CZ2003568A3 - Způsob a zařízení k detekci a selekci cizích těles v cigaretách - Google Patents

Description

Způsob a zařízení k detekci a selekci cizích těles v cigaretách

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu detekce a selekce cizích částic v cigaretách, při kterém se tabák vystaví v prostoru stroje na výrobu cigaret krátkovlnnému záření a generuje se signál S_D pro hustotu tabáku a signál S_F pro vlhkost tabáku.

Dosavadní stav techniky

Z přihlášky DE 197 05 260 Al je znám způsob a přístroj pro stanovení alespoň jedné vlastnosti látky jako je vlhká a/nebo suchá hmota tabáku vyhodnocením rozladění krátkovlnného rezonátoru způsobeného přítomností cizího tělesa, při kterém se do rezonátoru přivádějí dvě rozdílné frekvence a analyzuje se kmitočtový posuv rezonátoru a útlum ve srovnání s rezonanční křivkou za nepřítomnosti cizího tělesa.

Přihláška EP 0 889 321 Al popisuje krátkovlnný rezonátor k měření profilu hustoty a/nebo vlhkosti v podélném směru vzorku umožňující velkou přesnost a lokální řešení, při kterém je rezonátor naplněn dielektrikem a vnitřní dutina vykazuje podstatně menší tloušťku než jsou kolmo na ni měřené boční rozměry.

V průmyslu tabákových výrobků je důležité v zájmu kvality výrobků detekovat a odstranit cizí částice obsažené v surovém tabáku. Cizími částicemi se rozumí veškerý netabákový materiál.

Patent US 4 707 652 popisuje způsob zjišťování cizích částic v cigaretovém tabáku pomocí analýzy rozptýleného elektromagnetického záření.

Patent US 5 476 108 se též týká zjišťování cizích částic v cigaretovém tabáku, přičemž se tabák zkoumá paprsky z blízkého infračerveného spektra. Při detekci cizí částice vzniká signál pro ejektor obsahující trysku se stlačeným vzduchem, načež tato tryska zaměří proud stlačeného vzduchu na cigaretu obsahující uvedenou cizí částici a odstraní ji z výrobní linky.

Z užitného vzoru DE 297 19 600 Ul je známo zařízení pro detekci nehomogenních míst a cizích částic ve vrstvě sypkého

materiálu, v němž se vrstva materiálu vystaví působení korpuskulárního záření nebo elektromagnetického záření a zjišťuje se intenzita prošlého nebo odraženého záření.

Tyto způsoby detekce a eliminace cizích částic ve stroji na výrobu cigaret však mají jen omezenou použitelnost a proto mají jen nedostatečnou účinnost vzhledem ke všem možným druhům cizích těles, jež se mohou vyskytnout.

Vedle zařízení sloužících výhradně pro detekci kovových částic nebo způsobů pneumatického nebo sítového třídění nabízí dosavadní stav techniky pro tabákový průmysl zejména způsoby vyhodnocování optického obrazu.

Nedostatky těchto technik a způsobů jsou následující:

- Účinnost těchto zařízení se zakládá na optickém zjišťování cizích částic. Proto se musí proud tabákového materiálu ztenčit na jednoduchou vrstvu, což se uskuteční jen za cenu vysokých nákladů na zařízení a prostor.

- Úspěšnost detekce je specifická pro každý materiál a zejména výrazně závisí na barvě a velikosti cizích částic. Malé částice s barvou podobnou tabákové jsou prakticky nezjistitelné.

- Z metodiky vyplývá, že se kromě vlastních cizích částic též odstraňuje dobrý tabákový materiál. To zvyšuje nežádoucí ztráty tabáku a vede k dodatečným nákladům.

- V zájmu úspěšné detekce a eliminace cizích částic v běžných technologických proudech zpracovávané hmoty se zařízení pro detekci cizích částic při výrobě cigaret výhodně umísťují před výrobním stupněm řezání tabáku. Cizí částice však neobsahuje jen surový tabák, nýbrž existuje potenciální nebezpečí, že se cizí částice dostane do tabáku při jeho zpracování. Z toho vyplývá nebezpečí, že vzdor instalovaným zařízením na detekci cizích částic tyto částice přesto vniknou do strojů na výrobu cigaret.

