CN101006335B - 测量装置和烟草加工工业的机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对烟草加工工业的产品(64)进行光学控制的装置，它包括一个成像机构(41-43、60、63、65)。根据本发明的装置的特征是所述成像机构(41-43、60、63、65)包括至少一个梯度指数透镜(60)。此外，本发明的特征还在于对烟草加工工业的产品(64)进行光学控制的梯度指数透镜(60)的应用。

Description

测量装置和烟草加工工业的机器

技术领域

本发明涉及对烟草加工工业产品的光学控制并且涉及一种用于光学控制这类产品且包括成像机构的装置。

背景技术

在本发明的范围内烟草加工工业产品可以理解为特别是棒形和条形的产品或者说物体，如卷烟、过滤条、多段过滤条、卷烟纸或者包封纸，以及纸幅面上的标志字样或者纸幅面上的涂胶。在光学控制中通常对烟草加工工业产品的质量特征，如孔、长度、物体鉴定、标志、涂胶、污点尺寸、过滤嘴元件的存在、损伤情况等。

为了进行光学控制通常使用遥行扫描式相机或者矩阵式相机。由于对成像质量和分辨率质量的要求这些相机装配的是昂贵的大镜头。例如为了不失真和不损害清晰度地观察卷烟的整个长度，测量物到照相机的距离必须很大。在烟草加工工业的机器的几个部位，如在过滤嘴安装机上具有镜面的光路必须多次折叠。此外，在过滤嘴安装机的许多部位由于在该机器中的几何形状先决条件的原因没有光学控制。

对烟草加工工业的测量物或者说产品的照明是由单独的光源实现的，由于到物体的距离大这些光源必须具有高的光强。其中也公开了在有强度损失时用光导电缆使光线靠近测量物。飞舞的颗粒、例如烟草灰尘干扰光学控制并且导致错误的评估的可能性大，并且这种可能性由于所采用的控制装置的距离大而只能通过采用昂贵的措施才能降下来。

发明内容

与之相比，本发明的任务是提供一种结构紧凑的用于对烟草加工工业产品进行光学控制的装置，并且在对这类产品进行光学控制时明显减小干扰的影响。

这个任务通过一种对烟草加工工业产品进行光学控制的梯度折射率透镜的应用得以完成。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于烟草加工工业产品的测量 设备，包括两个用于对烟草加工工业的棒形产品进行光学控制的装置，其中所述棒形产品在所述测量设备的旁边以横向于棒形产品纵轴线的方式运输通过，各所述装置均包括一个成像机构和两个照明机构，这两个照明机构分别位于该成像机构的两侧。根据本发明，该成像机构分别包括多个并列地布置成一列的梯度折射率透镜，用于拍摄所述棒形产品的四分之一表面的图像，并且所述梯度折射率透镜到待控制的棒形产品的焦点设置在梯度折射率透镜的端部上，或者设置在梯度折射率透镜的端部的旁边；各所述照明机构均包括一个由发光二极管行构成的光源，并且各所述装置对应于每个照明机构还均包括一个用于将光源的光束朝向待控制的棒形产品引导的梯度折射率透镜的列，各所述梯度折射率透镜的列包括多个并列地布置成一列的梯度折射率透镜。

根据本发明的第二方面，提供了一种烟草加工工业的机器，具有按照本发明第一方面所述的测量设备，其中，烟草加工工业的产品可横向于产品纵轴线地从多个并列排列的梯度折射率透镜旁通过。

在本发明的范围内梯度折射率透镜指的是一种透光的部件，它通过连续的折射率变化产生一种透镜作用。代替在传统的透镜中部分复杂成形的表面光束优选地入射平坦表面。这些光束在梯度折射率透镜中连续地被偏转，最后在一个焦点中聚焦。在这种情况中折射指数优选地横向于光轴变化。梯度折射率透镜可以设计得很小，并且特别是可以具有很小的直径。此外，透镜长度可变化地调节，并且主要是焦距以及工作距离可以离梯度折射率透镜的端部很近。例如通过合适地选择透镜长度图像平面可直接位于透镜的平坦的表面上，这样光源就可直接粘贴到透镜上。特别是也可以将到待光学控制的产品的焦距设计或者设置得离梯度折射率透镜的优选地平坦的表面很近，从而，由于透镜到待控制的产品很近，只有很少的颗粒对控制起干扰作用，因为在透镜和待测量或者说待控制的产品之间的距离中只有很少颗粒有存在空间。

