DE10160235A1

DE10160235A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer Eigenschaft von Zigarettenpapier

Info

Publication number: DE10160235A1
Application number: DE10160235A
Authority: DE
Inventors: Dierk Schroeder
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-26
Also published as: WO2003048747A3; US20040216755A1; EP1456625A2; AU2002342923A8; AU2002342923A1; WO2003048747A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Eigenschaft von Zigarettenpapier (21), mit den Schritten: das Zigarettenpapier (21) wird von einer Seite (42) in einem bestimmten Inzidenzwinkel (alpha) zu dem Zigarettenpapier (21) mit elektromagnetischer Strahlung (40a) angestrahlt, die auf der anderen Seite (48) des Zigarettenpapiers (21) austretende Strahlung (58) wird gemessen, die Eigenschaft des Zigarettenpapiers (21) wird anhand der gemessenen Strahlung (58) erfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass als Inzidenzwinkel (alpha) ein Winkel zwischen 0 DEG und 75 DEG gewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Eigenschaft von Zigarettenpapier, beispielsweise einer Beschichtung des Zigarettenpapiers, bei dem das Zigarettenpapier von einer Seite in einem bestimmten Inzidenzwinkel zu dem Zigarettenpapier mit elektromagnetischer Strahlung angestrahlt wird, die auf der anderen Seite des Zigarettenpapiers austretende Strahlung gemessen wird, und die Eigenschaft des Zigarettenpapiers anhand der gemessenen Strahlung erfasst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen einer Eigenschaft von Zigarettenpapier, mit einer Strahlungsquelle um das Zigarettenpapier von einer Seite in einem bestimmten Inzidenzwinkel zu dem Zigarettenpapier mit elektromagnetischer Strahlung anzustrahlen, mit einem Detektor, um auf der anderen Seite des Zigarettenpapiers austretende Strahlung zu messen, mit einer Auswerteschaltung, um die Eigenschaft des Zigarettenpapiers anhand der gemessenen Strahlung zu erfassen.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die US 6,130,438 eine Zigarettenherstellungsmaschine mit einem optischen System im Durchlichtverfahren zur Erkennung von Fehlern im Zigarettenpapier und zum Auswerfen von daraus produzierten Zigaretten. Zu diesem Zweck verwendet das optische System Laser, die entsprechenden Photodioden frontal gegenüberliegen, wobei das Zigarettenpapier zum Durchleuchten zwischen den Dioden hindurchgeführt wird. Der Kantenbereich des Zigarettenpapiers wird dabei nicht oder mit einer Hilfseinrichtung erfasst.
Die WO 99/02051, die der US 6,020,969 bzw. der EP 1 011 351 A1 entspricht, zeigt ein System zur Herstellung von Zigaretten mit einem Sensor, der Streifen im Zigarettenpapier erkennt, Fehler im Zigarettenpapier detektiert und die fehlerhaften Zigaretten auswirft. Das in der Druckschrift beschriebene Verfahren arbeitet nach dem Prinzip, dass Infrarotlicht einer Leuchtdiode von der Oberfläche der Zigarettenpapiers reflektiert wird und von einem lichtempfindlichen Empfänger detektiert wird.
Aus der US 4,845,374 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Breite von Leimstreifen auf einem sich bewegenden Zigarettenpapierstreifen im Reflektionsverfahren bekannt, bei dem Licht einer Leuchtstoffröhre in einem bestimmten Winkel zu der Papiernormalen auf das Papier eingestrahlt wird, von dem Papier reflektiert wird und aus einem bestimmten Winkel zu der Papiernormalen auf einen CCD-Detektor trifft und von diesem erfasst wird.
