垫料转换机卡塞检测系统和方法

申请号 CN201480040834.3 申请日 2014-05-16 公开(公告)号 CN105408101B 公开(公告)日 2017-08-04
申请人 兰帕克公司; 发明人 凯文·W·帕克; 罗杰·G·费舍尔;
摘要 一种用于 垫料 转换机的卡塞感测的方法,所述方法包括以下步骤:(a)将库存材料转换成相对较低 密度 的垫料材料,所述垫料材料具有沿着所述垫料材料的长度而变化的特征;(b)感测所述垫料材料的所述特征;(c)生成根据所感测的特征而变化的 信号 ;(d)监控随着时间所生成的信号;以及(e)当所生成的信号在预定时期内的变化小于预定量、这将表明所述材料运动不足时,生成 控制信号 。该控制信号可以用来使转换过程停工,由此使卡塞条件的程度最小化。
权利要求

1.一种用于检测具有变化的表面轮廓的材料的纵向运动的方法,所述方法包括以下步骤:
感测连续的材料条的表面的轮廓,所述连续的材料条具有可变的表面轮廓;
生成根据所感测的轮廓而变化的信号
监控随着时间而变化的所述信号;以及
当在预定时期内所述信号的变化小于预定量,这能够表明所述材料条运动不足时,生成控制信号
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述感测步骤包括感测材料条的所述表面轮廓。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述感测步骤包括无接触地感测所述表面轮廓。
4.根据权利要求1所述的方法,包括以下步骤:相对于所述材料条的路径放置传感器,以感测在所述路径上行进的所述材料条的可变轮廓的表面。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述感测步骤包括将光源引导指向所述材料条的所述表面,并使用传感器检测从所述表面反射的光。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述监控步骤包括响应于所产生的信号的变化,使定时器复位。
7.一种制造垫料材料的方法,所述方法包括根据权利要求1至6中任一项所述的方法,以及以下步骤:将片状材料转换成相对较低密度的垫料材料,所述垫料材料包括具有可变的表面轮廓的非平坦的表面,其中,所述感测步骤包括感测所述垫料材料的非平坦的表面的表面轮廓的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述转换步骤包括:使所述片状材料随机地起皱,以形成具有随机可变的表面轮廓的垫料材料。
9.根据权利要求7所述的方法,包括以下步骤:从供应器进给所述片状材料。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述进给步骤包括:从所述供应器进给纸片。
11.根据权利要求7所述的方法,包括以下步骤:如果所述监控步骤检测到无运动,则使所述转换步骤停止。
12.一种垫料转换机,其包括:
转换组件,所述转换组件用于将片状材料转换成相对较低密度的垫料材料,并且使所述垫料材料沿着路径纵向前进,所述垫料材料包括具有纵向可变的轮廓的非平坦表面;以及
邻近于所述路径的传感器,所述传感器被配置成感测所述路径上的所述垫料材料的所述表面的轮廓,并产生根据所感测到的所述垫料材料的表面轮廓而变化的对应的信号;以及
控制器,所述控制器被配置成监控用于随着时间而变化的由所述传感器所产生的信号,以检测所述垫料材料的纵向运动,以及当在预定时期内所述信号的变化小于预定量、这能够表明所述垫料材料运动不足时生成控制信号,所述控制器与所述转换组件通信,从而所述控制器能够响应于所述控制信号使所述转换组件停止。
13.根据权利要求12所述的垫料转换机,其包括片状材料的供应器,所述片状材料包括纸。