若使用多个并排、特别是至少以一列设置的梯度折射率透镜则是特别有效的。在这种情况中就可以以简单的方法和方式对棒形和条形物品的质量和其它的特性进行控制。此外，为了对烟草加工工业产品进行照明使用一个梯度折射率透镜，则光学控制装置的负责产品照明的部分也可以是小结构的。若使用多个并排的、特别是成列设置的梯度折射率透镜用于照明则产生特别有效的照明。

此外，这个任务还通过对烟草加工工业的产品进行光学控制，且包括一个成像机构的装置得以完成，其中，该成像机构包括至少一个梯度折射率透镜。由于梯度折射率透镜的结构很小，也由于可调节的焦距很小，或者说梯度折射率透镜的相应端部到焦点的距离很小，所以这种类型的装置可以很节省空间地实现。优选地该成像机构包括多个并排的、特别是成列设置的梯度折射率透镜。通过这一措施可对棒形或条形的物品或者说产品进行有效的控制。

此外，若成像机构包括一行光电二极管或者一行CCD，则可简单也可节省空间地拍摄或者说记录烟草加工工业的物品或者说产品的图像。CCD行本身已公开。缩写CCD源自众所周知的概念Charged-Coupled Device(电荷偶合器件)。在本发明中使用特别专门的CCDs。其中，在CCD中设置的部件的一半将聚焦到表面上的图像逐点地变换成与强度有关的载荷量，而另一半用于存储和读出信息。在这方面CCDs用作图像传感器。

优选地成像机构包括将采集到的图像和可预先规定的图像进行比较的机构。通过该措施可对产品进行有效地光学控制。例如在对过滤嘴或者过滤嘴卷烟进行控制时可将符合规格的过滤嘴或者说符合规格的过滤卷烟储存起来，并且将它们和待控制的过滤嘴或者说待控制的过滤嘴卷烟的拍得的图像进行比较。对多段过滤嘴的控制特别有效。例如只要在强度分布中出现太大的差别，这些得到相应控制的产品就会在继续的加工中被剔除出来。将获得的图像和可预先规定的图像进行比较的机构优选的是计算机。该计算机可在一个存储部件中存储可预先规定的图像，并且借助该计算机可将该图像和所拍摄的图像进行比较，其中，然后也可产生一个控制信号，该信号表示该产品符合规格或者表示该产品不令人满意。

如果设置具有光源的照明装置和将该光源的光线引导到待控制的产品的梯度折射率透镜，则该照明装置也可很节省空间地实现。若设置多个并列的、特别是成列排列的梯度折射率透镜则照明特别有效。

在本发明的范围内并列、特别是成列设置也叫做图3中的阵列设置，这种设置下面还将叙述。若梯度折射率透镜的焦点设置在梯度折射率透镜的端部，或者设置它的端部的旁边，则根据本发明的装置的使用特别有效。通过这一措施可最大程度地避免由于周围飞舞的颗粒，如烟草灰尘所造成的测量不精确性或者错误的评估。

