DE3403485A1

DE3403485A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen von zigarettenpapier

Info

Publication number: DE3403485A1
Application number: DE19843403485
Authority: DE
Inventors: Yukio Kato; Mikio Komori; Tadao Tokyo Yonai
Original assignee: Japan Tobacco and Salt Public Corp
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-02-01
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE3403485C2; JPS59140870A; JPS6159118B2; GB2134366B; GB8402489D0; GB2134366A; US4677993A

Description

^ Deschre ibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Eigenschaft eines Zigarettenpapiers von Gegenständen, aus denen später Zigaretten entstehen. Bei dieser Prüfung wird Gebrauch gemacht von dem Luft-' durchtritt durch die Gegenstände.

Bei der Herstellung von Zigaretten mit Hilfe einer Ziga-

lO· rettenfertigungsmaschine können verschiedene Fertigungsfehler auftreten. Beispielsweise kann beim Ankleben des einen Zigarettenabschnitt und einen Filterabschnitt verbindenden Klebe-Papierstreifens ein Klebefehler auftreten, und ein fehlerhaftes Wickeln des Papierstreifens führt zu einer Schräg-Verklebung und einer einseitigen Verklebung, Diese Fehler treten möglicherweise zusätzlich zu einem möglichen Reißen des Zigarettenpapiers und zur Ausbildung von Nadellöchern in dem Papier auf. Die Schräg-Verklebung führt insofern zu einer fehlerhaften oder defekten Zigarette, als beide Kanten des oben erwähnten Klebe-Papierstreifens nicht genau in Umfangsrichtung verklebt werden, sondern schräg dazu. Das einseitige Verkleben bedeutet, daß ein Ende des Papierstreifens nicht in der Umfangsrichtung verklebt wird, sondern abgetrennt bleibt. In jedem Fall entsteht zwischen dem Papierstreifen und dem Filter eine Lücke, so daß die Zigarette dann ein ungewöhnliches und fehlerhaftes Aussehen hat.

Eine gemeinsame Besonderheit von Produkten mit diesen Fehlern besteht darin, daß in einem defekten Abschnitt oder einem defekten Klebeabschnitt ein Luftdurchtritt erfolgt, wenn Luft durch das Produkt geleitet wird.

' · Demzufolge wird die Qualität des Produkts geprüft, indem Luft durch das Produkt hindurchgeschickt wird. Han-

deIt es sich bei dem Produkt z.B. um eine Doppelzigarette, die aus zwei späteren Zigaretten und einem, zwischen diesen eingeschlossenen Filterstück besteht, wobei ein Filterpapierstreifen mit diesen Teilen verklebt ist, so wird von einem Ende aus oder von beiden Enden aus Luft durch die Doppelzigarette geschickt, und der Luftdruck wird in ein elektrisches Signal umgesetzt. Diese Luftdurchtrittsprüfung beruht auf der Erscheinung, daß der Luftdruck durch Luftdurchtritte, d.h. durch Luft-Undichtheiten herabgesetzt wird. Der Spannungspegel des oben erwähnten elektrischen Signals wird mit einem vorbestimmten Bezugs-Spannungspegel verglichen, der einem Bezugspegel des Luftdurchtritts entspricht. Abhängig von dem Vergleichsergebnis wird die geprüfte Doppelzigarette als nicht defekt oder als defekt eingestuft.

In jüngster Zeit wurden verschiedene Sorten von Zigaretten hergestellt, und es werden Zigarettenpapiere unterschiedlicher Luftdurchlässigkeiten entsprechend den Eigenschäften verschiedener Zigarettensorten verwandet, um unterschiedliche Qualitätsmerkmale und verschiedene Stärken oder Aromarichtungen zu erhalten. Im allgemeinen schwankt die Luftdurchlässigkeit von Zigarettenpapier von nicht mehr als 10 mVmin-cm² bei üblichem Zigarettenpapier, wie es bei gewöhnlichen Sorten verwendet wird, bis 24-160 m£/min«cm bei Zigarettenpapier hoher Luftdurchlässigkeit mit einer hohen Dichte von Atmungslöchern, die zum milden Geschmack der Zigarettensorte vorgesehen werden. Insbesondere bei stark porösem Zigarettenpapier liegt die Schwankung der Luftdurchlässigkeit bei der Herstellung in einem vorbestimmten Bereich bezüglich einer Nenn-Luftdurchlässigkeit, Insbesondere bei gegebener gleicher starker Porösität variieren die physikalischen Eigenschaften des Zigarettenpapiers, d.h.

deren relative Luftdurchlässigkeit.

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Bei der herkömmlichen Vorrichtung ist der festgestellte Druck-Signalpegel bei Zigarettenpapier geringer Luftdurchlässigkeit hoch im Vergleich zu dem Signalpegel bei Zigarettenpapier hoher Luftdurchlässigkeit. Dies bedeutet, daß selbst dann, wenn der festgestellte Druck-Signalpegel aufgrund des Erfassens eines fehlerhaften Produkts auf ein gewisses Maß reduziert wird, der erfaßte Spannungspegel immer noch höher sein kann als der Bezugs-Spannungspegel, wenn die Schwankung der Luftdurchlässigkeit.bei diesem Produkt über dem zulässigen Bereich liegt. In einem solchen Fall wird die Doppelzigarette als fehlerfrei, d.h. nicht defekt eingeschätzt (der Fehler in diesem Fehler wird als Fehler erster Art bezeichnet). Im Gegensatz dazu ist der erfaßte Druck-Signalpegel bei Zigarettenpapier hoher Luftdurchlässigkeit niedriger als der bei Zigarettenpapier geringer 'Luftdurchlässigkeit. Demzufolge wird eine intakte Doppelzigarette ein erfaßtes Drucksignal liefern, dessen Pegel niedriger ist als der Bezugs-Spannungspegel, so daß diese Doppelzigarette als fehlerhaft, d.h. defekt eingestuft wird (der Fehler dieser Art wird als Fehler zweiter Art bezeichnet). Die erwähnten Fehler verringern die Genauigkeit bei der Prüfung, so daß es schwierig ist, eine exakte Entscheidung darüber zu erhalten, ob eine Doppelzigarette fehlerfrei oder fehlerhaft ist. Hierdurch wird insgesamt die Produktqualität gemindert.

Wenn es dazu kommt, daß fortlaufend fehlerhafte Produkte akzeptiert und fehlerfreie Produkte ausgesondert werden, wenn Zigarettenpapier hoher Porösität verwendet wird, so besteht die Notwendigkeit, ein Drosselventil unter Beobachtung eines den Hauptdruck des festgestellten druckanzeigenden Manometers einzustellen. Dies ist nur unter Einsatz eines erheblichen Arbeitsaufwands durchführbar.

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' Ein zum Erfassen des Drucks eingesetzter Detektor besteht üblicherweise aus einem elektrischen Halbleiter-Druck-Meßumwandler, und ein derartiger Detektor besitzt eine thermische Drift aufgrund von Schwankungen der Zim-

mertemperatur, welche hervorgerufen werden durch beispielsweise die Wärmeerzeugung in der Fertigungsmaschine oder durch andere Einflüsse. Die Genauigkeit der Prüfung wird durch thermische Drift verringert.

