Brevet FR2633541A1 — publié le 19900105

L'invention concerne un dispositif pour perforer des objets en forme de tige. L'invention concerne en particulier un dispositif perfectionné du type précité, qui peut être utilisé de façon particulièrement avantageuse pour la fabrication de cigarettes ou objets similaires, cigarettes auxquelles la description suivante se réfère uniquement à titre d'exemple. Dans l'industrie de la fabrication des cigarettes, il est connu de produire des cigarettes dites aérées présentant un certain nombre de trous dans le filtre pour permettre l'inhalation d'une certaine quantité d'air avec la fumée et de la rendre ainsi moins nocive en réduisant sa force et sa température. f Il est connu que les trous d'aération sont formés au moyen de dispositifs de perforation comprenant une source de lumière cohérente (laser). Un tel dispositif est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 647 752. Il comprend un rouleau de transfert de cigarettes conçu pour tourner sur son axe et présentant des sièges périphériques parallèles à cet axe. Les cigarettes sont amenées par un rouleau d'alimenta- tion dans les sièges qui tournent ainsi sur leurs axes respectifs à une vitesse constante et, à l'extrémité d'un arc dit de perforation, elles sont déchargées sur un rouleau d'enlèvement. Une unité de génération d'un faisceau laser dirige un faisceau laser, coaxial au rouleau de transfert, sur un élément réfléchissant constitué d'un miroir tournant plus vite que le rouleau de transfert et entrainé par les mêmes moyens. Lorsque le miroir tourne, le faisceau laser réfléchi atteint donc successivement un certain nombre de lentilles de focalisation affectées à chaque siège afin de former une perforation dans chaque cigarette à chaque passage. 26335' 1 Le nombre de perforations formées dans chaque cigarette est donc égal au nombre de tours complets effectués par le miroir réfléchissant pendant le temps mis par chaque cigarette pour parcourir ledit arc de perfora- tion. Ces perforations sont espacées régulièrement le long de la circonférence de chaque cigarette ou disposées en une spirale si les sièges sont tournés de façon répétée et déplacés axialement, en même temps. Toute modification du degré d'aération produit est obtenue par variation du nombre de trous formés par le dispositif de perforation. Dans le cas du dispositif connu, mentionné ci- dessus, ceci est réalisé par la mise en oeuvre de dis- positifs destinés à dévier, intercepter ou couper le faisceau laser et à faire varier ainsi le nombre de perforations par rapport au nombre de tours du miroir réfléchissant lorsque chaque cigarette parcourt ledit arc de perforation. Des systèmes régulateurs connus, du type mentionné ci-dessus, présentent un certain nombre d'incon- vénients. En plus de la nécessité d'equiper le dispositif de perforation de moyens de déviation, d'interception et de coupure du faisceau laser, ils demandent à l'opérateur un travail important et laborieux, entraînant donc des arrêts de production et une mauvaise souplesse. De plus, étant donné que le fonctionnement du système consiste à intercep- ter ou couper le faisceau laser dans des positions de perforation données, les perforations résultantes sur les cigarettes ne sont pas espacées de façon égale. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de perforation à faisceau laser conçu pour surmonter les inconvénients précités habituellement associés aux dispositifs connus, c'est-à-dire un dispositif permettant de faire varier le nombre de perforations sans la néces- sité de mettre en oeuvre des moyens de déviation, d'inter- ?633541 ception ou de coupure du faisceau laser. Pour atteindre ce but, conformément & l'inven- tion, il est proposé un dispositif destiné a former des perforations dans des objets en forme de tige, le dis- positif comprenant un rouleau de transfert destiné à transférer les objets d'une position de chargement vers une position de déchargement sur la périphérie du rouleau, lesdits objets étant disposés parallèlement à l'axe du rouleau et logés à l'intérieur de corps tournants sur celui-ci, et des moyens rotatifs coaxiaux au rouleau et conçus pour émettre un faisceau de lumière cohérente (laser) radialement audit rouleau et sur une partie des objets, le dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit électronique de commande destiné à réguler la vitesse des moyens rotatifs par rapport à celle du rouleau et réguler ainsi le nombre de perforations formées dans ladite partie des objets. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à. titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématiquement de face d'un dispositif de perforation selon l'invention; - la figure 2 est une vue de côté avec coupe partielle du dispositif de la figure 1; et - la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié d'un circuit de commande et de régulation faisant partie du dispositif selon l'invention. La référence numérique 1 de la figure 1 désigne un dispositif de perforation destiné à perforer des objets en forme de tige ou des cigarettes 2 et faisant partie d'une machine de montage de filtres indiquée dans son ensemble par la référence numérique 3. Le dispositif 1 de perforation comprend un rouleau 4 d'entrée et un rouleau 5 de sortie tournant dans le même sens, et un rouleau intermédiaire 6 disposé entre les rouleaux 4 et 5 auxquels il est tangent en des points 7 et 8. Ces points de tangence 7 et 8 définissent, sur la périphérie du rouleau 6, deux arcs conjugués, un premier s'étendant entre les points 7 et 8 dans le sens de rotation du rouleau 6 et appelé ciaprès "arc de perforation", et un second appelé ci-après "arc de retour". Comme montré sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 de perforation comprend aussi une unité 9 de génération d'un faisceau de lumière cohérente (laser) conçue pour émettre un faisceau laser 10 le long de l'axe d'un arbre tubulaire centrale 12 sur le rouleau 6; un dispositif 13 de réflexion destiné à dévier le faisceau 10 sensiblement radialement; un dispositif 14 de focalisation tournant avec le rouleau 6 est conçu pour focaliser le faisceau 10 sur les cigarettes successives 2 afin de former un anneau de perforations 15 sur ces cigarettes, et un dispositif rotatif 16 conçu pour faire tourner les cigarettes 2 à une vitesse constante donnée sur leurs axes respectifs, pendant qu'elles sont déplacées vers l'avant par le rouleau 6 tournant sur l'axe de l'arbre 12. Comme montré sur la figure 2, le rouleau 6 est fixé angulairement par une bride intérieure 17 à une bride extrême annulaire 18 sur l'arbre tubulaire 12. Celui-ci s'étend à travers le rouleau 6 et, sur l'extrémité opposée à celle reliée au rouleau 6, supporte une roue dentée 9 reliée (d'une manière non représentée) à un moteur électrique principal 100 (figure 3). Une partie intermédiaire de l'arbre 12 passe dans un trou 20 d'une paroi fixe 21 de la machine 3 de montage de filtres, la surface extérieure de cette partie intermédiaire étant solidarisée à une bride 22 d'un corps tubulaire 23 coaxiale à l'arbre 12 et passant.dans le trou 20. La surface extérieure de la bride 22 est solidari- see à un autre corps tubulaire 25 qui, avec le corps tubulaire coaxial 23, supporte l'arbre 12 de façon qu'il puisse tourner. Le dispositif rotatif 16 comprend un certain nombre de berceaux 31 espacés de façon égale le long de la surface latérale extérieure du rouleau 6 et ayant chacun un siège 32 pour une cigarette respective 2 qui est retenue à l'intérieur du siège par succion appliquée au moyen de conduits respectifs raccordés à un dispositif de succion (non représenté). Les berceaux 31 s'étendent parallèlement à l'axe du rouleau 6 et présentent chacun une tête 34 de laquelle part une broche axiale 35 montée de façon à tourner dans un trou correspondant 36 formé à travers une partie annulaire'extérieure 30 de coulisseaux respectifs 67 agencés autour de la surface latérale du rouleau 6 et décrits plus en détail ci- après. L'extrémité de chaque broche 35 est munie d'une roue dentée extrême 37 faisant partie d'un jeu de roues' dentées 38 dont l'autre roue dentée extrême 39 est montée sur l'arbre 12. Ledit jeu de roues dentées 38 comprend une première roue dentée 40 engrenant avec la roue dentée 39 et montée sur un arbre 