CN112638628A - 用于生产包装焊缝的方法 - Google Patents

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CN112638628A CN201980057183.1A CN201980057183A CN112638628A CN 112638628 A CN112638628 A CN 112638628A CN 201980057183 A CN201980057183 A CN 201980057183A CN 112638628 A CN112638628 A CN 112638628A
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Y·莱珀特温
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Abstract

本发明涉及用于连续焊接塑料材料的片材以便制造柔性包装的方法和设备，所述柔性包装例如是管，该方法至少包括以下步骤：‑)相对于焊接设备定位片材；‑)将片材的端接触放置；‑)通过加热、挤压和冷却所述端形成焊接区域；‑)获取与焊缝的厚度成比例的第一时间信号；‑)将第一时间信号变换成第一频率信号，并且定义低频频谱、中频频谱和高频频谱；‑)从低频频谱重构至少一个二次低频信号，以便测量焊缝的厚度。

Description

用于生产包装焊缝的方法
对应的申请
本申请要求2018年9月7日以AISAPACK HOLDING SA的名义提交的在先欧洲申请No.EP 18193142.9的优先权，通过引用将该在先申请的内容全文并入本申请中。
技术领域
本发明涉及包装领域，更具体地涉及通过焊接塑料片材生产的柔性包装。本发明例如可以用于生产旨在用于包装液体或粘性产品的包装管。当然，本发明并不限于生产包装管的这种单一应用，而是可以应用于通过焊接例如由塑料制成的片材来生产物体的其它领域。
背景技术
公报WO2011/012930描述了一种用于焊接由塑料材料制成的、形状为管状的包装的过程。该过程包括以下操作：
-)卷起层压材料期间的卷绕操作；
-)将层压材料的端部彼此相邻布置期间的布置操作；
-)挤出熔融树脂珠并将其沉积在所述端部上期间的挤出操作；
-)借助于所述珠熔化所述端部期间的熔化操作；
-)挤压焊缝区期间的压缩操作；以及
-)冷却焊缝期间的冷却操作。
例如，专利申请EP3292942描述了用于连续检查在包含产品的管的端处的焊缝的密封紧密性的方法和设备。发明EP3292942更具体但不排他地旨在用于将无菌液体或膏状化妆品包装在柔性管状包装中的领域，该管状包装的一端被压平并焊接以确保其被紧密地密封。这种包装使得可以借助通常在其一端处可以再次封闭的开口根据施加到管的压力来分配精确量的所容纳的产品。
发明EP3292942旨在用于以每分钟填充200管的量级的生产速度将这种产品包装在这种包装中的自动包装线。
根据从EP3292942已知的过程的一个实施示例，这种用于包装成管状包装的包装线包括填充工位，在该填充工位处，通过定量给料和填充设备将产品倒入定位在料斗下方的管的开口端中。根据一个实施示例，管位于料斗下方的竖直位置，开口端处于顶部。包装线包括封闭工位，在该工位处，管的开口端通过焊接封闭。根据一个实施方式，该开口端的封闭包括夹紧管的端，然后通过合适的设备将这样夹紧的唇缘焊接在一起。然后将管从包装区排出。
现有技术文件EP3292942的图1示出了在这种操作之后的管(100)的焊接端(110)。该焊接端(110)是与管(100)的端的唇缘的焊接相对应的带肋区域(112)。所述带肋区域(112)在管的整个宽度上延伸通常在5mm至7mm之间的高度。根据一个实施示例，在焊接操作之后，切除在带肋区域的顶端处的多余材料，以便减小所述带肋区域的高度并且改善管的外观。根据一个常见的实施方式，带肋区域的焊接通过带肋夹爪来进行，使得该区域在其大部分表面积上被压花，但是通常包括上面雕刻标识码或法律免责声明的平坦区域(113)。根据其它实施方式，使用没有肋的夹爪，并且所谓的带肋区域是平滑的。
为了降低缺陷焊接的危险，在管的填充水平(111)上方0.5mm至几毫米之间进行夹紧和焊接，由此防止焊接面被所包装的产品污染。
如果容纳在管中的产品是无菌化妆品，则在无菌环境中进行填充。然而，即使在这种填充条件下，也期望焊缝的底端在产品侧尽可能接近管中的产品的水平，使得尽可能少的空气被截留在管内部，以便确保产品被良好地保存。因此，使得焊缝与内部产品的水平齐平，由此增加了焊接界面被产品污染和缺陷焊接的风险。
