CN1572159A - 一种测量特别是烟草加工业的条状物直径的装置 - Google Patents

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Abstract

一种测量特别是烟草加工业至少一个条状物(28)直径的装置，其包括一光学测量装置(50)，该光学测量装置具有一照射该条状物(28)的照射装置(51)和一检测装置(52)，该检测装置(52)优选短时间检测由该条状物(28)形成的阴影尺寸(Dist)并产生给出该条状物(28)的直径(Dist)的信号，其中该条状物(28)可在该照射装置(51)和该检测装置(52)之间传播的光路(56)中定位或穿过该光路(56)，所述装置的特征在于，该照射装置(51)具有至少一组发光体(51a)，优选为发光二极管，该检测装置(52)具有至少一组光敏传感件，优选为电荷耦合组件的元件，它们基本与该发光体(51a)相对设置。

Description

一种测量特别是烟草加工业的条状物直径的装置
技术领域
本发明涉及一种测量特别是烟草加工业至少一个条状物直径的装置，其包括至少一光学测量装置，该光学测量装置具有一照射该条状物的照射装置和一检测装置，该检测装置优选短时间检测由该条状物形成的阴影尺寸并产生给出该条状物直径的信号，其中该条状物可在该照射装置和该检测装置之间传播的光路中定位或穿过该光路。
背景技术
“烟草加工业中的条状物”是指带或不带过滤嘴的香烟、过滤嘴棒、小雪茄、雪茄和其它杆状烟制品，即与条状物所处的加工步骤无关。此外，其“条状物”也指一种无尾条(Endlosstrang)，它在确定的加工步骤中作为整个条状物或例如用于加工上述烟制品的已分离的条段(Strangstück)。
特别是在加工香烟和过滤嘴时，其直径是加工时监控的基本质量特征。对此，通常将该条状物在纵向即其纵轴方向连续或不连续地输送过一测量装置。
准确测量直径的困难在于，该条状物通常是“不圆”的，即与其纵轴垂直的横截面与圆形或多或少地有些偏差。
EP 0 909 537A1公开了一种测量装置，其中的照射装置产生一宽的平行光束，它经一镜子转向90度反射到一检测装置上。该条状物与镜子平行并垂直于光路延伸且这样定位，即使得光束的一部分直接从照射装置照射到该条状物上，而光束的另一部分在镜子上反射后照射到该条状物上，这样照射到检测装置上的光束产生两个并排的阴影区域，它们显示了在两个彼此垂直的横截面轴上的直径。虽然在受到工序的限制会产生不需要或不希望的绕纵轴旋转的时候，这种公知的测量装置也适合于测量那些条状物，并由此尤其适合于测量无尾条。然而，在多数情况下只在两个横截面轴上测量直径是不够准确的。
另外，DE 195 23 273 A1描述了一种测量烟草加工业条状物特别是香烟的直径的方法和装置，其中该条状物在输送时通过一静止的测量装置而被旋转，当光束旋转中止时，相应检测由条状物产生的至少一个光束阴影的尺寸并转换成电测量信号且由多个这样的测量信号形成条状物直径的信号。通过这样的公知方案可提高其测量精度，但这种公知的方案特别不适合于测量无尾条的直径，因为无尾条不能绕其纵轴旋转。
发明内容
本发明的目的在于提供一种上述类型的装置和方法，以高的测量精度测量条状物的直径，该条状物不必绕其纵轴旋转，且由此特别适合于测量无尾条的直径。
本发明的目的是这样实现的，即其照射装置具有至少一组发光体，优选为发光二极管，其检测装置具有至少一组光敏传感件，优选为电荷耦合组件的元件(Charged-Coupled-Device-Elementen)，它们基本与该发光体相对设置。
本发明的优点尤其在于，特别是在条状物不圆时，通过使用多个成组设置的发光体和多个成组设置的传感件可以准确地检测条状物的直径，以致本发明的测量也适合于测量受到工艺限制而产生不需要或不希望的绕纵向轴旋转的条状物，并且特别适合于测量无尾条。最后使得在测量时该条状物可保持不运动。另外还可以想到的刚好适用于操作工艺的优点是，条状物连续或不连续地在纵轴方向运动穿过该测量装置，其中在加工工序中的条状物产品可以是无尾条，它可以作为整个或已分离的条段在纵轴方向穿过该测量装置。
适合的是，该组发光体和/或该组传感件是弯曲的且至少局部以一定距离围住该条状物。在另一技术方案的进一步结构中，该组发光体和/或该组传感件形成一至少局部呈圆形的弧，该条状物基本定位在该弧的圆心点(Mittelpunkt)，优选该组发光体和/或该组传感件分别形成一封闭的圆。由此，该组发光体和/或该组传感件形成一局部环形或完整环形的阵列。这种设置的优点是，一方面发光体之间的距离及另一方面在条状物对面相应设置的传感件之间的距离基本相等，由此，有利于测量和运算。
