СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И СОРТИРОВКИ ОТ ПОСТОРОННИХ ПРИМЕСЕЙ В СИГАРЕТАХ Российский патент 2006 года по МПК A24C5/34 G01N22/02 

Изобретение относится к способу обнаружения и сортировки от посторонних примесей в сигаретах, при котором табак в зоне сигаретной машины подвергают микроволновому облучению и генерируют как сигнал S_D, относящийся к плотности табака, так и сигнал S_F, относящийся к влажности табака.

Из документа DE 19705260 А1 известны способ и устройство для регистрации, по меньшей мере, одной характеристики вещества, как например влажной и/или сухой массы табака, путем оценки рассогласования микроволнового резонатора, вызванного присутствием вещества, при этом на резонатор подаются микроволны, по меньшей мере, двух различных частот и анализируется смещение резонансной частоты и затухание в сравнении с резонансной кривой, не находящейся под воздействием вещества.

Публикация ЕР 0889321 А1 раскрывает микроволновый резонатор для измерения с высокой точностью и пространственной разрешающей способностью профиля плотности и/или профиля влажности в продольном направлении образца, при этом резонатор заполняется диэлектриком и внутреннее пространство имеет существенно меньшую толщину, чем перпендикулярные к нему поперечные размеры.

Для поддержания качества продукта в табачной промышленности необходимой задачей является обнаружение и удаление содержащихся в сыром табаке посторонних примесей. Причем в понятие "посторонние примеси" включается любой инородный относительно табака материал.

Патент США №4707652 раскрывает способ определения посторонних примесей в сигаретном табаке путем применения анализируемого электромагнитного рассеянного излучения.

Далее, патент США №5476108 также касается определения посторонних примесей в сигаретном табаке, причем табак исследуется путем излучения из ближней ИК-области спектра. При обнаружении посторонней примеси генерируется сигнал для эжектора, имеющего газоструйное сопло, которое направляет поток сжатого воздуха на сигарету, содержащую постороннюю примесь, чтобы извлекать ее из производственного процесса.

Наконец, из документа DE 29719600 U1 известно устройство для определения неоднородностей и посторонних примесей в слое материала, причем слой материала нагружается корпускулярным или электромагнитным излучением и анализируется передаваемая или обратно рассеиваемая интенсивность.

Эти методы обнаружения и удаления в сигаретной машине посторонних примесей пригодны лишь ограниченно, а в отношении ко всем возможным посторонним примесям имеют недостаточную эффективность.

Наряду с металлоискателями в чистом виде или способами просеивания или воздушной сепарации согласно уровню техники, в частности, используют также оптический фотограмметрический способ в области подготовки табака.

Эти средства и способы имеют следующие недостатки:

- принцип действия таких устройств основан на оптическом обнаружении посторонних примесей. Следовательно, поток табачной массы должен быть разрежен до монослоя, что может быть осуществлено лишь при высокой себестоимости, издержках на оборудование и рабочее место;

- эффективность обнаружения зависит от материала и, в частности, в значительной степени зависит от окраски и величины посторонних примесей. Небольшие посторонние примеси, цвет которых схож с табачным цветом, практически не поддаются обнаружению;

- вместе с фактической посторонней примесью вследствие методики всегда удаляется также и качественный табачный материал. Это увеличивает нежелательные потери табака и ведет к дополнительным расходам;

- чтобы в обычных массовых потоках обнаружение и удаление посторонних примесей могли иметь сколько-нибудь успешный результат, устройства по обнаружению посторонних примесей для сигарет устанавливаются предпочтительно перед технологической операцией резки табака. Однако в результате не только сырой табак засорен посторонними примесями, но в конце процесса подготовки табака имеется потенциальная опасность того, что посторонние примеси могут попасть в табак. Иными словами, несмотря на установку устройств по обнаружению посторонних примесей, имеется опасность того, что посторонние примеси могут попасть вплоть до сигаретной машины;

- впрочем, на сигаретной машине имеется функциональный блок для сепарации грубых частиц, например нежелательных небольших фрагментов жилок табака, однако, этот блок не в состоянии с достаточной эффективностью удалить посторонние примеси, так что имеется опасность того, что в конечном итоге посторонние примеси могут попасть в сигарету.

