Спосіб і пристрій для виявлення і видалення чужорідних тіл в сигаретах

Винахід стосується способу виявлення і видалення сторонніх тіл в сигаретах, при якому тютюн в області сигаретної машини піддають дії мікрохвильового випромінювання і формують як сигнал SD, що характеризує щільність тютюну, так і сигнал SF, що характеризує вологість тютюну. Із DE 197 05 260 А1 відомий спосіб і пристрій для визначення таких властивостей матеріалу, як волога і/або суха маса тютюну, шляхом обробки розстроювання мікрохвильового резонатора, зумовленого наявністю матеріалу, причому до резонатора підводять мікрохвильові коливання щонайменше двох різних частот і аналізують зміщення резонансу і демпфування коливань порівняно з резонансною кривою, отриманою без впливу матеріалу. В ЕР 0 889 321 А1 описаний мікрохвильовий резонатор для вимірювання профілю щільності чи вологи вздовж проби з високою точністю і з визначенням местоположения, причому резонатор заповнений діелектриком, а внутрішня камера має значно меншу товщину, ніж перпендикулярні їй розміри. В тютюновій промисловості існує задача: з метою підтримання високої якості продукції слід виявляти і видаляти наявні в сировинному тютюні сторонні тіла. При цьому під сторонніми тілами слід розуміти усякий матеріал, відмінний від тютюну. В US 4,707,652 описаний спосіб виявлення сторонніх тіл в сигаретному тютюні шляхом аналізу розсіяного електромагнітного випромінювання. US 5,476,108 також стосується виявлення сторонніх тіл в сигаретному тютюні, згідно з яким тютюн досліджують з використанням випромінювання в ближній частині інфрачервоного діапазону спектру. В разі виявлення стороннього тіла формується сигнал для виштовхувача, що має сопло, з якого струмінь стисненого повітря викидає із процесу виробництва сигарету, що містить стороннє тіло. Нарешті, із DE297 19 600U1 відомий пристрій для виявлення неоднорідностей і сторонніх тіл у шарі матеріалу, в якому на шар матеріалу діють корпускулярним чи електромагнітним випромінюванням і аналізують інтенсивність випромінювання, пропущеного чи відбитого шаром матеріалу. Ці використовувані в сигаретних машинах способи виявлення і видалення сторонніх тіл придатні лише обмежено і стосовно усіх можливих сторонніх тіл мають недостатню ефективність. Згідно з рівнем техніки поряд з чистими приладами для виявлення металів чи способами повітряної сепарації при обробці тютюну використовують також оптичні методи обробки зображень. Недоліками цієї техніки і цього підходу є те, що: - Принцип дії таких пристроїв базується на оптичному розпізнаванні сторонніх тіл. Відповідно до цього потік тютюнової маси має бути потоншений до моношару, що може бути реалізовано лише значними витратами коштів, апаратури і місця. - Швидкість розпізнавання значною мірою залежить від матеріалу, зокрема від кольору і розмірів сторонніх тіл. Малі за розмірами тіла, що мають колір, схожий з кольором тютюну, практично не можуть бути виявлені. - Поряд зі справжніми сторонніми тілами відбувається методично зумовлене видалення також і тютюнового матеріалу придатної якості. Це збільшує небажані втрати тютюну і призводить до витрачання додаткових коштів. - Для того, щоб виявлення і видалення сторонніх тіл у звичайних потоках тютюнової маси взагалі давали позитивний результат, установки для виявлення сторонніх тіл встановлюють переважно перед технологічною операцією нарізання тютюну. Але сторонні тіла можуть міститися не лише в неочищенному тютюні; існує потенційна небезпека попадання сторонніх тіл до тютюну в процесі його обробки. Тобто, незважаючи на наявність установки для виявлення сторонніх тіл, вони все ж можуть попадати до сигаретної машини. - Хоча сигаретна машина і оснащена функціональним вузлом для видалення грубих часток сторонніх тіл, таких як, наприклад, невеликі шматочки жилок листків, все ж цей вузол не в змозі з достатньою ефективністю видаляти сторонні тіла, тому існує небезпека, що врешті-решт сторонні тіла зможуть потрапити до сигарет. Тому задачею винаходу є розробка вдосконаленого порівняно з відомими способу виявлення сторонніх тіл у готовому тютюновому штранзі, який може бути