CN113272635A - 一种高压泄漏检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种泄漏检测系统，包括测试接口，该测试接口包括被构造成限制包裹和使包裹旋转的旋转支架。测试接口包括柱塞装置，该柱塞装置被构造成在使用高压泄漏检测(HVLD)装置检查包裹之前和/或期间驱动柱塞以向包裹施加压力。测试接口还包括控制器，该控制器被构造成操作测试接口并协调测试接口的操作以及HVLD装置的操作。

Description

一种高压泄漏检测系统和方法
技术领域
本发明涉及用于高压泄漏检测的系统和方法。
背景技术
高压泄漏检测(HVLD)是用于检查泄漏的新兴技术之一。HVLD的工作原理是向非导电包裹或容器内的导电物质施加高压电势。当在包裹内的物质和 HVLD电极之间检测到放电时，就可以确定存在缺陷。例如，HVLD测试过程可包括一组电极以扫描包含流体的密封包裹。该组电极之间存在电流或电压则表明包裹封闭件破裂，这可能是由于存在裂纹、针孔或密封缺陷所致。
发明内容
在一个实施例中，一种泄漏检测系统包括测试接口，该测试接口包括被构造成限制包裹和使包裹旋转的旋转支架。测试接口包括柱塞装置，该柱塞装置被构造成在使用高压泄漏检测(HVLD)装置检查包裹之前和/或期间驱动柱塞以向包裹施加压力。测试接口还包括控制器，该控制器被构造成操作并协调测试接口的操作以及HVLD装置的操作。
在另一个实施例中，一种用于高压泄漏检测(HVLD)检查的测试接口包括被构造成限制包裹和使包裹旋转的旋转支架。测试接口包括柱塞装置，该柱塞装置被构造成在使用HVLD装置检查包裹之前和/或期间驱动柱塞以向包裹的止动件施加压力。该止动件被构造成适配于包裹内并密封包裹的开口。
在另一个实施例中，一种用于高压泄漏检测(HVLD)检查的方法包括提供 HVLD装置，该HVLD装置被构造成使用检查电极和检测电极来对包裹进行检查。该方法包括提供测试接口，该测试接口包括旋转支架和柱塞装置。该方法包括将包裹安装在测试接口上，其中，该包裹包括被构造成适配于包裹内并密封包裹的开口的止动件。该方法包括使用旋转支架旋转包裹并使用柱塞装置向止动件施加向内方向的压力。该方法还包括使用HVLD装置检查包裹。
发明内容仅用于总结一些示例性实施例，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。因此，应当理解，上述示例不应被解释为以任何方式缩小本发明的范围或精神。通过下文结合附图进行详细描述，其他示例、实施例、方面和优点将会变得显而易见。
附图说明
图1示出了示例性测试接口的透视图，该示例性测试接口包括柱塞装置和限制注射器的旋转支架；
图2示出了图1的测试接口的俯视图，该测试接口包括柱塞装置和限制针式注射器的旋转支架；
图3示出了示例性测试接口的透视图，该示例性测试接口包括被构造成一体件的柱塞装置和旋转支架；
图4示出了图3的测试接口的俯视图，
图5示出了泄漏检测系统的示意图，该泄漏检测系统包括测试接口和HVLD 装置
图6示出了使用图5的泄漏检测系统进行HVLD检查的示例性方法；以及
图7(a)和7(b)示出了使用图5的泄漏检测系统来检查包裹的示例过程的示意图。
具体实施方式
本发明不限于本申请中描述的特定实施例，这些实施例仅用于对各个方面进行说明。在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多修改和变化，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。根据下文描述，除了本文列举的方法之外，在本发明范围内的功能等效方法对于本领域技术人员而言是显而易见的。这种修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。本文中使用的术语仅出于对特定实施例进行描述的目的，并不旨在进行限制。
本发明涉及用于高压泄漏检测(HVLD)的系统和方法，例如由美国包装检测技术有限公司(Packaging Technologies and Inspection,LLC)制造。在一些示例中，该系统和/或方法寻求减小可检测缺陷尺寸和/或提高HVLD检测的可靠性。检查电极之间存在电流或电压可表明包裹封闭件破裂，这可能是由于裂纹、针孔或密封缺陷所致。然而，在检测较小缺陷或部分填充缺陷方面存在挑战。例如，缺陷可能太小或至少部分被非导电物质填充，使得包裹内的流体无法形成通过较小缺陷或至少部分填充缺陷的电流通路。因此，即使存在缺陷，也无法检测到电流或电压，从而导致泄漏检测不准确或不可靠。
