DE3030140C2 - Einrichtung zur optischen Überprüfung der Oberfläche von stabförmigen Rauchartikeln und/oder Filterstäben für die Tabakindustrie - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die fotoelektrische Anordnung durch eine Reihe von fotoelektrischen Wandlern (2) gebildet wird, die gleichzeitig einen zellenförmigen Oberflächenbereich in Längsrichtung des Stabes (12) abtasten, daß

f) die fotoelektrischen Wandler (2) ihre, vom Reflexionsvermögen des zellenförmigen Bereiches der Oberfläche abhängenden Ausgangssignale einer Speichereinheit (21, 23, 24) für die Bildpunkte mehrerer, nebeneinander liegender Abtastzeilen zuführen, und daß

g) an die Ausgänge der Speichereinheit (21, 23,24) zweidimensionale Integratoren (25, 28, 31, 35) für die zweidimensionale Signalverarbeitung angeschlossen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandler (2) durch ladungsgekoppelte Elemente (CCD) in einer Lincscan-Kamera (1) gebildet werden.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Analog/Digital-Wandler (102) zur Bildung eines digitalen Datenwortes für die Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler (2), und durch einen Digital-Kompressor (103) zur Reduzierung der Länge dieses Datenwortes.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital-Kompressor (103) eine Schaltungsanordnung (106) zur Bildung des Logarithmus des Datenwortes, eine Schaltungsanordnung (107) zur Bildung des Mittelwertes der Logarithmen mehrerer Datenwörter und einen Substrahierer (109) aufweist, dem der Logarithmus des vorliegenden Datenwortes und der Mittelwert zugeführt werden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit einen Speicher (21) mit einem Adressrechenwerk (22), das mit jedem Bildpunkt-Takt ein neues Datenwort in den Speicher (21) einschreibt und das am längsten gespeicherte Datenwori überschreibt, weiterhin einen an den Speicher (21) angeschlossenen Parallelregistersatz (23), in dem die Datenworte für mehrere, in Transportrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte gespeichert werden, und ein an den Pa-

rallel-Registersatz (23) angeschlossenes Schieberegister (24) für mehrere Datenworte aufweist, die in Längsrichtung des Stabes (12) liegenden Bildpunkten entsprechen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Parallel-Registersatz (23) ein Integrator (25) zur Bestimmung der Abmessungen in Längsrichtung des Stabes (12) angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Parallel-Registersatz (23) ein Integrator zur Bestimmung der Abmessungen in Transportrichtung des Stabes (12) angeschlossen ist

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Parallel-Registersatz (23) Gradientenintegratoren (31,35) für die Ermittlung der Lage von Oberflächenstörungen aus Helligkeitssprüngen in den beiden Richtungen angeschlossen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Parallel-Registersatz (23) und das Schieberegister (24) ein zweidimensionaler Bandpaß (39) für die Feststellung von Dunkelstellen angeschlossen ist, die eine vorgegebene Breite und/oder Höhe überschreiten.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweidimensionale Bandpaß (39) zwei Subtrahierer (40, 41) mit Absolutwertbildung, einen Maximum-Detektor (42) mit Schwelle für die Ausgangssignale der beiden Subtrahierer (40, 41) und ein Tor (43) aufweist, dem das Ausgangssignal des Maximum-Detektors(42)undein Datenwort des Schieberegisters (24) zugeführt werden.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an das Tor (43) ein Akkumulator ■ (44, 45) für die Transportrichtung und ein Akkumulator (46, 47) für die Längsrichtung des Stabes (12) angeschlossen sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Integratoren (25, 28), der Gradientenintegratoren (31, 35) und des zweidimensionalen Bandpasses (39) über adaptive Schwellen auf Zähler gegeben werdenderen Zählerstand mit eingegebenen Normwerten verglichen wird.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen

so Überprüfung der Oberfläche von stabförmigen Rauchartikeln und/oder Filterstäben für die Tabakindustrie der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Im folgenden sollen die bei der optischen Überprüfung von stabförmigen Rauchartikeln und/oder Filterstäben auftretenden Probleme anhand der Überprüfung von Cigaretten erläutert werden. Ähnliche Probleme ergeben sich jedoch auch bei Cigarren, Cigarillos oder Filterstäben.

Bei der Herstellung von Cigaretten müssen sehr enge Toleranzen für die verschiedenen Abmessungen, insbesondere den Durchmesser und die Länge, eingehalten werden, damit die gewünschte, möglichst gleichbleibende und definierte Produktqualität sichergestellt wird.

b5 Aus der DE-OS 25 42 082 ist deshalb eine Vorrichtung zum Prüfen von Filtercigaretten bekannt, bei der die nur an ihren Enden gelagerten Cigaretten von einer Lichtquelle bestrahlt und das an, der Cigarette vorbei-

laufende Licht durch fotoelektrische Wandler erfaßt wird. Dadurch läßt sich die Kontur und damit schließlich der Durchmesser der Cigarette bestimmen. Eine Messung der Länge der Cigarette ist nicht möglich. Außerdem können mit dieser bekannten Vor richtung, mit Ausnähme der erwähnten Konturfehler, keine Oberflächenstörungen, wie beispielsweise Schattenflächen, Schattenpunkte, Streifen, Schmutzflecken usw. erfaßt werJen. Weiterhin ist aus der DE-AS 23 32 813 eine Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche eines Cigarettenstranges bekannt, bei der dieser Strang durch einen ringförmigen Inspektionskopf hindurchgeführt wird. Dabei ist naturgemäß keine Längenmessung möglich, da der Strang erst nach dem Verlassen des Inspektionskopfes in die einzelnen Cigaretten zerschnitten wird. Bei diesem Schneidvorgang auftretende Fehler und damit unterschiedliche Längen der hergestellten Cigaretten können nicht mehr erfaßt werden. Auch die Durchmesserbestimmung ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich, sondern es können offensichtlich nur relativ grobe Fehler, wie beispielsweise dunkle Flecken, festgestellt werden.

