香烟的制造技术

专利名称：香烟的制造技术
在香烟制造中，通常在切成单段卷烟前，用一同位素装置扫描成品卷烟，以保证通过除去形成芯叶的烟叶流中除去变化量的变化部分的修整装置控制卷烟的重量。卷烟重量信号也可用来使重量不足的卷烟或有明显孔洞的卷烟在下游(通常在装过滤嘴机上)被抛掉。为此目的使用的同位素扫描装置在制烟工业中多年来已常用。
按照本发明，提供了一种制烟机的扫描装置，包括一低能X射线束发射器，把X射线穿过卷烟，及一个X射线探测器(例如光电二极管)，装成用来接收穿过卷烟的射线，及输出一信号，经放大后供到制烟机的控制电路。
本发明基于认为上述类型低能X射线束(下面简称为X射线束)可安全地用于制烟机的环境中，当与具有与卷烟直径近似的高度的光电二极管探测器结合使用时产生一满意的重量信号。这种低能X射线源作为专卖品已经可以购得。以前可得到的高能源不适合用于卷烟扫描，主要因为占主要地位的较高频率穿透太迅速而不能作为有用的卷烟重量的信号。另一方面，一个低能X射线源可用来与光电二极管结合，该二极管可接收与监视与卷烟直径尺寸一样的高度或更低的高度的射线束，以提供穿过卷烟直径的平均卷烟密度的信号；此外涉及的射线束高度是基于假设时线束是水平射过卷烟，尽管穿过的射线束也可以是例如垂直的。
上面涉及一种低能X射线束发射器。作为说明，到目前常用的X射线管在几十或几百KV(根据X射线的限定)的能量水平下工作。另一方面，在本发明中适用的低能源具有不同等级的能量水平，也就是约13KV，它产生用约1埃的波长来代表的频率。现面我们认为合适的能量水平在6-20KV，最好为10-16KV。
下面参照


本发明的制烟机及香烟杆扫描系统的实例，附图中
图1是完整的制整烟机的一部分的正视图；图2是沿图1中II-II线的放大的剖面图；图3是沿图1中III-III线的放大的剖面图；图4是沿另外的X-线装置的垂直平面的剖面图；图5是沿图4中箭头V方向的视图。
图1示意地示出了一种普通的莫林型的制烟机，其中通过把烟叶从上面的烟囱10喷向一吸带12而形成一芯叶流。部分芯叶流被一修整器14移走，该修整器14以任何已知的方式垂直移动来控制每单位长度的卷烟的重量，或者，修整器处在一固定位置，而在修整器区域的吸带上下移动。在修整器14后面，留在吸带12上的芯叶流的部分在辅助传送带18和相配的上组件20的帮助下被包在连续的香烟卷纸16中，通过上组件20，芯叶流最终成型为使香烟卷纸16可密封包住它形成成品卷烟22。扫描装置24对卷烟扫描，并控制修整器14的垂直位置。
在修整器14的紧接的上游(或下游)位置设的扫描装置26提供了对修整器附加的位置控制。该装置26对芯叶流的烟叶密度的变化提供迅速的反应，而扫描装置24更特别地提供了对成品卷烟重量的精确的长期控制。使用双重扫描装置本身是已知的Molins Mark 8的卷烟机使用气动装置作为快速扫描器加上放射性同位素扫描装置扫描完成的卷烟(参见例如US 3089 497)。
按照本发明，卷烟扫描装置24最好是一个X射线装置，而芯叶流扫描装置26最好是一个红外装置(如图所示)或一个简单而便宜形式的低能X射线装置，其可由如装置24同样的电源供电。这些装置在图2、3中分别更完全地示出。然而，这些装置原则上可以互换。
参见图2，X射线管110设成通过出112发出X射线束，出口112包括可透过X射线(例如铍)的窗元件114，但也可包括一罩(未示出)使射线束的横截面出口为矩形。通过窗元件114发出的射线束的高度略小于卷烟116的直径，卷烟116由一个卷烟导向装置导向，该装置包括上下元件118，120以及由钛或其它材料(如铝)制的侧窗122，124，X射线束能穿过这些窗。由于因引起的变化的衰减，剩余的射线束撞击光电二极管126，该二极管可以是硅基的并且高度近似等于卷烟的直径。从光电二极管发生的信号传到放大器128，由其把卷烟密度的信号传给基本已知类型的控制电路130，由其控制进行例如上面所述的修整操作。
X射线束沿卷烟轴的方向的宽度小于香烟的直径，例如6mm或者可能小至3mm。光电二极管126沿卷烟轴方向的宽度与其类似以便基本接收穿过卷烟的整个X射线束。
应注意卷烟导向元件118，120有适当的凹形的卷烟导向表面，其沿射线束方向测量的宽度对于沿水平及垂直方向以合适的精度对卷烟导向是足够的。
