionamiento 310 se acercan entre sí en una relación cara a cara. Un par de torsión de acoplamiento entre el disco de transmisión 314 y el disco de acoplamiento 212 provoca que el movimiento del disco de acoplamiento 212 se sincronice con el movimiento del disco de transmisión 314.
Se puede proporcionar el acoplamiento del movimiento de rotación entre el disco de transmisión 314 y el disco de acoplamiento 212 por una serie de mecanismos que proporcionan velocidad angular a la velocidad de procesamiento/impresión elegida.
En algunos modos de realización, el mecanismo de acoplamiento es mecánico y puede adoptar la forma de engranajes, embragues o ruedas de fricción. Otros ejemplos de mecanismos de acoplamiento son los acoplamientos electromagnéticos (analizados con referencia a la figura 4) y los acoplamientos de imanes permanentes (analizados en relación con la figura 5).
La figura 4 muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo de accionamiento 310 y un dispositivo de transporte 104, en el que el dispositivo de accionamiento 310 y el disco de acoplamiento 212 están configurados para engranarse entre sí de forma electromagnética. En este modo de realización, el dispositivo de accionamiento 310 no rota, sino que en su lugar genera un campo magnético rotatorio. El disco de acoplamiento 212 comprende elementos magnéticos que, cuando el disco de acoplamiento 212 está alineado con el dispositivo de accionamiento 310, experimentan una fuerza debida al campo magnético rotatorio que provoca que el disco de acoplamiento 212 rote con el campo magnético.
Es conocido que se puede generar un campo magnético rotatorio por un conjunto de bobinas electromagnéticas 410 dispuestas de forma apropiada que se energizan con corrientes alternas con la fase apropiada. Las diferencias de fase entre las bobinas 410 producen un campo magnético rotatorio con velocidad de rotación que está determinada por la frecuencia de la corriente alterna y con una dirección que está determinada por el orden de fase relativo de las corrientes. El funcionamiento de un dispositivo de accionamiento de este tipo implica el accionamiento de las bobinas con corriente eléctrica de la manera descrita anteriormente.
La figura 5 muestra un ejemplo de un dispositivo de accionamiento 310 y un dispositivo de transporte 104, en el que un disco de transmisión 314 y un disco de acoplamiento 212 están configurados para engranarse entre sí a través de la interacción de elementos magnéticos dispuestos en las superficies enfrentadas de los discos respectivos.
En el ejemplo mostrado en la figura 5, el disco de transmisión 314 y el disco de acoplamiento 212 están formados por un material no magnético. Cada uno de los discos tiene imanes permanentes 710A, 710B insertados en las superficies enfrentadas de los discos en patrones complementarios. Cuando los ejes de los dos discos se alinean cuando el carro llega a la estación de procesamiento, los imanes permanentes 710A del disco de transmisión 314 y los imanes permanentes 710B del disco de acoplamiento 212 se atraen entre sí. Esto provoca que el disco de acoplamiento 212, que está dispuesto en el mandril rotatorio 224, rote en alineación con el disco de transmisión 314, sincronizando, de este modo, la rotación del disco de acoplamiento 212 con la rotación del disco de transmisión 314.
De forma similar al modo de realización de acoplamiento electromagnético mostrado en la figura 4, el acoplamiento de rotación de este modo de realización deriva de fuerzas producidas por un campo magnético que actúa sobre imanes permanentes en el disco de acoplamiento 212. Sin embargo, a diferencia del modo de realización de la figura 4, el disco de transmisión 314 de este modo de realización rota por sí mismo a la misma velocidad angular a la que se requiere que rote el disco de acoplamiento 212. La rotación del disco de transmisión 314 se proporciona por un motor 312 u otro mecanismo de accionamiento de este tipo. El mecanismo de accionamiento puede ser un accionamiento individual montado en cada estación de procesamiento o un accionamiento común conectado a una pluralidad de estaciones de procesamiento por cinta, engranaje o similares. El funcionamiento de este dispositivo de accionamiento implica hacer rotar el disco de transmisión de la manera descrita anteriormente.
Los dispositivos de accionamiento descritos anteriormente pueden funcionar de forma continua o pueden funcionar como se requiera, por ejemplo, cuando se alinean con un dispositivo de manipulación.
