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Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur optischen Beurteilung eines stabförmigen Artikels der Tabak verarbeitenden Industrie, umfassend eine Handhabungsvorrichtung, die zur queraxialen Förderung eines in mindestens einer Aufnahme aufgenommenen stabförmigen Artikels eingerichtet ist, und eine Kamera zur stirnseitigen Inspektion eines in der Handhabungsvorrichtung aufgenommenen stabförmigen Artikels.
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EP 1 099 388 A2 offenbart eine Vorrichtung zur offline-Prüfung von Zigaretten mit einer rotierbaren Trommel, die umfangsseitig Mulden zur Aufnahme und queraxialen Förderung von Zigarette aufweist. An einer Stirnseite der Trommel ist eine Tabakdetektionsvorrichtung für das Brandende der Zigaretten mit einer IR-Strahlungsquelle und vier um 90° versetzten IR-Detektoren vorgesehen.
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EP 0 704 172 B1 offenbart eine optische Messvorrichtung mit einer Kamera zur Prüfung des stirnseitigen Filterendes einer Filterzigarette insbesondere während des Transports auf einer Muldentrommel einer Filteransetzmaschine.
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Bei der Qualitätsbeurteilung von stabförmigen Artikeln der Tabak verarbeitenden Industrie bestehen ständige Anforderungen dahingehend, eine objektive, reproduzierbare Messung mit einer möglichst hohen Messgenauigkeit zu erreichen, um eine möglichst zuverlässige und aussagekräftige Beurteilung der Qualität der stabförmigen Artikel zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Messsystem bereitzustellen, das eine objektive, reproduzierbare und genaue Beurteilung der Produktqualität ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Mittels der erfindungsgemäßen Schneideinrichtung kann eine zu inspizierende Schnittfläche des stabförmigen Artikels mit hoher Qualität erzeugt werden, was eine hohe Beurteilungsgenauigkeit ermöglicht. Die Qualität der erfindungsgemäß erzeugten Schnittfläche ist unabhängig von einer vorhergehenden Bearbeitung des Artikels, beispielsweise unabhängig vom Verschleißzustand eines Messers in einer vorgeordneten Filterstabherstellmaschine, was eine objektive und reproduzierbare Beurteilung ermöglicht. Die Erzeugung der Schnittfläche erfolgt erfindungsgemäß infolge der Förderung in der Handhabungsvorrichtung. Die Handhabungsvorrichtung wird somit sowohl zur Präsentation der zu untersuchenden Stirnfläche des stabförmigen Artikels vor der Kamera, als auch zur Erzeugung der zu inspizierenden Schnittfläche verwendet. Zusätzliche Handhabungsmittel für den stabförmigen Artikel sind daher entbehrlich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Handhabungsvorrichtung eine rotierbare Trommel. Andere Handhabungsvorrichtungen sind aber nicht ausgeschlossen, beispielsweise Linearförderer mit einem endlos umlaufenden oder sich hin und her bewegenden Fördermittel.
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Vorzugsweise weist die Handhabungsvorrichtung eine Mehrzahl von Aufnahmen mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen auf. Auf diese Weise können unterschiedliche Produktformate ohne weitere Maßnahmen, insbesondere ohne den aufwändigen Austausch von Formatteilen, gehandhabt werden, indem die Handhabungsvorrichtung für jedes zu untersuchende Format auf die jeweils geeignete Aufnahme eingestellt wird.
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Bevorzugt ist die Handhabungsvorrichtung geneigt angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der stabförmige Artikel mit seiner von der zu untersuchenden Seite abgewandten Stirnseite an einem Anschlag schwerkraftbedingt anliegen kann, wodurch die axiale Position des stabförmigen Artikels während des Schnitts und während der Messung genau definiert ist.
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Vorzugsweise umfasst die Schneideinrichtung ein Kreismesser, womit eine besonders hohe Qualität der Schnittfläche erreicht werden kann.