为了达到尽可能高的测量精度，传感件的数量相对较多，同时它们的各有效宽度及由此的分度(Teilung)相对较小。对此，尤其可以想到的是，传感件的有效宽度小于发光体的有效宽度。
本发明的另一技术方案具有一控制照射装置的控制装置和一对检测装置的信号进行运算的运算装置(Auswerteeinrichtung)，其特征在于：该控制装置分别激活发光体的相关部分，该运算装置借助由条状物遮蔽的传感件的信号确定条状物的实际直径。这种技术方案特别适合于由其阴影确定直径。
在进一步的技术方案中，被激活的发光体的相关部分的长度基本等于条状物的额定直径，以致该运算装置借助由条状物遮蔽的传感件的信号并在考虑额定直径的情况下来确定条状物的实际直径。
为了获得特别准确的测量结果，该运算装置借助只是由条状物的中心阴影遮盖的传感件的信号来确定条状物的实际直径。这样特别简化了中心阴影的几何运算。
在上述技术方案的进一步构造中，该控制装置这样控制发光体，即分别激活发光体的相关部分，其相关部分的移动光沿该组发光体移动，以改变光路相对于条状物的角定向。这种实施方式特别适合于静止设置的发光体，另外，这是一种通常的情况。对此，光路相对于条状物的角定向的改变这样实现，即该控制装置短时间激活一个接一个相关的发光体组，各随后被激活的组与在前已被激活的组以至少一个发光体间隔而被错开，以这样的方式产生该移动光。
适合的是，该运算装置借助由条状物遮蔽的传感件的信号确定条状物的不圆度。
在该技术方案中，可以在条状物的一相同位置近似无限次地测量其直径，以确定条状物的横截面形状、“不圆度”以及最小和最大直径。最后重要的是要确定其直径是否处于允许的范围内。另外，本发明特别适合于测量横截面为椭圆的香烟和过滤嘴棒，以这种方式确定彼此相配的过滤嘴棒和香烟条。
可替换或附加的是，该运算装置包括一平均值计算器，它计算出多个直径测量值的平均值，其各测量值表示在光路不同角定向时的条状物的直径。由此，可以经多个测量信号确定条状物的平均直径。在光路的定向被改变的区域内，测量次数越多，可以得到越准确的平均测量值。
如果要同时测量至少两个条状物的直径，可设置至少两个优选基本并排设置的光学测量装置，其各测量装置用于测量条状物的直径。这样的实施方案特别适合用于双条机(Zweistrangmaschine)中。
为了不会由于不希望的相邻发光体的散射光使得传感件的测量结果产生误差，可通过一遮光板使得发光体与相邻的传感件遮光，优选的是该遮光板为设置在该组发光体和该组传感件之间的具有一开口的孔遮光板，该条状物可定位在该开口中。
最后适合的是，该光路基本垂直于该条状物的长度延伸方向而被定向。
本发明的其它优选实施例由从属权利要求给出。
下面参照附图描述本发明的优选实施例。
附图说明
图1示出了香烟条加工机主要结构的示意性透视图；
图2示出了图1香烟条加工机中使用的具有主要部件的光学测量装置的示意性俯视图(图2a)和测量装置给出的信号的曲线(图2b)；
图3示出了图2光学测量装置的示意性侧视图。
具体实施方式
图1示出了申请人的“PROTOS”型香烟条加工机的示意性透视图，其中示出了主要的部件。下面简要描述该香烟条加工机的结构和功能。
一份一份的烟草经闸门1提供给预分配器2。预分配器2的送出辊3附加控制具有烟草的储备容器4，大倾角输送装置5从该储备容器4中取出烟草，其烟草可控制地送到一聚集井(Stauschacht)6。销辊(Stiftwalze)7从该聚集井6中取出均匀的烟草流(Tabakstrom)，该烟草流通过偏转辊8从销辊7的销上撞出并在一以匀速进行环绕运动的分散织物(Streutuch)9上滑动。
这样在该分散织物9上形成的烟草丝(Tabakvlies)被抛入筛选装置11，它主要由气帘构成并使较大或重的烟草部分通过，而所有其它的烟草部分通过空气的作用转向由一销辊12和一壁13形成的漏斗14中。烟草从销辊12滑入到与一条输送装置17相对的烟草通道16中，借助吸入负压室18的空气，烟草保持在该条输送装置17上并使其烟草条颤动。
一均匀器19将剩余的烟草与置于同步运行的香烟纸条21上的烟草条分离。该香烟纸条21由卷筒22抽出并导过印刷装置23且置于一被驱动的格式带(Formatband)24上。该格式带24经格式件(Format)26输送烟草条和香烟纸条21，在该格式件26上绕烟草条折叠香烟纸条21以留下一借助未示出的涂胶装置以公知的方式进行涂胶的棱边。在该棱边上封闭粘接缝并借助串联有缝板(Tandemnahtpltte)27烘干。
