用于确定插入物在烟草业的杆状物品中的位置的设备的制作方法

本发明涉及一种用于对烟草业中的产品执行质量控制的设备。烟草业产品，包括香烟、小雪茄、雪茄、由单一过滤材料制成的过滤嘴杆、包括多个节段的多节段杆、以及在特定生产阶段处理的所有类型的半成品，可以用通用名称——杆状物品指代。一些杆状物品(诸如过滤嘴杆和过滤嘴香烟)可以含有具有芳香物质的胶囊。在烟草业中，杆状物品的质量是一个格外重要的问题。质量控制可以通过随机选择来执行或可以被应用于生产的所有物品。质量控制涉及物品的外观和尺寸，并且就含有胶囊的物品而言，胶囊的填充水平是重要的。烟草业物品可以含有居中定位在轴线上的纵长插入物，所述纵长插入物由合成材料或金属制成。物品也可以含有由合成材料制成的金属化元件。就涉及物品的内容物(例如胶囊或插入物在过滤嘴杆或成品香烟中的位置)的质量控制而言，必须使用辐射来将物品成像。当检查多节段过滤嘴杆中的节段的尺寸或检查插入物的尺寸时，还要求将物品成像。在此辐射源必须适合于烟草产品制造商使用的多种材料。多节段杆的增加的容量和越来越复杂的构造导致对质量控制的更高要求。目前，用于杆状物品的包装(casing)由多种多样的材料制成，其中一些材料是不透明的；有时所述包装含有金属箔，例如铝箔。就不透明包装材料而言，检查物品的内容物是困难的。杆状物品常常含有纵长元件，例如香料线、管状元件或纵长板。本发明的目的是提供一种检查纵长元件的存在和这些元件的位置的方式。

申请de102014209721a1公开了一种使用x-射线来测量杆状物品的参数的方法。杆状物品被放置在一个具有适于保持杆状物品的座的旋转夹具中。在测量期间，使旋转夹具围绕它自己的轴线旋转，这使得能够记录以不同的角度穿过杆状物品的辐射的强度。此解决方案的缺陷在于以下事实：杆状物品不围绕它们自己的轴线旋转，而是总体上围绕旋转夹具的轴线旋转。杆状物品的三维图像的创建要求使用通常用于计算机断层摄影的复杂处理。所提出的方法可以在实验室测量中使用、在所选择的一组物品的测试中使用。然而，它不适合于杆状物品大量传递所沿的自动生产线上的测量。

文献ep0790006b1和ep2769632a1公开了适合于在自动生产线上使用的、用于使用x-射线无创地测量杆状物品的质量参数的方法和装置。文献ep0790006b1描述了使得能够基于在杆状物品的不同厚度处穿过杆状物品的x射线辐射的强度的测量来确定杆状物品的密度的方法和装置。文献ep2769632a1公开了一种用于测量放置在杆状物品内部的胶囊的方法，该方法使用三个独立的测量组件以不同的角度执行测量。这两种解决方案的缺陷在于，测量每次被限制到一个物品。

本发明的目的是一种用于确定插入物在烟草业中使用的杆状物品中的位置的设备，所述设备被设置有：一个用于杆状物品的传送机，所述传送机适于在预先确定的运输平面中在垂直于杆状物品的纵长轴线的运输方向上运输杆状物品；一个辐射源；以及至少一个检测器。根据本发明的设备的特征在于，所述设备被设置有一个检测器的具有至少两个部段的一个组和/或两个检测器。检测器的部段或两个检测器在预先确定的空间定向中在杆状物品的传送机上的运输方向上一个接一个地放置，在所述预先确定的空间定向中，照射在检测器的部段或检测器上的辐射以不同的角度穿过杆状物品。所述设备还被设置有一个控制器，所述控制器适于从检测器的部段和/或检测器接收信号的序列。信号的每一个序列对应于在所述传送机上运输的相同的杆状物品，并且此外，所述控制器适于使得所述控制器基于信号的序列和检测器的放置的预先确定的空间定向的参数来确定插入物在杆状物品中的位置。

