Stückgütern

B e s c h r e i b u n g

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Palet¬ tieren und/oder Sortieren von unterschiedlich großen und in beliebiger Reihenfolge sowie beliebigem Mischungsver¬ hältnis vorliegenden Stückgütern auf Transport- und/oder Lagereinheiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einer Vielzahl von Anwendungsfällen, beispielsweise in Versandhäusern, Paket-Verteilstellen von Beförderungs- Unternehmen usw. ist es erforderlich, Stückgüter, wie beispielsweise Pakete beliebiger Größe, die in beliebiger Reihenfolge in einem unbekannten Mischungsverhältnis ein¬ treffen, auf Transport- und/oder Lagereinheiten wie bei¬ spielsweise Euro-Paletten zu stapeln. Das Stapeln von Stückgütern, die beispielsweise im Falle von Paketen ein Gewicht von bis zu 20 kg und mehr haben können, ist insbe¬ sondere dann, wenn ein Stapel mit einer Höhe von mehr als einem Meter gebildet werden soll, wie dies beispielsweise bei sogenannten Standard-Rollbehältern der Fall ist, eine sehr kraftraubende Tätigkeit, die derzeit in den meisten Distributions-und Verteilzentren von Hand ausgeführt wird.

Stand der Technik

Um diese kraftraubende Tätigkeit automatisieren zu können, ist eine Vorrichtung zum Palettieren von Stückgütern un¬ terschiedlicher Größe gemäß dem Oberbegriff des Patentan¬ spruchs 1 als Prototyp vom Forschungsinstitut der nieder-

ländischen Post- und FernmeldeVerwaltung realisiert und beispielsweise in der Zeitschrift Maschinenmarkt 93 (1987) 38, Seite 44 bis 47 sowie weiteren Ausgaben derselben Zeitschrift beschrieben worden.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein Zwischenspeicher in Form eines in Fächer aufgeteilten und in einer Richtung umlaufenden Bandes verwendet; in jedem Fach dieses Bandes befindet sich ein Paket beliebiger, aber bekannter Größe. Da insbesondere bei auftragsspezifisch und damit individu¬ ell kommissionierten Ladeeinheiten die Größe der Pakete in der Regel nicht bekannt ist, ist bei dieser bekannten Vorrichtung ein Kamerasystem vorgesehen, das die Größe eines jeden in ein Fach des Bandes eingestellten Paketes erkennt und die Abmessungen an eine Auswerte-und Steuer¬ einheit, beispielsweise einen handelsüblichen Computer weitergibt. Dieser Computer errechnet aus den in dem Zwi¬ schenspeicher befindlichen Paketgrößen eine "möglichst optimale" Stapel-Anordnung. Entsprechend der von dem Com¬ puter generierten Stapel-Anordnung werden dann die Pakete von einem auf einem Schienensystem montierten Industriero¬ boter entnommen und beispielsweise in Standard-Rollbehäl¬ ter eingelegt.

Diese bekannte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruchs 1 ermöglicht es zwar, das Stapeln von Pake¬ ten selbsttätig mit einem Industrieroboter auszuführen, für den praktischen Betrieb hat sie jedoch noch eine Reihe gravierender Nachteile:

Wie einer weiteren Beschreibung dieser Vorrichtung zu entnehmen ist, wird trotz eines sehr großen Puffers nur ein vergleichsweise geringer Füllungsgrad erreicht:

So wurden mit insgesamt palettierten 54 Paketen und einer

Puffergröße von 45 Paketen - anders ausgedrückt einer

Puffergröße von mehr als 80% des gesamten Kommissionsum- fangs - nur ein Füllungsgrad von 44,3% erreicht, wenn die

Paketgrößen stark differieren, bzw. ein Füllungsgrad von

69,6%, wenn lediglich 7 verschiedene Paketsorten verwendet wurden.

Die Ursache hierfür dürfte der bei der bekannten Vorrich¬ tung verwendete Paie tieralgorith us sein, der zwar nicht veröffentlicht ist, von dem aber aufgrund von veröffent¬ lichten Simulations-Bildern anzunehmen ist, daß so vorge¬ gangen wird, daß nach Möglichkeit aus gleichen Paketen "Türme gebaut werden" .