41. Celui-ci porte également une deuxième roue dentée 43 qui, au moyen d'une roue dentée intermédiaire 44, est reliée à la denture intérieure 45 d'une couronne dentée cylindrique 46 coaxiale à l'arbre 12 et supportée par les corps tubulaires 23 et 25. La couronne dentée 36 présente des dents extérieures 48 reliées aux roues dentées 37 de toutes les broches 35. Un arbre tubulaire 50 est monté de façon à tourner dans l'arbre 12 grâce à l'interposition de paliers 49. Une première extrémité de l'arbre 50 fait saillie de l'arbre 12 du côté de la roue dentée 19 et est munie d'une roue dentée 51 reliée (d'une manière non représentée) à un moteur électrique 101 dont la vitesse, conformément à la présente invention, peut être réglée en continu comme décrit ci-après en regard de la figure 3. L'autre extrémité de l'arbre tubulaire 50 fait saillie de l'arbre 12 a l'avant du rouleau 6 et présente une fente axiale allongée 52 à l'intérieur de la paroi avant 55 du rouleau 6. Le faisceau 10 passe à l'intérieur de l'arbre 50 et est dévié vers l'extérieur de cet arbre 50 et à travers la fente 52 par un dispositif réfléchissant 13. Celui-ci comprend un miroir ou élément réfléchissant incliné 53 placé a l'intérieur de l'arbre 50 sur le trajet du faisceau 10 et est conçu pour dévier le faisceau 10 sensiblement radiale- ment sur la périphérie du rouleau 6. La paroi avant 55 du rouleau 6 est reliée à la bride intérieure 17 par l'intermédiaire d'une partie tubulaire 56 qui supporte également un dispositif 14 de focalisation. Celui-ci comprend un anneau de lentilles 58 de focalisation logées chacune à l'intérieur d'un trou radial respectif 59 traversant l'élément tubulaire 56, face à la partie extrême d'une cigarette correspondante 2 à perforer. La cigarette 2 fait saillie du berceau respectif 31 et, lors de l'utilisation, est disposée de façon que la partie à perforer soit tournée face à la lentille cor- respondante 58 entre la bride 17 et la paroi avant 55. Le bord extérieur de la bride 17 forme un anneau extérieur 64 dans lequel est logée, pour chaque berceau 31, l'extrémité correspondante d'une tige 66 de guidage d'un coulisseau 67 se déplaçant entre l'anneau 64 et la roue dentée 46 et supportant la broche associée 35 de façon qu'elle puisse tourner. La roue dentée 37 portée par chaque broche 35 est en prise coulissante avec les dents 48 de la roue dentée 46 et est d'une longueur telle qu'elle engrène constamment avec les dents 48 quelle que soit la position axiale du coulisseau 67. La surface intérieure de chaque coulisseau 67 est munie d'un galet radial 68 de came s'engageant dans une gorge 69 formée sur la surface extérieure du corps 25. En référence au schéma simplifié de la figure 3, un moteur électrique 100 (à courant alternatif ou à courant continu) fait tourner le rouleau 6 de transfert par l'intermédiaire de la roue dentée 19. Le rouleau 6 est relié à un codeur 103, c'est-à-dire un dispositif connu conçu pour fournir un signal 104 de sortie constitué d'une série d'impulsions dont la fréquence et la phase indiquent respectivement la vitesse et la position du rouleau 6. Le moteur électrique 101 (réglable en vitesse, avec un couple statique relativement élevé pour permettre une réponse rapide de réglage de vitesse) est commodément du type à courant continu ou sans balai pour faire tourner l'arbre 50 par l'intermédiaire de la roue dentée 51. L'arbre 50 supporte un miroir réfléchissant 53 qui est relié à un codeur 105 pour produire un signal 106 de sortie constitué d'une série d'impulsions dont la fréquence et la phase indiquent respectivement la vitesse et la position de l'arbre 50. Le signal numérique 104 est transmis à un convertisseur numériqueanalogique 108 qui délivre un signal de sortie 109 destiné à commander une première entrée d'un bloc additionneur 110, lui-méme commandant un bloc connu 111 de réglage de la vitesse du moteur 101. Le signal numérique 106 est envoyé à un circuit diviseur 112 comprenant un compteur 113 à présélection commandé par un signal numérique 116 constituant le diviseur et fourni par un bloc présélecteur 114 qui peut comprendre des circuits sélecteurs, par exemple des