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Zweckmäßigerweise ist das Messsystem ein offline-Messsystem, da die untersuchten Artikel aufgrund des erfindungsgemäß erzeugten Schnitts ohnehin nicht weiterverarbeitet werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Messsystem an einer Förderstrecke für stabförmige Artikel angeordnet und weist vorzugsweise ein Transportmittel zum Transportieren eines aus einer Förderstrecke entnommenen stabförmigen Artikels zu der Handhabungsvorrichtung auf. In dieser Ausführungsform kann die Qualität stabförmiger Artikel in oder nach der Produktion bestimmt werden, um beispielsweise Qualitätsmängel anzeigen zu können und/oder es einem Bediener zu ermöglichen, in den Produktionsprozess einzugreifen. In einer anderen Ausführungsform kann das Messsystem als separate, nicht mit einem Förderstrom verbundene Einheit, beispielsweise als eigenständiges Messgerät bzw. als Laborgerät, ausgeführt sein. In dieser Ausführungsform umfasst das Messsystem vorteilhaft ein Reservoir, aus dem die stabförmigen Artikel der Trommel beispielsweise schwerkraftbedingt zugeführt werden.
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Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung betrifft die stirnseitige Untersuchung von Channel Ventilated bzw. CV-Filtern, die an ihrem Umfang zwischen dem Filtermaterial und dem Umhüllungsstreifen sich axial erstreckende Belüftungskanäle aufweisen. Eine Vielzahl weiterer Anwendungen ist denkbar, beispielsweise die Auswertung der Lage eines Fadens in einem Filterstab, der Lage oder Form eines koaxialen Filters oder die Form des Hohlraums eines Hollow-Filters. Alternativ oder zusätzlich können Filterparameter wie Durchmesser oder Ovalität gemessen werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 ein an einem Filterstab-Massenstrom angeordnetes Messsystem in einer perspektivischen Ansicht;
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2 eine weitere perspektivische Ansicht eines an einem Filterstab-Massenstrom angeordneten Messsystems;
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3 bis 12: weitere Ansichten des Messsystems aus unterschiedlichen Perspektiven.
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Das Messsystem 10 umfasst eine mittels eines Antriebs 11, insbesondere eines Elektromotors, angetriebene Handhabungsvorrichtung, nämlich eine rotierbare Trommel 12 zur Förderung und Handhabung stabförmiger Artikel der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere Filterstäbe, Multisegmentfilterstäbe, Filterzigaretten oder Teile davon. Die Trommel 12 ist vorzugsweise zylindrisch geformt und weist an ihrem Außenumfang bzw. ihrer Mantelseite mindestens eine, vorteilhaft eine Mehrzahl, hier beispielsweise neun Aufnahmen, insbesondere Mulden 14 auf, siehe insbesondere 6, 7. Die Mulden 14 sind vorzugsweise parallel zur Drehachse orientiert. Jede Mulde 14 ist zur Aufnahme jeweils eines stabförmigen, zu untersuchenden Artikels entlang seiner Längsrichtung eingerichtet.
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Die Mulden 14 weisen vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser auf, die an eine entsprechende Mehrzahl unterschiedlicher Formate bzw. Formatbereiche des stabförmigen Artikels angepasst sind. Im vorliegenden Beispiel ist, siehe 7, die mit „1” bezeichnete Mulde für Artikeldurchmesser im Bereich 6,6 mm bis 6,8 mm, die mit „2” bezeichnete Mulde für Artikeldurchmesser im Bereich > 6,8 mm bis 7,0 mm, usw., schließlich die mit „9” bezeichnete Mulde für Artikeldurchmesser im Bereich > 8,7 mm bis 9,1 mm vorgesehen. Selbstverständlich können alternativ weniger oder mehr als neun Mulden 14 vorgesehen und/oder den Mulden 14 andere Durchmesserbereiche zugeordnet sein.
