СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВЕРНУТЫХ СЕГМЕНТОВ, ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ В МАШИНЕ, ПРИМЕНЯЕМОЙ В ТАБАЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, И МАШИНА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЕГМЕНТНЫХ СТЕРЖНЕЙ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING TURNED SEGMENTS TRANSPORTED IN MACHINE USED IN TOBACCO INDUSTRY, AND MULTI-SEGMENT ROD MANUFACTURING MACHINE COMPRISING SUCH A DEVICE

Настоящее изобретение относится к способу и устройству обнаружения повернутых сегментов, транспортируемых в машине, применяемой в табачной промышленности.
Настоящее изобретение относится также к машине для изготовления многосегментных стержней, содержащей устройство согласно настоящему изобретению.
Сигареты, изготавливаемые в табачной промышленности, снабжены фильтрами, выполненными из одного вида фильтрующего материала или из нескольких видов материала с различными физическими свойствами. При этом все чаще применяют фильтры, состоящие из нескольких сегментов с различными физическими свойствами.
Машины для изготовления отдельных стержней обеспечивают соединение множества различных сегментов, доставляемых множеством подающих устройств, при этом сегменты получают разрезанием фильтрующих стержней, транспортируемых посредством, например, барабанного конвейера, посредством режущей головки, оснащенной дисковыми ножами, как это раскрыто, например, в патентном документе WO 2009/074540 А1.
Сегменты располагают друг за другом с образованием бесконечного многосегментного стержня, который в итоге разрезают на отдельные многосегментные стержни.
Способ формирования многосегментных стержней из нескольких сегментов и многосегментные стержни, разрезаемые на многосегментные стержни посредством режущей головки, известны из патентного документа ЕР 1763306 В1. На последующих этапах процесса изготовления сигарет многосегментные стержни разрезают на отдельные многосегментные фильтры, применяемые в отдельных сигаретах.
Качество многосегментных стержней является важным аспектом их изготовления. Высокое качество достигается за счет сохранения точных геометрических параметров сегментов, например, их диаметров и длин, а также за счет сохранения заданной последовательности сегментов и интервалов между ними.
Также важно обеспечить, чтобы сегменты, выровненные надлежащим образом относительно их осей, были выровнены относительно оси изготовленного стержня. В настоящее время, производители сигарет применяют все более короткие сегменты, например, сегменты с длиной, близкой по значению к их диаметру. Кроме того, из уровня техники известны фильтры с длиной, меньшей по значению их диаметра, и, например, составляющей 5 мм или меньше.
При вышеупомянутых пропорциях существует риск, что сегмент может быть повернут так, что его ось будет проходить не параллельно, а, например, перпендикулярно оси стержня, в котором он расположен.
Вышеупомянутая ситуация возможна, если геометрические параметры пространства, предусмотренного в стержне для такого сегмента, обеспечивают возможность ориентации немного деформированного сегмента как параллельно, так и, по существу, перпендикулярно оси стержня.
Также возможна наклонная ориентация такого сегмента относительно оси стержня; деформация сегмента при этом более ярко выражена, а направление и угол поворота сегмента относительно стержня являются абсолютно случайными.
При этом деформируются как повернутый сегмент, так и материал, оборачивающий многосегментный стержень, причем деформация определяется контуром повернутого сегмента. Иными словами, поворот сегмента приводит к тому, что изготовленный стержень испытывает некоторую деформацию, а это значит то, что стержень уже не является цилиндрическим в области неправильного расположенного сегмента.
Способ и устройство обнаружения повернутых сегментов посредством обнаружения деформации оберточного материала известны из заявки PL 403464, поданной заявителем настоящей заявки. Однако, оказалось, что в случае жесткого и/или толстого оберточного материала, повернутый сегмент не вызывает деформацию стержня, вместо этого происходит сжатие этого сегмента с повторением цилиндрической формы оберточного материала. В этом случае, многосегментные стержни, содержащие повернутые сегменты, следует выбраковывать из производственного процесса.