- Ve strojích na výrobu cigaret dnes sice existuje účinná jednotka pro odstraňování hrubých částic jako jsou například malé nežádoucí úlomky řapíků, tato jednotka však není schopna s potřebnou účinností odstraňovat cizorodé částice, takže

existuje nebezpečí, že se nakonec do cigarety cizí částice dostanou.

Podstata vynálezu

Proto je cílem vynálezu poskytnout způsob detekce cizí částice v konečném tabákovém pramenu, použitelný ve stroji na výrobu cigaret a nepoužívající radioaktivního záření, lepší než používané způsoby. Přitom se má část cigaretového pramenu obsahující cizí tělesa zjistit a bezprostředně po detekci automaticky z výrobního procesu vyřadit.

Pro splnění tohoto úkolu slouží způsob výše uvedeného typu, vyznačující se tím, že se signál pro hustotu S_D a signál pro vlhkost S_F vyhodnocují společně s cílem detekovat přítomnost nebo nepřítomnost cizí částice v tabáku.

Proto tento vynález nabízí řešení pro detekci cizích částic v hotových cigaretách přímo uvnitř stroje na výrobu cigaret s vysokou účinností a nevykazující výše uvedené nedostatky zařízení pro vyhledávání cizích částic na úseku zpracování tabáku.

Ve způsobu podle vynálezu pro zjištění cizích částic v cigaretách se vytvořený nekonečný cigaretový pramen před řezáním na jednotlivé díly vystaví v prostoru stroje na výrobu cigaret krátkovlnnému záření a generují se jednak signál S_D pro hustotu pramenu, jednak signál S_F pro vlhkost pramenu a potom se cestou zpracování dat vypočte kombinovaný signál S_K, který spolehlivě a s velkou citlivostí zjišťuje jakékoliv cizí částice případně přítomné v cigaretovém pramenu. Přitom se výrazem vlhkost pramenu rozumí procentuální podíl vody v cigaretovém pramenu odvozený od tabákové sušiny.

Základní myšlenka tohoto vynálezu je následující:

Určitou dobu již existuje možnost zjišťovat hustotu tabáku v cigaretovém pramenu pomocí mikrovlnné měřící jednotky.

Signály této mikrovlnné měřící jednotky slouží jako podklad pro regulaci hmotnosti cigaret.

Způsob měření se fyzikálně zakládá na vyhodnocování dipólové relaxace molekuly vody ve vzorku vlhkého materiálu. Za

tímto účelem se měřený materiál umístí do magnetického pole rezonátoru. Když se měřený materiál nalézá v elektromagnetickém poli rezonátoru, zmenší se rezonanční frekvence rezonátoru oproti rezonanční frekvenci prázdného rezonátoru, zatímco rezonanční křivka vykazuje větší šířku píku než křivka prázdného rezonátoru. Tyto dva účinky jsou tím větší, čím vyšší je vlhkost materiálu.

Tyto dva měřením zjišťované parametry, totiž snížení rezonanční frekvence a zvětšení šířky píku, však nezávisejí jen na vlhkosti materiálu, ale též na hustotě nacpání vzorku materiálu v elektromagnetickém poli rezonátoru. Proto se tento způsob hodí k současnému měření obou hodnot jako dvou vzájemně nezávislých parametrů, totiž vlhkosti materiálu nezávisle na jeho hustotě, pokud se provádí kalibrace vlhkosti referenčními měřeními, a hustoty materiálu nezávisle na jeho vlhkosti, pokud se referenčními měřeními provádí kalibrace hustoty.

Při měření hustoty tabákového pramenu pomocí měření mikrovlnné rezonance automaticky odpadá prakticky jako vedlejší produkt změřená hodnota vlhkosti materiálu vyjádřená například jako procentuální obsah vody (% H₂0), která se dosud k ničemu dalšímu nepoužívá.