'0 Um die oben erwähnten, aus den Schwankungen der Luftdurchlässigkeit entstehenden Probleme zu.lösen, wurde vorgeschlagen, das erfaßte Drucksignal mit Hilfe einer Verarbeitungseinrichtung zu verarbeiten, welche aus einem Mittelwertbildner und einer Vergleichereinrichtung besteht (Japanische Patentschrift No. 56-46820 und Japanische Offenlegungsschrift No. 51-82798). Insbesondere die letztgenannte Druckschrift zeigt eine Vorrichtung, in der das erfaßte Drucksignal mit Hilfe eines Differenzsignals kompensiert wird, welches gebildet wird aus einem in der freien Atmosphäre ermittelten Bezugssignal und dem erfaßten Drucksignal. Hierdurch sollen gleichzeitig die Probleme der thermischen Drift gelöst werden. Die bekannten Vorrichtungen treffen eine Entscheidung jedoch lediglich auf der Grundlage des Mit-

^5 telwerts, so daß die Genauigkeit der Prüfung der Gesamtdaten-Mittelwertabschätzung statistisch gesehen gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen, dem Stand der Technik anhaftenden Probleme zu mildern bzw. zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Prüfen von Zigarettenpapier zu schaffen, das bzw. die eine Verbesserung der Prüfgenau-

igkeit ermöglicht.
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W ♦ « ·

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Mittelwert, die Varianz und die Standardabweichung über ein erfaßtes Drücksignal statistisch ermittelt, dann erfolgt eine Umwandlung ihrer Normalverteilung in eine Standardly normalverteilung von N (0, 1), -wobei der Mittelwert in bezug auf die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion φ(t) den Wert 0 hat und die darauf bezogene Varianz den Wert 1 hat. Die.Abschätzung der Gesamtheits-Standardabweichung mittels Einstellung eines Signifikanzpegels erfolgt mit dem Wert von t in bezug auf die Wahrscheinlichkeit, der lediglich dadurch bestimmt wird, daß' die Wahrscheinlichkeit in der Normalverteilung bestimmt wird, wodurch eine Entscheidung darüber getroffen wird, ob das geprüfte Produkt fehlerfrei oder defekt ist.

Insbesondere wird der Luftdurchtritt durch das Zigarettenpapier (d.h. die Durchlässigkeit des Zigarettenpapiers) als eine Wahrscheinlichkeitsvariable χ verwendet, und es wird die Gesamtheit sämtlicher D ten in bezug auf die Wahrscheinlichkeitsvariable χ betrachtet. Bezüglich dieser unendlichen Gesamtheit wird eine wahlweise Zufallsproben-Untergruppe einer endlichen Anzahl von Luftdurchtrittsdaten betrachtet. Die Normalverteilung P(x) der Luftdurchtrittsdaten beträgt

P(X) =

(x-x)²

dx.

/2π·σ

wobei χ der Mittelwert der Gesamtdatenmenge und σ deren Varianz ist.

Durch Setzen von
. t = (x - χ)/σ

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erhält man folgende Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion <i>(t) der Variablen t:

2π·σ

Auf diese Weise kann man ihre Umwandlung in eine Standardnormalverteilung erhalten, in der der Mittelwert 0 und die Varianz 1 beträgt.
'

Die Wahrscheinlichkeit P(x^ < χ < X₂), daß ein gewisser Datenwert zwischen zwei willkürlichen Luftdurchtrittsdaten x* und X₂ liegt, beträgt

P(X-I < x < X₂) = P(ti < t < t₂)

Pt₂

Jt₁ ^t)dt' wobei

ti = (xi - χ)/σ (i = 1, 2)

Als ein Wert zum Bestimmen des Pegels der Entscheidung, ob ein Produkt akzeptiert oder zurückgewiesen wird, wird eine willkürliche Konstante t festgelegt. 25

Die Wahrscheinlichkeit P(|x - x| < t «σ), daß der Luftdurchtrittspegel χ innerhalb des Bereichs _+ t -a in bezug auf den Mittelwert χ liegt, beträgt

^p(|x - x| < to-σ) = P([t| < t₀)

i'(t)dt.

Der Wert von t wird somit bestimmt nach Maßgabe der Wahrscheinlichkeit
/

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daß das geprüfte Produkt akzeptiert wird. Das geprüfte

Produkt kann als fehlerfrei angesehen und somit akzeptiert

werden, wenn der Luftdurchtrittspegel χ folgende Beziehung erfüllt:

|x - 3cI _< to*σ ·
' Eine Zurückweisung erfolgt, wenn der Pegel χ folgender Beziehung genügt: .

Ix - χI > t_o-a .

Die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt ein elektrisches HaIbleiter-Druck-Meßumwandlerelement zum Erfassen des L'uftdurchtritts, einen Analog/Digital-Umsetzer.zum Umsetzen eines als Analogsignal gelieferten erfaßten Drucksignals in ein digitales Signal, eine t -Einstelleinrichtung zum Einstellen des Wertes von t zwecks Vorgabe eines Entschei-. dungspegels in der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion <j>(t) und eine zentrale Verarbeitungseinheit wie z.B. einen Mikrocomputer. Dieser Mikrocomputer dient zur Durchführung einer Betriebsverarbeitung, z.B. der Abschätzung einer Gesamtdäten-Standardabweichung mit Hilfe des Mittelwerts, der Varianz und der Standardabweichung, sowie der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, ob das geprüfte Produkt akzeptiert.oder zurückgewiesen wird. Der Mikrocomputer ist vielseitig verwendbar, besitzt eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und gestattet eine sehr genaue Prüfung.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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-j Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Zigarettenpapierprüfung, und

Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches ein Steuerprogramm der in Fig. 1 gezeigten zentralen Verarbeitungseinheit darstellt.

Fig. 1 zeigt eine Doppelzigaretten-Prüfeinheit 1, die eine Dr.uckluftquelle 100 enthält, aus der zur Prüfung verwendete Luft durch eine Leitung 10 geliefert wird. Der Druck der Prüfluft wird mit Hilfe eines Drosselventils 101 auf einen vorbestimmten,, zur Prüfung von Doppelzigaretten vorgesehenen Druck eingestellt. Die Prüfluft Ί5 wird mit dem eingestellten Druck durch eine Leitung 11 geleitet, um gegen ein Ende einer Doppelzigarette abgegeben zu werden, die durch Saugkraft auf einer sich kontinuierlich drehenden Prüf trommel 103 ge'halten wird. Der eingestellte Druck der Prüfluft wird an einem Druckmeßgerät 102 abgelesen. Die Doppelzigarette 104 besitzt einen mittleren Filterabschnitt, der schraffiert dargestellt ist, und zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Filterabschnitts befindliche Zigarettenabschnitte.

Die durch die Doppelzigarette 104 hindurchgeströmte Prüf-

luft wird über eine Leitung -12 auf einen elektrischen Halbleiter-Druck-Meßumformer 2 gegeben, insbesondere auf einen in der Einheit 2 vorgesehenen Umsetzer 105, der ein aus Halbleitermaterial bestehendes elektrisches Druck-Meßumwandlerelement aufweist. Der Umsetzer 105 erfaßt den Eingangsdruck und setzt ihn in ein elektrisches Signal um. Dies ist das erfaßte Drucksignal. Wenn ein Luftdurchtritt durch das Zigarettenpapier erfolgt, reduziert sich der erfaßte Druck nach Maßgabe des Umfangs des Luftdurchtritts, wodurch der Signalspannungspegel verringert wird.

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<ί *

ΑΨ

Das erfaßte Dr.ucksignal wird über eine Signalleitung 13 auf eine NullJustierschaltung 106 gegeben. Die Nulljustierschaltung 106 dient zur Nullsetzung einer HaIbleitcr-Brückenschaltung in dem elektrischen Halbleiter- -Druck-Meßumformer 105, um ein dem erfaßten Druck entsprechendes, kompensiertes Erfassungssignal hoher Genauigkeit zu erzeugen.