Antes de su acoplamiento con un dispositivo de accionamiento 310, el dispositivo de manipulación 224 se puede hacer rotar previamente de modo que esté rotando en la dirección requerida cuando se aproxima el dispositivo de accionamiento 310. Esto acelera el proceso de acoplamiento del disco de acoplamiento al dispositivo de accionamiento 310. La rotación previa se puede realizar engranando la superficie circunferencial del disco de acoplamiento 212 tangencialmente con un riel o plataforma fijo (no mostrado) a medida que el carro se mueve a lo largo del carril hacia el dispositivo de accionamiento 310, provocando que el disco de acoplamiento 212 rote alrededor de su eje.
Además, el dispositivo de manipulación 224 se puede hacer rotar a medida que el carro 104 se mueve a lo largo del carril por el contacto rodante del disco de acoplamiento 212 con un riel montado en paralelo con el carril. El disco de acoplamiento 212 gira por su contacto rodante con el riel a medida que el carro se mueve a lo largo del carril, provocando, de este modo, que el dispositivo de manipulación 224 y, por ende, el objeto que transporta rote. Un riel de este tipo se puede montar en cualquier posición del carril 102 en la que sea deseable rotar el objeto a medida que el carro se mueve a lo largo del carril 102, por ejemplo, dentro de la estación de secado 106D del aparato de impresión mostrado en la figura 1.
La figura 6 muestra el uso de anillos codificadores 220 y cabezales de lectura de codificador 218 para garantizar la sincronización de las rotaciones de los objetos y los procesos que se realizan en los objetos.
Esta sincronización es especialmente importante en relación con los procesos de impresión para garantizar la reproducción de la imagen en el objeto sin distorsión, para garantizar el registro exacto de una separación de color de la imagen con respecto a otra, y para garantizar la correcta colocación de la imagen impresa en la posición deseada en el objeto.
Para sincronizar el proceso de impresión con la rotación del objeto, se requieren datos de posición angular en tiempo real del objeto por un sistema de control que hace funcionar un cabezal de impresión.
En el modo de realización de la figura 6, cada dispositivo de manipulación comprende una tira o anillo de codificador 220 incremental. La tira o anillo 220 es un componente pasivo que no requiere conexiones eléctricas y se puede montar simplemente en el árbol rotatorio del dispositivo de manipulación sin requerir ninguna conexión eléctrica a los dispositivos de transporte de objetos.
En el dispositivo de accionamiento o en las proximidades del dispositivo de accionamiento, se proporciona un cabezal de lectura óptico 218 que está configurado para leer el anillo codificador 220 cuando el dispositivo de transporte se sitúa en la posición de accionamiento en una estación de procesamiento, y de este modo determinar la posición angular del objeto que se sostiene por el dispositivo de transporte. La provisión del cabezal de lectura 218 en una ubicación estacionaria es ventajosa porque el cabezal de lectura 218 requiere conexiones eléctricas, con una provisión que sería más complicada si el cabezal de lectura fuera móvil.
En el modo de realización mostrado en la figura 6, se proporcionan dos estaciones de procesamiento, 106G y 106H. Cada estación de procesamiento comprende su propio cabezal de lectura, 218A y 218B. Dos dispositivos de manipulación comprenden cada uno un anillo codificador, 220A y 220B. En la posición mostrada en la figura 6, el anillo codificador 220A de un primer dispositivo de manipulación se está leyendo por un cabezal de lectura 218A de una primera estación de procesamiento 106G. El proceso realizado en la primera estación de procesamiento 106G se puede sincronizar con la posición del objeto medido por el cabezal de lectura 218A.
En una segunda configuración (no mostrada), el primer dispositivo de manipulación se puede mover a una segunda estación de procesamiento 106H, mientras que un segundo dispositivo de manipulación se mueve a la primera estación de procesamiento 106G. En esta segunda configuración, el primer cabezal de lectura 218A mide la posición del segundo anillo codificador 220B, y el segundo cabezal de lectura 218B mide la posición del primer anillo codificador 220A.
El uso de cabezales de lectura estacionarios 218 que pueden medir cada uno las orientaciones de rotación de una pluralidad de objetos móviles proporciona un aparato simplificado en comparación con sistemas conocidos en los que un codificador de posición angular está asociado con un objeto dado a través de una serie de procesos.
El uso de cabezales de lectura estacionarios proporciona automáticamente al controlador de proceso en una estación de procesamiento dada los datos en tiempo real que necesita sobre la posición del objeto actualmente en esa estación sin necesidad de cambiar los datos asociados permanentemente con un transportador de objetos particular entre estaciones de procesamiento a medida que avanza a través del aparato. Además, elimina la necesidad de conexiones de alimentación o de datos al transportador de objetos con los propósitos de leer la posición angular del objeto en una estación de procesamiento.