Другим недостатком известных из уровня техники устройств вышеупомянутого типа является то, что надежность их эксплуатации может быть удовлетворительной только в том случае, если стержни транспортируются с ограниченной скоростью.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ, устройство и машину для надежного и быстрого обнаружения повернутых сегментов в ряде сегментов до того, как упомянутый ряд сегментов будет заключен в оберточный материал, что позволит выбраковывать стержни, содержащие повернутые сегменты, из ряда разрезанных многосегментных стержней.
Кроме того, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ, устройство и машину вышеупомянутого типа, в которых обнаружение возможно при транспортировке стержней с относительно высокой скоростью, в том числе 500 м/мин.
Настоящее изобретение относится ко всем конечным и промежуточным изделиям табачной промышленности, например, многосегментным фильтрующим стержням, содержащим фильтрующие сегменты; многосегментным фильтрующим стержням, содержащим фильтрующие сегменты и дополнительные компоненты для изменения или придания аромата; многосегментным фильтрующим стержням, содержащим фильтрующие сегменты и дополнительные предметы для изменения фильтрующих свойств применяемых материалов; многосегментным фильтрующим стержням, содержащим как фильтрующие сегменты, так и нефильтрующие сегменты; многосегментным изделиям с пониженным содержание табака; а также к сигаретам с прикрепленным односегментным или многосегментным мундштуком. Сегменты, содержащиеся в стержнях, могут быть расположены непосредственно друг за другом или с зазорами между ними.
В настоящем изобретении предложен способ обнаружения повернутых сегментов в необернутом ряде сегментов, транспортируемых друг за другом в машине, применяемой в табачной промышленности, причем упомянутый способ включает в себя применение источника излучения для подсветки сегментов и приемника излучения, отраженного этими сегментами, причем упомянутый способ дополнительно включает в себя генерацию посредством контролирующего блока сигнала об ошибке в случае обнаружения повернутого сегмента.
Способ согласно настоящему изобретению отличается тем, что транспортируемый ряд сегментов подсвечивают лазерным лучом так, что на каждом сегменте формируется его световой профиль; изображение упомянутого светового профиля регистрируют посредством приемника излучения, причем световой профиль, формируемый на каждом сегменте, сравнивают с заданным эталонным профилем посредством анализирующего блока, и генерируют сигнал об ошибке в каждом случае, когда обнаруживают разницу между зарегистрированным световым профилем и упомянутым эталонным профилем.
Ряд сегментов предпочтительно подсвечивают лазерным лучом, форма которого выбрана из группы, включающей в себя: плоский луч, луч дугообразного сечения и луч в виде сегмента эллипса.
Ряд сегментов предпочтительно подсвечивают лазерным лучом, перпендикулярным направлению движения ряда сегментов, причем луч опционально ориентирован под углом к направлению движения ряда сегментов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ряд сегментов предпочтительно подсвечивают лазерным лучом эллиптической формы, причем лазерный луч ориентирован под углом от 30° до 60° к направлению движения ряда сегментов, при этом посредством приемника излучения регистрируют излучение, отраженное каждым сегментом под углом от 30° до 60° к направлению движения ряда сегментов.
Ряд сегментов особенно предпочтительно подсвечивают лазерным лучом эллиптической формы, причем лазерный луч ориентирован под углом 45° к направлению движения ряда сегментов, при этом посредством приемника излучения регистрируют излучение, отраженное каждым сегментом под углом 45° к направлению движения ряда сегментов.
Изображение световых профилей сегментов предпочтительно регистрируют посредством камеры.
В настоящем изобретении предложено устройство обнаружения повернутых сегментов в необернутом ряде сегментов, транспортируемых друг за другом в машине, применяемой в табачной промышленности, причем упомянутое устройство содержит источник излучения, приемник излучения и контролирующий блок для генерации сигналов об ошибке.
