DE2332813C3 - Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche eines Materialstranges - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 36 26 196 bekannt. Diese Vorrichtung hat den Nachteil einer derartigen gemeinsamen Verbindung aller, reflektiertes Licht in elektrische Signale umwandelnden fotoelektrischen Wandler, daß alle von den fotoelektrischen Wandlern erzeugten elektrischen Signale einander überlagern. Das Hindergrundrauschen kann dadurch bei fehlerlosem Materialstrang eine Fehleranzeige bewirken bzw. bei fehlerhaftem Materialstrang eine Fehleranzeige verhindern. Bei dem Hintergrundrauschen handelt es sich um diejenigen elektrischen Signale, die aus den innerhalb des Toleranzbereiches liegenden Materialänderungen eines fehlerlosen Materialstranges resultieren.

Weiter ist aus der GB-PS 1135183 noch eine Vorrichtung bekannt, die aber das von dem Materialstrang reflektierte Licht vor der Umwandlung in elektrische Signale zusammenfaßt, so daß eine Überlagerung bereits vor der Umwandlung stattfindet. Auch ^Μ diese Zusammenfassung ist mit der Gefahr von Falschanzeigen verbunden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Ansprechen der Auswerteschaltung auf Rauschsignale verhindert wird. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Maßnahme/i gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer optischen Inspektionsvorrichtung und deren Verwendung an einer Maschine zum kontinuierlichen Herstellen eines Zigarettenstranges näher erläutert. I!s zeigt

Fig. 1 eine Zigarettenherstellungsmaschine in Seitenansicht,

Fig. 2 eine perspektivische und explodierte Darstellung des zur optischen Inspektionsvorrichtung gehörenden ringförmigen inspektionskopfes,

F i g. 3 ein Schaltbild der optischen Inspektionsvorrichtung,

F i g. 4 ein Signal- und Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise und Funktion der Schaltung nach Fig. 3,

F i g. 5 eine Ansprechcharakteristik, die in Beziehung zur optischen Inspektionsvorrichtung steht, und

Fig.6 einen axialen Querschnitt durch einen den kreisförmigen Inspektionskopf passierenden Strang.

F i g. 1 zeigt eine übliche Zigarettenmaschine zur Herstellung eines kontinuierlichen Zigarettenstranges. Zu dieser Zigarettenherstellungsmaschine gehört eine Umwicklungseinrichtung 7, durch die ein Garniturband 8 das Zigarettenpapier führt und um den Tabak wickelt, woraufhin dann der fertige Tabakstrang oder Zigarettenstrang eine über ihm angeordnete Heizvorrichtung 9 passiert, durch eine mit Kernstrahlung arbeitende Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwachung geführt wird und schließlich ein Trennmesser 11 passiert, das den kontinuierlichen Tabakstrang in die einzelnen Zigarettenlängen schneidet. Die Teile des Zigarettenstrangs, die den entsprechenden Zigarettenlängen entsprechen und von der mit Kernstrahlung arbeitenden Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwachung als fehlerhaft erkannt worden sind, werden zurückgewiesen und nach dem Abschneiden vom Zigirettenstrang sofort durch einen auf die fehlerhafte Zigarette gerichteten Luftstrom aus dem Fertigungsprozeß ausgeschieden. Eine zur Überwachungsanlage 10 gehörende Speicherschaltung gewährleistet, daß der zum Ausscheiden der fehlerhaften Zigarette aus dem Produktionsprozeß erforderliche Luftstrom nur dann auf die fehlerhafte Zigarette gerichtet wird, wenn diese vom Trennmesser 11 abgeschnitten worden ist

Nach Fig. 1 ist die mit der allgemeinen Bezugsziffer 13 gekennzeichnete optische Inspektionsvorrichtung unmittelbar vor der mit Kernstrahlung arbeitenden Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwachung angeordnet und montiert. Jeder von der optischen Inspektionsvorrichtung 13 in einem Teil des Stranges festgestellte Fehler wird als Fehlersignal auf die zur mit Kernstrahlung arbeitende Einrichtung 10 zur Gewichtsund Dichteüberwachung gehörende Speicherschaltung geschaltet, so daß auch in diesem Falle nach dem Abschneiden die fehlerhafte Zigarette aus dem Fertigungsprozeß entfernt wird, wobei die erforderliche Synchronisation über die hier weiter unten noch zu beschreibende Schaltung nach F i g. 3 erfolgt