Задача изобретения поэтому состоит в создании усовершенствованного относительно известных способов способа обнаружения посторонних примесей в готовом табачном штранге, который используется на сигаретной машине и не требует применения радиоактивного излучения. При этом должен обнаруживаться засоренный посторонними примесями участок сигаретного штранга и сразу же после его идентификации автоматически удаляться из процесса производства.

Для решения этой задачи используется вышеупомянутый способ, отличающийся тем, что сигнал S_D плотности и сигнал S_F влажности анализируются во взаимосвязи для определения наличия или отсутствия посторонних примесей в табаке.

Настоящее изобретение предлагает таким образом техническое решение для обнаружения посторонних примесей непосредственно в сигаретной машине в готовых сигаретах с высокой эффективностью и исключает вышеописанные недостатки поисковых устройств посторонних примесей на участке подготовки табака.

Поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения и сортировки от посторонних примесей в сигаретах, при котором табак в зоне сигаретной машины подвергают воздействию микроволнового излучения и генерируют как сигнал S_D, относящийся к плотности табака, так и сигнал S_F, относящийся к влажности табака, сигнал S_D плотности и сигнал S_F влажности анализируют в совместной комбинации для определения наличия или отсутствия посторонних примесей в табаке.

Из получаемых одновременно значений измерений для сигнала S_D плотности и сигнала S_F влажности посредством обработки данных рассчитывают комбинированный сигнал S_K.

Когда комбинированный сигнал S_K превышает устанавливаемое пороговое значение, генерируют сигнал посторонних примесей, который используют для управления выталкивающим устройством для выталкивания посторонних примесей.

Устройство для осуществления способа обнаружения и сортировки от посторонних примесей в сигаретах включает в себя микроволновый резонатор с резонансной полостью, в которой расположен диэлектрик, имеющий полость, через которую непрерывно пропускается табачный штранг, и, по меньшей мере, одну микроволновую антенну с присоединенным электродом для испускания высокочастотного излучения в и сквозь резонансную полость и генерирования как сигнала S_D, относящегося к плотности табака, так и сигнала S_F, относящегося к влажности табака, причем микроволновой резонатор с устройством управления, которое анализирует сигнал S_D плотности и сигнал S_F влажности в совместной комбинации, соединен с эжектором и управляет им таким образом, что после обнаружения посторонней примеси наводится эжектор и засоренный посторонней примесью участок табачного штранга извлекается из табачного штранга.

Электронное или электромеханическое устройство управления обрабатывает сигналы микроволнового резонатора и генерирует из них управляющие сигналы для эжектора.

В способе согласно изобретению для обнаружения посторонних примесей в сигаретах готовый образованный непрерывный табачный штранг до его разрезания на отдельные штранги в зоне сигаретной машины подвергается воздействию микроволнового излучения и генерируются сигнал S_D, относящийся к плотности штранга, и сигнал S_F, относящийся к влажности штранга; затем посредством устройства обработки данных производится расчет комбинированного сигнала S_K, который значимо и с высокой чувствительностью выявляет имеющиеся в сигаретном штранге посторонние примеси. При этом под влажностью штранга понимается процентная доля воды в штранге относительно его сухой массы.

В основе данного изобретения лежит следующая мысль.

Уже в течение некоторого времени имеется возможность определения плотности табака сигаретного штранга при помощи микроволнового измерительного блока. Сигналы этого микроволнового измерительного блока служат основой для регулирования веса сигареты.

Способ измерения основан физически на оценке дипольной релаксации молекулы воды во влажном образце материала. Для этого исследуемый материал помещается в поле резонатора. Если исследуемый материал находится в электромагнитном поле резонатора, резонансная частота резонатора уменьшается относительно частоты пустого резонатора, а ширина резонансной линии на уровне половины ее максимального значения увеличивается относительно этой ширины пустого резонатора. Эти оба эффекта будут тем больше, чем больше влажность материала.

На оба регистрируемых измерительной техникой параметра, а именно на уменьшение резонансной частоты и увеличение ширины резонансной линии на уровне половины ее максимального значения, воздействует не только влажность материала, но также плотность упаковки анализируемого материала внутри диапазона поля резонатора. При этом способ пригоден для одновременного и независимого измерения двух величин, а именно влажности материала независимо от плотности упаковки, если при помощи опорных измерений произведена калибровка влажности, а также плотности материала независимо от влажности материала, если посредством опорных измерений была произведена калибровка плотности.

