CH647602A5 - Verfahren und einrichtung zum nachweisen des allfaelligen vorhandenseins von mikrowellen-strahlungsenergie reflektierender materie in einem gegenstand. - Google Patents

Description

647 602 2

PATENTANSPRÜCHE Technisches Gebiet

1. Verfahren zum Nachweisen des allfälligen Vorhanden- Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer seins von Mikrowellen-Strahlungsenergie reflektierender Ma- Einrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 5. terie (20) in einem Gegenstand (12), mit den Schritten des Er- Es ist schon lange gebräuchlich, in Behältern wie Zigaret-zeugens von Mikrowellen-Strahlungsenergie bei einer vorbe- 5 tenverpackungen ein metallkaschiertes Material vorzusehen stimmten Frequenz; des Definierens eines Ausgangsortes als innere Ummantelung von Gegenständen.

(Do) von solcher erzeugter Strahlungsenergie, des Vorwäh- Dieses Material selbst hat Einrichtungen aufkommen las-

lens eines die Wellenlänge der stehenden Welle bei besagter sen für die Qualitätskontrolle des Verpackens, welche für das vorbestimmter Frequenz überschreitenden Abstandbereiches Zigarettenverpacken funktionieren um festzustellen, ob der

(S) ausserhalb eines solchen Ausgangsortes, innerhalb wel- u Stammbehälter für Schachteln seine erforderte Anzahl von chem der besagte Gegenstand während einem solchen Nach- einzelnen Schachteln hat, ob jede Schachtel ihr volles Kom-

weisen positioniert wird, und dem Empfangen von reflektier- plement von einzelnen Packen hat und ob jeder einzelne Pack ter Energie sowie Bestimmen der Amplitude derselben, ge- seine Metallblatt-Innenlage hat.

kennzeichnet durch Modifizieren des gewöhnlichen zykli- Unlängst ist ein Substitut für das herkömmliche Metall-

schen sinusförmigen Musters (A) der stehenden Welle in ein 15 blatt für Verpackungszwecke entwickelt worden, welches sich

Muster (B), das ausserhalb des Ausgangsortes ausgebreitet vom Metallblatt in erster Linie hinsichtlich der Dicke des Me-

wird, und welches einen maximalen charakteristischen Wert tallblattes unterscheidet, wobei das Substitut aus einem Trä-

am besagten Ausgangsort und einen minimalen charakteristi- ger oder Substrat wie Papier besteht, auf dem eine extrem sehen Wert im genannten Abstandsbereich (S) hat, der am dünne Lage von Metall wie etwa Aluminium abgelagert ist,

äusseren Ende (Dn) des Abstandsbereiches gelegen ist und ei- 20 dessen Dicke ungefähr ein Siebenhundertstel derjenigen des nen Schwellenwert bildet, wobei im wesentlichen keine Um- Metallblattes beträgt. Während das übliche Blattmaterial kehr zu höheren Werten im Abfall vom maximalen zum mini- schon seit langem nachgewiesen wurde durch HF-felderzeu-

malen Wert im genannten Abstandsbereich stattfindet, und gende Detektoren, hat sich das Substitutmaterial dem Auf-

ausserhalb dieses Abstandsbereiches (S) kein charakteristi- spüren durch solche herkömmliche HF-Detektoren entzogen scher Wert vorkommt, der den besagten Schwellenwert we- 2s aufgrund seiner verminderten Dicke. Bei Fehlen von gangba-

sentlich überschreitet. rem Verfahren und Einrichtungen für den Nachweis des neue-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ren Verpackungsmaterials, bleiben seine Vorteile des verrin-dass die besagte Mikrowellen-Strahlungsenergie reflektieren- gerten Gewichtes und des reduzierten Preises unzugänglich de Materie aus einer dünnen Metall-Lage besteht. für die Verpackungsindustrie.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- 30

zeichnet, dass der besagte charakteristische Wert aus der Darstellung der Erfindung