14.根据权利要求13所述的垫料转换机,其中,所述转换组件包括至少两个旋转构件,所述至少两个旋转构件布置成从所述供应器拉动所述片状材料。
15.根据权利要求14所述的垫料转换机,其中,所述转换组件包括至少两组旋转构件,所述至少两组旋转构件包括位于第二组旋转构件下游的第一组旋转构件,并且所述第一组旋转构件由此以第一速率拉动所述片状材料,第二组旋转构件由此以大于所述第一速率的第二速率拉动所述片状材料,使得随着所述片状材料从所述第一组旋转构件行进到所述第二组旋转构件,所述片状材料随机地起皱。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的垫料转换机,其中,所述转换组件使所述片状材料随机地起皱,以产生具有随机起皱的表面轮廓的垫料材料。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的垫料转换机,其中,所述传感器为光电传感器
18.根据权利要求12至15中任一项所述的垫料转换机,其中,所述传感器包括光源。
19.根据权利要求12至15中任一项所述的垫料转换机,其中,所述控制器包括处理器和存储器
20.一种用于识别垫料转换机中卡塞状态的方法,所述方法包括以下步骤:
将库存材料转换成相对较低密度的垫料材料,所述垫料材料具有沿着所述垫料材料的长度而变化的特征;
感测所述垫料材料的所述特征;
生成根据所感测的特征而变化的信号;
监控随着时间所生成的信号;以及
当所生成的信号在预定时期内的变化小于预定量、这能够表明所述垫料材料运动不足时,生成控制信号。

说明书全文

垫料转换机卡塞检测系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及垫料机,更具体地涉及用于将片状库存材料转换成相对较低密度的垫料产品的机器和方法。

背景技术

[0002] 在船运集装箱中的一个或多个物品的过程中,通常将垫料产品放置在集装箱中以填充空隙并在船运过程中保护物品。这种垫料产品可以由塑料(例如气袋或气泡膜外包裹)或由纸(例如起皱的纸质垫料产品)制成。将塑料片或纸片转换成垫料产品的机器的一些示例包括U.S.专利No.7,950,433和U.S.专利No.7,220,476。示例性的起皱纸质垫料转换机包括U.S.专利No.8,177,697和U.S.专利No.8,114,490。
[0003] 由于这些机器使纸片或塑料片前进通过它们各自的将片状库存材料转换成相对较低密度的垫料产品的转换组件,因而有时候材料会卡塞在该机器的某些部件中。卡塞可以发生在库存材料被转换成垫料材料之前或之后。当卡塞发生时,操作者必须使机器停止,以清除卡塞,并丢弃在该过程中任何损坏的材料。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种通过在材料已经被转换成具有变化的轮廓的垫料材料之后监控该材料的运动,来检测并防止垫料转换机中的潜在卡塞的方法。本发明所提供的系统识别如当垫料材料未正在移动时所出现的卡塞情况或潜在的卡塞情况,并自动停止该转换过程,由此最小化或防止在加工过程中对垫料材料的损坏以及重新启动生产所需要的停工期。快速地检测和停止转换过程还有助于防止对垫料转换机的损坏,尤其是防止对其一个或多个电动机的损坏。以前的检测卡塞情况的方法在电动机经历电流中的损坏尖峰之前不停止转换过程。
[0005] 更具体地,本发明提供了一种用于检测具有变化的表面轮廓的材料的纵向运动的方法。该方法包括以下步骤:感测连续的材料条的表面的轮廓,该连续的材料条具有可变的表面轮廓;生成根据所感测的轮廓而变化的信号;监控随着时间变化的信号;以及当在预定时期内所述信号的变化小于预定量、这将表明所述材料运动不足时,生成控制信号。该控制信号可以用来停止转换过程。