在这些情况下，如果夹紧部的高度相对于管的填充水平定位较差，则焊接区域可能被产品污染，并且管可能具有密封缺陷。该密封缺陷在最终产品上并不总是可见的，并且在一些情况下，仅当管被最终用户第一次挤压时才变得明显。而且，在给定高生产速度的情况下，则这种缺陷可能在大量的管上反复出现。密封缺陷具有许多原因和结果，例如，由于不良的调节、对焊接夹爪的磨损、焊接或夹紧参数甚至填充参数的误差或漂移，该列表既不是穷举的也不是限制性的。即使密封缺陷不引起泄漏，它也可能导致产品被微生物污染并损害其保存。发明EP3292942旨在通过以非破坏性方式检测在刚刚进行焊接之后的包装管的端盖中的任何密封缺陷，而不减慢生产速度，来解决现有技术的缺点。由此，形成发明EP3292942的主题的过程和设备使得可以丢弃具有这种缺陷的任何管，并且警告包装线的操作者这种缺陷的发生，使得他或她可以采取适当的措施来补救该情况。
文献JP S63253205描述了一种用于检查管的焊接端的过程。在给定焊接端的压花形状和观察到的缺陷的形式(诸如在焊缝中包括产品)的情况下，该现有技术过程不能在高速包装线上可靠地检测本发明所针对的缺陷，并且取决于调节的灵敏度，导致包含缺陷的管被允许通过，或者导致包装线不合时宜地停工。然而，干预无菌包装线是有问题的，并且在干预之后再次启动涉及恢复无菌。为此，发明EP3292942涉及一种用于在管状包装被填充、特别是用无菌产品填充之后检查管状包装的焊接端的密封紧密性的过程，该过程包括以下步骤：
-)在夹紧唇缘之后在管的端上形成第一焊缝，以便产生平滑的跟部；
-)测量所述跟部的厚度。
因此，在EP3292942中，在跟部上方的顶部通过将管的唇缘以压花图案集合在一起而本身焊接之前，当管被夹紧时，第一焊缝被制成尽可能靠近管的内容物。跟部是平滑的，并且具有可预测的厚度，基本上等于管壁厚度的两倍。因此，容易可靠地检查任何焊接缺陷，无论由于在跟部中存在产品而是局部的还是广泛的。
发明EP3292942有利地根据EP3292942中公开的实施方式和变体来实施。
例如，根据EP3292942的一个实施方式，形成本发明主题的过程特别地包括以下步骤：检测跟部在平行于焊缝长度的方向上的厚度变化。
与厚度的确切测量相比，可以更容易且可靠地实施厚度变化的检测，厚度的确切测量也可以根据管状包装的批次而变化。
因此，作为发明EP3292942的主题的过程有利地包括以下步骤，特别是：
-获得所测量部分的厚度变化的可接受极限；
-如果在步骤(iii)期间检测到的厚度变化大于变化的可接受极限，则丢弃该管状包装。
作为EP3292942的过程和设备的结果，有缺陷的管状包装被系统地拒绝。
总之：EP3292942描述了一种用于在包装被填充后检查包装的焊接端的密封紧密性的在线过程，并且该现有技术的发明在于测量管的跟部的厚度以便确保密封紧密性，并且EP3292942允许焊接厚度落在可接受变化之外的包装被拒绝。
然而，在EP3292942中，厚度检查在间歇地向前移动的包装线上进行。厚度在停止阶段期间而不是在分度阶段期间测量。因此，可以在与实验室中进行的测量类似的条件下“静态地”进行测量。因此，从这个观点来看，该公报没有贡献任何改进。
因此，EP3292942不能在机器中生产焊缝的过程期间测量焊缝的厚度，该机器正在操作，产生与该操作有关的干扰噪声。
如果焊缝相对于焊接和测量工具连续移动，则EP3292942不能在生产过程期间测量焊缝的厚度。
在EP3292942所提出的过程中，振动不是问题，因为它们被从两侧同时进行测量的事实抵消。在EP3292942中没有公开振动或噪声的问题，因为它不是问题。
在本申请中，并且如以下更详细描述的，主要问题之一是干扰噪声(振动)的振幅相对于所测量的变化的幅度的问题。由于在根据本发明的构造和实施方式中，不可以从两侧同时测量，因此无法应用在EP3292942中提出的过程。
除了上述现有技术的缺点之外，在连续生产包装的本发明的背景下，在工业生产环境中遇到的要解决的问题具体如下：
-在工业环境中在焊接机上进行准确测量，记住：
ο待测量的信号在与机器的振动相关联并且由机器的操作生成的干扰噪声中丢失。
ο期望的测量准确度大约比与工业环境相关联的干扰噪声的振幅细10倍。
下面描述的本发明中提出的方法使得可以克服上述缺点，并且在连续生产环境中以期望的准确度水平进行期望的测量。
定义和附图标记
1 焊缝
2 片材的端
3 顶层
4 底层
5 功能层
6 焊缝厚度
7 铸造材料
8 焊接界面
9 重叠部
10 主厚薄规
11 主传感器
12 机器的框架
13 气缸
14 配对件
15 测量设备
16 来自主传感器的信号