在一个示例中，当进行HVLD检查以检测由橡胶止动件密封的1毫升(mL) 预充式注射器(PFS)肩部处的2微米(pm)激光钻孔缺陷时，可能无法准确检测到该PFS的肩部处的缺陷。尤其，注射器内部的一层硅可能会凝结该缺陷，导致检测不准确。因此，本文描述的系统和方法被构造成克服上述缺点。本文描述的系统和方法可包括在HVLD检查之前和/或期间对包裹或止动件施加压力。如果存在缺陷，则增加的内部压力可有助于使流体通过缺陷排出，从而提高 HVLD检查的可靠性和准确性。
图1示出了根据本发明实施例的被构造成向包裹12施加压力的示例性测试接口10的透视图。测试接口10可包括旋转支架14，旋转支架14被构造成限制包裹12和使包裹12旋转。测试接口10可包括柱塞装置16，柱塞装置16被构造成在使用高压泄漏检测(HVLD)装置检查包裹12之前和/或期间驱动柱塞18 以接触包裹12并向包裹12施加压力。在一些示例中，柱塞18在HVLD测试之前立即接触包裹12并向包裹12施加压力。
包裹12可具有任何合适的形状并且可由任何合适的非导电材料(例如，聚合物、玻璃、陶瓷、复合材料等)制成，以在包裹12内容纳流体20。在所示实施例中，包裹12是具有第一远端24和第二远端26的注射器22，并且包括止动件28，止动件28被构造成适配于注射器22内并密封注射器22的开口30。止动件30可由任何合适的非导电材料制成，并且可以是与注射器22的内表面形成紧密的过盈配合并密封开口30的任何合适的形状。例如，止动件30可以是具有圆柱形形状的橡胶止动件，其直径基本等于或略大于开口30的直径。止动件30的直径可略大于开口30的直径以与开口30形成过盈配合。
在图示的实施例中，旋转支架14包括被构造成限制注射器22的限制器32 和构造成使注射器22旋转的旋转机构33。旋转机构33可包括一个或多个轴34，轴34耦接到由马达驱动的驱动轴36。旋转机构33还可包括一个或多个辊筒38，辊筒38被设置为围绕一个或多个轴34的至少一部分。当注射器22被旋转支架 14限制时，注射器22搁置在限制器32和一个或多个轴34上(例如，与一个或多个辊筒38接触)。一个或多个轴34的纵向方向基本上平行于测试接口10的纵向方向或扫描方向40。
在一些实施例中，限制器32可包括配合接口42，以从第二远端26限制注射器22。配合接口42可以具有与注射器22的第二远端26一致的形状，以安放第二远端26并限制注射器22在纵向方向40上的任何运动。例如，配合接口42 可包括凹槽或槽部以安放注射器22的第二远端26处的径向突出部，使得注射器 22可沿第一旋转方向44或第二旋转方向46旋转，但是当注射器22被旋转支架 14限制时，注射器22无法在纵向方向40上移动。在一些实施例中，配合接口 42可由任何合适的材料制成或包括涂层以在注射器22旋转时降低配合接口42 和注射器22之间的摩擦。
驱动器轴36可耦接到马达并且被构造成驱动一个或多个轴34沿第一旋转方向44或第二旋转方向46旋转。一个或多个辊筒38被构造成与一个或多个轴34 一起旋转(例如，一个或多个辊筒38以不可旋转方式耦接到一个或多个轴34) 并接触注射器22以驱动注射器22的旋转.辊筒38可以是与轴34紧密配合的环或O形环。辊筒38可由任何合适的材料制成，例如橡胶和聚合物，以提供足够的摩擦力以驱动注射器22的旋转。
进一步地，一个或多个辊筒38和注射器22被构造成沿相反方向旋转。例如，沿第一旋转方向44旋转的一个或多个轴34和一个或多个辊筒38驱动注射器22 沿第二旋转方向46旋转，反之亦然。
柱塞装置16可包括柱塞18和执行器50，执行器50被构造成驱动柱塞18 以向包裹12(例如，注射器22)施加压力。在图示的实施例中，柱塞18包括在远端52处的端部执行器60，端部执行器60被构造成接触注射器22，并且柱塞 18还包括推杆54，推杆54耦接至执行器50以将端部执行器60向注射器22移动和远离注射器22移动。柱塞18可以可拆卸方式耦接到执行器50。柱塞18可以是导电柱塞或非导电柱塞，并且可由任何合适的材料制成，例如金属、金属合金、聚合物、陶瓷、复合材料或它们的任何组合。柱塞18的远端52的尺寸适于接触注射器22的第二远端26并对其施加压力。例如，柱塞18的远端52的直径或特征长度可小于注射器22的开口30的内径。柱塞18的远端52可具有任何合适的形状和任何合适的尺寸。例如，柱塞18的远端52可具有任何合适的形状和尺寸，以向包裹12提供合适的压力或力。在一些实施例中，柱塞18的远端52 的直径或特征长度可为约5毫米(mm)至约7毫米、约5.5毫米至约6.5毫米、约5.8毫米至约6.2毫米、约6.1毫米、或约6.0毫米。