Spannungsamplitude der Mikrowellen-Strahlungsenergie Der Zweck der Erfindung liegt darin, das eingangs erbesteht. wähnte Verfahren und zugehörige Einrichtung für den Nach-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch weis des allfälligen Vorhandenseins von Metallschichten von gekennzeichnet, dass der besagte Gegenstand quer zur Aus- 35 extremer Dünne innerhalb von Verpackungen brauchbar zu breitungsrichtung der Mikrowellen-Strahlungsenergie vom machen, u. zw. auch in industriellen Umgebungen, z.B. beim besagten Ausgangsort (Do) wegbefördert wird und dass der Prüfen von Verpackungen, die Gegenstände enthalten, die in besagte Distanzbereich (S) verschiedene Lagen des Gegen- Stapeln vorhegen mögen, im Verlaufe des aktiven Förderns standes quer zu dessen Förderrichtung umfasst. von Verpackungen in Mikrowellenenergie reflektierenden

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei- 10 Hintergründen.

nem der Ansprüche 1 bis 4, mit Mitteln (26) zum Erzeugen Die Lösung dieser Aufgabe wird primär in einer Ausbil-

von Mikrowellen-Strahlungsenergie bei einer vorbestimmten dung gesehen, wie sie im kennzeichnenden Teil der Ansprüche •

Frequenz, Mitteln (24) zum Ausbreiten dieser Energie aus- 1 bzw. 5 umschrieben ist.

wärts eines Ausgangsortes (Do) derselben, Mitteln (10) zum: Weitere Besonderheiten ergeben sich aus der nachfolgenstützen des Gegenstandes (12) in einer Stellung in der er sich 45 den detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausfiih-innerhalb eines Distanzbereiches (S) ausgehend vom besagten rungsformen und deren Ausübungsarten und aus den Zeich-Ausgangsort befindet, der grösser ist als die Wellenlänge der nungen, in welchen durchwegs gleiche Bezugszeichen verwen-stehenden Welle bei besagter vorbestimmter Frequenz, Mit- det sind zur Bezeichnung von einander entsprechenden teln (30) zum Empfangen von zum Ausgangsort zurückreflek- Teilen.

tierter Energie und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, so proportional zur Amplitude der empfangenen Energie, wel- Kurze Beschreibung der Zeichnungen che Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass den Ener- Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm der bevorzug-

gieausbreitungsmitteln (24) Mittel (62) zugesellt sind, die be- ten Ausführungsform der Einrichtungen nach der Erfindung,

fähigt sind, das Muster der stehenden Welle der Mikrowellen- gezeigt zusammen mit einem geförderten Gegenstand, der in strahlungsenergie von dem üblichen mit zyklisch-sinusoidaler 55 Prüfung begriffen ist.

Veränderung des charakteristischen Wertes in ein Muster (B) Fig. 2 zeigt in Kurve A die Mikrowellenenergieausbrei-zu deformieren, das ausserhalb des Ausgangsortes (Do) aus- tung mit der Distanz für stehende Wellen in einem herkömmgebreitet wird und das einen maximalen charakteristischen liehen Gebrauch eines Wellenleiters und zeigt in Kurve B die Wert hat an besagtem Ausgangsort und einen minimalen cha- Mikrowellenenergieausbreitung mit der Distanz in der Aus-rakteristischen Wert, der zuerst im besagten Abstandsbereich 60 führang gemäss der Erfindung.

(S) gezeigt und inbezug auf den Ausgangsort am äusseren En- Fig. 3 ist ein Frontschnittaufriss eines Wellenleiters für de (Dn) dieses Abstandsbereiches gelegen ist und einen den Gebrauch im Ausüben der Erfindung, wobei dieser

Schwellenwert bildet, wobei keine Umkehr stattfindet ausge- Schnitt ein solcher ist der sich ergibt bei Sichtrichtung aus der hend vom besagten minimalen charakteristischen Wert zu Ebene III-III von Fig. 4.

Werten, die grösser sind als dieser minimale Wert über den 65 Fig. 4 ist eine Planschnittansicht des Wellenleiters nach ganzen Distanzbereich hinweg und ausserhalb dieses Distanz- Fig. 3 mit Sichtrichtung aus der Ebene IV-IV der Fig. 3.

bereiches kein charakteristischer Wert vorkommt, der den be- Fig. 5 ist ein Seitenriss des Wellenleiters nach Fig. 3.

sagten Schwellenwert überschreitet. Bezugnehmend auf Fig. 1 trägt ein Förderer 10 Gegen-