Устройство согласно настоящему изобретению отличается тем, что источник излучения выполнен с возможностью подсветки транспортируемого ряда сегментов лазерным лучом с формированием на каждом сегменте его светового профиля, и тем, что приемник излучения выполнен с возможностью регистрации изображения упомянутого светового профиля, сформированного на каждом сегменте, при этом упомянутый контролирующий блок связан с анализирующим блоком, выполненным с возможностью сравнения светового профиля, сформированного на каждом сегменте, с заданным эталонным профилем, причем контролирующий блок выполнен с возможностью генерации сигнала об ошибке в каждом случае, когда обнаружена разница между зарегистрированным световым профилем и упомянутым эталонным профилем.
Предпочтительно, источник излучения выполнен с возможностью генерации лазерного луча, форма которого выбрана из группы, включающей в себя: плоский луч, луч дугообразного сечения и луч в виде сегмента эллипса.
Источник излучения может быть выполнен с возможностью генерации лазерного луча, перпендикулярного направлению движения ряда сегментов, причем луч опционально ориентирован под углом к направлению движения ряда сегментов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения источник излучения выполнен с возможностью генерации лазерного луча эллиптической формы, причем лазерный луч ориентирован под углом от 30° до 60° к направлению движения ряда сегментов, причем приемник излучения выполнен с возможностью регистрации излучения, отраженного каждым сегментом под углом от 30° до 60° к направлению движения ряда сегментов.
Источник излучения особенно предпочтительно выполнен с возможностью генерации лазерного луча эллиптической формы, причем лазерный луч ориентирован под углом 45° к направлению движения ряда сегментов, причем приемник излучения выполнен с возможностью регистрации излучения, отраженного каждым сегментом под углом 45° к направлению движения ряда сегментов.
Приемник излучения предпочтительно представляет собой камеру.
В настоящем изобретении предложена машина, применимая в табачной промышленности, для изготовления многосегментных стержней, содержащая средства подачи сегментов, средства подачи оберточного материала, средства транспортировки ряда сегментов, расположенных на оберточном материале, средства формирования бесконечного многосегментного стержня за счет заключения ряда сегментов в оберточный материал, причем упомянутая машина дополнительно содержит режущую установку для разрезания бесконечного стержня на отдельные многосегментные стержни, а также контролирующий блок машины.
Машина согласно настоящему изобретению отличается тем, что выше по потоку от средств формирования бесконечного многосегментного стержня расположено устройство обнаружения повернутых сегментов согласно настоящему изобретению, причем контролирующий блок устройства согласно настоящему изобретению связан с контролирующим блоком машины, при этом упомянутая машина дополнительно оснащена выбраковочной установкой для выбраковки стержней, содержащих обнаруженные повернутые сегменты.
Благодаря тому, что обнаружение повернутых сегментов согласно настоящему изобретению осуществляют до того, как ряд сегментов окажется заключен в оберточный материал, могут быть обнаружены все повернутые сегменты, даже если некоторые из них деформированы и стали невидимыми после расположения в законченном многосегментном стержне. Связь контролирующего блока устройства обнаружения с контролирующим блоком машины обеспечивает возможность выбраковки стержней, содержащих повернутые элементы, сразу после разрезания многосегментного стержня на отдельные стержни.
Кроме того, благодаря тому, что согласно настоящему изобретению применяется только один источник излучения, генерирующий лишь одно изображение светового профиля на каждом сегменте, объем данных, подлежащих обработке блоком, анализирующим световые профили отдельных сегментов, является относительно небольшим. Таким образом, обеспечивается значительное ускорение работы контролирующего блока устройства обнаружения и, следовательно, всей машины в целом.
Вышеупомянутое преимущество особенно ярко выражено при применении лазерного луча эллиптической формы, то есть, лазерного луча в виде сегмента эллипса, ориентированного под углом от 30° до 60° к сегменту.
Если в этом случае приемник излучения расположен под надлежащим углом, отрегулированным в соответствии с плоскостью светового профиля, сформированного на сегменте, то в случае неповернутых сегментов изображение, зарегистрированное приемником, представляет собой прямолинейный сегмент.
