JP4751664B2 - 空袋供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、物品の袋詰め工程で用いられる空袋供給装置に関する。

物品の包装資材として袋を選択した場合、空袋を１枚ずつばらばらにして袋詰め包装機に供給する必要がある。こういった空袋は開口部と底部とで厚味が異なるため、製袋業者から納入される場合、数十枚分を一束とし、一束毎に袋開口部の向きを逆にして交互に積み上げることにより比較的安定した状態にして箱詰めされている。空袋を袋詰め包装機に供給するとき、箱から取り出した空袋の束をそのまま供給コンベアの上に載置したのでは、束は一方の端のみ厚くなっていることから荷崩れを起こしてしまう。これを防ぐため、刺身の盛り付けのように空袋を少しずつずらして並べる必要があり、また袋開口部の向きが逆になっている束は袋開口部の向きを直す必要があり、並べるだけでも手間がたいへんであった。この手間の軽減を図るべく、貯袋器の中に空袋を積み重ねて貯留し、最上層から１枚ずつ吸着して取り出す方式が開発された。その例を特許文献１、２に見ることができる。

特許文献１、２に記載された空袋供給装置では、貯袋器の中に空袋が垂直方向に１列に積み上げられている。空袋の底の部分はマチをとるための折り込みで開口部側よりも厚くなっていることが多いので、単純に積み重ねて行くと底の方がどんどん厚くなり、横から見ると袋開口部の方を扇の要とする扇形になってしまう。扇形の角度を無制限に大きくする訳には行かないので、適当枚数毎に袋開口部の向きを入れ替えて、つまり扇形が適宜方向を反転して積み上がるようにして、空袋は貯袋器に入れられている。その最上層から１対の吸盤で空袋を吸着して取り出し、必要に応じ回転シリンダで空袋の向きを変え、袋の開口側を一定方向に揃えて自動包装機に供給する。
特公平７−４２００８号公報（第２−３頁、図１−４） 特許第２５８３２０６号公報（第２−３頁、図１−４）

特許文献１、２に記載の空袋供給装置は、空袋が貯袋器の中に縦１列に詰め込まれている、すなわち貯袋器内での各空袋の位置が高さ方向を除いては一定しているということを前提として動作が成立している。貯袋器に空袋を移し替える手間を省くため、空袋製造工場から出荷される梱包箱をそのまま貯袋器に転用しようと思えば、箱の水平断面の内寸法が空袋の寸法にぴったり合った、丈の高い専用箱を用いる必要がある。このような特殊形状の梱包箱をわざわざ製作して用いることはコスト面で得策ではない。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、空袋をその梱包箱から移し替えることなく直接、あるいは梱包箱から取り出した空袋の束を入れた適宜のプラスチック箱から専用の貯袋器に移し替えることなく直接、１枚ずつ取り出すことが可能であり、しかも梱包箱やプラスチック箱の中で空袋同士がどのように積層されていようと問題とせず、刺身状に並んでいたとしても空袋の位置の変化と袋開口部の向きを画像解析で判別して、吸着ハンドの吸着位置が一定になるよう空袋を１枚ずつ吸着して取り出すことができる空袋供給装置を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために本発明は、多数の空袋を複数段に、段毎に刺身状に並べ且つ袋開口部の向きを逆転させつつ積層収納するものであって、空袋の長さより長い空袋容器と、この空袋容器内の空袋を吸着ハンドで１枚ずつ吸着して取り出し、必要に応じ吸着ハンドを回転させて袋開口部の向きを一定に揃えてから所定場所に置く空袋取り出し機構とを備えた空袋供給装置において、前記空袋容器内の状態を撮像する撮像装置と、この撮像装置の撮像した画像を解析する画像解析装置と、この画像解析装置の解析結果に基づき、前記吸着ハンドの水平位置に関する指令と、吸着した空袋の向きの修正に関する指令を前記空袋取り出し機構に与える制御装置を備えることを特徴としている。

この構成によると、容器に対する空袋の位置が一定していることをもって吸着ハンドの位置決めを行うのでなく、吸着ハンドを降下させる位置を画像解析に基づき決定して吸着ハンドの位置決めを行うものであるから、空袋が空袋容器の中のどこにあろうと的確に吸着することができる。このため、空袋の寸法にぴったり合った専用の貯袋器は必要でなく、１種類の梱包箱あるいは通い箱を多種類の空袋に共用して物流コストの低減を図ることが可能になる。