Gemäß F i g. 2 gehört konstruktionsmäßig ein ringförmiger Inspektionskopf 14 zur optischen Inspektionsvorrichtung 13. Dieser Inspektionskopf 14 ist als ringförmiger Messingblock ausgeführt, der auf einer Seite mit zwanzig Stegen 15 bestückt ist, die sich radial erstrecken. In jeden Schlitz 16 zwischen einander benachbarten Stegen 15 sind jeweils die beiden Schichten der Blöcke 17 und 18 eingepaßt, wobei die Enden 19 der optischen Glasfaserlichtleitergruppen, die jeweils die Lichtleiter 20 und 21 bilden, in die Blöcke 17 und 18 eingebettet sind. In den Blöcken 17 und 18 verteilen sich die Enden 19 über den ganzen Rechteckquerschnitt. Epoxydharz umschließt die Enden 19 fest Die äußersten Spitzen der Enden 19 und damit aber auch die Stirnflächen der Blöcke 17 und 18 sind zur inneren Umfangswandung des Inspektionskopfes 14 bündig angeordnet, wobei die Blöcke 17 eine Ringgruppe bilden, die Blöcke 18 aber eine zweite und zur ersten axial versetzte Ringgruppc.

Gemäß Fig.3 wird den anderen Enden der Lichtleiter 20 von einer Lampe 22 ausgehendes Licht zugeführt Dieses Licht wird über die Lichtleiter 20 radial gegen die Oberfläche eines Zigarettenstranges geleitet, der sich in Axialrichtung durch den Inspektionskopf bewegt Die Lichtleiter 21 nehmen das von der Oberfläche des Zigarettenstranges reflektierte Licht auf und leiten es weiter.

Nach Fig.3 vereinigen sich jeweils die beiden Lichtleiter 21, die an einander diametral gegenüberliegenden Stellen aus dem Inspektionskopf herausgeführt sind, zu einem gemeinsamen Glasfaserlichtleiter. Das von diesen Lichtleitern mitgeführte Licht gelangt von dem Ende des kombinierten Lichtleiters in einen Fototransistor 23, der das einfallende Lichtsignal in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt Vom Ausgang des Fototransistors 23 aus wird nunmehr das elektrische Signal über einen Kondensator 24 auf einen separaten Verstärker 26 mit voreingestellter Verstärkung geschaltet Der Eingang des Verstärkers ist dabei die Spannung, die in dem zum Emitterkreis des Fototransistors 23 gehörenden Belastungswiderstand 25 aufgebaut wird. Durch die Wechselstromkopplung oder durch die Wechselspannungskopplung lassen sich Probleme vermeiden, die aus den Abweichungen im Dunkelstrom des Fototransistors 23 entstehen können, desgleichen aber auch durch kleinere Verschiebungen, welche verursacht werden durch Alterung der Lampe, durch unterschiedliche Qualitäten der Zigarettenpapiere und durch irgendwelche anderen für eine allen Ausgängen gemeinsame langsame Ausgangsänderung.

Die Lampe 22 liegt normalerweise über einen Kontakt 27 an einer Gleichspannung von 5 Volt Für Testvorgänge muß jedoch ein zweipoliger Schalter 28 umgeschaltet werden. Dadurch wird die Lampe 22 über einen Transformator 29 mit Wechselstrom gespeist. Dies ist notwendig, weil sonst bei einem den Inspektionskopf 14 passierenden fehlerlosen Strang der Kondensator 24 kein Signal weiterleiten würde.

In Fig.3 sind nur zwei Kanäle dargestellt. Zu erkennen ist aber, daß insgesamt zehn Kanäle vorhanden sind, denen jeweiK r '■; eigener Fototransistor 23 und ein eigener Verstärker zugeordnet sind. Ausgangsseitig sind alle Verstärker jedoch auf eine gemeinsame Komparatorschaltung 30 geführt >

F i g. 5 zeigt das Ansprechverhalten des Inspektionskopfes auf reflektiertes Licht das von den Lichtleitern 21 aufgenommen wird. Auf der Achse A ist das aufgenommene reflektierte Licht, auf der Achse B der Abstand d der Strangoberfläche zur inneren Umfangsfläche des ringförmigen Inspektionskopfes aufgetragen.