Die DE 20 43 876 beschreibt eine Anordnung zur Erfassung von Fehlern in durchsichtigen Bahnen, bei der ein aus polarisiertem Licht bestehender Fahrstrahl die Bahn abtastet. Hinter der Bahn ist eine Lichtempfangsvorrichtung angeordnet, die Licht empfängt, wenn die Polarisationsebene drehende Fehlstellen der Bahn die Polarisationsebene des Lichtes drehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass sich eine Eigenschaft des Zigarettenpapiers, beispielsweise eine Beschichtung des Zigarettenpapiers, zweifelsfrei erkennen lässt, während es für eine optimale Qualität der Messung aufgrund des verwendeten Durchlichtverfahrens nicht erforderlich ist, dass der Einstrahlwinkel des Lichtstrahls gleich einem Reflektionswinkel des Lichtstrahls ist. Es ist daher im Vergleich zu einer Messung in Reflektion bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein eindeutiges Messergebnis ein geringerer Justieraufwand notwendig.
Die Erfindung umfasst dabei die Erkenntnis, dass beschichtete Stellen des Zigarettenpapiers einen höheren Reflektionskoeffizienten aufweisen als unbeschichtete Stellen, so dass beschichtete Stellen weniger Licht durchlassen als unbeschichtete Stellen. Das Licht kann zusätzlich polarisiert werden. Dies verstärkt, insbesondere bei linearer Polarisation parallel zu der Oberfläche des Zigarettenpapiers, den Kontrast zwischen beschichteten und unbeschichteten Stellen. Bei Bestrahlung des Papiers von einer Seite lässt sich somit auf der anderen Seite anhand von dann auftretenden Intensitätsveränderungen das Vorhandensein der Beschichtung erkennen. Darüber hinaus spielt es bei der Erfindung aufgrund des verwendeten Durchlichtverfahrens keine Rolle, von welcher Seite das Zigarettenpapier zur Durchführung der Messung angestrahlt wird, was wiederum den Einbau der Messapparatur in eine Zigarettenstrangmaschine erleichtert.
Die vorgenannte, vorteilhaft streifenartig quer zur Längsrichtung des Zigarettenpapiers periodisch aufgebrachte Beschichtung kann beispielsweise aus Zellulose oder Silikat bestehen. Die Beschichtung dient beispielsweise als sogenannter Brandstopp, um die Zigarette ausgehen zu lassen, wenn sie versehentlich unbeaufsichtigt liegengelassen wird. Denn an den beschichteten Stellen gelangt weniger Luft durch das Zigarettenpapier, so dass der Brennvorgang in der Zigarette an den beschichteten Stellen erstickt. Auf diese Weise kann ein durch das unbeaufsichtigte Liegenlassen möglicherweise mitverursachter Brand unter Umständen verhindert werden.
Ein besonders guter Kontrast in der Intensität des durch das Zigarettenpapier hindurchtretenden Lichtes zwischen beschichteten und unbeschichteten Bereichen des Zigarettenpapiers bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich bei einer Messung mit einem Inzidenzwinkel von etwa 15° zu der Oberfläche des Zigarettenpapiers.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn auch das austretende Licht in einem bestimmten Winkel erfasst wird, bevorzugt in einem Winkel zwischen 70° und 90° zu der Oberfläche des Zigarettenpapiers. Auch dies verstärkt den Unterschied in der Intensität des durch das Zigarettenpapier hindurchtretenden Lichtes zwischen beschichteten und unbeschichteten Bereichen des Zigarettenpapiers.
Der Kontrast lässt sich weiter verstärken durch Verwendung von, bevorzugt linear parallel zu der Oberfläche des Zigarettenpapiers, polarisiertem Licht.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Zigarettenstrangmaschine in einer perspektivischen Ansicht mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 1; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung eines typischen, von dem photoempfindlichen Element der Fig. 2 erfassten Intensitätsverlaufes.