Sieht man von dem vergleichsweise wenig befriedigenden Fullungsgrad einmal ab, so weist die bekannte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I noch folgenden gravierenden Nachteil auf:

Die bekannte Vorrichtung arbeitet mit einem mit starren Fächern versehenen und in einer Richtung umlaufen Band; ferner ist zusätzlich der Industrieroboter auf Schienen verfahrbar. Da das Band nur in einer Richtung umlaufen kann, dauert es insbesondere zu Beginn, d.h. wenn der Puffer vollständig bestückt ist, aber noch kein Entnahme¬ vorgang stattgefunden hat, verhältnismäßig lange, um zum einen das von der Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehene Paket in den Arbeitsbereich des Industrieroboters zu brin¬ gen, und um andererseits ein freies Fach in den Bereich einer Beladeeinheit zu überführen, die in das freigeworde¬ ne Fach ein weiteres Stückgut legt.

Ferner wird von der Firma Prolog System GmbH, 6380 Bad Homburg ein Computerprogramm angeboten, mit dem das Bela¬ den sowohl sorten-reiner Stapel als auch Auftrags-bezoge- ner Produkt-Mix-Paletten berechnet werden kann, wobei dann die eigentliche Beladung "von Hand" nach dem berechneten Beladungs- bzw. Stauplan erfolgt.

Dieses bekannte Computerprogramm ermöglicht zwar eine gute Ausnutzung des vorhandenen Stauraumes, nachteilig ist jedoch, daß vor Beginn des Berechnungsvorganges die gesamte Kommission, d.h. die Zahl und die Größe der auf einer Transport- und/oder Lagereinheit zu stapelnder Stückgüter bekannt sein muß. Diese Forderung ist jedoch insbesondere in Paket-Verteilstellen oder in Versandhäu¬ sern, in denen Pakete an unterschiedlichen Stellen bear¬ beitet und dann zu einer zentralen Distributionsstelle weitergeleitet werden, nicht zu erfüllen, sofern nicht große Lagerräume als "Zwischenspeicher" zur Verfügung stehen.

Weiterhin ist ein nachträglicher Zugriff auf die Stückgü¬ ter, die gemäß einem Ablegealgorithmus abgestellt worden sind, sehr problematisch, sofern die Zugriffsreihenfolge nicht bereits von vornherein festgelegt worden ist, oder die Möglichkeit eines nachträglichen Umsortierens der Stückgüter besteht; dies nimmt allerdings wiederum mehr Platz in Anspruch.

Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum selbsttätigen Palettierern und/oder Sortieren von Stückgütern unterschiedlicher Größe, die in beliebiger, nicht bekannter Reihenfolge sowie in beliebigem, nicht bekanntem Mischungsverhältnis eintreffen, anzugeben, bei

der ohne manuelle Stapelvorgänge in möglichst kurzer Zeit eine möglichst gute Befüllung der Transport- und/oder Lagereinheiten erreicht werden kann.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent¬ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die-Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß - um kurze Palettierzeiten zu erreichen - der Zwischenspeicher, der zu palettierende Stückgüter aufnimmt, kurze Be- und Ξntladezeiten haben muß. Darüberhinaus ist es von Vorteil, wenn der Zwischenspeicher "nicht zu groß" ist, da es gera¬ de in Paket-Verteilzentren oder bei Versandhäusern durch¬ aus lange dauern kann, bis eine größere Anzahl von Paketen eingetroffen ist, die in einer Transporteinheit palettiert werden sollen. Zudem führt die Verwendung eines großen "Puffers" zu einem Mehrbedarf an Raum und höheren Kosten.

Zur Realisierung dieser erfindungsgemäßen Grundüberlegun¬ gen wird als Zwischenspeicher ein in zwei Richtungen ver¬ fahrbares Förderband gewählt, auf dem die einzelnen Stück¬ güter nicht in festen Plätzen bzw. Boxen angeordnet sind. Die Grundfläche derartiger Boxen müßte nämlich so gewählt werden, daß in jeder Box auch die größte überhaupt zu stapelnde Stückgüter-Sorte Platz hat. Wenn bei einer zu¬ fälligen Ko missionierung aber nur vergleichsweise kleine Stückgüter eintreffen, würde sich bei einer festen Platz¬ einteilung eine schlechte Ausnutzung des Zwischenspeichers ergeben. Deshalb werden erfindungsgemäß die einzelnen Stückgüter in wenigstens einer Reihe in beliebiger Anord¬ nung auf dem in zwei Richtungen verfahrbaren Förderband angeordnet. Die einzigen Bedingungen, die an die Anordnung zu stellen sind, ist, daß der Abstand zwischen getrennt