Weiterhin geht aus der DE-AS 24 51 199 eine Vorrichtung zur Feststellung von Fehlern auf der Oberfläche von Walzgut hervor, die eine Videokamera verwendet. Die von der Videokamera gelieferten, abgetasteten Daten werden zeilenweise einem Speicher zugeführt.

Weiterhin ist es aus der US-PS 40 93 866 bekannt. Detektoren mit zellenförmigen Empfängern zu verwenden.

Aus der US-PS 41 49 089 geht eine Einrichtung zur optischen Überprüfung der Oberfläche von Holz hervor, wobei das an der Holzoberfläche reflektierte Licht quantitativ erfaßt und in entsprechende Fehlersignale umgewandelt wird. Auch hierbei werden für jede Seite eines Holzblocks nur zwei fotoelektrische Wandler verwendet, so daß kein zellenförmiger Bereich der Oberfläche abgebildet wird.

Eine Einrichtung zur optischen Überprüfung der Oberfläche von Tabak- und/oder Filterstäben für die Tabakindustrie geht schließlich aus der US-PS 38 12 349 hervor und weist eine die Stäbe senkrecht zu ihrer Längsrichtung transportierende Fördereinrichtung, eine Lichtquelle für die Bestrahlung der Oberfläche eines in der Prüflage befindlichen Stabes, eine fotoelektrische Anordnung für die Erfassung des an der Oberfläche des Stabes reflektierten Lichtes sowie eine durch den Produktionstakt gesteuerte Anordnung für die durch Vergleichsbildung erfolgende Feststellung von Oberflächen-Fehlern aufgrund von Änderungen des Reflexionsvermögens der abgetasteten Oberfläche auf.

Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß das Reflexionsvermögen des normalen Cigarettenpapiers relativ groß ist, während die Reflexion von einem Loch in dem Cigareitenpapier oder von einem Schmutzfleck auf der Oberfläche der Cigarette gering ist. Diese Unterschiede im Reflexionsvermögen können festgestellt and zur Erzeugung eines entsprechenden Signals verarbeitet werden.

Nachteilig ist bei der bekannten Einrichtung die Ver- eo wendung einer beweglichen fotoelektrischen Anordnung für die Abtastung eines zellenförmigen Bereiches der Oberfläche, da eine solche bewegliche fotoelektrische Anordnung nur relativ geringe Überprüfungsgeschwindigkeiten zuläßi. Mit dieser bekannten Einrichtung können nur etwa 1000 Cigaretten pro Minute überprüft werden, was etwa Ende der öOiger Jahre der üblichen Produktionsgeschwindigkeit einer Cigarettenherstellungsmaschine entsprach. In der Zwischenzeit ist jedoch diese Produktionsgeschwindigkeit auf durchschnittlich 4000 Cigaretten pro Minute und in der Spitze soga^r 6G00 Cigaretten pro Minute erhöht worden, so daß mit der bekannten Einrichtung nicht alle Cigaretten überprüft werden können, sondern nur eine stichprobenartige Überprüfung möglich ist.

Weiterhin können mit der bekannten einrichtung nur Löcher oder Schmutzflecken auf der Oberfläche des Cigarettenpapiers erfaßt werden. Für die Praxis ist jedoch auch die Überprüfung anderer Eigenschaften der Oberfläche von Cigaretten oder Filterstäben wesentlich, beispielsweise ihre Abmessungen, Änderungen in der Kontur, Knicke und die Lage sowie die exakte Ausbildung eines etwaigen Stempels. Abweichungen von den Sollwerten dieser Eigenschaften, also beispielsweise Verschiebungen des Stempelaufdrucks, sollen im folgenden als »Oberflächen-Fehler« bezeichnet werden. Diese Oberflächenfehler können mit der bekannten Einrichtung nicht erfaßt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur optischen Überprüfung der Oberfläche von Tabak- und/oder Filterstäben für die Tabakindustrie der angegebenen Gattung zu schaffen, die auch bei wesentlich höheren Produktionsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 6000 Stäben pro Minute die Erfassung aller Oberflächenfehler ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen zunächst auf der Verwendung von mehreren, in einer Reihe angeordneten fotoelektrischen Wandlern, die gleichzeitig durch eine Abbildung eines zellenförmigen Oberflächenbereiches in Längsrichtung des Stabes beaufschlagt werden. Die dieser Abbildung entsprechenden Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler können mit der für die oben erläuterten, hohen Produktionsgeschwindigkeiien erforderlichen, hohen Taktrate abgerufen werden, so daß die gesamte, freiliegende Oberfläche des Stabes mit ausreichender Genauigkeit erfaßt werden kann.

Die Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler, die vom Reflexionsvermögen der zugehörigen, abgetasteten Stellen des zellenförmigen Bereiches der Oberfläche abhängen, werden einer Speichereinheit zugeführt, die durch ein Speichernetzwerk, einen Parallelregistersatz und ein Schieberegister gebildet wird. Diese Speichereinheit nimmt also die Bildpunkte mehrerer, nebeneinanderliegender Abtastzeilen auf, so daß der gleichzeitige Zugriff auf mehrere, in Längsrichtung und in Transportrichtung des Stapels nebeneinanderliegende Bildpunkte möglich ist. Durch die Umwandlung der analogen Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler in digitale Datenworte können sowohl die Speicherung als auch die weitere, noch zu erläuternde, zweidimensionale Verarbeitung mit der angestrebten, hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden.

Ai: die Ausgänge der Speichereinheit sind zweidimensionale Integratoren sowie ein zweidimensionaler Bandpaß angeschlossen, die die Ausgangssignale der Speichereinheit, die jeweils Bildpunkten verschiedener Abtastzeilen zugeordnet sind, verarbeiten und Ausgangssignale erzeugen, die ein Maß für die Gesamteigenschaften der Oberfläche darstellen, nämlich die Ab-

messungen des Stabes, typische Oberflächen-Fehler, beispielsweise Schattenflächen, Schattenpunkte, Streifen und Schmutzflecken, sowie die Lage und die Druckqualität von Stempeln und anderen Zeichen.

