Brevet FR2551633A1 — publié le 19850315

255163-3 La présente invention a pour objet un dispositif de perforation pour percer des trous d'aération dans des cigarettes ou articles similaires pour fumeurs. On connaît des dispositifs de perforation pour obte5 nir des cigarettes dites "aérées", dont l'"outil"' consiste en une source laser Dans les types connus de dispositifs de perforation par rayon laser, les cigarettes sont généralement perforées selon deux techniques, la première utilisant une source laser qui perce lesdits trous d'aéra10 tion dans les cigarettes alors qu'elles tournent sur leur propre axe, et la seconde utilisant des systèmes mobiles de réflexion agencés pour orienter dans différentes directions le rayon laser sur la cigarette à perforer, alors que la cigarette se déplace par rapport à ladite source 15 sans tourner sur son propre axe. Dans les deux cas précédents, les types connus de dispositifs à rayon laser utilisent une source laser "pulsatoire" dont la fréquence est telle qu'elle perce un trou à chaque impulsion. L'utilisation d'une source laser pulsatoire rend cependant pratiquement impossible pour les types de dispositifs de perforation déjà connus et mentionnés ci-dessus, d'être utilisés conjointement avec des machines à fabriquer des cigarettes à haut rendement ou les machines 25 d'assemblage des filtres destinée à produire jusqu'à 000 cigarettes à la minute. Pour ce faire, la fréquence d'impulsions nécessaire pour percer une trentaine de trous dans chaque cigarette est d'environ 5 000 Hz, ce qui implique l'utilisation de 30 sources laser relativement importantes et puissantes De plus, de telles fréquences d'impulsions ont pour résultat des trous irréguliers et déchirés, d'un aspect inacceptable. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de perforation au rayon laser destiné à fonc35 tionner facilement conjointement avec une machine à Z 551633 fabriquer des cigarettes à haut rendement et des machines d'assemblage des filtres, et qui n'entraîne aucun des inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans ce but, la présente invention a pour objet un dispositif de perforation pour percer des trous d'aération dans des cigarettes ou articles similaires pour fumeurs, portées par un tambour d'amenage monté rotatif autour d'un axe, le dispositif de perforation comprenant une source laser et un système optique de réflexion et de focalisation agencé pour successivement dévier le rayon émis par ladite source et le focaliser sur des points spécifiques sur la surface de chacune desdites cigarettes ou similaires, pendant que cette dernière se déplace transversalement, par rapport à son propre axe, autour de l'axe 15 de rotation dudit tambour; ledit dispositif étant caractérisé par le fait que ladite source est agencée pour émettre un rayon continu le long d'un axe fixe parallèle aux axes desdites cigarettes ou similaires et situé le long du même parcours, et que ledit système optique com20 prend une unité mobile de réflexion et de localisation montée rotative autour dudit axe fixe, et un organe fixe de réflexion comprenant deux anneaux d'éléments réflecteurs disposés autour dudit axe fixe; les éléments sur l'un desdits anneaux étant optiquement intercalés entre deux éléments réflecteurs sur ladite unité mobile et formant, avec la perpendiculaire audit axe fixe, des angles variant d'un élément à l'autre selon la formule: a = ( 2 r R + P cos c) / 4 f 1 A titre nullement limitatif, on va décrire maintenant d'autres caractéristiques et avantages de llinvention en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'une réalisation préférée du dispositif de perforation selon la pré35 sente invention. La figure 2 est une vue en élévation latérale et coupe partielle du dispositif de la figure 1. Les figures 3, 4 et 5 sont des vues schématiques en perspective illustrant le fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2. Le chiffre 1 de la figure 1 indique un dispositif de perforation agencé pour percer une couronne de trous 2 (fig 2) dans un certain nombre de cigarettes 3 Chacune de ces dernières est en partie logée en position fixe à 10 l'intérieur d'un siège 4 sur la périphérie du tambour d'alimentation 5 agencé pour tourner autour de son propre axe à une vitesse constante donnée. Le