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Stw.: Umhüllung abtasten-fotoel ektri sch-Ri.ngschal tung-IL Hauni-Akte
1780 - Bergedorf, den
Vorrichtung zum optischen Prüfen eines Zigarettenstranges Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines bewegten Material strangs
der tabakverarbeitenden Industrie, insbesondere eines Zigarettenstrangs, bestehend
aus einem Prüfkopf mit einer Strangdurchführung, mindestens einem Lichtsender, Lichtleitmitteln,
die vom Lichtsender emittiertes Licht schräg zur Strangnormalen zur Innenfläche
der Strangdurchführung und auf einen Prüfabschnitt der Strangoberfläche leiten und
rings um die Strangdurchführung angeordneten, mit einer Auswertanordnung verbundenen,
opto-elektrischen Wandlern, welche im Strahlengang des am Prüfabschnitt der Strangoberfläche
reflektierten Lichts liegen.
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Fehler in der Umhüllung eines bewegten Material strangs der tabakverarbeitenden
Industrie, beispielsweise in der Papierumhüllung eines Zigarettenstrangs oder eines
Filterstrangs, wie Löcher, Flecken, fehlende oder falsch plazierte Aufdrucke, lichtreflektierende
Klebstellen usw., bewirken eine Anderung der Reflexion von auf die Hülle fallendem
Licht. Löcher in der Umhüllung eines Zigarettenstrangs wirken beispielsweise wie
dunkle Flecken und setzen den Reflexionsgrad herab. Aufdrucke verändern den Reflexionsgrad
der Umhüllung je nach ihrem Farbton. Leimflecken außerhalb der Leimnaht erhöhen
die Reflexion des Lichts an der Umhüllung des Zigarettenstrangs. So kann aus der
Intensität des am bewegten Strang reflektierten Lichts auf den Zustand des Strangs
geschlossen werden.
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Durch die DE-OS 29 40 408 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der Licht
einer Lichtquelle durch ein lichtdurchlässiges Ringprisma in einem Winkel zur Strangnormalen
schräg auf die Oberfläche des bewegten Material strangs geleitet wird
Stw.:
Umhüllung abtasten-fotoelektrisch-Ringschaltung-II Hauni-Akte 1780 - Bergedorf,
den
und nach der Reflexion an der Umhüllung des Material strangs mit einem Lichtleitmittel
in Form von Glasfasern im Reflexionswinkel aufgefangen und zu einem opto-elektrischen
Wandler geleitet wird, der der Intensität des reflektierten Lichts entsprechende
Meßsignale erzeugt. Aufgrund von Abweichungen der Meßsignale von vorgegebenen Sollwertsignalen
können Herstellungsmaßnahmen und/oder der Auswurf fehlerhafter Artikel gesteuert
werden. Der schräge Lichteinfall bei der bekannten Vorrichtung erhöht zwar die Kontraste
der auf Fehlern beruhenden Unregelmäßigkeiten des zu prüfenden Materialstrangs,
was eine Vergrößerung der Empfindlichkeit der Prüfanordnung bedeutet. Der schräge
Lichteinfall bewirkt aber auch scharfe Schatten an Falten und Wellen der Strangumhüllung,
welche für die Prüfanordnung Fehler der Strangumhüllung vortäuschen können und dementsprechend
zu unerwünschtem Ausschuß führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art so zu verbessern, daß bei geringem konstruktivem Aufwand auch
kleine Fehler der Strangoberfläche mit hoher Empfindlichkeit zuverlässig registriert
werden und gleichzeitig Fehlmessungen infolge von die Qualität des Strangs nicht
beeinträchtigenden Unebenheiten der Umhüllung und damit unerwünschter Ausschuß ausgeschlossen
sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch, daß die optoelektrischen Wandler etwa in Richtung der
Strangnormalen auf den Prüfabschnitt der Strangoberfläche ausgerichtet sind und
daß beidseits der opto-elektrischen Wandler Lichtsender angeordnet sind, die von
entgegengesetzten Seiten schräg zur Strangnormalen auf den Prüfabschnitt der Strangoberfläche
ausgerichtet sind. Jeder Umfangsabschnitt des
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ringförmigen Prüfabschnitts der Strangoberfläche wird gemäß der Erfindung von entgegengesetzten
Seiten her von jeweils zwei Lichtsendern beleuchtet, so daß Licht hoher Intensität
reflektiert wird. Gleichzeitig werden bei der Beleuchtung des Prüfabschnitts von
entgegengesetzten Seiten her Unebenheiten der Strangoberfläche vollständig ausgeleuchtet,
so daß keine störenden und zu Fehlmessungen führenden Schatten entstehen können.