[0006] 本发明的一个或多个实施方式可以包括以下步骤的一个或多个:(a)其中,所述感测步骤包括感测材料条的所述轮廓;(b)其中,所述感测步骤包括无接触地感测所述表面轮廓;(c)将片状材料转换成相对较低密度的垫料材料,所述垫料材料包括具有可变的表面轮廓的非平坦的表面,其中,所述感测步骤包括感测所述垫料材料的所述非平坦的表面的所述表面轮廓的步骤;(d)相对于所述材料的路径放置传感器,以感测在所述路径上行进的所述垫料材料的可变轮廓的表面;(e)其中,所述感测步骤包括将光源引导指向所述垫料材料的所述表面,并使用传感器以检测从所述表面反射的光;(f)其中,所述监控步骤包括响应于所产生的信号的变化,使定时器复位;(g)相对于所述材料的路径放置传感器,以感测在所述路径上行进的所述垫料材料的可变轮廓的表面;(h)其中,所述感测步骤包括将光源引导指向所述垫料材料的所述表面,并使用传感器以检测从所述表面反射的光;以及(i)其中,所述监控步骤包括响应于所产生的信号的变化而使定时器复位。
[0007] 转换步骤(c)可以包括以下步骤中的一个或多个:(i)使所述片状材料随机地起皱,以形成具有随机可变的表面轮廓的垫料材料;(ii)从供应器进给片料材料,这包括从所述供应器进给纸片;以及(iii)如果所述监控步骤未检测到运动,则停止所述转换步骤。
[0008] 本发明还提供了一种垫料转换机,其包括:(a)转换组件,其用于将片状材料转换成相对较低密度的垫料材料,并且使所述垫料材料沿着路径纵向前进,所述垫料材料具有纵向可变的轮廓的非平坦表面;(b)传感器,其邻近于所述路径,所述传感器被配置成感测所述路径上的所述垫料材料的所述表面的轮廓,并产生根据所感测到的所述垫料材料的表面轮廓而变化的对应的信号;以及(c)控制器,其被配置成监控用于随着时间而变化的由所述传感器所产生的信号,以检测所述垫料材料的纵向运动,以及当在预定时期内所述信号的变化小于预定量、这将表明所述材料缺乏运动时生成控制信号,所述控制器与所述转换组件通信,从而所述控制器响应于所述传感器信号而能够使所述转换组件停止。该控制器可以包括处理器(例如微处理器)、存储器和以将处理器配置成执行控制器功能的相关的软件
[0009] 在一个或多个实施方式中,本发明所提供的转换机可以包括一个或多个以下特征:(i)片状材料的供应器,所述片状材料包括纸;(ii)所述转换组件包括至少两个旋转构件,所述至少两个旋转构件布置成从所述供应器拉动所述片状材料;(iii)所述转换组件包括至少两组旋转构件,所述至少两组旋转构件包括位于第二组旋转构件下游的第一组旋转构件,并且所述第一组旋转构件由此以第一速率拉动所述片状材料,第二组旋转构件由此以大于所述第一速率的第二速率拉动所述片状材料,使得随着所述片状材料从所述第一组旋转构件行进到所述第二组旋转构件,所述片状材料随机地起皱;(iv)其中,所述转换组件使所述库存材料随机地起皱,以产生具有随机起皱的表面轮廓的垫料材料;(v)其中,所述传感器为光电传感器;以及(vi)其中,所述传感器包括光源。
[0010] 本发明还提供了一种用于识别垫料转换机中卡塞状态的方法。该方法包括以下步骤:(a)将库存材料转换成相对较低密度的垫料材料,所述垫料材料具有沿着所述垫料材料的长度而变化的特征;(b)感测所述垫料材料的所述特征;(c)生成根据所感测的特征而变化的信号;(d)监控随着时间所生成的信号;以及(e)当所生成的信号在预定时期内的变化小于预定量、这可能表明所述材料缺乏运动时,生成控制信号。
[0011] 本发明的前述特征和其它特征在下文中进行全面地描述并且特别地在权利要求中指出,以下的描述以及所附附图详细地提出了本发明的一个或多个示例性实施方式。然而,这些实施方式不过是可应用本发明的原理的各种方式的几种方式。当结合附图考虑时,本发明的其它目的、优点和特征从本发明的以下的详尽描述中将变得显而易见。

