CN106932159A - 一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置及方法，包括待检玻璃、陶瓷容器、密封塞、放电尖端、高压电源和导线、数字电流计、声呐传感器、计算机，高压电源、声纳传感器、数字电流计由计算机模块控制连接。本发明不同于对安培瓶等泄露的检测，设计了以玻璃、陶瓷容器内外绝缘分离的放电环境；本发明利用高压放电原理，利用容器本身的绝缘性作为分界，对击穿放电等现象进行探测后，实现对裂缝、砂眼等微小泄露的检测；本发明提出了通过高压电源的漏电流大小和声音来区分容器是否有密封缺陷的方法。

Description

一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置及方法

技术领域

本发明属于工业自动化检测技术领域，具体涉及玻璃、陶瓷容器的密封性自动检测方法。

背景技术

玻璃、陶瓷容器因为其承压大、外观好、手感佳等优势，广泛应用于饮料、酒类、食品、日化、农化等行业，可包装液剂、粉剂、颗粒、悬浮剂等各种物料。由于大部分的玻璃容器采用的吹注工艺的各个环节中存在一定程度的不可控性，因此实际玻璃容器的生产线上存在了很多由于裂纹、砂眼等缺陷的次品，且次品率较高。目前玻璃容器生产线上或者以玻璃、陶瓷容器为载体的产品生产线上的密封性品质主要依靠后段人工进行目检。人工检测对于微小的泄露检测有盲区、检测率低、速度慢以及数据统计汇总困难等问题。目前市面上存在利用在瓶内进行高压充气后测定压力的方式来检测密封性的自动检测设备，但是这种设备只能检测大的缺陷，对于微小裂纹和砂眼基本没有任何作用。而对于微小裂纹和砂眼目前市面上不存在任何检测设备。目前高压放电方法有应用在水针西林瓶、液体安瓿瓶、液体填充预注射器和卡式瓶的完整性测试，是在待测容器表面外加高压电，根据泄漏容器和合格容器产生的电压差异判断是否泄漏及泄漏程度。

发明内容

本发明的目的在于解决玻璃、陶瓷容器上的微小裂纹、砂眼等缺陷导致的容器密封性不良的问题。

本发明的技术方案是：一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置，其特征在于：包括待检玻璃、陶瓷容器、密封塞、放电尖端、高压发生器、数字电流计、声呐传感器、计算机，高压发生器、声纳传感器、数字电流计由计算机控制连接，密封塞用于将待检玻璃、陶瓷容器瓶口密封，放电尖端上部的正极通过导线与高压电源连接，所述的放电尖端穿过密封塞伸入待检玻璃、陶瓷容器内部，所述的待检玻璃、陶瓷容器外部设置一外罩，待检玻璃、陶瓷容器与外罩之间形成密封空间，所述的待检玻璃、陶瓷容器内部为尖端放电空间。

本发明所述的放电尖端靠近待检测玻璃、陶瓷容器内壁。

本发明所述的放电尖端采用放射状尖端。

一种玻璃陶瓷容器密封性检测方法，其特征在于：由以下步骤组成：

(1)将外罩接地，连接到高压发生器负极，将正极连接到高压发生器正极，确保初始状态高压发生器处于关闭状态；

(2)将正极和尖端插入待检测容器内，确保密封塞和瓶口紧密压合；

(3)开启高压发生器，上升电压值，电压稳定后保持5～10秒观测高压电源的电流数值；

(4)关闭高压电源，取出容器内正极；

(5)当收到开始采集信号，获取数字电流计和声呐传感器信号，直至收到结束信号；

(6)电流信号进行滤波处理，获得测试电流值；声音信号经过FFT变换后滤波，采集特定波段的空气击穿声音的强度和频率值；

(7)将上述三个数字量组成三维数组，作为该待检测容器的特征值采用分类器进行分类，其中分类器的训练可以通过制作样品可以获得无缺陷品的特征值样本和各种缺陷形态样品的特征值样本。

