EP2690977A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen einer inneren physikalischen eigenschaft eines längsaxial geförderten stabförmigen artikels der tabak verarbeitenden industrie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum messen einer inneren physikalischen eigenschaft eines längsaxial geförderten stabförmigen artikels der tabak verarbeitenden industrie

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Publication number
EP2690977A1
EP2690977A1 EP12711770.3A EP12711770A EP2690977A1 EP 2690977 A1 EP2690977 A1 EP 2690977A1 EP 12711770 A EP12711770 A EP 12711770A EP 2690977 A1 EP2690977 A1 EP 2690977A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rod
shaped article
measuring
physical property
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12711770.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Junge
Robert KIRCHENSTEIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Hauni Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hauni Maschinenbau GmbH filed Critical Hauni Maschinenbau GmbH
Publication of EP2690977A1 publication Critical patent/EP2690977A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/04—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G01B11/043—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24C—MACHINES FOR MAKING CIGARS OR CIGARETTES
    • A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
    • A24C5/32—Separating, ordering, counting or examining cigarettes; Regulating the feeding of tobacco according to rod or cigarette condition
    • A24C5/34—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes
    • A24C5/3412—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes by means of light, radiation or electrostatic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/952—Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring at least one internal physical property of a rod-shaped article conveyed in the longitudinal axial direction of the tobacco-processing industry, in particular filter rod.
  • the invention further relates to a measuring apparatus for spatially resolved measurement of at least one internal physical property of a pneumatically conveyed in a conveying line in the longitudinal axial direction rod-shaped article of the tobacco-processing industry, in particular a filter rod.
  • At least one internal physical property such as the length of individual segments of the rod-shaped article, for example, of filter segments in a multi-segment filter rod, the position of discrete components of the rod-shaped article, for example, liquid-filled capsules in a filter rod, especially relative to a beginning or end of the filter rod to determine whether the rod-shaped article produced has the desired properties, ie in particular the measured properties are within a predeterminable tolerance range.
  • Inner physical property refers to properties of elements or materials that are present inside the rod-shaped article.
  • the rod-shaped article is usually wrapped with a wrapping material, such as a filter paper or cigarette paper.
  • the filter elements disposed within the filter paper and the wrapping material, respectively, have physical properties called internal physical properties. This may be the properties described above, but also the density of the material wrapped with the wrapper strip.
  • EP 1 397 961 B1 It is known from EP 1 397 961 B1 to measure a physical property of a rod-shaped article of the tobacco-processing industry conveyed in a delivery line, wherein the length and the diameter of the article are measured by means of an optical measuring device.
  • EP 1 557 100 B1 it is known to measure a longitudinally conveyed rod-shaped article of the tobacco processing industry in a transmitted light method, wherein the brightness of the light through the article is detected, wherein the light source is formed as a laser light source and wherein a small portion of a is detected by the laser light source generated in the article brightness range on the exit side of the article.
  • This object is achieved by a method for measuring at least one internal physical property of a rod-shaped article conveyed in the longitudinal axial direction of the tobacco processing industry, in particular filter rod, with the following method steps: pneumatic conveying of the rod-shaped article in a tubular delivery line,
  • the length and / or the position of possibly different segments in the rod-shaped article becomes an internal physical property in a filter rod or the arrangement and / or property of objects, eg. Liquid-filled capsules, in a rod-shaped article, for example, relative to an end or beginning of the rod-shaped article, wherein the rod-shaped article is enveloped by a wrapping material and the internal physical property is measured by the material disposed within the wrapping material.
  • the longitudinal extent of the rod-shaped article corresponds to the length of the rod-shaped article.
  • the term of the specific time also includes a very short period of time, which must be so short that at a certain speed of the rod-shaped article in the longitudinal axial direction, a corresponding desired spatial resolution in the longitudinal axial direction is given in the measurement.
  • a spatial resolution of 0.1 mm even at conveying speeds of 16 m / s for rod-shaped articles, in particular filter rods with a length of 160 mm.
  • the short time period or time thus corresponds to a short exposure time of about 5 x 10 -7 s to 5 x 10 -5 , preferably 1 x 10 -6 to 2 x 10 -5 , more preferably 5 x 10 -6 to 1 x 10 "5.
  • Exposure time is also to be understood as measuring over a specific time cycle or cycle of the above-mentioned periods with electromagnetic radiation in the infrared, ultraviolet or X-ray range and not only in the optical range.
  • the measurement of the at least one physical property comprises capturing and evaluating a captured image at the particular time.
  • an image is understood to mean the recording of an electromagnetic radiation which is present in particular in the infrared, optical, ultraviolet or X-ray region. Particularly preferred is the optical range.
  • the measurement preferably takes place in a transmitted-jet or reflection-beam method.
  • the passage beam method is by means of a bright light source or source of electromagnetic radiation in the longitudinal axial direction of the rod-shaped article, the rod-shaped article completely illuminated or irradiated received the passing through the rod-shaped article rays from a corresponding sensor and spatially resolved in the longitudinal axial direction, the different absorbed intensity of radiation associated with the different absorption of a corresponding portion of the rod-shaped article in its longitudinal axis.
  • a reflection beam method radiation irradiated on the rod-shaped article is reflected by this article into the sensor. This reflection may be present on the surface of the material of the rod-shaped article enveloped by the wrapping material. However, radiation entering the article, which is scattered by the material in the rod-shaped article, may also be picked up by the sensor.
  • a diaphragm can be provided between the rod-shaped article and the sensor, wherein the diaphragm shades radiation from a transverse-axial edge region of the article.
  • a wavelength range of the radiation which is outside of scattered light or ambient light.
  • polarized light radiation which is radiated onto the rod-shaped article, by means of a suitable polarization filter, which is arranged between the rod-shaped article and the sensor receiving the electromagnetic radiation. This measure is also used to avoid stray light as possible, so as to make the measurement more accurate.
  • the sensor itself may be, for example, a line scan camera, which is arranged in the longitudinal extent of the conveying direction of the rod-shaped article.
  • This may be, for example, a line scan camera AWAIBA type DR-2x4k-7.
  • AWAIBA Lda Madeira Tecnopolo
  • 9020-105 Funchal Madeira - Portugal:
  • electromagnetic radiation impinges on the rod-shaped article and the radiation passing through the rod-shaped article and / or reflected by the rod-shaped article is received in a sensor.
  • the sensor is preferably a camera line or a CCD array (Charged Coupled Device CCD). This sensor completely absorbs the radiation coming from the article in the longitudinal axial direction. In this case, the sensor itself may have a greater longitudinal axial extent than the rod-shaped article.
  • the sensor is a DR-2x4k-7 Dragster Line Scan Sensor.
  • This sensor has 4,096 pixels, has a scan rate of 80,000 images per second and can be operated in a dual-mode process with a scan rate of 160,000 images per second.
  • another Dragster Line Scan Sensor such as the DR-2x2k-7 with 2,048 pixels. In this case, the spatial resolution is half that of the previous sensor.
  • an angle ⁇ is provided between the radiation directed to the rod-shaped article and the radiation entering the sensor, this angle being in a range between 10 ° and 180 °, in particular preferably between 20 ° and 120 °, in particular preferably between 30 ° and 60 °. Particularly preferred is an angle of 45 °.
  • the radiation entering or meeting the rod-shaped article is arranged obliquely in relation to the radiation entering the sensor. This arrangement leads to a particularly accurate measurement of the internal physical property, since so a relatively large signal-to-noise ratio can be achieved.