Fig. 1 zeigt eine Zigarettenstrangmaschine in einer perspektivischen Ansicht mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Aufbau und die Funktionsweise der Zigarettenstrangmaschine ist wie folgt:
Von einer Schleuse 1 wird ein Vorverteiler 2 portionsweise mit Tabak beschickt. Eine Entnahmewalze 3 des Vorverteilers 2 ergänzt gesteuert einen Vorratsbehälter 4 mit Tabak, aus dem ein Steilförderer 5 Tabak entnimmt und einen Stauschacht 6 gesteuert beschickt. Aus dem Stauschacht 6 entnimmt eine Stiftwalze 7 einen gleichförmigen Tabakstrom, der von einer Ausschlagwalze 8 aus den Stiften der Stiftwalze 7 herausgeschlagen und auf ein mit konstanter Geschwindigkeit umlaufendes Streutuch 9 geschleudert wird. Ein auf dem Streutuch 9 gebildetes Tabakvlies wird in eine Sichteinrichtung 11 geschleudert, die im Wesentlichen aus einem Luftvorhang besteht, den größere bzw. schwerere Tabakteile passieren, während alle anderen Tabakteilchen von der Luft in einen von einer Stiftwalze 12 und einer Wand 13 gebildeten Trichter 14 gelenkt werden. Von der Stiftwalze 12 wird der Tabak in einen Tabakkanal 16 gegen einen Strangförderer 17 geschleudert, an dem der Tabak mittels in eine Unterdruckkammer 18 gesaugter Luft gehalten und ein Tabakstrang aufgeschauert wird.
Ein Egalisator 19 entfernt überschüssigen Tabak von dem Tabakstrang, der dann auf einen im Gleichlauf geführten Zigarettenpapierstreifen 21 gelegt wird. Der Zigarettenpapierstreifen 21 wird von einer Bobine 22 abgezogen, durch ein Druckwerk 23 geführt und auf ein angetriebenes Formatband 24 gelegt. Das Formatband 24 transportiert den Tabakstrang und den Zigarettenpapierstreifen 21 durch ein Format 26, in dem der Zigarettenpapierstreifen 21 um den Tabakstrang gefaltet wird, so dass noch eine Kante absteht, die von einem nicht dargestellten Leimapparat in bekannter Weise beleimt wird. Darauf wird die Klebnaht geschlossen und von einer Tandemnahtplätte 27 getrocknet.
Nach dem Verlassen des Druckwerkes 23, jedoch vor dem Auflegen auf das Formatband 24 wird der Zigarettenpapierstreifen 21 durch eine Vorrichtung 20 geführt. Die Vorrichtung 20 erfasst, ob der Zigarettenpapierstreifen 21 eine Beschichtung aufweist. Die Vorrichtung 20 wird anhand der Fig. 2 und 3 weiter unten genauer beschrieben.
Ein so gebildeter Zigarettenstrang 28 durchläuft ein Strangdichtemessgerät 29, das den Egalisator 19 steuert, und wird von einem Messerapparat 31 in doppeltlange Zigaretten 32 geschnitten. Die doppeltlangen Zigaretten 32 werden von einer gesteuerte Arme 33 aufweisenden Übergabevorrichtung 34 einer Übernahmetrommel 36 einer Filteransetzmaschine 37 übergeben, auf deren Schneidtrommel 38 sie mit einem Kreismesser in Einzelzigaretten geteilt werden. Förderbänder 39, 41 fördern überschüssigen Tabak in einen unter dem Vorratsbehälter 4 angeordneten Behälter 42, aus dem der rückgeführte Tabak von dem Steilförderer 5 wieder entnommen wird.
Die Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 20 der Fig. 1 in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 20 arbeitet im Durchlichtverfahren. Sie weist zu diesem Zweck einen auf einer Seite des Zigarettenpapierstreifens 21 angeordneten, als Strahlungsquelle dienenden Laser 40 auf. Es ist jedoch auch die Verwendung einer anderen Art von Lichtquelle möglich. Das von dem Laser 40 stammende Licht 40a wird mittels einer fokussierenden Optik 41, die eine optische Achse 40b aufweist, auf eine Seite 42 des Zigarettenpapierstreifens 21 abgebildet. Das Licht 40a wird mittels eines auf der optischen Achse 40b angeordneten, als Polarisationsgerät dienenden Polarisationsfilters 44 parallel zu der Oberfläche 42 linear polarisiert.