（２）また本発明は、上記構成の空袋供給装置において、前記撮像装置が前記吸着ハンドと共に前記空袋取り出し機構内の移動ブロックに支持されていることを特徴としている。

この構成によると、撮像の視点を吸着ハンドの近傍に置くことが可能となり、吸着ハンドを降下させる位置を誤差の少ない形で決定することができる。

（３）また本発明は、上記構成の空袋供給装置において、前記撮像装置が不動部材に支持されていることを特徴としている。

この構成によると、撮像装置が動かないので電力供給や信号授受のための配線が簡単であり、装置の故障率を低減し信頼性を高めることができる。

（４）また本発明は、上記構成の空袋供給装置において、前記空袋容器内の空袋までの距離を測定する測距センサを備え、前記制御装置は、前記測距センサの測定結果に基づき、前記吸着ハンドの昇降位置に関する指令を前記空袋取り出し機構に与えることを特徴としている。

この構成によると、吸着すべき空袋までの距離を測定して吸着ハンドの降下量を決めるので、吸着ハンドを空袋に届かせられなかったり、吸着ハンドの降下量を必要以上に大きくして空袋に強く突き当てたりすることがなく、丁度良い高さまで吸着ハンドを速やかに降下させることができる。

（５）また本発明は、上記構成の空袋供給装置において、前記制御装置は、前記画像解析装置の解析結果に基づき、前記吸着ハンドの昇降位置に関する指令を前記空袋取り出し機構に与えることを特徴としている。

この構成によると、吸着ハンドの昇降位置に関する指令までもが撮像装置の撮像した画像をベースとして行われるので、吸着ハンドを三次元空間内で移動させるのに必要な構成要素が少なくて済み、装置コストを低減することができる。

本発明によると、吸着ハンドを降下させる位置を画像解析に基づき決定するから、空袋の寸法にぴったり合った空袋容器に空袋を入れなくても、空袋の所定箇所を吸着して取り出すことができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１−８に基づき説明する。図１−７は空袋供給装置の概略構成図にしてそれぞれ異なる動作状態を示すもの、図８はブロック構成図である。

空袋供給装置１は次の構成要素を備える。すなわち多数の空袋Ｂを積層収納した空袋容器１０、空袋容器１０から１枚ずつ取り出された空袋Ｂを図示しない袋詰め包装機に供給するコンベア２０、及び空袋容器１０から空袋Ｂを１枚ずつ吸着して取り出し、袋開口部の向きを一定に揃えてコンベア２０の上に置く空袋取り出し機構３０である。

空袋Ｂは細長い台形で表現されている。台形の細くなった方が袋開口部であり、太くなった方が底部である。空袋容器１０は上面が開口した細長い箱であって、図の奥行き方向の幅は空袋Ｂをほぼきっちりと納められるだけの幅となっているが、図の左右方向の長さは空袋Ｂの長さよりずっと長い。空袋容器１０は段ボール製の梱包箱であってもよく、合成樹脂製の通い箱であってもよい。

空袋Ｂは空袋容器１０の中に次のように入れられる。まず空袋容器１０の底に複数の空袋Ｂを１段目として刺身状に並べる。その上に２段目の空袋Ｂを、今度は袋開口部の向きを逆にして刺身状（鎧重ね状、ドミノ状）に並べる。袋開口部の向きを逆にするのは、言うまでもなく、空袋容器１０の一方の端のみ空袋Ｂの積み重ね高さが高くなることを防ぎ、可能な限り多数の空袋Ｂを空袋容器１０に入れられるようにするためである。２段目を並べ終わった後、その上に３段目の空袋Ｂを、袋開口部の向きを１段目と同じにして刺身状に並べる。このようにして、１段毎に袋開口部の向きを逆転させつつ、空袋容器１０の容積一杯まで空袋Ｂを積層収納する。図では空袋列の段数を３段として描いているが、段数に制限がないことは言うまでもない。

空袋取り出し機構３０の構成の柱となるのは、空袋Ｂを吸着する吸着ハンドと、吸着ハンド移動機構である。まず吸着ハンド移動機構から説明する。図には空袋取り出し機構３０を支える架台３１が一部だけ示されている。架台３１に１対の軸受ブロック３２Ｌ、３２Ｒを固定する。軸受ブロック３２Ｌ、３２Ｒの間にはガイドバー３３とボールねじ３４が水平且つ互いに平行するように掛け渡す。ガイドバー３３は回転不能であるが、ボールねじ３４は軸線まわりに回転自在である。軸受ブロック３２Ｌに取り付けられたサーボモータ３５がボールねじ３４を正逆回転させる。