Diese Ausgangssignale werden in der üblichen Weise mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen, so daß bei Abweichungen zwischen Ist-Werten und Soll-Werten ein Fehlersignal erzeugt wird, wie es auch aus der US-PS 38 12 349 bekannt ist.

Der zweidimensional Bandpaß dient für die Überprüfung der Druckqualität von Stempeln und Zeichen und gibt nur dann ein Signal ab, wenn ein festgestellter, dunkler Bereich der Oberfläche eine vorgegebene Breite und/oder Höhe überschreitet und dadurch angezeigt wird, daß es sich nicht um die übliche Form des Stempels handelt, sondern daß dieser Stempel verwischt ist und deshalb eine geringere Druckqualität hat. Auch das Ausmaß der Stempelverwischung kann mittels des zweidimensionalen Bandpasses ermittelt werden.

Durch statistische Betrachtungen ist festgestellt worden, daß es für die Belange der Praxis ausreicht, wenn etwa 50% der Oberfläche des Stabes abgetastet werden. Bei der Überprüfung von Cigaretten bedeutet dies, daß die freiliegende Oberfläche der auf einer Transporttrommel gehaltenen Cigaretten abgetastet werden kann. Eine solche Transporttrommel ist üblicherweise in jeder Cigarettenherstellungsmaschine vorgesehen, so daß nur noch die Linescan-Camera und die Lichtquelle in der Nähe dieser Transporttrommel angebracht werden müssen, während die Auswertung der gelieferten Signale im Abstand vom eigentlichen Produktionsbereich erfolgen kann.

Da die zur Verfügung stehenden Analog-Speicher nicht schnell genug für die Verarbeitung der bei der hohen Fertigungsgeschwindigkeit von Cigaretten auftretenden Signale sind, sollten die bei der Abtastung entstehenden, analogen Signale durch einen Analog/Digital-Wandler in digitale Datenworte umgesetzt werden. Die zur Zeit erhältlichen digitalen Speicher haben die geforderte, hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und zeigen auch nicht die ungewollte Veränderung des Speicherinhaltes, wie es bei Analogspeichern oft der Fall ist.

Bei der Umsetzung der analogen Signale in digitale Datenworte werden üblicherweise 8 Bit-Datenworte gebildet, die jedoch relativ lange Verarbeitungszeiten benötigen. Um diese Verarbeitungszeiten zu verringern, kann eine Digital-Kompression auf vier Bit-Datenworte durchgeführt werden. Diese Digital-Kompression wird nach einer bevorzugten Ausführungsform mit einer »Nullpunkts-Kompensation« kombiniert, indem bei der Kompression der Mittelwert der Helligkeit mehrerer Bildpunkte gebildet und bei der Verarbeitung der jeweiligen Datenworte berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck werden der Logarithmus des Datenwortes des aktuellen Bildpunktes und der Mittelwert der Logarithmen der Datenworte mehrerer Bildpunkte voneinander abgezogen, wodurch ein komprimiertes 4-Bit-Daten wort entsteht das auf den gleichen Helligkeits-Nullpunkt nämlich auf den Mittelwert der Helligkeit bezogen ist

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des mechanischen und optischen Teils einer Einrichtung zur optischen Prüfung von Cigaretten,

F i g. 2 in Form eines Blockschaltbildes eine Gesamtansicht des elektronischen Teils der Einrichtung,

Fig.3 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten des Bildwandlers und seiner Anschlüsse,

Fig.4 in Form eines Blockschaltbildes den Digitalkompressor des Bildwandlers,

Fig. 5 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten der Bildverarbeitungseinheit, und

Fig 6 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten der Auswerteinheit und der Verarbeitungseinheit.

Wie man in F i g. 1 erkennt, weist die Einrichtung zur optischen Prüfung von Cigaretten eine allgemein mit ίο dem Bezugszeichen 1 versehene, sogenannte »Linescan-Camera« auf, die eine zellenförmig angeordnete Reihe von lichtempfindlichen Elementen 2 enthält. Als lichtempfindliche Elemente werden zweckmäßigerweise »ladungsgekoppelte Elemente« (CCD) verwendet, wo-

!5 bei insgesamt 256 lichtempfindliche Elemente eine für die weitere Verarbeitung ausreichende Auflösung liefern.

Vor der Reihe von lichtempfindlichen Elementen 2 befindet sich ein schematisch angedeutetes Objektiv 3, das die Scharfeinstellung der Abbildung auf die lichtempfindlichen Elemente 2 ermöglicht.

Die zu überprüfenden Cigaretten werden mittels einer Zuführtrommel 9 auf eine Transporttrommel 8 aufgebracht die sich an einer geeigneten Stelle in der Cigaretten-Herstellungsanlage befindet. Als Transporttrommel 8 kann beispielsweise eine Prüftrommel für die Untersuchung der Luftdurchlässigkeit von Cigaretten verwendet werden, wie sie bei einigen Cigaretten-Herstellungsmaschinen bereits vorgesehen ist.

Die Transporttrommel 8 muß nur die Bedingung erfüllen, daß die Oberflächen der von ihr erfaßten Cigaretten 12 zumindest teilweise freiliegen und dadurch von einer noch zu erläuternden Lichtquelle beaufschlagt werden können. Bei der obenerwähnten Prüftrommel liegen etwa 50% der Oberfläche jeder Cigarette frei, so daß ein für die statistische Auswertung ausreichender Teil der Cigarettenoberfläche abgetastet werden kann.

Die Cigaretten 12 werden von der sich in Richtung des Pfeiles drehenden Zuführtrommel 9 auf die Transporttrommel 8 aufgelegt und von dieser in Richtung ihres Pfeils mitgenommen, bis sie zu einer Stelle gelangen, an der die Oberfläche der Transporttrommel 8 direkt dem Objektiv 3 der Linescan-Camera 1 zugewandt ist. An dieser Stelle wird die Trommeloberfläche von zwei Lampen 4 und 5 bestrahlt, deren Licht durch zwei Hohlspiegel 6 und 7 auf die Oberfläche der Cigarette gerichtet wird.