Přítomnost cizí částice v tabákovém pramenu se zjišťuje podle toho, že vykazuje hustotu a vlhkost materiálu odlišnou od hustoty a vlhkosti zbývajícího tabákového pramenu. Teprve kombinovaným vyhodnocením obou signálů, to znamená hustoty a vlhkosti, lze detekovat s vysokou citlivostí a přesností cizí částice a v následujícím stupni tyto cigarety skartovat. Kdyby se zjišťovala pouze hustota nebo jenom vlhkost, docházelo by k chybným interpretacím výsledků, protože i normální tabákový pramen bez cizích částic může náhodně a nepravidelně vykazovat jisté kolísání hustoty a vlhkosti.

Tento princip detekce cizích částic ve strojích na výrobu cigaret se již studoval a zkoušel laboratorně pomocí komerčního mikrovlnného měřícího přístroje při měření hustoty a vlhkosti tabáku. Pro tento účel se měření prováděla na cigaretových pramenech ručně doplněných netabákovými částicemi a cizími příměsemi .

Vynález se dále týká zařízení pro provádění tohoto způsobu, jímž lze z tabákového pramenu odstranit úseky obsahující cizí tělíska. Přístroj se zakládá na mikrovlnném rezonátoru popsaném v EP 0 889 321 Al, který má horní a spodní kovovou stěnu a mezi oběma stěnami keramický materiál. Oběma kovovými deskami nebo stěnami a keramickým materiálem prochází vrtaný otvor, skrz který se posunuje kontrolovaný materiál. Signály z mikrovlnného rezonátoru se přivádějí do regulačního obvodu ovládajícího podle zadaných kritérií ejektor, aby vyřadil určený úsek tabákového pramenu. Ejektor se zpravidla montuje ve stroji na výrobu cigaret v jisté vzdálenosti od mikrovlnného rezonátoru, takže je třeba časově sladit signály mezi mikrovlnným rezonátorem a ejektorem. Pro odborníka však není obtížné tohoto sladění dosáhnout. Jako příklad lze uvést možnost pevně spojit s hlavní hřídelí stroje na výrobu cigaret kodér v podobě rotujícího kotouče vysílající signály v intervalech odpovídajících rychlosti otáček hlavního hřídele stroje na výrobu cigaret. Je samozřejmě též možné, že se rotující kotouč otáčí vyšší nebo nižší rychlostí než hlavní hřídel, potom však je nezbytné, aby se poměr obou rychlostí neměnil. Je-li rotující disk opatřen na obvodu v pravidelných odstupech otvory nebo štěrbinami, například 360 otvory nebo štěrbinami, potom paprsek světla procházející kotoučem z jedné strany na druhou a zaměřený na fotobuňku umístěnou na druhé straně kotouče může vyslat při každé dokončené otáčce 360 impulzů, z nichž každý představuje otočení disku o jeden stupeň. Tyto elektrické impulzy se zpracují v elektrickém obvodu a slouží k ovládání ejektoru v časové shodě s funkcí mikrovlnného rezonátoru. Pro zkušeného odborníka není problémem stanovit kolik impulzů musí být vysláno do okamžiku nezbytné aktivace ejektoru. Počet impulzů kodéru n potřebných do vyslání skartačního signálu závisí na různých faktorech stroje na výrobu cigaret jako jsou umístění měřícího senzoru, rozměr cigaret nebo konstrukční parametry stroje pro nasazování filtrů.

• · · · ·· ·· ·♦ ·« • · · · · · ·

Ejektor může mít rozmanité konstrukce, například to může být jednoduchá tryska pro stlačený vzduch uvolňující při aktivaci aktivačním signálem (též nazývaným eliminačním signálem) silný proud vzduchu namířený z boku na pramen tabáku, který z tabákového pramenu odfoukne závadný úsek.

V jiném provedení je ejektor umístěn u stroje na výrobu cigaret za zařízením pro řezání cigaretového pramenu v úseku finalizovaných cigaret. V tomto provedení se z výrobního procesu odstraňují celé cigarety a mohou se případně transportovat do recyklační jednotky pro tabák.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále objasněn pomocí následujících grafů, které ukazuj í:

Obrázek 1: Průběh křivky hustoty a vlhkosti u normální cigarety.

Obrázek 2: Průběh křivky odpovídající obrázku 1 s dřevěným tělískem jako cizí částicí.

Obrázek 3: Průběh křivky odpovídající obrázku 1 s částicí z tuhého plastu jako cizí částicí.

