CN101334382A - 制造填充容器的方法及用于填充容器粘合区域的检验装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于沿着粘合区域(3)对容器与箔或盖子之间的正确密封进行检验的装置及方法，其采用了用于将超声波能量波束施加在这种粘合区域(3)上的发射器/接收器(12)，并评估所反射的超声波能量以确定这种密封的精确性。为了改善粘合区域(3)上来回的超声波能量的传输，在发射器/接收器(12)与粘合区域(3)之间设置了液体界面(26)。

Description

制造填充容器的方法及用于填充容器粘合区域的检验装置
本申请是题为“制造和超声波检验密封食品容器的粘合区域的方法及装置”、申请日为2002年10月31日的中国专利申请CN02829812.8的分案申请。
技术领域
本申请涉及制造填充容器的方法及用于填充容器粘合区域的检验装置。
背景技术
本发明源自于制造填充容器时所遇到的问题，这些问题将参见图1至10来举例说明。
在图1中显示了容器1，其包括第一部件1a和第二部件1b。第一部件1a被视为接受器，并填充有产品P，例如食品如酸奶。第二部件1b被视为覆盖箔片或盖子，其沿着粘合区域3密封式地粘合在部件1a上。
在顶视图中，容器1可具有许多种形状，一些示例显示于图2至4中。根据图2，图1所示的容器1是圆柱形或锥形的，粘合区域3是圆形的。
根据图3和图4，容器1具有偏离了圆形的形状，并构思为容器制造商所想象出来的形状。在这些图中，粘合区域3的形状明显地偏离了圆形，并且实际上可具有几乎任何环圈状的形状。
根据图5，具有例如如图1所示的外形的容器1具有部件1a，其在被分隔壁5所隔开的两个独立隔腔内分别填充有例如两种填充产品Pa和Pb，分隔壁5例如可以是容器部件1a的一个整体部分。因此，如图6的顶视图所示，第二部件1b通过它而密封式粘合在容器1的部件1a上的粘合区域3不仅具有环圈区域，而且还具有横穿过环圈的区域。从图3和图4中所例示的容器形状中出发，图7和图8显示了在它们的如图1所示部件1a被另外的壁细分为两个或两个以上不同隔腔的这种容器和所得到的粘合区域3。从图1至图8中可知，粘合区域3实际上可具有任何形状。
另外，如图9所示，容器1的第二部件不必为箔片或盖子，而是可成为第二接受部件。根据图9，容器1包括形成为接受器的部件1a和同样也形成为接受器的部件1c。这两个部件沿着粘合区域3进行粘合。因此，容器1可包含一种产品，因此在容器1中未设置间隔件。如果容器1包含例如两种不应在容器1内混合的产品Pa和Pb，则可设一个或甚至两个分隔箔片7，粘合区域3优选将部件1a，1c以及箔片7连接在一起。另外，图9所示技术可与如图5至图8所示的通过壁来分隔部件1a和/或1c的措施结合起来。
在图1至图9中所例示的所有粘合区域3在沿图6中X-X的剖面上都具有如图10中所示的结构。根据图10，在粘合区域3处可以有两种或两种以上如三种材料A，B，C...示意性地粘合在一起，粘合区域3在所述剖面图中是基本上平面的。因此，粘合区域3实际上是带状的。可通过任何已知的技术如通过胶粘、熔接等来进行粘合，以实现所述的目的。更具体地说，在一各优选形式中，可通过超声波密封，高频密封或热接触式密封来进行粘合。在该上下文中，所述的“粘合”在文献中通常例如被称为“密封”。另外，图10中的材料A，B，C...可被视为连续成对的，并且可以是相同的或不同的，例如可以是塑料材料、金属材料如铝箔、带涂层的金属材料等等。
一般将两种材料物相沿其而相互接触的表面定义为材料界面，即使接触材料是相同的并且仅仅相互叠加在一起时也是如此。因此，根据图10，第一材料界面形成于材料C与周围空气之间，第二材料界面形成于材料B与材料C之间，第三材料界面形成于材料A与B之间，而第四材料界面形成于周围空气与材料A之间。
通过所述的粘合区域3来将容器1的一种或一种以上的填充产品封装起来。如果粘合区域3未提供高质量的接合并且根据粘合失效的程度，那么空气可能会被夹杂进来，或者填充产品会快速地或多或少从容器中倾出，或者同样夹杂在粘合区域内，并且会随时间的过去而开始变质。另外，其它污染物也会被夹杂在粘合区域内。根据包含在这种容器中的产品的类型，例如医药产品、食品，沿着粘合区域3的局部不精确的或受损的粘合会造成很大的问题。因此，沿着粘合区域的不精确粘合不一定能通过检漏试验技术而检测出来，这是因为虽然如上所述例如夹杂在粘合区域内的材料可能不会损坏容器的无漏性，但迟早会造成填充产品的严重变质，甚至使这种容器仅在经过一段时间的储存后就会出现泄漏。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造借助图1至10所述类型的容器的方法，其中制造的一个重要步骤是检测粘合区域的质量，即检测“密封完整性”，从而产生出具有高质量的粘合即“密封”区域的这种容器。
从IEEE Transactions on Ultrasonics，Ferroelectrics，and FrequencyControl第47卷第3期，2000年5月中的Catherine H.Frazier等人的论文“食品包装密封中的缺陷的高反差超声波图像”中，已经知道可通过超声波响应评估来检查粘合区域。本发明的一个目的是在精确度和再现性方面对这种检查方法进行改进。
发明内容
这可在本发明的第一方面中通过制造填充容器的方法来实现，该方法包括步骤：提供容器的至少第一和第二部件，在第一和第二部件的至少之一中提供产品，通过将第一部件的一部分粘合到第二部件的一部分上来装配第一和第二部件以形成粘合区域，利用超声波能量脉冲串的发射波束来沿着粘合区域进行扫描，检测来自粘合区域的超声波能量的反射脉冲串，确定所检测脉冲串的时延和振幅中至少一个的时间导数，通过将其中至少一个时间导数与预定阈值进行比较来产生指示出沿粘合区域的粘合质量的信号，以及在该指示信号指示出沿所述粘合区域的粘合不精确的时候将容器分离出来。