优选地烟草加工工业的机器包括根据本发明的对烟草加工工业的产品进行控制的装置。

在烟草加工工业的机器的一种特别优选的实施方式中，特别是过滤嘴棒或者卷烟横轴向地从多个并列设置的梯度折射率透镜旁通过。

附图说明

下面借助实施例不局限于本发明的一般构思地对本发明进行说明。所有在本文中未详细说明的根据本发明的细节请参考附图。

这些附图是：

图1是过滤嘴安装机的示意侧视图，

图2是梯度折射率透镜的工作原理示意图，

图3是一个梯度折射率透镜部件的分解示意图，

图4是一个过滤棒和两个根据本发明的控制装置的截面示意图。

具体实施方式

图1是过滤嘴安装机的主要部件的侧面示意图。例如本申请人的MAX型过滤嘴安装机包括一个输送滚筒2，在该滚筒上输送由卷烟加工机生产的具有双倍使用长度的卷烟。下一步是将具有双倍使用长度的卷烟棒输送到一个烟草棒切割滚筒3，该切割滚筒将烟草棒切割成两个一倍使用长度的烟草棒。烟草棒切割后将这些烟草棒输送到一个展开滚筒4，借助该展开滚筒如此地将烟草棒展开，即在此之间过滤嘴元件可以找到位置。将如此展开的烟草棒输送到一个供给滚筒5。也将过滤嘴元件输送到这个供给滚筒5，确切地说在供给滚筒5上的烟草棒之间将这些过滤嘴元件放入到供给滚筒5的相应的支架中。为此首先借助一个切割、取出和切割滚筒6将过滤嘴元件从一个过滤嘴元件储备库取出，关于这一点在图1中未示出。关于过滤嘴元件如何从过滤嘴元件储备库中取出请参阅DE 25 05 998 C2，该文献和US 40 20 973一致。其中例如可以是多个过滤嘴元件，它们具有16倍使用长度的相应的过滤嘴组成部分，其在图中未示出。

在切割滚筒6上将这些过滤嘴元件首先两次借助圆盘刀10切割成4倍使用长度的多过滤嘴段。在梯次滚筒7上将这些多过滤嘴段分成梯队，以便将它们然后在滑动和切割滚筒8中首先横轴线平齐地对准，然后重新借助一个圆盘刀10将其切割成两倍使用长度的多段过滤嘴段。紧接着这些过滤嘴元件在滑动和切割滚筒8上重新对准，为的是重新通过圆盘刀10将其切割成一倍使用长度的多过滤嘴段。将这些多过滤嘴段输送到一个滑 动滚筒11，并且借助一个加速滚筒12传递到供给滚筒5，从而一倍使用长度的多段过滤嘴元件在内部和烟草棒相邻。另一12倍使用长度的过滤嘴元件借助切割滚筒或者说切割/取出滚筒15以已公开的方式从一个过滤嘴库取出(请参考上述对应于US 40 20 973的DE 25 05 998 C2)。在切割滚筒15上这些过滤嘴段两次用圆盘刀10切割，为的是将其输送到梯次滚筒16上。当将这些过滤嘴段分成梯次后将它们输送到一个滑动和切割滚筒17，它们在这里横轴线平齐地对准并且两次被切割，这样就出现了一倍使用长度的过滤嘴元件。然后将这些一倍使用长度的过滤嘴元件在一个梯次滚筒18中分成梯次，以便将其输送到一个滑动滚筒19，在这个滑动滚筒中这些过滤嘴元件纵轴线平齐地移在一起。另一加速滚筒13用于将这些过滤嘴元件放到相应支架的中间。在这个实施例中首先是将最后所述的一倍使用长度的过滤嘴元件放入供给滚筒5的支架的中间，为的是随后将一倍使用长度的其它过滤嘴元件在外部围绕这些过滤嘴元件设置，并且紧接着将相应的烟草棒完全设置在外部。

然后将组合在一起的烟草棒-/过滤嘴元件-/烟草棒组或者该卷烟-过滤嘴-卷烟组输送到一个输送滚筒21。然后在这个部位进行第一次光学控制。第一控制装置41用于执行该任务，该控制装置采用垂直照明技术或者说反射进行测量或者说控制，检查过滤嘴组成部分是否完成，过滤嘴组成部分的位置是否正确，单个组成部分的长度是否正确，并且必要时单个过滤嘴组成部分的亮度偏差是否可以确定。参考其它的图对第一控制装置的设计方案进行说明。

然后将相应组合在一起的烟草棒/过滤嘴元件/烟草棒部段输送到一个供给滚筒22，为的是在一个矫正滚筒23中彼此靠近。从衬纸卷50或51拉下的衬纸带52被一个涂胶装置涂胶，然后在一个切割滚筒54上的一个切割装置53中被一个刀滚筒53的刀切割成包封小纸片。这些被切开的包封小纸片和矫正滚筒23上的卷烟-过滤嘴-卷烟组粘接，并且在一个滚压滚筒24上绕卷烟过滤嘴组滚动。一个滚压手27和一个相应地与它相连的加速部件26以公开的方式执行此任务。