附图说明

[0012] 图1为根据本发明的通用垫料转换机卡塞检测系统的示意图;
[0013] 图2为特定的垫料转换机卡塞检测系统和所生成的传感器信号的局部示意图;
[0014] 图3为另一类型的垫料材料和所生成的传感器信号的局部示意图。

具体实施方式

[0015] 本发明提供了一种通过监控由垫料转换机所制造的垫料材料的运动,来检测并防止垫料转换系统中的潜在卡塞的方法。垫料转换机将片状库存材料转换成相对较低密度的垫料材料,该垫料材料具有变化的轮廓或其它变化的特征。该系统使用传感器和可以基于传感器输出来控制垫料转换机的控制器。传感器检测垫料材料的变化的轮廓、或其它变化的特征,并当垫料材料纵向前进经过传感器时,输出根据所检测的轮廓变化的信号。当该信号在预定时期内不变化时,控制器将确定垫料材料已经停止,这表明卡塞状态或卡塞情况、或潜在的卡塞状态或卡塞情况,并将使转换机停止,从而卡塞可以被更快地清除,而较小地损坏垫料材料和转换机。
[0016] 一种卡塞检测的现行方法包括监控垫料转换机中由进给电动机引起的电流。电流增大超过预定值被用来识别卡塞状态。垫料材料通常在电动机电流增大之前停止,并且进给电动机继续使垫料材料前进或者试图使垫料材料前进,直到由电动机引起的电流达到该预定值,从而增大了卡塞情况的严重性,使得卡塞更加难以清除,并且在该过程中既损坏垫料材料又损坏电动机。本发明所提供的方法检测垫料材料运动不足,以更快地识别卡塞状态,防止对垫料材料和进给电动机的损坏或使得该损坏最小化,并且使操作者更易于清除卡塞情况并使转换机返回至生产中。
[0017] 现在转到附图,首先图1,本发明提供了一种用于识别垫料转换组件12中的卡塞状态(也被称为“卡塞情况”或简称为“卡塞”)的垫料转换系统10和方法。从供应器16将库存材料14(通常为片状库存材料)进给到转换机12中。示例性的库存材料包括塑料片料或纸片料。片状库存材料可以以不连续片、扇形折叠堆叠体或辊的形式来提供。
[0018] 随着片状材料沿着通过并离开转换组件12的路径行进,垫料转换组件12将片状材料14转换成相对较低密度的垫料材料20。图1的垫料材料20为任何类型的垫料材料的示意性表示。垫料材料20可以形成不连续的垫料产品或可以被分成不连续的垫料产品。垫料材料20的特征是沿着垫料材料的长度而变化,例如垫料材料的表面的轮廓。纵向变化的特征包括可以在垫料材料的长度上变化的任何特征,包括电特征或磁特征、视觉特性、密度等。
[0019] 本发明所提供的系统10还包括传感器22,该传感器22被放置成随着垫料材料沿着该路径移动而检测垫料材料的特征的变化。示例性传感器22包括光电传感器,也被称为光电传感器或后反射式传感器(retro-reflective sensor),所述光电传感器包括光源24和光检测器26。光源24将光引导朝向垫料材料20的路径,以及光检测器26检测从该路径上的垫料材料20所反射的光,特别是从垫料材料的表面所反射的光。表面轮廓的变化将反射不同数量的光到光检测器26。传感器22输出信号,该信号为垫料材料20的特征(例如其表面轮廓)的所检测到的变化的函数。
[0020] 可替选地,传感器22可以安装成使得其检测范围(例如大约7毫米至20毫米的量级上)被表面轮廓中的尖峰破坏但被谷值(valley)清除。因此,传感器的输出可以是脉冲串,而不是连续信号。
[0021] 垫料系统10还包括控制器30,所述控制器30配置成接收来自传感器22的信号并基于该信号控制垫料组件12。控制器30通常包括处理器(例如微处理器)、存储器以及使控制器30配置成执行其功能的相关软件。控制器30还可以包括输出设备32,所述输出设备32可以用来向操作者警示卡塞或需要操作者注意的其它情况。示例性的输出设备32向操作者提供例如扬声器或光的声频提示或视觉提示。