至今为止常用的同位素扫描装置中，常用(沿射线束方向测量)较窄的卷烟导向件以便使射线束高度总是几乎等于卷烟的直径。因为常用的放射线束的能量水平低，因此上面的考虑是必要的。结果，对于卷烟直径的稍微变动，要用不同的卷烟导向装置。按照本发明得到高的辐射通量的水平，加上X射线束实质不同的性能(波能)允许使用更宽的卷烟导向件116，118。结果，穿过卷烟的射线束的高度可能在某种程度上小于卷烟的直径，但这种情况是可以允许的，因为能量水平足够产生适当的信号，有利地是给定的卷烟导向装置可用于宽范围的卷烟直径，因为射线束只穿过卷烟的更宽部分使扫描信号对卷烟轴线的精确的垂直位置不怎么敏感。
仅仅当制烟机操作并且卷烟通过卷烟导向件118，120时，才对X射线管供电。例如，可用一传感器探测出卷烟进入或接近卷烟导向件并控制连锁装置使得只在出现卷烟时把电流供到X射线管。
硅光电二极管对温度敏感的。为了消除温度的影响，可以背对背设置方式把第二光电二极管与光电二极管126相连，可以插入铜的中间层保证好的热传导及不使X射线穿过第一光电二极管(测量光电二极管)及进入第二光电二极管。然后从该两光电二极管的输出可连到一微分电路使光电二极管126信号中与温度有关的部分被第二光电二极管同样的信号平衡掉。
在用于温度补偿的背对背设置之外(或作为替换)，可用包在光电二极管中的可控制的冷却元件控制这一个(或二个)光电二极管的温度。为了控制可用铂或镍电阻温度计或热敏电阻或粘到光电二极管上的其它半导体装置探测出光电二极管的温度。
可以用垂直设置一列窄的光电二极管(垂直测量)，各接收通过卷烟不同“薄层”的射线束部分，来代替光电二极管126。控制电路可补偿在高于或低于中间“薄层”的薄层逐渐变窄(沿射线束方向测量)而吸收较少的射线束这一问题。用该装置，可监视不同水平高度的卷烟中的密度不同。另外，可监视从光电二极管的各元件发出的信号测出有外来物的存在，其比烟叶更不能透过射线。这样测出的有外来物的卷烟可以任何已知的方式抛弃。这一实例的优点是比现有技术系统能更可靠地测出在卷烟一个或两个薄层中存在小的外来物，在现有技术中只能测出对穿过卷烟整个高度的全部射线束有可测出影响的外来物。
X射线管可有一钨靶，如通常使用那样。或者，靶可由其它材料制成，如用铜，可产生一个低的“特征频率”。
烟叶的水分含量可用任何已知的装置测出以把补偿信号供到控制电路130。
本发明的X射线扫描系统比现有的同位素扫描器高的分辨力，可用来在卷烟切断区测出及抛掉低密度芯叶的卷烟，该切断操作可以在制烟机或过滤嘴装配机进行，这种卷烟肯定是有差质量的端部。
图3示意地示出在修整前扫描芯叶流的扫描装置26。在该步骤中，借助从真空室52通过带12传出的吸力，芯叶流50被带12承载着，如上所述，侧轨道54和56限定芯叶流的侧部。线58代表修整器14修整的芯叶流的平均水高。
扫描装置26 (也可称为“向前供料的扫描器” )包括一红外光源60，其把一束红外光(可能通过一组光导纤维)水平传过芯叶流50，朝向一个红外探测器62。轨道54，56有用于此目的的孔，在轨道的内表面它们用透明玻璃64，66密封。应注意红外光束基本在水平高度58传送通过芯叶流，芯叶基本修整到该水平。但是，或者红外光束可在更高或更低水平传送通过芯叶流，或者可在带12和线58之间延伸穿过芯叶流的整个高度。
对作向前供料方向的扫描的红外装置的替换可以是简单测量芯叶流高度的光学装置。
可用任何合适的电-机械装置响应从红外装置26发出的迅速的向前供料的信号及从X射线扫描装置接收的卷烟重量信号来控制修整器14的位置。
图4示出一种不同的X射线扫描装置，其把从X射线管发出的低能X射线束200射向两个光电二极管202，204，该两管在这种情形下可以是同样的。虽然从X射线管发出的射线束没分开，但示出的X射线束200的两部分200A和200B是分开的。
射线束200A穿过对卷烟导向的管206，而射线束200B穿过含有一参考的射线束吸收件〔或称为参考烟卷(未示出)〕的管208，例如该参考吸收件可以是一空心的尼龙管，设计成具有与卷烟的平均射线吸收特性类似的射线吸收特性。管206，208有钛覆盖的窗206A，208A，它们各自例如(在本实例中)小于卷烟直径的宽度W(沿卷烟轴线方向测量)。
各光电二极管202，204装在一个控制温度的铝件210上，以便垂直于各射线束200A，200B的轴线。为了控制铝件210以及光电二极管的温度，设置了两条加热条210，其温度由装在或靠近铝件210侧的温度传感器214控制。用来放大光电二极管送来的输出信号的任意已知类型的放大电路连到装在铝件210背面的板216，使得在一个控制的温度下，以保证稳定放大器的工作。
管206，208装在不锈钢座218中，座218带有斜孔218A，218B以便通过射线束200A，200B。孔的延伸部设在元件220中，该元件220固定在座218上，用来安装X射线管(未示出)。
