СПОСОБ ПРОВЕРКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ И/ИЛИ УКУПОРКИ ЕМКОСТИ Российский патент 2004 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к способу контроля герметичности и укупорки емкости, перемещаемой с помощью транспортера, причем множество одинаковых емкостей следуют друг за другом с короткими интервалами времени, при этом емкости укупоривают путем установления затвора, а затем в промежутке времени после установки затвора измеряют зависящий от внутреннего давления параметр емкостей (показатель внутреннего давления).

У жестких емкостей, таких как стеклянные бутылки, показатель внутреннего давления представляет собой обычно колебательную частоту затворов, у гибких же емкостей, таких как полиэтиленовые бутылки, - уровень наполнения.

Жесткие емкости, например стеклянные бутылки, содержащие фруктовый сок или пиво, до сих пор контролировались на герметичность путем измерения внутреннего давления. Этот контроль проводился примерно через 5 минут после наполнения и укупорки. У фруктовых соков, заполняемых в горячем виде, в течение этого промежутка времени в результате охлаждения образуется разрежение, тогда как у пива в результате высвобождения СO₂ возникает небольшое избыточное давление 0,6-1,5 бар. У фруктовых соков, нагреваемых после укупорки в пастеризаторе, возникает повышенное давление.

Известно определение этого давления путем измерения колебательной частоты затвора емкости (DE-A-4004965 и DE-A-19646685).

Измерения сопряжены с большой ненадежностью, поскольку на измеренную частоту очевидным образом влияют другие параметры, в отношении чего следует сослаться на одновременно поданную международную заявку "Способ контроля укупоренных емкостей" (DE 19834218.7).

В основе изобретения лежит задача повышения у способа описанного выше рода надежности контроля герметичности или укупорки.

Согласно изобретению, эта задача решается за счет того, что при установке затворов на емкостях измеряют показатель внутреннего давления и/или регистрируют параметры затворов или емкостей, знание которых необходимо для определения внутреннего давления по измерению показателя внутреннего давления; емкости, самое позднее, при установке затвора маркируют так, чтобы соответствующей емкости принадлежали значения, измеренные или зарегистрированные при установке затворов, при этом внутреннее давление емкости определяют из значения показателя внутреннего давления, измеренного в промежутке времени после установки затвора, и сравнения со значением показателя внутреннего давления, измеренным при установке затвора, или с учетом зарегистрированных параметров.

Из полученного значения внутреннего давления делают вывод о герметичности или правильности укупорки. Для этого, само собой, не требуется производить числовое измерение внутреннего давления. Достаточно определить величину, представляющую внутреннее давление, или же установить, лежит ли эта величина выше или ниже эмпирически полученного порогового значения.

Регистрация показателя внутреннего давления емкостей при установке затворов означает, что эта регистрация происходит до повышения или понижения внутреннего давления. При регистрации параметра затворов или емкостей, знание которого необходимо для измерения показателя внутреннего давления, достаточно, таким образом, зарегистрировать этот параметр, пока еще возможны слежение за данной емкостью и тем самым его принадлежность.

Промежуток времени между установкой затворов и измерением показателя внутреннего давления может быть таким большим, чтобы в течение этого промежутка времени транспортировать по транспортеру множество емкостей.

У СО₂-содержащих напитков измерение происходит, например, через 10 минут. У пастеризуемых фруктовых соков показатель внутреннего давления может быть измерен после пастеризации.

У альтернативного способа, при котором показатель внутреннего давления регистрируют при установке затворов на емкостях, этот показатель измеряют дважды, а именно первый раз при установке затворов на емкостях, а второй раз - по истечении упомянутого времени. Первое измерение соответствует тогда внутреннему давлению нуль, так что это значение, в основном, зависит только от свойств затвора и/или укупорочной головки (параметры затвора). Отклонение значения, полученного при втором измерении, от значения, полученного при первом измерении, объясняется поэтому исключительно изменением внутреннего давления, так что разность данных измерений непосредственно и, как правило, даже линейно указывает на повышение или понижение внутреннего давления.

