DE102009058040B4

DE102009058040B4 - Maschine und Verfahren zum Herstellen von Filterstäben für die Tabak verarbeitende Industrie

Info

Publication number: DE102009058040B4
Application number: DE102009058040A
Authority: DE
Inventors: Dirk Sacher; Matthias Wottawa; Karsten Meins
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: DE102009058040A1

Abstract

Maschine zum Herstellen von Filterstäben (11) für die Tabak verarbeitende Industrie aus einem strangförmigen Basismaterial (12), umfassend eine Einführeinrichtung (21) zum Einführen mindestens eines in Längsrichtung kontinuierlichen Elements (22) in das Basismaterial (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine bildgebende Messeinrichtung (19) zur stirnseitigen Inspektion der Filterstäbe (11) und eine Bildauswerteeinrichtung (30) zur Ermittlung der Position des kontinuierlichen Elements (22) in den Filterstäben (11) aus den von der Messeinrichtung (19) aufgenommenen Bildern umfasst, wobei die Einführeinrichtung (21) mittels des von der Bildauswerteeinrichtung ausgegebenen Signals automatisch lageverstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Herstellen von Filterstäben für die Tabak verarbeitende Industrie aus einem strangförmigen Basismaterial, umfassend eine Einführeinrichtung zum Einführen eines in Längsrichtung kontinuierlichen Elements in das Basismaterial. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes verfahren.
Aus der Druckschrift US 4 281 671 ist eine Maschine zur Herstellung von Filterstäben bekannt, bei der ein mit einer Aromaflüssigkeit getränkter Faden mittels eines Führungsdorns in das strangförmige Filtermaterial eingebracht wird. Der Faden ist farblich abgesetzt, insbesondere um dem Bediener eine visuelle Überprüfung der Position des Fadens in den Filterstäben zu ermöglichen. Wenn der Bediener anhand einer aus der Maschine entnommenen Stichprobe eine Abweichung der Fadenposition von der Filterachse feststellt, kann er eine manuelle Verstellung des Führungsdorns vornehmen, um den Faden erneut mittig auszurichten. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich, zeitaufwändig und fehleranfällig, da die Feststellung einer Abweichung von der subjektiven Einschätzung und Aufmerksamkeit des Bedieners abhängt.
DE 695 23 853 T2 offenbart eine Prüfvorrichtung für eine Zigarettenherstellungsmaschine, wobei die Prüfvorrichtung eine Kamera zur Erzeugung eines Bildes einer Filterendoberfläche und eine Bildauswerteeinrichtung zur Ermittlung des Erscheinungsbildes der Filterendoberfläche aus dem von der Kamera aufgenommenen Bild umfasst. In Abhängigkeit von dem Erscheinungsbild kann ein Ausschussmechanismus zum Ausschießen fehlerhafter Zigaretten angesteuert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Maschine und Verfahren zum Herstellen von Filterstäben bereitzustellen, bei der eine Abweichung des kontinuierlichen Elements von einer Sollposition zuverlässig, schnell und mit hoher Genauigkeit feststellbar und behebbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln der unabhängigen Ansprüche. Durch die stirnseitige Inspektion der geschnittenen Filterstäbe in der laufenden Produktion der Maschine mittels einer bildgebenden Messeinrichtung und die insbesondere in Echtzeit stattfindende Bildauswertung kann die Position des kontinuierlichen Elements in den Filterstäben automatisch, im Wesentlichen ohne Verzögerung und mit hoher Genauigkeit festgestellt werden. Die Erfindung ermöglicht somit insbesondere die automatische Feststellung einer Abweichung der Lage des kontinuierlichen Elements von einer Sollposition, um bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle geeignete Maßnahmen zur Behebung der Abweichung zu veranlassen.
Vorzugsweise wird die von der Bildauswerteeinrichtung ermittelte Positionsinformation des kontinuierlichen Elements mittels einer Anzeigeeinrichtung für den Bediener zur Anzeige gebracht, damit der Bediener jederzeit über die aktuelle Position des kontinuierlichen Elements informiert ist. Wenn der Betrag der Abweichung der Ist-Position des kontinuierlichen Elements von der Sollposition einen bestimmten Wert überschreitet, kann dies dem Bediener durch eine entsprechende Warnanzeige auf der Anzeigeeinrichtung mitgeteilt werden, um ein Nachstellen der Einführeinrichtung vorzugsweise im laufenden Betrieb der Maschine zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist die Einführeinrichtung mittels des von der Bildauswerteeinrichtung ausgegebenen Signals automatisch lageverstellbar.