Das kompensierte erfaßte Dmcfesignal wird über eine ' Signalleitung 14 auf eine iöialog/Digital-Umsetzereinheit 3 gegeben, insbesondere auf einen darin vorgesehenen Differentialverstärker 107, der eine hohe Verstärkung für das erfaßte Drucksignal im Fall eines phasenungleichen Rauschanteils erzeugt, und eine niedrige Ver-Stärkung für das Signal im Fall eines gleichphasigen Rauschanteils erzeugt. Das differenziell verstärkte Ausgangssignal wird über eine Signalleitung 15 auf ein Tiefpaßfilter 108 gegeben, dessen Ausgangssignal über eine Signalleitung 17 auf einen invertierenden Verstärker 110 gelegt wird. Die Verstärkung des invertierenden Verstärkers 110 wird von einer Verstärkungssteuerschaltung 109 eingestellt, die über eine Signalleitung 16 an den .invertierenden Verstärker 110 angeschlossen ist.

_ Das invertiert verstärkte Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers 110 wird über eine Signalleitung 18 ■ auf eine Abtast- und Halteschaltung 111 gegeben.

Der Abtast- und Halteschaltung 111 wird von einem Zeitsteuersignalgeber -113 über eine Signalleitung 23 ein Zeitsteuersignal zugeführt, welches nach Maßgabe eines Synchronisationssignals erzeugt wird. Letzteres wird für jeweils zwei Zigaretten (d.h. für jede Doppelzigarette) entsprechend der Drehung eines Drehabschnitts einer Zigarettenfertigungsmaschine erzeugt und über

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eine Signalleitung 20 an den ZeitsteuerSignalgeber 1Ί3 gelegt. Die Abtast- und Halteschaltung 111 tastet den Pegel des erfaßten Drucksignals als Analoggröße im Zeitpunkt des Anlegens des Zeitsteuersignals ab und hält den Pegel. Die gehaltene Analoggröße wird über eine Signalleitung 19 auf einen Analog/Digital-Umsetzer 112 gegeben, wo sie ansprechend auf das oben erwähnte Zeitsteuersignal, das über eine Signalleitung 24 von dem Zeitsteuersignalgeber 113 zugeführt wird, in einen 8 Bits umfassenden Di-

•0 gitalwert umgesetzt wird. Wenn der Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 112 die umgesetzten 8-Bit-Daten erzeugt hat, erzeugt er außerdem noch ein Signal "Ende der Umsetzung" ("EDU"), welches;kennzeichnend ist für das Ende des Umwandlungsvorgangs. Die umgesetzten 8-Bit-Daten und das EDU-Signal werden über eine Parallelsignalleitung 25 bzw. eine Signalleitung 26 an eine zentrale Verarbeitungseinheit 4 gegeben.

Die zentrale Verarbeitungseinheit 4 enthält einen Zentralprozessor 114, einen Festspeicher (ROM) 115, einen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit arbeitenden Lese/Schreib-Speicher (RAM) 116 und eine Eingabe/Ausgabe- (E/A-)Steuereinheit 117. Der Zentralprozessor 114 führt verschiedene Verarbe'itungsprozesse durch. In dem ROM 115 sind Programme für die Prozeduren der Betriebsprozesse gespeichert. Ih dem RAM 116 werden die eingelesenen Daten sowie eine Reihe von Daten einschließlich Mittelwert, Varianz, Standardabweichung usw. gespeichert. An die zentrale Verarbeitungseinheit 4 ist eine t-Einstellvorrichtung 118 angeschlossen, mit der der Wert t für die Entscheidungspegeleinstellung in der Wahrscheinlichkoitsdichtefunktion φ(t) für die Normalisierung der Normalverteilung eingestellt wird, damit der Durchschnittswert 0 und die Varianz 1 ist.

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Unter den in dem ROM 115 gespeicherten Prozeduren für die Prozesse befinden sich die zur Berechnung des Mittelwerts, die Berechnung der Varianz und der Standardabweichung, und der Entscheidung bezüglich eines Entscheidungspegels auf der Gründlage der Einstellung von t in der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion φ(t). Diese Prozeduren sollen unten noch näher beschrieben werden.

. Die oben erwähnten, 8 Bits umfassenden erfaßten Druckdaten, die von dem ADU 112 abgegeben werden, werden in ..dem RAM 116 synchron mit dem vom Zeitsteuersignalgeber 113 kommenden Zeitsteuersignal zwischengespeichert. Da der RAM 116 jedoch eine endliche Speicherkapazität besitzt, vermag er lediglich eine endliche Anzahl von Daten 15· zu speichern, mit denen Berechnungen durchgeführt werden kön.nen. Die endliche Anzahl η von zu speichernden Daten kann frei gewählt werden. Diese Zahl η wird als Kapazität bezeichnet und bestimmt sich folgendermaßen.

Die Abtastfreguenz T_Q der Abtast- und Halteschaltung bestimmt sich durch die Drehzahl des Drehteils der Zigarettenfertigungsmaschine, der einen Synchronisationssensor betätigt, welcher das Synchronisationssignal an den Zeitsteuersignalgeber 113 liefert. Somit ist das Zeitintervall einer Einheit für die Datensammlung und -speicherung das Produkt T ·η aus Abtastfrequenz und Kapazität. Da bei dieser Ausführungsform die Einheit (d.h. das Byte) der zentralen Verarbeitungseinheit 4 aus . 8 Bits besteht, kann die Kapazität η ein ganzzahliges Vielfaches von 2 (d.h. 256) oder einen Bruchteil dieses Wertes betragen, wobei der Teilerwert eine Potenz von .2 mit ganzzahliger Hochzahl ist. Gewöhnlich ist jedoch die Drehzahl der Zigarettenfertigungsmaschine so hoch, daß die Betriebsverarbeitung in einem Zeitraum von weni-■ gen Mullisekunden abgeschlossen sein muß, was einer Ver-

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arbeitungszeit für eine Doppelzigarette entspricht. Im Hinblick darauf wird die Kapazität η auf 256/2 =128 eingestellt. Das oben erwähnte Zeitintervall T -n liegt somit in der Größenordnung einiger Sekunden.

.

Der oben erwähnte elektrische Halbleiter-Druck-Meßwandler ist mit einer von der Umgebungstemperatur abhängigen thermischen Drift behaftet. Allgemein wird die thermische Drift dargestellt durch eine monoton ansteigende Kurve roit einer nach oben gerichteten Schrägen, aufgetragen in Zeiteinheiten von einigen zehn Minuten bis einigen Stunden nach dem In-Betrieb-Setzen der Maschine. Die thermische Drift stellt somit eine Gleichstromkomponente in dem Zeitintervall T *n in der Größenordnung einiger

15. SEkunden dar. Während die Signalkomponente einen großen Frequenzbereich im Hochfrequenzbereich abdeckt, deckt die Driftkomponente lediglich einen schmalen Frequenzbereich bei sehr niedrigen Frequenzen (d.h. auf der Gleichstromseite) ab. Aus diesem Grund ändert die thermische Drift die Durchschnittswerte in dem statistischen Prozeß nur geringfügig, hat jedoch keine abträgliche Wirkung auf die Varianz- und Standardabweichungs-Rechnungsvorgänge. Die oben erwähnten geringfügigen Änderungen der Durchschnittswerte sind äußerst schwach ausgeprägt und werden von dem Rundungsfehler der kleins.twerti.gen Ziffer überdeckt. Dieser Rundungsfehler tritt bei arithmetischen Operationen von einem Byte bis drei Bytes (d.h. 8 bis 24 Bits) in der zentralen Verarbeitungseinheit 4 auf. Es besteht mithin keine Notwendigkeit, besondere mechänische oder elektrische Kompensationsmaßnähmen bezüglich der thermischen Drift zu treffen.