застосований у сигаретній машині і не потребує використання радіоактивного випромінювання. При цьому частина сигаретного штрангу, що містить сторонні тіла, після виявлення має бути автоматично вилучена із процесу виробництва сигарет. Для вирішення цієї задачі служить спосіб вказаного вище виду, який відрізняється тим, що для встановлення наявності чи відсутності сторонніх тіл у тютюні оцінюють комбінацію сигналу густиниSD і сигналу вологості SF. Таким чином цей винахід пропонує технічне рішення для виявлення сторонніх тіл безпосередньо в сигаретній машині в готових сигаретах з високою ефективністю і без описаних вище недоліків установок для виявлення сторонніх тіл, використовуваних на етапі підготовки тютюну. Згідно з відповідним винаходові способом розпізнавання сторонніх тіл в сигаретах виготовлений нескінченний штранг перед розрізанням на окремі штранги в області сигаретної машини піддають дії мікрохвильового випромінювання і формують як сигнал SD, що характеризує щільність штрангу, так і сигналу DF, що характеризує вологість штрангу; потім з використанням методів обробки даних вираховують комбінований сигнал SK, який суттєво і з високою чутливістю свідчить про сторонні тіла, можливо наявні в сигаретному штранзі. При цьому під вологістю штрангу слід розуміти процентний вміст води у штранзі відносно його сухої маси. В основі винаходу лежить така ідея: З недавнього часу з'явилася можливість визначати щільність тютюну сигаретного штрангу за допомогою мікрохвильового вимірювального пристрою. Сигнали такого мікрохвильового вимірювального пристрою служать основою для регулювання ваги сигарет. Метод вимірювання фізично ґрунтується на оцінці релаксації диполя молекули води у пробі вологого матеріалу. Для цього об'єкт вимірювання поміщають у поле резонатора. При поміщенні вимірюваного матеріалу в електромагнітне поле резонатора резонансна частота резонатора зменшується порівняно з резонансною частотою порожнього резонатора, а ширина резонансної кривої на половині її висоти збільшується порівняно з відповідним параметром порожнього резонатора. Ці два ефекти проявляються тим сильніше, чим більша вологість матеріалу. Однак на ці два придатних для вимірювання параметри, а саме на зменшення резонансної частоти і збільшення ширини резонансної кривої на половині її висоти, впливає не лише вологість матеріалу, але також і щільність упаковки матеріалу проби, поміщеної в резонатор. Таким чином, спосіб дозволяє визначати одночасно дві вимірювані величини незалежно одну від іншої, а саме вологість матеріалу незалежно від щільності упаковки - коли за допомогою опорного вимірювання здійснюється калібрування вологості, а також щільність матеріалу незалежно від вологості матеріалу - коли за допомогою опорного вимірювання здійснюється калібрування щільності. Таким чином при визначенні щільності тютюнового штрангу з використанням принципу вимірювання параметрів кривої мікрохвильового резонансу автоматично і мовби побічним продуктом отримують виміряне значення для визначення вологості матеріалу, вираженої, наприклад, як "Процент вмісту води (% Н2О)", яке досі не використовувалося. Наявне у тютюновому штранзі стороннє тіло відрізняється тим, що воно має щільність і вологість, відмінні від цих параметрів власне тютюнового штрангу. Лише шляхом сумісної комбінованої оцінки обох сигналів щільності і вологості стороннє тіло можна виявити з високою чутливістю і точністю, і відповідну сигарету вилучити із технологічного процесу виробництва. В разі ж оцінки лише щільності чи лише вологості могли б бути отримані помилкові результати, оскільки нормальний тютюновий штранг і без сторонніх тіл має певні випадкові і нерегулярні коливання щільності і вологості. Цей принцип виявлення сторонніх тіл був розроблений і випробуваний у лабораторії з використанням наявних у продажі мікрохвильових приладів для вимірювання щільності і вологості тютюну. Для цього вимірюванню піддавали сигаретні штранги, в які вручну вносили сторонні для тютюну частинки. Крім того, винахід стосується пристрою для здійснення способу, за допомогою із тютюнового штрангу можуть бути вилучені відрізки, що