При измерении плотности табачного штранга посредством принципа микроволнового резонансного измерения получается одновременно автоматически и почти как побочный продукт величина влажности материала, выраженная, например, как "процентное содержание воды" (% H₂O), которая пока дальше не используется.

Присутствующая в табачном штранге посторонняя примесь отличается тем, что она имеет отклоняющуюся от остального табачного штранга плотность, а также влажность материала. Только путем комбинированной обработки обоих сигналов плотности и влажности представляется возможным обнаружить с высокой чувствительностью и точностью постороннюю примесь и удалить в последующей операции соответствующую сигарету. Если бы определялась лишь плотность или лишь влажность, результаты анализа были бы ложными, так как нормальный табачный штранг без посторонней примеси подвержен определенным случайным и незакономерным колебаниям плотности и влажности.

Этот принцип обнаружения посторонних примесей в сигаретных машинах был выявлен и опробован в лаборатории при помощи обычного имеющегося в продаже микроволнового измерительного прибора для измерения плотности или влажности табака. При этом были произведены измерения сигаретных штрангов с добавлением вручную в табак инородных частиц.

Изобретение относится также к устройству для реализации способа, при помощи которого из табачного штранга могут удаляться такие участки, которые содержат нежелательные посторонние примеси. Устройство основано на микроволновом резонаторе, как он раскрыт в публикации ЕР 0889321 А1, а именно с верхней и нижней металлическими стенками, между которыми помещен керамический материал. Сквозь обе металлические пластины или стенки и сквозь керамический материал проходит сквозное отверстие, через которое движется исследуемый материал. Генерируемые микроволновым резонатором сигналы передаются на схему обработки, которая при наличии заданных критериев подает команду на эжектор, чтобы удалить заданный участок из табачного штранга. Как правило, эжектор монтируется на расстоянии от микроволнового резонатора на сигаретной машине, что должно обеспечить согласование по времени между микроволновым резонатором и эжектором. Для специалиста обеспечение этого согласования по времени не представляет трудности. Например, с главным приводом сигаретной машины соединено кодирующее устройство, генерирующее сигналы, которые однозначно согласованы с рабочим числом оборотов сигаретной машины. В варианте исполнения это вращающийся диск, жестко связанный с главным приводом сигаретной машины, так что он вращается постоянно с одинаковым числом оборотов, как и основной вал сигаретной машины. Конечно, возможно также, что диск будет вращаться с меньшим или большим числом оборотов, как и число оборотов основного вала сигаретной машины, при этом важно лишь то, чтобы не менялось передаточное отношение. Если вращающийся диск по окружности снабжен отверстиями или прорезями на равномерном расстоянии, например 360 отверстий или прорезей, то световой луч, направленный от одной стороны диска к другой на фотоэлемент, может на каждый оборот диска производить 360 импульсов, из которых каждый импульс представляет 1° вращательного движения. Эти электрические импульсы обрабатываются в электронной схеме и служат для приведения в действие эжектора согласованно по времени с микроволновым резонатором. Для специалиста, конечно, не составляет труда определить, сколько импульсов следует отсчитать, прежде чем следует задействовать эжектор. Число импульсов "n" кодирующего устройства, которое требуется прежде чем подается сигнал выброса, зависит от различных факторов, воздействующих на сигаретную машину, например от положения измерительного чувствительного элемента, от формата сигареты или от конструктивных признаков фильтросборочной машины.

Эжектор может иметь различную конструкцию, например простое газоструйное сопло, которое при получении управляющего сигнала посылает сильную струю сжатого воздуха, направленную сбоку на табачный штранг, которая выдувает соответственно при получении управляющей команды определенный участок из табачного штранга.

В другом варианте исполнения эжектор расположен за ножевым аппаратом на сигаретной машине, а именно в том месте, где находятся уже готовые сигареты. В такой установке извлекаются целые сигареты, которые собираются и подаются на участок подготовки табака.