17 副厚薄规
18 弹簧
19 副传感器
20 来自副传感器的信号
21 加强带
22 焊珠
23 挤出层
发明内容
本发明的一个目的是改进用于生产焊接包装、特别是旨在用于包装液体或粘性产品的包装管的方法和设备。
另一目的是提出方法和设备，这些方法和设备可以在生产期间可靠地用于工业环境中，而不管在这种环境中产生的振动和噪声。
另一目的是提出可以以简单且有效的方式实施的方法和设备。
另一目的是提出可以在现有机器上实施的模块化过程和系统。
本发明所提供的其它目的和解决方案将在以下文本和本发明的实施方式中描述。
本发明特别涉及一种用于以高生产速度连续焊接片材的方法，包括以下步骤：在生产期间测量焊缝的厚度，而不停止机器。分析在该测量期间获得的信号使得可以随后确定焊缝的质量并决定管是否满足质量方面的期望条件。
根据本发明的过程特别地但不排他地旨在用于柔性包装管领域。作为非限制性示例，所讨论的市场细分如下：用于口腔护理市场、化妆品市场、制药领域和食品工业的液体和粘性产品。
焊接过程具体包括以下步骤：
-例如从卷轴上展开印刷片材；
-切割成所需宽度；
-将切割片材成形为管状形状；
-定位待焊接的端；
-加热所定位的端；
-压缩所定位的端；
-冷却；
-可选地再成形；
-测量厚度；
-切割成预定长度，以便获得印刷的管状段。
在随后的步骤中，为了生产包装(例如管)：
-在管肩部处焊接管状段(通过焊接，或通过压缩或注射包覆成型)；
-膜密封；
-加盖。
同样在随后的步骤中，如下填充包装：
-通过仍然打开的端填充；
-焊接跟部，以便形成具有其产品的最终包装。
根据本发明的一个原理，检查焊缝的一些特性有助于确保所述焊缝的质量。由于在生产期间连续地进行检查，因此当焊缝不满足期望的条件时，或者当在某些参数中观察到漂移时，本发明使得可以在生产过程中迅速地作出反应。因此，不必等到完整生产运行结束并且在实验室中测量生产的管的样品，如下所述，本发明的原理在缺陷的情况下从经济的观点看是更加有利的，因为它避免了丢弃整个生产运行，允许一旦观察到漂移和/或缺陷就立即作出反应。
目前，通过检查生产和切割的管来进行监测。具体地，从生产运行去除这种管(例如，分批地)，并且单独地切割和/或测量这些管，以便确定它们是否满足所需的质量条件。然而，这些测试和测量不允许在生产水平上迅速反馈和反应，这意味着在生产机器中存在反应之前可能产生许多有缺陷的管，从而导致大量的废物和废料。停止机器处的生产也是非常昂贵的，并且应该尽可能地避免。
因此，根据本发明的原理，目的是连续地进行在生产期间相关的质量监测，这允许在生产过程中随时间检测到缺陷或漂移的情况下立即作出反应。而且，如在以下描述中说明的，在生产期间永久进行的测量也使得可以检测机器问题。
根据本发明，已经证明，焊缝厚度的稳定性使得可以推断焊缝的稳定性和质量，因此保证焊缝的特性。
作为上述原理的结果，可以得出，测量焊缝的厚度使得可以测量焊缝的稳定性。因此，如果片材的厚度恒定，则恒定的焊缝厚度导致焊缝的恒定压缩率。由于焊缝的压缩对熔融材料的流动有影响，所以焊缝的恒定压缩导致材料的相同流动，因此，焊缝的构造和特性没有变化。
在一个实施方式中，可以接受厚度的小变化，例如在可接受的极限值之间。这些极限值可以预先和/或基于经验和/或学习并且基于例如所使用的材料或待形成的产品来限定。
在焊缝的测量厚度中观察到逐渐漂移的情况下，这指示该漂移与过程中的漂移(例如，过程的某些组成部件的温度升高)相关联，或者该漂移与焊接片材的平均厚度的逐渐变化相关联。为了维持不变的焊缝特性，可以设置阈值，超过该阈值则需要干预。这些干预例如可以在于调节机器的设置。
本发明提供了以下优点：
-更少的废料，因为测量在生产期间连续进行；
-高速生产，因为测量和分析在生产期间直接在生产的物体上连续地进行(即，厚度的测量)，而不需要减慢生产速度；
-生产期间缺陷的实时检测；
-在包装的最终切割操作之前识别有缺陷的包装，并且在随后的生产和填充步骤之前，可以通过分类过程从生产中去除有缺陷的包装。这有助于降低废料的成本；
-检测和立即校正过程中的漂移。这有助于减少废料的量；
-当分析所测量的信号时，能够检测机器中的故障的可能性，这也使得可以迅速地干预生产工具。
本发明有助于提高所生产的质量，尤其是出于以下原因：
-本发明允许相对于最终客户对所生产产品的要求来对所生产的包装的质量进行量化(例如，通过定义从所测量值的公差和偏差导出的标准)而检查100％的所生产的包装。
-由于控制图而保证了焊缝的特性，在控制图上连续地测量焊缝的厚度。
-同时测量焊缝的粗糙度使得可以检测一次性缺陷(灰尘、塑料颗粒等)。