3 647 602

stände für deren Bewegung aus der Ebene der Fig. 1 heraus, stand S definierten Detektionszone gelegen ist, z.B. an oder wobei Gegenstand 12 dargestellt ist als eine Zigarettenschach- bei einer der Knotenstellen N4 bis N6, Energie von einer Grös-tel, die eine Aussenlage 14 aus Karton, die übliche Zigaretten- se reflektieren, die gleich jener ist, die durch metallisiertes Pa-packkunststoffolie 16, die packidentifizierende Papierhülle pier reflektiert wird, das sich etwa halbwegs zwischen N,-N3 18, das oben diskutierte dünn metallisierte Papier 20 und 5 befindet. In der Tat, erstreckt sich eine solche Kurve A über schliesslich die Zigaretten 22 hat. Im Laufe der Schachtelbe- eine grosse Distanz über den Knoten N6 hinweg, der um ein wegung passiert jedes der darin enthaltenen Packe einen Wel- Leistungsniveau von etwa 2,75 mw zentriert ist. Da der De-lenleiter 24, wodurch das Vorhandensein oder Nichtvorhan- tektor 30 nicht unterscheiden kann zwischen solchen reflek-densein des metallisierten Papiers ermittelt wird. tierten Energien hinsichtlich Ursprung, kann darüber hinaus Ein Mikrowellenoszillator 26 erzeugt Energie in den Mi- io der Fördereraufbau oder ein anderer reflektiver Apparat An-krowellenfrequenzbereichen, die geeignet sind für Reflektie- lass geben zu einer Unterdrückung eines Verpackungsfehlers, rung durch Metall mit Dicken von z.B. fünfundsiebzig 10- Im Verschaffen einer Methode und Praxis, welche eine un-10 m, das im metallisierten Papier vorliegt. Der Oszillator 26 zweideutige Detektion mit Mikrowellenenergie ermöglichen, kann ein Gunn-Oszillator, Plessey Semiconductor GDVO-3/ sieht die Erfindung die Ausbreitung von Mikrowellenenergie 001, sein, betrieben beim Anschluss an eine acht Volt-Gleich- 15 in die vorgewählte Aufenthaltszone für das metallisierte Pastromzuleitung zur Lieferung von Schwingungen von etwa pier vor, derart, dass eine Energierückkehr beobachtbar sein zehneinhalb Gigahertz (10,5 x 109 Hertz). Der Zirkulator 28 wird für Papier, das an irgendeiner Stelle innerhalb der Zone hat eine Öffnung, die mit dem Oszillator 26 verbunden ist und gelegen ist, und dass eine Energierückkehr von Metall, das kann irgend ein Dreiöffnungs-Zirkulator sein, wie etwa ein ausserhalb der Zone gelegen ist, eine charakteristische, ver-Wavetek S-4517 Zirkulator. Eine zweite Öffnung des Zirku- 20 minderte Amplitude haben wird, das deren leichte Unter-lators 28 ist an den Wellenleiter 24 und die dritte Zirkulato- Scheidung ermöglicht. Eine geeignete Ausbreitungscharakteröffnung ist am Detektor 30 angeschlossen. ristik von übertragener Energie für diesen Zweck ist in Kurve Eine Änderung im Ausgangssignal des Detektors 30, her- B von Fig. 2 gezeigt und man wird sehen, dass sie eine Ampli-vorgerufen durch Energie, die dem Wellenleiter 24 zurückge- tude hat, die abnimmt mit der Distanz ausserhalb der Ausschickt wird, anlässlich einer Metallwahrnehmung, wird 25 gangsstelle D0 zur Stelle DN. Während das Muster der stehen-durch die Leitung 32 einem selbstausgleichenden Brücken- den Welle nach Kurve A von Fig. 2 eine zyklische Sinusoidal-stromkreis 34 zugeleitet, dessen Ausgangssignal über die Lei- amplitudenvariation aufzeigt, zeigt das Muster nach Kurve B tung 38 einem Monitorstromkreis 36 zugeleitet wird. Die Ein- seine Maximalamplitudencharakteristik an der Wellenleiter-heiten 30,34 und 36 und die Leitungen 32 und 38 können ent- ausgangsstelle und seine Minimalamplitudencharakteristik weder aus einem Schottky Barrier Diodendetektor oder ei- 30 nur wenn man aus der Detektionszone heraustritt, d.h. bei nem anderen Leistungsmonitor, wie z.B. einem Hewlett-Pak- ungefähr 17,8 mm jenseits der Ausgangsstelle am auswärtigen kard Power Monitor Modell Nr. 432 A, bestehen. Ende des Distanzbereiches durch die Detektionszone. Die Di-