Если же, напротив, при установке затворов на емкостях регистрируют свойства затвора и/или укупорочной головки (параметры затвора), то при последующем измерении показателя внутреннего давления по измеренному значению внутреннее давление определяют с помощью опытных значений, содержащихся в таблицах значений параметров. Тогда для каждой укупорочной головки и/или дополнительно для каждого типа затвора имеются собственный блок параметров и пороговое значение измеренной частоты у жестких емкостей и уровня наполнения у пластиковых емкостей, с которыми сравнивают полученную частоту и уровень наполнения соответственно. Влияние свойств затвора, например толщина материала и количество компаунда, и свойств укупорочной головки, например укупорочное усилие, поясняется в одновременно поданной международной заявке "Способ контроля укупоренных емкостей (DE 19834218.7).

За счет маркировки емкостей обеспечивается постоянная принадлежность зарегистрированного при установке затворов значения показателя или других параметров отдельным емкостям.

Измеренные значения показателя и параметры могут быть размещены с помощью маркировки непосредственно на емкости.

Другая возможность состоит в том, чтобы пронумеровать емкости с помощью маркировки и хранить затем в компьютере для каждого номера емкости измеренный при установке затвора показатель внутреннего давления или зарегистрированные параметры затвора. Нумерация может происходить периодически, поскольку, в целом, емкости движутся или выходят из пастеризатора по порядку. В случае, если емкости уже непрерывно или периодически пронумерованы, то эта нумерация может быть использована для принадлежности зарегистрированного значения или параметров емкостям.

У жестких емкостей, таких как стеклянные бутылки, маркировка содержит преимущественно информацию о колебательной частоте затвора, которая была определена при первом измерении, причем первое измерение происходит, как правило, непосредственно после укупорки. Как уже сказано, эта колебательная частота зависит, в первую очередь, от типа затвора и укупорочного усилия укупорочной головки (параметры затвора). При втором измерении, когда, например, в укупоренной кронен-пробкой пивной бутылке возникло избыточное давление, измеряют отличающуюся частоту, а именно в большинстве случаев повышенную частоту. Повышение частоты объясняется при этом исключительно возникшим избыточным давлением. При первом измерении, осуществляемом непосредственно после надевания кронен-пробки, частота составляет, например, 7-8 кГц, причем различия между отдельными бутылками обусловлены отклонениями в толщине материала кронен-пробки и разного укупорочного усилия укупорочных головок (параметры затвора). Через 5 минут возникло, например, избыточное давление 1 бар, что приводит к тому, что при осуществляемом затем втором измерении частота примерно на 0,7 кГц выше. Это повышение частоты лежит в пределах полосы колебаний, обусловленной различиями между параметрами затвора. Измерение частоты только после возникновения внутреннего давления не давало бы поэтому надежных данных о герметичности бутылочного затвора; не удалось бы надежно различить отклонения частоты, вызванные отличиями параметров затвора, и отклонения, которые объясняются повышением внутреннего давления.

Маркировка может быть нанесена в виде штрих-кода. На практике этот вид маркировки может столкнуться с трудностями, поскольку тогда штрих-код пришлось бы наносить на емкость или затвор, что порой было бы неприемлемо для потребителей. Маркировка может быть нанесена также ультрафиолетовыми чернилами. Маркировка, т.е. принадлежность определенных зарегистрированных величин емкостям, может осуществляться посредством транспондеров.

Вместо штрих-кода, чернил или транспондеров емкость или затвор может иметь магнитную маркировку. Это может осуществляться за счет материала емкости или затвора, например ферромагнитного материала, или за счет применения намагничиваемого лака, как у компьютерных дискет. В принципе, существует возможность действовать в аналоговой или цифровой форме, т.е. по напряженности магнитного поля или только по направлению. Оба способа можно комбинировать.

Магнитная маркировка может быть нанесена тремя различными способами:
а) аналоговое кодирование информации;
б) аналоговое кодирование информации с эталонной маркировкой;
в) цифровое кодирование информации.