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In einer rotationsfesten Zuführposition Z in Bezug auf die Trommel 12, hier am unteren Ende der Trommel 12 bzw. bei 6 Uhr (siehe 7), wird ein zu untersuchender Artikel über eine Zuführeinrichtung 15 in die entsprechende Mulde 14 der Trommel 12 eingeführt. Die Trommel 12 wird zuvor gedreht, bis sich die passende Mulde 14 in der Zuführposition Z befindet. Im Beispiel der 3 wird etwa die Mulde 14 Nummer 5 in die Zuführposition Z gedreht, wenn ein Filterstab mit einem Durchmesser im Bereich > 7,4 mm bis 7,7 mm inspiziert werden soll. Die Zuführeinrichtung 15 wird später noch genauer erläutert.
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Die Rotationsachse der Trommel 12 ist vorteilhaft um einen geeigneten Winkel von vorzugsweise mindestens 30°, beispielsweise 45° geneigt angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der stabförmige Artikel mit seiner von der zu untersuchenden Seite abgewandten Stirnseite an einem Anschlag 16 schwerkraftbedingt anliegen kann, wodurch die axiale Position des stabförmigen Artikels während des Schnitts und während der Messung genau definiert ist. Der Anschlag 16, der am besten in 9 zu sehen ist, ist vorzugsweise mindestens teilringförmig und erstreckt sich um den Umfang der Trommel 12 vorteilhaft mindestens von der Zuführposition Z bis zu der durch die Kamera 13 definierten Messposition M (siehe 7), so dass die axiale Position des stabförmigen Artikels während des Schnitts und der Messung exakt definiert ist. Das den Anschlag 16 ausbildende Anschlagbauteil 17 ist rotationsfest montiert und vorteilhaft vollständig ringförmig.
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Das Anschlagbauteil 17 und somit der Anschlag 16 sind vorzugsweise in Axialrichtung der Trommel 12 verschiebbar, um eine Anpassung an unterschiedliche Längen der zu untersuchenden stabförmigen Artikel zu ermöglichen und/oder um die axiale Schnittposition einstellen zu können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Anschlagbauteil 17 manuell entlang einer axialen Führung 19 verschiebbar und weist zu diesem Zweck ein manuelles Verstellmittel 18 auf. Die axiale Verschiebung des Anschlagbauteils 17 kann alternativ beispielsweise elektrisch gesteuert erfolgen. Andere Arten der axialen Anpassung sind denkbar, beispielsweise mittels eines Satzes auswechselbarer Anschlagbauteile mit unterschiedlichen Axialabmessungen.
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Das Messsystem 10 umfasst eine insbesondere mittels eines Elektromotors 22 angetriebene Schneideinrichtung 21, die am besten in 7 zu sehen ist, wo ein die Schneideinrichtung 21 verdeckendes Gehäuseteil abgenommen ist. Die Schneideinrichtung 21 umfasst ein Messer, das vorteilhaft als Kreismesser 23 ausgebildet ist. Die Schneideinrichtung 21 ist der Trommel 12 zugeordnet, d. h. rotationsfest in einer Wirkbeziehung zu der Trommel 12 angeordnet, so dass das rotierende Messer 23 einen stirnseitigen Abschnitt eines zu untersuchenden stabförmigen Artikels abschneidet, der in einer Mulde 14 der Trommel 12 aufgenommen ist, wenn die Mulde 14 mit dem stabförmigen Artikel infolge Rotation der Trommel 12 eine rotationsfeste Schnittposition S überstreicht, die hier beispielsweise bei 3 Uhr aus der Richtung der Kamera betrachtet angeordnet ist. Durch das Abschneiden des stirnseitigen Abschnitts des zu untersuchenden stabförmigen Artikels wird eine hochqualitative zu inspizierende Schnittfläche des stabförmigen Artikels erzeugt.