Da die Kapazität η konstant ist, macht das Einlesen neuer abgetasteter Daten in den RAM 116 das Löschen von zuvor gespeicherten Daten notwendig. Dies geschieht durch

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ein Warteschlangensystem oder ein FIFO-System (first-infirst-out) , bei dem die zuerst gespeicherten Daten als erste gelöscht werden. Es werden in dem RAM 116 also stets nur die jüngsten η-Daten gespeichert.

Die in dem RAM 116 gespeicherten Daten werden zum Berechnen des Mittelwerts in den Zentralprozessof 114 nach Maßgabe der in dem ROM 115 gespeicherten Mittelwert-Berechnungsprozedur verwendet. Die ursprünglich in dem RAM 116 gespeicherten, abgetasteten Daten und der berechnete Mittelwert, der in dem RAM 116 zu speichern ist, werden zur Berechnung der Varianz und der Standardabweichung in der zentralen Verarbeitungseinheit 114 nach Maßgabe der in dem ROM 115 gespeicherten Varianzberechnungs- und Standardabweichungsberechnungs-Prozeduren zugrundegelegt. Die so erhaltenen Werte der Varianz und der Standardabweichung werden beide in dem RAM 116 g-espeichert.

Die t-Einstellvorrichtung 118 besteht aus einem 4-Bit-Eingabeschalter, mit dem 2 (= 16) unterschiedliche, beliebige Werte für t eingestellt werden können. Diese Werte von t entsprechen den Variablen der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion <J)(t) in der Statistik. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Abstand zwischen den gemessenen Daten und . deren Mittelwert kleiner ist als das t-fache der STandardabweichung, erhält man durch Addieren von 0,5 zu dem Integral der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion des <J>(t) von 0 bis t. Somit entspricht die Wahrscheinlichkeit, daß das geprüfte Produkt akzeptiert wird, dem Integral der Wahr-

'30 . scheinlichkeitsdichtefunktion φ (t) . Dies bedeutet, daß, wenn einmal ein Standardpegel des Luftdurchtritts durch das .Zigarettenpapier entsprechend dem akzeptierten Produkt eingestellt ist, die entsprechende Wahrscheinlichkeit in bezug auf das akzeptierte Produkt eindeutiger Ent-. sprechung bestimmt wird. Der Wert t in der Wahrscheinlich- „

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■ Al

keitsfunktion φ(t) entsprechend der Wahrscheinlichkeit der Standardnormalabweichung, welcher von der t-Einsteileinrichtung 118 zum Einstellen des Entscheidungspegels über die Signalleitung 28 an den RAM 116 geliefert wird, wird ebenfalls in dem RAM 116 gespeichert.

Die in dem RAM 116 gespeicherten drei Datenwerte, d.h. der Mittelwert, die Standardabweichung und der Wert t in der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion <j)(t), werden für die Verarbeitung in dem Zentralprozessor 114 verwendet, um den Entscheidungspegel einer einseitigen Prüfung nach Maßgabe einer in dem ROM 115 gespeicherten Gesamtheits-Standardabweichungs-Abschätzungsprozedur einzustellen. Wenn abgetastete Daten des erfaßten Drucksignals als Meßdaten an den Zentralprozessor 114 gegeben werden, subtrahiert dieser den Mittelwert von den Eingabedaten und beurteilt., daß die maßgebliche Doppelzigarette nicht defekt ist, falls die Differenz zwischen dem Mittelwert und den Eingangsdaten kleiner als das oder gleich dem Produkt der Standardabweichung und t ist, während die Doppelzigarette zurückgewiesen wird, wenn die Differenz größer als das Produkt ist. Die Berechnung des Mittelwerts, der Varianz und der Standardabweichung für die Datenverarbeitung werden bei jeder erneuten Zufuhr von Abtastdaten erneuert, und die so erhaltenen neuen Daten werden erneut in den RAM 116 eingespeichert.

Wenn die geprüfte Doppelzigarette zurückgewiesen wird, wird über die Signalleitung 27 an eine Aussonderungs-Steuereinheit 5 ein Aussonderungssignal· gegeben.

Der zentrale Prozessor 114 empfängt über eine Leitung 21 von der Maschine ein Startsignal, und er beginnt die Betriebsverarbeitung nach der Bestätigung der Eingabe des Startsignals. '

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In der Maschine werden zwei Papierrollen zur Bereitstellung von Zigarettenpapier vorgesehen, und zwischen den zwei Papierrollen wird ein Saum erzeugt. Außerdem besitzt das Papier jeder Rolle Zwischensäume, die während der Papierher-Stellung erzeugt werden. Daher gibt es bei stark porösem Zigarettenpapier vor und nach vielen der Säuern Schwankungen in der Porösität.

Dementsprechend wird von der Maschine über eine Signalleitung 22 an die zentrale Verarbeitungseinheit 4 ein Zigarettenpapiersaum-Signal gegeben, und eine Kompensation für die PorÖsitätsschwankungen der Abschnitte vor und nach einem Saum wird dadurch bewirkt, daß der Eingang des Zigarettenpapiersaum-Signals bestätigt wird und die Berechnungen des Mittelwerts, der Varianz und der Standardabweichung erneut durchgeführt werden, indem sämtliche gespeicherten Daten abhängig von dem Zigarettenpapiersaum-Signal gelöscht und neue Daten ermittelt werden.

Sämtliche Signalleitungen, über die Signale, zu und von der zentralen Verarbeitungseinheit 4 geführt werden, sind an die Eingabe/Ausgabe-Einheit 117 angeschlossen, die die Ein-' gäbe und die Ausgabe von Signalen steuert.

Wenn eine endgültig zurückgewiesene Doppelzigarette vorliegt, so daß ein Aussonderungssignal über die Signalleitung 27 an die Aussonderungs-Steuereinheit 5 gegeben wird, so betätigt letztere ein Aussonderungsventil, wodurch die zurückgewiesene Doppelzigarette, welche auf der sich drehenden Prüftrommel 103 durch Saugkraft gehalten wird, durch Druckluft ausgeblasen und somit ausgesondert wird.

Im folgenden wird die Steuerung der Vorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau erläutert.
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•ae-

Die Berechnung in der zentralen Verarbeitungseinheit 4 erfolgt, wenn beim normalen Hochgeschwindigkeitslauf der Maschine ein "Betriebssignal" geliefert wird, und zwar jedesmal dann, wenn die Vorderflanke des EDU-Signals auftritt, was das Ende der Analog/Digital-Umsetzung bedeutet, d.h. die Berechnung erfolgt bei jeder Doppelzigarette. Bis das "Betriebssignal" und das oben erläuterte EDU-Signal von einem programmierten Eingabe/Ausgabe-System eingegeben werden, befindet sich die zentrale Verarbeitungseinheit 4 im Wartezustand. Eine "Saum-Unterbrechung" ist nur in diesem Wartezustand möglich, jedoch unmöglich, während eine Berechnung in kraft ist.

Der tatsächliche Inhalt der STeuerung wird grob in die folgenden drei Kategorien klassifiziert. Die'Zähl- und: Betriebsverarbeitung werden nur in bezug auf akzeptierte Zigarettenprodukte durchgeführt.