  • the radiation impinging on the rod-shaped article is parallelized. This achieves a good image of the rod-shaped article on the sensor or the line scan camera.
  • the initialization signal is generated by a measurement in the measuring range of the measuring device or a measurement upstream of the measuring range of the measuring device.
  • the sensor arranged in the measuring device serves to generate the initialization signal. s istssignals.
  • the sensor which as mentioned is preferably a line scan camera, is constantly read out and determines when the rod-shaped article is completely arranged in the measuring range, so that the complete article in the longitudinal axial direction in the full longitudinal extent can be measured with one measuring operation.
  • the input side of the measuring range ie upstream
  • generate the first pixel or the first pixel of the line scan a signal that corresponds to the intensity of a signal that no rod-shaped article more that pixel or these pixels are concealed, generated by an evaluation and control device according to the initialization signal and immediately thereafter at least one physical property of the rod-shaped article is measured in full longitudinal extent.
  • a sensor may be provided upstream of the measurement area, i. another sensor, by means of which it is detected that a rod-shaped article leaves this further sensor at a certain time.
  • this further sensor to the measuring range of the measuring device and the speed of the rod-shaped article leaving the other sensor can then be generated with a calculated time delay initialization signal or the initialization signal is generated directly leaving the rod-shaped article from the other sensor and the Control device outputs a signal to the measuring device which, after a calculated time required for the rod-shaped article to move away from the further sensor in the measuring range of the measuring device, the physical property of the rod-shaped article can be measured over the entire longitudinal extent.
  • the rod-shaped article has at least one internal physical property that is outside a predefinable tolerance range, generates a reject signal and determines an exit velocity of the rod-shaped article when exiting the measuring range.
  • the exit velocity it is then possible to eject the faulty rod-shaped articles very specifically and very precisely in a reject device located downstream at a predeterminable distance.
  • a measuring apparatus for the spatially resolved measurement of at least one internal physical property of a pneumatically conveyed in a conveying line in the longitudinal axial direction rod-shaped article of the tobacco industry, especially a filter rod comprising a measuring device with a measuring range, in the conveying direction of the rod-shaped article has a longitudinal extent which is at least as long as the longitudinal extent of the rod-shaped article conveyed or conveyable through the measurement region in the longitudinal axial direction, wherein an electromagnetic radiation emitting device and a sensor receiving electromagnetic radiation are provided, which are each longitudinally extended in the conveying direction of the rod-shaped article, wherein the sensor in its longitudinal extent comprises a plurality of detectors arranged one behind the other, by means of which at least a complete picture of the rod-shaped article is constantly spatially resolved in the longitudinal extension of the article taken at a particular time or can be accommodated.
  • the plurality of detectors arranged one behind the other are, for example, the pixels of a line scan camera, such as, for example, the drag line scan sensors mentioned above or corresponding CCD lines or cells.
  • the Electromagnetic radiation is preferably in the infrared, optical, ultraviolet or X-ray region. Particularly preferred is the optical range. However, very good measurement results have also been achieved in the infrared and ultraviolet ranges. Thus, the ultraviolet range is particularly well suited for length measurements of segments in the article.
  • the senor serves to generate an initialization signal for capturing the image at the particular time.
  • a cost-effective measuring apparatus construction is possible.
  • the measurement range can be fully utilized for the determination of the physical property of the rod-shaped article.
  • the pulse generator preferably comprises a light barrier and in particular preferably a control device which processes the signals of the light barrier in order to generate an initialization signal.
  • the light barrier is preferably arranged upstream of the measuring range of the measuring device.
  • a device is preferably provided upstream of the measuring range of the measuring device, which imposes a constant conveying speed on the rod-shaped articles.
  • This device is designed so that each rod-shaped article passed through the device has the same conveying speed at the exit from this device.
  • This device is preferably a device which initially decelerates the incoming rod-shaped articles in order then to subsequently accelerate them to a, in particular predeterminable, speed.
  • the braking function is achieved, for example, by a brake roller pair and the acceleration function by an accelerator roller pair.
  • a diaphragm is provided in front of the sensor, which transmits only a part or a local section of the radiation from the rod-shaped article, in particular a transaxial edge region of the rod-shaped article is shaded, is a measurement with a very good signal-to-noise Ratio possible.
  • illumination with polarized light is provided and a polarization filter is provided between the rod-shaped article and the sensor. This also makes it possible to exclude stray light effects as possible.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a measuring apparatus according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of essential parts of a measuring device according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of various beam paths
  • Fig. 4 shows schematically a measurement result of a physical property according to a multi-segment filter.
  • Fig. 5a was measured
  • FIG. 5b shows a schematic representation of a further measurement result with reference to the multi-segment filter from FIG. 5a, only with a different measurement setup than in FIG. 4, FIG.
  • Fig. 6 is a schematic representation of a diaphragm in front of a
  • Fig. 1 shows schematically a structure of a measuring apparatus according to the invention 10.
  • the filter rod 13 'then passes in the conveying direction 12 to an acceleration roller pair comprising two accelerator rollers 30 to be accelerated to a uniform speed or to give the filter rod 13' a constant speed.
  • the conveying device 28 has the function possibly closely adjacent filter rods 13, 13 'from the pipe 1 1 to be provided with a distance to each other and deliver with the same speed as possible in the measuring device 14.
  • a channel not shown, provided for guiding the filter rods. Accordingly, a guide channel with at least one measuring opening or at least one measuring window is provided in the measuring device 14.
  • a measuring range 15 is provided, which has a longitudinal extent 16 which is greater than the longitudinal extension 17 of the filter rod 13.
  • a filter rod for example a multi-segment filter rod
  • the article to be measured be it a filter rod, a cigarette or a tobacco stick, is wrapped with a wrapping material such as paper.
  • the measuring device enables the measurement of internal physical properties, i. Properties of the material disposed within the wrapping material.
  • the measuring device 14 has a light source, which is designed as an LED line 19 in this case.
  • the light source or LED row 19 ensures a uniform and intense illumination of the filter rod 13 in the measuring range 15.
  • a camera line 20 is provided as a sensor, which also in this embodiment has a longitudinal extent which is greater than the longitudinal extension 17 of the filter rod 13.
  • a longitudinally extending camera line or CCD line and a shorter camera line or CCD line may be provided, if one of the light source or LED line exiting Light radiation 18 is bundled by a Kollimationslin- se 27 and a lens on the camera line 20, so that an image of the measuring range or the filter rod 13 on the camera line takes place.
  • the invention now provides for taking an image of the filter rod 13 at the time or at a time in which the filter rod 13 is arranged completely in the measuring region 15.
  • a spatially resolved measurement in the longitudinal axial direction of at least one internal physical property of the filter rod 13 is possible.
  • this can be used to measure the length of filter segments in a multisegment filter 13 or, for example, the position of objects arranged in a filter rod 13, which can be, for example, capsules filled with liquid.
  • This initialization signal can be generated by detecting the first pixel or a plurality of first pixels in the input region of the measuring region so that the filter rod is arranged completely in the measuring region, so that then an image or image of the article is obtained via an evaluation and control device (not shown) becomes.
  • an initialization signal can be generated by means of a light barrier 21, which has, for example, a light-emitting diode or a light bulb and a photoreceiver.
  • a light barrier 21 which has, for example, a light-emitting diode or a light bulb and a photoreceiver.