Die in diesem Diagramm markierten Teile geben die Abweichungen Ad in diesem Abstand aufgrund von Seitenabweichungen des Stranges im Hinblick auf den Inspektionskopf wieder. Diese Werte sind auch F i g. 6 zu entnehmen, die einen Zigarettenstrang 31 wiedergibt, der durch den Inspektionskopf 14 geführt wird. Auf der einen Seite ist eine Position mit dem Abstand dl zu erkennen, auf der anderen Seite eine Position mit dem Abstand dZ Liegt nun der Abstand dim wesentlichen in dem gerade nach unten geführten Steigungsteil der mit Fig.5 dargestellten Kennlinie, dann wird die Summe des von den einander diametral gegenüberliegenden Lichtleitern 21 aufgenommenen Lichts im wesentlichen gleich einem konstanten Wert sein, und dies unabhängig fa~> davon, ob der Abstand d\ und der Abstand d2 jeweils gleich sind.

Vom Fototransistor 23 wird

negatives elektrisches Signal erzeugt Diese positiven oder negativen elektrischen Signale werden nach Verstärkung auf die Komparatorschaltung 30 geschaltet, wobei die positiven Impulse in den Komparator C + gelangen, die negativen Impulse hingegen in den Komparator C-. Ist der absolute Wert des Signals (d. h. der Werte ohne Berücksichtigung der Polarität), größer als ein für die zulässige Toleranz im Reflekiionsverhalten des Stranges stehender zulässiger Vorgabewert, dann ist ein fehlerhafter Strangteil festgestellt worden, was wiederum dazu führt, daß an den Ausgangsseiten der Komparatoren positive Fehlerimpulse mit fester Amplitude erzeugt werden und anstehen, die zur Erzeugung von Fehlerimpulsen durch eise als Oder-Schaltung G arbeitende Logikschaltung zusammengefaßt werden.

Das Vorkommen eines Fehlersignals am Gatter G führt zu einem Umschalten einer ersten bistabilen Flip-Flop-Schaltung B1. Das Fehlersignal wird dann in eine zweite bistabile Flip-Flop-Schaltung B 2 übertragen, wenn dieser Schaltung über einen monostabilen Multivibrator MX ein erster Zeitimpuls aufgeschaltet worden ist Dieser Zeitimpuls PX schaltet über einen zweiten monostabilen Multivibrator M 2 die erste bistabile Flip-Flop-Schaltung BX sofort in die Ausgangslage zurück. Nach dem Aufschalten des nächsten Zeitimpulses P 2 über einen dritten monostabilen Multivibrator M3 gelangt schließlich das Fehlersignal aus der bistabilen Flip-Flop-Schaltung B 2 in die dritte bistabile Flip-Flop-Schaltung B 3.

Unmittelbar darauf wird durch den Zeitimpuls P 2 über einen vierten monostabilen Multivibrator M4 die bistabile Flip-Flop-Schaltung B 2 in die Ausgangslage zurückgeschaltet

Der durch die Zeitimpulse P1 und P 2 gesteuerte und geregelte Funktionsablauf ist in F i g. 4 dargestellt Über den mit Fig.4 wiedergegebenen Impulsfolgen ist skizzenhaft der Zigarettenstrang 31 mit seinen aufeinanderfolgenden Strangteilen, die den Zigaretten L 1, L 2, L 3 und L 4 entsprechen, dargestellt. Dieser Zigarettenstrang 31 bewegt sich von rechts nach links nacheinander durch die optische Inspektionsvorrichtung 13 und durch die mit Kernstrahlung arbeitende Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwaciiung. Der untere Teil von Fig.4 zeigt die gleichzeitig ablaufenden verschiedenen Impulsfolgen.