Bei der ersten und der zweiten Doppelzigarette wird einfach ein "Aussonderungssignal" zum Aussondern der Doppelzigaretten erzeugt, wenn abgetastete Daten des erfaßten Drucksignals für jede Doppelzigarette erhalten werden. Da zu dieser Zeit keine Daten zum Vergleich zur Verfügung stehen, erfolgt eine Beurteilung der Daten xi in bezug auf einen unteren Grenzpegel C, bei dem es sich um eine programmierbare Konstante handelt. Die Doppelzigarette wird akzeptiert, wenn xi > C und zurückgewiesen, wenn χ < C.

Sodann wird für die 3. bis 128. Doppelzigarette der Mittelwert χ der vergangenen Daten berechnet, und ein Wert C = χ - C, der durch Subtrahieren einer gewissen Konstanten C von dem Mittelwert χ erhalten wird, wird als Entscheidung spegel eingestellt. Die geprüfte Doppelzigarette wird akzeptiert, wenn xi > C, und zurückgewiesen, wenn

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-Ä4-

. 1. xiiC.

Dann werden für die 129. und die anschließenden Doppelzigaretten der Mittelwert, die Varianz und die Standardabweichung auf der Grundlage der jüngsten 128 Daten berechnet, und das t_Q-fache (t ist ein programmierbarer Wert) der Standardabweichung wird von dem Mittelwert subtrahiert. Der sich ergebende Wert wird als Entscheidungspegel verwendet. Die ältesten Daten der erfaßten Drucksignale werden automatisch durch die neuesten Daten ersetzt.

Ein zurückgeiesenes Produkt wird jedoch weder gezählt, noch bewirkt es eine Aktualisierung der Daten. 15

Die Steuerung enthält weiterhin die folgenden Funktionen zusätzlich zu der oben beschriebenen Verarbeitung.

I)'Verarbeitungsfunktion "Saum-Eingabesignal" 20

Wenn ein "Saum-Signal" empfangen wird, können die vergangenen Daten nicht weiter verwendet werden, und es sind neue Berechnungen notwendig, Das eingegebene Saum-Signal wird für eine Unterbrechung herangezogen, und wenn die Unterbrechung akzeptiert wird, erfolgt dieselbe Verarbeitung wie beim Verschwinden des "Betriebs-■ signals". Im einzelnen: Der Zähler wird zurückgesetzt, so daß die erste Doppelzigarette, die unmittelbar auf die Eingabe des Saumsignals folgt, als die erste Doppelzigarette angesehen wird, wobei, die erste und die zweite Doppelzigarette ausgesondert werden. Der Vergleich des "Mittelwerts" und der "Konstanten" wird für die 3. bis 128. Doppelzigarette durchgeführt, und für die 129. wie die darauf folgenden Doppelzigaretten wird der Vergleich auf der Grundlage der Standardabweichung durchgeführt.

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-j II) Funktion "Manuelle Eingabe"

Der Entscheidungspegel kann von Hand um maximal + 28. (entsprechend + 1,56 V Spannung) zu irgendeinem Zeitpunkt verschoben werden, auch während des Betriebs der Maschine. Diese Einstellung erfolgt über die t-Einstelleinrichtung 118, die den Wert t zur Feineinstellung des Entscheidungspegels während des Betriebs der Maschine einstellt. Tatsächlich wird dem unverschobenen Entschei-•jQ dungspegel ein Wert hinzugefügt, den man erhält durch Multiplizieren eines manuell eingegebenen ganzzahligen Werts zwischen -7 und +7 mit einem Vorgabewert b (b = 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4) entsprechend dem Verschiebungsbetrag des Entscheidungspegels.

III) Funktion der Erzeugung eines Signals ' "Fortlaufende

Zurückweisung"

Wenn η (η ist programmierbar) Zurückweisungssignale fortlaufend von der zentralen Verarbeitungseinheit 4 erzeugt werden, wird ein Signal "Fortlaufende Zurückweisung" erzeugt. Dieses Signal bleibt existent, bis das "Betriebssignal" aufhört. Die Entscheidung, ob die geprüfte Doppel zigarette akzeptiert oder zurückgewiesen wird, erfolgt auch während des Vorhandenseins des Signals "Fortlaufende Zurückweisung".

IV) Funktion "übervarianzentscheidung"

3Q Wenn die errechnete Varianz mit einer vorbestimmten Häufigkeit fortlaufend größer ist als ein (programmierbarer) konstanter Wert, erfolgt eine Entscheidung, daß die Varianz übermäßig groß ist, d-h., daß Schwankungen über einen beherrschbaren Bereich hinausgehen. In diesem Fall wird die zentrale Verarbeitungseinheit 4 angehalten, und

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ΊΨ

JW-*

α sämtliche Doppelzigaretten werden ausgesondert. Jedoch wird die zentrale Verarbeitungseinheit 4 zurückgesetzt, wenn die Spannungsversorgung abgeschaltet wird.

Fig. 2 zeigt ein allgemeines Flußdiagramm der oben beschriebenen Steuerung. Die individuellen Routinen des Verarbeitungsprogramms sollen nun im einzelnen beschrieben werden.

■jQ i) Initialisierung

Diese Routine wird nur einmal im Anschluß an das Einschalten der Spannungsversorgung durchgeführt. Bei die-■ ser Routine werden Software und Hardware initialisiert ic '· (d.h. die Eingänge und Ausgänge der Eingabe/Ausgabe-Einheit 117 werden eingestellt, der RAM 116 wird ge-• löscht, und so fort). Weiterhin wird der den Entscheidungspegel χ - t ·σ betreffende Wert t bestimmt. Der tatsächliche¹Einstellvorgang soll unten noch beschrieben werden..

ii) Wartezustand für die Eingabe des "Betriebssignals"

Diese Routine schafft einen Wartezustand für die Ausführung des Programms bis zum Empfang des "Betriebs- · signals". Eine Betriebsverarbeitung erfolgt nicht eher, als bis das "Betriebssignal" erzeugt wird. Weiterhin wird nach dem Empfang des "Betriebssignals" eine Prüfung durchgeführt, ob das "Betriebssignal" bei jeder Doppelzigarette vorhanden ist.

iii) Erfassen der Vorderflanke des EDU-Signals

In dieser Routine wird die Vorderflanke des EDU-Signals (Ende-der-Umsetzung-Signal) des Analog/Digital-Umset-

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zers 112 erfaßt, um eine stabile Umsetzung der Eingangsdaten synchron zum Betrieb der Maschine möglich zu machen.

iv) Beurteilung der Eingabe

In dieser Routine wird der richtige Inhalt der Verarbeitung nach Maßgabe der Eingabedaten bestimmt. Insbesondere wird geprüft, ob die Eingangsdaten sich auf eine ak-

'0 zeptierte oder eine zurückgewiesene Doppelzigarette beziehen, und es wird außerdem geprüft, ob die Daten der
akzeptierten Doppelzigarette sich auf die erste oder die zweite Doppelzigarette beziehen oder sich auf die dritte oder die nachfolgende Doppelzigarette beziehen, nachdem

das "Betriebssignal" oder ein "Saum-Signal" erzeugt wurden.

v) Verarbeitung als akzeptierte Doppelzigarette bei der

ersten und der zweiten Doppelzigarette
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Bei dieser Routine wird ein "Zurückweisungssignal" ausgegeben, und die Doppelzigaretten werden ausgesondert.
Dies geschieht deshalb, weil der Vergleich der Eingangsdaten in bezug auf einen absoluten Pegel (Einstellventil = 0,39 V) erfolgt, so daß es wahrscheinlich ist, daß die Entscheidung, ob die Doppelzigarette akzeptiert oder zurückgewiesen wird, unzuverlässig ist.

Bei der ersten Doppelzigarette wird nur die Quadratwurzel der Eingangsdaten, nicht aber der Entscheidungspegel berechnet.