Die Intensitätsmessung des reflektierten Lichts erfolgt radial zwischen den jeweils
einander und einem Umfangsabschnitt des Prüfabschnitts der Strangoberfläche zugeordneten
Lichtsendern. Auch dadurch ist eine hohe Lichtausbeute des reflektierten Lichts
im Bereich der opto-elektrischen Wandler gewährleistet.
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Den Lichtsendern sind gemäß der Erfindung Lichtleitmittel zugeordnet,
wobei als Lichtleitmittel vorzugsweise die Strangdurchführung ringförmig umschließende,
von entgegengesetzten Seiten schräg zum Prüfabschnitt der Strangoberfläche ausgerichtete
Ringprismen vorgesehen sind. Anstelle von einstückigen Ringprismen können auch jeweils
ringförmig angeordnete Segmente eingesetzt sein. Diese Anordnung der Lichtsender
am äußeren Umfang von Ringprismen hat den Vorteil, daß eine groDe Anzahl von Lichtsendern
um den Umfang der Strangdurchführung herum angeordnet werden kann, wodurch eine
sehr hohe Lichtintensität erreicht wird.
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In einer Abwandlung der Erfindung können als Lichtleitmittel rings
um die Strangdurchführung herum von entgegengesetzten Seiten schräg zur Strangnormalen
auf den Prüfabschnitt der Strangoberfläche ausgerichtete Bohrungen vorgesehen sein,
in deren strangfernes Ende jeweils ein Lichtsender eingesetzt ist. Auch damit ist
es möglich, das Licht einer großen Anzahl von Lichtsendern im PrUfabschnitt der
Strangoberfläche zu konzentrieren. Rings um
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den Prüfabschnitt weist der Prüfkopf radial zur Strangdurchführung verlaufende Bohrungen
auf, in deren strangferne Enden die opto-elektrischen Wandler eingesetzt sind.
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Dadurch, daß die opto-elektrischen Wandler nicht unmittelbar in Umfangsnähe
des zu prüfenden Strangs liegen, sondern über die Bohrungen in einem größeren Kreis
angeordnet sind, ist es möglich, beliebig viele opto-elektrische Wandler um die
Strangdurchführung herum anzubringen. Dadurch ergeben sich eine hohe Ortsauflösung
der Strangäbtastung und eine hohe Empfindlichkeit der Prüfvorrichtung.
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Die hohe Empfindlichkeit der Prüfvorrichtung birgt die Gefahr, daß
auch an der Oberfläche des Strangs haftende kleine Teilchen,wie z.B. Tabakpartikel,
von der Prüfvorrichtung als Fehler registriert werden und zu Fehlmessungen führen
können. Um das zu verhindern, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß
die Strangdurchführung zu ihrem Strangeintrittsende hin zu einem Einlaufkonus erweitert
ist, daß die Mantelfläche des Einlaufkonus mit in Laufrichtung des Strangs verlaufenden
Nuten versehen ist und daß im Nutengrund gegen die Laufrichtung des Strangs gerichtete,
mit einer Oberdruckquelle verbundene Blasluftöffnungen angeordnet sind. Durch die
gegen die Laufrichtung des Strangs gerichtete Blasluft wird dafür Sorge getragen,
daß an der Strangoberfläche haftende Verunreinigungen, Tabak- oder Staubpartikel
oder dergl., vor dem Eintritt des Strangs in die Strangdurchführung der Prüfvorrichtung
entfernt werden.