Ниже изобретение поясняется более детально с помощью графиков, на которых показаны:

фиг.1 - характеристика кривой плотности и влажности нормальной сигареты;

фиг.2 - характеристика кривой согласно фиг.1 с кусочком дерева в качестве посторонней примеси;

фиг.3 - характеристика кривой согласно фиг.1 с посторонней примесью в виде кусочка твердой пластмассы;

фиг.4 - характеристика кривой согласно фиг.1 с посторонней примесью в виде кусочка резины;

фиг.5 - характеристика кривой согласно фиг.1 с посторонней примесью в виде кусочка стекла;

фиг.6 - характеристика кривой согласно фиг.1 с посторонней примесью в виде кусочка металла;

фиг.7 - характеристика кривой согласно фиг.1 с посторонней примесью в виде камешка;

фиг.8 - характеристика данных для комбинированного сигнала нормальной сигареты;

фиг.9 - характеристика данных согласно фиг.8 с посторонней примесью в виде кусочка дерева;

фиг.10 - характеристика данных согласно фиг.8 с посторонней примесью в виде кусочка твердой пластмассы;

фиг.11 - характеристика данных согласно фиг.8 с посторонней примесью в виде кусочка резины;

фиг.12 - характеристика данных согласно фиг.8 с посторонней примесью в виде кусочка стекла;

фиг.13 - характеристика данных согласно фиг.8 с посторонней примесью в виде кусочка металла;

фиг.14 - характеристика данных согласно фиг.8 с посторонней примесью в виде камешка.

На фиг.1 показаны точки измерений для плотности и влажности нормального табачного штранга. Измерения производились с интервалом 1 мм и нанесены соответственно одно над другим. Верхняя кривая показывает распределение влаги для нормальной сигареты, которая лежит в интервале между 10,0 и 10,5% воды. Над соответствующим участком измерения колеблется плотность для нормальной сигареты между 205 и 255 мг/см³, причем среднее значение находится примерно в районе 220 мг/см³.

Когда согласно фиг.2 в табачном штранге находился кусочек дерева, на этом участке изменялись как плотность, так и влажность, что сразу же привело к значительному скачку в диапазоне от 18 до 28 мм.

На фиг.3 показана характеристика кривой измерений для кусочка твердой пластмассы, что привело к значительному скачку плотности в диапазоне от 12 до 20 мм и соответствующему скачку влажности между 12 и 20 мм.

На фиг.4 показана характеристика кривой для кусочка резины как посторонней примеси, которая показала значительный скачок между 8 и 25 мм.

На фиг.5 показана характеристика измерений на табачном штранге с посторонней примесью в виде кусочка стекла. Как кривая плотности, так и кривая влажности показывают значительный скачок в диапазоне 22-33 мм, который позволил заключить о присутствии этого инородного тела.

На фиг.6 показана характеристика кривой для кусочка металла как посторонней примеси с более резким скачком в диапазоне от 27 до 38 мм.

Значительные скачки вызывает также посторонняя примесь в виде камешка в табачном штранге, который был обнаружен в диапазоне от 15 до 25 мм, что видно из фиг.7.

Из одновременно и параллельно полученных значений измерений для плотности S_D штранга и влажности S_F штранга посредством обработки данных рассчитывается комбинированный сигнал S_K, например по следующей формуле:

S_K=ABS (модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ  _{плотность} ·

ABS (модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ _{влажность} ·

Комбинированный сигнал S_K - это произведение величины разности модального значения минус i-e измеренное значение сигнала плотности и величины n-й степени разности модального значения минус i-e измеренное значение сигнала влажности и выявляет значимо и с высокой чувствительностью посторонние примеси в сигаретном штранге. Переменная n может принимать значения от 1 до 5.

Дальнейшие возможности расчета комбинированного сигнала явствуют из формул:

S_K= (модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ _{плотность} ·

ABS (модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ _{влажность} или

S_K=ABS(модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ _{плотность} ·

(модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ _{влажность} или

S_K= (модальное значение х - измеренное значение x_i)ⁿ _{плотность} ·

(модальное значение х - измеренное значение х_i)ⁿ _{влажность} ·

Ниже комбинированный сигнал S_K поясняется более детально на основе диаграмм. Основой для этих диаграмм являются первично полученные измеренные сигналы согласно фиг.1-7.

На фиг.8 показаны точки данных для комбинированного сигнала нормального табачного штранга. Здесь появлялись интенсивности, отклоняющиеся от нулевой линии максимально до значения 1.