  • the time difference required is, so that the filter rod 13 enters the measuring range 15, are calculated by the control device 22 and by means of the control device 22 an initialization signal are generated which the Taking a picture by the camera line 20 causes. Electrical connections are shown in Fig. 1 by dotted lines, the better representability because of the circles arranged in the crosses should be connecting points.
  • FIG. 2 shows schematically essential parts of a measuring device according to the invention with an LED line 19, a camera line 20 and a collimating lens 27 between the measuring area 15 and the camera line 20.
  • the light beams 18 are bundled with the lens 27 on the camera line 20, so that a Illustration of a filter rod 13 in the measuring range 15 on the camera line 20 is done.
  • Fig. 3 shows possible variants of the arrangements of the radiation directed into or onto the filter rod to the exiting beam.
  • the arrows pointing to the filter rod 13 are light rays 18, which come in the direction of the filter rod 13 from a corresponding light source, such as an LED line 19, and light beam 18 'represents the light beam, starting from the filter rod 13 to a Sensor arrives.
  • an angle ⁇ of approximately 180 ° is provided between the incident light beam 18 and the emergent light beam 18 '.
  • An image or a measurement signal of a measured multi-segment filter whose filter segments 31, 32, 33 are arranged as shown in FIG. 5a and initially absorb less light from left to right, then absorb more light, again absorb less light, then absorb more light and finally absorb less light.
  • FIG. 5b accordingly shows the measured amplitude A over a path s in the longitudinal axial direction.
  • the signal shown in FIG. 5b thus represents a measurement of the absorption of the light radiation.
  • the filter segments 31 and 33 are made of the same material and absorb the light beams less than the filter segments 32.
  • the dashed lines that extend from Fig. 5a to Fig. 5b are intended to schematically represent the boundary between the respective filter segments and correspond approximately to half the height of the signal difference.
  • a measurement signal is to be expected, which is shown schematically in FIG. Again, the amplitude A of the measured signal over the path s is shown.
  • the measuring radiation used here is light at a wavelength that penetrates the filter material.
  • both a reflection of the radiation 18 on the surface of the multi-segment filter and the scattered radiation which passes from the interior of the filter 13 into the sensor are measured. This explains the different amplitudes of the measuring radiation at the locations of the filter segments 31 and 33. More stray radiation reaches the sensor in the region of the filter segment 33 than in the outer filter segments 31.
  • a diaphragm 24 is provided as shown in FIG. 6, which limits the measuring range in the transverse-axial direction of the filter.
  • the diaphragms are arranged parallel to the longitudinal axis 34.
  • the longitudinal axis 34 in Fig. 2 in the filter 13 is shown.
  • the active filter measuring area 26 is measured, so that scattered radiation from the edge areas is avoided.
  • measuring radiation in the optical wavelength range measuring radiation in the infrared range is conceivable or in the ultraviolet range.
  • a measuring radiation in the X-ray region is also possible.
  • the measuring radiation should be adapted to the materials of the rod-shaped article.
  • the invention provides an efficient method and an accurate measuring apparatus, by means of which very precise filter segment profiles and lengths can be measured in the case of longitudinally moving multi-segment filters.
  • filter segments which have carbon particles, such as activated carbon granules can be measured efficiently.
  • the filter rod or the rod-shaped article of the tobacco processing industry is recorded in the entire length of a line scan camera. Due to the different optical densities or the different scattering of the different materials of the filter rod, in particular a multi-segment filter, these can be distinguished well and precisely.
  • the measuring apparatus and the method can determine the optical profile of the multi-segment filter via an evaluation of the measurement signals or of the measured image and also conclude with a further evaluation on the lengths of the individual segments and additionally or additionally of the entire filter. It is thus given a very efficient and simple measuring method or a very efficient and simple measuring apparatus.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Messapparatur zur ortsaufgelösten Messung einer inneren physikalischen Eigenschaft eines in längsaxialer Richtung (12) in einer Richtung geförderten stabförmigen Artikels (13, 13') der Tabak verarbeitenden Industrie. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: pneumatisches Fördern des stabförmigen Artikels (13, 13') in einer rohrförmigen Förderleitung (11), Fördern des stabförmigen Artikels (13, 13') in einer längsaxialen Richtung durch einen Messbereich (15) einer Messvorrichtung (14), wobei der Messbereich (15) eine längsaxiale Erstreckung hat, die mindestens so groß ist wie die Längserstreckung (17) des stabförmigen Artikels (13, 13'), Erzeugen eines Initialisierungssignals, wobei in Abhängigkeit des Initialisierungssignals eine ortsaufgelöste Messung der wenigstens einen inneren physikalischen Eigenschaft des stabförmigen Artikels (13, 13') über eine längsaxiale Erstreckung (17) des gesamten stabförmigen Artikels (13, 13') zu einem bestimmten Zeitpunkt im Messbereich (15) durchgeführt wird. Die erfindungsgemäße Messapparatur umfasst eine Messvorrichtung (14) mit einem Messbereich (15), der in Förderrichtung (12) des stabförmigen Artikels (13, 13') eine Längserstreckung (16) hat, die mindestens so groß ist wie die Längserstreckung (17) des durch den Messbereich (15) in längsaxialer Richtung (12) geförderten oder förderbaren stabförmigen Artikel (13, 13'), wobei eine elektromagnetische Strahlung (18) aussendende Vorrichtung (19) und ein elektromagnetische Strahlung (18') empfangender Sensor (20) vorgesehen sind, die in Förderrichtung (12) des stabförmigen Artikels (13, 13') jeweils längserstreckt sind, wobei der Sensor (20) in dessen Längserstreckung eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Detektoren umfasst, mittels der ein Bild des stabförmigen Artikels (13, 13') wenigstens vollständig in Längserstreckung (17) des Artikels (13, 13') ortsaufgelöst zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommen ist oder aufnehmbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer inneren physikalischen Eigenschaft eines längsaxial geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines in längsaxialer Richtung geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere Filterstabs.
Die Erfindung betrifft ferner eine Messapparatur zur ortsaufgelösten Messung wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines pneumatisch in einer Förderleitung in längsaxialer Richtung geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere eines Filterstabs.
Bei der Herstellung von stabförmigen Artikeln der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere Filterstäben bzw. Filterzigaretten oder Tabakstöcken, ist es notwendig, deren Eigenschaften, insbe-
BESTÄTIGUNGSKOPIE sondere wenigstens eine innere physikalische Eigenschaft, wie beispielsweise die Länge einzelner Segmente des stabförmigen Artikels beispielsweise von Filtersegmenten in einem Multisegmentfil- terstab, die Position von einzelnen Bestandteilen des stabförmigen Artikels beispielsweise von mit Flüssigkeit gefüllten Kapseln in einem Filterstab, insbesondere relativ zu einem Anfang oder Ende des Filterstabs zu bestimmen, um festzustellen, ob der hergestellte stabförmige Artikel die gewünschten Eigenschaften aufweist, also insbesondere die gemessenen Eigenschaften in einem vorgebbaren Toleranzbereich liegen. Als innere physikalische Eigenschaft werden Eigenschaften von Elementen bzw. von Materialien bezeichnet, die im Inneren des stabförmigen Artikels vorliegen. Der stabförmige Artikel ist üblicherweise mit einem Umhüllungsmaterial umhüllt, wie beispielsweise mit einem Filterpapier oder Zigarettenpapier. Die innerhalb des Filterpapiers bzw. dem Umhüllungsmaterial angeordneten Filterelemente haben physikalische Eigenschaften, die als innere physikalische Eigenschaften bezeichnet werden. Hierbei kann es sich um die oben bezeichneten Eigenschaften handeln, allerdings auch um die Dichte des Materials, das mit dem Umhüllungsmaterialstreifen umhüllt ist.