-生产批次和产品的跟踪和追踪。
如上所述，要克服的困难具体如下：
-为了确保一致的焊缝特性所需的准确度源于厚度的非常小的变化，使得测量的准确度必须低于10微米，并且优选地低于5微米。
-期望的测量准确度大约比干扰噪声的振幅精细10倍。
-待测量的厚度变化的幅度在干扰噪声中丢失。
本发明具体涉及一种焊接方法，其中，在生产期间以高于100Hz、优选高于1000Hz的获取频率对焊缝的厚度进行连续地、实时测量，在本发明的背景下，其它值也是可能的。根据本发明，将所测量的原始时间信号变换成频率信号。在该频率信号中，从低频重构至少一个二次信号。优选地，根据一个实施方式，重构三个二次信号：
ο来自低频的低频二次信号；
ο来自中频的中频二次信号；
ο来自高频的高频二次信号。
低频二次信号使用低于f1的频谱从原始信号计算。根据本发明，f1的值高于将对应于每个包装获取一个测量点的Cm/60，并且优选高于将对应于每10mm获取一个测量点的(Cm/60)*(Le/10)；其中：
-f1：是以赫兹为单位的频率
-Cm：是以每分钟包装为单位的机器的速度
-Le：是以mm为单位的每包装的焊缝长度
中频二次信号使用高于f1且低于频率f2的频谱从原始信号计算。根据本发明，频率f2低于将对应于每0.01mm获取一个测量点的(Cm/60)*(Le/0.01)，并且优选低于将对应于每0.03mm获取一个测量点的(Cm/60)*(Le/0.03)；其中：
-f2：是以赫兹为单位的频率
-Cm：是以每分钟包装为单位的机器的速度
-Le：是以mm为单位的每包装的焊缝长度
高频二次信号使用高于f2的频谱从原始信号计算。
二次信号的和等于初始原始信号。
当然，上述值是作为例示性的示例提供的，并且在本发明的上下文中，其他值是可能的。
使用这些二次信号，可以进行以下分析和测量：
-由于厚度变化通常很小并且逐渐发生，因此使用低频二次信号来测量焊缝的厚度；
-因为粗糙度生成比焊缝的厚度变化更高频率的信号，因此使用中频二次信号来测量焊缝的粗糙度；
-高频二次信号用于检测焊接设备和用于获取厚度信号的系统和/或生产机器的异常和/或磨损，因为这种类型的异常生成仍然更高的频率信号。
本发明的这些原理、优点和实施方式在以下描述和附图中详细阐述。
附图说明
图1示出了通过使片材的端重叠而进行管焊接的示例。
图2和图3示出了根据本发明的一个实施方式的在生产机器上测量焊缝厚度的原理。
图4a和图4b描述了用于连续焊接片材的过程，包括焊缝厚度的在线测量。如本申请所述，根据一个实施方式的焊接过程特别包括处理测量厚度信号的阶段，该阶段使得可以获得比与工业环境相关联的干扰噪声精细大约10倍的测量准确度。
图5至图8示出了根据本发明可以产生和测量的焊缝的其它示例。
具体实施方式
图1示出了通过重叠片材(例如层压材料)的端以便生产包装(例如管)而生产的焊缝1的第一示例。这种焊缝构造通常是使用根据本发明的过程测量的焊缝构造的示例。
将层压材料2的端(通常最初是平的)一个放在另一个的顶部上，以形成重叠部9。层压材料通常由至少三层形成，在该例示性示例中，由顶层3、底层4和功能层5(作为阻挡层)形成。被参考为“6”的测量定义了焊缝的厚度(将根据本发明的原理测量)，附图标记“7”示出了焊接之后的铸造材料，附图标记“8”指示端之间的焊接界面。
包装的焊缝特性对包装的强度和密封紧密性以及被包装产品的保护和保存具有第一量级的影响。由于这些原因，在包装生产工厂中对这些焊缝进行检查受到了极大的关注。检查点通常涉及焊接界面8和功能层5的端的封装。该封装使得可以防止所述层5与被包装产品接触，并且还有助于限制由包含在包装中的部件在层5与层4之间的界面处的扩散所引起的片材2分层的风险。为了确保功能层5的封装，焊接操作(包括加热、压缩和冷却待组装的端2)具有在压缩期间产生来自层压材料的层3和4的熔融材料流的效果，以便产生覆盖层5的端的铸造材料7的积聚。由于焊接操作通过以恒定速度移动片材2通过焊接过程的部件来进行，并且所有参数保持恒定(加热、压力、冷却)，因此所产生的焊缝原则上变化很小。焊缝1的特性的一致性尤其取决于过程的稳定性和层压材料的特性。
本发明尤其在于连续测量焊缝的单个参数(即，厚度6)，以便保证焊缝的所有特性。根据该思想，焊缝厚度的稳定性保证了焊缝的特性的稳定性，并且相反地，焊缝的特性的变化对焊缝的厚度具有影响。该原理仅在连续测量焊缝厚度时适用。例如，如果测量的焊缝厚度增加，这意味着焊缝被较少地压缩，因此铸造材料7的量减少。焊缝的厚度可能由于许多原因而增加，例如，重叠部9的增加、或者实际上层压材料的厚度的增加、或者实际上递送到层压材料以使其熔化的能量的减少、或者实际上压缩压力的减少。因此，通过测量单个参数(诸如焊缝的厚度6)，测量焊缝的特性的一致性和整个焊接过程的稳定性。类似的推理可以应用于焊缝厚度6的减小，这也可能导致焊缝特性的降低，例如，过大量的铸造材料7导致最终产品外观的缺陷。