本发明的工作原理在于：本发明待检测容器内部、待检测容器与外罩之间形成绝缘的两个空间，当有高压施加在空间时，在玻璃、陶瓷容器的内外壁上形成大量的感应电荷，如果内外空间存在可连接的空隙，则通过该空隙容易被击穿，形成漏电流，从而实现密封性不良的检测。

本发明与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明不同于对安培瓶等泄露的检测，设计了以玻璃、陶瓷容器内外绝缘分离的放电环境；本发明利用高压放电原理，利用容器本身的绝缘性作为分界，对击穿放电等现象进行探测后，实现对裂缝、砂眼等微小泄露的检测；本发明提出了通过高压电源的漏电流大小和声音来区分容器是否有密封缺陷的方法。

附图说明

图1为本发明一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置整体结构示意图。

图2为本发明放射状电极尖端结构图。

具体实施方式

一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置，其特征在于：包括待检玻璃、陶瓷容器5、密封塞3、放电尖端4、高压发生器7、数字电流计、声呐传感器、计算机，高压发生器7、声纳传感器、数字电流计由计算机控制连接，密封塞用于将待检玻璃、陶瓷容器5瓶口密封，放电尖端4上部的正极1通过导线与高压电源连接，所述的放电尖端4穿过密封塞3伸入待检玻璃、陶瓷容器5内部，所述的待检玻璃、陶瓷容器5外部设置一外罩2，待检玻璃、陶瓷容器5与外罩2之间形成密封空间，所述的待检玻璃、陶瓷容器5内部为尖端放电空间。

本发明所述的放电尖端4靠近待检测玻璃、陶瓷容器5内壁。

本发明所述的放电尖端4采用放射状尖端。

本发明一种玻璃、陶瓷容器密封性检测方法，由以下步骤组成：

(1)将外罩2接地，连接到高压发生器7负极，将正极1连接到高压发生器正极，确保初始状态高压发生器处于关闭状态；

(2)将正极1和尖端4插入待检测容器内，确保密封塞3和瓶口紧密压合；

(3)开启高压发生器，上升电压值，电压稳定后保持5～10秒观测高压电源的电流数值；

(4)关闭高压电源，取出容器内正极；

(5)当收到开始采集信号，获取数字电流计和声呐传感器信号，直至收到结束信号；

(6)电流信号进行滤波处理，获得测试电流值；声音信号经过FFT变换后滤波，采集特定波段的空气击穿声音的强度和频率值；

(7)将上述三个数字量组成三维数组，作为该待检测容器的特征值采用分类器进行分类，其中分类器的训练可以通过制作样品可以获得无缺陷品的特征值样本和各种缺陷形态样品的特征值样本。

在特征空间里，在一定频率范围内，声音强度越高、电流值越大，则分类器越趋向于分类为该容器存在泄漏缺陷。

本发明的工作原理在于：本发明待检测容器内部、待检测容器与外罩之间形成绝缘的两个空间，当有高压施加在空间时，在玻璃、陶瓷容器的内外壁上形成大量的感应电荷，如果内外空间存在可连接的空隙，则通过该空隙容易被击穿，形成漏电流，从而实现密封性不良的检测。

对于如图1所示的系统，由于尖端电极带有高压电，外罩接地，所以在正负极之间形成“尖板放电”。

(1)正极越尖，越有利于形成尖端放电。

John David Jackson在其著作《经典电动力学》(Classical Electrodynamics)中经过推导证明，对于一个锥角为β的尖端附近的电荷密度σ，有：