Bei hergestellten stabförmigen Artikeln, die zur weiteren Verarbeitung in längsaxialer Richtung, d.h. in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse des stabförmigen Artikels ist, gefördert werden, um an einem dem Herstellungsort entfernten Ort weiterverarbeitet zu werden, ist es besonders schwierig, wenigstens eine innere physikalische Eigenschaft des stabförmigen Artikels ortsaufgelöst in längsaxialer Richtung bzw. in Längserstreckung des stabförmigen Artikels zu bestimmen, da der stabförmige Artikel sich quasi freifliegend durch einen Messbereich einer Messvorrichtung hindurch bewegt. Hierbei wirken sich Störungen der Bewegungsbahn sofort auf die Ortsempfindlichkeit der Messung aus. Um dieses Problem zu lösen, ist in einer am 30.03.201 1 auch von der Anmelderin beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereichten Patentanmeldung (Az.: 10 201 1 006 439.7) mit dem Titel„Ortsaufgelöste Messung wenigstens einer physikalischen Eigenschaft eines stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie" angegeben, dass für eine Messung der physikalischen Eigenschaft zunächst eine zeitaufgelöste Messung beim durch den Messbereich sich hindurchbewegenden stabförmigen Artikel durchgeführt wird und diese zeitaufgelöste Messung dann mit einem Geschwindigkeitsprofil des Artikels im Messbereich gefaltet wird, um eine ortsaufgelöste Messung zu erzielen. Alternativ ist in dieser Patentanmeldung auch angegeben, dass ein weiterer Sensor vorgesehen ist, der einen Takt für die zeitaufgelöste Messung generiert, so dass sich unmittelbar ein ortsaufgelöstes Messsignal mit ausreichender Genauigkeit ergibt.
Aus EP 1 397 961 B1 ist es bekannt, eine physikalische Eigenschaft eines in einer Förderleitung geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie zu messen, wobei die Länge und der Durchmesser des Artikels mittels einer optischen Messeinrichtung gemessen werden.
Aus EP 1 557 100 B1 ist es bekannt, einen längsaxial geförderten stabförmigen Artikel der Tabak verarbeitenden Industrie in einem Durchlichtverfahren zu messen, wobei die Helligkeit des durch den Artikel hindurchgeleuchteten Lichtes erfasst wird, wobei die Lichtquelle als Laserlichtquelle ausgebildet ist und wobei ein kleiner Bereich eines durch die Laserlichtquelle im Artikel erzeugten Helligkeitsbereichs auf der Austrittsseite des Artikels erfasst wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines in längsaxialer Richtung geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie anzugeben, die eine gute Ortsauflösung in Längserstreckung des Artikels bei möglichst einfachem Aufbau ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Messen wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines in längsaxialer Richtung geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere Filterstabs, mit den folgenden Verfahrensschritten: pneumatisches Fördern des stabförmigen Artikels in einer rohrförmigen Förderleitung,
Fördern des stabförmigen Artikels in einer längsaxialen Richtung durch einen Messbereich einer Messvorrichtung, wobei der Messbereich eine längsaxiale Erstre- ckung hat, die mindestens so groß ist wie die Längserstreckung des stabförmigen Artikels,
Erzeugen eines Initialisierungssignals, wobei in Abhängigkeit des Initialisierungssignals eine ortsaufgelöste Messung der wenigstens einen inneren physikalischen Eigenschaft des stabförmigen Artikels über eine längsaxiale Erstreckung des gesamten stabförmigen Artikels zu einem bestimmten Zeitpunkt im Messbereich durchgeführt wird.
Als innere physikalische Eigenschaft wird insbesondere die Länge und/oder die Position von möglicherweise unterschiedlichen Segmenten in dem stabförmigen Artikel, beispielsweise Filtersegmenten in einem Filterstab bzw. die Anordnung und/oder die Eigenschaft von Objekten, z. B. mit Flüssigkeit gefüllte Kapseln, in einem stabförmigen Artikel beispielsweise relativ zu einem Ende oder Anfang des stabförmigen Artikels verstanden, wobei der stabförmige Artikel von einem Umhüllungsmaterial umhüllt ist und die innere physikalische Eigenschaft von dem Material gemessen wird, das innerhalb des Umhüllungsmaterials angeordnet ist. Die Längserstreckung des stabförmigen Artikels entspricht der Länge des stabförmigen Artikels.
Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, dass ein besonders effizientes Messverfahren, das sehr schnell wenigstens eine innere physikalische Eigenschaft eines stabförmigen Artikels misst, dann ermöglicht ist, wenn die Messung über die gesamte längsaxiale Er- streckung des stabförmigen Artikels zu einem bestimmten Zeitpunkt durchgeführt wird. Hierbei beinhaltet der Begriff des bestimmten Zeitpunktes auch eine sehr kurze Zeitperiode, die so kurz sein muss, dass bei einer bestimmten Geschwindigkeit des stabförmigen Artikels in längsaxialer Richtung eine entsprechend gewünschte Ortsauflösung in längsaxialer Richtung bei der Messung gegeben ist. So ist es beispielsweise mit der Erfindung möglich, in längsaxialer Richtung eine Ortsauflösung von 0, 1 mm selbst bei Fördergeschwindigkeiten von 16 m/s bei stabförmigen Artikeln, insbesondere Filterstäben mit einer Länge von 160 mm zu erreichen. Die kurze Zeitperiode bzw. der Zeitpunkt entspricht somit einer kurzen Belichtungszeit von etwa 5 x 10~7 s bis 5 x 10"5, vorzugsweise 1 x 10"6 bis 2 x 10"5, weiter vorzugsweise 5 x 10"6 bis 1 x 10"5. Unter Belichtungszeit ist auch ein Messen über einen bestimmten Zeitzyklus bzw. Taktzyklus der oben angegebenen Zeiträume mit elektromagnetischer Strahlung im infraroten, ultravioletten oder Röntgenbe- reich zu verstehen und nicht nur im optischen Bereich. Vorzugsweise umfasst die Messung der wenigstens einen physikalischen Eigenschaft ein Aufnehmen und Auswerten eines aufgenommenen Bildes zu dem bestimmten Zeitpunkt. Unter einem Bild wird im Rahmen der Erfindung die Aufnahme einer elektromagnetischen Strahlung verstanden, die insbesondere im infraroten, optischen, ultravioletten oder Röntgen-Bereich vorliegt. Besonders bevorzugt ist der optische Bereich.
Vorzugsweise geschieht die Messung in einem Durchtrittstrahl- oder Reflexionsstrahlverfahren. Bei dem Durchtrittstrahlverfahren wird mittels einer möglichst hellen Lichtquelle bzw. Quelle elektromagnetischer Strahlung, die in längsaxialer Richtung des stabförmigen Artikels den stabförmigen Artikel vollständig beleuchtet bzw. bestrahlt, die durch den stabförmigen Artikel tretenden Strahlen von einem entsprechenden Sensor aufgenommen und in längsaxialer Richtung ortsaufgelöst die unterschiedlich aufgenommene Intensität der Strahlung der unterschiedlichen Absorption eines entsprechenden Abschnitts des stabförmigen Artikels in seiner Längsachse zugeordnet. Bei einem Reflexionsstrahlverfahren wird Strahlung, die auf den stabförmigen Artikel eingestrahlt wird, von diesem Artikel in den Sensor reflektiert. Diese Reflexion kann an der Oberfläche des von dem Umhüllungsmaterial umhüllten Materials des stabförmigen Artikels vorliegen. Es kann allerdings auch in den Artikel eintretende Strahlung, die durch das Material im stabförmigen Artikel gestreut wird, von dem Sensor aufgefangen werden.