因此，在一个最优选的实施例中，脉冲串波束被朝向粘合区域引导至其上，并且仅仅通过液体来引导来自粘合区域的反射脉冲串的至少绝大部分。因此，从相应发生器到达粘合区域并回到超声波能量检测器的超声波能量的至少绝大部分仅仅通过液体来引导。
在另一个最优选的实施例中，沿某一方向将脉冲串波束朝向粘合区域引导至其上，该方向不垂直于粘合区域，并且处于由粘合区域的垂直线和沿着粘合区域的波束扫描方向所定义平面内。
在另一优选实施例中，待探查的粘合区域形成了环圈，优选为至少是基本上平面的环圈。更优选的是，该环圈为至少是基本上圆形的。
在另一优选实施例中，粘合区域是针对至少三种相互堆叠在一起的材料来限定的，这些材料中各自相邻的两种材料形成了材料界面。检测包括对来自至少一个材料界面的超声波能量的反射脉冲串进行检测。在其中两种刚性材料如金属箔粘合在塑料材料上的粘合区域中，呈现为三种材料相互堆叠在一起，即塑料材料上叠加了箔材料，最后是周围空气或另一周围材料如液体，因此就形成了三个材料界面。这是用来阐明材料界面的定义和计数。
在另一优选实施例中，监测或测量超声波能量的脉冲串沿粘合区域的扫描路径，并且识别出沿着粘合区域的其中产生了指示出不精确粘合的指示信号的位置。这就允许得到与粘合工位处的失效例如粘合工具的失效有关的信息。
为了有助于评估所检测的脉冲串，还优选将脉冲串的占空比和脉冲重复频率选择成使得所发射的脉冲串不会在检测位置处与所反射的和检测到的脉冲串重叠。另外，在一个最优选的实施例中，与超声波能量检测的最高灵敏度轴线基本上同轴地来产生波束。超声波能量检测器定义了超声波能量检测放大的接收波瓣。这种接收波瓣定义了所述的最高灵敏度轴线。发射波束因此与该轴线同轴地发射。
在操作本发明方法的另一优选方式中，波束沿着其而被朝向粘合区域引导至其上的方向与粘合区域上的垂直线或法线在由所述法线与扫描方向所定义的平面中形成了一个角度α，该角度遵循以下条件：
0°≤α≤30°，
优选为，
5°≤α≤20°，
最优选为，
10°≤α≤18°。
实现大部分超声波能量通过液体来传导的第一优选实施例是这样来实现的，其中将至少容器的粘合区域、用于产生波束的电-机械转换器的输出端以及用于检测反射脉冲串的机械-电转换器的输入端浸入在液体中。在实现这种超声波能量在液体中的传导的另一优选实施例中，它是通过局部地建立起从用于产生超声波束的所述电-机械转换器的输出端至粘合区域然后至用于检测反射超声波能量的机械-电转换器的输入端的液体桥接来实现的。因此，在另一优选实施例中，通过将液体局部地施加在粘合区域上，并在该区域已接受扫描之后立即将液体从粘合区域上吸走，从而建立起液体的桥接。
在一个最优选的实施例中，选择水作为液体。在另一优选实施例中，对于扫描技术而言，这种扫描是通过使波束相对于容器的粘合区域移动同时使波束保持静止来实现的。在另一优选实施例中，波束是移动的而容器保持静止，以便进行所述扫描。在另一优选实施例中，通过使容器和波束都发生运动来进行扫描。
在另一优选实施例中，扫描的轨迹线是预定的，因此可根据这种预定的轨迹来实现扫描运动的控制。在另一优选实施例中，当不能足够精确地预先确定粘合区域形状的精确度和可重复性时，通过描绘头来追踪粘合区域的轨迹，并且通过追踪结果来控制容器与波束的相对运动。
为了建立起待探查容器的稳定且可重复的位置，尤其是在未使用粘合区域追踪技术时，在一个优选实施例中，容器通过抽吸动作来定位，从而将容器抽吸至预定的位置中。
在本发明的第二方面中，为了实现上述目的，提供了容器的至少第一和第二部件，这些部件中的至少一个填充有产品，这两个部件通过将第一部件的一部分粘合到第二部件的一部分上来进行装配，从而形成了粘合区域。然后利用超声波能量的发射波束来扫描粘合区域，并检测从粘合区域反射的超声波能量。从所检测的超声波能量中产生了一个信号，其指示出沿着粘合区域的粘合的质量。因此，在这一方面，来自用于产生发射波束的电-机械转换器的机械输出端的超声波能量至粘合区域的传导以及来自粘合区域的所述反射超声波能量至用于检测反射超声波能量的机械-电转换器的机械输入端的传导都在液体中进行。在本发明的第二方面中，该技术可优选与上述方面中的一个或多个特征结合起来。
在本发明的第三方面中，同样为了实现上述目的，提供了待探查容器的至少第一和第二部件，这两个部件中的至少一个填充有产品，通过将第一部件的一部分粘合到第二部件的一部分上来进行第一和第二部件的装配，从而形成了粘合区域。然后利用超声波能量的发射波束来扫描粘合区域，并检测从粘合区域反射的超声波能量。从所检测的超声波能量中产生了可指示出沿着粘合区域的粘合质量的信号。因此，朝向粘合区域被引导至其上的超声波能量波束的方向被选择成不垂直于粘合区域，并处于由粘合区域上的垂直线或法线和扫描方向所定义的平面中。同样，在本发明的第三方面中，两个或两个以上的上述不同优选实施例可与本发明的这一方面结合起来。
本发明还通过相应的检验装置来实现上述目的，该检验装置如本发明的第一方面所述的那样利用了超声波能量的时间导数、尤其是超声波能量的反射脉冲串的时延和/或振幅的时间导数，该反射脉冲串可由朝向粘合区域的相应发射脉冲串来产生，或者通过仅仅在液体中将来自发生器输出端的超声波能量传导或引导至粘合区域上并返回到超声波检测器的输入端来产生，或者通过将所发射的超声波束在不垂直于粘合区域的方向上朝向粘合区域引导至其上来产生，其中该方向与粘合区域的垂直线形成了一个非零角度，并处于由所述垂直线与扫描方向所构成的平面中。
附图说明
下面将通过示例并借助附图而在其方法及装置的所有方面来介绍本发明。这些附图为：
图1-10分别显示了现有技术中的制造填充容器的装置；
图11通过简化的功能块/信号流的图示显示了一个优选实施例中的检测装置，其用来执行根据本发明的制造工艺中的一项重要步骤；
图12示意性地和定性地显示了根据图11所示实施例发射的传输到待探查粘合区域上的超声波能量的脉冲串；
