DE60221025T2

DE60221025T2 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen bestimmung der permeabilität eines objektes aus poröser materie mit verschiedenen alternierenden porositätsniveaus

Info

Publication number: DE60221025T2
Application number: DE60221025T
Authority: DE
Inventors: Georges Cholet
Original assignee: Societe Nationale dExploitation Industrielle des Tabacs et Allumettes SAS
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: US7174770B2; JP2005501246A; ATE366411T1; FR2829238B1; EP1421359A1; US20040187560A1; EP1421359B1; DE60221025D1; JP4119839B2; WO2003019132A1; FR2829238A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Permeabilität eines Gegenstands aus porösem Material, das verschiedene alternative Porositätsniveaus aufweist, wobei dieser Gegenstand in Form von einem Blatt oder von einem Band aus porösem Material vorliegen kann mit aufeinander folgenden Bereichen, die alternativ nach einer vorbestimmten Periode verschiedene Permeabilitätsniveaus aufweisen.
Diese wird insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Kontrolle und Messung der Permeabilität der Bereiche eines Papierbandes der im Patent EP 0486213 A1 beschriebenen Art von Zellstofffasern, welche eine Folge von Querbereichen verschiedener volumetrischen Maße und somit von verschiedener Permeabilität aufweist, angewandt. Dieses Papierband kann zum Beispiel, jedoch nicht notwendigerweise, zur Verwirklichung von selbstlöschbaren Zigaretten dienen.
In der Regel ist es bekannt, dass die Messung der Permeabilität eines Blattes aus porösem Material mittels einem Permeameter mit einem Messkopf mit zwei zueinander beweglichen rohrförmigen Teilen erreichbar ist, so dass letztere gegenseitig zum Anschlag kommen können und dabei das Blatt mindestens teilweise und dicht einschließen, und dabei zwei koaxiale Kammern abgrenzen, die jeweils zu zwei verschiedenen Seiten des Blattes hin gerichtet sind. Eine dieser Kammern ist an eine Messschaltung angeschlossen, die einen Durchflussmesser und geeignete Pumpmittel umfasst, die dazu geeignet sind, in der Messschaltung einen Druck oder einen Unterdruck zu erzeugen, und die geeignete Regelungsvorrichtungen umfasst zur Beibehaltung eines bestimmten Druckes in der Messschaltung.
Es erweist sich, dass sowohl die Fabrikanten von Bändern aus porösem Material obengenannter Art als auch die Benutzer dieser Bänder es wünschen, die Permeabilität der porösen Bereiche des Bandes zur Messung in der Mitte von jedem Band kontrollieren zu können, handele es sich nun um einen Bereich mit schwacher Permeabilität oder um einen Bereich mit starker Permeabilität.
Um zu diesen Ergebnissen zu kommen, sollten die zwei folgenden Bedingungen erfüllt werden:

– die Benutzung eines Messkopfs, dessen Kammern geringere Abmessungen als diejenigen der Bereiche aufweisen, so dass, wenn die beiden Kammern auf einem Bereich zentriert sind, sich die Messung nur auf die Permeabilität einer zentralen Zone von diesem Bereich bezieht,
– die Erstellung von Mitteln (Verfahren und Vorrichtung) wodurch es ermöglicht ist, den Messkopf auf jeden der Bereiche zu zentrieren, von denen man die Permeabilität zu messen wünscht.

Die erste Bedingung ist leicht zu erfüllen, wenn man die Ausmaße der Bereiche kennt (im Prinzip von den Papierherstellern geliefert).
Andererseits stellt die zweite Bedingung ein richtiges Problem dar, da die porösen Bereiche der Bänder nicht sichtbar sind und dass es somit nicht möglich ist, die Position des Bandes durch eine visuelle Sichtung zu initialisieren.
Die Erfindung hat daher im einzelnen das Ziel, ein Verfahren zur Bestimmung der Permeabilität zu schaffen, mit welchem dieses Problem wirksam gelöst wird, und zwar auf eine völlig automatische Art.
Zu diesem Zweck geht sie von der Feststellung aus, dass es möglich ist, das Permeabilitätsprofil des Bandes mit einer Sinuskurve in Einklang zu bringen (erhalten durch eine sinusförmige Regression ab diesem Profil), dessen Extremum die Position der Umgebungen der berücksichtigten Bereiche bestimmt.
Infolgedessen umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgendes:

– einerseits, eine vorläufige Phase mit der Ermittlung des Permeabilitätsprofils des Bandes auf mindestens einer Breitenlänge der Periode T einschließlich zwei konsekutiven Bereichen, die Ermittlung einer Sinuskurve durch eine sinusförmige Regression ab dem erhaltenen Profil, die Bestimmung der Position der beiden Extrema von dieser Sinuskurve und die Zentrierung des Messkopfes auf das zweite Extremum, und
– andererseits, eine Messphase, die den schrittweisen Vorschub des Papierbandes pro Schritt T/2 umfasst, mit einer Permeabilitätsmessung bei jedem Schritt.