ガイドバー３３とボールねじ３４は移動ブロック３６を支持する。移動ブロック３６はボールねじ３４と対をなすボールナット（図示せず）を内蔵しており、ボールねじ３４が回転すると図の左右方向に直線的に移動する。この移動方向をＸ軸方向とする。

移動ブロック３６にはスライドバー３７とボールねじ３８が垂直且つ互いに平行するように支持されている。スライドバー３７とボールねじ３８は下端にて昇降ブロック３９を支える。ボールねじ３８は移動ブロック３６の上面に設置された軸受ブロック４０の中を通る。軸受ブロック４０はボールねじ３８と対をなすボールナット（図示せず）を内蔵しており、このボールナットをサーボモータ４１が回転させることによりボールねじ３８は昇降する。ボールねじ３８が昇降するとスライドバー３７及び昇降ブロック３９も昇降する。昇降方向をＺ軸方向とする。

昇降ブロック３９の下面にはθ軸アクチュエータ４２が取り付けられる。θ軸アクチュエータ４２はロータリーソレノイドやシリンダ、減速機付モータ等で構成される。θ軸アクチュエータの中心からは出力軸４３が垂直に突き出す。出力軸４３の下端には吸着ハンド４４が固定される。

吸着ハンド４４の構成は次の通りである。まず出力軸４３の下端に水平な旋回アーム４５を固定する。旋回アーム４５は出力軸４３を中心として左右対称的に張り出しており、両端部にはスライド軸４６ａ、４６ｂが垂直に取り付けられている。スライド軸４６ａ、４６ｂは下端に吸盤４７ａ、４７ｂを有する。スライド軸４６ａ、４６ｂは所定ストロークの上下動が可能であり、常時は圧縮コイルばね４８により下限位置（図１の位置）に押し下げられている。

昇降ブロック３９からはブラケット５０が水平に張り出す。ブラケット５０は撮像装置５１と測距センサ５２を支持する。撮像装置５１はＣＣＤカメラ等からなり、吸着しようとする空袋Ｂの形状、模様等の画像を撮像する。測距センサ５２は超音波測距センサやレーザー測距センサ等からなり、吸着しようとする空袋Ｂまでの距離を測定する。

図８において、６０は空袋供給装置１全体の制御を司る制御装置である。制御装置６０には、これまでに述べたθ軸アクチュエータ４２、撮像装置５１、測距センサ５２の他、次の構成要素が接続される。すなわち撮像装置５１が撮像した画像を解析する画像解析装置６１、サーボモータ３５を駆動するＸ軸モータドライバ６２、サーボモータ４１を駆動するＺ軸モータドライバ６３、及び吸盤４７ａ、４７ｂの真空吸引をＯＮ−ＯＦＦする吸引制御弁６４である。

空袋供給装置１の動作は次の通りである。制御装置６０はＸ軸モータドライバ６２に指令を出し、サーボモータ３５を駆動して移動ブロック３６をＸ軸方向に移動させる。撮像装置５１は空袋容器１０の上方を移動しつつ空袋容器１０の内部を撮像する。撮像した画像は画像解析装置６１で解析され、取り出される空袋Ｂが特定される。図１の状態であると、下から３段目の空袋列の右端側のものが取り出されるべき空袋Ｂということになる。取り出すべき空袋Ｂの特定後、その空袋Ｂの形状や表面のパターンが解析され、吸着ポイントが決定される。制御装置６０はＸ軸モータドライバ６２に指令を与え、吸盤４７ａ、４７ｂが吸着ポイントの真上に来るように移動ブロック３６の水平位置を調整する。同時に制御装置６０は、測距センサ５２が測定した空袋列までの距離に基づき、吸盤４７ａ、４７ｂの降下量を予測する。

続いて制御装置６０はＺ軸モータドライバ６３に指令を出し、サーボモータ４１を駆動して昇降ブロック３９及びこれに支持された吸着ハンド４４を降下させる。おおよその降下量は予測がついているので、吸盤４７ａ、４７ｂが空袋Ｂに近接するところまでは昇降ブロック３９を急速降下させるものの、その後は降下速度を落とし、吸盤４７ａ、４７ｂが空袋Ｂに勢い良く衝突することのないようにする制御が可能である。これにより、吸着ハンド４４を空袋Ｂに届かせられなかったり、吸着ハンド４４の降下量を必要以上に大きくして吸盤４７ａ、４７ｂを空袋Ｂに強く突き当てたりする事態を避けながら、丁度良い高さまで吸着ハンド４４を速やかに降下させることができる。