dispositif 1 comprend une source laser continue 6 agencée pour émettre un rayon continu 7 réfléchi par un miroir fixe 8 selon un axe 9 parallèle à l'axe de rotation du tambour 5 et coincidant, comme représenté sur la figure 2, avec la position prise par l'axe de chaque cigarette 3 quand cette dernière atteint la ligne centrale d'un arc de perforation correspondant à la distance circulaire par20 courue par les cigarettes 3 sur le tambour 5 et le long duquel des trous 2 sont percés. Le dispositif 1 comprend aussi un corps tubulaire 10 monté de manière à tourner autour de son propre axe coincidant avec l'axe 9. Le corps tubulaire 10 est pourvu d'une bague extérieure 11 engrenant avec un pignon de sortie 12 sur le moteur 33 agencé à entraîner le corps 10 à une vitesse constante donnée. Partant de l'extrémité du corps 10 faisant face au 30 tambour 5, s'étendent deux bras 14 et 15 supportant respectivement les éléments réflecteurs ou miroirs 16 et 17, le premier étant agencé pour intercepter le rayon 7 venant du corps 10 et à l'orienter vers l'extérieur dans une direction pratiquement perpendiculaire à l'axe 9. Comme représenté sur la figure 2, le miroir 17 est placé de manière à dévier le rayon 7 le long de l'axe 18 qui est pratiquement parallèle à l'axe 9 et qui coïncide avec l'axe optique de la lentille focalisatrice 19 portée sur le bras 20, d'une seule pièce avec le bras 15, ladite lentille étant destinée à focaliser le rayon 7 sur un point 21 qui, si le rayon n'était pas encore dévié, tournerait autour de l'axe 9 à la même vitesse que l'unité mobile 22 comprenant le corps tubulaire 10, les bras 14, et les miroirs 16 et 17 et la lentille 19. Le dispositif 1 comprend aussi un organe réflecteur fixe 23 comprenant, à son tour, une première série d'éléments réflecteurs ou miroirs 24 constituant les faces d'un anneau réflecteur ou corps 25, sensiblement en forme de pyramide irrégulière dont l'axe coïncide sensiblement 15 avec l'axe 9. L'organe réflecteur 23 comprend aussi un anneau fixe 26, sensiblement coaxial à l'axe 9 et divisé en deux parties par deux fentes 27 destinées à permettre le passage de filtres 28 sur les cigarettes 3, dépassant du tambour 5. 20 La surface intérieure 29 de l'anneau 26 est garnie d'une deuxième série d'éléments réflecteurs fixes ou miroirs 30 disposés sensiblement régulièrement autour de l'axe 9. Sur le dispositif 1, le rayon 7 est dévié par le 25 miroir 16, successivement vers l'un des miroirs 24 qui, avec la perpendiculaire à l'axe 9, forment différents angles a, comme on le décrira plus précisément ci-après. Chacun des miroirs 24, quand il est frappé par le rayon 7, le renvoie sur le miroir 17 qui, à son tour, le 30 réfléchit, entraînant la lentille 19 et parallèlement à l'axe 9, sur un miroir 30 correspondant Chacun des miroirs 30, quand il est frappé par le rayon 7, le renvoie dans une direction pratiquement perpendiculaire à l'axe 9, sur la cigarette 3 sur l'arc de perforation. Comme on l'a spécifié plus haut, sans les miroirs 30 le rayon 7 continuerait de se déplacer parallèlement à l'axe 9 et serait focalisé sur le point 21 à une distance R de l'axe 9. Sur le dispositif 1, en choisissant convenablement les angles a formés par les miroirs 24 et la perpendiculaire à l'axe 9, le foyer 31 peut &tre amené à coïncider avec un point spécifique sur la surface périphérique du filtre 28 à percer, pendant le temps que le rayon 7 met à balayer chaque paire de miroirs correspondants 24 et 30, 10 et peut &tre amené à se déplacer avec ledit point de telle manière que la vitesse relative de la cigarette 3 se déplaçant sur l'arc de perforation par rapport au foyer 31, correspondant à chaque paire de miroirs correspondants 24 et 30, soit pratiquement nulle, permettant d'obtenir ainsi 15 des trous 2 pratiquement ronds. En d'autres termes, en faisant tourner le corps tubulaire 10 à une vitesse telle que l'unité mobile 22 fasse un tour complet autour de l'axe 9 pendant le temps que mettent les cigarettes 3 à avancer d'un pas, c'està-dire 20 de la distance entre deux cigarettes adjacentes 3 sur le tambour 5, le rayon 7 balaie successivement les miroirs 24 et les miroirs 30 correspondants, ces derniers étant identiques en nombre aux miroirs 24 et aux trous 2 à percer. Pendant toute la durée du balayage d'un des