aufzunehmenden Stückgütern so groß sein muß, daß bei Ver¬ wendung eines Backengreifers an der mehrachsigen Hand- habungs- und Positioniereinheit die Backen des Greifers das Stückgut greifen können. Bei Verwendung von oben grei¬ fenden Sauggreifern entfällt auch diese Forderung. Ferner ist es erforderlich, daß die Auswerte- und Steuereinheit, die beispielsweise ein üblicher Computer mit entsprechen¬ der Peripherie sein kann, zusätzlich zur Form und den Abmessungen der einzelnen Stückgüter deren Anordnung auf dem Förderband erfaßt. Anders ausgedrückt, wird erfin¬ dungsgemäß ein dynamischer Puffer verwendet, der je nach Größe der Stückgüter ausgelegt wird.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, das Förderband bei feststehender Handhabungs- und Positioniereinheit in kur¬ zer Zeit so zu verfahren, daß die Stückgüter an vorgegebe¬ nen Steilen im wahlfreien Zugriff vom Förderband entnommen werden können. Darüberhinaus ist es beispielsweise in der Zeitspanne möglich, in der die Handhabungs- und Positio¬ niereinheit, also beispielsweise ein Industrieroboter das entnommene Stückgut auf der Transport- und/oder Lagerein¬ heit positioniert, das Förderband so zu verfahren, daß ein neues Stückgut an einer Beladesteile auf das Förderband überführt werden kann. Vor allem aber ermöglicht die er¬ findungsgemäße Ausbildung des Zwischenspeichers die Reali¬ sierung eines weiteren erfindungsgemäßen Grundgedankens:

Erfindungsgemäß ist nämlich erkannt worden, daß es zur Erzielung eines optimalen Füllungsgrades keinesfalls er¬ forderlich ist, bereits vor Beginn des Palettier- und/oder Sortiervorganges einen Großteil, d.h. cirka 80% der zu palettierenden Stückgüter, wie bei der Vorrichtung des niederländischen Postforschungsinstitutes, oder gar die vollständige Kommission wie bei dem Computerprogramm der

Prolog GmbH zu kennen. Tatsächlich ist es ausreichend, wenn mit mit Puffergrößen von maximal 30% der insgesamt zu palettierenden Stückgut-Zahl gearbeitet wird.

Insbesondere ist es dabei gemäß Anspruch 2 bevorzugt, wenn die Anzahl der maximal vom Zwischenspeicher aufnehmbaren Stückgüter so gewählt ist, daß die Summe ihrer Grundflä¬ chen kleiner als der dreifache Wert der nutzbaren Grund¬ fläche der Transport- und/oder Lagereinheit ist. Nimmt man einen geringfügig schlechteren Füilgrad in Kauf, so ist es gemäß Anspruch 3 sogar ausreichend, wenn die Summe der Grundflächen der gespeicherten Stückgüter höchstens gleich der _t nutzbaren Grundfläche der Transport- und Lageeinheit ist; dies bedeutet anders ausgedrückt, daß bei einer in der Regel mit 10 oder mehr Lagen bestückten Palette im Zwischenspeicher -weniger Stückgüter vorhanden sind, als für die Befüllung einer einzigen Lage erforderlich ist, und daß dennoch ein guter Füilgrad erreicht wird.

Ξrfindungsgemäß ist nämlich erkannt worden, daß der Füll¬ grad bei einer automatischen Bestückung einer Palette wesentlich gesteigert werden kann, wenn anders als bei bekannten Vorrichtungen keine Türme aus gleichartigen Stückgütern gebaut werden, sondern wenn versucht wird, die Stückgüter so anzuordnen, daß sie möglichst große zusam¬ menhängende ebene Flächen bilden.

Deshalb arbeitet gemäß Anspruch 12 die erfindungsgemäße Vorrichtung derart, daß zu Beginn des Palettiervorgangs das im Zwischenspeicher befindliche Stückgut mit der grö߬ ten Grundfläche oder die Stückgüter gleicher Höhe, die zusammen die größte Grundfläche einnehmen, in einer Ecke der Transport- und/Lagereinheit angeordnet werden.

Beim Stand der Technik würden dagegen gleichartige Stück¬ güter übereinander zu einem Turm gestapelt. Anschließend werden das Stückgut bzw. die Stückgüter abweichender, jedoch gleicher Höhe, das alleine oder die zusammen die nächstgrößte Grundfläche einnehmen, in der gegenüberlie¬ genden Ecke der Transport- und Lagereinheit angeordnet. Bei der weiteren Befüllung der Transport- und Lagereinheit wird so vorgegangen, daß die Stückgüter so gestapelt wer¬ den, daß sich immer möglichst große zusammenhängende ebene horizontale Flächen ergeben (Anspruch 12) .