Der Abstand zwischen den Meßpunkten der beiden Überwachungsanlagen 13 und 10 ist mit y gekennzeichnet, während es sich bei dem Abstand χ um den Abstand handelt, um den y größer ist als eine Zigarettenlänge. Die Periode der beiden Zeitimpulse PX und P 2 entspricht der Zeit, die eine Zigarettenlänge zum Passieren eines festgelegten Punktes benötigt. Die voreilende Kante eines jeden Impulses P2 entspricht dem Zeitpunkt in dem der Schnittpunkt zwischen zwei einander benachbarten Strangteilen des kontinuierlichen Zigarettenstranges den Meßpunkt der mit Kernstrahlung arbeitenden Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwachung passiert, während die voreilende Kante eines jeden Impulses P X gegenüber dem Impuls P2 um eine der Distanz χ entsprechende Zeiteinheit versetzt ist.

F i g. 4 gilt für den Fall, daß im Hinblick auf die Länge L 1 des Zigarettenstranges von der optischen Inspektionsvorrichtung 13 ein Fehler festgestellt und ein Fehlersignal F erzeugt wird. Das Fehlersignal F veranlaßt sofort eine Umschaltung der bistabilen Füp-Flcp-Schaltung B1. Mit dem nun folgender. Impuls

Pi wird das Fehlersignal in die bistabile Flip-Flop-Schaltung B 2 übertragen, während mit dem sodann aufkommenden Impuls P 2 eine Übertragung des Fehlersignals in die bistabile Flip-Flop-Schaltung B3 erfolgt. Zu erkennen ist, daß der Auslöseimpuls, der vom monüuabilen Multivibrator M3 erzeugt wird, dem Zeiipuls P 2 entspricht. Diesem folgt sofort der von dem monostabilen Multivibrator Λ/4 erzeugte Rückstellungsimpuls. In ähnlicher Weise entspricht der vom monostabilen Multivibrator AfI erzeugte AuslöseimpulE dem Zeitimpuls Pi, dem auch unmittelbar der von dem monostatilen Multivibrator M2 erzeugte Rückstellungsimpuls folgt

Die von den mor.ostabüen Impulsgeneratoren MX, M2, Mi und MA erzeugten Impulse sind sehr kurz und liegen in der Größenordnung von 1 Mikrosekunde. während im Vergleich dazu für das Passieren einer Zigarettenlänge eine Zeit von 15 Millisekunden oder langer typisch ist.

Die Logikschaltung wirkt sich nun derart aus, daß das Fehlersignal in den Flip-Flop-Schaltungen B1 und B 2 verzögert wird, und zwar für einen Zeitraum, den die Zigarette benötigt, um in die mit Kernstrahlung arbeitende Vorrichtung zu gelangen. Dieses Fehlersignal wird sodann mit dem von der mit Kernstrahlung arbeitende Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwachung erzeugten potentiellen Fehlersignal syn-

.U chronisiert, so daß die beiden potentiellen Fehlersignale in einer zur mit Kernstrahlung arbeitende Einrichtung 10 zur Gewichts- und Dichteüberwachung gehörenden Speicherschaltung gespeichert werden können, während sich der entsprechende Strar.gtei! zum Trennmesser 11 bewegt und dann von diesem Trennmesser 11 noch vor dem per Luftstrom vorgenommenen Entfernen aus dem Fertigungsprozeß abgeschnitten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche eines Materialstranges mit einem ringförmigen Inspektionskopf durch den der Materiahtrang hindurchführbar ist, mit einem ersten Satz von radial durch den ringförmigen Inspektionskopf geführten und mit ihren einen Enden entlang des Innenumfangs des Inspektionskopfes verteilt angeordneten Lichtleitern, mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung der anderen Enden der Lichtleiter des ersten Satzes, mit einem zweiten Satz von radial durch den ringförmigen Inspektionskopf geführten und mit ihren einen Enden entlang des Innenumfangs des Inspektionskopfes zur Aufnahme von an dem Materialstrang reflektierten Licht verteilt angeordneten Lichtleitern, und mit den anderen Enden der Lichtleiter des zweiten Satzes zugeordneten photoelektrischen Wandlern sowie einer an diese angeschlossenen Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Schwellwert-Komparatorschaltung (30) enthält, die über jeweils getrennte, einen Kondensator (24) und einen Verstärker (26) enthaltende Signalkanäle mit den einzelnen photoelektrischen Wandlern (23) verbunden ist