Der Vergleichsstromkreis 40 hat einen ersten Eingang aus stanz, über welcher der Wechsel vom Höchstwert zum Minder Leitung 42, welcher eine Bezugsspannung ist, die aus einer destwert erfolgt, ist ein Mass, welches die Wellenlänge der ste-Bezugsquelle 44 geliefert wird, und einen zweiten Eingang aus 35 henden Welle bei der Betriebsfrequenz überschreitet. Folglich dem Monitorstromkreis 36 über Leitung 46. Wenn der zweite erfolgt über die ganze Detektionszone hinweg keine Umkeh-Eingang geringer ist als der erste Eingang, gleichbedeutend rang von einem minimalen charakteristischen Wert zu Wer-mit der Wahrnehmung des Nichtvorhandenseins des metalli- ten, die grösser sind als der minimale Wert, und somit existie-sierten Papiers, so gibt der Stromkreis 40 ein Signal an seine ren innerhalb der Detektionszone keine Stellen, an welchen Ausgangsleitung 48 ab, von solchem Charakter, dass der 40 metallisiertes Papier gelegen sein kann und nicht Energie re-Alarmstromkreis 50 erregt wird. flektiert über einen Schwellenwert unter solcher Mmimalam-

Beim Ansprechen der besonderen industriellen Situation plitudencharakteristik. Jenseits des Detektionszonenaustritts • des Zigarettenverpackens hat die Patentinhaberin eine aus- zeigt die Kurve B eine sinusoidale Veränderung in der übli-senseitige Grenze vorbestimmt für die mögliche Abstandhal- chen Art einer stehenden Welle, hat aber an keinem Punkt ei-tung des metallisierten Papiers bezüglich zum Ausgangsort 45 ne Amplitudencharakteristik, welche einen solchen Schwel-der Strahlungsenergie. Dieser Abstand ist durch das Bezugs- lenwert überschreitet. Somit kann Energie, die reflektiert wird zeichen S in Fig. 1 angegeben und es ist der Abstand zwischen von einem reflektierenden Aufbau an Plätzen, die den Kno-dem Ausgangsort D0 (das Ende des Wellenleiters 24) und ei- tenstellen N4-N6 der Kurve A entsprechen, unterschieden und ner maximale nach rechts verschobenen Position Dn des Ge- zurückgewiesen werden auf der Basis der Amplitude, genstandes auf dem Förderer. Beispielsweise sei angeführt, so Bezugnehmend auf die Fig. 3-5, ist der herkömmliche dass dieser Abstand bestimmt wurde als etwa neunzehn Mil- rechteckförmige Wellenleiter dargestellt, modifiziert als Wel-limeter. lenleiter 24, der eine Deckwand 52 und eine Bodenwand 54 Beim Gebrauch des herkömmlichen rechteckigen Wellen- hat, und Seitenwände 56 und 58, die sich parallel zur zentra-leiters als Wellenleiter 24 wurde das übliche Ausbreitungsmu- len Längsachse 60 des Wellenleiters erstrecken. Ein elektrisch ster nach Kurve A von Fig. 2 beobachtet, wobei plurale Kno- ss leitendes Glied 62, das aus einer sechskantigen metallischen ten N], N2 und N3 auftreten zwischen D0 bis Dn. Die sich er- Mutter oder dergleichen bestehen kann, ist auf der Bodengebende Zweideutigkeit im Wahrnehmen des tatsächlichen wand 54 feststehend angeordnet in einen Abstand seitlich der Vorhandenseins des metallisierten Papiers wurden zurückge- Achse 60, der das Mass M hat. In einer verwirklichten Ausführt auf die Zweideutigkeiten, die dem Ausbreitungsmuster führung von der sich gezeigt hat, dass sie das Ausbreitungs-innewohnen. Demgemäss wird ein Gegenstand, der auf dem 60 muster der Kurve B von Fig. 2 ergibt, betrag die Dimension L Förderer so gelegen ist, dass sich die Metallschicht in den von Fig. 4 46 mm, betrug die Dimension W von Fig. 5 Knotenstellungen N, und N3 befindet, identifiziert werden als 25,4 mm, betrug die Dimension H der Fig. 5 12,7 mm, betru-ein Gegenstand ohne metallisiertes Papier oder als fehlender gen die Dimensionen A, B und C der Fig. 3 2,7 bzw. 5 mm, Gegenstand, trotz seines Vorhandenseins mit metallisiertem und betrug das Mass M 3 mm. Die Wellenleiterwanddicke Papier. Eine zusätzliche Zweideutigkeit ergibt sich aus der 65 betrug 1,25 mm. Die Kurve B der Fig. 2 definiert die Ampli-«Fernfeld»-Reflektion, wo der geprüfte Gegenstand fehlt tudencharakteristik so, wie sie existiert, koinzident mit Achse oder vorhanden ist ohne metallisiertes Papier. Folglich wird 60 von Fig. 4 und rechtswärts des Ausgangsendes des Welleneine reflektierende Fläche, die ausserhalb der durch den Ab- leiters 24. Dieselben Amplitudencharakteristiken, d.h. solche