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Das Messer 23 greift vorteilhaft in einen umfangsseitig an der Trommel 12 vorgesehenen, umlaufenden Schlitz 24 ein (siehe 6), der in geringem axialem Abstand zu einer messseitigen Stirnfläche der Trommel 12 angeordnet ist. Auf diese Weise ist die axiale Schnittposition exakt definiert und es wird eine hohe Schnittqualität erreicht, da der zu schneidende Filterstab während des Schnitts auf beiden Seiten der Schnittebene abgestützt wird.
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Das Messsystem 10 umfasst eine Kamera 13, die der Trommel 12 zugeordnet, d. h. rotationsfest in einer Messbeziehung zu der Trommel 12 angeordnet ist, so dass die Kamera 13 ein Bild von der mittels der Schneideinrichtung 21 erzeugten Schnittfläche eines stabförmigen Artikels, der in einer Mulde 14 der Trommel 12 aufgenommen ist, aufnehmen kann, wenn diese Mulde 14 mit dem stabförmigen Artikel sich in einer rotationsfesten Messposition M befindet, hier beispielsweise auf 10 Uhr. In der Messposition befindet sich die Stirnseite des zu untersuchenden Artikels demnach im Blickfeld der Kamera 13. Dies ist in 8 dargestellt.
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Der Anschlag 16 erhebt sich kontinuierlich von der Schnittposition S zu der Messposition M hin in Richtung zu der Kamera 13, wodurch ein schraubenförmiger Anschlagbereich 33 zwischen der Schnittposition S und der Messposition M gebildet wird. Die Bedeutung des schraubenförmigen Anschlagbereichs 33 wird später erläutert.
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Um ein Herausfallen des stabförmigen Artikels aus der Trommel 12 bzw. der Mulde 14 zu verhindern, sind vorteilhaft Führungsmittel 25, 26 vorgesehen, die die Trommel 12 an ihrer Mantelseite kreisbogenförmig umgeben. Die Führungsmittel 25, 26 bestehen beispielsweise jeweils aus einem Paar von axial beabstandeten, kreisbogenförmigen Platten. Andere Ausführungen sind möglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein die Schnittposition S überdeckendes Führungsmittel 25 und ein die Messposition M überdeckendes Führungsmittel 26 vorgesehen. Der Abstand des Führungsmittels 25 von der Trommel 12 verringert sich von beiden Seiten zu der Schnittposition S hin, d. h. der Abstand des Führungsmittels 25 von der Trommel 12 ist in der Schnittposition S am geringsten. Dieser Abstand ist so bemessen, dass der stabförmige Artikel in der Schnittposition S leicht in die Mulde 14 gedrückt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der stabförmige Artikel beim Schnitt exakt positioniert und sicher gehalten ist. Das Gleiche gilt für den Abstand des Führungsmittels 26 von der Trommel 12 hinsichtlich der Messposition M. Im oberen Bereich, d. h. im Bereich um 12 Uhr, muss kein Führungsmittel vorgesehen sein, weil hier der Artikel schwerkraftbedingt in der Mulde 14 gehalten wird. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass auch in diesem Bereich ein Führungsmittel vorgesehen ist. Insbesondere kann ein einheitliches Führungsmittel vorgesehen sein, das sich durchgehend über die Schnittposition S und die Messposition M, hier also beispielsweise durchgehend von etwa 6 Uhr bis etwa 9 Uhr, erstreckt.
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Die Trommel 12 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zum Betrieb im Gegenuhrzeigersinn, aus der Richtung der Kamera betrachtet, eingerichtet. Selbstverständlich kann die Trommel 12 alternativ zum Betrieb im Uhrzeigersinn eingerichtet sein. In diesem Fall kann beispielsweise die Schnittposition bei 9 Uhr und die Messposition bei 2 Uhr liegen. Es sind auch Ausführungsformen mit einem kombinierten Betrieb in beiden Rotationsrichtungen der Trommel 12 denkbar.