这样形成的香烟条28穿过一测量调节单元29，并借助一切割装置31切成两倍长度的香烟32。该两倍长度的香烟32通过可控的具有臂33的转移装置34转移到过滤嘴接合机37中的一接收滚筒36上，在其分离滚筒38上，通过环形刀将上述香烟分离成单根的香烟。
输送带39、41将剩余的烟草输送到一设置在储备容器4下面的容器42中，从该容器中借助大倾角输送装置5将返回的烟草取出。
在图1中的香烟条加工机中包括的测量调节单元29具有一光学测量装置50，在图2a和3中示意性地示出了它的主要部件。
该光学测量装置50包括一环形发光二极管阵列(LED阵列)51，它由多个一个接一个单独的发光二极管51a组成。该环形LED阵列51例如可以由4096个发光二极管组成。当然也可以用其它发光体替代发光二极管。如图2a所示，发光二极管51a直接彼此设置形成环形LED阵列51，并在其圆周上看具有同一宽度。与环形LED阵列51同轴且距其一定距离设置一环形电荷耦合组件阵列(CCD阵列)52，它由电荷耦合组件的元件(CCD元件)组成。该环形CCD阵列52例如同样可以由4096个CCD象素组成。当然，也可以用其它光学传感件替代CCD元件。该环形CCD阵列52的CCD元件的分布及定向与环形LED阵列51的发光二极管51a的分布和定向一致，在图中未示出。为了达到高的测量精度，在任何情况下，该CCD阵列52包括分别具有小的有效宽度的大量CCD元件。另外，在必要时，该发光二极管51a的数量可以少一些。在该实施例中，环形LED阵列51和环形CCD阵列52分别固定设置且分别形成一完整的环。
另外，如图3所示，在环形LED阵列(LED组件)51和环形CCD阵列52之间设置一环形遮光板53并与环形阵列51和52同轴对准。该环形遮光板53使得环形CCD阵列52的CCD元件与环形LED阵列51的各相邻发光二极管51a遮光地隔开。如图2a所示，由环形LED阵列51的发光二极管51a产生的光束不对着环形CCD阵列52的直接相邻的CCD元件，而对着在环形阵列51、52的圆心点对面的环形CCD阵列52的CCD元件。
香烟条28穿过环形阵列51、52和该环形遮光板53并在该实施例中与环形阵列51、52及环形遮光板53同轴对准。由此，该香烟条28与阵列51、52及环形遮光板53呈直角设置，这使得由环形LED阵列51的发光二极管51a产生的光束56以实际上通常略小于90度的角度并因此近似90度的角度照射到香烟条28上或相对设置的环形CCD阵列52的CCD元件上。
如图3所示，该光学测量装置50还具有一控制运算单元54，其控制并由此激活环形LED阵列51的发光二极管51a，其信号由环形CCD阵列52的CCD元件接收并由其进行相应运算。
对此，环形LED阵列51的发光二极管51a这样被控制，即形成由多个相互关联被激活的发光二极管51a组成的部分51b(参见图2a)，该部分作为沿环形LED阵列51的移动光并由此绕香烟条28运动。由于没有运动的机械部件，激活的部分51b可作为移动光几乎以任意速度运动。因此，可以不需要运动的部件来测量各方向的直径。
通常激活部分51b的宽度dL约等于香烟条理想的额定直径。通过香烟条28的遮蔽作用，在环形CCD阵列52上与激活部分51b径向相对的位置形成一中心阴影61，它由环形CCD阵列52的CCD元件检测。此外，在该中心阴影61的两侧形成半阴影62，而在半阴影62外面，散射光63照射到环形CCD阵列52上。图2b示意性示出了在CCD阵列52相关部分的圆周方向照射到CCD元件上的光线的亮度分布。
在该实施例中，下面根据dL和香烟条28的实际直径Dist计算中心阴影61的宽度ds：
        d＝dL+2×(Dist-dL)＝2Dist-dL        (1)
由此下面计算得到测量的实际直径：
        Dist＝(ds-DL)/2                     (2)
如果要获得唯一的测量值以计算实际直径，应注意，香烟条28应尽可能准确地穿过环形阵列51、52的中心，使得香烟条28的纵向轴线与两阵列51、52的共同圆心点轴线基本重合。此外，如果这是不可能做到的，则在通过光束56不同角度定向的情况下进行的多次测量必须至少在光束56以180度的相对方向上进行两次测量。根据光束56相对于香烟条28角度改变的次数，在控制运算单元54中计算相应数量的直径值，其中的光束56由作为移动光绕转的激活部分51b产生。接着，在控制运算单元54中将这些直径值进行平均，即可得到平均直径。对此，该控制运算单元54中包括一未单独示出的平均值计算器。
另外，在控制运算单元54中，通过从多次测量值中相应运算环形CCD阵列52的信号，还可确定香烟条28的不圆度。