Um das Messverfahren noch genauer zu gestalten, kann vorgesehen sein, nur einen Teil des stabförmigen Artikels in queraxialer Richtung zum stabförmigen Artikel zu vermessen. Hierzu kann beispielsweise eine Blende zwischen dem stabförmigen Artikel und dem Sensor vorgesehen sein, wobei die Blende Strahlung von einem queraxialen Randbereich des Artikels abschattet. Durch diese Abschattung werden Streulichteinflüsse minimiert. Alternativ kann auch ein Wellenlängenbereich der Strahlung verwendet werden, der außerhalb von Streulicht bzw. Umgebungslicht liegt. Alternativ oder ergänzend kann auch polarisierte Lichtstrahlung vorgesehen sein, die auf den stabförmigen Artikel gestrahlt wird, um mittels eines geeigneten Polarisationsfilters, der zwischen dem stabförmigen Artikel und dem die elektromagnetische Strahlung empfangenden Sensor angeordnet ist. Auch diese Maßnahme dient dazu, Streulicht möglichst zu vermeiden, um so die Messung genauer zu gestalten.
Der Sensor selbst kann beispielsweise eine Zeilenkamera sein, die in Längserstreckung der Förderrichtung der stabförmigen Artikel angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Zeilenkamera der Firma AWAIBA vom Typ DR-2x4k-7 handeln. Es handelt sich insofern um so genannte „Dragster Line Scan" Sensoren der Firma AWAIBA Lda., Madeira Tecnopolo; 9020-105 Funchal; Madeira - Portugal:
Vorzugsweise trifft zur Messung der inneren physikalischen Eigenschaft elektromagnetische Strahlung auf den stabförmigen Artikel und es wird die durch den stabförmigen Artikel tretende und/oder von dem stabförmigen Artikel reflektierte Strahlung in einem Sensor aufgenommen. Der Sensor ist vorzugsweise eine Kamerazeile bzw. ein CCD-Array (CCD von Charged Coupled Device). Dieser Sensor nimmt die von dem Artikel kommende Strahlung in längsaxialer Richtung vollständig auf. Hierbei kann der Sensor selbst eine größere längsaxiale Erstreckung aufweisen als der stabförmige Artikel.
Bevorzugt ist allerdings die Verwendung einer Optik, beispielsweise einer Kollimationslinse oder eines Objektivs, die zwischen dem im Messbereich während der Messung befindlichen stabförmigen Artikel und dem Sensor angeordnet ist, um entsprechend den Artikel auf dem Sensor abzubilden. Bei dem Sensor handelt es sich wie erwähnt um einen Dragster Line Scan Sensor des Typs DR-2x4k-7. Dieser Sensor weist 4.096 Pixel auf, hat eine Scanrate von 80.000 Bildern pro Sekunde und kann in einem Dual Mode Verfahren mit einer Scanrate von 160.000 Bildern pro Sekunde gefahren werden. Es kann auch ein anderer Dragster Line Scan Sensor verwendet werden, wie beispielsweise der DR-2x2k-7 mit 2.048 Pixel. In diesem Fall ist die Ortsauflösung halb so groß wie bei dem vorherigen Sensor.
Vorzugsweise ist ein Winkel α vorgesehen zwischen der Strahlung, die auf den stabförmigen Artikel gerichtet ist, und der in den Sensor eintretenden Strahlung, wobei dieser Winkel in einem Bereich zwischen 10° und 180°, insbesondere vorzugsweise zwischen 20° und 120°, insbesondere vorzugsweise zwischen 30° und 60°, liegt. Besonders bevorzugt ist ein Winkel von 45°. In diesem Fall ist die in den stabförmigen Artikel eintretende bzw. auf diesen treffende Strahlung schräg gegen die in den Sensor eintretende Strahlung angeordnet. Diese Anordnung führt zu einer besonders genauen Messung der inneren physikalischen Eigenschaft, da so ein relativ großes Signal- zu Rauschverhältnis erzielt werden kann.
Vorzugsweise ist die auf den stabförmigen Artikel treffende Strahlung parallelisiert. Hierdurch wird eine gute Abbildung des stabförmigen Artikels auf den Sensor bzw. die Zeilenkamera erzielt.
Vorzugsweise wird das Initialisierungssignal durch eine Messung im Messbereich der Messvorrichtung oder einer Messung stromaufwärts des Messbereichs der Messvorrichtung erzeugt. Für den Fall, dass die Messung im Messbereich der Messvorrichtung zur Erzeugung des Initialisierungssignals vorgesehen ist, dient der in der Messvorrichtung angeordnete Sensor zur Erzeugung des Initiali- sierungssignals. Hierzu wird der Sensor, der wie erwähnt vorzugsweise eine Zeilenkamera ist, ständig ausgelesen und ermittelt, wann der stabförmige Artikel vollständig im Messbereich angeordnet ist, so dass mit einem Messvorgang der vollständige Artikel in längsaxialer Richtung in der vollen Längserstreckung gemessen werden kann. Sobald dieses der Fall ist, beispielsweise dadurch, dass ein- gangsseitig des Messbereichs, d.h. stromaufwärts, das erste Pixel bzw. die ersten Pixel der Zeilenkamera ein Signal generieren, das von der Intensität einem Signal entspricht, das kein stabförmiger Artikel mehr diesen Pixel bzw. diese Pixel verdeckt, über eine Auswerte- und Steuervorrichtung entsprechend das Initialisierungssignal erzeugt wird und unmittelbar darauf wenigstens eine physikalische Eigenschaft des stabförmigen Artikels in vollständiger Längserstreckung gemessen wird.
Alternativ hierzu kann ein Sensor stromaufwärts des Messbereichs vorgesehen sein, d.h. ein weiterer Sensor, mittels dem erkannt wird, dass ein stabförmiger Artikel diesen weiteren Sensor zu einem bestimmten Zeitpunkt verlässt. In Abhängigkeit des Abstandes dieses weiteren Sensors zum Messbereich der Messvorrichtung und der Geschwindigkeit des stabförmigen Artikels beim Verlassen des weiteren Sensors kann dann mit einer berechneten Zeitverzögerung das Initialisierungssignal erzeugt werden bzw. wird das Initialisierungssignal direkt mit Verlassen des stabförmigen Artikels aus dem weiteren Sensor erzeugt und die Steuervorrichtung gibt ein Signal an die Messvorrichtung ab, das nach einer berechneten Zeit, die der stabförmige Artikel für den Weg von dem weiteren Sensor in dem Messbereich der Messvorrichtung benötigt, die Messung der physikalischen Eigenschaft des stabförmigen Artikels über die gesamte Längserstreckung erfolgen kann.