已制成的双过滤嘴卷烟通过一个输送滚筒28或者说一个干燥滚筒28输送到一个切割滚筒29，在该切割滚筒上通过从中间切割过滤嘴塞制成单过滤嘴卷烟。然后将单过滤嘴卷烟输送到一个输送滚筒31。在这个输送滚筒31上或者说在这个输送滚筒31中设置另一测量装置42，该测量装置采 用反射照明方法查明衬纸边缘是否位于正确位置，衬纸印刷字样是否正确。关于这些应进行的测量也请参阅下述说明。

然后一个翻传滚筒32翻转一列过滤嘴卷烟，并且将其同时输送到正在运行中的未被翻传的过滤嘴卷烟列。通过一个检测滚筒33-该滚筒例如在DE 35 17 155 C2中有描述，该文献与US 4 662 214对应-过滤嘴卷烟到达一个排废滚筒34。一个第三控制装置43位于该排废滚筒34上或者说至少部分地位于该排废滚筒中，该第三控制装置对卷烟的背向第二控制装置42的一侧对其缺陷、断裂以及一般的质量特征进行监控。

然后过滤嘴卷烟到达一个输送滚筒36和一个排气滚筒37。在该排气滚筒中借助一个取出滚筒38可随机取样地取出卷烟。没有取出的过滤嘴卷烟到达一个接收滚筒39，该接收滚筒以已知的方式将过滤嘴卷烟放置到一个接收带上，以产生过滤嘴卷烟流。有关烟卷流的产生和相应的设备例如在EP 0 692 201 B1中有描述。

图2是一个梯度折射率透镜60的示意图。在梯度折射率透镜60中横向于光学轴线的折射指数是不同的或者说是可变化的。在图2中通过不同的阴影线表示了这一点。通过横向于光学轴线的不同的折射指数产生一种透镜效应。由于这一原因如图2的实施例中光束61在穿过梯度折射率透镜60时在一个焦点62被聚焦。该焦点62离梯度折射率透镜的一个端部比较近。这个焦点也可以如此地调节，即该焦点准确地设置在梯度折射率透镜的一个端面上。若现在卷烟的表面或者说卷烟过滤嘴的表面位于该焦点62中，则在梯度折射率透镜60和卷烟表面之间的空间就很少，这样能够停留在这两个元件之间的材料就很少，这样在对相应产品进行测量或者控制时的干扰就少了。此外，也可采用一种气流帘挡住相应的干扰材料。

为了有效地和快速地对在一条纵轴线上延伸的产品，例如棒形或者条形的产品(例如在过滤嘴安装机中的卷烟、胶水涂层和纸幅面上的印张字样和类似物)进行测量，优选地使用根据图3的透镜部件63。图3是相应的透镜部件63的三维分解的示意图，该透镜部件63由一个阵列的梯度折射率透镜60组成。在本发明的范围内代替阵列概念也可使用列这个概念。在本实施例中示出了两列梯度折射率透镜60。

图4是相应的测量装置或者说控制装置的截面图。包括两个用于光学控制的装置，所述装置分别包括一个用于拍摄卷烟过滤嘴64的四分之一表面的图像的梯度折射率透镜60，以及包括两个梯度折射率透镜60’，它 们将光线从对应一个发光二极管行66聚焦到卷烟64的一个部位，从该部位应拍摄图像。也示出了相应的光程或者说光束61。

在图4所示的装置中仅对卷烟64的一半进行控制，其中，卷烟64沿箭头方向从控制部位或者说测量部位旁运动通过，也就是横轴向地，即横向于卷烟64的纵轴线通过。若例如卷烟64相反地位于接收滚筒的槽内，则另一半可在另一位置进行控制。在图4中所采用的CCD行相应地对卷烟64表面的待控制的区域成像。此外如图1所示还设置一台计算机70，该计算机将所拍摄的图像和可预先规定的和/或存储的图像进行比较，其中，存储的图像可以表示卷烟64的表面的额定状态。只要所拍摄的图像-该图像是通过相应的CCD行65获得的-与存储的图像相一致，或者在一个相应的公差范围内与它不同，则该卷烟64通常在例如图1所示机器中被继续输送。只要光学控制确定该卷烟64有缺陷，则这个卷烟例如在一个取出滚筒38中被分离。在图1中计算机70和控制装置41至43的电连接通过虚线表示。