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren kurzen Taktzeiten können durch die in den Ansprüchen 4 und 5 angegebenen Maßnahmen weiter verringert werden:

Gemäß Anspruch 4 ist zu jedem Zeitpunkt mehr als ein Spei¬ cherplatz auf dem Förderband frei, so daß das Förderband zum Beiaden nur über kurze Strecken verfahren werden muß, während im Anspruch 5 gekennzeichnet ist, daß ein durch Entnahme eines Stückgutes frei werdender Speicherplatz ohne Verfahren des Förderbandes wieder befüllbar ist.

In jedem Falle ist es jedoch von Vorteil, wenn gemäß An¬ spruch 6 eine Beladeeinheit vorgesehen ist, die die Stück¬ güter auf das Förderband lädt, da hierdurch eine vollstän¬ dige Automatisierung und somit eine selbsttätig arbeitende Palettier-Zelle realisiert wird. Diese Beladeeinheit, die gemäß Anspruch 7 die Stückgüter auf einen von der Auswer¬ te- und Steuereinheit vorgegebenen Platz laden kann, von dem beispielsweise die weitere Verarbeitung besonders schnell erfolgen kann, kann insbesondere einen Schieber (Anspruch 8) aufweisen, der ein von einer Zuführeinheit, beispielsweise einem weiteren Förderband zugeführtes Stückgut auf das als Zwischenspeicher dienendes Förderband

schiebt. Ein derartiger Schieber kann insbesondere "paral¬ lel" zum Handhabungsgerät arbeiten, so daß sowohl der Zeitaufwand als auch die Verfahrwege minimiert werden.

Das ErkennungsSystem, das die Abmessungen der dem Zwi¬ schenspeicher zugeführten Stückgüter erfaßt, kann bei¬ spielsweise eine Videokamera oder einen in an sich bekann¬ ter Weise aufgebauten Lichtschrankensensor aufweisen, die über eine nachgeschaltete Bildverarbeitungseinrichtung die Abmessungen der ankommenden Stückgüter erfassen.

Ferner ist es - insbesondere beim Palettieren von Paketen mit einer Normgröße, wie dies beispielsweise in Versand¬ zentralen der Fall ist, möglich, an dem jeweiligen Stück¬ gut einen Identifizierungscode, also beispielsweise einen Barcode anzubringen, den eine Leseeinrichtung, also bei¬ spielsweise ein bekannter Barcode-Leser liest. Natürlich können auch andere Identifizierungssysteme, wie beispiels¬ weise auf Ultraschall-, Infrarot-Basis arbeitende Systeme oder Schieber mit integriertem Meßsystem verwendet werden.

Letztlich ist es bei computergesteuerten Versandsystemen auch möglich, von einem Leitrechner, der das Befüllen der Stückgüter steuert, Daten über die Größe der einzelnen Stückgüter, also beispielsweise der einzelnen Pakete an das Erkennungssystem weiterzugeben (Ansprüche 9 bis 11) .

In Fällen, in denen eine Reihe von Transport- und/oder La¬ gereinheiten mit Stückgütern befüllt werden müssen, die in großem zeitlichen Abstand ankommen, ist es selbstverständ¬ lich möglich, die Positionier- und Handhabungseinrichtung, also beispielsweise einen Industrieroboter, für eine Reihe von Zwischenspeichern einzusetzen, um Totzeiten zu vermei¬ den, die beispielsweise dadurch entstehen würden, daß die

erfindungsgemäße Vorrichtung auf eine ausreichende Befül- lung des Zwischenspeichers "warten" muß. Hierzu ist es beispielsweise möglich, den Industrieroboter in an sich bekannter Weise auf ein Schienensystem zu setzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all¬ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2a bis c ein erfindungsgemäß als Zwischenspeicher verwendetes Förderband in drei Stellungen,

Fig. 3a bis c ein weiteres Ausführungsbeispiel eines er¬ findungsgemäß als Zwischenspeicher verwendeten Förderbandes in drei Stellungen, und

Fig. 4a bis d mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bestückte Paletten.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Palettieren und/oder Sortieren von unterschiedlich großen Stückgütern 1, die in beliebiger Reihenfolge sowie in beliebigem Mischungsver¬ hältnis von einer Zuführeinheit, beispielsweise einem Bandförderer 2 mit einer Vereinzelungseinrichtung 3 in Richtung eines Pfeils 4 angeliefert werden. Von dem Band¬ förderer 2 werden die Stückgüter 1 durch einen Schieber 5

in einen Zwischenspeicher 6 überführt, in dem die zu pa- lettierenden Stückgüter zwischengespeichert werden. Der Zwischenspeicher 6 ist ein in zwei Richtungen (Doppel¬ pfeil) verfahrbares Förderband ist, auf dem die einzelnen Stückgüter 1 in wenigstens einer Reihe in beliebiger An¬ ordnung ohne feste Platzzuteilung angeordnet sind (vgl. hierzu auch die Fig. 2 und 3) ,

Ferner ist ein ErkennungsSystem 7 vorgesehen, das die Form und die Abmessungen der einzelnen Stückgüter erfaßt, und das beispielsweise ein entsprechendes Lichtschrankensystem oder eine Videokamera aufweisen kann.