[0022] 控制器30配置成分析来自传感器22的信号,以识别传感器信号何时表明垫料材料20已经停止、表明潜在的卡塞状态,并根据来自传感器22的信号输出控制信号以控制垫料转换组件12。通常,传感器信号为垫料材料20的变化特征的函数,并且如果传感器信号在预定期间内未变化,则控制器30将该传感器信号处理为表明潜在的卡塞。然后,控制器30输出控制信号以使转换组件12停止,并通过输出设备32输出信号以警示操作者。
[0023] 如在上面的示例中,在传感器22输出脉冲串的情况下,控制器30可以通过使用定时器来分析信号,该定时器确定在表明卡塞之前垫料材料可能被停止的所经过的最大的时间量。脉冲串中的每一次转变都可以引起定时器复位。并且如果在转变已经发生之前定时器耗尽,则控制器30将使转换组件12停止并经由输出设备32通知操作者。
[0024] 类似地,一个或多个模拟光学传感器可以与受控的光发射源一起使用,以观察垫料材料的变化的特征。控制器可以将一个或多个发射源与从一个或多个模拟光学传感器所获得的模拟值相协同,以确定垫料材料是否正在移动。控制器累积来自光学传感器的模拟电压读数,并可以基于所累积的读数确定垫料材料是否正在移动。
[0025] 转换组件12、控制器30和传感器22可以容置在一个共同的壳体(未示出)内。这些部件可以统称为垫料转换机的部件。
[0026] 然后,操作者可以清除卡塞或潜在的卡塞,并重新启动垫料转换组件12。有时候对从转换组件12延伸的垫料材料20的简单的拖拽足以清除卡塞。但是,即使当操作者必须打开壳体以接近转换组件12来清除卡塞,由于该系统10如此快地识别出潜在的卡塞情况,因此在卡塞情况期间,卡塞的程度和损坏的垫料材料20的数量均会大大地降低。
[0027] 相应地,本发明所提供的方法包括以下步骤:(a)例如利用垫料转换组件将库存材料转换成具有沿着垫料材料的长度而变化的特征的相对较低密度的垫料材料;(b)例如利用传感器感测或检测该垫料材料的特征;(c)生成传感器信号,该传感器信号根据所感测的特征而变化;(d)例如通过使用配置成处理这种操作的控制器来监控随着时间所生成的传感器信号;以及(e)当在预定时期内所生成的传感器信号的变化小于预定量、这可能表明材料运动不足时,生成控制信号。如上所述,该控制信号可以由控制器来生成,以使垫料转换组件12停工。
[0028] 现在转到图2,本发明所提供的示例性垫料转换系统10的另外的细节示出在图2中。垫料转换系统10包括用于转换片状库存材料14的转换组件40,在该情况下,将多层片状材料(特别是具有三层P1、P2和P3的片状材料)转换成相对较低密度的垫料材料20。垫料材料20具有纵向可变的轮廓的非平坦的表面,并且转换组件40使垫料材料20沿着从库存供应器16并且进入、通过并离开转换组件12的路径纵向前进。
[0029] 转换组件40包括布置成从供应器16拉动片状材料14的至少两个旋转构件42和44。具体地,示出的转换组件40包括至少两组旋转构件,包括位于第二组45和46的下游的第一组42和44,并且所述第一组42和44从而以第一速率拉动片状材料;第二组45和46从而以大于第一速率的第二速率拉动片状材料,使得随着片状材料从第一组行进到第二组,片状材料14随机地起皱。该随机的起皱产生具有随机起皱的表面轮廓的垫料材料20。
[0030] 系统10还包括邻近于该路径的传感器22,所述传感器22配置成感测该路径上的垫料材料20的表面的轮廓。传感器22生成根据垫料材料20的所感测到的表面轮廓而变化的信号(在图中显示为48)。最后,除了前述的用于警示操作者的输出设备32外,系统10还包括具有微处理器50和存储器52的控制器30。控制器30配置成监控随着时间而变化的由传感器22所生成的信号48,以检测垫料材料20的纵向运动。当在预定时期内传感器信号的变化小于预定值、这可能表明材料缺乏运动时,控制器30还生成控制信号。在该情况下,与转换组件40通信的控制器30可以响应于该生成的传感器信号而输出控制信号以使转换组件40停止。