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In besonders vorteilhafter Fortführung der Erfindung sind die opto-elektrischen
Wandler an in der Auswertanordnung enthaltene Zeitschaltmittel angeschlossen, welche
die optoelektrischen Wandler während aufeinanderfolgender Zeitintervalle nacheinander
einzeln oder in Gruppen zur Abfrage
Stw.: Umhüllung abtasten-fotoelektrisch-Ringschaltung-If
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ihres augenblicklichen Signal inhalts aktivieren. Außerdem sind die opto-elektrischen
Wandler mit einer Komparatorschaltung verbunden, welche ein Steuersignal abgibt,
sofern der Signal inhalt eines opto-elektrischen Wandlers einen vorgegebenen Toleranzwert
über- oder unterschreitet. Als Zeitschaltmittel sind vorzugsweise in einer Ringschaltung
hintereinander geschaltete monostabile Kippstufen vorgesehen.Der Signaleingang jeder
folgenden Kippstufe ist über einen Koppel kondensator an den Signalausgang der vorangehenden
Kippstufe angeschlossen. Mit dem Signalausgang einer jeden Kippstufe ist außerdem
ein opto-elektrischer Wandler verbunden, Als opto-elektrische Wandler kommen in
erster Linie Fototransistoren infrage, deren Kollektoremitterstreckenan die Ausgänge
der jeweils vorgeschalteten monostabilen Kippstufen angeschlossen sind. Um die Ringschaltung
der Auswertanordnung in Gang setzen zu können, weist diese einen mit einem Startimpulsgeber
verbundenen Startimpulsanschluß auf.
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Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung sind
insbesondere darin zu sehen, daß eine sehr empfindliche und hochauflösende Prüfvorrichtung
für die optische Abtastung der Umhüllung von Materialsträngen der tabakverarbeitenden
Industrie bereitgestellt wird. Auch kleine Fehler der Strangumhüllung werden präzis
registriert.
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Dabei sind wegen der Ausleuchtung des Prufabschnitts der Umhüllung
von zwei Seiten her Fehlmessungen aufgrund von scharfen Schatten an Unebenheiten
der Strangoberfläche ausgeschlossen. Auch Fehlmessungen infolge von an der Strangoberfläche
haftenden Partikeln und Fremdkörpern sind ausgeschlossen, weil diese vor dem Eintritt
in die Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung entfernt werden. Die Auswertanordnung
ist so angelegt, daß sie bei entsprechender Auswertung der Fehlersignale eine Zuordnung
der
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Fehlersignale zu bestimmten Oberflächenabschnitten des Strangs erlaubt.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1
einen Längsschnitt durch einen Prüfkopf nach der Erfindung, Figur 2 eine Vorderansicht
des Prüfkopfs und Figur 3 eine Darstellung der Auswertanordnung.
Stw.
Umhüllung abtasten-fotoelektrisch-Ringschaltung-II Hauni-Akte 1780 - Bergedorf,
den
In den Figuren 1 und 2 ist ein ringförmiger Prüfkopf 1 zum optischen Abtasten der
Oberfläche eines bewegten Materialstrangs der tabakverarbeitenden Industrie, insbesondere
eines Zigarettenstrangs dargestellt. Der Prüfkopf 1 ist mit einer konzentrischen
Strangdurchführung 2 verstehen, durch die in Pfeilrichtung ein Materialstrang 3
hindurchbewegt wird. In den Prüfkopf 1 sind zwei im Querschnitt etwa trapezförmig
ausgebildete Ringprismen 4 eingesetzt, die von entgegengesetzten Seiten her schräg
zur Strangnormalen auf einen Prüfabschnitt 6 der Strangoberfläche ausgerichtet sind.
Entlang der äußeren Umfangsfläche 7 der Ringprismen sind rings um die Strangdurchführung
in regelmäßigen Winkelabständen eine Anzahl von Lichtsendern in Gestalt von Leuchtdioden
8 angeordnet. Die einem Ringprisma zugeordneten Leuchtdioden sind über Anschlußleitungen
9 und 9' parallel geschaltet. Sie emittieren ihr Licht in die äußere Umfangsfläche
der Ringprismen 4. Die schmalen inneren Umfangsflächen 11 der Ringprismen sind auf
den Prüfabschnitt 6 der Strangoberfläche ausgerichtet. Durch sie tritt das von den
Leuchtdioden 8 in die Ringprismen emittierte Licht konzentriert zum Prüfabschnitt
6 aus.