Vorzugsweise wird für den Fall, dass der stabförmige Artikel we- nigstens eine innere physikalische Eigenschaft aufweist, die außerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs liegt, ein Ausschusssignal erzeugt und eine Austrittsgeschwindigkeit des stabförmigen Artikels beim Austritt aus dem Messbereich ermittelt. Mittels der Austrittsgeschwindigkeit ist es dann möglich, sehr gezielt und sehr präzise in einer sich stromabwärts in einem vorgebbaren Abstand befindlichen Ausschussvorrichtung die fehlerhaften stabförmigen Artikel auszuwerfen.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Messapparatur zur ortsaufgelösten Messung wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines pneumatisch in einer Förderleitung in längsaxialer Richtung geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere eines Filterstabs, gelöst, umfassend eine Messvorrichtung mit einem Messbereich, der in Förderrichtung des stabförmigen Artikels eine Längserstreckung hat, die mindestens so groß ist wie die Längserstreckung des durch den Messbereich in längsaxialer Richtung geförderten oder förderbaren stabförmigen Artikels, wobei eine elektromagnetische Strahlung aussendende Vorrichtung und eine elektromagnetische Strahlung empfangender Sensor vorgesehen sind, die in Förderrichtung des stabförmigen Artikels jeweils längserstreckt sind, wobei der Sensor in dessen Längserstreckung eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Detektoren umfasst, mittels der ein Bild des stabförmigen Artikels wenigstens vollständig in Längserstreckung des Artikels ortsaufgelöst zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommen ist oder aufnehmbar ist.
Die Mehrzahl von hintereinander angeordneten Detektoren sind erfindungsgemäß beispielsweise die Pixel einer Zeilenkamera wie beispielsweise die Dragster Line Scan Sensoren, die vorstehend genannt sind bzw. entsprechende CCD-Zeilen oder -Zellen. Die elektromagnetische Strahlung ist vorzugsweise im infraroten, optischen, ultravioletten oder Röntgenstrahlen-Bereich. Besonders bevorzugt ist der optische Bereich. Sehr gute Messergebnisse sind allerdings auch im infraroten und ultravioletten Bereich erzielt worden. So eignet sich der ultraviolette Bereich besonders gut für Längenmessungen von Segmenten im Artikel.
Vorzugsweise dient der Sensor dazu, ein Initialisierungssignal für die Aufnahme des Bildes zu dem bestimmten Zeitpunkt zu erzeugen. In diesem Fall ist ein kostengünstiger Messapparateaufbau möglich. Wenn zusätzlich ein Impulsgeber vorgesehen ist, der ein Initialisierungssignal für die Aufnahme des Bildes zu dem bestimmten Zeitpunkt erzeugt, kann der Messbereich vollständig für die Ermittlung der physikalischen Eigenschaft des stabförmigen Artikels genutzt werden.
Vorzugsweise umfasst der Impulsgeber eine Lichtschranke und insbesondere vorzugsweise eine Steuervorrichtung, die die Signale der Lichtschranke verarbeitet, um ein Initialisierungssignal zu erzeugen. Die Lichtschranke ist vorzugsweise stromaufwärts des Messbereichs der Messvorrichtung angeordnet.
Ferner ist vorzugsweise stromaufwärts des Messbereiches der Messvorrichtung eine Vorrichtung vorgesehen, die den stabförmigen Artikeln eine konstante Fördergeschwindigkeit aufzwingt. Diese Vorrichtung ist so ausgestaltet, dass jeder durch die Vorrichtung gelangte stabförmige Artikel die gleiche Fördergeschwindigkeit bei Ausgang aus dieser Vorrichtung aufweist. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Vorrichtung, die zunächst die eingehenden stabförmigen Artikel abbremst, um diese dann anschließend auf eine, insbesondere vorgebbare, Geschwindigkeit zu beschleunigen. Hierdurch werden die pneumatisch in einer Rohrlei- tung geförderten stabförmigen Artikel mit einem definierten Abstand zueinander versehen und mit einer definierten Fördergeschwindigkeit. Die Abbremsfunktion wird beispielsweise durch ein Bremsrollenpaar erzielt und die Beschleunigungsfunktion durch ein Beschleunigerrollenpaar.
Wenn vorzugsweise vor dem Sensor eine Blende vorgesehen ist, die nur einen Teil bzw. einen örtlichen Ausschnitt der Strahlung von dem stabförmigen Artikel durchlässt, wobei insbesondere ein queraxialer Randbereich des stabförmigen Artikels abgeschattet wird, ist eine Messung mit einem sehr guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis möglich. Vorzugsweise ist ergänzend oder alternativ zu der Blende eine Beleuchtung mit polarisiertem Licht vorgesehen und ein Polarisationsfilter zwischen dem stabförmigen Artikel und dem Sensor. Auch hierdurch ist es möglich, Streulichteinflüsse möglichst auszuschließen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Messapparatur,
Fig. 2 eine schematische Darstellung wesentlicher Teile einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung verschiedener Strahlengänge, Fig. 4 schematisch ein Messergebnis einer physikalischen Eigenschaft, die an einem Multisegmentfilter gem. Fig. 5a gemessen wurde,
Fig. 5a schematisch einen Multisegmentfilter,
Fig. 5b eine schematische Darstellung eines weiteren Messergebnisses anhand des Multisegmentfilters aus Fig. 5a, nur mit einem anderen Messaufbau als in Fig. 4,
Fig. 6 schematische Darstellung einer Blende vor einem
Filterstab.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Messapparatur 10. Es werden Filterstäbe 13, 13' in längsaxialer Förderrichtung 12, d.h. in einer Richtung die parallel zur Längsachse der Filterstäbe 13, 13' angeordnet ist, in einer Förderleitung 1 1 pneumatisch zu einer Fördervorrichtung 28 gefördert und dort zunächst durch ein Bremsrollenpaar, umfassend zwei Bremsrollen 29 abgebremst. Der Filterstab 13' gelangt dann in Förderrichtung 12 zu einem Beschleunigungsrollenpaar umfassend zwei Beschleunigerrollen 30 um auf eine gleichmäßige Geschwindigkeit beschleunigt zu werden bzw. dem Filterstab 13' eine konstante Geschwindigkeit zu geben. Die Fördervorrichtung 28 hat die Funktion möglicherweise eng aneinander liegende Filterstäbe 13, 13' aus der Rohrleitung 1 1 mit einem Abstand zueinander zu versehen und mit einer möglichst gleichen Geschwindigkeit in die Messvorrichtung 14 abzugeben. In der Fördervorrichtung 28 ist ein nicht dargestellter Kanal zum Führen der Filterstäbe vorgesehen. Entsprechend ist ein Führungskanal mit wenigstens einer Messöffnung bzw. wenigstens einem Messfenster in der Messvorrichtung 14 vorgesehen.
In der Messvorrichtung 14 ist ein Messbereich 15 vorgesehen, der eine Längserstreckung 16 aufweist, die größer ist als die Längserstreckung 17 des Filterstabs 13. Im Rahmen der Figurenbeschreibung wird als Beispiel für einen stabförmigen Artikel ein Filterstab, beispielsweise ein Multisegmentfilterstab, verwendet, wobei die Erfindung nicht auf das Messen von physikalischen Eigenschaften von Filterstäben beschränkt ist, sondern insbesondere auch für Zigaretten oder Tabakstöcke angewendet werden kann. Der zu messende Artikel, sei es ein Filterstab, eine Zigarette oder ein Tabakstock, ist mit einem Umhüllungsmaterial wie beispielsweise Papier umhüllt. Die Messvorrichtung ermöglicht die Messung von inneren physikalischen Eigenschaften, d.h. Eigenschaften des Materials, das innerhalb des Umhüllungsmaterials angeordnet ist.