Die Beleuchtung der Oberfläche 42 erfolgt in einem streifenden Einfall mit einem Winkel α = 15° zwischen Oberfläche 42 und optischer Achse 40b. Es sind jedoch auch andere Winkel 0° < α < 75° möglich. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel trifft das Licht 40a auf die Seite 42 des Zigarettenpapierstreifens 21, der mit einer Beschichtung 46 versehen ist. Der Zigarettenpapierstreifen 21 kann jedoch auch so geführt sein, dass das Licht 40a auf die unbeschichtete Seite 48 trifft. Die Beschichtung 46 besteht aus periodisch auf die Oberfläche 42 des Zigarettenpapierstreifens 21 aufgebrachten, quer zur Längsrichtung des Zigarettenpapierstreifens 21 verlaufenden Papierstreifen 52. Die Streifen 52 können jedoch auch aus einem anderen Material, beispielsweise aus Silikat bestehen.
Der Zigarettenpapierstreifen 21 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v durch den Einstrahlbereich 50 des Lichtes 40a. In der in der Fig. 2 dargestellten Situation befindet sich der Zigarettenpapierstreifen 21 gerade mit einem Streifen 52 in dem Einstrahlbereich 50.
Auf der dem Laser 40 gegenüberliegenden Seite des Zigarettenpapierstreifens 21 ist ein als Detektor dienendes photoempfindliches Element 54 angeordnet. Das photoempfindliche Element 54 erfasst über eine fokussierende Optik 56 mit einer optischen Achse 57 die Intensität des durch den Zigarettenpapierstreifen 21 hindurchtretenden Lichtes 58. Die optische Achse 57 der fokussierenden Optik 56 ist in einem Winkel β = 85° zu der Oberfläche 48 des Zigarettenpapierstreifens 21 angeordnet. Es sind jedoch auch andere Winkel 45° < β < 90° möglich.
Abhängig davon, ob sich im Einstrahlbereich 50 ein Streifen 52 befindet oder nicht, wird von dem photoempfindlichen Element 54 eine unterschiedliche Intensität I gemessen, d. h. bei vorhandener Beschichtung 46 wird eine geringere Intensität I gemessen als bei unbeschichteter Oberfläche 42. Entsprechend dem Wechsel der Intensität gibt das photoempfindlichen Element 54 ein wechselndes elektrisches Signal 60 an eine Auswerteschaltung 62 ab. Die Amplitude des der Intensität I entsprechenden elektrischen Signals 60 ist in der Fig. 3 über der Zeit t dargestellt, wenn sich der Zigarettenpapierstreifen 21 durch den Einstrahlbereich 50 hindurchbewegt. Eine niedrige Amplitude entspricht dabei einem beschichteten Bereich, während eine hohe Amplitude einem unbeschichteten Bereich entspricht.
Die Auswerteschaltung 62 kann einen Speicher zum Speichern einer vorgegebenen Periode der Änderung der Intensität I aufweisen und diesen gespeicherten Wert zur Kontrolle mit dem aktuell gemessenen Wert vergleichen.
Auch ist es möglich, dass die Auswerteschaltung 62 mit einem Speicher zum Speichern einer Tabelle versehen ist, in der mindestens ein Ausmaß einer Änderung einem bestimmten Material, bspw. Zellulose, aus dem die Beschichtung 46 aufgebaut sein kann, zugeordnet gespeichert ist. Dabei kann die Auswerteschaltung 62 ausgebildet sein, um einen Mittelwert der Intensitäten I über einen vorgegebenen Zeitraum zu bestimmen, ein aktuelles Ausmaß a der Änderung relativ zu dem Mittelwert zu bestimmen und anhand der Tabelle zu erkennen, welche Beschichtung, also bspw. Zellulose, zu diesem Ausmaß a gehört. Denn unterschiedliche Beschichtungen ergeben unterschiedlich starke Intensitätsänderungen.
Die Polarisation des Lichtes 40a verstärkt die Änderung a im Vergleich zu einer Durchleuchtung des Zigarettenpapierstreifens 21 mit unpolarisiertem Licht.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen einer Eigenschaft von Zigarettenpapier (21), mit den Schritten:

- das Zigarettenpapier (21) wird von einer Seite (42) in einem bestimmten Inzidenzwinkel (α) zu dem Zigarettenpapier (21) mit elektromagnetischer Strahlung (40a) angestrahlt,

- die auf der anderen Seite (48) des Zigarettenpapiers (21) austretende Strahlung (58) wird gemessen,

- die Eigenschaft des Zigarettenpapiers (21) wird anhand der gemessenen Strahlung (58) erfasst,

- dadurch gekennzeichnet, dass als Inzidenzwinkel (α) ein Winkel zwischen 0° und 75° gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Inzidenzwinkel (α) ein Winkel zwischen 5° und 45° gewählt wird.

3. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei als Inzidenzwinkel (α) ein Winkel zwischen 10° und 20°, bevorzugt ein Winkel von etwa 15°, gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem bestimmten Austrittswinkel (β) zu dem Zigarettenpapier (21) austretende Strahlung (58) erfasst wird.

5. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei als Austrittswinkel (β) ein Winkel zwischen 45° und 90° gewählt wird.

6. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei als Austrittswinkel (β) ein Winkel zwischen 70° und 90° gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei elektromagnetische Strahlung (40a) eines bestimmten Polarisationszustandes verwendet wird.

8. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei parallel zur Oberfläche (42) des Zigarettenpapiers (21) linear polarisiertes Licht (40a) verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Eigenschaft um eine im wesentlichen periodische Beschichtung (46) des Zigarettenpapiers (21) handelt, die über eine im wesentlichen periodische Änderung einer Intensität (I) der gemessenen Strahlung (58) erfasst wird, während das Zigarettenpapier (21) durch einen Einstrahlbereich (50) der Strahlung (40a) hindurchbewegt wird.

10. Verfahren nachdem vorstehenden Anspruch, wobei die Periode der Änderung bestimmt wird und zur Kontrolle mit einer vorgegebenen Periode verglichen wird.

11. Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei das Ausmaß (α) der Änderung relativ zu einem über einen vorgegebenen Zeitraum bestimmten Mittelwert der Intensität (I) bestimmt und zum Erkennen des Materials, aus dem die Beschichtung (46) im Wesentlichen aufgebaut ist, verwendet wird.

12. Vorrichtung zum Erfassen einer Eigenschaft von Zigarettenpapier (21),
mit einer Strahlungsquelle (40), um das Zigarettenpapier (21) von einer Seite in einem bestimmten Inzidenzwinkel (α) zu dem Zigarettenpapier (21) mit elektromagnetischer Strahlung (40a) anzustrahlen,
mit einem Detektor (54), um auf der anderen Seite des Zigarettenpapiers (21) austretende Strahlung (58) zu messen,
mit einer Auswerteschaltung (62), um die Eigenschaft des Zigarettenpapiers (21) anhand der gemessenen Strahlung (58) zu erfassen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Inzidenzwinkel (α) zwischen 0° und 75° liegt.

13. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Inzidenzwinkel (α) zwischen 5° und 45° liegt.

14. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Inzidenzwinkel (α) zwischen 10° und 20°, bevorzugt bei etwa 15°, liegt.

15. Vorrichtung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei der Detektor (54) angeordnet ist, um in einem bestimmten Austrittswinkel (β) zu dem Zigarettenpapier (21) austretende Strahlung (58) zu erfassen.

16. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Austrittswinkel (β) zwischen 45° und 90° liegt.

17. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Austrittswinkel (β) zwischen 70° und 90° liegt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, mit einem Polarisationsgerät zum Festlegen eines bestimmten Polarisationszustandes der Strahlung.

19. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Polarisationsgerät (44) angeordnet ist, um die Strahlung (40a) parallel zu der Oberfläche (42) des Zigarettenpapiers (21) zu polarisieren.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
wobei der Detektor (54) ausgebildet ist, um die Intensität (I) der Strahlung (58) zu erfassen,
und es sich bei der Eigenschaft um eine im Wesentlichen periodische Beschichtung (46) des Zigarettenpapiers (21) handelt, die über eine im wesentliche periodische Änderung einer Intensität (I) der von dem Detektor (54) gemessenen Strahlung (58) von dem Detektor (54) erfassbar ist, während sich das Zigarettenpapier (21) durch einen Einstrahlbereich (50) der Strahlungsquelle (40) hindurchbewegt.

21. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, mit einem Speicher (62) zum Speichern einer vorgegebenen Periode der Änderung, die von der Auswerteschaltung (62) zur Kontrolle mit einer von der Auswerteschaltung (62) bestimmten aktuellen Periode der Änderung verglichen wird.

22. Vorrichtung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche,
mit einem Speicher (62) zum Speichern einer Tabelle, in der mindestens ein Ausmaß (α) einer Änderung einem bestimmten Material, aus dem die Beschichtung (46) aufgebaut sein kann, zugeordnet gespeichert ist,
wobei die Auswerteschaltung (62) ausgebildet ist, um einen Mittelwert der Intensitäten (I) über einen vorgegebenen Zeitraum zu bestimmen, das aktuelle Ausmaß (α) relativ zu dem Mittelwert zu bestimmen und anhand der Tabelle zu erkennen, welche Beschichtung (46) zu diesem Ausmaß (α) gehört.