図２は吸盤４７ａ、４７ｂが目的の空袋Ｂに当たった状態を示している。空袋Ｂの上面は必ずしも水平ではないが、高い方の場所に当たった吸盤が圧縮コイルばね４８を縮ませるようにして上方に相対移動（他方の吸盤に対して）することにより、吸盤４７ａ、４７ｂは両方とも空袋Ｂの上面に密着する。図２では吸盤４７ａの方が上方に相対移動している。

制御装置６０は、吸盤４７ａ、４７ｂが空袋Ｂに当たった後、それまで閉じていた吸引制御弁６４を開く。すると吸盤４７ａ、４７ｂに吸引力が発生し、空袋Ｂは吸着される。吸引制御弁６４を開くタイミングは、吸盤４７ａ、４７ｂが空袋Ｂに当たる少し前でも構わない。

空袋Ｂを吸着した後、制御装置６０はサーボモータ４１を逆回転させる。すると図３のように吸着ハンド４４が引き上げられ、吸着された空袋Ｂが残りの空袋Ｂから切り離されて上昇する。図３では吸着された空袋Ｂは袋開口部を右方に向けているが、これが空袋Ｂをコンベア２０に載置する際の正規の向きである。すなわちこの空袋Ｂは向きを逆転する必要はない。

続いて制御装置６０は移動ブロック３６をコンベア２０の上に移動させ、それから吸着ハンド４４を降下させて、空袋Ｂをコンベア２０の上に置く。これが図４の状態である。制御装置６０は吸引制御弁６４を閉じて吸盤４７ａ、４７ｂの吸引力を断ち、吸着ハンド４４を引き上げる。空袋Ｂはもはや吸着されていないのでコンベア２０の上に取り残される。コンベア２０は袋詰め包装機の制御装置からの指令を受けて空袋Ｂを袋詰め包装機の所定ステーションへと運び去る。

このようにして下から３段目の空袋列の空袋Ｂを１枚ずつ取り出して行く。３段目の列が全部済んだら図５に示すように下から２段目の空袋列に取りかかる。今度は空袋列の左端側から右端側へと取り出し対象が移って行くことになる。

下から２段目の空袋Ｂは底の方が右を向いているが、これは正規の向きと逆である。そこで制御装置６０は、空袋Ｂを吸着して引き上げた後、空袋Ｂをコンベア２０の上に置くまでの間にθ軸アクチュエータ４２に指令を与えて、空袋Ｂの向きを逆転させる。これが図７の状態である。このようにして、下から２段目の空袋Ｂについては１枚ずつ向きを逆転させてコンベア２０の上に置いて行く。２段目を取り尽くし、１段目に入れば、３段目のときと同様、空袋Ｂをそのままの向きでコンベア２０に置くことができるようになる。

吸着ハンド４４を降下させる位置は画像解析に基づき決定されるから、空袋Ｂが空袋容器１０の中のどこにあろうと的確に吸着することができる。空袋Ｂが表面平滑で摩擦係数の小さい材料からなる場合、刺身状に置くと上積みになったものが滑って前後間隔が乱れるという現象がしばしば発生するが、本発明の場合、どのように前後間隔が乱れようと吸着すべき空袋Ｂ及びその空袋Ｂの吸着ポイントを正確に認識し、的確に吸着することが可能である。また空袋Ｂの寸法にぴったり合った空袋容器１０は必要でなく、１種類の梱包箱あるいは通い箱を多種類の空袋に共用して物流コストの低減を図ることが可能になる。

そして、撮像装置５１は吸着ハンド４４と共に移動ブロック３９に支持されているから、撮像の視点を吸着ハンド４４の近傍に置くことが可能となり、吸着ハンド４４を降下させる位置を誤差の少ない形で決定することができる。

なお撮像装置５１にオートフォーカス機能を持たせ、合焦位置を画像解析装置６１で解析して空袋Ｂまでの距離を得るようにすることもできる。その解析結果に基づき制御装置６０が吸着ハンド４４の昇降位置に関する指令を空袋取り出し機構３０に与えるようにすれば、測距センサ５２を廃止し、装置コストを低減することができる。

図９に空袋供給装置の第２実施形態を示す。図９は空袋供給装置の概略構成図である。

第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、撮像装置５１と測距センサ５２の支持の仕方である。すなわち第２実施形態では、撮像装置５１と測距センサ５２を支持するブラケット５０は昇降ブロック３９から突出するのではなく、架台３１から突出している。すなわち撮像装置５１は空袋容器１０の全体を見渡せる位置に、不動部材によって支持されている。撮像装置５１には固定焦点方式でも、次に取り出される空袋Ｂに自動的に焦点を合わせるオートフォーカス方式でも、どちらでも採用可能である。オートフォーカス方式であれば、第１実施形態と同様、画像解析装置６１で画像を解析して空袋Ｂまでの距離を知り、それに基づき吸着ハンド４４の昇降を制御することが可能となる。