通过本发明得到了一个具有高的光学分辨率且结构紧凑的光学检测系统。特别是在一行光电二极管上或者一行CCD上用一列梯度折射率透镜对物体表面成像。也优选地用一列梯度折射率透镜对物体表面进行照明。由于结构紧凑人们喜欢在卷烟机、过滤嘴机和过滤嘴安装机中使用这种紧凑的光学的表面检测系统或者说紧凑的控制装置。

成像不是通过常规的透镜系统实现的，而是通过将梯度折射率透镜排成列地设置在一行光电二极管或者一行CCD上实现的。除了结构紧凑外，高的光学质量和高的分辨率也是其优点，并且梯度折射率透镜行还可模块式地并列排列。那些可能对控制结果产生影响的飞舞的颗粒由于物体表面或者说产品表面距梯度折射率透镜或者说梯度折射率透镜列距离近-它们位于物体表面或者说产品表面附近的少数几毫米的区域内-可通过一个小的阻隔气帘阻挡住。照明装置也可紧凑地通过一列LED与接收器二极管行平行地集成在光学控制装置中。由LED行产生的光可通过一行或者一列梯度折射率透镜聚焦到物体表面上。

附图标记列表

1    过滤嘴安装机            2    输送滚筒

3    烟草棒切割滚筒          4    展开滚筒

5     供给滚筒                6     切割滚筒

7     梯次滚筒                8     移动-和切割滚筒

10    圆盘刀                  11    移动滚筒

12    加速滚筒                13    加速滚筒

15    切割滚筒                16    梯次滚筒

17    移动-和切割滚筒         18    梯次滚筒

19    梯次滚筒                21    输送滚筒

22    供给滚筒                23    矫正滚筒

24    滚压滚筒                26    加速部件

27    滚压手                  28    输送滚筒

29    切割滚筒                31    输送滚筒

32    翻转滚筒                33    检测滚筒

34    排废滚筒                36    输送滚筒

37    排气滚筒                38    取出滚筒

39    接收滚筒                41    第一控制装置

42    第二控制装置            43    第三控制装置

50    纸卷                    51    纸卷

52    衬纸                    53    衬纸切割机

54    衬纸滚筒                60、61’梯度折射率透镜

61    光束                    62    焦点

63    透镜部件                64    卷烟

65    CCD-行                  66    发光二极管行

70    计算机

Claims (5)

1.一种用于烟草加工工业产品的测量设备，包括两个用于对烟草加工工业的棒形产品(64)进行光学控制的装置，其中所述棒形产品(64)在所述测量设备的旁边以横向于棒形产品纵轴线的方式运输通过，各所述装置均包括一个成像机构和两个照明机构，这两个照明机构分别位于该成像机构的两侧，

其特征在于，该成像机构分别包括多个并列地布置成一列(63)的梯度折射率透镜(60)，用于拍摄所述棒形产品(64)的四分之一表面的图像，并且所述梯度折射率透镜(60)到待控制的棒形产品(64)的焦点(62)设置在梯度折射率透镜(60)的端部上，或者设置在梯度折射率透镜的端部的旁边；各所述照明机构均包括一个由发光二极管行构成的光源(66)，并且各所述装置对应于每个照明机构还均包括一个用于将光源(66)的光束(61)朝向待控制的棒形产品(64)引导的梯度折射率透镜(60’)的列(63)，

各所述梯度折射率透镜(60’)的列(63)包括多个并列地布置成一列(63)的梯度折射率透镜(60’)。

2.按照权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述成像机构还包括一行光电二极管(65)或者一个CCD行(65)。

3.按照权利要求1或2所述的测量设备，共特征在于，所述成像机构包括用于将采集到的图像和预先规定的图像进行比较的机构。

4.烟草加工工业的机器(1)，具有按照权利要求1到3中任一项所述的测量设备，其中，烟草加工工业的产品(64)可横向于产品纵轴线地从多个并列排列的梯度折射率透镜(60，60’)旁通过。

5.按照权利要求4所述的机器，其特征在于，所述产品是过滤棒或卷烟。