Eine mehrachsige Handhabungs- und Positioniereinheit 8, die nur schematisch mit ihrem Arbeitsraum 9 dargestellt ist, und die beispielsweise ein handelsüblicher Industrie¬ roboter sein kann, ergreift die in dem Zwischenspeicher 6 gespeicherten Stückgüter 1 und setzt diese an einem von einer nicht näher dargestellten Auswerte- und Steuerein¬ heit vorgegebenen Ort auf einer Transport- und/oder La¬ gereinheit 10 ab, die beispielsweise eine Europalette sein kann, und die im Arbeitsraum 9 des Industrieroboters 8 angeordnet ist.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zwischenspeichers 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Zwischenspeicher als ein in zwei Richtungen ver¬ fahrbares Förderband mit einer Entnahmestelle 11 für die Stückgüter 1 ausgebildet. Ferner ist der nutzbare Puffer¬ bereich 12 auf dem Band dargestellt. In Teilfigur a ist das Band in der Endstellung links, in Teilfigur b in Mit¬ telstellung und in Teilfigur c in Endstellung rechts dar¬ gestellt.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zwischenspeichers 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Zwischenspeicher wiederum als ein in zwei Richtun¬ gen verfahrbares Förderband ausgebildet. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind jedoch zwei Entnahme- steilen 11' und 11" für die Stückgüter 1 vorgesehen. Damit ist das Band beispielsweise als gemeinsamer Zwischenspei¬ cher für zwei Palettiervorrichtungen mit je einem Indu¬ strieroboter oder als Zwischenspeicher für eine zur Ge¬ schwindigkeitserhöhung mit zwei Industrierobotern arbei¬ tende Palettiervorrichtung verwendbar. In Teilfigur a ist wiederum das Band in der Endstellung links, in Teilfigur b in Mittelstellung und in Teilfigur c in Endstellung rechts dargestellt.

Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die Stück¬ güter 1 nicht an fest vorgegebenen Stellen auf dem Förder¬ band 6 abgelegt werden, sondern an beliebigen Steilen. Die Auswerte- und Steuereinheit erfaßt zusätzlich den genauen Ort der Stückgüter auf dem Förderband, und verfährt das Förderband derart, daß die Stückgüter an vorgegebenen Stellen im wahlfreien Zugriff vom Förderband entnommen werden.

Die Fig. 4a bis d zeigen mit einer erfindungsgemäßen Vor¬ richtung bestückte Paletten.

Die Fig. 4a und 4b zeigen eine bestückte Palette in Vor¬ deransicht und Rückansicht, die mit 23 Paketsorten, deren Größe nicht nach DIN abgestuft, sondern willkürlich ge¬ wählt ist, und mit einer Puffergröße von 6 Paketen be¬ stückt worden ist. Der erreichte Füllgrad beträgt 56%.

Die Fig. 4c und 4d zeigen eine bestückte Palette in Vor¬ deransicht und Rückansicht, die mit 7 Paketsorten und mit einer Puffergröße von 6 Paketen bestückt worden ist. Der erreichte Füllgrad beträgt 78%.

Bei der Bestückung beider Paletten ist jeweils so vorge¬ gangen worden, daß zu Beginn des Palettiervorgangs die Auswerte- und Steuereinheit das im Zwischenspeicher be¬ findliche Stückgut mit der größten Grundfläche oder die Stückgüter gleicher Höhe, die zusammen die größte Grund¬ fläche einnehmen, in einer Ecke der Transport- und Lager¬ einheit anordnet. Anschließend ordnet die Auswerte- und Steuereinheit das Stückgut bzw. die Stückgüter abweichen¬ der jedoch gleicher Höhe, das alleine bzw. die zusammen die nächstgrößte Grundfläche einnehmen, in der gegenüber¬ liegenden Ecke der Transport- und Lagereinheit an. Die folgenden Stückgüter stapelt die Auswerte- und Steuerein¬ heit derart auf der Grundfläche der Transport- und Lager¬ einheit sowie auf der Oberfläche bereits palettierter Stückgüter, daß sich zusammenhängende Oberflächen unter weitgehender Vermeidung isolierter "Türme" ergeben.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan¬ kens beschrieben worden.