La disposición de un cabezal de lectura estacionario en una estación de impresión, que lee desde un anillo codificador en el carro, compensa automáticamente los errores en la posición lineal del carro en una estación de impresión, si el anillo codificador tiene el mismo diámetro que el objeto que se está imprimiendo. Esto se debe a que un pequeño error de traslación o movimiento a lo largo del carril que mueve el eje del objeto en relación con el cabezal de impresión, que de otro modo daría lugar a un error de registro de impresión, aparece en el cabezal de lectura de la misma manera que una rotación del anillo codificador en la misma distancia tangencial. Por lo tanto, no resulta ningún error de registro de impresión de un pequeño error de traslación de la posición del carro en una estación de impresión.
Un ejemplo de un sistema codificador adecuado es un cabezal de lectura óptico TONiC™ combinado con un anillo codificador rotatorio RESM, ambos fabricados por Renishaw plc. Son posibles otros tipos de codificadores de posición angular dentro del alcance de la invención. Otro ejemplo es el cabezal de lectura VIONiC™, también de Renishaw plc.
Los cabezales de lectura de este tipo típicamente tienen una tolerancia estricta en la distancia de trabajo entre el cabezal de lectura y el anillo codificador (2,10 ± 0,15 mm para el cabezal de lectura VIONiC), que se debe mantener para proporcionar un funcionamiento fiable. En aparatos donde la variación mecánica entre carros puede superar esta tolerancia, es ventajoso montar dichos cabezales de lectura en un mecanismo mecánico "seguidor" para mantener una distancia constante desde el cabezal de lectura 218 al anillo codificador 220 en cada carro 104. Éste puede comprender, por ejemplo, una pequeña corredera lineal que es móvil en una dirección normal a la superficie del anillo codificador 220, hacia la que se lanza ligeramente, que tiene una pequeña rueda en su punta que se desplaza sobre la superficie circunferencial del disco de acoplamiento 212 cuando el carro 104 se sitúa en una estación de procesamiento. El disco de acoplamiento 212 es contiguo y concéntrico con el anillo codificador 220, y de este modo proporciona una superficie de referencia sobre la que se monta el seguidor para mantener la altura del cabezal de lectura 218 en relación con el anillo codificador 220 dentro de la tolerancia requerida.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de impresión con un aparato para manipular objetos, comprendiendo el aparato:
un dispositivo de transporte (104) que está configurado para moverse a lo largo de una vía que está definida por un carril (102); y
un dispositivo de manipulación (224) que está adaptado para sostener un objeto (108) y está montado en el dispositivo de transporte (104) de modo que es rotatorio con respecto al dispositivo de transporte (104) alrededor de un eje de manipulación;
caracterizado por que el aparato comprende, además:
un dispositivo de accionamiento (310) dispuesto en una posición a lo largo de la vía y que tiene un eje de accionamiento asociado; en el que
el dispositivo de transporte (104) se mueve a lo largo de la vía en una dirección perpendicular al eje de accionamiento hacia y desde una posición de accionamiento, en el que: en la posición de accionamiento, el eje de manipulación del dispositivo de manipulación (224) está en alineación sustancial con el eje de accionamiento del dispositivo de accionamiento (310) tras lo que el dispositivo de accionamiento (310) induce un par de torsión en el dispositivo de manipulación (224) provocando que el dispositivo de manipulación (224) rote, provocando, de este modo, que el objeto (108) sostenido por el dispositivo de manipulación (224) rote.
2. El sistema de impresión de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de manipulación (224) comprende al menos un elemento magnético, y en el que el dispositivo de accionamiento (310) genera un campo magnético rotatorio, que actúa sobre el al menos un elemento magnético del dispositivo de manipulación (224) para producir el par de torsión.
3. El sistema de impresión de la reivindicación 2, en el que el campo magnético rotatorio se produce por al menos una bobina magnética (410) que se acciona con una corriente eléctrica alterna.
4. El sistema de impresión de la reivindicación 1 o 2, en el que el dispositivo de accionamiento (310) comprende un elemento de accionamiento rotatorio que comprende al menos un imán permanente (710A).
5. El sistema de impresión de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de accionamiento (310) acopla el par de torsión al dispositivo de manipulación (224) por fricción.
6. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que la rotación del dispositivo de manipulación (224) está sincronizada con la rotación del dispositivo de accionamiento (310) cuando el dispositivo de transporte (104) está en la posición de accionamiento, proporcionándose dicha sincronización acoplando el movimiento de rotación entre el dispositivo de accionamiento (310) y el dispositivo de manipulación (224), comprendiendo dicho acoplamiento: un acoplamiento mecánico; o un acoplamiento electromagnético; o un acoplamiento de imán permanente.
7. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que el carril (102) forma una vía cerrada sobre la que se mueve el dispositivo de transporte (104).
8. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que el dispositivo de accionamiento (310) se sitúa contiguo a una estación de procesamiento (106) del sistema de impresión, en el que la estación de procesamiento (106) está configurada para realizar al menos uno de los siguientes procesos en el objeto (108) transportado por el dispositivo de manipulación (224): carga, inspección, limpieza, tratamiento de superficies, impresión, secado, recubrimiento, curado, descarga.
9. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que el aparato comprende un riel o plataforma montada contigua al carril (102) y en el que el dispositivo de manipulación (224) comprende una rueda configurada para entrar en contacto con el riel o plataforma a medida que se mueve a lo largo del carril (102), provocando, de este modo, que el dispositivo de manipulación (224) rote a medida que se mueve a lo largo del carril (102).
10. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que el dispositivo de manipulación (224) está adaptado para sostener un objeto cilíndrico (108) con su eje longitudinal paralelo al eje de manipulación y, preferentemente, en el que el objeto cilíndrico (108) es una lata o tubo.
11. El sistema de impresión de la reivindicación 10, en el que el dispositivo de accionamiento (310) se sitúa contiguo a un dispositivo de impresión que comprende un cabezal de impresión, y en el que, cuando el dispositivo de manipulación (224) sostiene el objeto cilíndrico (108), la rotación del dispositivo de manipulación (224) por el dispositivo de accionamiento (310) provoca que el objeto cilíndrico (108) rote de modo que el cabezal de impresión puede imprimir una franja alrededor de toda la circunferencia del objeto cilíndrico (108).
12. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que el dispositivo de accionamiento (310) es uno de una pluralidad de dispositivos de accionamiento (310) dispuestos a lo largo del camino, y en el que el dispositivo de transporte (104) se mueve sucesivamente a cada uno de los dispositivos de accionamiento (310).
13. El sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, en el que el dispositivo de transporte (104) es uno de una pluralidad de dispositivos de transporte (104), de los que cada uno se puede mover independientemente con respecto a los otros dispositivos de transporte (104).
14. El sistema de impresión de la reivindicación 12, en el que el dispositivo de manipulación (224) comprende un anillo codificador (220) que tiene codificada en el mismo información que identifica la posición angular del dispositivo de manipulación (224), y en el que el aparato comprende además un cabezal de lectura (218A, 218B) próximo a cada dispositivo de accionamiento configurado para medir la posición angular del dispositivo de manipulación (224) leyendo el anillo codificador (220).
15. El sistema de impresión de la reivindicación 14 cuando depende de la reivindicación 11, en el que el anillo codificador (220) tiene un diámetro que es sustancialmente el mismo que el diámetro del objeto cilíndrico (108), tal como para proporcionar una equivalencia, en una salida del cabezal de lectura (218A, 218B), entre un desplazamiento lineal del dispositivo de transporte (104) a lo largo de la vía y un desplazamiento circunferencial del objeto cilíndrico rotatorio (108) en el dispositivo de manipulación (224), para compensar, de este modo, un error en la posición del dispositivo de transporte (104) con respecto al cabezal de impresión.
16. Un procedimiento de impresión sobre objetos (108) usando el sistema de impresión de cualquier reivindicación precedente, comprendiendo el procedimiento:
mover un objeto (108) sostenido por el dispositivo de manipulación (224) hacia las proximidades de un cabezal de impresión moviendo el dispositivo de transporte (104) hacia la posición de accionamiento;
rotar el dispositivo de manipulación (224) haciendo funcionar el dispositivo de accionamiento (310) cuando está acoplado al dispositivo de manipulación (224) en la posición de accionamiento; e
imprimir sobre el objeto (108) sostenido por el dispositivo de manipulación (224) mientras se hace rotar el dispositivo de manipulación (224),
en el que mover el dispositivo de transporte (104) hacia la posición de accionamiento comprende mover el dispositivo de transporte (104) a lo largo de la vía en una dirección perpendicular al eje de accionamiento, y preferentemente en el que, mientras se está imprimiendo sobre el objeto (108), otro dispositivo de transporte (104) se mueve a lo largo del carril (102).
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