第２実施形態の場合、撮像装置５１が動かないので電力供給や信号授受のための配線が簡単であり、装置の故障率を低減し信頼性を高めることができる。

第１実施形態も第２実施形態も、昇降ブロック３９はＸ軸とＺ軸によって規定される二次元平面内で単純なゲートモーションを行うだけであったが、これにもう１軸を加え、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向に移動、すなわち３次元移動するようにしてもよい。このようにすれば、空袋容器１０の中で紙面と直交する方向に空袋Ｂを何列にもわたって配置し、任意の列から空袋Ｂを取り出すことが可能となる。

また空袋容器１０の中の空袋Ｂの向きも、正規の方向とその逆の方向という２種類だけに限定する必要はない。正規の方向から角度がずれていれば、角度ずれ分をθ軸アクチュエータ４２で補正してやれば良いだけの話なので（θを自由に設定できるθ軸アクチュエータが必要であるが）、空袋Ｂの向きが無秩序であったとしても全く問題はない。

空袋容器１０から取り出した空袋Ｂの置き場所にも制限はない。第１、第２実施形態ではコンベア２０の上に置いているが、袋詰め包装機の空袋ホッパに直接置くようにしてもよい。

吸着ハンド４４に設けられる吸盤の数は２個に限定されない。何個でもよい。また空袋Ｂの向きを逆転する機能を吸着ハンド４４から分離することもできる。つまり吸着ハンド４４は空袋Ｂを吸着したときの向きのまま袋詰め包装機の空袋ホッパに置くものとし、空袋ホッパの方で空袋Ｂの向きを変えるようにするのである。この場合、空袋ホッパは空袋取り出し機構の構成要素となる。

以上本発明の実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、袋詰め包装機に対する空袋供給装置として広く利用可能である。

本発明の第１実施形態に係る空袋供給装置の概略構成図 同じく第１実施形態の概略構成図にして、異なる動作状態を示すもの 同じく第１実施形態の概略構成図にして、異なる動作状態を示すもの 同じく第１実施形態の概略構成図にして、異なる動作状態を示すもの 同じく第１実施形態の概略構成図にして、異なる動作状態を示すもの 同じく第１実施形態の概略構成図にして、異なる動作状態を示すもの 同じく第１実施形態の概略構成図にして、異なる動作状態を示すもの 第１実施形態に係る空袋供給装置のブロック構成図 本発明の第２実施形態に係る空袋供給装置の概略構成図

符号の説明

１ 空袋供給装置
Ｂ 空袋
１０ 空袋容器
２０ コンベア
３０ 空袋取り出し機構
３１ 架台
３３ ガイドバー
３４ ボールねじ
３５ サーボモータ
３６ 移動ブロック
３７ スライドバー
３８ ボールねじ
３９ 昇降ブロック
４１ サーボモータ
４２ θ軸アクチュエータ
５１ 撮像装置
５２ 測距センサ
６０ 制御装置
６１ 画像解析装置

Claims (5)

1. 多数の空袋を複数段に、段毎に刺身状に並べ且つ袋開口部の向きを逆転させつつ積層収納するものであって、空袋の長さより長い空袋容器と、この空袋容器内の空袋を吸着ハンドで１枚ずつ吸着して取り出し、必要に応じ吸着ハンドを回転させて袋開口部の向きを一定に揃えてから所定場所に置く空袋取り出し機構とを備えた空袋供給装置において、
   前記空袋容器内の状態を撮像する撮像装置と、この撮像装置の撮像した画像を解析する画像解析装置と、この画像解析装置の解析結果に基づき、前記吸着ハンドの水平位置に関する指令と、吸着した空袋の向きの修正に関する指令を前記空袋取り出し機構に与える制御装置を備えることを特徴とする空袋供給装置。
2. 前記撮像装置が前記吸着ハンドと共に前記空袋取り出し機構内の移動ブロックに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の空袋供給装置。
3. 前記撮像装置が不動部材に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の空袋供給装置。
4. 記空袋容器内の空袋までの距離を測定する測距センサを備え、前記制御装置は、前記測距センサの測定結果に基づき、前記吸着ハンドの昇降位置に関する指令を前記空袋取り出し機構に与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空袋供給装置。
5. 前記制御装置は、前記画像解析装置の解析結果に基づき、前記吸着ハンドの昇降位置に関する指令を前記空袋取り出し機構に与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空袋供給装置。

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