Vorzugsweise ist die Bildauswerteeinrichtung des Weiteren zum Feststellen des Fehlens des kontinuierlichen Elements in den Filterstäben eingerichtet, was in der Regel anzeigt, dass das kontinuierliche Element gerissen ist. In diesem Fall kann die Maschinensteuerung zweckmäßigerweise geeignete Maßnahmen einschließlich Anzeige eines Warnhinweises auf der Anzeigeeinrichtung und/oder einen Maschinenstopp und/oder einen Auswurf fehlerhafter Produkte veranlassen.
Vorzugsweise ist die Bildauswerteeinrichtung zum Ermitteln der Winkelposition einer Naht einer Filterstabumhüllung eingerichtet. Dies erlaubt eine Winkelkorrektur der Position des kontinuierlichen Elements, die aufgrund einer Rotation des Filterstabs um die eigene Achse auf dem Weg zwischen der Einführeinrichtung und der Messeinrichtung erforderlich werden kann.
Das kontinuierliche Element kann ein Faden, ein Band, ein strangförmiges Element oder ein sonstiges sich in Längsrichtung kontinuierlich erstreckendes Element sein. Es kann sich auch um eine Mehrzahl von insbesondere versetzt angeordneten kontinuierlichen Elementen handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Maschine zur Herstellung von Filterstäben in einer Ausführungsform;
2: eine Ansicht auf eine zu inspizierende Stirnseite eines Filterstabes; und
3, 4: eine schematische Darstellung einer Maschine zur Herstellung von Filterstäben in weiteren Ausführungsformen.
In der Maschine 10 zur Herstellung von Filterstäben 11, insbesondere Zigarettenfilter, wird Filtermaterial 12, beispielsweise Celluloseacetat, mittels eines Trichters 13 zu einem Endlos-Filterstrang 14 geformt. Der Filterstrang 14 wird mittels einer Schneideinrichtung 15 in Filterstäbe 11 geschnitten, mittels einer nicht gezeigten Vereinzelungseinrichtung vereinzelt und in Querrichtung auf eine Ablegetrommel 16 abgelegt, die zu diesem Zweck am Umfang der Trommel 16 angeordnete Mulden 17 zur Aufnahme jeweils eines Filterstabs 11 aufweist. In der Stirnfläche 20 des geschnittenen Filterstabs 11 wird der farblich abgesetzte Faden 22 als Punkt 27 sichtbar, siehe 2. Von der Ablegetrommel 16 werden die Filterstäbe 11 beispielsweise an eine Förderstrecke 18 übergeben und abgefordert.
Die Maschine umfasst des Weiteren eine zweckmäßigerweise im Bereich des Trichters 13 angeordnete Einrichtung 21, beispielsweise eine Hohlnadel, zum Einführen eines sich in Längsrichtung des Filterstrangs 14 kontinuierlich erstreckenden Elements 22, hier eines Fadens, in den Filterstrang 14. Der farblich von dem Filtermaterial 12 abgesetzte Faden 22 wird beispielsweise von einem Wickel 23 abgenommen und kann in einem Bad 24 mit einer Aromaflüssigkeit 25 getränkt werden.
Die Sollposition 26 des Fadens 22 in den Filterstäben 11 ist in diesem Beispiel mittig auf der Längsachse, wie aus 2 ersichtlich ist. Die Einfuhreinrichtung 21 ist daher zweckmäßigerweise etwa axialparallel mittig zu dem Filterstrang 14 ausgerichtet. Um eine Abweichung der Ist-Position 27 des Fadens 22 von der Sollposition 26 kompensieren zu können, ist die Einführeinrichtung 21 in mindestens einer Querrichtung, vorzugsweise in sämtlichen Querrichtungen x, y verstellbar angeordnet, wie dies in 1 durch die mit x, y bezeichneten Doppelpfeile angedeutet ist. In der Ausführungsform gemäß 1 ist die Einführeinrichtung 21 beispielsweise manuell verstellbar.
In der Ausführungsform gemäß 1 ist an der Stirnseite der Ablegetrommel 16 eine Kamera 19 angeordnet, die zur Inspektion der Stirnseite 20 eines in einer Mulde 17 der Trommel 16 angeordneten Filterstabes 11 angeordnet und eingerichtet ist. Die optische Achse der Kamera 19 ist daher zweckmäßigerweise parallel zur Achse des zu inspizierenden Filterstabs 11 ausgerichtet. Die Kamera 19 wird von einer Kamerasteuerung 28 auf der Grundlage des Maschinentakts 29 gesteuert, um stirnseitige Bilder der einzelnen an der Kamera 29 vorbeigeführten Filterstäbe 11 aufzunehmen. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, jeden Filterstab 11 zu erfassen; die Erfassung jedes n-ten, beispielsweise jedes fünften Filterstabs 11, oder eine stichprobenartige Erfassung von Filterstäben 11, kann ausreichend sein. Die Kamera 19 ist in der Maschine 10 angeordnet und ermöglicht eine Messung in der Produktlinie (in-line-Messung) an durch die Maschine 10 laufenden Filterstäben 11; eine Entnahme von Filterstäben 11 für eine Bestimmung der Lage des Fadens 22 ist nicht erforderlich.
Die Kamera 19 kann eine Flächenkamera sein, so dass ein einzelnes Bild die gesamte Stirnfläche 20 eines Filterstabs 11 erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kamera 29 alternativ eine Zeilenkamera sein, wobei eine Mehrzahl von Zeilenbildern zu einem die gesamte Stirnfläche 20 eines Filterstabs 11 erfassenden Flächenbild zusammengesetzt wird.