647 602

die sich erstrecken von Maximal- zu Minimalwerten ohne Umkehr zu einem Minimalwert über die ganze Detektionszone, werden desgleichen beobachtet rechtswärts des Wellenleiterausgangendes in zueinander winkelrecht stehenden, z.B. horizontal und vertikal stehenden Ebenen, welche die Achse 60 enthalten.

Wie den Fachleuten auf dem Gebiet der Mikrowellen bekannt ist, nimmt die Grösse des übertragenden und empfangenden Apparates stark zu, wenn man in unteren Frequenzteilen des Mikrowellenfrequenzbereiches zu arbeiten versucht. Folglich erhält man im Teil des Mikrowellenfrequenzbereiches, der oben für die gegenständüche Erfindung als beispielhaft angegeben wurde, etwa 10 Gigahertz, eine Minimi-sierung der Bauteilgrösse und zugehörige Kostenersparnisse. Während solcher Grössen- und Kostenvorteil begleitet wäre durch eine zugehörige Zunahme der Anzahl von Knoten in der Detektierzone in der üblichen Wanderwellenausbreitung und mit entsprechend höherer möglicherer Zweideutigkeit, ist solche Zweideutigkeit eliminiert durch die von der Patentinhaberin vorgeschlagene Korrelation des Ausbreitungsmusters und des Aufenthaltsbereiches der nachzuweisenden Materie. Bei herkömmlichen Systemen besteht bei höheren Frequenzen die Gefahr grösserer Zweideutigkeit, so dass es bei herkömmlichen Systemen notwendig ist, niedrigere Frequenzen zu wählen, um die Zweideutigkeit zu verringern, was je-

4

doch mit der Ausführung kleiner Komponentengrössen und davon abhängigen Kosteneinsparungen in Widerspruch steht. Durch die Erfindung wird das Problem der Zweideutigkeit eliminiert, wobei die Erfindung vorzugsweise mit dem s höchstfrequenten Apparat, der kommerziell praktikabel ist, praktiziert wird.

Selbstverständlich könnten verschiedenste Änderungen in die vorhin dargelegten Praktiken und Ausführungsarten eingeführt werden ohne die Erfindung zu verlassen. Andere im io Rahmen der im Anspruch 1 gegebenen Erfindungsdefinition gelegene Ausbreitungsmuster, welche gleich gut dienen zum Eliminieren der Stationärwellenzweideutigkeit unter Berücksichtigung sowohl der Positionierung von Objekten in der Detektierzone und der Spurenreflektionen von ausserhalb sol-15 eher Zone, und desgleichen auch Einrichtungen zum Erzeugen solcher Ausbreitungsmuster sind für Fachleute auf dem einschlägigen Gebiet der Technik evident. Desgleichen ist die oben angegebene Einrichtung zur Verwirklichung der Erfindung, der gemeinhin kommerziell verfügbar ist, in Teilen wie 20 angegeben, einer grossen Änderungsmöglichkeit ausgesetzt, so wie dies durch geübte Fachleute wohl erkannt wird. Dementsprechend sind die ausführlich offenbarten Praktiken und Ausführungsarten als rein beispielhaft zu verstehen und nicht im begrenzenden Sinne.

25

C

3 Blatt Zeichnungen