上述的测量装置50例如还可以用在双条机中，对此，设置两个这样的测量装置50，它们优选并排或直接相邻设置。

Claims (15)

1.一种测量特别是烟草加工业至少一个条状物(28)的直径的装置，其包括一光学测量装置(50)，该光学测量装置(50)具有一照射该条状物(28)的照射装置(51)和一检测装置(52)，该检测装置(52)优选短时间检测由该条状物(28)形成的阴影尺寸(Dist)并产生由该条状物(28)的直径(Dist)给出的信号，其中该条状物(28)在该照射装置(51)和该检测装置(52)之间传播的光路(56)中定位或穿过该光路(56)，其特征在于，该照射装置(51)具有至少一组发光体(51a)，优选为发光二极管，并且该检测装置(52)具有至少一组光敏传感件，优选为电荷耦合组件的元件，它们基本与该发光体(51a)相对设置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该组发光体(51a)和/或该组传感件是弯曲的且至少局部以一定距离围住该条状物(28)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：该组发光体(51a)和/或该组传感件形成一至少局部呈圆形的弧，该条状物(28)约定位在该弧的圆心点。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：该组发光体(51a)和/或该组传感件分别形成一封闭的圆(51；52)。
5.如上述权利要求至少一项所述的装置，其特征在于：该传感件的有效宽度小于该发光体(51a)的有效宽度。
6.如上述权利要求至少一项所述的装置，其具有一控制该照射装置(51)的控制装置(54)和一对该检测装置(52)的信号进行运算的运算装置(54)，其特征在于：该控制装置(54)分别激活该发光体(51a)的一相关部分(51b)，并且该运算装置(54)借助由该条状物(28)遮蔽的传感件的信号确定该条状物(28)的实际直径(Dist)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：该控制装置(54)分别激活该发光体(51a)的一相关部分(51b)，该相关部分(51b)的长度基本等于该条状物(28)给出的额定直径(Dsoll)，并且该运算装置(54)借助由该条状物(28)遮蔽的传感件的信号以及在考虑该给出的额定直径(Dsoll)的情况下确定该条状物的实际直径(Dist)。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于：该运算装置(54)借助仅由该条状物(28)的中心阴影(61)遮盖的那些传感件的信号确定该条状物(28)的实际直径(Dist)。
9.如权利要求6-8中至少一项所述的装置，其特征在于：该控制装置(54)这样控制该发光体(51a)，即分别激活该发光体(51a)的一相关部分(51b)，该相关部分(51b)作为移动光沿该组(51)发光体(51a)移动，以改变该光路(56)相对于该条状物(28)的角定向。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：该运算装置(54)借助由该条状物(28)遮蔽的传感件的信号确定该条状物(28)的不圆度。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于：该运算装置(54)包括一平均值计算器，其从多个直径测量值中计算一平均值，其各测量值给出在光路的不同角定向处的该条状物(28)的直径(Dist)。
12.如权利要求9-11中至少一项所述的装置，用于同时测量至少两个条状物的直径，其具有至少两个优选基本并排设置的光学测量装置，其各测量装置用于测量一个条状物的直径。
13.如上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于：通过一遮光板(53)使得该发光体(51a)与相邻的传感件遮光地隔开。
14.如权利要求4和13所述的装置，其特征在于：该遮光板为设置在该组(51)发光体(51a)和该组(52)传感件之间的具有一开口的孔遮光板(53)，该条状物(28)可定位在该开口中。
15.如上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于：该光路(56)基本垂直于该条状物(28)的纵向而被定向。
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