Bei der zweiten Doppelzigarette wird ähnlich wie bei der dritten 128. Doppel zigarette aus den Daten x.. und x~ der ersten und zweiten Doppelzigarette £x = X₁ +X₉,

2 2 2 Σχ = x^ + x„ (und χ = Σχ/2 berechnet, und es wird der

20/21

Wert χ - C (C ist ein dem Mittelwert entsprechender konstanter Wert) abgeleitet. Zu diesem Wert wird eine auf eine (unten, noch beschriebene) manuelle Eingabe zurückzuführende manuelle Verschiebung addiert, um den Entscheidüngspegel für die' 3. Doppelzigarette einzustellen.

vi) Verarbeitung der 3. und nachfolgenden Doppelzigaretten als akzeptierte Doppelzigaretten

Diese Routine wird durchgeführt/ wenn eine Entscheidung, daß eine Zigarette "akzeptiert" ist, in bezug auf den ■ vorher berechneten Entscheidungspegel durchgeführt wird. In diesem Fa.ll wird ein Signal "Nicht defekt" ausgegeben, und außerdem wird ein neuer Entscheidungspegel für die nächste Entscheidung berechnet.

Für die 3. bis 128. Doppelzigarette werden die Werte

2 — —

Xx₇ Σχ. und χ berechnet, und der Wert χ - C wird wie im'

Fall der zweiten Doppelzigarette erhalten, obgleich die Anzahl der für.die Berechnungen verwendeten Daten unterschiedlich ist. Auf den so erhaltenen Wert wird ein auf eine manuelle Eingabe zurückzuführender Verschiebewert addiert', um einen Entscheidungspegel für die nächste Entscheidung zu erhalten.
25

Der endgültige Entscheidungspegel ist wie folgt gegeben:

JL = χ - C + bD₇

wobei b ein Vorgabewert zwischen 0 und 4 entsprechend dem Durchschnitt ist, und D ein manuell eingegebener Wert einer ganzen Zahl zwischen -7 und +7 ist.

Für die Doppelzigaretten nach der 127. Doppelzigarette werden die Werte Xx, Xx und χ berechnet, und dann werden

.21/22

2 —

die Varianz s' = (Σχ - xlx)/128 und die Standardabweichung σ = C₂Zs"' (C₂Zs^ = 1 - 1/4n, η = 128) abgeleitet, und es wird der Wert χ - t -ei (t ist eine Konstante) ermittelt. Erneut wird eine auf eine manuelle Eingabe zurückzuführende Verschiebung auf den so erhaltenen Wert addiert, um für die nächste Entscheidung den Entscheidungspegel zu erhalten.

Der endgültige Entscheidungspegel ist wie folgt gegeben:

Jl = χ - t_o·σ + bD.

2
Die Werte von Σχ und Σχ werden für die 3. bis 128. Doppelzigarette berechnet, indem die Eingangsdaten auf das Ergebnis der vorausgehenden Berechnung addiert werden, d.h. es wird folgende Berechnung durchgeführt:

Σ^η xi = 1""¹Xi + xn
Σ^Ω xi²= Σ""¹ xi* + χη²

Für die 129. und die nachfolgenden Doppelzigaretten wefden die ältesten Daten von dem Ergebnis der vorausgehenden Berechnung subtrahiert, und die Eingabedaten werden auf das Ergebnis addiert, so daß man folgende Gleichungen erhält:

j+128 j+127

L_j+1 ^xi" U ^xi"^{Xj + Xj+128}

j+128 j+127

Σ xi² = Σ xi² - χ ² + (x_j+128) i=j+l i=j ^{J J}

22/23

'if ■"

Die Berechnung von σ erfolgt für dessen unterschiedliche Bereiche, wie unten gezeigt ist. Hierbei wird der berechnete Wert der Varianz s¹ zugrundegelegt.

's'= ..(Σχ^ζ - XTx)/128

Dies geschieht, um die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Berechnung der Quadratwurzel zu verbessern. Bezüglich der Einzelheiten sei auf den Abschnitt xi bezüglich des Verfahrens der Ableitung der Standardabweichung und des Entscheidungspegels verwiesen. Dies wird unten noch erläutert.

(1) Für 0 < s¹ < 256, die Einstellung von σ' = /i~^r (= /256s"¹/16) , und t_Q = 2,3 beträgt der Wert von a/64 (a ist eine Konstante):

²'^{3 ί} U- TS2T^{1 x} /W

Der Verschiobewert S„ beträgt:

148 ,

•S_F = ^gI"'⁰' = /256s¹ χ 1/16 χ 148/64

Somit beträgt der Verschiebewert S,., 0 bis 25

(2) Für 256- ja s¹ < 4096, σ¹ = /ϊβΊΓ¹ /4 und den Verschiebewert Sp gilt:

148
Sp = -g-fcr¹= A6s^r χ 1/4 χ 148/64.

Der Wert beträgt also 37 bis 148. =

(3) Für s¹ t 4096 ist die Varianz übermäßig groß, und S wird auf 148 festgelegt.

23/24

■ae-

Theoretisch beträgt der Maximalwert σ'max von σ' 127,5, jedoch sind die maximalen Schwankungen begrenzt durch Setzen von s¹ ύ 4095 und σ¹ S 64, um fehlerhafte Berechnungen zu vermeiden und eine Übereinstimmung mit der tatsächlichen Steuerung herzuste-len. Dies gilt für Fehlerberechnungen, d.h. die später zu beschreibende Abnormalistätsverarbeitung.

vii) Verarbeitung der defekten Doppelzigarette als zurückgewiesene Doppelzigarette

In dieser Routine erfolgt die Abgabe eines Signals "Defekt", und es wird ein Zurückweisungssignal-Zähler inkrementiert, d.h. um +1 erhöht. Wenn der Zähler einen voreingestellten Zählerstand, z.B. den Zählerstand-200, erreicht, wird ein Signal "Fortlaufend Defekte" abgegeben. Das Signal "Fortlaufend Defekte" wird zurückgesetzt, wenn das "Betriebssignal" verschwindet. Als Entscheidungspegel wird der Wert des vorhergehenden Entscheidungspegels verwendet.

viii) Saumverarbeitung

Diese Routine hat die Funktion, daß, wenn ein "Saum-Signal" empfangen wird, die unmittelbar nachfolgende Doppelzigarette ansprechend auf die Vorderkante des EDU-Signals als 1. Zigarette festgelegt wird.

Eine ähnliche Verarbeitung erfolgt im Fall des Ver-Schwindens des "Betriebssignals", jedoch hört das Signal "Fortlaufende Defekte" nicht auf.

ix) Abnormalitätsverarbeitung
Diese Routine wird ausgeführt, wenn die folgenden Fälle

23/24

-3-9—

«3ο-

(1) und (2) nach der 129. und der nachfolgenden Doppelzigarette mit einer vorbestimmten Häufigkeit auftreten, wobei diese Häufigkeit z.B. 100 beträgt.

(1) Für die Übervarianz s' = (Σχ - χΣχ)η > 4096 wird die Varianz berechnet (siehe Abschnitt (3) von vi oben)

(2) Für den Entscheidungspegel (x - t ·σ) S Absolutwert (Einstellwert von 0,39). (Man beachte, daß kein Anteil . einer durch manuelle Eingabe bestimmten Verschiebung vorhanden ist.)

Diese Routine wird auch ausgeführt, wenn ein Notprogramm aufgrund einer Schwierigkeit der zentralen Verarbeitungseinheit 4 abläuft. . .