因此，本发明特别地但不排他地在于首先建立用于产生满足所有质量准则的焊缝的过程，然后测量焊缝在生产期间的厚度变化。所测量厚度6的变化幅度用于连续实时地评估和判断焊缝的质量。
焊缝1的厚度测量需要高度准确，以便能够间接实时检查所述焊缝的特性稳定性。基于从生产线取得统计样品并利用实验室设备测量所述样品的现有检查方法使得可以获得准确且可再现的测量。经验表明，当焊缝的压缩率在±2.5％的范围内时，焊缝的特性稳定性得到保证。例如，对于250微米的层压材料厚度，5％的压缩率变化对应于25微米的焊缝6的厚度变化。为了检测1％量级的压缩变化并将焊缝的压缩控制在5％的范围内，需要比5微米更精细的测量准确度。作为本发明的结果，可以在以高生产速度生产并生成损害所进行的测量的准确度的干扰信息的生产机器的工业环境中在线地获得该测量准确度。
在附图中，通常且系统地，所示的片材的生产和移动方向垂直于所例示附图的平面。
图2示出了用于实施根据本发明的过程并测量焊缝厚度的设备(例如模块)的实施方式。
例如，层压材料是图1所示的层压材料，并且端2在焊缝1区域中重叠。设备包括主厚薄规10，例如轮，该主厚薄规在片材移动的同时在焊缝1上方移动，以便测量所述焊缝的厚度。为此，模块还包括主传感器11，例如感应(或等效物，例如光学)传感器，该传感器借助于信号16测量轮10的竖直移动。感应传感器允许进行0.1微米量级的高准确度测量。然而，如下所述，传感器11所测量的信号在噪声中丢失，该噪声的振幅为10微米至20微米的量级，即，100倍于测量传感器的固有准确度、5至10倍于所需的准确度。可以使用其它类型的传感器，例如光学传感器或使用另一合适技术的传感器。轮10安装在气缸13上，该气缸本身安装在机器12的框架上。形成测量基础参考的配对件14位于片材下方。当机器停止以改变构造时，气缸13允许升高主厚薄规10。一些干扰噪声与生产机器、特别是配对件14的振动相关联。当制造管状体时，所述配对件14是焊接成型器的形式，层压材料绕该焊接成型器卷绕。所述焊接成型器在其一端处紧固到框架12，并且长达数米。该焊接成型器还靠在驱动带上，该驱动带在测量设备15处或其附近移动层压材料。所有这些元件具有在配对件14中生成显著振动的效果，这在测量传感器15处产生大量噪声。这些干扰生成干扰噪声，干扰噪声的振幅比期望的测量准确度高大约10倍。本发明使得可以使用包含在信号中的所有信息，以便：
-准确地测量焊缝6的厚度；
-检测焊缝处的灰尘形成或局部厚度变化；
-控制测量传感器的获取链的质量；
-并且最终建立设备的某些零件的磨损和质量的诊断。
图3示出了用于测量焊缝6的厚度的设备的另一实施方式。在该实施方式中，系统能够进行相对于未焊接的层压材料层的厚度的相对测量。
为此，测量设备或模块包括与图2的测量设备类似的测量设备，即传感器10(例如轮)、发出信号16的主传感器11(例如光学传感器)和将传感器10保持在焊缝上的弹簧18。该测量系统不是安装在机器12的框架上，而是安装在副测量设备上，该副测量设备包括应用在层压材料的端(例如端2)的副厚薄规17(诸如轮)、发出二次测量信号20的副传感器19(例如光学传感器)。该副系统通过气缸13与框架相关联，并且副传感器19也安装在框架上。14仍然是参考配对件。包括2个传感器11和19的测量设备允许测量层压材料2的厚度和焊缝的厚度6。当层压材料的厚度显著变化时，该设备特别有利。测量层压材料的厚度使得尤其可以计算焊缝的压缩率，即使层压材料的厚度变化，该压缩率也应当保持恒定。
该实施方式允许通过使用来自各个厚薄规的信号进行焊缝相对于未焊接的层压材料的厚度的相对测量。在层压材料2的厚度变化非常小并且可以认为是恒定的情况下，可以使用没有传感器19的测量设备。用于测量焊缝厚度的该简化设备使得可以从测量中去除与配对件14的振动相关联的干扰噪声。另一方面，简化设备不允许诊断配对件14和在所述配对件中产生振动的设备的零件。
当然，本发明的实施方式中描述的传感器(厚薄规、光学传感器)可以使用与所提及的技术不同的适当技术，以便进行它们所需的测量。
图4a和图4b以框图的形式示出了根据本发明的过程的实施方式。
在第一步中，准备焊接过程。准备步骤通常包括例如以下一系列操作(以非限制性方式)：
-展开被包装成卷的层压材料；
-根据要生产的管的直径和重叠部9的宽度来调节层压材料的宽度；
-将层压材料与焊接过程对齐。