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Zwischen den Ringprismen 4 ist der Prüfkopf 1 mit rings um die Strangdurchführung
2 in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten radialen Bohrungen 12 versehen. Die
Bohrungen führen von der Strangdurchführung 2 radial zu opto-elektrischen Wandlern,
vorzugsweise in Gestalt von Fototransistoren13> die in regelmäßigen Winkelabständen
rings um die Strangdurchführung im Prüfkopf 1 angeordnet sind. Zur Gewährleistung
einer hohen Auflösung und Empfindlichkeit der Prüfvorrichtung können rings um die
Strangdurchführung 2 jeweils vierundzwanzig Paare von Leuchtdioden 8 und vierundzwanzig
Fototransistoren 13 vorgesehen sein. Die Fototransistoren 13 empfangen das von den
Leuchtdioden 8
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emittierte, überdie Ringprismen 4 zum Prüfabschnitt 6 geleitete und am Prüfabschnitt
reflektierte Licht über die radialen Bohrungen 12. So ist im Bereich der Fototransistoren
13 stets eine hohe Lichtausbeute gewährleistet, die es ermöglicht, auch kleine Fehler
der Strangoberfläche zuverlässig zu registrieren. Dabei sind wegen der Ausleuchtung
des Prüfabschnitts 6 über die von entgegengesetzten Seiten her schräg zur Strangnormalen
geneigten Ringprismen Fehlmessungen an zufälligen Unebenheiten der Strangoberfläche,
welche keine Qualitätsbeeinträchtigung des Strangs bedeuten, ausgeschlossen.
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An der stromaufwärtigen Seite der Strangdurchführung 2 weist der Prüfkopf
einen Einlaufkonus 14 auf, der mit radial zur Strangdurchführung hin verlaufenden
Nuten oder Schlitzen 16 versehen ist. Im Nutengrund münden Blasluftbohrungen 17,
die über eine gemeinsame Zuleitung 18 an eine Uberdruckquelle 19 angeschlossen sind.
Die Blasluftbohrungen 17 richten einen Luftstrahl entgegen der Förderrichtung des
zu prüfenden Material strangs 3 auf die Oberfläche des Strangs, wodurch an der Strangoberfläche
haftende Partikel entfernt werden, die in dem empfindlichen Prüfkopf zu Fehlmessungen
und damit zu unnötigem Ausschuß führen könnten.
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Figur 3 zeigt eine Darstellung der gemäß der Erfindung vorgesehenen
Auswertanordnung. Diese besteht im wesentlichen aus einer Ringschaltung von monostabilen
Kippstufen (Flip-Flops) 21.1 bis 21.n. n ist eine ganze Zahl und ist gleich der
Anzahl der opto-elektrischen Wandler 13, die rings um die Strangdurchführung 2 im
Prüfkopf 1 angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung
beträgt die Zahl n = 24. Der Ausgang A1 einer jeden monostabilen Kippstufe ist über
einen
Stw.. Umhüllung abtasten-fotoelektrisch-Ringschaltung-it
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Koppel kondensator 22.1 bis 22.n mit dem Signaleingang E der folgenden Kippstufe
verbunden. An den Ausgang A1 einer jeden monostabilen Kippstufe 21.1 bis 21.n ist
über einen Vorwiderstand 23 und ein Potentiometer 24 die Kollektoremitterstrecke
eines Fototransistors 13.1 bis 13.n angeschlossen, die andererseits mit Masse verbunden
ist. Ober eine Diode 26 ist der Kollektor eines jeden Fototransistors 13.1 bis 13.n
mit einem Verstärker 27 verbunden, dessen Ausgang am Eingang eines Schwellwertgliedes
28 liegt. An die Ringschaltung von Kippstufen 21.1 bis 21.n ist über eine Diode
29 ein Startimpulsgeber in Form eines Tasters 31 angeschlossen.
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Die Funktionsweise der dargestellten Auswertanordnung ist wie folgt.
Sobald durch Betätigen des Tasters 31 über die Diode 29 ein negativer Startimpuls
an den Eingang E der Kippstufe 21.1 gelegt wird, erscheint am Ausgang A1 ein positives
Ausgangssignal, das für ein durch die Zeitkonstante der Kippstufe vorgegebenes Zeitintervall
bestehen bleibt. Dieses Zeitintervall kann beispielsweise 0,5 Mikrosekunden andauern.
