Brevet FR2879077A1 — publié le 20060616

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la représentation graphique du profil de remplissage d'une cigarette notamment en vue de contrôler l'amplitude de renforcement et la position des bouts renforcés par rapport à la coupe de la tige. D'une manière générale, on sait que pour des raisons économiques, les fabricants de cigarettes ont été amenés à diminuer la densité de tabac dans les cigarettes. Les deux questions suivantes se sont alors posées: 20 - comment conserver une bonne tenue des bouts, comment conserver une bonne qualité d'assemblage. La solution retenue pour résoudre ces deux problèmes a été de conserver la densité initiale pour les bouts (voire même de la renforcer) et de ne diminuer 25 la densité que dans le milieu du tronçon de tabac. Il est alors devenu nécessaire de contrôler l'amplitude de renforcement et la position des bouts renforcés par rapport à la coupe. La Demanderesse a donc développé un appareil analyseur de remplissage de cigarettes dénommé ARC répondant à ce besoin. Cet appareil était conçu de manière à déplacer axialement les cigarettes dans un élément tubulaire comprenant deux orifices coaxiaux diamétralement opposés, à savoir: un premier orifice d'émission d'un rayonnement radioactif (rayonnement p) provenant d'une source radioactive au strontium 90, et un orifice de réception de ce rayonnement situé en regard d'une chambre d'ionisation connecté à un circuit de mesure permettant de mesurer l'atténuation du rayonnement (3 après passage au travers du tabac, étant entendu que cette atténuation est fonction de la densité de matière traversée. Dans cet appareil, un système d'entraînement pas à pas provoque le déplacement de la cigarette à l'intérieur de l'élément tubulaire. Le circuit de mesure est alors piloté de manière à relever à chaque pas la densité de la matière traversée par le rayonnement dans l'axe des deux orifices. Cette technologie a été abandonnée par la suite en raison des réglementations contraignantes relatives à la manipulation d'éléments radioactifs. La Demanderesse a alors développé une autre solution consistant à faire passer les cigarettes au travers d'une cavité hyperfréquence accordée présentant une épaisseur active relativement faible, par exemple de 3 mm. La combinaison du décalage de la fréquence d'accord et de l'affaiblissement du signal rayonné lorsque la cigarette passe au travers de la cavité permet de tracer le profil de densité du tronçon de tabac de la cigarette. Dans un cas comme dans l'autre, les valeurs de densité mesurées sont utilisées pour obtenir le tracé du profil de densité de la cigarette. - 3 Néanmoins, l'interprétation visuelle du tracé du profil de densité pour déterminer avec une précision suffisante la position des bouts renforcés par rapport à la coupe de la tige et l'amplitude du renforcement s'avère difficile et aléatoire car dépendante de l'opérateur. L'invention a donc plus particulièrement pour but de déterminer automatiquement ces paramètres. Elle propose, à cet effet, d'une façon générale, un procédé basé sur la constatation que l'allure du profil de densité du tronçon de tabac d'une cigarette, aussi bien à deux bouts renforcés symétriques qu'à un seul bout renforcé ou à deux bouts renforcés asymétriques, est périodique et peut être modélisée sous une forme sinusoïdale. Compte tenu de cette constatation, le procédé selon l'invention comprend les phases opératoires suivantes: É l'élaboration d'un modèle mathématique sinusoïdal représentant la densité y en fonction de la position axiale x, ce modèle prenant en compte des paramètres tels que la longueur du tronçon de tabac L, la longueur totale de la cigarette LT, la longueur du filtre LF et utilisant au moins trois constantes A0, A 1 et y à déterminer expérimentalement, É la réalisation de mesures expérimentales de manière à déterminer la densité moyenne D et l'humidité moyenne H en une pluralité de points le long de 25 l'axe longitudinal de la cigarette, É le calcul d'un coefficient de détermination de régression R2 à partir des valeurs mesurées, É le calcul de la position P du bout renforcé à partir de la phase y et des susdits paramètres, É le calcul du décalage du bout renforcé par rapport à la coupe à partir de la position P précédemment calculée, É le calcul de l'indice de renforcement à partir de la valeur du susdit coefficient Al. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; La figure 2 représente deux vues en perspective montrant deux cigarettes présentées selon le sens de confection; La figure 3 est un diagramme densité/position présenté en relation avec une tige incluant deux cigarettes à deux bouts renforcés symétriques; La figure 4 est une représentation similaire à celle de la figure 3 pour des cigarettes à un seul bout renforcé ; La figure 5 est une représentation similaire à celles des figures 3 et 4 20 pour des cigarettes à deux bouts renforcés asymétriques. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, l'appareil pour la représentation graphique du profil de remplissage et pour la détermination de l'amplitude de renforcement et la position des bouts renforcés par rapport à la coupe de la tige se compose des éléments principaux ci-après: Une trémie 1 associée à un distributeur 2 qui délivre des cigarettes une par une. Un module hyperfréquence comprenant un "rack" électronique 3 30 (vobulateur) et une cavité 4 traversée par un tube de guidage des cigarettes qui mesure la densité ponctuelle et l'humidité des cigarettes 5 passant au travers de la cavité 4. Des moyens d'entraînement à vitesse constante des cigarettes lors de leur passage dans la cavité, ces moyens d'entraînement comprenant dans cet exemple une vis sans fin 6 entraînée par un moteur électrique 7 et une noix 8 entraînée en translation par la vis 6, cette noix 8 portant un bras de support basculant 9 dont le basculement est assuré par un actionneur électromécanique 10. Un microcontrôleur 11 servant à assurer le contrôle du module hyperfréquence 3 et un prétraitement des informations délivrées par ce module 3. Un processeur 12 relié au premier par une liaison 13 par exemple de type RS 232, à un interface d'entrée/sortie 14 connecté à l'actionneur 10 ainsi qu'à des contacts fin de course 15, 16 disposés aux extrémités du trajet de la noix 8, et à un circuit de puissance 17 connecté au moteur du distributeur 2 associé à la trémie 1. Ce processeur 12 est associé à des interfaces classiques (affichage, impression, saisie, ...) qui n'ont pas été représentés. Il assure la gestion de l'appareil et effectue le traitement des informations relatives aux mesures effectuées, délivrées par le microcontrôleur 11. A titre d'exemple, les valeurs instantanées de densité et d'humidité seront transférées au processeur 12 par le microcontrôleur 11 toutes les 50 ms, ce qui correspond à un déplacement de 1 mm de la cigarette et à une vitesse de 20 mm/s. Avant d'effectuer une série de mesures, les cigarettes 5 doivent être triées en deux familles illustrées sur la figure 2, à savoir: une première famille F I dont le filtre est positionné en avant du tronçon 30 tabac par rapport au sens de confection, une deuxième famille F2 dont le filtre est positionné en arrière du tronçon tabac par rapport au sens de confection. Après avoir mesuré les deux familles, filtre en premier, les résultats moyens de la famille F2 sont inversés (rétablissement du sens de confection) pour être traités avec la famille F 1. Dans le cas de cigarettes à deux bouts renforcés symétriques BS1, BS2, le profil de densité est périodique et de période égale à la longueur du tronçon de tabac. Cette périodicité apparaît sur la figure 3 où l'on a représenté un diagramme de densité en g/l en fonction de la position (en mm) en relation avec une tige incluant deux cigarettes dans lesquelles les filtres FR sont situés à l'opposé l'un de l'autre; la coupe réelle C1 effectuée (position du bout renforcé BR) ainsi que la coupe théorique C2 qui s'étendent dans le milieu de zones plus denses en scaferlati sont indiquées respectivement en trait plein et en trait interrompu. Ce diagramme comprend le tracé d'un modèle sinusoïdal de densité MS1 et la courbe reliant les valeurs de densité mesurée MD1. Il fait apparaître un profil de densité périodique de période égale à la longueur du tronçon de tabac d'une cigarette et répond à l'équation suivante: Y=Ao+ A1 xcos[2 xnx(x-ç)/L] avec y = densité x = position L = longueur de tabac, soit longueur totale LT - longueur filtre LF A0, A1, cp = constantes - 7 Une régression sinusoïdale sur les points de mesure (coefficient de détermination R2) permet de déterminer automatiquement l'amplitude de renforcement et le décalage du bout renforcé par rapport à la coupe C2 (la coupe réelle C1 se trouve en général décalée par rapport à la coupe théorique C2 qui est en principe située au milieu d'une zone renforcée correspondante de la tige T). Les paramètres déterminés sont alors: L'humidité moyenne H La densité moyenne D Le coefficient de détermination de la régression R2 É La position P du bout renforcé peut être obtenue par exemple par la séquence opératoire suivante: SiA1 2879077 8 Dans le premier cas, la cigarette comprend un seul bout renforcé BD situé sur l'extrémité distale de la cigarette. Pour déterminer le profil de densité et la position de ce bout renforcé par rapport à la coupe, l'invention se base également sur la constatation que ce profil est toujours périodique et que, dans ce cas, la période est égale au double de la longueur du tronçon de tabac. Cette périodicité apparaît sur la figure 4 sur laquelle on a représenté d'une façon similaire à la figure 3 un diagramme de densité g/1 en fonction de la position en mm en relation avec une tige T incluant deux cigarettes disposées bout à bout, les filtres FR étant disposés à l'opposé l'un de l'autre. Ici également, la coupe réelle CI effectuée ainsi que la coupe théorique C2 sont indiquées en trait plein et en trait interrompu. Ce diagramme comprend le tracé d'un modèle sinusoïdal MS2 de densité de période égale à deux fois la longueur du tronçon de tabac d'une cigarette et la courbe MD2 reliant les valeurs de densité mesurées. Le modèle sinusoïdal utilisé MS2 répond à l'équation suivante: y=Ao+A1 x cos [2 x Tc x (x-(p)/(2 x L)] avec y = densité x = position L = longueur du tronçon de tabac = longueur totale de la cigarette LT - longueur du