图13同样简化地和定性地显示了响应超声波脉冲串，其由图11的实施例来检测，并从粘合区域3处的可能为一个以上的材料界面中之一中反射出；
图14以透视图的方式示意性地显示了粘合区域带，以及处于法线与扫描方向所定义的平面中的朝向粘合区域发射到其上的超声波束、优选还有反射超声波能量的轴线相对于粘合区域法线的角度关系；
图15示意性地显示了外观的常见形式的受损或不精确的粘合区域，以及将所述粘合区域置于超声波能量下以进行不精确性检测的进一步改进；
图16是基于图11所示实施例的一个优选实施例，其不仅用于检测不精确的粘合区域，还可以用于检测这种不精确的粘合区域所处的位置；
图17示意性地显示了一种仅仅在非周围空气而优选为液体的材料中使超声波能量从发射器传播至粘合区域并返回到接收器的最优选技术的一个实施例；
图18是用于实现超声波能量在液体中传播的另一优选实施例；
图19以示意性图示显示了用于实现超声波束沿着圆形粘合区域的扫描运动的第一实施例；
图20以示意性图示显示了第二实施例，其类似于图19所示；
图21以示意性透视图显示了第三实施例，其利用超声波发射器和接收器的受控的独立的两坐标式平面驱动装置来实现超声波能量波束和粘合区域的扫描运动；
图22在与图20相类似的图示中显示了第四实施例，其中发射器/接收器以受控的方式作线性运动，带有粘合区域的容器以受控相关的方式旋转；
图23是用于实现扫描运动的另一实施例，其中对粘合区域3的轨迹进行追踪，并通过粘合区域3的所追踪或拾取的轨迹来控制容器和粘合区域3相对于超声波发射器/接收器的相对运动；
图24以剖面图显示了粘合区域的常见轮廓，其尤其可通过高频熔接来实现；
图25以剖面图显示了一个优选实施例，其用于至少在粘合区域的探查期间精确地定位容器；
图26是图25的一个断面图，显示了用于某类容器的粘合区域本身的附加支撑；
图27通过简化的功能块图示显示了用于制造根据本发明的容器的设备；和
图28是基于图27图示的进一步改进，其在封闭容器的检漏试验的上游或下游处结合了粘合区域的检查。
具体实施方式
检测技术
根据图11，在粘合区域3中的在正常情况下暴露于环境条件下的表面10的附近提供了至少一个超声波发射器和至少一个超声波接收器的装置。通常设置有一个以上的超声波发射器和/或一个以上的超声波接收器，接收器和发射器的数量不必相等。重要的是，接收器装置可接收来自设于粘合区域3处的至少一个材料界面的超声波反射信号。
在如图11的简化示意性图示所示的实施例中，在一个超声波发射器/接收器头12中集成了一个超声波发射器和一个超声波接收器。头12结合有第一转换器14a，其为电-机械转换器，并且可将施加在输入端E12处的电输入信号转换成超声波信号，该超声波信号作为波束聚焦于粘合区域3上。转换器14a在其电输入端E12处可操作地连接有电振荡器16。振荡器16具有调制控制输入Mod。
头12还包括第二转换器14b，其为机械-电转换器，并可在其输出端处将超声波输入信号转换成电输出信号，转换器14b可操作地连接在头12的输出端A12上。
这两个转换器14a和14b可通过一个带有机械输出端/输入端以及电输入端/输出端的转换器来实现，其非常类似于也可用作扬声器的麦克风。在头12内可集成有例如用于信号前置放大、模数转换、信号剪裁、过滤、电偏压以及供电的其它电子单元(未示出)。
振荡器16在超声波信号频率如10兆赫下工作。对这种超声波频率信号进行调幅，从而产生超声波频率脉冲的脉冲串。该脉冲实际上是脉冲持续时间内所呈现的超声波频率信号的包迹。超声波频率信号的这些脉冲的脉冲重复频率可选择成处于千赫范围内。脉冲串的占空比优选选择成比较短，例如为0.1或更小，这意味着脉冲持续时间比脉冲重复周期更短。
通过电-机械转换器14a的转换，因而产生了超声波信号的脉冲串波束S，如图12示意性地所示。在图中，AS表示脉冲I内的超声波信号的振幅，TI表示脉冲重复周期，Δ表示脉冲持续时间。占空比定义为Δ/TI。
超声波信号的脉冲串波束被聚焦在粘合区域3上。因此，粘合区域3优选在也如图3所示的恒定速度v下相对于发射器/接收器头12运动。因此，粘合区域3实际上在取样速度下由入射的超声波脉冲串波束进行取样，取样速度由脉冲重复频率和速度v给出。因此，彼此相关地进行脉冲重复频率和扫描速度v的选择。
超声波信号的脉冲串首先入射在通常暴露于粘合区域3的环境条件下的外表面10处的材料界面Ph0上，然后根据图11而入射在下方的任何材料界面Ph1、Ph2上。如果在粘合区域3处具有若干材料界面，则在所有界面处产生了超声波信号反射。因此，在各界面Ph处，入射的超声波信号脉冲串都被反射。在各界面Ph处反射的脉冲串入射在机械-电转换器14b的机械输入端上的时延τ或相位Ф与该脉冲串来自于哪个界面有关。与从下一层材料界面Ph1中反射的脉冲串相比，来自Ph0的反射脉冲串将以较小的时延τ1或相位Ф1而入射在转换器14b上。发射超声波脉冲串S的占空比优选选择为比较小，使得从至少两个界面Ph0和Ph1处反射的脉冲串E以较大的时间间隔且不会与发射脉冲串重叠的方式入射在转换器14b上。这显著地促进了对回声或反射的利用。当脉冲重复频率和占空比条件选择成导致重叠的回声和/或发射器脉冲串信号时，考虑到对于给定结构的粘合区域3和容器1而言来自材料界面处的时延τ或相位Ф也是已知的，因此就可通过相关技术来区分开各个所涉及的回声脉冲串。