Wenn diese Routine durchgeführt wird, werden das Signal "Defekt" und das Signal "Fortlaufende Defekte" ausgegeben, und die Funktion der Verarbeitungseinheit 4 ruht. Da sich dieser Fall von dem Fall unterscheidet, in welchem das Signal "Fortlaufende Defekte" auftritt, sind auch beim Verschwinden des "Betriebssignals" sowohl das Signal "Defekt" als auch das Signal "Fortlaufende Defekte" rück-• setzfrei.

x). Einstellen des Entscheidungspegels

Der Wert von t im Entscheidungspegel χ - ^t _o'^{cr w;i}-^rd b^e~ stimmt durch den Zustand eines 4-Bit-Schnappschalters für manuelle Eingabe im Zeitpunkt des Anschließens der Spannungsversorgung. Tabelle 1 zeigt Werte von t (d.h. SoIl-• wert und Istwert) und einen konstanten Wert α

(= 64.t_e- —±~~. /n , _n = 128) χ η—χ

^λ - 4n"

24/25

für individuelle Eingabedaten.

Der Wert von α wird, wenn er einmal eingestellt ist, solange festgehalten, bis die Spannungsversorgung abgetrennt wird, und der Wert wird aktualisiert, wenn die Spannungsversorgung erneut angeschlossen wird. Bei angeschlossener Spannungsversorgung dient das Ausgangssignal des 4-Bit-Schalters lediglich für die manuelle Eingabe einer PegelverSchiebung.

Der aus χ - C (für η < 129) und χ --t ·σ (η.έ 129) abgeleitete Entscheidungspegel kann mit Hilfe des 4-B.it-Handeingabe-Schnappschalters manuell verschoben werden. Tatsächlich wird als manueller Verschiebewert ein Wert

•jg erhalten durch Multiplizieren der Eingabe D einer ganzen Zahl zwischen -7 und +7 mit dem Vorgabewert b zwischen 0 und

25/26

-3Z

Tabelle

Eingabe	Dezimal	^fco	Sollwert	Istwert	ά
Binär	O	2,30	2,299	148
φφφφ	1	1,80	1,802	116
• :φφφΐ	2	.1,90	1,895	122
φφΐφ	3	1,95	1,957	126 .
φφΐΐ	4	2,00	2,004	129
φΐφφ	5	2,05	2,050	132
φΐφΐ	6	2,10	2,097	135
φΐΐφ	7	2,15	2,144	138
φΐΐΐ	8	2,20	2,206	142
Ιφφφ	9	2,25	2,252	145
Ιφφΐ .	10	2,275	2,268	146
Ιφΐφ	■ Ii	2,325	2,330	150
• ΙφΙΙ	12	2,35	2,346	151
.11ΦΦ	13	2,375	2,377	153
• Ιΐφΐ	14	2,40	2,408	155
111φ	15	2,45	2,454	158
1111

33·

Tabelle 2

ιη

O

"«3·

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/ 3

' Tabelle 2 2eigt manuelle Verschiebewerte, die individuellen Eingabewerten D und Ent'sche idungspege In entsprechen.

■ Wenn z.B. der Entscheidungspegel auf χ - 2,3σ + Ob einzustellen ist, kann der Schalter auf "0000"' eingestellt werden (d.h. sämtliche Bits sind "Aus"), und zwar sowohl vor als auch nach dem Anschließen an die Spannungsversorgung.
■

• Wenn'der Entscheidungspegel auf χ - 2,2σ + 3b einzustel-• lon ist, kann vor dem Anschluß der Spannungsversorgung der Schalter auf "1000" und nach dem Anschließen an die

Spannungsversorgung auf "0011" eingestellt werden. ■ 15

Der manuell eingegebene Verschiebewert kann jederzeit nach dem Anschluß an die Versorgungsspannung frei variiert werden.

. xi) Beim Abschätzen der Parameter aus den statistischen Werten des Entscheidungspegels (Zurückweisungswerte) werden der Gesamtheits-Mittelwert μ, die Gesamtheits-

Varianz S = σ und die Gesamtheits-Standardabweichung

σ allgemein folgendermaßen ausgedrückt: ■

ν = Σ (x - χ) ²
n-1

/V _ 1 /Σ (χ - χ)

Ci Ci V n-1
wobei Cj = 1 - l/4n

-M-

Wenn der Zurückweisungsbereich auf t-σ eingestellt wird, sind der Verschiebewert S_F und der Zurückweisungswert R_p von den Mittelwerten wie folgt gegeben:

^SF	= to	•σ	I	H	_1_	σ
		•	\	4n

	= X	-	t.·
R E

Ux -

η - 1

Zur Vereinfachung der Berechnungen und zum Erhöhen der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Mikrocomputers werden die obigen Gleichungen folgendermaßen umgeschrieben:

«_+../ 1 ν /Σχ² - 2Σχ·Χ 4-

— t_o* { Λ J

1 -— ^v η - 1 ¹ 4n η ι

	-	1	. /^Σχ	-5ϊΣχ
	^: t_o· (	1 - —	/ η	_ -ι
20	t_o-(	1		___
	Durch Setzen von	¹ 4n	' / η

25	α 64"
	erhält man	i	/ η	η
		¹ 4n		- 1
		F^:
30	^SF ■		χΣχ
		/Σχ²-
	= t_o· (	/ η
	für S

α
64 *

η (« ist eine Konstante)

29/30

Wenn die Anzahl von Daten η = 128 beträgt, t = 2,3 beträgt und die Eingangsdaten xi digitale Daten von 8 Bits sind, tritt der Maximalwert S^(max) von S„ theoretisch auf, wenn die Variation ein Maximum hat, d.h.,' xi =,255 χ 64, 0 χ 64 (x = 255 χ 64/128 = 127,5). Nun gilt:

S (max) = 2,3 χ 1/(1 - l/[4 χ 128]) χ /128/127

χ /(4161600 - 127,5 χ 16320)/128 -· 294_;98.

Außerdem gilt für R_E:

• ' ^RE ^{= X} ~ ^S _F ^(max) ⁼ 127,50 - 294,98 = -167,48.

Dies hat keine Bedeutung, d.h., es bedeutet, daß sämtliehe Doppelzigaretten akzeptiert sind. Daher wird eine Korrektur vorgenommen, nach der die obere Grenze von Sp auf 148 festgelegt wird (dies entspricht einem Spannungspegel von 5,781 V), und R_. i'st nicht kleiner als

Ji

ein gewisser Voreinstellwert.
20

. xii) Aktualisieren der Eingangsdaten

. ' Nur wenn die Eingangsdaten xi (i = 1, 2, ...,128) von einer akzeptierten Doppelzigarette stammen, werden die alten Daten durch neue Daten aktualisiert. Dies erfolgt . dadurch, daß die Daten xi in dem i-ten Speicherbereich (mit· den Adressen DATA bis DATA + 127) des RAM 116 gespeichert werden. Die Speicherbereiche werden bei der Initialisierung gelöscht oder auf "0" gesetzt; sie werden jedoch nicht gelöscht, wenn nach einer zwischenzeit-• liehen Unterbrechung der normale Hochgeschwindigkeitsbetrieb wieder aufgenommen wird. Das heißt: Sie werden nur beim Anschließen an die Spannungsversorgung gelöscht.

35' Bei dem obigen Ausführungsbeispiel der Zigarettenpapier-Prüfvorrichtung wird ein Mikrocomputer für die digitale

30/31

Datenverarbeitung verwendet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Vorrichtung derart auszugestalten, daß das erfindungsgemäße Verfahren ohne Mikrocomputer und stattdessen mit einer Analogverarbeitungsschaltung durchgeführt wird.