Obrázek 4: Průběh křivky odpovídající obrázku 1 s kaučukovou částicí jako cizí částicí.

Obrázek 5: Průběh křivky odpovídající obrázku 1 se skleněným úlomkem jako cizí částicí.

Obrázek 6: Průběh křivky odpovídající obrázku 1 s kovovou částicí jako cizí částicí.

Obrázek 7: Průběh křivky odpovídající obrázku 1 s kamínkem jako cizí částicí.

Obrázek 8: Průběh dat pro kombinovaný signál normální cigarety.

Obrázek 9: Průběh dat odpovídající obrázku 8 s dřevěným tělískem jako cizím tělískem.

Obrázek 10: Průběh dat odpovídající obrázku 8 s tělískem z tuhého plastu jako cizí částicí.

Obrázek 11: Průběh dat odpovídající obrázku 8 s kaučukovým tělískem jako cizí částicí.

·· ···· φ ·

Φ φ φ φ φφφφ ··

φ · • · φ

Obrázek 12: Průběh dat odpovídající obrázku 8 se skleněným úlomkem jako cizí částicí.

Obrázek 13: Průběh dat odpovídající obrázku 8 s kovovým tělískem jako cizí částicí.

Obrázek 14: Průběh dat odpovídající obrázku 8 s kamínkem jako cizí částicí.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 1 ukazuje místa měření hustoty a vlhkosti normálního tabákového pramenu. Měření postupují v odstupech 1 mm a jsou graficky vynášena nad sebou. Horní křivka ukazuje distribuci vlhkosti normální cigarety, jež je v rozmezí 10,0 a

10,5 % vody. Ve stejném rozmezí měřených bodů kolísá hustota normální cigarety mezi 205 a 255 mg/cm³, přičemž je střední hodnota asi 220 mg/cm³.

V případě přítomnosti dřevěné částice v tabákovém pramenu jako v obrázku 2 se v tomtéž úseku změnila jak hustota tak vlhkost, což mělo za následek výrazná maxima v rozmezí 18 až 28 mm.

Obrázek 3 ukazuje naměřený průběh křivek v případě částice z tuhého plastu, vykazující zřetelný pík pro hustotu v úseku 12 až 20 mm a odpovídající pík pro vlhkost mezi 12 a 20 mm.

Obrázek 4 ukazuje naměřený průběh křivek v případě kaučukové částice jako cizí částice, jež vedla k výrazným pikům mezi 8 a 25 mm.

Obrázek 5 ukazuje naměřený průběh křivky pro tabákový pramen se skleněným úlomkem jako cizím tělesem. Křivky pro hustotu i vlhkost vykazují zřetelné píky v úseku mezi 22 a 33 mm, svědčící o přítomnosti cizího tělesa.

Obrázek 6 ukazuje průběh křivek pro kovovou částici jako cizí těleso s ještě výraznějšími píky v rozmezí 27 až 38 mm.

Neméně výrazné píky jsou důsledkem přítomnosti kamínku v tabákovém pramenu, zjevné v úseku 15 až 25 mm, jak lze snadno odvodit z obrázku 7.

Ze současně a souběžně naměřených hodnot pro hustotu pramenu S_D a vlhkost pramenu S_F se vypočte technikou zpracování • · · ·

dat kombinovaný signál S_K například pomoci následujícího vzorce:

S_K = ABS(modální hodnota x - naměřená hodnota xi)“hustota x ABS (modální hodnota x - naměřená hodnota χ₃)“vlhkost

Kombinovaný signál S_K je součin rozdílu modální hodnoty a i-té naměřené hodnoty signálu hustoty krát hodnota n-té mocniny rozdílu modální hodnoty a i-té naměřené hodnoty signálu vlhkosti, a identifikuje s vysokou spolehlivostí a citlivostí cizí tělesa v cigaretovém pramenu. Proměnná n může nabývat hodnot mezi 1 a 5.