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In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist das Messsystem 10 zur offline-Prüfung an einer kontinuierlichen Förderstrecke 20 für stabförmige Artikel angeordnet. Die Förderstrecke 20 kann beispielsweise nachfolgend einer Filterstabherstellmaschine oder Multisegmentfilterherstellmaschine angeordnet sein und umfasst ein Fördermittel 27, beispielsweise ein Förderband, auf dem ein Filterstab-Massenstrom queraxial gefördert wird. An einer Abzweigungsposition ist vorzugsweise eine beidseitig geneigte, sich quer über das Fördermittel 27 erstreckende Rampe 28 vorgesehen, über die der mit dem Fördermittel 27 geförderte Artikel-Massenstrom läuft und die daher auch als Brücke bezeichnet werden kann. Entlang des Firstes der Rampe 28 verläuft eine Quernut 29, die zur Aufnahme eines stabförmigen Artikels bemessen ist.
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Das Messsystem 10 umfasst in dieser Ausführungsform ein Transportmittel 31, mittels dessen ein aus der Förderstrecke 20 entnommener stabförmiger Artikel zu der Trommel 12 versendet und dieser zugeführt wird. Das Transportmittel 31 verbindet somit die Förderstrecke 20 mit der Trommel 12. Das Transportmittel 31 bildet vorteilhaft einen im Wesentlichen geschlossenen, von der Förderstrecke 20 bis zu der Trommel 12 verlaufenden Transportkanal aus. Der Transport kann beispielsweise mittels Druckluft erfolgen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Transportmittel 31 beispielsweise ein Transportrohr 30 (siehe 2) und eine abwärts geneigte Rutsche 32 (siehe 3), wobei die Neigung der Rutsche 32 vorteilhaft der Neigung der Trommel 12 entspricht. Die Rutsche 32 weist eine Längsnut 34 auf (siehe 3), in der ein stabförmiger Artikel in Längsrichtung hinabrutschen kann. Das Transportrohr 30 kommuniziert an einem Ende mit der Quernut 29 der Rampe 28 und mündet an ihrem anderen Ende in das obere Ende der Rutsche 32. Die Rutsche 32 erstreckt sich an ihrem unteren Ende vorteilhaft über mindestens einen Teil der axialen Länge der Trommel 12, was am besten aus 11 ersichtlich ist.
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Druckluft aus einer für das Transportmittel 31 vorgesehenen Druckluftquelle kann vorteilhaft zum Spülen eines optischen Elements, insbesondere eines Objektivs oder Fensters, der Kamera 13 über eine entsprechende Druckluftleitung 36 verwendet werden.
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Das Messsystem 10 kann einen Sensor 35, insbesondere einen optischen Sensor, aufweisen (siehe 11, 12), der beispielsweise mittels eines Laserstrahls detektiert, ob sich ein stabförmiger Artikel in einer Mulde 14 der Trommel 12 befindet. Das Detektionsmittel 35 kann beispielsweise am unteren Ende der Rutsche 32 angeordnet sein, wobei der Laserstrahl vorteilhaft antiparallel zu der Rutsche 32 gerichtet ist.
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Im Folgenden wird der Ablauf des Messverfahrens beschrieben.
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Zunächst wird ein in der Quernut 29 der Rampe 28 liegender stabförmiger Artikel in das Transportrohr 30 eingestoßen, beispielsweise per Druckluft oder mittels eines Aktuators, und vorzugsweise mittels Druckluft durch das Transportrohr 30 bis zu der Rutsche 32 transportiert, auf der der Artikel schwerkraftbedingt und gegebenenfalls druckluftunterstützt hinunter- und in die aufnahmebereite Mulde 14 der Trommel 12 hineinrutscht. Die weiter oben beschriebene Zuführeinrichtung 15 wird in dieser Ausführungsform daher durch die Rutsche 32 gebildet.