执行器50可以是线性执行器，以驱动柱塞18沿第一或向内方向56上朝向包裹12移动或沿第二或抽出方向58远离包裹12移动。执行器50可以是任何合适类型的执行器，包括但不限于气动执行器、螺线管执行器和动力螺杆。
在一些实施例中，柱塞18可包括在远端52处的端部执行器60。端部执行器60可被构造成与包裹12接触并使包裹12旋转。例如，端部执行器60可包括轴承62或任何其他合适的机构，其以不可旋转方式耦接到远端52并且以可旋转方式耦接到推杆54。当端部执行器60与包裹12(例如，注射器22)接触时，端部执行器60(例如，远端52和轴承62)与包裹12一起旋转。在其他示例中，远端52不与包裹12一起旋转，例如，远端不与可旋转轴承62连接，并且在向包裹12施加压力之后且在测试接口10开始旋转包裹12或继续旋转包裹12之前远离包裹12移动。测试接口10还可包括任何合适的安装特征66，以使得测试接口10能够耦接到HVLD装置或与HVLD装置(例如光轨)接合。
在操作中，执行器50驱动柱塞18以接触包裹12的第二远端26。施加在包裹12上的压力由所施加的力除以包裹12和柱塞18之间的接触面积而预先确定。所施加的压力可使增加包裹12(例如注射器22)的内部压力。例如，沿向内方向56施加到止动件28的压力可使止动件28压缩和/或可使包裹12内部的流体 20和/或空气向包裹12的内表面施加压力(例如，向外的压力、剪切应力)。这些内部压力可清除堵塞的缺陷和/或有助于流体20流过缺陷，从而提高HVLD检查的可靠性和准确性，甚至可以检测到非常小的缺陷。
在一些实施例中，如图2所示，包裹12可以是针式注射器70，包括筒体72、针头74和针头盖76。图2示出了被测试接口10限制的针式注射器70的俯视图。在图示的实施例中，针式注射器70搁置在一个或多个轴34的顶部。筒体72被限制器32限制。例如，筒体72的径向突出边缘安放于配合接口42(例如，凹槽或槽部)，使得针式注射器70可沿第一旋转方向44或第二旋转方向46旋转，但是即使柱塞18向止动件28施加压力，针式注射器70也无法沿纵向方向40 移动。
在一些示例中，旋转支架和柱塞装置可构造为一体件。图3示出了被测试接口10限制的包裹12(例如，针式注射器70)的透视图，测试接口10具有形成为一体件的旋转支架14和柱塞装置16。在图示的实施例中，针式注射器70被限制器32限制并且被旋转机构33耦接/限制。旋转机构33可包括旋转器80，旋转器80被构造成沿第一旋转方向44或第二旋转方向46限制针式注射器70和使针式注射器70旋转。限制器32可被构造成允许针式注射器70以非常低或基本为零的摩擦力轻易旋转。旋转器80、限制器32或两者可构造成限制针式注射器70沿纵向方向40移动。
在一些实施例中，可以省去限制器32，并且旋转器80被构造成限制包裹12 和使包裹12旋转(例如，针式注射器70)。
图4示出了被测试接口10限制的包裹(例如，针式注射器70)的俯视图，并且柱塞18由执行器50驱动以接触设置在筒体72内部的止动件28并对其施加压力。柱塞18的远端52的直径或特征长度小于筒体72的内径。远端52插入筒体72以对止动件28施加压力。
测试接口10可以与任何合适的HVLD装置结合使用，从而有助于提高 HVLD检查的可靠性和准确性。图5为示出了泄漏检测系统90的图，泄漏检测系统90包括测试接口10、HVLD装置92和控制器94，控制器94以可操作且可通信的方式耦接到测试接口10和HVLD装置92。
控制器94可被构造成操作测试接口10并协调测试接口10的操作与HVLD 装置92的操作。在一些实施例中，控制器94还可被构造成操作HVLD装置92。控制器94可包括任何合适的处理器(例如，微处理器、MOSFET、IGBT等)和存储器。控制器94可包括任何合适的用户界面和/或显示器，以允许用户编程和 /或提供输入以控制测试接口10的操作、HVLD装置92的操作或两者的操作。例如，控制器94可接收来自用户的指令或者可被预编程以按照某些程序或预定程序对包裹12进行检查。