містять небажані сторонні тіла. Пристрій базується на мікрохвильовому резонаторі, описаному в ЕР 0 889 321 А1, який містить верхню і нижню металеві стінки, між якими розміщений керамічний матеріал. Крізь обидві металеві пластинки чи стінки і крізь керамічний матеріал проникає наскрізний отвір, через який пропускають досліджуваний матеріал. Сформовані мікрохвильовим резонатором сигнали подають до схеми обробки, яка за попередньо заданими критеріями здійснює керування виштовхувачем, який вилучає виявлений відрізок із тютюнового штрангу. Як правило, виштовхувач монтується на сигаретній установці певній відстані від мікрохвильового резонатора, тому має бути здійснене узгодження в часі між мікрохвильовим резонатором і виштовхувачем. Для фахівця це узгодження в часі не становить труднощів. Наприклад, із головним приводом сигаретної машини може бути зв'язаний кодувальний пристрій, який формує сигнали, однозначно пов'язані з робочою швидкістю обертання головного вала сигаретної машини. В одній із форм виконання використовують обертальний диск, жорстко зв'язаний з головним приводом сигаретної машини, завдяки чому він завжди обертається з такої ж швидкістю, що й головний вал сигаретної машини. Звичайно, може бути передбачено, що диск обертається з більшою чи з меншою швидкістю, ніж головний вал сигаретної машини; головне - щоб коефіцієнт передачі був незмінним. Якщо по периметру на однакових відстанях один від іншого виконати 360 отворів чи шліців, то промінь світла, спрямований з одного боку диска на інший бік, де встановлений фотоелемент, спричинить формування 360 імпульсів за один оберт диска, тобто один імпульс відповідає повороту диска на 1°. Ці електричні імпульси оброблюються в електронній схемі і служать для керування виштовхувачем узгоджено в часі з сигналами мікрохвильового резонатора. Для фахівця не становить труднощів визначення кількості імпульсів диска, що мають бути пропущені перед формуванням сигналу керування виштовхувачем. Кількість імпульсів "n", які слід пропустити до формування сигналу виштовхування, залежить від різних факторів сигаретної машини, наприклад, від положення вимірювального датчика, формату сигарети чи конструктивних особливостей машини для приєднання фільтрів. Виштовхувач може мати різну конструкцію; наприклад, це може бути просте пневматичне сопло, яке при отриманні команди керування випускає сильний струмінь стисненого повітря, спрямованого на тютюновий штранг, який видуває певну частину із тютюнового штрангу. В іншій формі виконання виштовхувач розміщений в сигаретній машині після вимірювального приладу, а саме в місці, де проходять уже готові сигарети. В цьому варіанті вилучається уся сигарета, яка потім подається на стадію підготовки тютюну. Нижче винахід докладніше пояснюється з використанням діаграм. На них зображено: Фіг.1. криві щільності і вологості для нормальної сигарети, Фіг.2. криві згідно з Фіг.1 зі шматочком деревини як стороннім тілом, Фіг.3. криві згідно з Фіг.1 зі шматочком твердої пластмаси як стороннім тілом, Фіг.4. криві згідно з Фіг.1 зі шматочком гуми як стороннім тілом, Фіг.5. криві згідно з Фіг.1 зі шматочком скла як стороннім тілом, Фіг.6. криві згідно з Фіг.1 зі шматочком металу як стороннім тілом, Фіг.7. криві згідно з Фіг.1 з камінцем як стороннім тілом, Фіг.8. крива комбінованого сигналу для нормальної сигарети, Фіг.9. крива згідно з Фіг.8 зі шматочком деревини як стороннім тілом, Фіг.10. крива згідно з Фіг.8 зі шматочком твердої пластмаси як стороннім тілом, Фіг.11. крива згідно з Фіг.8 зі шматочком гуми як стороннім тілом, Фіг.12. крива згідно з Фіг.8 зі шматочком скла як стороннім тілом, Фіг.13. крива згідно з Фіг.8 зі шматочком металу як стороннім тілом, Фіг.14. крива згідно з Фіг.8 з камінцем як стороннім тілом. На Фіг.1 зображені одна над іншою криві вологості і щільності для нормального тютюнового штрангу. Вимірювання здійснювали з інтервалом 1мм. Верхня крива представляє розподіл вологості в нормальній сигареті, причому значення лежать в діапазоні від 10,0 до 10,5% вмісту води. На тій же ділянці штрангу щільність набивки для нормальної сигарети коливається