在图13中示意性地显示了根据回声超声波脉冲串E的时延τ的相位Ф相对于发射脉冲串S和这种反射脉冲串的振幅AE的关系。以预定的已知相位、例如用于界面Ph0的Ф0和用于界面Ph1的Ф1等，并通过非重叠的脉冲来使至少两个材料界面Ph0，Ph1的反射或回声脉冲串入射在转换器14b上。因此，来自头12的A12处的输出信号可操作地优选连接到多个时隙控制单元160，161等上，应当对根据产生回声的材料界面Ph的数量来评估时隙控制单元的数量。时隙单元16提供了在预定测量时间Δt的期间内从其输入端至其输出端的信号通信，Δt始于振荡器16的输出端处的脉冲上升沿的相应时延τ0，τ1，...。因此，在稍短于来自界面Ph0的回声信号的预期时延的时间间隔τ0之后，实际上为切换单元的单元160提供了在测量时间间隔Δt的期间内在其输入端和其输出端之间的信号通信，在根据Ф0的τ0之后以及在测量时隙Δt期间，回声脉冲串Ph0将出现在单元160的输出端处。因此就可以选择和区分开各个回声脉冲串。如图11示意性地所示，将对于界面来说为特定的相应回声信号传输至各单元180，181，...中，其分别在其输出端处产生了与相应回声信号的精确时延或相位Ф相关的第一信号S(Ф)，以及与相应回声信号脉冲的振幅如平均振幅或峰值振幅相关的信号S(A)。与相位或时延相关的信号S(Ф)被传输至微分单元200Ф，而与振幅相关的信号S(A)被传输至微分单元200A。
在各个单元20处，形成了来自待评估的一个材料界面的回声信号的与相位相关的和/或与振幅相关的信号的时间导数。单元20的输出端处的时间导数信号被输入给比较器单元22，在这里将各个瞬时主导的时间导数与预先设定的、优选为可调节的阈值(未示出)进行比较。只要瞬时主导的时间导数超过阈值，就会在单元22的输出端处产生一个指示信号，其表示沿着粘合区域3已发现了不精确之处。
由于在绝大多数情况下并不关心这种不精确性是通过振幅和/或通过相位来检测到的，因此单元22的输出信号可操作地连接到中央评估单元24上，其在其输出端处产生了表示了“不精确粘合”的信号IB。
在图11中，已经在模拟技术中说明了根据本发明一个方面的检测技术的原理。然而，对于本领域技术人员而言很清楚，通过基于超声波信号的信号的相应模数转换，就可以数字形式进行信号评估。因此，可将这种数字信号从时域转换至频域，并且通过对数字信号进行例如快速傅里叶变换(FFT)来在频域中进行信号评估。
只要上述“不精确粘合”的信号IB在单元24处出现，就将相应的受检容器取下以便进一步处理，而剩下的容器可被认为沿着其粘合区域3具有全部的充分粘合。
根据图11，图中显示已在其时延或相位方面以及在其振幅方面来评估的回声信号。然而对于本发明的一些应用而言，可以仅通过评估回声时延(或相位)或振幅特性来进行信号的评估。
另外，根据图11和以上介绍，可以利用来自两个以上材料界面Ph的回声信号。然而已经发现，最重要的材料界面是表面10处的Ph0，其通常暴露于周围环境中。因此，可以仅利用出现在材料界面Ph0处的回声信号，这样就可以大大简化整个系统。
因此，来看图11，只有时隙控制单元160是必要的，其他评估单元可操作地连接在其上。
在一个最优选的实施例中，如图11中的26处所示，一方面在电-机械转换器14a的机械输出端与通常暴露于粘合区域3的周围环境中的表面10之间，另一方面在机械-电转换器14b的机械输入端与该表面10之间设置了不同于空气的材料介质。在一个最优选的实施例中，这种介质26为液体介质，最好是水。因此，重要的是使这种液体没有气泡，以避免产生另外的材料界面以及噪音。另外，根据图11，在与粘合区域3的介质平面E3垂直的方向上进行超声波脉冲串波束S的传输以及接收超声波回声脉冲串E。这种设置优选这样来改进，即，使超声波脉冲串波束的发射方向以及优选与其同轴的机械-电转换器14b的最高灵敏度方向相对于介质平面E3的法线n倾斜一个角度α。在图14中示例性地显示了带状粘合区域3，以及至少部分地由粘合区域3来定义的介质平面E3的法线n。因此，α被定义成处于包含了n并平行于扫描速度v的方向的平面Eα中。根据图11，超声波束的发射和接收发生图14中的方向n上。然而，在一个最优选的实施例中，如图11中的E所示，超声波束S以及最高灵敏度接收的方向相对于法线n倾斜一个角度α，其中α满足下式：
0°≤α≤30°，
优选为，
5°≤α≤20°，
最优选为，
10°≤α≤18°。
在图15中示意性地显示了粘合区域3，以及沿着该粘合区域3所夹杂的材料和/或空气28。这种不充分的粘合导致表面10具有皱折。实际上，所有类型的不精确粘合都会导致粘合区域3处的外表面10出现这样的几何变形。根据图14，当在优选模式中超声波脉冲串波束S和接收E的轴线倾斜了角α时，在超声波束沿着粘合区域3进行扫描时Ph0处的反射变化以及其时间导数就会被放大。而在角度α处并在考虑了如图15所示的v方向时，首先，朝着S和E的轴线AB弯曲的表面区域28a将增大所检测到的反射振幅，在下一区域28b中这种振幅将大大减小。因此，当超声波束沿着表面区域28a，28b进行扫描时，将会产生所检测信号的尤其是其振幅的放大的d/dt。
因此，通过倾斜超声波束发射和接收的轴线AB，就可实现对尤其是沿着Ph0的几何不精确度作出放大的响应。从图15中也很明显，如果利用来自其他材料界面如图15中的Ph1的反射，同样这些回声信号也会因倾角α而具有放大的时间导数响应。
必须注意的是，在如图15所示的不精确粘合的构造中，另外还会局部地形成另外的材料界面，其可被另外地检测到。
在图16中通过类似于图11所示的功能块/信号流框图的形式来简化地和示意性地显示了该系统的进一步改进和优选的形式，其将借助于图11来进行说明。因此可以认识到，通常要求不仅要一般性地检测到沿着粘合区域3的粘合是不精确的，而且要检测到这种不精确粘合出现在粘合区域3中的位置。为此，根据图16，在粘合区域3的预定位置PosФ处通过超声波脉冲串波束来开始扫描粘合区域3。
例如，设置了一个例如由振荡器16的输出端来钟控的计时器单元30，其在图11所示的单元24的输出端处产生了“不精确粘合”的信号IB时被停用。由于发射器/接收器头12与粘合区域3之间的相对运动的速度v是预定的和已知的，因此评估单元32可通过到产生“不精确粘合”的IB信号为止的时间和预定速度v来计算出沿着粘合区域3的其中检测到粘合失效或粘合不精确的位置xF。