Таким образом, анализирующий блок, выполненный с возможностью сравнения световых профилей отдельных сегментов, не являющихся повернутыми, с эталонными профилями, и контролирующий блок упомянутого устройства оба обрабатывают относительно небольшой объем данных, благодаря чему в случае обычных (не повернутых) сегментов они функционируют довольно быстро.
Далее приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 показан пример бесконечного многосегментного фильтрующего стержня;
на фиг. 2 показан другой пример бесконечного многосегментного фильтрующего стержня;
на фиг. 3 показан стержень с фиг. 1 с повернутым сегментом;
на фиг. 4 показан стержень с фиг. 1 с сегментом, повернутым иным образом;
на фиг. 5 показано поперечное сечение вдоль плоскости А-А повернутого сегмента, содержащегося в стержне с фиг. 4, имеющем тонкий оберточный материал;
на фиг. 6 показано поперечное сечение вдоль плоскости А-А повернутого сегмента, содержащегося в стержне с фиг. 4, имеющем жесткий оберточный материал;
на фиг. 7 показано поперечное сечение вдоль плоскости В-В неповернутого сегмента, содержащегося в стержне с фиг. 4;
на фиг. 8 схематично показан фрагмент машины для изготовления многосегментных стержней согласно настоящему изобретению;
на фиг. 9 схематично показано устройство обнаружения согласно настоящему изобретению;
на фиг. 10а на виде вдоль оси схематично показан световой профиль ряда сегментов, сформированный плоским лазерным лучом на неповернутом сегменте;
на фиг. 10b показан световой профиль, сформированный плоским лазерным лучом на неповернутом сегменте с фиг. 10а и зарегистрированный приемником излучения;
на фиг. 11а показан вид, схожий с видом с фиг. 10а, со световым лучом, падающим на повернутый сегмент;
на фиг. 11b показан световой профиль повернутого сегмента с фиг. 11а, зарегистрированный приемником излучения;
на фиг. 12а показан вид, схожий с видом с фиг. 11а, со световым лучом, падающим на сегмент, повернутый иным образом, по сравнению с фиг. 11а;
на фиг. 12b показан световой профиль повернутого сегмента с фиг. 12а, зарегистрированный приемником излучения;
на фиг. 13а на виде сверху, поперек оси ряда сегментов, схематично показаны обернутые сегменты, причем на одном из сегментов можно видеть световой профиль, сформированный световым лучом эллиптической формы;
на фиг. 13b показан световой профиль неповернутого сегмента с фиг. 13а, зарегистрированный приемником излучения;
на фиг. 13с показан пример светового профиля повернутого сегмента, на который падает световой луч эллиптической формы, зарегистрированный приемником излучения.
На фиг. 1 и 2 схематично показаны фрагменты примерных бесконечных многосегментных фильтрующих стержней CR1, CR1', содержащих чередующиеся сегменты 2 и 3 на фиг. 1 и сегменты 2, 4 и 5 на фиг. 2, причем сегменты представляют собой любые известные цилиндрические сегменты, сплошные или полые, изготовленные из разных материалов. Сегменты заключены в обычный оберточный материал, в частности, бумажный оберточный материал. Многосегментные стержни на чертежах показаны так, как выглядели бы, если оберточная бумага была прозрачной.
Сегмент 2 является самым коротким из сегментов в обоих примерах, показанных на фиг. 1 и 2, причем его длина близка диаметру фильтрующего стержня. В процессе изготовления многосегментных стержней возможен случайный поворот таких коротких сегментов.
На фиг. 3 и 4 эти повернутые сегменты обозначены, как 2А и 2В. Осевое направление движения стержня в процессе изготовления обозначено стрелкой 10. Ось Y многосегментного стержня CR1 на фиг. 3 лежит в плоскости чертежа, в то время как ось ХА повернутого сегмента 2А ориентирована перпендикулярно плоскости чертежа. На фиг. 4 ось ХВ сегмента 2 В наклонена относительно плоскости чертежа и проходит перпендикулярно оси Z; ось ХВ также может быть ориентирована под углом к оси Z.