Als Alternative zu den dargestellten Lichtquellen können auch Kaltlichtquellen verwendet werden, deren Licht durch zwei Glasfaserbündel auf die entsprechende Stelle der Transporttrommel 8 gerichtet wird.

Nach dem Durchlaufen der in Fig. 1 zu erkennenden Prüflage werden die Cigaretten 12 von der Transporttrommel 8 zu einer Auswurf trommel 10 gebracht die sie in Richtung ihres Pfeils bis zu einer Auswurfstelle limitnimmt Anschließend werden die Cigaretten 12 der weiteren Verarbeitung zugeführt

Das an den Cigaretten 12 reflektierte Licht der beiden Lampen 4 und 5 fällt durch das Objektiv 3 der Linescan-Camera 1 auf die lichtempfindlichen Elemente 2, wo es in entsprechende elektrische Signale umgewandelt wird, deren Amplitude von der Intensität des reflektierten _ί Lichtes abhängt
Eine schematische Ansicht des optoelektronischen _f.

Teils der Einrichtung ist in F i g. 2 dargestellt Dort ist ein Bildwandler 13 zu erkennen, der neben der Linescan-Camera 2 noch elektronische Schaltungen enthält um die als analoge Spannungen an den lichtempfmdli-

chen Elementen vorliegenden Werte für die Intensitäten des auftreffenden, reflektierten Lichtes in digitale Werte umzuwandeln.

Ein Taktgenerator 14 erzeugt die Taktphasen für den Bildwandler 13, um die zeilenweise Abtastung der zeilenweise gespeicherten digitalen Werte mit den Funktionsabläufen der anderen Schaltungsteile zu synchronisieren.

Weiterhin ist ein Produktionstaktgeber 15 vorgesehen, der mechanisch oder optoelektronisch an einer geeigneten Stelle der Cigarettenherstellungsmaschine, beispielsweise der Transporttrommel 8, den Produktionstakt ableitet und die einzelnen elektronischen Schaltungen mit dem Produktionstakt der Maschine synchronisiert.

Die in digitaler Form vorliegenden, von dem Bildwandler 13 erzeugten Werte für die Intensitäten des auf die einzelnen lichtempfindlichen Elemente 2 fallenden Lichtes werden einer Bildverarbeitungseinheit 16 zugeführt, die außerdem noch Taktimpulse von dem Taktgenerator 14 und dem Produktionstaktgeber 15 empfängt.

Die Ausgangssignale der Bildverarbeitungseinheit 16 werden auf eine Auswerteeinheit 17 gegeben, die anhand der gewonnenen Signale eine Fehlerunterscheidung und eine Klassifikation nach verschiedenen Fehlergruppen durchführt. Auch diese Auswerteeinheit 17 empfängt Taktimpulse von dem Taktgenerator 14 bzw. dem Produktionstaktgeber 15.

An den Ausgang der Auswerteeinheit 17 ist eine digitale, mikroprogrammierbare Verarbeitungseinheit 18 angeschlossen, die anhand der erhaltenen, möglicherweise Fehler anzeigenden Signale und aufgrund von statistischen Erhebungen die Entscheidung fällt, ob die gerade überprüfte Cigarette einwandfrei oder fehlerhaft ist und deshalb ausgestoßen werden soll. Auch diese Verarbeitungseinheit 18 empfängt Taktimpulse von dem Taktgenerator 14 und dem Produktionstaktgeber 15.

Die mikroprogrammierbare Verarbeitungseinheit 18 empfängt von einem schematisch angedeuteten Bedienungsfeld 19 Einzelinformationen über die verschiedenen Fehlergruppen sowie Instruktionen für den Fehlersummenzähler. Die jeweiligen Befehle können entweder digital oder analog eingestellt werden; außerdem kann an dem Bedienungsfeld der Fehlersummenzähler zurückgesetzt werden.

Der Ausgang der mikroprogrammierbaren Verarbeitungseinheit 18 ist an ein Anzeigefeld 20 angeschlossen, auf dem Anzeigen für den einwandfreien Betrieb, d. h., es werden keine Fehler festgestellt, aber auch Anzeigen für etwaige Fehler dargestellt werden können.

Wenn bei den von der Transporttrommel 8 in die Abtastlage gebrachten Cigaretten 12 die Prüfung durchgeführt worden ist, werden diese Cigaretten von der Transporttrommel 8 weiter mitgenommen und der Auswurftrommel 10 übergeben, die sie an einer Auswurfstelle 11 für fehlerhafte Cigaretten vorbeiführt

Wird bei einer Cigarette 12 ein Fehler festgestellt, so wird dieser Fehler einerseits auf dem Anzeigefeld 20 dargestellt und andererseits die Ausstoßeinheit 20a betätigt, die sich an der Auswurfstelle 11 befindet und die fehlerhafte Cigarette 12 dem Produktionsgang entnimmt

Da die Cigarette 12 eine gewisse Zeit benötigt um von der Abtaststelle zu der Ausstoßstelle zu gelangen, erfolgt die Betätigung nicht gleichzeitig mit der Feststellung des Fehlers, sondern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, die so auf die Transportgeschwindigkeit der Cigarette 12 abgestellt ist, daß die Cigarette während dieser zeitlichen Verzögerung von der Abtaststelle zur Auswurfstelle gelangen kann.

Fehlerfreie Cigaretten 12 werden an der Auswurfstel-Ie 11 vorbei der weiteren Verarbeitung zugeführt.