Während dieser Zeit fließt über den Vorwiderstand 23,das das Potentiometer 24 und
die Kollektoremitterstrecke des Fototransistors 13.1 ein Strom, so daß am Kollektor
des Fototransistors über die Diode 26 eine Spannung abgegriffen werden kann, deren
Größe von der Intensität des vom Fototransistor 13.1 aufgenommenen Lichts abhängig
ist. Je größer diese Lichtintensität ist, je größer also die Intensität des an der
Strangoberfläche reflektierten Lichts ist, umso kleiner ist die über die Diode 26
abgegriffene Spannung. Wenn also infolge eines dunkel erscheinenden Lochs der Strangumhüllung
die Lichtintensität abnimmt, so verringert sich der über die Kollektoremitterstrecke
des Fototransistors 13.1 fließende Strom. Gleichzeitig vergrößert sich die über
die Diode 26
Stw.: Umhüllung abtasten-fotoelektrisch-Ringschaltung-lL
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am Kollektor abgenommene Spannung, die als Meßsignal im Verstärker 27 verstärkt
und dem Schwellwertglied 28 zugeführt wird. Oberschreitet die Spannung einen vorgegebenen
Wert, so erzeugt das Schwellwertglied 28 ein entsprechendes Fehlersignal, > das
zur Anzeige benutzt werden kann oder den Auswurf des betreffenden Strangabschnitts
bewirkt. Wenn umgekehrt die vom Fototransistor 13.1 empfangene Lichtintensität steigt,
weil beispielsweise ungewollte Klebstoffflecken auf der Strangoberfläche registriert
werden, so vergrößert sich der über die Kollektoremitterstrecke des Fototransistors
13.1 fließende Strom, wobei die am Kollektor abgegriffene Spannung sinkt. Nach Verstärkung
des entsprechenden Meßsignals im Verstärker 27 erzeugt das Schwellwertglied 28 ein
entsprechendes Steuersignal, wenn der Spannungswert einen vorgegebenen Toleranzwert
unterschreitet.
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Sobald das in der Kippstufe 21.1 eingestellte Zeitintervall abgelaufen
ist, verschwindet das positive Ausgangssignal am Ausgang A1 und wird negativ. Dadurch
entsteht ein negativer Impuls, der über den Koppel kondensator 22.1 zum Eingang
E der folgenden Kippstufe 21.2 gelangt, deren Ausgang A1 daraufhin positives Signal
zeigt. Der soeben beschriebene Vorgang wiederholt sich nun mit dem Fototransistor
13.2, wobei ein anderer Bereich der Strangumhüllung im Prüfabschnitt 6 abgetastet
wird. Sobald das eingestellte Zeitintervall der Kippstufe 21.2 beendet ist, erscheint
auch hier ein negatives Ausgangssignal am Ausgang A1, welches über den Koppelkondensator
22.2 zum Eingang der nächsten Kippstufe gelangt. Wenn schließlich das eingestellte
Zeitintervall der letzten Kippstufe 21.n der Ringschaltung abgelaufen ist, erscheint
an dessen Ausgang A1 wieder ein negatives Ausgangssignal > das über den Koppel
kondensator 22.n an den Eingang E der ersten
Stw.: Umhüllung abtasten-fotoelektrisch-Ringschaltung-IE
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Kippstufe 21.1 gelangt. So beginnt der ganze Ablauf bei Vorgabe eines Zeitintervalls
für jede Kippstufe von 0,5 Mikrosekunden und bei n = 24 nach 12 Mikrosekunden von
neuem. Mit anderen Worten heißt das, daß nach 12 Mikrosekunden die Oberfläche des
Strangs 3 einmal vollständig ringsherum abgetastet ist. In einer Sekunde sind bei
Vorgabe dieses Zeitintervalls also rund 80.000 vollständige Umfangsabtastungen möglich.
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Die Potentiometer 24 dienen dazu, Unterschiede der Charakteristiken
der Fototransistoren 13.1 bis 13.n auszugleichen oder die Empfindlichkeit der Fototransistoren
auf zu erwartende abweichende Refb(ionsgrade der Strangoberfläche, beispielsweise
auf die heller erscheinende Oberlappungsnaht, einzustellen, so daß vergleichbare
Meßwerte erhalten werden können.