Die von der Kamera 19 aufgenommenen Bilder der Stirnfläche 20 der Filterstäbe 11 werden über die Kamerasteuerung 28 an eine Bildauswerteeinrichtung 30 übermittelt, die vorzugsweise in einer programmierbaren elektronischen Steuereinrichtung 31 realisiert ist. Die Steuereinrichtung 31 kann beispielsweise in der Maschinensteuerung realisiert sein. Alternativ kann die Bildauswerteeinrichtung 30 ganz oder teilweise in der Kamerasteuerung 28 realisiert sein. Kamera 19, Kamerasteuerung 28 und Bildauswerteeinrichtung 30 können in einer Baueinheit zusammengefasst sein.
Die Bildauswerteeinrichtung 30 umfasst eine Bildauswertungs-Software, die zur Ermittlung der Ist-Position 27 des farblich abgesetzten Fadens 22 in dem Filtermaterial 12 aus dem aufgenommenen Bild des Filterstabs 11 eingerichtet ist. Die Ist-Position des Fadens 22 kann beispielsweise in Form zweier Koordinaten x-i, y-i ermittelt werden, die die Abweichung der Lage des Fadens 22 von der Mitte in x- und y-Richtung angeben. Allgemein kann es sich um eine absolute Position, eine relative Position oder einen anderen mit der Position des Fadens 22 zusammenhängenden Wert handeln. Die aktuelle Position 27 des Fadens 22 wird vorzugsweise auf einem Bildschirm 32 für einen Maschinenbediener in geeigneter Form zur Anzeige gebracht, beispielsweise als numerische Koordinaten oder vorzugsweise graphisch beispielsweise mit einer 2 entsprechenden Darstellung.
Wenn die Bildauswerteeinrichtung 30 feststellt, dass die Position 27 des Fadens 22 um mehr als einen bestimmten Betrag von der Sollposition 26 abweicht, d. h. außerhalb eines tolerierbaren Bereichs 33 liegt, kann die Steuereinrichtung 31 geeignete Maßnahmen einschließlich der Anzeige eines Warnhinweises auf dem Bildschirm 32 und/oder Ausgabe eines Maschinenstoppbefehls und/oder einen Auswurf fehlerhafter Produkte durchführen. Insbesondere wird ein Maschinenbediener veranlasst, die Position der Einführeinrichtung 21 manuell in x- bzw. y-Richtung um einen der Abweichung x-i, y-i entsprechenden Betrag in Gegenrichtung nachzustellen, um den Faden 22 erneut mittig auszurichten. Dies kann vorzugsweise im laufenden Maschinenbetrieb erfolgen, um unnötige Stillstandszeiten zu vermeiden.
Wenn die Bildauswerteeinrichtung 30 feststellt, dass die Position 27 des Fadens 22 auf der gesamten Stirnfläche 20 des Filterstabs 11 nicht ermittelbar ist, kann von einem Riss des Fadens 22 ausgegangen werden und die Steuereinrichtung 31 kann wiederum geeignete Maßnahmen einschließlich der Anzeige eines Warnhinweises auf dem Bildschirm 32 und/oder Ausgabe eines Maschinenstoppbefehls und/oder einen Auswurf fehlerhafter Produkte durchführen.
Die Bildauswerteeinrichtung 30 ist vorzugsweise zur Erkennung der Position einer Naht 34 des Filterpapiers 35 bzw. der Winkelabweichung a von einer Sollposition, in 2 beispielsweise die 12-Uhr-Position auf der y-Achse, eingerichtet. Bei einer signifikanten Winkelabweichung a, die auf einer Rotation des Filterstabs 11 um seine eigene Achse auf dem Weg zwischen der Einführeinrichtung 21 und der Kamera 19 beruht, berechnet die Steuereinrichtung 31 zweckmäßigerweise entsprechend korrigierte Lagekoordinaten x-i, y-i des Fadens 22.
Die Kamera 19 kann eine nicht gezeigte Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der zu inspizierenden Stirnseite 20 des Filterstabs 11 umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise ringförmig um die empfindliche Fläche angeordnet und kann beispielsweise mittels Leuchtdioden realisiert sein. Eine mit dem Bildaufnahmetakt der Kamera 19 getaktete Beleuchtung kann vorteilhaft sein. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Kamera 19 zur Anpassung an unterschiedliche Filterstabformate verstellbar montiert sein.
In der Ausführungsform gemäß 3 ist anstelle der manuellen Verstellbarkeit der Einführeinrichtung 21 eine von der elektronischen Steuereinrichtung 31 steuerbare Aktuatoreinrichtung 36 zur automatischen Verstellung der Einführeinrichtung 21 vorgesehen. Kamera 19, Steuereinrichtung 31 und Aktuatoreinrichtung 36 bilden vorzugsweise einen Regelkreis zum fortlaufenden Regeln der Position des Fadens 22 auf die Sollposition 26. Ein Eingreifen bzw. manuelles Nachstellen der Einführeinrichtung 21 durch einen Maschinenbediener ist in dieser Ausführungsform nicht mehr erforderlich.
Die Ausführungsform gemäß 4 verdeutlicht, dass die Kamera 19 nicht zwingend an einer Filterstäbe fördernden Trommel 16 der Maschine 10 angeordnet sein muss. In diesem Beispiel ist die Kamera 19 an der nachgeordneten Förderstrecke 18 angeordnet. Da hier keine maschinengetaktete Förderung vorliegt, wird der Auslöseimpuls 37 für die Bildaufnahme zweckmäßigerweise in geeigneter Weise beispielsweise per Selbsttaktung in der Kamerasteuerung 28 oder mittels einer an der Förderstrecke 18 angeordneten Lichtschranke erzeugt.