如本发明中的设备，其特征在于，所述设备被设置有一个旋转单元，以在杆状物品的所述传送机上运输期间使杆状物品旋转。

如本发明中的设备，其特征在于，检测器的空间定向被选择成使得辐射垂直地照射在检测器上。

如本发明中的设备，其特征在于，检测器的空间定向被选择成使得辐射以锐角照射在检测器上。

如本发明中的设备，其特征在于，至少一个检测器是辐射检测器的线性矩阵。

如本发明中的设备，其特征在于，至少一个检测器具有辐射检测器的二维矩阵的形式。

如本发明中的设备，其特征在于，使得能够基于来自检测器的信号的序列以及辐射源和检测器的预先确定的空间定向的参数来确定在三维空间中插入物在杆状物品中的位置。

如本发明中的设备，其特征在于，所述辐射源是具有在10¹²到10¹⁹hz的范围内的频率的电磁辐射源。

本发明的一个优点是，它使在生产线上确定杆状产品的内部元件的空间位置的放射学测量成为可能。由于使用已知几何结构的源，在生产线中可以测试所有正在生产的产品并且可以在将来的生产阶段消除缺陷的产品，这导致质量改进。

在附图中在一个优选实施方案中详细地示出了本发明的目的，在附图中：

图1示意性地示出了杆状物品，该杆状物品的具体组成元件被标记；

图2示出了根据本发明的设备的第一实施方案；

图3a示出了在图2的方向g上的投影中根据本发明的设备的第一实施方案，其中测试的杆状物品在第一位置；

图3b示出了通过根据本发明的设备的检测器生成的信号，其中测试的杆状物品在第一位置；

图4a示出了在图2的方向g上的投影中根据本发明的设备的一个实施方案的一个实施例，其中测试的杆状物品在第二位置；

图4b示出了通过根据本发明的设备的检测器生成的信号，其中测试的杆状物品在第二位置；

图5a示出了根据本发明的设备的第二实施方案；

图5b示出了根据本发明的设备的第三实施方案；

图6示出了本发明的另一个实施方案；

图7示出了根据本发明的设备的操作原理，其中测试的杆状物品在第一位置；

图7b示出了通过根据本发明的设备生成的、在第一位置的杆状物品的图像；

图8a示出了根据本发明的设备的操作原理，其中测试的杆状物品在第二位置；

图8b示出了通过根据本发明的设备生成的、在第二位置的杆状物品的图像；

图9a和图9b示出了根据本发明的设备的另一个实施方案。

在图1中以多节段过滤嘴杆的形式示出的烟草业的示例性杆状物品1包括四个节段1a、1b、1c和1d，其中节段1a含有纵长插入物1e。插入物1e可以由金属或塑料(特别是金属化塑料)制成，并且还可以含有芳香物质。该插入物可以具有线、丝、管或任何形状的平板型元件的形式。例如，插入物1e与杆状物品1的轴线z同轴居中放置。