Недостатком аналогового способа является то, что приходится контролировать эффекты, влияющие на напряженность магнитного поля. К ним относятся, например, неизбежные колебания толщины и состава материала затвора. Это можно корректировать за счет того, что сначала к крышке прикладывают импульс записи определенной силы и считывают его. По величине импульса считывания можно тогда судить о намагниченности крышки. На основе этой информации вычисляют затем необходимую силу импульса записи для хранения информации. Другая возможность корректировки состоит в том, чтобы осуществлять намагничивание одновременно в нескольких направлениях, например, в плоскости крышки и перпендикулярно ей. Намагничивание снова считывают тогда во всех трех пространственных направлениях и по намагничиванию в двух из трех направлений рассчитывают намагничивание в плоскости крышки, например, в центре крышки. Информация находится тогда в угле вектора напряженности всего магнитного поля относительно плоскости крышки. Таким образом, нет необходимости в ориентировании бутылки. Рассчитывают эффекты намагничиваемости отдельных крышек.

При аналоговом кодировании информации следует учитывать разность бутылок по высоте.

Возможные меры:
- в описанном выше способе, при котором сначала к крышке прикладывают импульс записи определенной силы, одновременно корректируют разность по высоте. Разность бутылок по высоте и тем самым расстояние затвора от записывающей или считывающей головки можно также активно измерять и интегрировать в оценку напряженности магнитного поля. Наконец, можно также активно следить за расстоянием записывающей и считывающей головок в зависимости от высоты бутылок.

Эти недостатки аналогового способа можно установить за счет того, что на затвор наносят эталонный импульс постоянной силы. Этот постоянный эталонный импульс снова используют затем для реконструкции информации в переменном импульсе записи. Этим одновременно решают описанные выше проблемы.

Цифровой способ имеет, конечно, лучшее отношение сигнал/шум, поскольку в качестве единицы информации используют только направление магнитного поля. Необходимо, следовательно, намагнитить различные участки крышки в разных направлениях. Например, затвор можно намагнитить перпендикулярно плоскости крышки в разной ориентации. Простыми узорами намагничивания являются полоски разной полярности или, с целью сохранения вращательной симметрии, концентрические круги разной полярности.

Возможны все эти способы. Они отличаются только сложностью, а также количеством информации, которая может быть упакована в маркировку.

Наконец, возможно также повышение плотности информации также за счет комбинации аналогового и цифрового способов. Например, на затвор можно нанести концентрические круги разной ориентации несколькими, слегка отличающимися друг от друга ступенями напряженности магнитного поля. Каждая дополнительная ступень увеличивает тогда количество максимально возможной информации (например, различаемых состояний).

Преимущественно намагничивание и считывание затворов происходят независимо от направления, т.е. узор намагничивания является вращательно-симметричным относительно оси вращения емкостей, например бутылок для напитков из стекла с кронен-пробкой или резьбовым затвором. Для этого затвор, как уже сказано, можно намагнитить концентрическими кругами. Другой возможностью является хранение информации в направлении намагничивания. Из-за требуемой независимости от направления или вращательной симметрии в распоряжении имеется при этом только угловой диапазон в общей сложности 180^o.

Что касается конструкции записывающей головки, то для записи аналоговых сигналов достаточно катушки, через которую протекает ток, по возможности, с сердечником с высокой магнитной проницаемостью. Силу аналогового сигнала регулируют током катушки. Поле формируют посредством подходящих полюсных башмаков магнитомягкого сердечника катушки. При необходимости сохранения вращательной симметрии проще всего наносить намагничивающий импульс перпендикулярно плоскости крышки. Информация содержится тогда в величине и знаке намагничивания. Для этого катушку следует в качестве записывающей головки разместить над движущимися мимо емкостями и вырабатывать токовый импульс соответствующей силы, когда емкость находится под записывающей головкой.

Одновременное намагничивание в нескольких направлениях можно реализовать за счет размещения двух или более катушек, включаемых одновременно. Также здесь можно, конечно, оптимизировать напряженность и форму магнитного поля за счет полюсных башмаков соответствующей формы.

Узоры намагничивания в форме концентрических кругов на затворе можно реализовать за счет помещенных друг в друга катушек с переменными направлением и силой тока.

