DE3448567C2 - Vorrichtung zum optischen Abtasten von Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abtasten von Artikeln der tabakverar­ beitenden Industrie. Unter Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie sind im vorliegenden Zusammenhang ein bewegter Zigaretten- oder Filterstrang und längs- oder queraxial be­ wegte Artikel wie Zigaretten oder Filterstäbe zu verstehen. Die optische Abtastung ist auf die Erfassung der Qualität der Umhüllung dieser Artikel, die Fehlfilterkontrolle bei Filterziga­ retten oder die Erfassung der Abstände aufeinanderfolgender Artikel gerichtet.

Fehler in der Umhüllung eines bewegten Materialstrangs der tabakverarbeitenden Indu­ strie, beispielsweise in der Papierumhüllung eines Zigarettenstrangs oder eines Fil­ terstrangs, wie Löcher, Flecken, fehlende oder falsch plazierte Aufdrucke, lichtreflektie­ rende Klebstellen usw. bewirken eine Änderung 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 gewöhnlich. So kann aus der Intensität des am bewegten Strang reflektierten Lichts auf den Zustand des Strangs geschlossen werden.

Durch die DE 29 40 408 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der Licht einer Lichtquelle durch ein lichtdurchlässiges Ringprisma in einem Winkel zur Strangnormalen schräg auf die Oberfläche eines bewegten Materialstrangs geleitet wird und nach der Reflexion an der Umhüllung des Materialstrangs mit einem Lichtleitmittel in Form von Glasfasern im Refle­ xionswinkel aufgefangen und zu einem opto-elektrischen Wandler geleitet wird, der der Intensität des reflektierten Lichts entsprechende Meßsignale erzeugt. Aufgrund von Abwei­ chungen der Meßsignale von vorgegebenen Sollwertsignalen können Herstellungsmaß­ nahmen und/oder der Auswurf fehlerhafter Artikel gesteuert werden.

Der in optischen Vorrichtungen bei der Prüfung von Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie bisher übliche Einsatz von infraroten Lichtquellen als Lichtsender hat den Nach­ teil, daß bestimmte Arten von Fehlern nicht registriert werden oder ihrer Bedeutung für die Qualität der Artikel nicht entsprechende Signale bewirken. Außerdem ist in der Regel da­ von auszugehen, daß nicht nur weißes Filtermaterial (Acetatmaterial) und weißes Umhül­ lungspapier (Zigarettenpapier oder Filterumhüllungspapier) als reflektierendes Material wir­ ken, sondern daß auch Tabakfasern die infrarote Strahlung reflektieren und somit Reflex­ signale erzeugen. Dies führt zu Beeinträchtigungen der Leistungsfähigkeit der mit infraroter Strahlung arbeitenden optischen Prüfeinrichtung.

Die Begrenzung des beim optischen Abtasten angewendeten Lichtes auf ein enges Farbspektrum und die Auswahl dieses Spektrums in Anpassung an diejenige optische Eigenschaft, für die gegenüber den anderen eine gesteigerte Empfindlichkeit gefordert wird, ist z. B. in Anwendung auf verunreinigten Schnittabak (DE-OS 19 46 615) oder auf das Lesen von Aufzeichnungsträgern (DE-PS 11 14 658) bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein­ gangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß durch das optische Abtasten vor allem solche die Qualität der Artikel beeinträchtigenden Fehler der Artikeloberfläche mit hoher Empfindlichkeit registriert werden, die auch vom menschlichen Auge als Fehler wahrge­ nommen werden.

Für eine Vorrichtung zum optischen Abtasten von Artikeln der tabakverarbeitenden Indu­ strie wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Lichtsender grünes Licht im Wellenlängenbereich von 0,49 bis 0,58 µm emittierende Lichtquellen vorgesehen sind und daß im entsprechenden Spektralbereich empfindliche opto-elektrische Wandler eingesetzt sind.

Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß eine mit grünem Licht arbeitende Prüfeinheit empfindlich alle die Fehler des Prüfobjekts registriert, die auch das menschliche Auge als Fehler wahrnimmt. Vom menschlichen Auge nicht wahrgenommene Fehler bleiben hingegen weitgehend unberücksichtigt. So kann der Ausschuß auf die Arti­ kel beschränkt werden, deren Qualität auch in den Augen des menschlichen Betrachters unzureichend ist. Artikel mit Fehlern, die wohl unter infrarotem Licht, nicht aber im mensch­ lichen Auge qualitätsmindernd in Erscheinung treten, werden bei der Prüfung unter grünem Licht nicht als Ausschuß ausgesondert. Vorzugsweise sind als Lichtquellen grüne Leucht­ dioden vorgesehen, deren Licht auch die bisher weitgehend unberücksichtigt bleibenden Fehler für die Prüfung gut in Erscheinung treten läßt. So werden unter dem Licht der grünen Leuchtdioden beispielsweise auch Öl- und andere Fettflecken erkennbar, die unter infrarotem Licht nicht sichtbar waren. Hinzu kommt, daß die Abmessungen dieser Leucht­ dioden ihren Einbau in kleine Vorrichtungen erlauben, die zwanglos auch im beengten Raum der betreffenden Maschine unterzubringen sind. Die Wärmeentwicklung der Leuchtdioden kann vernachlässigt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt als Beispiel einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung für die optische Prüfung der Umhüllung eines in Längsrichtung bewegten Zigarettenstrangs.