图2示出了包括传送机2的生产线的一部分，该传送机适于在垂直于杆状物品1的纵长轴线z的运输方向t上运输烟草业中使用的杆状物品1的单层流，其中在大体上水平的运输平面a中运输杆状物品1。在传送机2的皮带3的外表面上存在垂直于运输方向t制成的沟槽4。借助于任何装置(未示出)，将杆状物品1放置在传送机2的沟槽4中，例如可以从在其圆周上具有多个沟槽的滚筒传送机供给杆状物品1，其中该滚筒传送机的移动与传送机2的移动同步。生产线的所例示部分还包括测量单元5。测量单元5由辐射源6和至少一个检测器7组成。在此描述中，检测器7被理解为用来接收如下文所指示的频率的辐射的辐射检测器，其中此检测器可以是辐射检测器的线性矩阵或辐射检测器的二维矩阵。辐射源6被定位在皮带3的承载表面3a上方和运输平面a上方。检测器7被定位在皮带3的表面下方和运输平面a下方。相反的配置也是可能的，其中辐射源6被定位在运输平面a下方，并且检测器7被定位在运输平面a上方。辐射源6和检测器7被定位在大体上竖直的、垂直于皮带3的承载表面3a并且垂直于运输平面a的平面b中。平面b和检测器7自身平行于杆状物品1的运输方向t定位。辐射源6发出辐射r，该辐射r穿过在运输平面a中移动的杆状物品1并且到达检测器7。检测器7可以适于检测在10¹²到10¹⁹hz的范围内的波频率的电磁辐射的强度。示例性实施方案使用呈适于接收从辐射源6发出的辐射r的检测器的线性矩阵的形式的检测器7。辐射源6可以适于生产扁平片状束，该束被引导朝向检测器7。可以使用辐射源6，在该辐射源中可以根据杆状物品1的运输速度调整辐射强度或曝光时间。

图3a示出了在方向g(图2)上的投影中的测量单元5，其中未示出传送机2，仅示出了通过传送机2在平行于也在图2中示出的轴线x的运输方向t上运输杆状物品1。为了描述测量单元5的操作，选择在位置1’的杆状物品1。检测器7接收辐射r，其中检测器7可以被分成至少两个部段f1和f2。对于杆状物品1的特定位置1’，辐射r以预先确定的角度α1照射在检测器7上，其中照射在检测器7的该部段上的辐射r的强度取决于由杆状物品1的材料造成的辐射r的衰减。符号9a指的是检测器7的、记录已经穿过杆状物品1的辐射r的强度的改变的部分。

图3b示出了在位置1’存在杆状物品1时由辐射检测器7生成的信号s，其中穿过杆状物品1的辐射r在部段f1的区域内到达检测器7。信号s的值的减小10起因于由例如节段1a的材料造成的辐射r的衰减，假设杆状物品1被布置成在节段1a中处在检测器7上方。进而，信号s的值的减小11起因于由插入物1e的材料和节段1a的材料造成的辐射r的衰减。对于在记录辐射r的强度的改变的位置1’的每个杆状物品1，检测器7向控制器20发送信号s。

图4a示出了与图3a类似的测量单元5，杆状物品1在位置1”，其中穿过杆状物品的辐射r在部段f2的区域内到达检测器7。图4b示出了在位置1”存在杆状物品1时由检测器7的部段f2记录的信号s。在位置1”存在杆状物品1导致在线性检测器7的部段f2的被表示为9b的部分中信号s的改变，其中辐射r以不同于在部段f1中的角度α2照射在检测器7上。信号s在部段f2中的、呈信号值的减小10和因插入物1e在节段1a中的位置造成的信号值的减小11形式的行程(course)不同于信号s在部段f1中的行程。对于在位置1”的杆状物品，关于辐射r的强度的改变的信息以信号s的形式发送到控制器20。对于杆状物品1或对于该杆状物品在检测器7的部段f1、f2中的不止两个所选择的位置1’、1”，可以沿着检测器7的部段由控制器20连续地记录信号s值的减小10、11。基于以来自检测器7的信号s的序列的形式收集的数据，可以借助于几何计算来计算插入物1e在节段1a中的实际位置。在此，有必要知道在进行测量时的空间定向，即，在此情况下，在部分9a和9b之间的距离以及角度α1和α2。基于在控制器20中记录的信号s的序列，可以向每个杆状物品1分配关于存在插入物1e和关于插入物1e相对于节段1a的轴线的位置的信息，并且该信息可以被用来拒绝不存在插入物1e或插入物1e被错误地定位(例如不与轴线z同轴)的杆状物品1。