Магнитного поля провода, через который протекает ток, достаточно, чтобы ориентировать электронные спины материала затвора. Например, можно за счет параллельных проводов, через которые протекает ток, наносить на затворы полосовые узоры. Можно, таким образом, создавать узоры, например, из десяти полос. Вращательно-симметричные узоры намагничивания могут быть созданы соответственно проводами кольцевой формы.

Считывающая головка состоит в зависимости от сложности узоров из одного или нескольких датчиков магнитного поля. По их выходным сигналам посредством программных средств анализа снова реконструируют информацию. Для простых узоров намагничивания достаточно датчиков Холла. Преимущественно используют магниторезистивные датчики, которые существенно более чувствительны, чем датчики Холла. Применимы, конечно, и существенно более дорогие сквиды или так называемые GMR (Giant Magnetic Resistivity Detektoren), однако, как правило, достаточно магниторезистивных датчиков, которые дают достаточное разрешение, с тем, чтобы снова считывать узоры намагничивания также на расстоянии нескольких миллиметров. Их выходные сигналы дают с локальным разрешением информацию о величине и направлении измеренного магнитного поля.

При намагничивании ферромагнитных материалов следует обратить внимание на зависимость от предыстории, т.е. на гистерезис. Достигаемая в материале магнитная индукция В зависит не только от внешней напряженности магнитного поля H_ext, но и от предыстории материала.

Поэтому как для аналогового, так и в ограниченной степени для цифрового способа намагничивания предпочтительным для всех затворов является определенное исходное намагничивание, с тем чтобы повысить воспроизводимость импульсов записи. Это означает, что требуется одна дополнительная, предвключенная записывающей головке стирающая головка.

В качестве определенного исходного намагничивания подходят, во-первых, намагничивание до насыщения, а, во-вторых, размагничивание затворов. Намагничивания до насыщения достигают за счет очень сильного внешнего магнитного поля. Размагничивания достигают за счет переменного магнитного поля убывающей интенсивности, создаваемого катушкой, через которую протекает переменный ток. Когда затвор емкости проходит мимо стирающей головки, он при этом автоматически подвергается действию убывающего магнитного поля, даже если ток катушки постоянный. Для размагничивания достаточно поэтому одной стирающей головки, которая размещена на небольшом расстоянии над проходящими под ней затворами емкостей и питается переменным током постоянной силы. Диаметр стирающей головки должен быть больше диаметра размагничиваемого затвора, с тем чтобы можно было размагнитить его по всей поверхности.

При самой записи возникает аналогичная проблема, когда записывающая головка работает с катушками с магнитомягкими сердечниками. После импульса записи с высокой напряженностью поля можно создать импульс записи того же направления, который меньше, чем относящаяся к первому импульсу остаточная намагниченность. Для решения этой проблемы можно принять следующие меры:
а) в качестве динамической зоны записывающей головки использовать только зону между остаточной намагниченностью и намагничиванием до насыщения;
б) между бутылками давать импульс стирания для записывающей головки посредством переменного тока;
в) задавать не ток, а магнитное поле импульса записи. Необходимо тогда измерять магнитное поле и соответственно регулировать токи записывающей головки.

Более "элегантным" способом является, конечно, интегрирование записывающей и стирающей головок в одну головку. Таким образом, размагничивают одновременно затворы и записывающую головку. Для этого необходимо генерировать подходящий импульс записи. Снова имеется два способа, поясняемых на чертежах:
а) посредством нужного импульса постоянного напряжения прикладывают высокий убывающий переменный ток, который во время длительности импульса уменьшается до нуля (фиг.1);
б) с помощью высокого переменного тока проходят всю петлю гистерезиса для каждого затвора (и материала сердечника катушки!). При нужной величине импульса процесс прерывают (фиг.2).