Die Prüfvorrichtung besteht aus einem ringförmigen Prüfkopf 1 mit einer konzentrischen Strangdurchführung 2 zum Durchführen eines zu prüfenden Materialstrangs 3. In die Strangdurchführung 2 ist ein Führungskörper 4 mit einer halbkreisförmigen Führungsbahn 6 eingesetzt und mittels Schrauben 4′ am ringförmigen Prüfkopf 1 befestigt. Die Zeichnung zeigt nur einen Führungskörper 4, in dessen Führungsbahn 6 der zu prüfende Strang 3 gleitet. Um eine noch sicherere Führung des Strangs für die Prüfung zu erreichen, kann ein ebensolcher Führungskörper auch auf der gegenüberliegenden Seite oben am Prüf­ kopf 1 angebracht sein.

Der Prüfkopf 1 weist in regelmäßigen Winkelabständen rings um die Achse des zu prüfen­ den Strangs 3 angeordnete Bohrungen 7 und 8 auf, die von entgegengesetzten Seiten her schräg zur Strangnormalen verlaufen und auf eine ringförmige Prüfzone 9 auf der Oberflä­ che des zu prüfenden Strangs 3 ausgerichtet sind. In die Bohrungen 7 und 8 sind als Licht­ quellen 11 und 12 grüne Leuchtdioden eingesetzt, deren Strahlung durch die Bohrungen 7 und 8 auf die Prüfzone 9 ausgerichtet ist und diese Prüfzone ausleuchtet.

Das von den Lichtquellen 11 und 12 ausgehende und die Prüftone 9 ausleuchtende Licht wird an der Strangoberfläche gestreut, wobei in einer zur Strangachse vertikalen Ebene durch die Schnittlinie der optischen Achsen der von den Lichtquellen 11 und 12 ausgehen­ den Strahlung ein Intensitätsmaximum zu erwarten ist. In dieser vertikalen Ebene liegen im Prüfkopfrings um die Achse des zu prüfenden Strangs 3 in regelmäßigen Winkelab­ ständen optische Linsensysteme 13, welche von der Prüfzone 9 ausgehendes Licht auf Fotodetektoren in Gestalt von opto-elektrischen Wandlern 14 fokussieren, deren Empfind­ lichkeitsmaximum im Spektralbereich von 0,49 - 0,58 µm des von den Leuchtdioden 11, 12 abgegebenen grünen Lichts liegt. Die Linsensysteme 13 bestehen aus jeweils zwei Linsen 13′ und 13′′, die in einer radial zum Strang im Prüfkopf 1 angeordneten Hülse 16 befestigt sind. Die die Linsensysteme 13 haltenden Hülsen 16 sind in radiale Bohrungen eines Hal­ terings 17 eingesetzt, der über einen ringförmigen Tragkörper 18 am Maschinenrahmen 19 befestigt ist.

Der ringförmige Tragkörper 18 weist in den Bereichen, in denen die die Linsensysteme 13 enthaltenden Hülsen 17 eingesetzt sind, Öffnungen 21 auf, durch welche das von den Lin­ sensystemen gebündelte Licht austreten kann. Der Tragkörper 18 ist außen von einem Metallband 22 umgeben, das in regelmäßigen Abständen mit schmalen, in seiner Längs­ richtung verlaufenden Schlitzen 23 versehen ist. Das Metallband 22 mit den Schlitzen 23 umgibt den Tragkörper 18 als schmaler Blendenring, wobei die Schlitze 23 so orientiert sind, daß sie auf die Öffnungen 21 im Tragkörper 18 zu liegen kommen und auf die opti­ sche Achse der Linsensysteme 13 ausgerichtet sind. Hinter die Schlitze 23 sind auf das Metallband 22 die opto-elektrischen Wandler 14 unmittelbar aufgebracht. In einfacher Weise können die opto-elektrischen Wandler auf das Metallband 22 aufgeklebt sein.

Aus fertigungstechnischen und montagetechnischen Gründen besteht der ringförmige Prüfkopf 1 aus zwei symmetrischen Ringkörpern 24 und 24′, die jeder einen Ring von Boh­ rungen 7 bzw. 8 für die Aufnahme von Lichtquellen 11 bzw. 12 enthalten. Die Ringkörper 24 und 24′ sind mittels Schrauben 26 an dem Haltering 17, welcher die optischen Systeme 13 enthält, befestigt.