在第一步中可以进行生产期望产品所需的其它操作，例如印刷操作、热处理操作或实际的纹理化操作。
接着，将层压材料定位用于焊接，即：
-相对于焊接设备定位片材；
-将片材的端放置为接触；
例如，定位层压材料的操作在于围绕焊接成型器卷绕层压材料，以便形成圆柱体。
接着，通过加热、压缩和冷却层压材料的端形成焊接区域；
然后加热、压缩和冷却层压材料的端。
加热操作尤其在于至少熔化待焊接的界面。有许多加热方法可以使用，例如，使用传导、对流或辐射原理的加热方法。可以使用许多直接或间接加热技术，例如热空气、热垫、电磁感应或辐射。
压缩焊缝的操作可以与加热操作同时进行或在加热操作之后进行。在大多数情况下，为了保证焊缝质量，压缩操作是必需的。压力不足可能导致焊接界面中夹杂空气、以及分子缠结不足，这导致焊缝强度降低。如图1所示，压缩焊缝的操作也允许层压材料的阻挡层的端被封装。
接着，冷却焊缝。冷却焊缝的操作在加热和冷却操作之后。在某些情况下，冷却操作也与加热和压缩操作同时发生。例如，为了在焊接操作期间保护层压材料的印刷面，保持层压材料的印刷面与冷工具接触同时加热界面并压缩焊缝可能是有利的。
冷却之后且在图4a中示出的操作在于获取对应于焊缝厚度的信号。该信号被称为原始信号，因为其由于干扰噪声而处于不可用状态，干扰噪声的振幅比期望的测量准确度高大约10倍。该信号用如例如图2或图3所示并且上面描述的设备来测量。
周期性地，将原始信号重构为至少一个二次信号。优选地，该时段对应于过程和生产设备的特性时段。有利地，该时段与机器的生产速度相关联，并且优选地，该时段与包装的生产速度相关联。由此，借助于图2或图3中描述的测量设备以不间断的方式获取信号；然而，优选地在与一个或多个包装的生产时间相对应的时间间隔期间测量的点集中分析信号。当然，在本发明的上下文中，可以以其它方式进行获取和分析。
在本公开的下文中，将描述处理将被称为原始信号的该点集的过程。有利地，由于该处理操作以包装的生产速度进行，因此可以在生产期间起作用，以便从生产中去除任何有缺陷的包装或对任何漂移起作用。
在一个实施方式中，原始信号至少被重构为一个低频二次信号。在另一实施方式中，原始信号被重构为两个二次信号：低频二次信号和中频二次信号或高频二次信号。在另一实施方式中，原始信号被重构为三个二次信号，即低频二次信号、中频二次信号和高频二次信号。
用于通过频率分析来变换和重构时间信号的方法是已知的，并且广泛用于信号处理中。这些方法基于已知的数学工具，例如傅立叶变换，并使用从其导出的算法。因此，方法在于将原始时间信号变换成频率信号。然后，将原始信号的频谱解构成若干部分，至少解构成两部分，并且优选地解构成分别形成低频、中频和高频频谱的三部分。使用低频频谱以便(通过逆变换)重构被称为低频二次信号的时间信号。类似地，中频频谱用于重构中频二次时间信号，并且高频频谱可以用于获得高频二次时间信号。
图4b示出了在将原始信号重构为二次信号之后进行的操作序列。
基于低频二次信号，以高准确度水平推导出焊缝的厚度的测量。首先，通过将主厚薄规10(例如轮)放置在配对件14的顶面上(例如相对于该表面)来校准系统。接着，将主厚薄规10应用于焊缝的表面(参见图2)，并且可由主传感器11及其信号16确定厚度，该信号将以与厚度成比例的方式变化。接着，在生产期间，厚薄规10连续地跟随焊缝的表面，并且该测量提供原始信号。在该原始信号中，由于在焊缝厚度中存在的任何变化是逐渐的并且具有小幅度，因此它们形成将在变换中获得的原始信号的低频分量。优选地，低频信号从原始信号的较低f1的频谱获得。根据本发明，f1的值高于将对应于每个包装获取一个测量点的Cm/60，并且优选高于将对应于每10mm获取一个测量点的(Cm/60)*(Le/10)；其中：
-f1：以赫兹为单位的频率
-Cm：以每分钟包装为单位的机器速度
-Le：以mm为单位的每包装的焊缝长度
低频二次信号可用于以细于10微米且优选细于5微米的准确度测量焊缝的厚度。
中频二次信号使用高于f1且低于频率f2的频谱从原始信号计算。根据本发明，频率f2低于将对应于每0.01mm获取一个测量点的(Cm/60)*(Le/0.01)，并且优选低于将对应于每0.03mm获取一个测量点的(Cm/60)*(Le/0.03)；其中：f2：以赫兹为单位的频率；
-Cm：以每分钟包装为单位的机器速度
-Le：以mm为单位的每包装的焊缝长度
中频二次信号使得可以测量焊接的粗糙度，并且特别地，可以检测可能在焊接区域中发生的一次性缺陷，诸如源自包装或生产设备的细颗粒。这些细颗粒产生局部厚度变化，并且可能由层压材料与焊接设备之间的磨损引起。