Кодирование или маркировку отдельных бутылок применяют не только для контроля герметичности затвора стеклянных бутылок, но и для измерения герметичности полиэтиленовых бутылок. Для этого измеряют уровень наполнения непосредственно после укупорки полиэтиленовой бутылки и затем в более поздний момент времени и из сравнения можно очень точно установить, герметична ли бутылка. Обычно после укупорки возникает давление, поскольку высвобождается CO₂. Полиэтиленовая бутылка немного расширяется, в результате чего кажущийся уровень наполнения понижается на определенную величину. Если полиэтиленовая бутылка в зоне жидкой фазы негерметична, то уровень наполнения понижается сильнее. Если же течь возникает в верхней зоне, т.е. там, где находится воздушный пузырь, то уровень наполнения не понижается. У пластиковых бутылок можно поэтому установить негерметичность за счет сравнения уровня наполнения в два момента времени.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере выполнения, относящемся к контролю герметичности пивных бутылок, укупориваемых кронен-пробками из стали. Бутылки транспортируют на небольшом расстоянии друг от друга или даже с напором по ленточному транспортеру в количестве до 80000 бутылок в час.

Для контроля герметичности и правильной укупорки используют устройство, содержащее первое устройство для измерения частоты механических колебаний затвора, стирающую головку, записывающую головку, считывающую головку и второе устройство для измерения частоты механических колебаний затвора, а также соответствующую электронику.

Прежде всего измеряют частоту механических колебаний затвора заполненной и подаваемой по цепному транспортеру бутылки. Это происходит известным образом за счет того, что с помощью короткого магнитного импульса ударяют по затвору и с помощью микрофона записывают частоту колебаний затвора. Эта частота лежит в диапазоне, например, 7-8 кГц.

Затвор размагничивают затем с помощью стирающей головки. В качестве стирающей головки служит катушка с магнитомягким железным сердечником, работающая с переменным током частотой около 100 Гц и силой тока несколько ампер. Диаметр катушки составляет 3 см, и тем самым он больше диаметра описываемых затворов. Катушка имеет около 50 витков. Стирающая головка стирает все имеющиеся сигналы на затворе, т.е. полностью размагничивает все затворы бутылок, проходящих под ней на расстоянии 5 мм.

Записывающая головка имеет аналогичную со стирающей головкой конструкцию и питается коротким импульсом постоянного тока 1-10 ампер, когда описываемый затвор находится непосредственно под ней на расстоянии около 3 мм. Записывающая головка ориентирует области Вейсса (домены) ферромагнитного материала перпендикулярно плоскости затвора, и с помощью силы импульса постоянного тока можно регулировать остаточную напряженность магнитного поля (остаточную намагниченность) материала затвора. Нужный момент времени для намагничивающего импульса определяют посредством светового барьера, указывающего поступление емкости.

Маркировка затворов происходит аналогичным образом. Затворы намагничивают перпендикулярно их поверхности. Бутылки, затворы которых имеют частоту выше диапазона 7-8 кГц, сразу же отбраковывают, поскольку они очевидным образом являются дефектными. Диапазон 7-8 кГц формируют в аналоговой форме посредством величины намагничивания. Частоту 7 кГц воспроизводят посредством измеренной на расстоянии 3 мм от затвора напряженности поля 1 гаусс при направленном вниз магнитном поле, а частоту 8 кГц - посредством напряженности поля 1 гаусс при направленном вверх магнитном поле. В целом, для воспроизведения частотного диапазона 7-8 кГц в распоряжении имеется диапазон в 2 гаусса. Промежуточный диапазон интерполируют приблизительно линейно.

Бутылки проходят затем через этикетировочное устройство, и через 5 минут сначала с помощью считывающей головки считывают с затвора магнитно закодированную информацию. С помощью индуктивного измерителя расстояния измеряют также вертикальное положение затвора и тем самым расстояние между считывающей головкой и затвором.

В качестве считывающей головки служит одноосный магниторезистивный датчик. Ось считывания перпендикулярна плоскости затвора, расстояние до затворов составляет около 5 мм, и бутылки с затворами пропускают посередине под датчиком. Выходные сигналы датчика в несколько мВ должны быть еще электронно обработаны и усилены. В этом месте происходит коррекция отличий по высоте отдельных бутылок, для чего обрабатывают сигнал индуктивного измерителя расстояния. При этом корректируют возникающие как при записи, так и при считывании отклонения напряженности магнитного поля и считанного сигнала соответственно. Переданная информация находится тогда в максимальном ходе напряженности магнитного поля только что измеренного затвора. Этот ход определяют по выходным сигналам магнитного датчика с помощью программных средств анализа, и он указывает полученную при первом измерении частоту механических колебаний затвора. Процесс считывания запускают опять-таки посредством светового барьера.