commutateurs rotatifs, positionnes directement par l'opérateur. Le compteur 113 à présélection reçoit donc le signal numérique 106 et délivre un signal numérique de sortie 118 dont la fréquence est égale à une fraction de la fréquence du signal 106, en dépendance de' la -valeur du signal 116. Les signaux numériques 118 et 104 sont envoyés aux deux entrées d'un bloc compteur réversible 120 qui produit un premier signal numérique 121 indiquant la différence de phase entre les signaux d'entrée 118 et 104 et un second signal 122 indiquant le signe de la différence de phase. Ces signaux 121 et 122 sont envoyés à un bloc convertisseur numériqueanalogique 123 qui fournit un signal analogique 124 de sortie représentant ladite différence de phase et transmis à l'autre entrée du bloc additionneur 110 en tant que signal de correction pour réguler la vitesse du moteur 101 comme décrit plus en détail ci-après. Le signal analogique 124 est également envoyé à un circuit d'alarme 130, en particulier à l'entrée positive d'un premier amplificateur différentiel 131 et à l'entrée négative d'un second amplificateur différentiel 132, les deux autres entrées de ces amplificateurs recevant des signaux respectifs 133 et 134 de potentiomètres 135 et 136 auxquels sont appliquées des tensions négative et positive, respectivement. Les sorties des amplificateurs 131 et 132 sont reliées aux entrées de blocs d'alarme respectifs 138 et 139 constitués d'indicateurs acoustiques et/ou opti- ques. En utilisation réelle et dans des conditions normales de fonctionnement du dispositif de perforation, des cigarettes 2 sont transférées par le rouleau 6 qui est tourné à une vitesse sensiblement constant par le moteur , de la position 7 de chargement à la position 8 de déchargement. Durant ce transfert, les berceaux 31 logeant les cigarettes 2 sont tournés de façon continue sur leurs axes respectifs par le moteur 100, au moyeà de la chaîne cinématique constituée de l'arbre 12 et du jeu 38 de roues dentées allant jusqu'aux roues dentées 37, et ils sont également déplacés axialement par l'intermédiaire des coulisseaux respectifs 67. Des cigarettes 2 sont perforées sur tout leur pourtour par le faisceau laser 10 focalisé par les lentilles 58, après avoir été déviées radialement par le miroir réfléchissant 63 qui est également mis en rotation par l'arbre 50 entraîné par le moteur 101. Le nombre de perforations 15 réalisées dans chaque cigarette 2 pendant qu'elle parcourt l'arc de perforation est égal au nombre de tours complets effectués par le miroir réfléchissant 53 dans le même temps. Ce nombre est fourni sous la forme du signal 116 par le bloc 114 en fonction du réglage choisi et il représente aussi le rapport des vitesses des moteurs 101 et 100. Dans des conditions normales de fonctionnement, les signaux 118 et 104 sont toujours en phase, de sorte que le signal 124 de correction est nul, et le rapport constant des vitesses de fonctionnement des moteurs 101 et 100 est tel que déterminé par le signal 116 représentant le nombre de perforations 15 formées dans chaque cigarette 2. Toute variation du rapport des vitesses des moteurs 100 et 101, pendant le fonctionnement du dispositif selon la présente invention, provoque une variation du signal 106 et donc, aussi, du signal 118. Ceci produit une différence de phase entre les signaux 104 et 118, accompa- gnée d'une valeur proportionnelle du signal de correction 124 qui, par l'intermédiaire du bloc 110 et du circuit 111, corrige donc la vitesse du moteur 101 pour éliminer la variation du rapport établi des vitesses. Dans le cas ou la vitesse du moteur 101 chute, par exemple, le signal 118 est retardé par rapport au signal 104, donnant ainsi au signal 124 de correction une valeur positive proportionnelle, qui, par l'intermédiaire des blocs 110 et 111, élève la vitesse du moteur 101 jusqu'à ce que la valeur réglée de fonction- nement soit rétablie. De façon similaire, dans le cas o la vitesse du moteur 101 augmente, le signal 118 est avancé par rapport au signal 104, donnant ainsi au signal 124 de correction une valeur négative proportionnelle qui, par l'intermédiaire des blocs 110 et 