Die Vorrichtung mit Mikrocomputer entsprechend dem obigen Ausführungsbeispiel hat jedoch trotz der geringfügig niedrigeren Verarbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu einer äquivalenten Analogschaltung in vieler Hinsicht Vorteile, z.B. im Hinblick auf Rauschfreiheit, Zuverlässigkeit der Datenverarbeitung beim Anfahren des Hochgeschwindigkeitsbetriebs und bei einer Saum-Erfassung. Außerdem ist die Genauigkeit der' Signalverarbeitung und der Betriebsverarbeitung sehr hoch, und Einstellvorgänge sowie Wartung ist ebenso leicht durchführbar wie die Handhabung von Daten zurückgewiesener Produkte.

Gemäß obiger Beschreibung werden der Mittelwert, die Standardvarianz usw. auf der Grundlage von Daten statistisch berechnet, und es erfolgt eine Entscheidung, ob ein geprüftes Produkt akzeptiert oder zurückgewiesen wird, unter Verwendung der Rechenergebnisse sowie vorbestimmter Konstanter in der Verteilung der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, so daß eine extrem genaue Prüfung möglich ist.

Weiterhin wird das Signal, welches mit einer in dem elektrischen Halbleiter-Druck-Meßumwandler hervorgerufenen Temperatürdrift behaftet ist, bei der statistischen Verarbeitung kompensiert, und es besteht nicht die Notwendigkeit, gesonderte Temperaturdrift-Kompensationsmaßnahmen zu treffen. Dies ist im Hinblick auf die Kosten von Vorteil.

32

•Si-

Weiterhin können die oben erwähnten vorbestimmten Konstanten frei eingestellt werden, um für jede Sorte eine spezielle Standardabweichung zu erhalten. .Es besteht mithin die .Möglichkeit, für jede Sorte einen optimalen Bezugswert im Hinblick auf Aussonderungsfaktoren für zurückgewiesene und akzeptierte Produkte zu erhalten. Dies gestattet eine Verbesserung der Produktqualität und eine Verringerung der Herstellungskosten.

32

.39-

- Leerseite

Claims

DIEHL & KRESSIN

Patentanwälte · European Patent Allnnn.'y:.

K-ui/lt:i/Oflioe:

Fkkjijonslraße 17 · D-8000 Münob-Mi 19

The Japan Tobacco & Salt Public Corp. Tokio / Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Zigarettenpapier

Patentansprüche

( IJ Verfahren zum Prüfen des Zigarettenpapiers von später Zigaretten ergebenden Stäbchen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erfassen eines Drucks, der mit dem Luftdurchtritt

durch das Zigarettenpapier eines Stäbchens schwankt,

b) Umsetzen des erfaßten Drucks in ein entsprechendes . elektrisches Signal,

c) Umwandeln des elektrischen Signals in digitale Daten ,

d) Speichern der digitalen Daten,

e) Berechnen des Mittelwerts, der Varianz und der Standardabweichung aus den gespeicherten digitalen Daten für jedes Stäbchen,
25

fj Ermitteln eines Entscheidungspegels durch Subtrahieren eines Produkts einer vorbestimmten Konstanten und der Standardabweichung von dem Mittelwert, und

g) Treffen einer Entscheidung, daß das geprüfte Stäbchen akzeptiert wird, wenn dessen Daten größer sind als der Entscheidungspegel, bzw. daß das geprüfte Stäbchen zurückgewiesen wird, wenn dessen Daten kleiner sind als der Entscheidungspegel·. 10
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte in Form von Routinen eines Verarboitungsprogramms durchgeführt werden. ' · ■
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurchgekenn· zeichnet , daß die Routinen foigende Schritte umfassen:

a) Initiaiisieren sämtiicher aiter Daten,

b) Erzeugen eines Wartezustands, um auf die Eingabe eines Betriebssignals zu warten,

. c.) Feststellen der Vorderflanke eines Signals "Ende der Umsetzung",

• d) Beurteilen der Eingabe,

e) Verarbeiten der ersten und der zweiten Doppelzigarette als akzeptierte Doppelzigarette,

f) Verarbeiten der dritten und nachfolgenden Doppelzigaretten als akzeptierte Doppelzigarette, '.

■ g) Verarbeiten von defekten Zigaretten als zurückgewiesene Zigaretten,

h) Saumverarbeitung,

i) Abnormalitätsverarbeitung,

j) Einstellen des Entscheidungspegels,

'0 k) Abschätzen des Parameters aus den statistischen Werten des Entscheidungspegels und Berechnen des Gesamtdaten-Mittelwerts, der Gesamtdaten-Varianz und der Gesamtdaten-Standardabweichung,

1) Berechnen eines Verschiebewertes und eines Zurückweisungswertes, und

Hi) Aktualisieren der Eingangsdaten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schritte a) bis m) wiederholt ausgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die wiederholten Schritte a) bis m) die Saum-Eingangssignal-Verarbeitungsfunktion, die Einstellfunktion für die manuelle Eingabe, die . Funktion der Signalerzeugung für fortlaufende Zurückweisung und die Übervarianz-Entscheidungsfunktion durchführen.
6. Vorrichtung zum Prüfen eines Zigarettenpapiers von später Zigaretten ergebenden Stäbchen, gekennzeichnet durch

eine Doppelzigaretten-Prüfeinheit (1) zum Erfassen eines Drucks, der mit dem Luftdurchtritt durch das Zigarettenpapier eines Stäbchens schwankt,

- einen elektrischen Druck-Meßumwandler (2) zum Umsetzen des festgestellten Drucks in ein entsprechendes elektrisches Signal,

einen Analog/Digital-Umsetzer (3), der das elektrische Signal durch Abtastung in digitale Daten umsetzt,

eine zentrale Verarbeitungssteuerung mit ' ■

1) einem Festspeicher, der ein Verarbeitungsprogramm zum Ermitteln des Mittelwerts, der Varianz und der Standardabweichung aus den vom Umsetzer erhaltenen digitalen 'Daten und außerdem zum Ermitteln eines Entscheidungspegels nach Maßgabe des Mittelwerts und der Standardabweichung sowie vorbestimmter Konstanten speichert sowie ein Prozedurprogramm speichert für eine Entscheidungsverarbeitung zum Treffen einer Entscheidung bezüglich des geprüften Stäbchens und des Entscheidungspegels,

2) einer Schreib/Lese-Speichereinrichtung gleichförmiger Geschwindigkeit zum Speichern der digitalen Daten sowie des Mittelwerts, der Varianz und der Standardabweichung und der Gesamtdaten-Standardabweichung und

3) einer zentralen Verarbeitungseinrichtung zum Durchführen der Betriebsverarbeitung und der Entscheidungsverarbeitung im Anschluß an die in dem Festspeicher gespeicherte Programmprozedur, und

eine Einstelleinrichtung zum Einstellen von Konstanten,

die den Entscheidungspegel vorgeben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische Druck-Meßwandler ein Halbleiterelement ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung ein Schnappschalter ist für die manuelle Eingabe gemäß einer Bedingung, welche den Entscheidungspegel und die Verbindung zur Versorgungsspannung betrifft.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-ümsetzer mit Hilfe eines Zeitsteuergenerators synchron gesteuert wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Zeitsteuergenerator so verschaltet ist, daß er von einem Synchronisationssensor ein Synchronisationssignal empfängt, um den Analog/Digital-Umsetzer und eine Abtast- und Halteschaltung zu steuern, wobei die Abtast- und Halteschaltung an den Analog/Digital-Umsetzer angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Synchronisationssensor von einem Drehabschnitt der Doppclzigaretten-Prüfeinheit betätigt wird.