miroirs 24 par le rayon 7, le foyer 31 est maintenu dans une position fixe sur la cigarette 3 dans laquelle il perce un trou 2 pendant qu'il se déplace avec elle, après quoi il se déplace vers une autre position, se déplaçant de nouveau avec la cigarette 3, quand le rayon 7 est amené à 30 frapper le miroir 24 suivant. Pour comprendre comment le dispositif 1 peut accomplir cela, simplement en choisissant soigneusement les angles a formés par les miroirs 24 et la perpendiculaire à l'axe 9, le mouvement du dispositif 1 doit être divisé en deux stades distincts, et les effets de chacun considérés séparément. Pour simplifier autant que possible l'analyse suivante, dans les deux cas, seul le mouvement imposé au foyer 21 sera examiné, en ceci que le foyer 31 n'en est qu'une image réfléchie. Le mouvement réel du dispositif 1 peut être considéré comme étant le résultat d'un premier stade dans lequel l'unité mobile 22 et le corps réflecteur 25 tournent tous deux autour de l'axe 9 à la même vitesse Q, et un second stade dans lequel l'unité mobile 22 est stationnaire et 10 le corps réflecteur 25 tourne autour de l'axe 9 à la vitesse (-Q) Dans le premier desdits stades, le rayon 7, au lieu de balayer les miroirs 24, frappe l'un d'eux en une position fixe et le rayon focalisé 7, réfléchi par le miroir 17, tourne à la vitesse Q autour de l'axe 9, se maintenant parallèle Par conséquent, le foyer 21 se déplace selon une trajectoire pratiquement circulaire autour de l'axe 9 de sorte que si V 1 est la vitesse du foyer 21 dans ledit premier stade, on obtient: 1) Vl =QR En ce qui concerne le deuxième stade, dans lequel l'unité 22 est stationnaire et le corps réflecteur 25 tourne autour de l'axe 9, on doit se référer aux figures 3, 4 et 5 pour établir la formule régissant le déplacement du foyer 21. La figure 3 montra un miroir S monté de manière à tourner autour de l'axe A et faisant un angle a avec la perpendiculaire N audit axe Un rayon F dirigé sur le miroir S le long de l'axe A est réfléchi dans une direction telle qu'il forme un angle 2 a avec le rayon F lui-même, 30 quand le miroir S est dans la première position stationnaire représentée par une ligne noire continue sur la fig 3. Ainsi, pendant que le miroir S tourne de 180 autour de l'axe A, le rayon réfléchi décrit la surface d'un cône 35 ayant une ouverture de 4 a et coaxial à l'axe A. Si l'on examine la figure 4, on peut voir que le rayon F ne coincide plus avec l'axe A mais forme avec lui un angle b dont le sommet coïncide avec l'intersection de l'axe A et du miroir S. Conformément aux lois de la réflexion, pendant que le miroir S tourne autour de l'axe A, le rayon réfléchi décrit la surface d'un cÈne dont l'axe forme un angle (a + b) avec le rayon incident F et dont l'ouverture est donnée par: 2) ( 2 b + 2 a) ( 2 b 2 a) = 4 a Si l'on examine maintenant la figure 5, on voit que le rayon incident F est non seulement incliné par rapport à l'axe A mais a aussi son point d-incidence sur le miroir S décalé par rapport à l'intersection du miroir S et de 15 l'axe A. Dans ce cas, le rayon réfléchi ne décrit plus la surface d'un cône parfait, mais celle d'une enveloppe conique dont l'ouverture, cependant, est encore pratiquement égale à 4 a. Si l'on examine maintenant la figure 4, supposant que c'est le corps réflecteur 25 qui tourne pendant que l'unité 22 est stationnaire, le rayon 7 réfléchi par le miroir 16 est incliné par rapport à l'axe de rotation 9 et rencontre successivement les miroirs 24 à des points 25 se trouvant à une certaine distance de l'axe 9. L'exemple de réflexion sur la figure 5 illustre ainsi la manière dont le rayon 7 est réfléchi par les miroirs 24. De manière plus précise, comme l'effet du miroir 17 n'est autre que d'amplifier le mouvement du rayon réfléchi 30 par les miroirs 24, on peut dire que, dans le cas du deuxième stade examiné, le foyer 21 se déplace autour de l'axe 9 d'un nombre N d'arcs distincts, N correspondant au nombre de miroirs 24 Les rayons dans lesdits arcs varient d'un arc à l'autre et peuvent être facilement déduits de 35 n'importe laquelle des figures 3, 4 et 5 dans lesquelles le cône décrit par le rayon réfléchi a un cercle de base d'un rayon R' de: 3) R' 2 a 1 o 1 est égal à la longueur du côté du cône et, dans le cas de la figure 2, est égal à la longueur de la portion de rayon 7 entre le miroir 24 et le foyer 21. En d'autres termes, les rayons dans lesdits arcs varient selon l'angle a des miroirs correspondants 24 et sont déplacés par le foyer 21 à une vitesse V 2 de: 10 4) V 2 = ( 2 a 1 Q) A partir des équations 1 et 4, on peut calculer l'angle a que le miroir 24 doit avoir pour maintenir le foyer 21 stationnaire dans l'espace pendant le temps que dure le balayage du miroir 24 par le rayon. 