Kombinovaný signál se též může vypočítat pomocí následujících vzorců:

S_K = (modální hodnota x - naměřená hodnota Xi)“hustota x ABS (modální hodnota x - naměřená hodnota Xi) “vlhkost nebo

S_K = ABS (modální hodnota x - naměřená hodnota xj “hustota x (modální hodnota x - naměřená hodnota x₃)“vlhkost nebo

S_K = (modální hodnota x - naměřená hodnota Xi)“hustota x (modální hodnota x - naměřená hodnota xj “vlhkost

Kombinovaný signál S_K bude v dalším podrobněji ilustrován za pomoci grafů, pro které byly základem primárně získané naměřené signály podle obrázků 1 až 7.

Obrázek 8 ukazuje grafický záznam údajů pro kombinovaný signál normálního tabákového pramenu. Intenzity stoupají od nulové linie až po maximální hodnotu 1.

Když se podle obrázku 9 v tabákovém pramenu nalézala částice ze dřeva, potom vystoupil význačný pík v úseku 22 až 26 mm na maximální hodnotu intenzity 11.

Obrázek 10 ukazuje průběh zjištěných údajů v případě částice z tuhého plastu, vykazující v úseku 14 až 18 mm pík kombinovaného signálu s maximální intenzitou v hodnotě 9.

• · to toto to • · to <

• · « ···· ··

Obrázek 11 ukazuje průběh zjištěných údajů v případě kaučukové částice, který měl za následek v úseku 14 až 18 mm pík kombinovaného signálu s maximální intenzitou v hodnotě 650.

Obrázek 12 ukazuje průběh údajů naměřených na tabákovém pramenu se skleněným úlomkem jako cizí částicí. V úseku 25 až 30 mm se ukazuje zřetelný pík s maximální intenzitou v hodnotě 700, který dokládá přítomnost tohoto cizího tělesa.

Obrázek 13 ukazuje průběh údajů naměřených pro kovové tělísko jako cizí částici se zřetelným pikem dosahujícím maximální intenzity hodnoty 20 000 v úseku od 29 do 34 mm.

Podobně výrazný pík dosahující maximální intenzity hodnoty 3 500 způsobil kamínek jako cizí částice v tabákovém pramenu nalézající se v úseku 18 až 22 mm, jak je zjevné z obrázku 14.

Když kombinovaný signál překročí určitou předem stanovenou prahovou hodnotu, například hodnotu 5, je vyslán signál pro cizí těleso, který ovládá ejektor. Tím se zajišťuje, že se cigaretové prameny obsahující cizí tělesa z výrobního procesu odstraní a odvedou do skartace.

Vynález je možno použít i pro jiné jednotky pracující se sypkými materiály kontinuálními, dělenými nebo v podobě pramenů.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob detekce a odstranění cizích částic obsažených v cigaretách, ve kterém se tabák vystavuje v blízkosti stroje na výrobu cigaret mikrovlnnému záření a je vysílán jednak signál S_D pro měření hustoty tabáku, jednak signál S_F pro měření jeho vlhkosti, vyznačující se tím, že se signál S_D pro hustotu a signál S_F pro vlhkost vyhodnocují společně k detekci přítomnosti nebo nepřítomnosti cizích tělísek v tabáku.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se ze současně získaných naměřených hodnot signálu pro hustotu S_D a signálu pro vlhkost S_F technikou zpracování dat vypočítá kombinovaný signál S_K.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v případě, kdy kombinovaný signál S_K překročí předem stanovenou prahovou hodnotu, je vyslán signál pro přítomnost cizího tělesa používaný pro ovládání ejektoru zajišťujícího eliminaci cizích částic.
4. 4. Zařízení pro provádění způsobu podle jednoho z nároků 1 až 3 zahrnující krátkovlnný rezonátor s rezonanční dutinou vyplněnou dielektrikem, přičemž dielektrikum je opatřeno průchodem, jímž je kontinuálně veden tabákový pramen, přičemž uvedený přístroj dále obsahuje nejméně jednu mikrovlnnou anténu vybavenou elektrodou pro vysílání vysokofrekvenčního záření do rezonanční dutiny a rezonanční dutinou procházející, vyznačující se tím, že tento mikrovlnný rezonátor je napojen na ejektor a řídí jej tak, že po zjištění cizí částice se do ejektoru vyšle signál, který jej aktivuje pro eliminaci úseku tabákového pramenu obsahujícího cizí těleso.
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačuj ící