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Wenn der zu untersuchende Artikel vollständig in der entsprechenden Mulde 14 der Trommel 12 aufgenommen ist und insbesondere mit seiner messabgewandten Stirnseite an dem Anschlag 16 anschlägt, wird die Trommel 12 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Während der Artikel die Schnittposition S überstreicht, wird er mittels der Schneideinrichtung 21 bzw. dem rotierenden Kreismesser 23 abgeschnitten, um eine zu untersuchende Schnittfläche zu erzeugen. Das abgeschnittene Stück fällt beispielsweise in einen unterhalb der Trommel 12 angeordneten Auffangbehälter. Der restliche Artikel verbleibt in der Mulde 14.
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Anschließend wird die Trommel 12 im Gegenuhrzeigersinn weitergedreht. Dabei wird die messabgewandte Stirnseite des Artikels über den schraubenförmigen Anschlagbereich 33 zwischen der Schnittposition S und der Messposition M geführt, wodurch der Artikel infolge Rotation der Trommel 12 in Richtung zu der Kamera hin axial vorgeschoben wird. Der Vorschub erfolgt dabei zweckmäßigerweise mindestens so weit, dass die abgeschnittene und zu inspizierende Schnittfläche mit der Stirnseite der Trommel 12 fluchtet, vorzugsweise über diese hinaus, so dass eine möglichst störungsfreie Bildnahme der zu inspizierenden Schnittfläche mittels der Kamera 13 erfolgen kann. Der schraubenförmige Anschlagbereich 33 kann nach dem zuvor Gesagten auch als Vorschubmittel bezeichnet werden.
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Wenn der Artikel die Messposition S erreicht hat, wird die Kamera 13 angesteuert, um ein hochaufgelöstes Bild von der abgeschnittenen Stirnfläche des Artikels aufzunehmen. Das aufgenommene Bild wird aus der Kamera 13 von einer nicht gezeigten elektronischen Auswerteeinrichtung, insbesondere einem Computer ausgelesen, wo mittels Bildverarbeitungssoftware in geeigneter Weise eine Qualitätsbeurteilung der untersuchten Schnittfläche des stabförmigen Artikels ermittelt bzw. durchgeführt wird. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann auch zur Steuerung des Messsystems 10, insbesondere der Trommel 12, der Kamera 13, der Schneideinrichtung 21, des Transportmittels 31 und des Sensors 35, dienen.
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Der inspizierte Artikel fällt nach Verlassen des Führungsmittels 26 schwerkraftbedingt beispielsweise in einen unterhalb der Trommel 12 angeordneten Auffangbehälter. Um beispielsweise an der Trommel 12 haftende Artikel sicher zu entsorgen, kann vorteilhaft ein beispielsweise fingerförmiger Mitnehmer 37 vorgesehen sein, siehe 11, der zweckmäßigerweise zwischen der Messposition M bzw. dem Führungsmittel 26 und der Zuführposition Z angeordnet ist. Der rotationsfeste Mitnehmer 37 greift vorteilhaft in eine umlaufende Nut 38 der Trommel 12 ein, in die sich der stabförmige Artikel erstreckt.
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In einer in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsform kann das Messsystem 10 ein Laborgerät sein. In diesem Fall umfasst das Messsystem 10 zweckmäßigerweise anstelle des Transportmittels 31 ein Artikelreservoir, beispielsweise einen Trichter, in den die Filterstäbe von Hand eingelegt werden können. Das Reservoir kann dann beispielsweise die Zuführeinrichtung 15 bilden, wobei in diesem Fall die Zuführposition Z zweckmäßigerweise am oberen Ende der Trommel 12 angeordnet wäre. Das Reservoir kann beispielsweise auch die Zuführeinrichtung 15 speisen, die dann ähnlich wie die Rutsche 32 ausgestaltet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1099388 A2 [0002]
- EP 0704172 B1 [0003]