因此，可以安装从粘合失效检测至粘合工位的反馈，尤其是在粘合精确性检查中对预定数量的后续容器而言这种粘合不精确性发生在粘合区域的同一位置处时。这可能是与粘合工位如粘合工具的不精确性有关的有价值的信息。
液体中间层
如在上下文中结合根据本发明所应用的检测技术所介绍的那样，在一个最优选的实施例中，在用于产生超声波能量的电-机械转换器的机械输出端与待探查粘合区域3的该最外表面10之间以及用于检测超声波能量的机械-电转换器的机械输入端与最外表面10之间施加了中间介质，其优选为液体，最好是水。
根据图17，在采用以上设置的第一优选实施例中，将超声波束发射器/接收器头34、优选为借助图11所介绍的头12放入到水槽36中，其中还浸入了待检验容器1的至少粘合区域3。
因此，如结合图11的系统所述，在头34与粘合区域3之间存在相对运动v，以用于沿着整个粘合区域3来进行超声波扫描。同样可在液体浸没下提供这种相对运动的优选技术将在下文中进行介绍。
在图18中显示了第二优选实施例，其用于在头38的有效发射/接收表面与粘合区域3之间实现优选为水的液体的超声波传导。液体、尤其是优选为水的供应管道系统40在发射器/接收器转换器的有效发射和接收表面的下游提供了液体42。头38的外壳提供了出口喷嘴44，除了超声波束和回声信号以外，液膜46也可通过该喷嘴而分布在粘合区域3的有限面积上。吸头48设置成邻接于粘合区域3，并连接在泵(未示出)上。在头38已经扫描过粘合区域3的液体覆盖部分之后不久，就通过吸头48来除去分布在粘合区域3上的液膜。在图18中，还显示了头38相对于粘合区域3并沿其的相对运动v。
超声波发射器/接收器与粘合区域之间的相对运动的控制
在图19中显示了实现这种相对运动的第一优选实施例。因此，容器1和粘合区域3具有相对于中心轴线Z的旋转对称形状。容器1设置在与其中心轴Z线同轴的旋转驱动单元50上，其带有驱动马达52以及优选的旋转角检测器54。容器1通过驱动单元50优选在恒定的转速ω下旋转。优选在容器1处的预定标记M到达预定的旋转位置即
Figure A20081012508000231
时开始旋转。相对于该位置，旋转角检测器54产生了信号
Figure A20081012508000232
其可指示瞬时达到的角度。
一旦被静止的超声波发射器/接收器54检测到，该角度的测量便可允许确定沿着粘合区域3的不精确粘合的位置，这将结合图11至18来更一般性地进行说明。
在机械转换的意义上，图20显示了类似的设置，其中超声波发射器/接收器54取代了容器1而通过带有驱动马达60和旋转角检测器62的驱动单元58围绕容器1的中心轴线Z旋转。
这两个实施例可通过结合图17的水槽技术或图18的水分布技术以及结合如图14和15所述的使超声波束的轴线倾斜的技术来实现。发射器/接收器54还优选被视为根据图11来一般性地进行说明的并具有相应信号评估的装置。
具有上述技术的这些优选实施例也适用于下文中举例说明的相对运动控制的其它实施例。
相对运动控制的另一优选实施例示意性地显示于图21中。示意性地示出于图21中的具有任何类型形状的粘合区域3的容器1是静止的。发射器/接收器54安装在x/y线性驱动器上，该线性驱动器示意性地显示为可在x方向上通过马达驱动装置56x来运动，以及通过马达驱动装置56y而与x方向上的驱动相关地在y方向上运动。由于无论何时上述类型的容器都是针对其粘合区域3来受检，因此粘合区域3的形状是已知的，发射器/接收器54扫描粘合区域3的速度vxy是预定的，驱动装置56x和56y由控制单元58来控制，以便在预定速度vxy下进行与待探查粘合区域3相符的轨迹。在单元58中，扫描运动被预先编程。预定速度vxy和粘合区域的已知轨迹P3xy输入到单元58中。通过这种技术，就可以实际上扫描任何形状的可能是最复杂的两维粘合区域。
与从图19的实施例至图20的转换即机械转换相类似，很明显图21的实施例也可进行机械转换，这是因为正好相反，发射器/接收器54保持静止，而容器1沿着两个坐标方向x和y运动。
在图22中示意性地显示了另一优选实施例。容器1连同待探查粘合区域3被设置在与图19中的非常类似的旋转驱动装置上。另外，超声波发射器/接收器54安装成可平行于粘合区域3的轨迹大致位于其中的平面而作线性运动。容器1的旋转以及发射器/接收器54的线性运动通过相互关联的相应驱动装置60Г和60ω来控制。同样，预定的所需速度vxy和粘合区域的已知轨迹或形状P3xy输入到控制单元62中，该控制单元的输出控制了驱动装置60Г和60ω。
通常来说，容器粘合区域3的轨迹对于所考虑类型的所有容器而言不是相同的，而是容器例如因制造公差而相互之间具有较大的差异。在这种情况下，很难借助超声波发射器/接收器通过预先编程的或预先设定的运动轨迹来控制粘合区域3的扫描操作。在图23中，同样示意性地显示了这种运动控制的一个实施例，其中对粘合区域3的轨迹大致进行追踪，并且这种追踪自动地控制发射器/接收器54的运动。根据图23，提供了一种追踪头62，其可被实现为例如带有CCD光电转换的描绘头，可以为激光追踪头，红外线追踪头等。头62可识别出粘合区域3的位置，其可能如图24和图6的X-X剖面图所示地具有平直通道3a的形状。头62安装或耦合在发射器/接收器54上。同样，例如设置了x/y驱动装置66x，66y，其可控制发射器/接收器54以及追踪头62的x/y运动。借助于在其输入端处可操作地连接在追踪头62上的控制单元64，x/y驱动装置66x，66y接受负反馈控制，使得头62和发射器/接收器54以所需要的预定速度而跟随粘合区域3运动。
回过来看根据图21的实施例，根据粘合区域3的预定已知轨迹来电子式地控制发射器/接收器54头的运动。作为电子式地控制这种运动的替代，还完全可以为发射器/接收器54提供纯机械的引导路径，例如通过槽式导轨，以便沿着这种机械导轨在预定的速度下驱动发射器/接收器54。