[0031] 本发明并不限于起皱的垫料产品,还可以与将片状材料制造垫料材料(例如图3中所示出的垫料材料60)的任何垫料转换机一起使用。在该情况下,垫料材料60可以由在塑料片之间密封的空气袋或其它气体袋62来制成。传感器64检测沿着垫料材料60的长度而变化的特征(例如表面轮廓),并根据所检测的表面轮廓生成传感器信号66。该垫料材料60具有大体上平坦且在所检测的表面轮廓中不可能产生任何变化的部分68。因此,控制器必须在传感器信号64中查找表示大于时间T的时期的变化,该时间为平坦的部分68通常穿过传感器64可能所花费的时间。
[0032] 此外,本发明还提供了用于检测材料所具有的沿着垫料材料的长度而变化的特征(特别是变化的表面轮廓)的纵向运动的相应的方法。该方法包括以下步骤:(a)感测具有可变的表面轮廓的材料的连续条的表面的轮廓;(b)生成根据所感测的轮廓而变化的信号;(c)监控随着时间变化的信号;以及(d)当在预定时期内该信号的变化小于预定量,这可能表明材料运动不足时,生成控制信号。该控制信号被发送至具有转换组件的垫料转换机,并且该方法可以包括以下步骤:如果监控步骤检测到无运动,则使转换步骤停止。换句话说,转换机可以响应于该控制信号而使转换组件停止。
[0033] 转换步骤可以包括使片状材料随机起皱,以形成具有随机可变的表面轮廓的垫料材料。本发明所提供的方法的特定实施方式可以包括将片状材料转换成相对较低密度的垫料材料,该垫料材料包括具有可变的表面轮廓的非平坦的表面,其中,感测步骤包括以下步骤:感测垫料材料的非平坦表面的表面轮廓。
[0034] 该方法还可以包括以下步骤:将片料材料从供应器进给到垫料转换机中,并且该进给步骤可以包括将纸片从供应器进给到垫料转换机中。
[0035] 该方法还可以包括以下步骤:相对于垫料材料的路径而放置传感器,以感测在该路径上行进的垫料材料的可变轮廓表面(其也可以被看作垫料材料的表面的轮廓),并无接触地感测该表面轮廓。
[0036] 例如,如果传感器为光电传感器,则感测步骤可以包括使光源引导指向垫料材料的表面并使用传感器来检测从该表面反射的光。
[0037] 监控步骤包括响应于所产生的信号中的变化而使定时器复位。如果信号在预定时期内不变化,则定时器将耗尽,这引起警示发布且转换过程可以被停止。
[0038] 总之,本发明提供了一种用于垫料转换机的卡塞感测方法,所述方法包括以下步骤:(a)将库存材料转换成相对较低密度的垫料材料,该相对较低密度的垫料材料具有沿着垫料材料的长度而变化的特征;(b)感测该垫料材料的特征;(c)生成根据所感测的特征而变化的信号;(d)监控随着时间所生成的信号;以及(e)当所生成的信号在预定时期内的变化小于预定量,这可能表明材料运动不足时,生成控制信号。该控制信号可以用来使垫料转换组件停工,由此使卡塞情况的程度和对垫料转换组件的任何损坏最小化,并且更快地对问题进行校正。
[0039] 尽管已经关于某些优选的实施方式示出并描述了本发明,但显而易见的是,对于本领域技术人员在阅读并理解本说明书和所附附图之后,会进行等效替换和修改。特别是关于以上描述的部件所执行的各种功能,除非另有说明,用来描述这种部件的术语(包括参考“装置”)旨在对应于执行所描述的部件的具体功能的任何部件(即功能等效),即使结构不等效于在本文中执行本发明的所示出的示例性实施方式的功能的所公开的结构。另外,虽然本发明的特定特征可以关于数个实施方式中的仅一个实施方式进行了公开,但是这种特征可以与其它实施方式的一个或多个其它的特征结合,这对于任何给定的应用或特定的应用是期望的且有利的。
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