На фиг. 5, 6 и 7 представлены поперечные сечения А-А и В-В сегментов 2 В и 3, показанных на фиг. 4. На фиг. 6 показана ситуация, когда оберточный материал 11' является достаточно жестким для того, чтобы не деформироваться, при этом сегмент сжат и его форма приспособлена к цилиндрической форме оберточного материала 11'. На фиг. 7 обертка имеет круглое поперечное сечение, соответствующее круглому поперечному сечению сегмента 3, заключенного в цилиндрическую обертку.
Как можно видеть на фиг. 8, на которой показан фрагмент упомянутой машины для изготовления многосегментных стержней S из стержней CR1 и CR1', подающая установка 101 выполнена с возможностью подачи известным способом предварительно подготовленных фильтрующих сегментов на конвейер 102, на поверхности которого расположена оберточная бумага 103. При транспортировке сегментов на конвейере 102 оберточная бумага 103 наматывается вокруг сегментов и склеивается в форматирующей установке F. Затем формируют многосегментный стержень CR, в котором заключены отдельные сегменты, причем многосегментный стержень CR транспортируют в рабочую зону контролирующего блока 104 и впоследствии разрезают на стержни S посредством режущей головки 105, оснащенной ножами 106. Типовые элементы направления и удержания стержней не показаны на упомянутом чертеже. Машина для изготовления многосегментных стержней оснащена устройством 110 обнаружения повернутых сегментов.
На фиг. 9 в увеличенном масштабе показано устройство 110 обнаружения, обозначенное также на фиг. 8, содержащее источник 107 излучения, приемник 108 излучения и контролирующий блок 111 для генерации сигнала об ошибке. Источник излучения связан с контролирующим блоком 111 устройства обнаружения. Контролирующий блок 111 устройства обнаружения связан с анализирующим блоком 112. Источник 117 излучения выполнен с возможностью подсветки движущегося ряда сегментов лазерным лучом 12 с формированием светового профиля на каждом сегменте. Как можно видеть на фиг. 9, лазерный луч 12 может быть направлен под углом α к ряду сегментов, или он может проходить перпендикулярно направлению движения ряда сегментов, как показано на фиг. 8. Кроме того, поперечное сечение генерируемого лазерного луча 12 может иметь другие формы, например, он может представлять собой плоский луч, дугообразный луч или луч в виде сегмента эллипса.
В описанном варианте осуществления настоящего изобретения, источник 107 излучения представляет собой источник лазерного света. Приемник 108 излучения, содержащий светочувствительный элемент, может представлять собой камеру, регистрирующую световые профили движущихся сегментов, то есть, изображения световых лучей, подсвечивающие отдельные сегменты. Приемник 108 излучения выполнен с возможностью приема излучения, отраженного сегментами и ориентированного под углом β к направлению движения сегментов. Сигналы, соответствующие зарегистрированным световым профилям, передаются в анализирующий блок 112, связанный с контролирующим блоком 111; анализирующий блок 112 выполнен с возможностью сравнения зарегистрированных световых профилей с эталонным профилем. Эталонный профиль представляет собой профиль, соответствующий неповернутому сегменту. Как световые профили, сформированные на сегментах, так и эталонный профиль могут быть зарегистрированы в виде серии точек, представленных в системе координат, которые простым способом могут быть проанализированы посредством известных из уровня техники анализирующих блоков.
Сигнал об ошибке генерируется контролирующим блоком 111 каждый раз, когда обнаруживается разница между световым профилем, сформированным на сегменте и зарегистрированным приемником 108, и эталонным профилем. Необходимо отметить, что фразу «сигнал об ошибке генерируется контролирующим блоком 111» следует относить также к ситуации, когда сигнал об ошибке генерируется посредством анализирующего блока 112. Связь анализирующего блока 112 с контролирующим блоком 111 обеспечивает тесную функциональную взаимосвязь этих двух электронных узлов.