Когда в табачном штранге находился согласно фиг.9 кусочек дерева, в диапазоне от 22 до 26 мм был зарегистрирован значительный скачок до максимальной интенсивности величиной 11.

На фиг.10 показана характеристика данных для кусочка твердой пластмассы, которая показала пик комбинированного сигнала в диапазоне от 14 до 18 мм до максимальной интенсивности величиной 9.

На фиг.11 показана характеристика данных для кусочка резины как посторонней примеси, следствием чего был значительный скачок между 14 и 18 мм до максимальной интенсивности величиной 650.

На фиг.12 показана характеристика данных на табачном штранге с посторонней примесью в виде кусочка стекла. Был отмечен значительный скачок в диапазоне от 25 до 30 мм до максимальной интенсивности величиной 700, который позволяет заключить о наличии посторонней примеси.

На фиг.13 показана характеристика данных для посторонней примеси в виде металлического кусочка с еще более отчетливо выраженным скачком до максимальной интенсивности величиной 20000 в диапазоне от 29 до 34 мм.

Значительный скачок до максимальной интенсивности величиной 3500 вызывает также присутствие в табачном штранге посторонней примеси в виде камешка, который обнаружен в диапазоне от 18 до 22 мм, что отчетливо видно на фиг.14.

Если комбинированный сигнал превышает установленное пороговое значение, например значение 5, генерируется сигнал инородного тела, который привлекается к управлению эжектором. Таким образом, может обеспечиваться удаление засоренных посторонними примесями сигаретных штрангов из производственного процесса и направление их в специальное устройство для брака.

Изобретение может быть применено также для других установок, работающих со штрангообразными, непрерывными или порционными насыпными материалами.

Изобретение относится к способу для обнаружения и сортировки от посторонних примесей в сигаретах и обеспечивает повышение эффективности работы. Для этого табак в зоне сигаретной машины подвергают воздействию микроволнового излучения и генерируют сигнал, относящийся к плотности табака, и сигнал, относящийся к влажности табака. При этом сигнал плотности и сигнал влажности обрабатывают в совместной комбинации для определения наличия или отсутствия посторонних примесей в табаке. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ обнаружения и сортировки от посторонних примесей в сигаретах, при котором табак в зоне сигаретной машины подвергают воздействию микроволнового излучения и генерируют как сигнал S_D, относящийся к плотности табака, так и сигнал S_F, относящийся к влажности табака, отличающийся тем, что сигнал S_D плотности и сигнал S_F влажности анализируют в совместной комбинации для определения наличия или отсутствия посторонних примесей в табаке с последующим извлечением засоренного посторонней примесью участка из табачного штранга.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из получаемых одновременно значений измерений для сигнала S_D плотности и сигнала S_F влажности посредством обработки данных рассчитывают комбинированный сигнал S_K.3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что когда комбинированный сигнал S_K превышает устанавливаемое пороговое значение, генерируют сигнал посторонних примесей, который используют для управления выталкивающим устройством для выталкивания посторонних примесей.4. Устройство для обнаружения и сортировки от посторонних примесей в сигаретах, включающее в себя микроволновый резонатор с резонансной полостью, в которой расположен диэлектрик, имеющий полость, через которую непрерывно пропускается табачный штранг, и по меньшей мере, одну микроволновую антенну с присоединенным электродом для испускания высокочастотного излучения в и сквозь резонансную полость и для генерирования как сигнала S_D, относящегося к плотности табака, так и сигнала S_F, относящегося к влажности табака, отличающееся тем, что микроволновой резонатор с устройством управления, которое анализирует сигнал S_D плотности и сигнал S_F влажности в совместной комбинации, соединен с эжектором и управляет им таким образом, что после обнаружения посторонней примеси наводится эжектор, и засоренный посторонней примесью участок табачного штранга извлекается из табачного штранга.5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что электронное или электромеханическое устройство управления обрабатывает сигналы микроволнового резонатора и генерирует из них управляющие сигналы для эжектора.

Приоритет по пунктам:

приоритет по пп.1-3 установлен от 31.07.2000 согласно заявке DE 10037180.9;

приоритет по пп.4-5 установлен от 18.07.2001 согласно заявке РСТ/ЕР01/08313.