在考虑了如图19至24示意性地所示的运动控制的实施例之后，本领域的技术人员可以根据容器类型和待探查粘合区域的形状而认识到这种运动控制的其它类似实施例。
尽管目前对本发明的上述介绍主要是基于粘合区域是大致平面的即大致定义了一个平面的假设，然而也可能出现这种粘合区域定义了一个三维路径的情况。在这种情况下，在不脱离本发明的概念的前提下并且回过来参见运动控制的上述示例性实施例，可引入粘合区域相对于超声波发射器/接收器的另一维度的运动，使得粘合区域的扫描可通过三维运动来进行。
接受器的定位
在用于实现对容器1的粘合区域3的扫描的大多数实施例中，将待探查的各个容器1定位在清楚界定的可重复的位置中是很重要的。对于其形状因制造公差或先前的处理而可能产生很大变化的容器、例如塑料材料的容器而言，这尤其容易理解。在实现如图19、20、21和22所例示的超声波发射器/接收器的相对运动时，即无论这种运动控制是基于预先已知和预存储的路径还是基于粘合区域3的形状，这都是特别重要的。
在图25中，显示了用于将待探查容器1正确地定位在预定位置中的一个优选实施例。在该实施例中，为给定形状的容器1提供了带有侧壁70和底面72的接受框架68。为了对具有邻接于粘合区域3或由粘合区域3形成的平面缘边或支座72的容器1进行定位，侧壁70的高度h在底面72的周围都是恒定的。然而，对于具有邻接于粘合区域3或由粘合区域3形成的非平面的定位缘边或支座的容器来说，情况不必如此。
提供了抽空管线74，其紧靠在由壁70和底面72所形成的空腔中，该管线连接在抽吸泵(未示出)上。因此，被引入空腔71内的容器1通过吸力而被牢固地拉进空腔71内，并牢固地定位在预定位置。如图25所示的该装置被视为相对于中心轴线Z是对称的，这是因为将通过该装置来定位的所示容器1相对于该轴线Z是对称的。然而必须理解，空腔71的形状适于待探查容器1的相应形状，并可根据容器的形状而具有任何形状。
如图25所示的或与之类似的装置可静止地或以被驱动的方式而旋转地或线性地操作，从而实现上文中所例示的运动控制的实施例。另外，如图25所示的或与之类似的装置可应用于根据图17的将发射器/接收器浸入液体槽、优选为水槽中的技术中，或者可结合图18所示的技术来使用，其中在超声波发射器/接收器头的有效发射和接收表面与待探查粘合区域3之间仅仅局部地建立了液体缓冲、优选为水缓冲。如有必要，如图26所示，可在图25所示装置的壁70处设置支撑76，其直接支撑了缘边78，粘合区域3于此处形成。该支撑76可设置为沿着壁70的前端周边分布的单独的局部支撑件，或者形成了沿着前端的连续环。这种支撑可由弹性体材料制成。
还可沿着壁70的内表面来设置弹性体密封件80形式的密封件，以保证容器壁的外表面与壁70的内表面一起形成相当密封的隔室71。
带有已验收粘合的容器的在线制造
在图27中示意性地显示了用于制造带有经检查和验收的粘合的填充容器的整个设备。例如如图1示意性地显示，容器的第一部件1a通过线性或回转式输送器、例如圆盘传送带82而以物料流的形式朝向填充和装配工位84传送并到达该工位中。再次参见图1，产品Pr通过如上所述的适当输送器84并且与如图1所示的容器的第二部件1b一起被提供给装配和填充工位84。
在工位84处，产品Pr被填充到两个部件1a和/或1b的至少一个之中，并且这两个部件通过沿粘合区域3形成粘合来进行装配。通过另一合适的输送器88，具有通过粘合区域3而相连的两个部件1b和1a的已装配和已填充的容器1朝向粘合检查工位90处被输送至该工位中，其中输送器88通常可为线性输送器或回转式输送器，例如优选为圆盘传送带。在这里，通过输送器88输送至工位90的所有容器的粘合区域3如参见图1至26所述地进行粘合不精确性方面的扫描。在单元90处通过超声波检查所检测到的沿着一个或一个以上粘合区域具有不精确、不正确粘合的容器在92处被卸下。优选的是，信息I是来自单元90的输出，其可指示各个被发现的不精确粘合沿着相应粘合区域3所处的位置。该信息可被自动传输回单元84的粘合操作中，以便自动地校正这种不精确性。
因此，通过根据图27的设备，就可制造出通过沿着粘合区域进行粘合来装配的填充容器，其具备已被判定为精确制出的受检粘合区域。
根据图28，通过输送器94对图27所示的设备在整体检查方面进行了优选的改进，该输送器94同样可为线性或回转式输送器，例如优选为圆盘传送带，被判定为在沿着其粘合区域3的粘合方面无缺陷的容器1被传输至检漏工位96，在这里检查整个容器1的泄漏状况。被判定为泄漏的容器同样在98处被卸下，无漏且沿其粘合区域具有精确粘合的容器1通过另一线性或回转式输送器、例如通过圆盘传送带100来输送，以供他用。因此，可以将先进行粘合检查之后进行检漏试验的顺序颠倒过来，首先进行检漏试验，然后进行粘合检查。因此，可例如通过如本申请人的下述专利中的一个或多个所述地来进行已填充和封闭容器的检漏试验，这些专利为：US 5029464，US5170660，US 5239859，US 5915270，以及尤其是US 6082184，US6202477和US 5907093，这些专利在容器1的检漏试验方面均通过引用而结合于本文中。
因此，通过包括有如图27和28所示实施例的设备，就可对容器1在适当粘合以及适当密封性方面进行全面的检查。

Claims (46)

1.一种制造填充容器的方法，包括步骤：
·提供所述容器的至少第一和第二部件；
·在所述第一部件和所述第二部件的至少一个中提供产品；
·通过将所述第一部件的一部分粘合到所述第二部件的一部分上来装配所述第一和所述第二部件，从而形成粘合区域；
·利用超声波能量脉冲串的发射波束来沿着所述粘合区域进行扫描；
·检测来自所述粘合区域的超声波能量的反射脉冲串；
·确定所述测得脉冲串的时延和振幅中至少一个的时间导数；
·通过将至少一个所述时间导数与预定阈值进行比较来产生可指示沿所述粘合区域的所述粘合的质量的信号；