Если генерируется сигнал об ошибке, соответствующий повернутому сегменту, то стержень S, содержащий упомянутый повернутый сегмент, будет выбракован посредством выбраковочной установки 109, которая не обязательно установлена непосредственно после режущей головки 105; она может быть также расположена, например, на вспомогательной машине, выполненной с возможностью сбора изготовленных стержней.
Кроме того, на фиг. 8 показано, что упомянутая машина согласно настоящему изобретению дополнительно оснащена контролирующим блоком 113 машины, связанным с контролирующим блоком 111 устройства обнаружения. В ответ на сигнал об ошибке, принятый от контролирующего блока 111, контролирующий блок 113 машины обеспечивает выбраковку выбраковочной установкой 109 каждого стержня, который содержит повернутый сегмент (или сегменты).
На фиг. 10а, 11а и 12а показаны виды плоского луча излучения, сгенерированного устройством согласно настоящему изобретению, причем упомянутые виды выполнены вдоль оси ряда сегментов.
Как показано на фиг. 10а, лазерный луч 12, исходящий от источника 107 излучения, направлен к боковой поверхности длинного неповернутого сегмента 3, движущегося вместе с оберточным материалом 103. В данном варианте осуществления настоящего изобретения, луч 12 представляет собой плоский луч, ориентированный перпендикулярно оси сегмента 3 и лежит в плоскости чертежа. Вследствие того, что световой луч направлен к боковой поверхности сегмента 3, на упомянутой боковой поверхности формируется световой профиль 13А. В поле 14 зрения приемника 108 излучения видимым является только световой профиль 13А боковой поверхности неповернутого сегмента 3. Как упомянуто выше, такой профиль может считаться эталонным профилем.
На фиг. 11а, по аналогии с фиг. 10а, показан плоский лазерный луч 12, падающий на боковую поверхность короткого повернутого сегмента 2 В под прямым углом. Следовательно, на нем формируется световой профиль 13В упомянутой боковой поверхности. Световой профиль 13В боковой поверхности сегмента 2В является видимым в поле 14 зрения приемника 108 излучения.
На фиг. 12а, плоский лазерный луч 12 падает на боковую поверхность короткого сегмента 2С под прямым углом. Сегмент 2С повернут, но отличным от фиг. 11а образом; он ориентирован в поперечном направлении относительно направления движения ряда сегментов. В результате, на нем формируется световой профиль 13С боковой поверхности сегмента 2С, который имеет форму прямолинейного сегмента. Световой профиль 13С боковой поверхности сегмента 2С виден в поле 14 зрения приемника 108 излучения.
На фиг. 13а схематично на виде сверху, поперек оси ряда сегментов, показан световой профиль, сформированный эллиптическим световым лучом, падающим на неповернутый сегмент. Эллиптический световой луч должен быть направлен под углом в диапазоне от 30° до 60° к направлению движения ряда сегментов. В этом случае, на виде сверху световой профиль имеет форму сегмента эллипса. Для конкретного угла α можно расположить приемник излучения под таким углом β, что световой профиль, сформированный на неповернутом сегменте, будет иметь форму прямолинейного сегмента, то есть, он будет «виден» для приемника, как прямолинейный сегмент. Специалист в данной области техники способен выбрать подходящий эллипс для сегмента заданного диаметра и подходящие углы α и β. Оба угла предпочтительно составляют 45°, как показано на фиг. 9, причем главная ось эллипса равна диаметру сегмента.
На фиг. 13b показан световой профиль, сформированный в вышеупомянутом случае на неповернутом сегменте с фиг. 13а и зарегистрированный приемником. В случае повернутого сегмента, световой профиль 15В, зарегистрированный приемником, может иметь эллиптическую форму, или он может иметь форму, являющеюся комбинацией дугового или эллиптического и линейного сегмента (как показано на фиг. 13с), или он может иметь другую криволинейную форму, сложную для определения. Такая криволинейная форма может быть легко распознана анализирующим блоком, если эталонный профиль представляет собой прямолинейный профиль.