Die Ermittlung des erstellten Permeabiitätsprofils in der vorläufigen Phase kann verwirklicht werden, indem aufeinander folgende Permeabilitätsmessungen nach einer Periode t ausgeführt wird, die weit niedriger als die Periode T (zum Beispiel millimetrisch) ist.
Die in dieser Phase durchgeführte sinusförmige Regression kann mittels der Methode der geringsten Vierecke erfolgen, ausgehend von den bei der Bestimmung des Permeabilitätsprofils erhaltenen Werten.
Natürlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein Ausführungsmodus der Erfindung wird im folgenden als nicht einschränkendes Beispiel beschrieben, mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Draufsicht von einem Papierband darstellt, das konsekutiv die Bereiche mit schwacher Permeabilität und die Bereiche mit starker Permeabilität aufweist;
2 stellt ein Diagramm dar, welches das Permeabilitätsprofil des Bandes über eine Periode T zeigt;
3 stellt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Permeabilität eines Papierbandes der in der 1 dargestellten Art;
4 stellt ein Diagramm dar mit der Angabe der bei der Ermittlungsphase des Permeabilitätsprofils erhaltenen Permeabilitätsmesspunkte und der entsprechende Regressionskurve.
In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das Papierband 1 ein Zigarettenpapier, das alternativ zwei Reihen der Bereiche P₁, P₂ umfasst und das zwei verschiedene Permeabilitäten aufweist, um eine Selbstlöschung der Zigaretten zu gestatten.
Die Bereiche P₁, P₂ erstrecken sich senkrecht zur Längsachse OX des Bandes 1. Der Bereich von schwacher Permeabilität P₁ weist eine kürzere Breite als die des Bereichs von starker Permeabilität P₂ auf. Dieses Band kann gemäß dem im vorgenannten Patent EP 0486213 A1 beschriebenen Herstellungsverfahren verwirklicht sein.
Wie vorher erwähnt, unterscheiden sich die aufeinander folgenden Bereiche P₁, P₂ visuell nicht von dem Band (die in der 1 angegeben Trennungsstrichzüge existieren physikalisch nicht). Infolgedessen besteht die einzige Sichtungsmöglichkeit darin, Punkt für Punkt (zum Beispiel Millimeter für Millimeter) die Permeabilität des Bandes gemäß der Längsachse OX des letzteren zu messen, um ein Permeabilitätsprofil PP, so wie es in der 2 angegeben ist, zu erhalten. Dieses Profil weist eine gezackte Form mit unteren Lagern P'₁ auf, die den Bereichen von schwacher Permeabilität P₁ entsprechen, und obere Lager P'₂, die den Bereichen von starker Permeabilität P₂ entsprechen. Diese Lager P'₁, P'₂ sind miteinander durch Rampen verbunden, die den Übergangszonen zwischen den aufeinanderfolgenden Bereichen P₁, P₂ entsprechen.
Es ist klar ersichtlich, dass die Ermittlung der Umgebungen M der Lager P'₁, P'₂ des erhaltenen Profils es gestattet, die Position der Zwischenquerachsen AT der Bereiche P₁, P₂ zu erhalten.
Wie in der 3 dargestellt, umfasst die Vorrichtung zur automatischen Bestimmung der Permeabilität des Papierbandes 1 einen Messkopf 2 mit zwei rohrförmigen Teilen 3, 4 mit im wesentlichen gleichem Ausmaß, zwischen welchen das Band 1 durchläuft. Diese beiden rohrförmigen Teile 3, 4 sind zueinander beweglich und können koaxial gegenüber angeordnet sein, um gegeneinander zum Anschlag zu kommen, indem das Band 1 zwischen deren Rändern B, B' gedrückt wird. Vorteilhaft können die Ränder B, B' mit einer Garnitur überzogen sein, wodurch eine gute Dichtigkeit zwischen den beiden Teilen 3, 4 des Kopfes 2 und dem Papierband 1 gewährleistet ist. Das rohrförmige Teil 4 ist an seinen beiden Enden geöffnet, während das rohrförmige Teil 3 einen Boden F umfasst, der sich auf der gegenüberliegenden Seite des Randes B' befindet, um eine durch das Band 1 eingeschlossene Ansaugkammer zu bilden.
Diese Kammer ist an die Ansaugleitung 5 eines klassischen Permeameters 6 angeschlossen, zum Beispiel in der Art des unter dem Namen der Anmelderin eingereichten Patentes FR 2 779 882 beschriebenen.
In diesem Beispiel grenzen die Ränder B, B' der beiden Teile des Kopfes, wie in der 1 angegeben, die Form eines rechteckigen Spaltes FR ab, dessen Breite weit kürzer als die Breite eines Bereichs P₁, P₂ ist, während die Länge kürzer als die Breite des Bandes 1 bleibt.
Das Band 1, das üblicherweise von einer Rolle stammt, wird auf beiden Seiten des Messkopfes 2 durch zwei dafür vorgesehene Laufrollensysteme geführt, das heißt ein von einen Schrittmotor 8 angetriebenes Antriebsrollen-System 7 und ein Laufrollensystem 9, wodurch eine Führung und Unterspannungslegung des Bandteils 1, das zwischen den beiden Teilen 3, 4 des Messkopfes 2 durchläuft, gewährleistet ist.
Der Schrittmotor 8 ist so bemessen, um nach zwei verschiedenen Arten funktionieren zu können, das heißt:

– ein erster Modus, nach welchem jeder Schritt einen millimetrischen Vorschub des Bandes 1 bewirkt;
– ein zweiter Modus, nach welchem jeder Schritt einen Vorschub des Bandes 1 bewirkt, und zwar gleich der 1/2 Summe der Breite von einem Bereich mit starker Permeabilität P₂ und von einem Bereich mit schwacher Permeabilität P₁ (Periode T/2).

Sowohl die schrittweise Steuerung dieses Motors 8 als auch die Steuerung des Permeameters 6 und des Messkopfes 2 sind durch einen im Gehäuse des Permeameters 6 untergebrachten Prozessor gewährleistet. Vorteilhaft kann dieser Prozessor an verschiedene Peripherien wie einer Anzeigeeinheit 10, einem Drucker 11 und einem Diskettenleser oder einem CD ROM 12 angeschlossen sein.
Natürlich sollte dieser Prozessor so programmiert sein, um eine sinusförmige Regression durchführen und die Extrema einer Sinuskurve ermitteln zu können (Werte, für welche das Derivat annulliert wird und Zeichen des zweiten Derivats für diese Werte).
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sollte die Vorrichtung, bevor die Messung der Permeabilität der konsekutiven Bereiche des Bandes vorgenommen wird, eine vorläufige Keilverbindungsphase mit folgenden Schritten ausführen:

– eine Etappe mit einer Permeabilitätsmessung Millimeter für Millimeter auf einer Bandlänge gleich mindestens der Summe einer Breite eines Bereichs von schwacher Permeabilität und einer Breite eines Bereichs von starker Permeabilität (Periode T). (Die Messpunkte sind durch Rauten auf dem in der 4 dargestellten Diagramm angegeben).

Zu diesem Zweck wird der Schrittmotor 8 auf seinen ersten Betriebsmodus umgeschaltet (millimetrischer Vorschub). Im Verlaufe dieses Schritts werden die den Informationen bezüglich der Position des Bandes 1 zugeordneten gemessenen Permeabiitätswerte in einem Speicher des Prozessors abgespeichert.

– eine zweite Etappe, wobei der Prozessor eine sinusförmige Kurve CS im Einvernehmen mit den im Verlauf der ersten Etappe ermittelten Werten bestimmt.
– eine dritte Etappe, wobei der Prozessor die Abszissen der beiden Extrema der so erhaltenen Sinuskurve CS ermittelt, die den Mittelquerachsen AT von zwei konsekutiven Bereichen P₁, P₂ des Bandes 1 entsprechen.
– eine vierte Etappe, wobei der Prozessor den Abstand zwischen der Abszisse des zweiten Extremums und der Achse 00' des Messkopfes 2 ermittelt und eine Verschiebung des Bandes 1 steuert, um besagte Abszisse und besagte Achse 00' in Einklang zu bringen und so die gesuchte Keilverbindung zu erhalten.