Die Messvorrichtung 14 weist eine Lichtquelle auf, die als LED-Zeile 19 in diesem Fall ausgebildet ist. Die Lichtquelle bzw. LED-Zeile 19 sorgt für eine gleichmäßige und intensive Beleuchtung des Filterstabs 13 im Messbereich 15. In Fig. 1 gegenüberliegend, d.h. auf der anderen Seite des Filterstabs 13, ist eine Kamerazeile 20 als Sensor vorgesehen, die auch in diesem Ausführungsbeispiel eine Längserstreckung aufweist, die größer ist als die Längserstreckung 17 des Filterstabs 13. Anstelle einer derart längserstreckten Kamerazeile bzw. CCD-Zeile kann auch eine kürzere Kamerazeile bzw. CCD-Zeile vorgesehen sein, wenn eine die aus der Lichtquelle bzw. LED-Zeile austretende Lichtstrahlung 18 durch eine Kollimationslin- se 27 bzw. ein Objektiv auf die Kamerazeile 20 gebündelt wird, so dass eine Abbildung des Messbereichs bzw. des Filterstabs 13 auf die Kamerazeile erfolgt.
Die Erfindung sieht nun vor, ein Bild des Filterstabs 13 zu dem Zeitpunkt oder zu einem Zeitpunkt vorzunehmen, in dem der Filterstab 13 vollständig im Messbereich 15 angeordnet ist. Hierdurch ist durch eine Aufnahme zu einem vorgebbaren Zeitpunkt eine in längsaxialer Richtung ortsaufgelöste Messung wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft des Filterstabs 13 möglich. Beispielsweise kann hierdurch sehr einfach die Länge von Filtersegmenten in einem Multisegmentfilter 13 oder beispielsweise die Lage von in einem Filterstab 13 angeordneten Objekten, die beispielsweise mit Flüssigkeit gefüllte Kapseln sein können, gemessen werden.
Der Zeitpunkt, zu dem die Messung stattfindet, wird über ein Initialisierungssignal für die Messung vorgegeben. Dieses Initialisierungssignal kann dadurch erzeugt werden, dass im Eingangsbereich des Messbereichs das erste Pixel oder mehrere erste Pixel detektieren, dass der Filterstab vollständig im Messbereich angeordnet ist, so dass dann über eine nicht dargestellte Auswerte- und Steuervorrichtung eine Aufnahme bzw. ein Bild des Artikels erzielt wird.
Alternativ hierzu kann mittels einer Lichtschranke 21 , die beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Glühlampe und einen Photoempfänger aufweist, ein Initialisierungssignal erzeugt werden. Hierbei kann mit der vorgebbaren bzw. bekannten Geschwindigkeit, mit der der jeweilige Filterstab 13 die Beschleunigerrollen 30 verlässt und den Zeitpunkt des Austritts des Filterstabs 13 aus dem Wirkbereich der Lichtschranke 21 und einem bekannten Abstand von der Lichtschranke 21 zum Messbereich 15 die Zeitdifferenz, die benötigt wird, damit der Filterstab 13 in den Messbereich 15 gelangt, durch die Steuervorrichtung 22 berechnet werden und mittels der Steuervorrichtung 22 ein Initialisierungssignal erzeugt werden, das die Aufnahme eines Bildes durch die Kamerazeile 20 veranlasst. Elektrische Verbindungen sind in Fig. 1 durch gepunktete Linien dargestellt, wobei der besseren Darstellbarkeit wegen die in den Kreisen angeordneten Kreuze Verbindungspunkte sein sollen.
Fig. 2 zeigt schematisch wesentliche Teile einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einer LED-Zeile 19, einer Kamerazeile 20 und einer Kollimationslinse 27 zwischen dem Messbereich 15 und der Kamerazeile 20. Die Lichtstrahlen 18 werden mit der Linse 27 auf die Kamerazeile 20 gebündelt, so dass eine Abbildung eines Filterstabs 13 im Messbereich 15 auf die Kamerazeile 20 erfolgt.
Fig. 3 zeigt mögliche Varianten der Anordnungen der in bzw. auf den Filterstab gerichteten Strahlung zu dem austretenden Strahl. Die Pfeile, die zu dem Filterstab 13 zeigen, sind Lichtstrahlen 18, die in Richtung des Filterstabs 13 von einer entsprechenden Lichtquelle, beispielsweise einer LED-Zeile 19, gelangen und Lichtstrahl 18' stellt den Lichtstrahl dar, der ausgehend von dem Filterstab 13 zu einem Sensor gelangt.
Bei einem Durchstrahlverfahren ist ein Winkel α von ungefähr 180° zwischen dem einfallenden Lichtstrahl 18 und dem ausfallenden Lichtstrahl 18' vorgesehen. Eine Abbildung bzw. ein Messsignal eines gemessenen Multisegmentfilters, dessen Filtersegmente 31 , 32, 33 wie in Fig. 5a angeordnet sind und von links nach rechts zunächst weniger Licht absorbieren, dann mehr Licht absorbieren, wieder weniger Licht absorbieren, dann mehr Licht absorbieren und schließlich weniger Licht absorbieren. Dieses ist in Fig. 5b dargestellt. Fig. 5b zeigt entsprechend die gemessene Amplitude A über einen Weg s in längsaxialer Richtung. Das in Fig. 5b dargestellte Signal stellt somit eine Messung der Absorption der Lichtstrahlung dar. Die Filtersegmente 31 und 33 sind aus dem gleichen Material und absorbieren die Lichtstrahlen weniger als die Filtersegmente 32. Die gestrichelten Linien, die von Fig. 5a zu Fig. 5b reichen, sollen schematisch die Grenze zwischen den jeweiligen Filtersegmenten darstellen und entsprechen etwa der halben Höhe der Signaldifferenz.
Bei einem anderen Winkel α gemäß Fig. 3 würde sich ein anderes Messsignal ergeben. So ist beispielsweise bei einem Winkel α von 45° ein Messsignal zu erwarten, das in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Auch hier ist die Amplitude A des gemessenen Signals über den Weg s dargestellt. Hierbei handelt es sich auch um ein Messsignal, das bei einem Multisegmentfilter gemäß Fig. 5a gemessen wurde. Die Messstrahlung, die hier verwendet wurde, ist Licht in einer Wellenlänge, die in das Filtermaterial eindringt. Es wird somit sowohl eine Reflexion der Strahlung 18 an der Oberfläche des Multisegmentfilters als auch die gestreute Strahlung, die aus dem Inneren des Filters 13 in den Sensor gelangt, gemessen. Hierdurch erklären sich die unterschiedlichen Amplituden der Messstrahlung an den Stellen der Filtersegmente 31 und 33. Es gelangt mehr Streustrahlung im Bereich des Filtersegments 33 in den Sensor als bei den außen liegenden Filtersegmenten 31.
Um das Messsignal zu verbessern, wird gemäß Fig. 6 eine Blende 24 vorgesehen, die den Messbereich in queraxialer Richtung des Filters beschränkt. Die Blenden sind parallel zur Längsachse 34 angeordnet. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist die Längsachse 34 in Fig. 2 im Filter 13 dargestellt. Hierdurch werden queraxiale Randbereiche des Filterstabs 13, die mit den Bezugsziffern 25 und 25' versehen sind, ausgeblendet. Es wird somit nur der aktive Filtermessbereich 26 gemessen, so dass Streustrahlung von den Randbereichen vermieden wird. Anstelle der Messstrahlung im optischen Wellenlängenbereich ist auch eine Messstrahlung im infraro- ten Bereich denkbar oder im ultravioletten Bereich. Auch eine Messstrahlung im Röntgenbereich ist möglich. Die Messstrahlung sollte an die Materialien des stabförmigen Artikels angepasst werden.