В заключение еще раз определяют актуальную частоту механических колебаний затвора. При этом втором измерении применяют тот же способ, что и при первом измерении. По разнице значений механических колебаний затвора, полученных при первом и втором измерениях, можно определить давление, возникшее в бутылке между обоими измерениями.

Абсолютные значения частот очень сильно зависят от параметров затвора, что не влияет на разницу частот. Ошибки, связанные с записью и считыванием магнитной маркировки, существенно меньше, чем сдвиг частот за счет параметров затвора.

Если установленная разница частот указывает на недопустимо низкое внутреннее давление, то это является признаком негерметичности затвора, и соответствующую бутылку отбраковывают.

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для проверки герметичности и/или укупорки емкостей, перемещаемых с помощью транспортера. Изобретение направлено на повышение надежности контроля герметичности и/или укупорки емкостей. Согласно способу, емкости укупоривают путем установки затворов, а затем по истечении промежутка времени после установки затвора измеряют зависящий от внутреннего давления параметр емкости, являющийся показателем ее внутреннего давления. При этом непосредственно после установки затворов на емкостях измеряют показатель их внутреннего давления или определяют параметры затворов или емкостей, знание которых необходимо для определения их внутреннего давления. Емкости непосредственно после установки затворов маркируют таким образом, чтобы каждой емкости соответствовали значения показателей внутреннего давления, определенные непосредственно после установки затворов. Проверку же герметичности и/или укупорки емкостей проводят путем сравнения значения показателя их внутреннего давления, измеренного по истечении промежутка времени после установки затворов, со значением показателя их внутреннего давления, измеренным непосредственно после установки затворов и которым маркированы емкости, или с учетом параметров емкостей, зарегистрированных непосредственно после установки затворов и которыми маркированы емкости. У жестких емкостей, таких как стеклянные бутылки, показатель внутреннего давления обычно представляет собой колебательную частоту затворов, у гибких же емкостей, таких как полиэтиленовые бутылки, - уровень наполнения. Маркировка может представлять собой намагничивание затвора. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ проверки герметичности и укупорки емкости, перемещаемой вместе с множеством таких же емкостей с помощью транспортера, на котором емкости следуют друг за другом с короткими интервалами времени, причем емкости укупоривают путем установки затвора, а затем по истечению промежутка времени после установки затвора измеряют зависящий от внутреннего давления параметр емкости, являющийся показателем ее внутреннего давления, отличающийся тем, что непосредственно после установки затворов на емкостях измеряют показатель их внутреннего давления или определяют параметры затворов или емкостей, знание которых необходимо для определения их внутреннего давления, емкости непосредственно после установки затворов маркируют таким образом, чтобы каждой емкости соответствовали значения показателей внутреннего давления, определенные непосредственно после установки затворов, а проверку герметичности и укупорки емкостей проводят путем сравнения значения показателя внутреннего давления емкости, измеренного по истечению промежутка времени после установки затворов со значением показателя внутреннего давления, измеренным непосредственно после установки затворов внутреннего давления емкости и которым маркирована емкость, или с учетом параметров емкостей, зарегистрированных непосредственно после установки затвора и которыми маркированы емкости.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение показателя внутреннего давления осуществляют в промежутке времени после установки затворов, который настолько велик, что в течение этого промежутка времени в определенном месте транспортера транспортируют множество емкостей.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при установке затворов определяют показатель внутреннего давления, а маркировка отражает зарегистрированное для соответствующей емкости значение показателя внутреннего давления.4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что маркировка состоит в намагничивании затвора.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что намагниченность затвора содержит данные в аналоговой форме.6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что когда емкости и затворы выполнены из жесткого материала, показателем внутреннего давления является колебательная частота затворов, при этом маркировка отражает зарегистрированную при установке затворов колебательную частоту.7. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что когда емкости состоят из гибкого материала, показателем внутреннего давления является уровень наполнения, при этом маркировка отражает зарегистрированный при установке затворов уровень наполнения.