Ist einmal diese vorläufige Etappe durchgeführt, beginnt die Vorrichtung die Messphase. Zu diesem Zweck wird der Schrittmotor 8 auf seinen zweiten Betriebsmodus (Periode T/2) umgeschaltet.
Bei jedem Schritt befindet sich der Messkopf 2 rechts an der Mittelquerachse AT eines Bereichs P₁ oder P₂ und das Permeameter misst die Durchlässigkeit. Das Ergebnis dieser Messung wird dann im Speicher mit den Daten bezüglich der Position des Bandes 1 abgespeichert.
Diese Informationen können danach auf der Anzeigeeinheit visualisiert und/oder vom Drucker gedruckt werden, um Kontrollen durchführen zu können.
Wie bereits erwähnt, wird die Ermittlung der Sinuskurve CS mittels einer Regressionsrechnung erhalten, wodurch man eine sinusförmige Ausdruckskurve erhalten kann: y = A0 + A1 × cos(2πxT ) + B1sin(2πxT )
In dieser Formel sind:

A₀, A₁ und B₁: die zu bestimmende Koeffizienten
x: die Abszisse (die eine von 0 bis T veränderliche Länge ausdrückt)
y: der Ordinatenwert (der eine Permeabilität ausdrückt)

Die Bestimmung der Koeffizienten A₀, A₁ und B₁ erhält man dann mittels der folgenden Ausdrücke: A0 = (ΣYi)/T A1 = 2(Σ(Yicos(2πXi/T)))/T B1 = 2(Σ(Yisin(2πXi/T)))/T
Ausdrücke, bei welchen:

i: ein von 1 bis T veränderlicher Index ist
xi und yi: sind die Werte von x und y für einen bestimmten Wert von i.

Aus diesen Ausdrücken können folgende Relationen entnommen werden:
wenn A1 = 0, dann X = T4 sonst X = (TArcTg(B1/A1))/(2π)wenn x < 0 X = X + T/2wenn B₁ > 0 X entspricht dies einem Maximum (starke Permeabilität)
wenn B₁ < 0 X entspricht dies einem Minimum (schwache Permeabilität)
Natürlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf diesen Berechnungsmodus, wobei zu verstehen ist, dass zahlreiche Lösungen aus ähnlichen Ergebnissen zu erreichen sind.

Claims

Verfahren zur automatischen Permeabilitätsbestimmung eines Blattes oder eines Bandes (1) aus porösem Material mit aufeinander folgenden Bereichen (P₁, P₂) die alternativ und nach einer vorbestimmten Periode T verschiedene Permeabilitätsniveaus aufweisen, wobei bei diesem Verfahren ein Permeameter mit einem Messkopf (2) eingesetzt wird, gegenüber welchem besagtes Blatt oder besagtes Band (1) schrittweise verschoben werden kann, gekennzeichnet dadurch, dass es folgendes umfasst: – eine Vorverkeilungsphase mit der Bestimmung des Permeabilitätsprofils des Blattes oder des Bandes auf einer Breite, die mindestens einer Periode T entspricht, einschließlich zwei aufeinander folgenden Bereichen, die Bestimmung einer Sinuskurve (CS) ab dem erhaltenen Profil, die Bestimmung der Position der beiden Extrema dieser Sinuskurve und die Zentrierung des Messkopfes (2) auf das zweite Extremum, und – eine Messphase, die nach der Zentrierung des Kopfes den schrittweisen Vorschub des Blattes oder des Bandes (1) pro Schritt T/2, mit einer Permeabilitätsmessung auf jedem Schritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Bestimmung des Permeabilitätsprofils erreicht ist, indem eine Aufeinanderfolge von Permeabilitätsmessungen nach einer Periode t, die weit niedriger als die Periode T ist, durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Bestimmung der besagten Sinuskurve (CS) durch eine Regressionsrechnung erfolgt, ausgehend von den bei der Bestimmung des Permeabilitätsprofils erhaltenen Werten.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass besagte Regression durch die Methode der geringsten Vierecke erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass besagtes Band (1) aus einem Zigarettenpapier besteht, das zwei abwechselnde Reihen von Bereichen (P₁, P₂) und zwei verschiedene Durchlässigkeiten aufweist, wobei sich diese Bereiche senkrecht zur Längsachse des Bandes (OX) erstrecken.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass diese einen Messkopf (2) aus zwei rohrförmigen Teilen (3, 4) umfasst, zwischen welche besagtes Band (1) durchführt, wobei diese beiden Teile (3, 4) zueinander beweglich sind, um das Band (1) zwischen deren Rändern (B) einspannen zu können und das Band mittels einem Schrittmotor (8) verschoben werden kann, der so konzipiert ist, um nach zwei Methoden funktionieren zu können, nämlich einer ersten Millimeterschrittmethode und einer zweiten Methode, bei welcher der Schritt der 1/2 Summe der Breiten von zwei konsekutiven Bereichen (P₁, P₂) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerung des Schrittmotors (8) und die Steuerung der Bewegungen des Messkopfes (2) gesichert mittels einem Prozessor erfolgt, der so programmiert ist, um besagte Sinuskurve (CS) sowie die Extrema von dieser Sinuskurve (CS) zu berechnen.