111, réduit la vitesse du moteur 101 jusqu'à ce que la valeur réglée de fonctionne- ment soit rétablie. Si la variation de la vitesse du moteur 101 par rapport à la vitesse établie reste dans une plage donnée, telle que déterminée par les réglages des potentiomètres 135 et 136 du circuit d'alarme 130, les sorties des amplificateurs 131 et 132 restent hautes et les blocs d'alarme 138 et 139 ne sont pas activés. Cependant, si la variation de vitesse dépasse ladite plage, donnant ainsi une valeur proportionnellement élevée au signal 124, un signal d'alarme "0" est produit pour le bloc 138 si la vitesse du moteur 101 chute au-dessous du minimum défini par le signal 133, ou pour le bloc 139 si la vitesse du moteur 101 dépasse le maximum défini par le signal 134. Conformément à la présente invention, le nombre de perforations 15 réalisées dans chaque cigarette 2 peut être réglé simplement par régulation du signal 116, ce que l'opérateur effectue en établissant simplement le nombre demandé de perforations sur un bloc présélecteur 114 (correspondant donc au rapport de vitesse de l'arbre 50 et du rouleau 6). Ceci déphase le signal 118 par rapport au signal 104 pour produire un signal de correction 124 qui, comme déjà indiqué, règle la vitesse du moteur 101 par l'intermédiaire du bloc 110 et 111 afin d'éliminer la différence de phase. Dans le cas en question, le moteur 101 est réglé à une vitesse telle qu'il élimine la différence de phase en fonction du rapport des vitesses des moteurs et 101 établi par l'intermédiaire du bloc 114. Pour accroitre le nombre de perforations dans les cigarettes 2, par exemple, la valeur augmentée établie sur le bloc 114 produit une différence de phase négative entre les signaux 118 et 104 et un signal proportionnellement positif 124 qui élève la vitesse du moteur 101 jusqu'à ce que le rapport de cette vitesse et celle du moteur 100 soit tel que sélec- tionné par l'intermédiaire du bloc 114. Un accroissement du nombre de tours du miroir réfléchissant 53 s'accompagne donc d'un accroissement correspondant du nombre de fois que le faisceau laser est renvoyé par réflexion sur l'arc de perforation, augmentant donc le nombre de perforations 15 formées dans chaque cigarette 2. Le processus opposé s'applique pour réduire le nombre de perforations 15. Les avantages de la présente invention ressortent clairement de la description précédente. En particulier, grâce à la suppression de la transmission rigide entre le miroir réfléchissant 53 et les moyens d'entrainement du rouleau 6 de transfert, le dispositif selon l'invention permet de régler le nombre de perfora- tions en réglant la rotation du miroir 53 par rapport au rouleau 6. De plus, ceci est réalisé au moyen d'un circuit électronique simple de réglage et de commande 150, permettant ainsi un degré élevé de souplesse et éliminant les dispositifs supplémentaires et encombrants pour dévier ou intercepter le faisceau laser. Surtout, les perforations résultantes 15 sont toujours espacées de façon égale. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être 'apportées au dispositif décrit et représenté sans soitir du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu d'être établi manuellement par l'opérateur au moyen du bloc 114, le signal 116 indiquant le nombre de perforations 15 peut être déterminé automatiquement un bloc 115 représen- tant un type connu d'unité d'essai d'aération pour l'essai des cigarettes 2 en aval du rouleau 6. En particulier, cette unité d'essai effectue un essai d'aspiration sur la cigarette perforée 2 pour déterminer la valeur d'un paramètre dépendant du nombre de perforations 15 et, en fonction de la différence entre celui-ci et d'un paramètre de référence donné, produit un signal 149 indiquant le nombre de perforations 15 à réaliser dans la cigarette 2. Ce signal 149 est transmis au bloc 114 qui commande le bloc compteur 113 par l'intermédiaire du signal diviseur numérique 116, comme décrit précédemment. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour former des perforations dans des objets (2) en forme de tige, comprenant un rouleau (6) de transfert destiné à transférer les objets (2) d'une position (7) de chargement vers une position (8) de déchargement sur la périphérie du rouleau (6),les objets (2) étant disposés parallèlement à l'axe du rouleau (6) et logés à l'intérieur de corps rotatifs (31) sur ce rouleau, et des moyens rotatifs (53) coaxiaux au rouleau (6) et conçus pour émettre un faisceau de lumière cohérente (laser) (10) radialement par rapport au rouleau (6) et jusque sur une partie des objets (2), le dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit électro- nique (150) de commande destiné a réguler la vitesse des moyens rotatifs (53) par rapport à celle du rouleau (6) et à réguler ainsi le nombre de perforations (15) formées dans ladite partie des objets (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier moyen moteur (100) et un second moyen moteur (101) destinés à commander respectivement la rotation du rouleau (6) et des moyens coaxiaux (53), le circuit électronique (150) de commande comprenant des moyens (110, 111, 108, 123, 105) destinés à permettre un réglage par boucle de la vitesse du second moyen moteur (101) par rapport à celle du premier moyen moteur (100) en fonction d'une valeur de référence (116) pouvant être choisie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite valeur (116) de référence est fournie à l'aide d'un bloc présélecteur (114) réglé manuellement. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite valeur (116) de référence est déterminée par des moyens automatiques (115) conçus pour essayer au moins l'un des objets perforés (2) en aval du rouleau (6) de transfert et pour générer un signal (149) pour l'obtention de ladite valeur de référence (116) en fonction de la différence entre les valeurs du paramètre d'essai et d'un paramètre de référence prédéter- miné et donné. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens automatiques (115) appliquent un essai de succion audit objet (2). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que ladite valeur (116) de référence représente le nombre de perfora- tions (115) formées dans ladite partie des objets (2). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que ladite valeur (116) de référence est envoyée à un premier bloc (112) pour modifier un premier signal (106) en fonction de la vitesse du second moyen moteur (101), le signal de sortie (118) du premier bloc (112) et un second signal (104), dépendant de la vitesse du premier moyen moteur (100) , étant envoyés à un bloc (120) de comparaison produisant un signal (124) de sortie pour corriger la vitesse du second moyen moteur (101). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le premier bloc (112) comprend un bloc diviseur. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le premier bloc (112) comprend un compteur (113) à présélection. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le bloc (120) de comparaison comprend un compteur réversible dont les deux entrées reçoivent respectivement 'le signal de sortie (118) du premier bloc (112) et ledit second signal (104), ledit bloc de comparaison produisant ledit signal (124) de correction par l'intermédiaire d'un bloc conver- tisseur numérique-analogique (123). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que ledit signal (124) de correction est envoyé, avec un signal (109) de commande qui dépend de la vitesse du premier moyen moteur (100), à l'entrée de moyens (110, 111) destinés à régler la vitesse du second moyen moteur (101). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que lesdits moyens de réglage comprennent un circuit additionneur (110) destiné à additionner lesdits signaux d'entrée (109, 124) et un circuit (111) destiné à régler la vitesse du second moyen moteur (101). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait que le signal (124) de correction est envoyé à un circuit d'alarme (130) comprenant des moyens (131, 132) destinés à déter- miner si la valeur dudit signal (124) de correction est comprise dans une plage donnée et, si tel n'est pas le cas, à mettre en action des moyens d'alarme (138, 139). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits objets comprennent des cigarettes (2).