高频二次信号使用高于f2的频谱从原始信号计算。高频信号的分析用于建立厚度测量设备和生产设备的正确操作的诊断。高频二次信号的振幅的增加可以指示例如由传感器测量的原始信号的电磁干扰或实际上对生产设备的磨损。
最后，低频二次信号用于确定焊缝厚度的测量值。根据本发明的一个实施方式，准确度细于10微米，优选细于5微米。
本发明的第一实施方式在于以每分钟200管的生产速度生产长度为180mm的管状体。焊接的层压材料具有300微米的厚度，并且焊接区域形成2mm的重叠部。获取频率为2000Hz。在该示例中：
-)f1的值等于300Hz，并且
-)f2的值等于600Hz。
本发明的第二实施方式在于以每分钟100管的生产速度生产长度为80mm的管状体。焊接的层压材料具有250微米的厚度，并且焊接区域形成1.5mm的重叠部。获取频率为2000Hz。在该示例中：
-)f1的值等于66Hz，并且
-)f2的值等于133Hz。
在一个实施方式中，因此也确定中频二次信号。该信号可用于检测和表征焊缝中的一次性缺陷，诸如改变表面状况并因此在测量期间被检测的灰尘或塑料聚集体。
图4b以框图的形式示出了在测量分析期间的过程的步骤。
首先，当进行测量并获取信号时，从低频信号确定厚度值。如果该值不在预定公差内，则在切割之后，将从生产批次中拒绝和丢弃所述包装。低频信号的公差通常从焊缝的压缩率计算。对应于16％的压缩率的250微米厚的层压材料和420微米的期望焊缝厚度可以作为示例。压缩率中的可接受的变化幅度可以被认为是6％。因此，低频二次信号的下公差等于405微米(对应于19％的压缩率)，而上公差等于435微米(对应于13％的压缩率)。通常，低频二次信号的公差被限定为使得焊缝的压缩率的变化低于10％，并且优选地低于5％。这些值取决于层压材料的性质和组成。一些层压材料由于其制成材料和焊接设备的流变行为而难以压缩；为此，公差的选择需要根据所使用的层压和焊接过程在逐个情况的基础上进行调节。如果该值落在预定公差内，则可以进行到可选的第二步骤，即测量焊缝的粗糙度的步骤。为此，从中频二次信号确定粗糙度值。如果粗糙度值不在所需公差内，则在切割之后，将从生产批次中拒绝和丢弃所述包装。当然，如果在第一步骤(焊缝厚度检查)期间已经认为包装是不符合的，则不必执行该第二粗糙度测量。这是时间和资源的浪费，因为在任何情况下都将拒绝该包装。
中频二次信号的公差优选地小于+/-5微米，并且有利地小于+/-3微米。将阈值调节到+/-3微米使得可以实时地从生产批次中去除其中检测到大于3微米的灰尘或粗糙度缺陷的所有包装。如果粗糙度值在公差内，则仍然可以推断和分析高频二次信号中的噪声，该噪声与生产机器的操作相关联。如果该噪声不在所需和/或预定的公差内，则这意味着机器不能正确地运行并且需要修理/调节。
高频二次信号的公差的调节取决于焊接设备、其生产速度及其总体状况。高频二次信号还给出获取用于测量焊缝厚度的原始信号的获取链的质量的指示。根据本发明，高频二次信号是用于诊断生产设备和获取链两者的诊断工具。对于以每分钟100个包装的速度生产的新的生产设备，对应于20m/min量级的线性焊接速度，所选择的公差低于+/-80微米，优选低于+/-40微米。
如果噪声在公差(例如，预定值)内，则接受包装的焊接，并且可以进行到生产包装的其它步骤。
在一个变型中，在分析期间，可以仅考虑焊缝厚度参数，而不考虑粗糙度或机器噪声，并且仅基于该单个准则来决定包装的符合。
在另一变型中，可以仅考虑三个准则中的两个(厚度和粗糙度或机器噪声)。
准则数量的该选择可以由所生产的产品的类型和所述产品的范围(奢侈品或底部范围产品)来确定。
尽管图4b中的图示出了连续发生的步骤，但是很明显，可以并行地进行对二次信号的分析和计算，以便优化处理信息所需的时间。
在这些图中，为了提供图4a与图4b之间的联系，示出了带圈的附图标记“A”和“B”。例如，在图4a的最后操作或步骤之后，即“将原始信号解构为二次信号”之后，过程进行到图4b的第一操作或步骤，即“通过使用低频二次信号来推断焊缝的厚度”。
类似地，在图4b中，在操作“从生产批次中丢弃包装”(参见图4b的右手侧)中，圆圈附图标记“B”指示返回到图4a中的相同圆圈附图标记“B”并且指示对机器调节和准备参数的动作，特别是对定位和/或加热和/或压缩和/或冷却的动作。这些步骤已经在上面详细描述。
图5至图8示出了可以利用本发明的原理生产和测量的焊缝的其它示例。
图5示出了通过重叠两个端2而产生的焊缝，图6示出了具有覆盖焊接界面8的加强带21的对接焊缝，图7示出了具有焊珠22的另一对接焊缝，并且图8示出了具有挤出层23的搭接焊缝。本发明的原理可以应用于所有这些组件构造、以及其它构造，以便根据以上公开内容测量焊缝6的厚度。