·在所述指示信号指示出沿所述粘合区域的粘合不精确时将所述容器分离出来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：将所述脉冲串波束朝向所述粘合区域引导至其上，并仅仅通过液体来引导来自所述粘合区域的所述反射脉冲串的至少绝大部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：沿着某一方向将所述脉冲串波束朝向所述粘合区域引导至其上，所述方向不垂直于所述粘合区域，并且处于由所述区域上的垂直线和沿着所述粘合区域的所述波束的扫描方向所定义的平面内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器处的所述粘合区域形成了环圈。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环圈至少是基本上平面的。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环圈至少是基本上圆形的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合区域针对至少三种相互堆叠在一起的材料来限定，所述材料中各自相邻的两种材料形成了材料界面，所述检测包括对来自至少一个所述材料界面的超声波能量的反射脉冲串进行检测。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，监测所述超声波能量的脉冲串沿所述粘合区域的扫描路径，并且识别出沿着所述粘合区域的其中所产生的所述指示信号指示出不精确粘合的位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束以与超声波能量检测的最高灵敏度轴线基本上同轴的方式产生。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，将所述脉冲串的占空比和脉冲重复频率选择成使得所述发射脉冲串不会与所检测到的所述至少一个反射脉冲串重叠。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，选择所述方向以便与所述垂直方向形成角度α，该角满足以下条件：
0°≤α≤30°，
优选为，
5°≤α≤20°，
最优选为，
10°≤α≤18°。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液体是水。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：将所述容器的至少所述粘合区域、用于产生所述脉冲串波束的电-机械转换器的输出端以及用于检测所述反射脉冲串的机械-电转换器的输入端浸入到所述液体中。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：建立起从用于产生所述脉冲串波束的电-机械转换器的输出端至所述粘合区域以及至用于检测所述脉冲串的机械-电转换器的输入端的所述液体的局部桥接。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过将所述液体局部地施加在所述粘合区域上，并在所述粘合区域已接受了所述扫描之后将所述液体从所述粘合区域上吸去，从而建立起所述桥接。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，通过使所述波束沿着所述粘合区域运动并使所述容器保持静止来建立所述扫描。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过使所述波束相对所述粘合区域运动同时使所述波束保持静止来扫描所述粘合区域。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过使所述容器和所述波束都发生运动来进行所述扫描的步骤。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括沿着预定轨迹来进行所述扫描的步骤。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过追踪所述粘合区域的轨迹并且通过所述追踪的结果来控制所述容器与所述波束的相对运动，从而进行所述扫描。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过抽吸来定位所述容器以用于所述扫描的步骤。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：输送所述第一和第二部件的物料流，将所述产品提供至所述部件的至少一个中，进行所述装配、所述扫描、检测、确定和产生步骤，从而将相应指示信号指示出存在不适当粘合的容器与其它容器分开，并将所述其它容器输送至进行检漏试验，从而将被确认为泄漏的容器与所述其它容器分开。
23.一种制造填充容器的方法，包括步骤：
·提供所述容器的至少第一和第二部件；
·在所述第一部件和所述第二部件的至少一个中提供产品；
·通过将所述第一部件的一部分粘合到所述第二部件的一部分上来装配所述第一和所述第二部件，从而形成粘合区域；
·利用超声波能量的发射波束来扫描所述粘合区域；
·检测来自所述粘合区域的反射超声波能量；
·从所述测得超声波能量中产生指示出沿所述粘合区域的所述粘合的质量的信号，从而