在铝件210上的凸脊210A用作防止各射线束的X射线散射到其它的光电二极管的挡块。
图4、5所示的扫描装置具有垂直方向的X射线束，但是其方向可改变使射线束为水平方向。但是，对扫描在双轨制烟机中的根卷烟，一个垂直方向的射线束是合适的。为此，由单一X射线管发出的射线束部分可导向三个光电二极管。外部通过两根卷烟(假设是水平间隔的)，而中部经过参考烟卷。或者，四个四分之一的X射线束(从通过射线束的横剖面看)可以导向四个光电二极管，其中两个(也就是相对的四分之一)与两根卷烟配合，而另外两个提供对各卷烟的参考信号。如果要求或需要的话，这种安排会保证射向四个光电二极管的射线束部分的强度相等。为此，可使用从最多可达40°的圆锥角的X射线管发出的射线束圆锥。
在两种上述的X射线扫描装置中，X射线管可以是Lohmann ABE160，或由在100-200千周下工作的一开关型电源供电。加热条214(图4)可以是具有正比积分-微分控制器型的半导体装置以便产生可变的热输出。光电二极管可以是大面积PIN硅光电二极管，其一个实例可从Grasehy GK Intertest Led公司(零件号ST0029)得到。
权利要求
1.一种制烟机的扫描装置，包括一低能X射线束发生器(110)，把X射线束穿过卷烟(116)，及一个X射线探测器(126，202)，装成用来接收穿过卷烟的射线，及输出一信号，经放大后，供到制烟机的控制电路(130)。
2.按照权利要求1的装置，其特征在所述的X射线束的波长为约1埃。
3.按照权利要求1的装置，其特征在于所述的射线发生器是能量水平为6-20KV供电的低能X射线源。
4.按照权利要求3的装置，其特征在于所述的能量水平为10-16KV。
5.按照权利要求4的装置，其特征在于所述的能量水平为约13KV。
6.按照上述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述的探测器(126，202)是一个光电二极管。
7.按照权利要求6的装置，其特征在于所述的探测器是一个PIN型硅光电二极管。
8.按照上述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述的探测器安装在靠近参考探测器(204)处，所述的参考探测器的输出与控制电路连接，因此从参考探测器的输出上的温度效应补偿从主探测器的输出上的温度效应，所述的两个探测器保持在基本同样的温度。
9.按照权利要求8的装置，其特征在于所述的两个探测器以背对背方式装在一起。
10.按照权利要求9的装置，其特征在于所述的两个探测器(202，204)肩并肩地装在保持在基本恒定的温度下的温度控制元件上。
11.按照权利要求10的装置，其特征在于还包括一个用探测温度控制元件(210)的温度的探测器(214)，以及响应从温度控制器来的信号冷却或加热温度控制元件以保持基本恒定的温度的装置。
12.按照权利要求10或11的装置，其特征在于由所述的X射线束发生器发出的射线束的不同部分(200A，200B)导向各探测器(202，204)，还包括参考射线吸收件，导向参考探测器的部分射线束穿过该吸收件。
13.按照权利要求10-12中任一的装置，其特征在于用来放大探测器输出信号的放大器(216)装在控制温度元件(210)上，使温度保持基本恒定。
14.按照上述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述的控制电路(130)设成在芯叶卷在包装纸中形成连续的卷烟前控制芯叶流的修整，其中所述的修整响应于设置在修整进行前扫描芯叶流(50)的第二X射线装置，红外线或其它扫描装置而被控制。
15.按照上述权利要求中任一项的装置，用在制造两根平行的卷烟的制烟机中，其中从单一的X射线束发生器发出的部分射线束设成通过各卷烟。
16.按照权利要求15的装置，其特征在于从通过射线束的横截面看的X射线束的各四分之一通过一或两根卷烟导向-X射线探测器，或导向提供参考信号并与通过一根或两根卷烟的探测器配合的一个X射线探测器。
17.按照权利要求1及相应参照附图的一个实例的装置。
全文摘要
一种制烟机的扫描装置，包括一低能X射线束发生器(110)，把X射线束穿过卷烟(116)，及一个X射线探测器(126，202)，装成用来接收穿过卷烟的射线，及输出一信号，经放大后，供到制烟机的控制电路(130)。
文档编号G01N23/02GK1148793SQ9519314
公开日1997年4月30日 申请日期1995年5月19日 优先权日1994年5月19日
发明者约翰·道森 申请人:茂林斯公共有限公司