图5a示出了如本发明中的设备的一个实施方案的一个实施例，其中两个检测器7a和7b彼此相邻定位，其中为了简便起见，相同的杆状物品1被示出在传送机2上的位置1’和1”。对于线性检测器7a和7b的部段f1和f2中的位置1’和1”记录信号s。检测器7a和7b的这样的几何定向可以被用于精确地确定插入物1e在杆状物品1中的位置，因为也可以检查插入物1e相对于杆状物品1的轴线z的角位置。

图5b示出了一个实施方案的一个实施例，其中第二传送机12被定位在传送机2上方，以使得传送机2和12的皮带之间的距离接近于杆状物品1的直径，例如传送机2和12的皮带之间的距离小于杆状物品1的直径。传送机2的线性速度v1低于传送机12的线性速度v2，这意味着在运输方向t上线性移动的物品附加地围绕它们自身的轴线旋转。传送机12属于旋转单元13。在方向t上运输期间杆状物品1的平滑旋转可以通过任何其他方法来实现。穿过杆状物品1的辐射r在检测器14上生成图像，该检测器具有检测器的二维矩阵的形式。考虑到进行测量的空间配置和考虑到杆状物品1的旋转速度，可以获得杆状物品1的精确空间图像并且可以在三维空间中评估杆状物品1的内容物。

图6示出了如在本发明中的设备的另一个实施方案，其中检测器7c和7d垂直于杆状物品1在传送机2上的运输方向t定位在运输平面a下方。辐射源6可以适于产生定向性的圆锥形束，该束被引导到检测器7c和7d处。

图7a示出了关于在位置1’的杆状物品1测量单元5的操作。与图3a类似，未示出传送机，仅示出了杆状物品1和检测器7c和7d。检测器7c接收已经穿过杆状物品1并且以预先确定的角度α1照射在检测器7c上的辐射r。由检测器7c接收的辐射r的强度取决于由杆状物品1的材料造成的辐射r的衰减。检测器7c生成由控制器20记录的信号s。对于在运输方向t上移动的杆状物品1的相继的位置，相继的信号s被记录在检测器7c的区域内，由于此，在控制器20中，基于许多信号s的组合，产生杆状物品1的二维图像15’，如图7b中示出的。对于杆状物品1的一个相继的位置记录的每个信号s产生生成的图像的另一个线。在杆状物品1的图像15’上，杆状物品1的所有组成元件(即节段1a、1b、1c和1d以及插入物1e)都是可见的。

图8a示出了与图7a中相同的测量单元5，其中对于在位置1”的杆状物品1进行测量，该杆状物品已经在方向t上移动。对于在位置1”的杆状物品1，由线性检测器7d记录信号s，其中辐射r以角度α2照射在检测器7b上，该角度不同于辐射r照射在检测器7c上的角度。图8b示出了与图7b中示出的杆状物品1的图像类似地生成的杆状物品1的图像15”。从分别在图7b和图8b中示出的位置1’和1”获得的相同的杆状物品1的图像15’、15”，可以看出插入物1e被定位成与杆状物品1的轴线成一定角度。在获得的图像15’、15”中，可以测量杆状物品1的元件的尺寸，例如可以测量由尺寸z1和z2限定的插入物的端的位置。对于检测器7c和7d的预先确定的空间定向和对于辐射r照射的角度具有一个测量序列，可以执行几何计算以确定杆状物品1中的插入物1e在三维空间中的实际位置。

图9a和图9b示出了使用呈检测器的二维矩阵的形式的检测器7e和7f的设备的另一个实施方案。对于杆状物品1的预先确定的位置，图像被记录在检测器7e和7f上，其中辐射垂直地照射在检测器7e和7f上。图9a示出了在位置1’的杆状物品1，对于该杆状物品，图像被记录在检测器7e上，而图9b示出了在位置1”的杆状物品1的位置，对于该杆状物品，图像被记录在检测器7f上。以此方式，获得如图7b和图8b中示出的图像。