Die Lichtquellen 11 und 12, die grünes Licht im Wellenbereich von etwa 0,49 bis 0,58 µm emittieren, beleuchten auf der Strangoberfläche eine ringförmige Prüfzone 9. Auf diese Prüfzone 9 sind die optischen Linsensysteme 13 so ausgerichtet und justiert, daß sie einen schmalen Oberflächenstreifen 27, der mit gepunkteten Linien dargestellt ist, selek­ tieren und abschnittsweise auf die Schlitze 23 in dem Metallband 22 abbilden. Die axiale Weite des Oberflächenstreifens 27 ist so gewählt, daß die kleinsten aufzulösenden Fehler der Strangoberfläche noch zuverlässig erkannt werden. Die Breite dieses Oberflächenstrei­ fens 27 beträgt beispielsweise einen Millimeter. Der Abbildungsmaßstab der Linsensyste­ me 13 ist vorzugsweise so gewählt, daß das Abbildungsverhältnis 2 : 1 ist. Die Breite der Schlitze 23 in dem Metallband 22 beträgt dementsprechend etwa 0,5 mm.

Zum Auswerten der von den opto-elektrischen Wandlern abgegebenen Prüfsignalen kann eine Auswertschaltung eingesetzt werden, wie sie beispielsweise aus der DE 29 40 408 A1 der Anmelderin bekannt ist.

Die Anwendung grünen Lichts der Wellenlängen von 0,49 bis 0,58 µm ist natürlich nicht auf die Abtastung einer fortlaufenden Strangoberfläche beschränkt. Vielmehr kann Licht dieser Wellenlängen auch für die Abtastung und die Oberflächenprüfung einzelner Artikel oder in einer Reihe geförderter Artikel der tabakverarbeitenden Industrie in sehr vorteilhafter Weise vorgesehen werden. Der konstruktive Aufbau solcher Prüfvorrichtungen, die zu diesem Zweck nur mit grünen Lichtquellen und im grünen Spektralbereich empfindlichen Wandlern auszustatten sind, ist beispielsweise durch die DE 28 40 617 A1 bekannt, sowie in einer zwischenzeitlich mit der DE 34 20 470 A1 veröffentlichten älteren Anmeldung beschrieben und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung.

Auch bei der Fehlfilterkontrolle sind optische Prüfeinrichtungen mit Licht im grünen Spek­ tralbereich emittierenden Lichtquellen und entsprechenden opto-elektrischen Wandlern vorteilhaft einsetzbar. Unter dem grünen Licht werden weiße Filterabschnitte, die stirnseitig beleuchtet werden, als gute Filter erkannt, während Tabakstöcke an Zigaretten, an denen die vorgesehenen Filter fehlen, kein Reflexsignal erzeugen. Filterlose Zigaretten werden demnach als fehlerhaft erkannt. Der konstruktive Aufbau einer solchen Prüfvorrichtung, die nur hinsichtlich der grünen Lichtquellen und der entsprechenden Detektoren ausgestattet werden muß, ist in der DE 33 04 299 A1 beschrieben. Auch zur Strangbruchüberwachung in Zigarettenstrangmaschinen sind optische Prüfeinrichtungen mit grünem Licht einsetzbar. Werden Zigaretten oder andere strangförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie in einer Reihe längsaxial hintereinander gefördert, wie das z. B. aus der DE 24 51 760 A1 hervorgeht, so können mit einer optischen Prüfeinrichtung auch die Abstände aufeinanderfolgender Artikel kontrolliert werden. Beim Überfüh­ ren dieser in einer Reihe längsaxial geförderten Artikel in eine queraxiale Förderrichtung ist es erforderlich, daß die Artikel vorher auf Abstand zueinander gebracht werden, damit der jeweils nachfolgende Artikel die Querbewegung des vorangehenden Artikels nicht behin­ dert. Hierzu werden ca. 3 bis 5 mm kleine Lücken zwischen den Artikeln gebildet, die beim Betrieb der Prüfeinrichtung mit grünem Licht auch bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkei­ ten sicher erkannt werden. In den Lücken liegende Tabakkrümel, die bei Verwendung von infrarotem Licht einen geschlossenen Strang simulieren, können bei Einsatz einer Prüfanordnung mit grünem Licht nicht mehr störend wirksam werden. Die mit Licht im grü­ nen Spektralbereich arbeitende Prüfvorrichtung registriert also auch Lücken zwischen auf­ einanderfolgenden Artikeln, in denen einzelne Tabakkrümel liegen. Die konstruktive Aus­ bildung einer solchen Einrichtung zur Strangüberwachung ist beispielsweise auch in der DE 24 51 760 A1 der Anmelderin beschrie­ ben.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum optischen Abtasten von Artikeln der tabakverarbeitenden Indu­ strie, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtsender grünes Licht im Wellenlängenbereich von 0,49 - 0,58 µm emittierende Lichtquellen (11, 12) vorgesehen sind und daß im entspre­ chenden Spektralbereich empfindliche opto-elektrische Wandler (14) eingesetzt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen (11, 12) grüne Leuchtdioden vorgesehen sind.