від 205 до 255мг/см3, причому середнє значення становить близько 220мг/см3. Коли - відповідно до Фіг.2 - в тютюновому штрангу знаходиться шматочок деревини, змінюються як щільність, так і вологість, що чітко проявляється у вигляді піків на ділянці від 18мм до 28мм. На Фіг.3 зображені криві для штрангу зі шматочком твердої пластмаси як стороннього тіла, причому чітко видно пік щільності на ділянці від 12мм до 20мм і відповідний пік вологості на ділянці від 12мм до 20мм. На Фіг.4 зображені криві для штрангу зі шматочком гуми як стороннього тіла, що мають чіткий пік на ділянці від 8мм до 25мм. На Фіг.5 зображені криві для штрангу зі шматочком скла як стороннього тіла. Як крива щільності, так і крива вологості мають явні піки на ділянці 22-33мм, за якими можна зробити висновок про наявність стороннього тіла. На Фіг.6 зображені криві для штрангу зі шматочком металу як стороннього тіла, що мають ще більш явні піки на ділянці від 27мм до 38мм. Такі ж явні піки спричинює камінець як стороннє тіло в тютюновому штранзі, що видно на Фіг.7 на ділянці від 15мм до 25мм. Із одночасно отриманих виміряних значень щільності штрангу (SD) і. вологості штрангу (SF) шляхом обробки даних вираховують комбінований сигнал SK, наприклад, за такою формулою: SK=ABS(модальне значення х виміряне значення xі)nЩі льн. *ABS(модальне значення х - виміряне значення хi)nВо лог. . Комбінований сигнал SK є добутком піднесеного до степеню n значення різниці між модальним значенням і і-тим виміряним значенням сигналу щільності та піднесеного до степеню n значення різниці між модальним значенням і і-тим виміряним значенням сигналу вологості, і явно та з високою чутливістю вказує на наявність стороннього тіла. Вирахування комбінованого сигналу SK може бути здійснене також за такими формулами: SK=(модальне значення х виміряне значення xі)nЩі льн. *ABS(модальне значення ´ - виміряне значення хi)nВолог. . або SK=ABS(модальне значення х виміряне значення xі)nЩі льн. *(модальне значення ´ - виміряне значення хi)nВоло г. . або SK=(модальне значення х - виміряне значення xі)nЩільн. *(модальне значення х - виміряне значення хi)nВолог. . Нижче комбінований сигнал SK детальніше пояснюється з використанням діаграм. Основою для цих діаграм є первинно отримані виміряні сигнали згідно з Фіг.1-7. На Фіг.8 зображена крива комбінованого сигналу для нормального тютюнового штрангу. Інтенсивність цього сигналу відхиляється від нульової лінії максимум на одну одиницю. Якщо в тютюновому штранзі перебуває шматочок деревини, то на зображеній на Фіг.9 діаграмі комбінованого сигналу на ділянці від 22 до 26мм виникає явний пік з інтенсивністю 11 одиниць. На Фіг.10 зображена крива комбінованого сигналу для тютюнового штрангу зі шматочком твердої пластмаси; на ділянці від 14 до 18мм видно пік з максимальною інтенсивністю 9 одиниць. На Фіг.11 зображена крива комбінованого сигналу для тютюнового штрангу зі шматочком гуми як стороннього тіла, яка має явний пік на ділянці від 14 до 18мм з максимальною інтенсивністю 650 одиниць. На Фіг.12 зображена крива комбінованого сигналу для тютюнового штрангу зі шматочком скла як стороннього тіла. На ділянці від 25 до 30мм ясно видно пік з максимальною інтенсивністю 700 одиниць, за яким можна робити висновок про наявність стороннього тіла. На Фіг.13 зображена крива комбінованого сигналу для тютюнового штрангу зі шматочком металу як стороннього тіла, яка має чіткий пік з максимальною інтенсивністю 20 000 одиниць на ділянці від 29 до 34мм. Також явний пік з максимальною інтенсивністю 3 500 одиниць на ділянці від 18 до 22мм спричинює камінець як стороннє тіло, що ілюструє Фіг.14. При збільшенні інтенсивності комбінованого сигналу понад встановлене порогове значення, наприклад, 5 одиниць, формується сигнал стороннього тіла, який залучається до приведення в дію виштовхувача. Таким чином може бути забезпечене видалення ділянок тютюнових штрангів, що містять сторонні тіла, із процесу виробництва сигарет і подача цих ділянок на додаткову обробку. Винахід може бути застосований також для інших штрангоподібних, безперервно чи дискретно переміщуваних насипних матеріалів.