filtre LF cp = phase ici également, une régression sinusoïdale sur les points de mesure (coefficient 30 de détermination R2) permet de déterminer automatique l'amplitude de renforcement et le décalage du bout renforcé par rapport à la coupe. Les paramètres déterminés sont alors É l'humidité moyenne H É la densité moyenne D É le coefficient de détermination de la régression R2 La position P du bout renforcé est alors obtenue par la séquence opératoire suivante: Si AI C'est la raison pour laquelle on a proposé une conformation des cigarettes intermédiaire entre la cigarette à deux bouts renforcés symétriques telle que celle illustrée figure 3 et la cigarette à un bout renforcé illustrée figure 4, en créant des cigarettes à deux bouts renforcés asymétriques BAI, BA2 comprenant un renforcement important côté distal et un renforcement moyen côté filtre FR. Ici également, l'invention se base sur la constatation que le profil de densité est périodique et de périodicité égale à deux fois la longueur du tabac. Elle propose de déterminer automatiquement les amplitudes des renforcements et le décalage du bout renforcé par rapport à la coupe grâce à une régression sinusoïdale paire du deuxième ordre, de période égale à deux fois la longueur du tabac. Le modèle sinusoïdal utilisé répond à l'équation suivante: y=Ao+ Aixcos[2xx(x-cp)/(2xL)]+A.2xcos[4xnx(x-cp)/(2xL)] avec y = densité x = position L = longueur du tronçon de tabac Les paramètres déterminés sont également L'humidité moyenne H La densité moyenne D Le coefficient de détermination de la régression R2 La position P des bouts renforcés est obtenue par la séquence opératoire suivante: si Al Oona YF = Ao + AI + A2 (densité maximum du bout à renforcement Fort) yf = Ao + A2 - AI (densité maximum du bout à renforcement faible) La position P des bouts renforcés est obtenue à l'aide de la séquence opératoire 5 suivante: P = modulo [ cp / (2 x L) ] SiP Néanmoins, l'invention ne se limite pas à cette solution étant entendu que les mesures de densité pourraient être réalisées grâce à d'autres techniques telles que, par exemple, celle des rayons ionisants (la technique des rayons [3 ayant été écartée uniquement pour des questions de réglementation). - 12 - Revendications 1. Procédé pour la représentation graphique du profil de remplissage d'une cigarette avec contrôle de l'amplitude de renforcement et la position du ou des bouts renforcés par rapport à la coupe de la tige effectuée lors de la fabrication de la cigarette, caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires suivantes: É l'élaboration d'un modèle mathématique sinusoïdal représentant la densité y en fonction de la position axiale x, ce modèle prenant en compte des paramètres tels que la longueur du tronçon de tabac L, la longueur totale de la cigarette LT, la longueur du filtre LF et utilisant au moins trois constantes A0, Al et cp à déterminer expérimentalement, É la réalisation de mesures expérimentales de manière à déterminer la densité 15 moyenne D et l'humidité moyenne H en une pluralité de points le long de l'axe longitudinal de la cigarette, É le calcul d'un coefficient de détermination de régression R2 à partir des valeurs mesurées, É le calcul de la position P du bout renforcé à partir de la phase cp et des 20 susdits paramètres, É le calcul du décalage du bout renforcé par rapport à la coupe à partir de la position P précédemment calculée, É le calcul de l'indice de renforcement à partir de la valeur desdites constantes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de cigarettes à deux bouts renforcés symétriques, le modèle du tracé sinusoïdal est périodique, de période égale à la longueur du tronçon de tabac, et répond à l'équation suivante: Y=Ao+A1 x cos [2 x Tt x (x-(p)/L] avec y = densité x = position L = longueur de tabac, soit longueur totale LT - longueur filtre LF A0, A1, cp = constantes 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que: É la position P du bout renforcé est obtenue par exemple par la séquence opératoire suivante: siA1 (p+0,5xL P = modulo ((p / L) siP Oona YF = Ao + AI + A2 (densité maximum du bout à renforcement Fort) 15 yf = Ao + A2 - AI (densité maximum du bout à renforcement faible) la position P des bouts renforcés est obtenue à l'aide de la séquence opératoire suivante: P = modulo [ cp / (2 x L) ] siP 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits moyens d'entraînement comprennent une vis sans fin (6) entraînée par un moteur électrique (7) et une noix (8) entraînée en translation par la vis (6), cette noix (8) portant un bras de support basculant (9) dont le basculement est assuré par un actionneur électromécanique (10). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un microcontrôleur (11) servant à assurer le contrôle du module hyperfréquence (3) et un prétraitement des informations délivrées par ce module (3) et un processeur (12) relié au premier par une liaison (13) par exemple de type RS 232, à un interface d'entrée/sortie (14) connecté à l'actionneur (10) ainsi qu'à des contacts fin de course (15, 16) disposés aux extrémités du trajet de la noix (8), et à un circuit de puissance (17) connecté au moteur du distributeur (2) associé à la trémie (1).