σ∝r^-1+v

其中r为表面上的点离尖端的距离，υ为与β有关的常数。当β很小时候，υ→0，所以有：

σ∝r^-1

所以尖端点σ→+∞。

将尖端朝下作为原点放置，竖轴为z轴。取两层等势面，面积分别为S和S+dS。等势面之间无电荷，所以由高斯公式有：

d(E·S)＝0

即：

令ρ代表曲率半径，则原点曲率半径为ρ₀。由于ρ₀很小，通过整理和近似，可得某点A的电场强度E_A、尖端点电场强度E₀近似满足如下公式：

两边积分可得：

由于ln E_A有限，所以E₀→∞。

由流注机理可知，电场强度增加更有助于形成电子崩以至于发展流注产生击穿。所以尖端附近电场最大，而且尖端曲率半径越小则电场越强，更有利于击穿。

(2)玻璃、陶瓷容器上存在导通空气通道时更容易击穿。

当玻璃容器上存在破洞、裂纹等缺陷，等同于存在一个孔道使容器内外空气相导通。当电极与外罩电压恒定时，若击穿无破洞玻璃一般需要电压显著高于击穿空气的电压，如透明石英20℃的击穿电压为4.3×10⁷V/m，而均匀电场下击穿空气需要3.0×10⁶V/m，二者差别明显。所以可以通过在电极和外罩间加适当的电压，观察是否存在击穿放电现象来判别玻璃容器上是否存在破洞、裂纹等缺陷。

(3)电极尖端距离缺陷越近，越容易产生击穿。

由于电极与外罩形状迥异，形成两极之间极不均匀场，其极性效应也很明显。由下图可知，尖板放电击穿电压与距离近似为正比关系，即距离越远击穿电压越高。

所以，为了实现当玻璃、陶瓷容器上存在任意位置的贯穿性破裂，均能够稳定形成击穿，需要注意以下几点：

(1)电极和外罩之间保持适当的高电压，这个电压能够保障空气被击穿，而又不至于导致玻璃或陶瓷击穿；

(2)电压需要保持足够的时间，以使空气击穿放电能够产生并被检测系统探测到；

(3)电极距离破损点尽量靠近。设总击穿距离d＝d₁+d₂+d₃，其中d₁为电极到玻璃或陶瓷内壁破裂处的距离，d₂为玻璃或陶瓷厚度，d₃为玻璃或陶瓷外壁到外罩的距离。由于外罩为沿玻璃或陶瓷形状封闭设置，所以d₂和d₃基本不变，并且不易改变。但由上图可知，d越小，所需要的击穿电压越低，也就越容易形成击穿。所以需要尽可能减少d₁。由于破损位置事先不可知，所以需要电极尽量靠近玻璃或陶瓷内壁各处。但是由先前推导公式可知，曲率半径越小电荷密度越高。所以为了同时达到靠近玻璃或陶瓷内壁和尽量小的曲率半径两个目的，尖端采用放射状结构。

Claims (4)

1.一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置，其特征在于：包括待检玻璃、陶瓷容器、密封塞、放电尖端、高压发生器、数字电流计、声呐传感器、计算机，高压发生器、声纳传感器、数字电流计由计算机控制连接，密封塞用于将待检玻璃、陶瓷容器瓶口密封，放电尖端通过正极和导线与高压电源连接，所述的放电尖端穿过密封塞伸入待检玻璃、陶瓷容器内部，所述的待检玻璃、陶瓷容器外部设置一外罩，待检玻璃、陶瓷容器与外罩之间形成密封空间，所述的待检玻璃、陶瓷容器内部为尖端放电空间。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置，其特征在于：所述的放电尖端靠近待检测玻璃、陶瓷容器内壁。

3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃、陶瓷容器密封性检测装置，其特征在于：所述的放电尖端采用放射状尖端。

4.一种如权利要求1所述的玻璃陶瓷容器密封性检测方法，其特征在于：由以下步骤组成：

(1)将外罩接地，连接到高压发生器负极，将正极连接到高压发生器正极，确保初始状态高压发生器处于关闭状态；

(2)将正极和尖端插入待检测容器内，确保密封塞和瓶口紧密压合；

(3)开启高压发生器，上升电压值，电压稳定后保持5～10秒观测高压电源的电流数值；

(4)关闭高压电源，取出容器内正极；

(5)当收到开始采集信号，获取数字电流计和声呐传感器信号，直至收到结束信号；

(6)电流信号进行滤波处理，获得测试电流值；声音信号经过FFT变换后滤波，采集特定波段的空气击穿声音的强度和频率值；

(7)将上述三个数字量组成三维数组，作为该待检测容器的特征值采用分类器进行分类，其中分类器的训练可以通过制作样品可以获得无缺陷品的特征值样本和各种缺陷形态样品的特征值样本。