·沿着某一方向将所述超声波能量波束朝向所述粘合区域引导至其上，所述方向不垂直于所述粘合，并且处于由所述区域上的垂直线和沿着所述粘合区域的所述波束的扫描方向所定义的平面内。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，进行所述反射超声波能量的至少一个特征值的时间微分，以及从所述时间微分的结果中产生所述指示信号。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将作为脉冲串波束的所述扫描超声波能量朝向所述粘合区域引导至其上的步骤。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述粘合区域形成了环圈。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述环圈至少是基本上平面的。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述环圈至少是基本上圆形的。
29.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述粘合区域针对至少三种相互堆叠在一起的材料来限定，所述材料中各自相邻的两种材料形成了材料界面，所述检测包括对来自至少一个所述材料界面的反射超声波能量进行检测。
30.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，监测所述发射波束沿所述粘合区域的扫描路径，并且识别出沿着所述粘合区域的其中所产生的所述指示信号指示出不精确粘合的位置。
31.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述波束以与超声波能量检测的最高灵敏度轴线基本上同轴的方式产生。
32.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，将所述脉冲串的占空比和脉冲重复频率选择成使得所述发射脉冲串不会与所检测到的所述至少一个反射脉冲串重叠。
33.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，选择所述方向以便与所述垂直方向形成角度α，该角满足以下条件：
0°≤α≤30°，
优选为，
5°≤α≤20°，
最优选为，
10°≤α≤18°。
34.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在液体中将来自用于产生所述发射波束的电-机械转换器的机械输出端的所述超声波能量引导至所述粘合区域上，并且将所述反射超声波能量从所述粘合区域朝向用于检测所述反射超声波能量的机械-电转换器的机械输入端引导至其上。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述液体是水。
36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：将所述容器的至少所述粘合区域、用于产生所述波束的电-机械转换器的输出端以及用于检测所述反射能量的机械-电转换器的输入端浸入到所述液体中。
37.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：建立起从用于产生所述波束的电-机械转换器的输出端至所述粘合区域以及至用于检测的所述机械-电转换器的输入端的所述液体的局部桥接。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过将所述液体局部地施加在所述粘合区域上，并在所述粘合区域已接受了所述扫描之后将所述液体从所述粘合区域上吸去，从而建立起所述桥接。
39.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，通过使所述波束沿着所述粘合区域运动并使所述容器保持静止来建立所述扫描。
40.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过使所述波束相对所述粘合区域运动同时使所述波束保持静止来扫描所述粘合区域。
41.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过使所述容器和所述波束都发生运动来进行所述扫描的步骤。
42.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括沿着预定轨迹来进行所述扫描的步骤。
43.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：通过追踪所述粘合区域的轨迹并且通过所述追踪的结果来控制所述容器与所述波束的相对运动，从而进行所述扫描。
44.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过抽吸来定位所述容器以用于所述扫描的步骤。
45.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：输送所述第一和第二部件的物料流，将所述产品提供至所述部件的至少一个中，进行所述装配、所述扫描、检测、产生和引导步骤，从而将相应指示信号指示出存在不充分粘合的容器与其它容器分开，并将所述其它容器输送至进行检漏试验，从而将被确认为泄漏的容器与所述其它容器分开。
46.一种用于填充容器的粘合区域的检验装置，所述容器具有至少第一和第二部件，所述部件通过将所述第一部件的一部分粘合到所述第二部件的一部分上来进行装配，从而形成粘合区域，所述装置包括：至少一个发生器，其可产生超声波能量脉冲串的至少一个波束；至少一个超声波能量检测器，所述至少一个发生器的输出端和所述至少一个检测器的输出端可操作地连接在评估单元上，只要超声波能量的测得脉冲串的时延的时间导数达到了预定阈值和/或超声波能量的测得脉冲串的振幅的时间导数达到了另一预定阈值，所述评估单元就产生指示信号，所述指示信号可指示沿所述粘合区域的不精确粘合。
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