Einzelheiten des Bildwandlers und seiner wesentlichen Anschlüsse sind in F i g. 3 dargestellt. Dieser Bildwandler 13 enthält 256 Fotodioden 2, die so auf einer Linie angeordnet sind, daß sie die Abbildung eines zeilenförmigen, in Längsrichtung der Cigarette verlaufenden Bereiches der Oberfläche einer Cigarette 12 empfangen, die durch die aus F i g. 1 zu erkennende Abtastlage transportiert wird. Die Längsrichtung der Reihe von Fotodioden 2 entspricht also der Längsrichtung der abgebildeten Cigarette 12, die im folgenden als »X-Dimension« bezeichnet werden soll. Da die Cigarette 12 von der Trommel 8 senkrecht zu ihrer Längsrichtung und damit zur Richtung der Zeile von Fotodioden 2 transportiert wird, werden aufeinanderfolgende, zeilenförmige Bereiche der Oberfläche der Cigarette 12 abgetastet. Die Transportbewegung der Cigarette 12 liefert also die » K-Dimension« des auf diese Weise hergestellten Flächenbildes.

Die Zeile von Fotodioden 2 ist etwas länger als die Gesamtlänge des abgebildeten Bereiches der Oberfläche der Cigarette 12, d. h., bei der zellenförmigen Abbildung wird immer die gesamte Länge der Cigarette erfaßt. Da die Cigarette 12 mit ihrer Unterseite auf der Transporttrommel 8 liegt, ist nur etwa die Hälfte der Oberfläche der Cigarette 12 in der Abtastlage »sichtbar«, d. h., es werden nur etwa 50% der Cigarettenoberfläche abgetastet. Dies reicht jedoch für die Belange der Praxis für die zuverlässige Erfassung der häufigsten, hier interessierenden Fehler und für die statistische Auswertung aus.

Die Fotodioden 2 werden von einem Pegelwandler 2a angesteuert, der die von dem Taktgenerator 14 gelieferten Taktphasen mit geeignetem Spannungspegel an die Fotodioden 2 anlegt, die den in der Abtastlage befindlichen, zellenförmigen Bereich der Oberfläche der Cigarette !2 abtasten.

Bei dieser Abtastung in den einzelnen der 256 Fotodioden 2 entstehende, analoge Spannungen werden durch einen Videosignal-Verstärker 2b verstärkt, so daß sie über ein Kabel 100 der weiteren Elektronik zugeführt werden können.

Der Pegelwandler 2a, die Fotodioden 2 und der Videosignalverstärker 2b befinden sich also in der aus Fig. 1 ersichtlichen Linescan-Camera, die über das Kabei 100 mit der weiteren Elektronik verbunden ist; diese Elektronik kann also auch im Abstand von der Linescan-Camera 1 aufgestellt werden.

Die Ausgangssignale des Videosignal-Verstärkers 2b werden über das Kabel 100 einer Signalaufbereitungsschaltung 101 zugeführt die über eine Klemmschaltung einen Bezugspegel für das Videosignal liefert; dadurch kann ein Spannungsoffset zu dem Videosignal addiert oder von ihm subtrahiert werden, um bei allen in der Praxis auftretenden Videosignalen einen Spannungspegel zu erhalten, der den Spannungshub des angeschlossenen Analog/Digital-Wandlers 102 optimal ausnutzt

Der Analog/Digital-Wandler 102 setzt die analogen, der Intensität des Lichtpegels auf den einzelnen Fotodioden 2 entsprechenden Signale in ein 8-Bit-Digitalwort um. Die verschiedenen, den einzelnen Bildpunkten entsprechenden 8-Bit-Digitalworte werden anschließend einer Datenreduktion in einem Digital-Kompressor 103 unterworfen, der die Wortbreite von 8 Bit auf

4 Bit verringert.

Eine Ausführungsform des Digital-Kompressors 103 ist in Fig. 4 dargestellt. Wie man in Fig. 4 erkennen kann, wird das Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers 102 einer Schaltung 106 zugeführt, die den Logarithmus jedes 8-Bit-Digitalworts bildet: eine mit der Schaltung 106 verbundene Schaltungsanordnung 107 bildet den Mittelwert der Logarithmen mehrerer 8-Bit-Digitalworte. Die Zahl der für die Mittelwertbildung herangezogenen 8-Bit-Digitalworte sollte so groß sein, daß sich ein repräsentatives Maß für die normale Grundhelligkeit der Oberfläche der Cigarette ergibt.

Anschließend wird dann in einem Subtrahierer 109 der Mittelwert von dem Logarithmus des gerade aktuellen Digitalwortes abgezogen.

Auf diese Weise wird das ursprünglich vorhandene 8-Bit-Digitalwort in ein »Nullpunkt-kompensiertes« 4-Bit-Digitalwort umgewandelt, das mit für die weitere Verarbeitung ausreichender Genauigkeit die verschiedenen auftretenden Helligkeitspegel der Cigarettenoberfläche darstellt.

Der in F i g. 3 zu erkennende Taktgenerator 14 (siehe auch F i g. 2) liefert die für den Betrieb der Fotodioden 2 und der Signalaufbereitungsschaltung 101 nötigen Taktphasensignale für jeden Bildpunkt, d. h., die Ausgangssignale des Taktgenerators 14 werden dem Pegelwandler 2a zugeführt, der wiederum die Zeile von Fotodioden 2 ansteuert.

Außerdem ist ein Bildpunktzähler 104 vorgesehen, der durch die Taktphasensignale von dem Taktgenerator 14 angesteuert und weitergezählt wird. Wenn eine der Zahl der Fotodioden 2 und damit der Zahl der ausgelesenen Bildpunkte entsprechende Zahl, im angegebenen Beispiel also 256, erreicht ist, erzeugt der Bildpunktzähler 104 ein Rücksetzsignal für die Fotodioden 2 und die Signalaufbereitungsschaltung 101, wodurch diese beiden Einheiten wieder auf den Anfangszustand zurückgestellt werden und die Abtastung de·· nächsten Zeile beginnen kann.