Durch die Erfindung sind ein effizientes Verfahren und eine genaue Messapparatur angegeben, mittels der sehr genaue Filtersegmentprofile und -längen bei sich in Längsrichtung bewegenden Multiseg- mentfiltern gemessen werden können. Insbesondere können auch Filtersegmente die Kohlepartikel, wie beispielsweise Aktivkohlegranulat, aufweisen, effizient vermessen werden. Außerdem kann auch sehr effizient festgestellt werden, ob Filtersegmente fehlen. Der Filterstab bzw. der stabförmige Artikel der Tabak verarbeitenden Industrie wird in der gesamten Länge von einer Zeilenkamera aufgenommen. Aufgrund der unterschiedlichen optischen Dichten bzw. der unterschiedlichen Streuung der verschiedenen Materialien des Filterstabs, insbesondere eines Multisegmentfilters, können diese gut und präzise unterschieden werden. Die Messapparatur und das Verfahren können über eine Auswertung der Messsignale bzw. des gemessenen Bildes das optische Profil des Multisegmentfilters bestimmen und auch mit einer weiteren Auswertung auf die Längen der einzelnen Segmente und nebenbei bzw. zusätzlich des gesamten Filters schließen. Es ist somit ein sehr effizientes und einfaches Messverfahren bzw. eine sehr effiziente und einfache Messapparatur gegeben.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Bezugszeichenliste
10 Messapparatur
1 1 Förderleitung
12 Förderrichtung
13, 13' Filterstab
14 Messvorrichtung
15 Messbereich
16 Längserstreckung des Messbereichs
17 Längserstreckung des Filters
18 Lichtstrahl
18' Lichtstrahl
19 LED-Zeile
20 Kamerazeile
21 Lichtschranke
22 Steuervorrichtung
23 Abbrems- und Beschleunigungsvorrichtung
24 Blende
25, 25' queraxialer Randbereich
26 aktiver Filtermessbereich
27 Kollimationslinse
28 Fördervorrichtung
29 Bremsrolle
30 Beschleunigerrolle
31 Filtersegment
32 Filtersegment
33 Filtersegment
34 Längsachse α Winkel

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer inneren physikalischen Eigenschaft eines längsaxial geförderten stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie
Patentansprüche
1 . Verfahren zum Messen wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines in längsaxialer Richtung (12) geförderten stabförmigen Artikels (13, 13') der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere Filterstabs, mit den folgenden Verfahrensschritten: pneumatisches Fördern des stabförmigen Artikels (13, 13') in einer rohrförmigen Förderleitung (1 1 ),
Fördern des stabförmigen Artikels (13, 13') in einer längsaxialen Richtung durch einen Messbereich (15) einer Messvorrichtung (14), wobei der Messbereich (15) eine längsaxiale Erstreckung hat, die mindestens so groß ist wie die Längserstreckung (17) des stabförmi- gen Artikels ( 3, 13'),
Erzeugen eines Initialisierungssignals, wobei in Abhängigkeit des Initialisierungssignals eine ortsaufgelöste Messung der wenigstens einen inneren physikalischen Eigenschaft des stabförmigen Artikels (13, 3') über eine längsaxiale Erstreckung (17) des gesamten stabförmigen Artikels (13, 13') zu einem bestimmten Zeitpunkt im Messbereich (15) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der wenigstens einen inneren physikalischen Eigenschaft ein Aufnehmen und Auswerten eines aufgenommenen Bildes zu dem bestimmten Zeitpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in einem Durchtrittstrahl- oder Reflexionsstrahlverfahren geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der inneren physikalischen Eigenschaft elektromagnetische Strahlung (18) auf den stabförmigen Artikel (13, 13') trifft und die durch den stabförmigen Artikel (13, 13') tretende und/oder von dem stabförmigen Artikel (13, 13') reflektierte Strahlung (18') in einem Sensor (20) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der Strahlung (18), die auf den stabförmigen Artikel (13, 13') gerichtet ist, und der in den Sensor (20) eintretenden Strahlung (18') zwischen 10° und 180°, insbesondere zwischen 20° und 120°, insbesondere zwischen 30° und 60°, liegt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den stabförmigen Artikel (13, 13') treffende Strahlung (18) parallelisiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Initialisierungssignal durch eine Messung im Messbereich (15) der Messvorrichtung (14) oder einer Messung stromaufwärts des Messbereichs (15) der Messvorrichtung (14) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der stabförmige Artikel (13, 13') wenigstens eine innere physikalische Eigenschaft aufweist, die außerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs liegt, ein Ausschusssignal erzeugt wird und eine Austrittsgeschwindigkeit des stabförmigen Artikels (13, 13') beim Austritt aus dem Messbereich (15) ermittelt wird.
Messapparatur (10) zur ortsaufgelösten Messung wenigstens einer inneren physikalischen Eigenschaft eines pneumatisch in einer Förderleitung (1 1 ) in längsaxialer Richtung geförderten stabförmigen Artikels (13, 13') der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere eines Filterstabs, umfassend eine Messvorrichtung (14) mit einem Messbereich (15), der in Förderrichtung (12) des stabförmigen Artikels (13, 13') eine Längserstreckung (16) hat, die mindestens so groß ist wie die Längserstreckung (17) des durch den Messbereich (15) in längsaxialer Richtung (12) geförderten oder förderbaren stabförmigen Artikel (13, 13'), wobei eine elektromagnetische Strahlung (18) aussendende Vorrichtung (19) und ein elekt- romagnetische Strahlung (18') empfangender Sensor (20) vorgesehen sind, die in Förderrichtung (12) des stabförmigen Artikels (13, 13') jeweils längserstreckt sind, wobei der Sensor (20) in dessen Längserstreckung eine Mehrzahl von hin- tereinander angeordneten Detektoren umfasst, mittels der ein
Bild des stabförmigen Artikels (13, 13') wenigstens vollständig in Längserstreckung (17) des Artikels (13, 13') ortsaufgelöst zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommen ist oder aufnehmbar ist.
10. Messapparatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (20) dazu dient, ein Initialisierungssignal für die Aufnahme des Bildes zu dem bestimmten Zeitpunkt zu erzeugen.
1 1. Messapparatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgeber (21 , 22) vorgesehen ist, der ein Initialisierungssignal für die Aufnahme des Bildes zu dem bestimmten Zeitpunkt erzeugt.
12. Messapparatur nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (21 , 22) eine Lichtschranke (21 ) umfasst. 13. Messapparatur nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Messbereiches (15) der Messvorrichtung (14) eine Vorrichtung (23) vorgesehen ist, die den stabförmigen Artikeln (13, 13') eine konstante Fördergeschwindigkeit aufzwingt.
14. Messapparatur nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Sensor (20) eine Blende (24) vorgesehen ist, die nur einen örtlichen Ausschnitt der Strahlung (18) von dem stabförmigen Artikel (13, 13') durchlässt, wobei insbesondere ein queraxialer Randbereich (25, 25') des stabförmigen Artikels (13, 13') abgeschattet wird.
EP12711770.3A 2011-03-30 2012-03-19 Verfahren und vorrichtung zum messen einer inneren physikalischen eigenschaft eines längsaxial geförderten stabförmigen artikels der tabak verarbeitenden industrie Withdrawn EP2690977A1 (de)

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