本申请中描述的实施方式作为例示性示例描述，并且不应被认为是限制性的。其它实施方式可以使用例如与所述的设备等效的设备。根据情况，实施方式也可以彼此组合，或者在一个实施方式中使用的过程的设备和/或步骤可以在另一个实施方式中使用。因此，例如，提供数值作为例示性示例，并且其它值是可能的，这取决于实施方式和所生产的产品(产品本身、产品范围等)。

Claims (14)

1.一种用于连续焊接塑料材料的片材以制造柔性包装的方法，所述柔性包装例如是管，该方法至少包括以下步骤：
-相对于焊接设备定位所述片材；
-将所述片材的端接触地放置；
-通过加热、挤压和冷却所述端形成焊接区域；
-获取与焊缝的厚度成比例的原始时间信号；
-将所述原始时间信号变换成主频率信号，并且定义低频频谱、中频频谱和高频频谱；
-从所述低频频谱重构至少一个二次低频信号；以及
-使用所述低频二次信号以比10微米并且优选地5微米更精细的准确度测量所述焊缝的所述厚度，使得所述测量的准确度比所述干扰噪声的振幅精细大约10倍。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原始信号还从所述中频频谱重构为中频二次信号，所述中频二次信号用于检测所述厚度的突然变化和/或所述焊缝中的一次性缺陷，例如改变表面状况的灰尘或塑料聚集体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述原始信号还从所述高频频谱重构为高频二次信号，所述高频二次信号用于表征在其环境中的焊接设备。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述原始信号的获取频率大于100Hz。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述原始信号的获取频率大于1000Hz。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述低频二次信号从所述原始信号的低于f1的频谱获得，f1大于Cm/60，其中，
-f1：是以赫兹为单位的频率，
-Cm：是以每分钟包装为单位的机器的速度。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，f1大于(Cm/60)x(Le/10)，并且其中，
-f1：是以赫兹为单位的频率，
-Cm：是以每分钟包装为单位的机器的速度，
-Le：是以mm为单位的每包装的焊缝长度。
8.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述中频二次信号在位于所述低频二次信号(f1)与频率f2之间的频谱中，f2小于(Cm/60)*(Le/0.01)，其中，
-f2：是以赫兹为单位的频率，
-Cm：是以每分钟包装为单位的机器的速度，
-Le：是以mm为单位的每包装的焊缝长度。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，f2小于(Cm/60)*(Le/0.03)，其中，
-f2：是以赫兹为单位的频率，
-Cm：是以每分钟包装为单位的机器的速度，
-Le：是以mm为单位的每包装的焊缝长度。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述高频二次信号在比所述中频二次信号的范围高的频谱中。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，包括用于校准所述焊缝的所测量的厚度的校准步骤。
12.一种用于实施根据前述权利要求1至11中的任意一项所述的方法的设备，所述设备包括用于成形和焊接/压缩/冷却用于制造柔性包装的柔性片材的装置，所述柔性包装例如是管，所述设备还包括用于测量焊缝的厚度并获取与所述厚度成比例的原始信号的装置、用于变换所述原始信号并将其重构为至少一个低频二次信号并通过使用所述二次信号中的一个来确定所述焊缝的所述厚度的装置。
13.根据前述权利要求12所述的设备，其中，用于测量所述焊缝的所述厚度的所述装置包括在所产生的焊缝上移动的至少一个厚薄规(10)。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述设备包括在所述焊接区域外部在所述片材上移动的第二厚薄规(17)。
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