Das von dem Bildpunktzähler 104 erzeugte Rücksetzsignal wird auch auf einen Zeilenzähler 105 gegeben, der die Rücksetzsignale und damit die abgetasteten Bildpunktzeilen zählt. Durch sein dieser Zahl entsprechendes Ausgangssignal steuert der Zeilenzähler 105 die Bildverarbeitungseinheit 16, um auf noch zu erläuternde Weise die V-Dimension festzustellen.

Die Ausgangssignale des Bildwandlers 13, d. h- des Digitalkompressors 103, einerseits und des Zeilenzählers 105 andererseits werden der Bildverarbeitungseinheit 16 zugeführt, die in F i g. 5 im einzelnen dargestellt ist.

Dabei wird das ÄüSgäfigSSigfiäi dcS Digiiäikuiiipressors 103 auf ein Speichernetzwerk 21 gegeben, das zur vorübergehenden Abspeicherung der digitalisierten und komprimierten Videosignale mehrerer Abtastzeilen dient Dieses Speichernetzwerk 21 kann bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise fünf Abtastzeilen speichern, d. h, 5 · 256 = 1280 digitale 4-Bit-Worte, die 1280 Bildpunkten entsprechen.

Das Speienernetzwerk 21 wird von einem Adressenrechenwerk 22 gesteuert, dem das Ausgangssignal des Zeilenzählers 105, des Taktgenerators 14 und des Produktionstaktgenerators 15 zugeführt werden. Das Adressenrechenwerk 22 schreibt in Abhängigkeit vom Stand des Zeilenzählers 105 mit jedem Bildpunkt-Takt ein neues 4-Bit-Wort in das Speichernetzwerk 21 ein und überschreibt dabei das 4-Bit-Wort, das am längsten gespeichert war. Das Speichernetzwerk 21 arbeitet also nach dem Schieberegister-Prinzip.

Die in dem Speichernetzwerk 21 befindlichen, fünf Abtastzeilen entsprechenden 4-Bit-Worte werden auf einen Parallelregistersatz 23 geführt, in dem die 4-Bit-Worte für fünf in V-Richtung, also in Transportrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte gespeichert werden. Aus diesem Parallelregistersatz 23 ist also der gleichzeitige Zugriff auf mehrere, in der Transportrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte bzw. ihre entsprechenden digitalen Signale möglich.

An den Parallelregistersatz 23 ist ein Schieberegister 24 angeschlossen, in dem vier in Längsrichtung einer Abtastzeile, also in der X-Dimension, nebeneinander liegende 4-Bit-Worte, also die digitalen Daten für vier in Zeilenrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte, gespeichert sind. Dadurch wird der gleichzeitige Zugriff auf mehrere, in der X-Dimension nebeneinander liegende Bildpunkte möglich.
Durch die in dem Parallelregistersatz 23 bzw. in dem Schieberegister 24 gespeicherten, jeweils bestimmten Bildpunkten einer Abtastzeile oder mehrerer nebeneinander liegender Abtastzeilen entsprechenden 4-Bit-Worte können die wesentlichen Fehler einer Cigarette, nämlich Abweichungen von vorgegebenen geometrisehen Größen, wie beispielsweise Gesamtlänge, Teillänge, Durchmesser der Cigarette. Durchmesser eines Teils der Cigarette, Durchmesserdifferenzvergleich von TeM-abständen einer Cigarette und Konturrichtigkeit, außerdem Oberflächenfehler, wie beispielsweise Schattenflächen, Schattenpunkte. Streifen und Schmutzflecken, die Lage von Stempel und Zeichen sowie die Druckqualität von Stempel und Zeichen ermittelt werden, wie im folgenden erläutert werden soll.

Die für die verschiedenen Größen ermittelten Werte werden in einem zugehörigen Vergleicher mit Standardwerten verglichen, die über das Bedienungsfeld 19 mit Toleranzgrenzen-Eingabe zugeführt worden sind. Im einzelnen handelt es sich dabei um die in Fig.6 zu erkennenden Vergleicher 50.54,58,62,66,69,73,77,80, 84 und 88. deren Funktion später noch erläutert werden soll. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des jeweiligen Vergleiches wird das Anzeigefeld 20 und/oder de Ausstoßeinheit 20a erregt. Außerdem werden die verschiedenen auftretenden Fehler in einem Fehlersummenzähler addiert, der mit dem zugehörigen Vergleicher verbunden ist. Im einzelnen handelt es sich um die Fehlersummenzähler 51, 55, 59, 63, 67, 70, 74, 78, 8t, 85, 89 (siehe F i g. 6). Die in den Fehlersummenzählern vorhandenen Zählwerte werden einem Statistikrechner 90 zugeführt, der, ebenfalls vom Produktionstakt gesteuert, eine statistische Auswertung der auftretenden Fehler durchführi.

Zunächst soll die Längenmessung erläutert werden. Dabei kann es sich, je nach Einstellung, entweder um die Messung der Gesamtlänge der Cigarette oder um die Messung einer Teillänge, beispielsweise der Länge des Filterstrangs oder des Tabakstrangs, handeln.

Zur Längenmessung werden die 4-Bit-Datenworte für die in der V-Dimension nebeneinander liegenden Bildpunkte aus dem Parallelregistersatz 23 einem V-In- tegrator 25 zugeführt, der einen Addierer 26 und einen Zeilenspeicher 27 aufweist Das Ausgangssignal des Zeilenspeichers 27 wird auf den Eingang des Addierers 26 zurückgekoppelt, der an seinem weiteren Eingang mit dem Ausgang des Parallelregistersatzes 23 verbunden ist

Dieser V-Integrator bildet also einen Akkumulator, der für jeden einzelnen Bildpunkt eine Integration in der

Transportrichtung der Cigarette durchführt. Am Übergang vom dunklen Untergrund der Transporttrommel 8 zum Beginn des Filters der Cigarette 12, am Übergang vom Ende des Filters zum Beginn des Tabakstrangs und am Übergang vom Ende des Tabakstrangs der Cigarette 12 zum dunklen Untergrund der Transporttrommel 8 tritt jeweils ein Sprung in der integrierten Helligkeitskurve auf, der zur Bestimmung der Gesamtlänge der Cigarette 12 und/oder der beiden hier interessierenden Teillängen, nämlich der Länge des Filters und der Länge Qes Tabakstrangs, verwendet werden kann.