15 C'est-à-dire: ) V + V 2 = O = Q R 2 Q 1 a. 6) R/ 2 1 =a o Comme il n'est pas nécessaire que le foyer 21, et par conséquent l'image réfléchie 31, reste stationnaire en un 20 point spécifique pour chaque miroir 24, mais doit se déplacer de manière à compenser le déplacement des cigarettes 3 sur l'arc de perforation, ou pas, l'angle des miroirs 24 est égal à: 7) a = a + a cos c ao t o c est l'angle de rotation de l'unité mobile 22 autour de l'axe 9, et a est donné par: 8) P/ 2 R =a /a 9 I a a o R 9) a = a P / 2 r R I o o P représente la longueur du pas. Sur le dispositif 1 tel qu'il a été décrit ci-dessus, les résultats examinés, qui aboutissent à percer des trous 2 parfaitement ronds, sont atteints en utilisant une source laser continue 6 au lieu d'une source laser à im5 pulsions, le rayon 7 étant rendu pulsatoire par l'organe réflecteur 23, réalisant ainsi une économie d'énergie considérable et une réduction énorme de la taille de la source 6. REVENDICATIONS 1 Dispositif de perforation ( 1) pour percer des trous d'aération dans des cigarettes ( 3) ou articles similaires pour fumeurs, portées par un tambour diamenage ( 5) monté rotatif autour d'un axe, le dispositif de perforation comprenant une source laser ( 6) et un système optique de réflexion et de focalisation agencé pour successivement dévier et focaliser le rayon ( 7) émis par ladite source ( 6) sur des points spécifiques de la surface de 10 chacune desdites cigarettes ( 3) ou similaires, pendant que cette dernière se déplace transversalement par rapport à son propre axe autour de l'axe de rotation dudit tambour ( 5); caractérisé par le fait que ladite source ( 6) est agencée pour émettre un rayon continu ( 7) le long d'un axe fixe ( 9) parallèle aux axes desdites cigarettes ( 3) ou similaires et situé le long du même parcours, et que ledit système optique comprend une unité mobile ( 22) de réflexion et de focalisation montée rotative autour dudit axe fixe ( 9), et un organe fixe de réflexion ( 23) compre20 nant deux anneaux ( 25, 26) d'éléments réflecteurs ( 24, 30) disposés autour dudit axe fixe ( 9); les éléments sur l'un desdits anneaux ( 25) étant optiquement intercalés entre les deux éléments réflecteurs ( 16, 17) de ladite unité mobile ( 22) et faisant, avec la perpendiculaire audit axe 25 fixe ( 9) des angles variant d'un élément à l'autre selon la formule: 6) 7) 9) a= ( 2 fl R + cos c /4 1 2 Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ladite unité mobile ( 22) comprend un premier miroir ( 16) 30 intersectant ledit axe fixe ( 9) pour dévier ledit rayon ( 7) sélectivement et successivement sur lesdits éléments réflecteurs ( 24) dudit organe réflecteur fixe ( 23), et un second miroir ( 17) destiné à recevoir le rayon ( 7) réfléchi par ce dernier et à le dévier dans une direction 255163 X sensiblement parallèle audit axe fixe ( 9). 3 Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'unité mobile ( 22) comprend aussi une lentille focalisante ( 19) disposée en aval dudit second miroir ( 17) dans le sens de propagation dudit rayon ( 7). 4 Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les éléments réflecteurs ( 30) sur l'autre ( 26) desdits anneaux ( 25, 26) sont disposés de manière à intersecter sélectivement et'successivement l'axe optique de ladite lentille ( 19), et sont disposés en aval de celle-ci, dans le sens de propagation dudit rayon ( 7) de manière à dévier ce dernier vers ledit axe fixe ( 9). Dispositif selon l'une des revendications prdenites, dans lequel ledit organe réflecteur fixe ( 23) comprend un 15 corps réflecteur ( 25) sensiblement en forme d'une pyramide irrégulière dont l'axe coïncide pratiquement avec ledit axe fixe ( 9); chaque face latérale de ladite pyramide étant réfléchissante et constituant un desdits éléments réflecteurs ( 24) respectifs sur ledit premier anneau.