Claims

Maschine zum Herstellen von Filterstäben (11) für die Tabak verarbeitende Industrie aus einem strangförmigen Basismaterial (12), umfassend eine Einführeinrichtung (21) zum Einführen mindestens eines in Längsrichtung kontinuierlichen Elements (22) in das Basismaterial (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine bildgebende Messeinrichtung (19) zur stirnseitigen Inspektion der Filterstäbe (11) und eine Bildauswerteeinrichtung (30) zur Ermittlung der Position des kontinuierlichen Elements (22) in den Filterstäben (11) aus den von der Messeinrichtung (19) aufgenommenen Bildern umfasst, wobei die Einführeinrichtung (21) mittels des von der Bildauswerteeinrichtung ausgegebenen Signals automatisch lageverstellbar ist.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinrichtung (30) zur Ermittlung der Abweichung der ermittelten Position (27) von einer Sollposition (26) eingerichtet ist.
Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal zur Veranlassung geeigneter Maßnahmen ausgegeben wird, wenn der Betrag der Abweichung der ermittelten Position (27) von der Sollposition (26) eine bestimmte Schwelle überschreitet.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Bildauswerteeinrichtung (30) ermittelte Positionsinformation des kontinuierlichen Elements (22) mittels einer Anzeigeeinrichtung (32) angezeigt wird.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Messeinrichtung (19) eine Kamera umfasst.
Maschine nach Anspruch 5, wobei die Kamera eine Zeilenkamera ist.
Maschine nach Anspruch 5, wobei die Kamera eine Flächenkamera ist.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Messeinrichtung (19) an der Stirnseite einer Trommel (16) zum Fördern der Filterstäbe (11) angeordnet ist.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinrichtung (30) zum Feststellen des Fehlens des kontinuierlichen Elements (22) in den Filterstäben (11) eingerichtet ist.
Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal zur Veranlassung geeigneter Maßnahmen ausgegeben wird, wenn ein Fehlen des kontinuierlichen Elements in den Filterstäben (11) festgestellt wird.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinrichtung (30) zum Ermitteln der Winkelposition a einer Naht (34) einer Filterstabumhüllung (35) eingerichtet ist.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bildgebende Messeinrichtung (19) eine Einrichtung zur Beleuchtung der Stirnseite (20) eines zu messenden Filterstabes (11) umfasst.
Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bildgebende Messeinrichtung (19) zur Anpassung an unterschiedliche Filterstabformate verstellbar montiert ist.
Verfahren zum Herstellen von Filterstäben für die Tabak verarbeitende Industrie aus einem strangförmigen Basismaterial, umfassend das Einführen eines in Längsrichtung kontinuierlichen Elements in das Basismaterial mittels einer Einführeinrichtung, gekennzeichnet durch stirnseitige Inspektion der Filterstäbe mittels einer bildgebenden Messeinrichtung, Ermitteln der Position des kontinuierlichen Elements durch Bildauswertung der von der Messeinrichtung aufgenommenen Bilder, und automatische Lageverstellung der Einführeinrichtung mittels des von der Bildauswerteeinrichtung ausgegebenen Signals.