Das Ausgangssignal des V-lntegrators 25 wird einer adaptiven Schwelle 48 zugeführt, deren Schwellwert von der Größe verschiedener vorheriger Signalwerte abhängt und die die Steilheit der auftretenden Sprünge überprüft, wodurch auf die oben erwähnten Übergänge zurückzuführende Sprünge der integrierten Helligkeitskurve beispielsweise von Helligkeitssprüngen unterschieden werden können, die auf Schmutzflecken oder Risse im Cigarettenpapier zurückzuführen sind.

Wenn die adaptive Schwelle 48 einen der oben erwähnten Übergänge feststellt, wird das vorliegende Ergebnis auf einen Längenzähler 49 gegeben, der, gesteuert von dem Bildpunkttakt, aus den Abständen zwischen den auftretenden Sprüngen die interessierende Länge ermittelt.

, Zur Fehlerfeststellung wird die gemessene Länge

dann in dem Vergleicher 50 mit einem Standardwert verglichen, so daß in Abhängigkeit von dem Ergebnis

: des Vergleichers die weitere Auswertung durchgeführt

werden kann, wie oben erläutert wurde.

Zur Bestimmung von Abmessungen in Transportrich- :- tung, beispielsweise des Durchmessers einer Cigarette, wird das Ausgangssignal des Parallelregistersatzes 23 einem X-lntegrator 28 zugeführt, der einen Addierer 29 und ein Register 30 aufweist, also ebenfalls durch einen Akkumulator gebildet wird. Das Ausgangssignal des Registers 30 wird auf einen Eingang des Addierers 29 zugeführt, der an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Parallelregistersatzes 23 empfängt.

Durch den X-Integrator 28 kann aus den Helligkeitssprüngen beim Übergang dunkler Untergrund/Cigarette der Anfang und das Ende der Cigarettenkontur sowie aus dem Abstand dieser Übergänge auch der Durchmesser ermittelt werden. Wird diese Durchmesserbestimmung an mehreren Stellen durchgeführt, so können Änderungen des Durchmesser über die Länge der Cigarette, aber auch das Verhältnis Filterdurchmesser/Cigarettendurchmesser erfaßt werden.

Das Ausgangssignal des X-Integrators 28 wird ebenfalls über eine adaptive Schwelle 52 einem Durchmesserzähler 53 zugeführt, der mittels eines Signals für das Zeilenende den aktuellen Durchmesserwert ermittelt, der wiederum in einem Vergleicher 54 mit dem Normwert verglichen wird.

Ein weiterer Helligkeitssprung tritt am Beginn und Ende der Naht des Cigarettenpapiers auf, da an der Naht das Cigarettenpapier eine doppelte Lage bildet und deshalb das Cigarettenpapier in diesem Bereich weißer erscheint als in anderen Oberflächenbereichen. ■ Da das Ausgangssignal des Λ-Integrators 28 also auch j Informationen über die Nahtbreite enthält, wird es über eine weitere adaptive Schwelle 56 einem Nahtbreitenzähler 57 zugeführt, der mittels eines Signals für das Zeilenende die Nahtbreite ermittelt. Der gemessene Wert wird in einem weiteren Vergleicher 58 mit einem Normwert verglichen und dann der weiteren Auswertung zugeführt, wie oben erläutert wurde.

Weitere Helligkeitsunterschiede zwischen nebeneinander liegenden Bildpunkten treten dann auf, wenn sich auf der Oberfläche der Cigarette Störungen in Form von Schatienflächen, Schattenpunkten, Streifen und Schmutzflecken befinden und/oder die Kontur der Cigarette nicht korrekt ist. Außerdem kann aus solchen Helligkeitsunterschieden die Lage von Stempel und anderen Zeichen auf der Cigarettenoberfläche ermittelt werden.

Zur Erfassung der Helligkeitsunterschiede in X-Richtung ist ein A"-Gradienten-Integrator 35 und zur Erfassung der Helligkeitsunterschiede in K-Richtung ein V-Gradienten-Integrator 31 vorgesehen.

Der V'-Gradienten-Integrator31 weist einen Substrats hierer 32 mit Absolutwertbildung auf, dem zwei 4-Bit-Datenworte für nebeneinander liegende Bildpunkte von dem Parallelregistersatz 23 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Substrahierers 32 wird auf einen weiteren Akkumulator gegeben, der durch einen Addierer 33 und einen Zeilenspeicher 34 gebildet wird. Das Ausgangssignal des Zeilenspeichers 34 wird auf einen Eingang des Addierers 33 zurückgeführt, der an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Subtrahierers 32 empfängt.

Der -V-Gradienten-Integrator 35 enthält ebenfalls einen Substrahierer 36 mit Absolutwertbildung, dessen Ausgangssignal auf einen Akkumulator aus einem Addierer 37 und einem Register 38 gegeben wird. Das Ausgangssignal des Registers 38 wird auf einen Eingang

jo des Addierers 37 zurückgekoppelt, der an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Substrahierers 36 empfängt.

Die Gradienten-Integratoren 31 und 35 erzeugen Signale für alle Gradienten, die bei Helligkeitssprüngen auftreten; aus diesen Signalen können dann die obenerwähnten Störungen erfaßt werden.

Die Ausgangssignale der beiden Gradienten-Integratoren 31 und 35 werden auf verschiedene adaptive Schwellen geführt, von denen in Fig. 6 die Schwellen 60,64, 71 und 75 dargestellt sind. Mittels dieser Schwellen können die angeschlossenen Zähler 61,65, 72 und 76 zwischen den verschiedenen Oberflächenstörungen, nämlich schwarzen Schatten, Rissen, Löchern und grauen Schmutzflecken unterscheiden, wobei diese Zähler die jeweilige Länge der Oberflächenstörung in X- und V-Richtung angeben.

Da sich auch Stempel und Zeichen, also »gewünschte dunkle Stellen« auf der Cigarettenoberfläche durch Helligkeitssprünge bemerkbar machen, kann aus den Ausgangssignalen der Gradienten-Integratoren 31 und 35 auch die Lage von Stempeln und Zeichen in Y- bzw. X- Richtung ermittelt werden. Zu diesem Zweck sind an die adaptiven Schwellen 64 und 75 Positionszähler 68 und 79 für die jeweilige Richtung angeschlossen.

Die Zähler 61 und 65 für die Messung der Länge von Oberflächenstörungen in ,^-Richtung sowie der zugehörigen Positionszähler 68 werden durch den Bildpunkttakt gesteuert, während die Zähler 72 und 76 für die Länge der Oberflächenstörungen in V-Richtung und der

ω Positionszähler 79 über ein Signal für das Zeilenende gesteuert werden.

Die Ausgangssignale der verschiedenen Zähler 61,65, 68, 72, 76 und 79 für die verschiedenen Abmessungen werden einem zugehörigen Vergleicher 62, 66, 69, 73, 77, 80 zugeführt, der den ermittelten Wert mit einem eingegebenen Normwert vergleicht

Zur Überprüfung der Druckqualität von Stempel und Zeichen einer Ciearette ist ein zweiriimpncinnaW RanH-

paß 39 vorgesehen, der Dunkelscellen, die eine vorgebbare Breite oder Höhe überschreiten, maskiert Dieser zweidimensionale Banupaß 39 bildet aus den Helligkeitswerten, die in dem Schieberegister 24 und dem Parallelregistersatz 23 gespeichert sind, ein T-förmiges »Fenster«. Wenn diese T-förmige Stelle der Cigarettenoberfläche einer zulässigen Form des Bereiches des Stempels entspricht dann erzeugt der zweidimensionale Bandpaß 39 kein Ausgangssignal; wenn jedoch die Abbildung in dem T-förmigen Fenster die zulässige Form des Bereiches eines Stempels in Breite oder Höhe überschreitet dann wird ein Signal abgegeben.

Der zweidimensionale Bandpaß 39 weist einen Substrahierer 40 mit Absolutwertbildung, dem die 4-Bit-Dater.worte für die am weitesten voneinander entfernten Bildpunkte des Schieberegisters 24 zugeführt werden, sowie einen weiteren Substrahierer 41 mit Absolutwertbildung auf, dem die 4-Bit-Datenworte der beiden am weitesten voneinander entfernten Bildpunkte des Parallelregistersatzes 23 zugeführt werden. Die Ausgangssignale der beiden Substrahierer 40 und 41 werden auf einen Maximum-Detektor 42 mit Schwellwerteinscheidung gegeben, der bei Überschreiten des Schwellwertes ein Tor 43 setzt, das an seinem weiteren Eingang ein weiteres 4-Bit-Datenwort von dem Schieberegister 24 empfängt. Das Tor 43 steuert einen Akkumulator für die V-Richtung, der durch einen Addierer 44 und einen Zeilenspeicher 45 gebildet wird, sowie einen Akkumulator für die X-Richtung an, der durch einen Addierer 46 und ein Register 47 gebildet wird. Das Ausgangssignal des Zeilenspeichers 45 wird auf einen zweiten Eingang des Addierers 44 zurückgekoppell, der an seinem ersten Eingang das Ausgangssignal des Tors 43 empfängt In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal des Registers 47 auf den zweiten Eingang des Addierers 46 zurückgekoppelt der an seinem ersten Eingang das Ausgangssignal des Tors 43 empfängt

Statt des Maximum-Detektors 42 kann auch ein Addierer verwendet werden.

Wie obenerwähnt wurde, liefern der y-Akkumulator 44,45 und der X-Akkumulator 46,47 nur dann ein Ausgangssignal, wenn der abgetastete Bereich des Stempels in Höhe oder Breite die zulässigen Abmessungen übersteigt also der Stempel verwischt ist

Die entsprechenden Ausgangssignale der beiden Akkumulatoren werden über adaptive Schwellen 82 und 86

is auf Zähler 83 und 87 gegeben, die durch den Bildpunkt bzw. das Zeilenende getaktet werden und die Ausdehnung der Stempelverwischung in den beiden angegebenen Richtungen messen.
Die Ausgangssignale der Zähler 83 und 87 werden auf Vergleicher 84 und 88 gegeben, die einen Vergleich mit Normwerten durchführen und feststellen, ob die Stempelverwischung noch im zulässigen Toleranzbereich liegt.
Wenn sich herausstellen sollte, daß die Abtastung von etwa 50% der Cigarettenoberfläche nicht für die Erfassung aller interessierenden Fehler ausreicht, muß die Cigarette in der Abtaststellung um ihre Längsachse gedreht werden. Dadurch erhöht sich im Vergleich mit der bisher beschriebenen Ausführungsform nur die Zahl der pro Cigarette abzutastenden Zeilen, so daß abgesehen hiervon keine gravierende Änderung in Aufbau und Funktionsweise erforderlich ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur optischen Überprüfung der Oberfläche von stabförmigen Rauchartikeln und/ oder Filterstäben für die Tabakindustrie

a) mit einer die Stäbe senkrecht zu ihrer Längsrichtung transportierenden Fördereinrichtung,

b) mit einer Lichtquelle für die Bestrahlung der Oberfläche eines in der Prüflage befindlichen Stabes,

c) mit einer fotoelektrischen Anordnung für die Erfassung des an der Oberfläche des Stabes reflektierten Lichtes, und

d) mit einer durch den Produktionstakt gesteuerten Anordnung für die durch Vergieichsbildung erfolgende Feststellung von Oberflächen-Fehlern aufgrund von Änderungen des Reflexionsvermögens der abgetasteten Oberfläche,