HVLD装置92可以是任何合适的泄漏检测电路或装置，以对包裹12进行泄漏检查。在图示的实施例中，HVLD装置92可包括扫描仪95(例如，E-ScanTm)，扫描仪95包括检查电极96和检测电极98以检查包裹12。检查电极96和检测电极98被构造成靠近和/或接触包裹12的相对侧并且扫描整个包裹12(例如，在图1至图4中的纵向方向或扫描方向40)，以对包裹12进行检查。
图6示出了使用泄漏检测系统90检查包裹的方法100。本文所论述的步骤可由控制器94控制和执行。方法100可包括提供HVLD装置(102)，该HVLD 装置被构造成使用包括检查电极和检测电极的扫描仪来检查包裹。例如，步骤102可包括提供HVLD装置92，HVLD装置92可包括具有检查电极96和检测电极98的扫描仪95。
方法100可包括提供测试接口(例如，测试接口10)(104)，并且可包括将包裹(例如，包裹12)安装在测试接口上(106)。测试接口10可被定向/定位在HVLD装置92附近以允许进行检查，或者可使用安装特征66耦接到HVLD 装置92。
方法100可包括将包裹安装在测试接口10上(106)。在一些实施例中，步骤106可包括将包裹12(例如，注射器22、针式注射器70)安装在旋转支架14 的限制器32以及一个或多个轴34上。在一些实施例中，步骤106可包括将包裹 12(例如，注射器22、针式注射器70)安装在旋转支架14的旋转器80和/或限制器32上。包裹12可包括止动件(例如，止动件28)，该止动件被构造成适配于包裹12内并密封包裹12。包裹12预先填充有流体(例如，流体20)。
方法100可包括使用旋转支架14沿第一旋转方向44或第二旋转方向46并以任何合适的速度旋转包裹12(108)。
方法100可包括在测试之前和/或测试期间向包裹12施加压力(110)。例如，步骤110可包括驱动柱塞18以沿纵向方向40移动，从而接触包裹12(例如，止动件28)并向其施加压力。所施加的压力可以是基于止动件28的尺寸、包裹12的尺寸、止动件28和包裹12的内表面之间的配合和/或摩擦力、止动件 28的机械特性、包裹12的机械特性、柱塞18的尺寸或大小、柱塞18和止动件 28之间的接触面积、或它们的组合的预定值。在一些实施例中，该压力可大于第一阈值，以充分压缩止动件28和/或包裹12内的流体或空气。该压力可小于可能导致包裹12变形或破裂的第二阈值。在一些实施例中，该压力可小于可能导致止动件28发生位移的第三阈值。在一些实施例中，施加到包裹12或止动件 28的力为约15牛顿(N)或约187.5千帕(kPa)。在一些实施例中，向止动件 28施加足够的力，以保持止动件28的1个肋或更少的运动。
方法100可包括使用HVLD装置92检查包裹12(112)。图7(a)和图7 (b)示出了步骤112的示例性过程的示意图。例如，步骤112可包括移动检查电极96和检测电极98以在包裹12的相对侧上靠近或接触包裹12，并且将检查电极96和检测电极98移动穿过包裹12的所需检查部分。(参见例如图7(a) 和图7(b))。检查电极96和检测电极98可沿纵向或扫描方向40移动。检查电极96和检测电极98可以基本相同的速度一起移动或可以不同的速度移动。所需检查部分可包括止动件28和/或包裹12的任何其他部分。
在一些实施例中，步骤112可包括检查止动件28(参见例如图7(a))以及检查包裹12的其余部分(参见例如图7(b))。检查止动件28可包括移动柱塞18的导电端部执行器60靠近或接触止动件28，移动检查电极96靠近或接触端部执行器60，移动检测电极98靠近或接触包裹12，并且当止动件28在检查电极96和检测电极98之间时进行HVLD测量(参见例如图7(a))。检查包裹12的其余部分可包括移动检查电极96以在检测电极98的相对侧靠近或接触包裹12，以基本相同的速度移动检查电极96和检测电极98穿过整个包裹12 (例如，从第二远端26到第一远端24)并同时进行HVLD测量(参见例如图7 (b))。在一些实施例中，柱塞18(例如，端部执行器60)可在检查包裹12 之前移动离开止动件28或从止动件28缩回。
在一些实施例中，向包裹施加压力(步骤110)可在检查包裹(步骤112) 之前和/或检查包裹期间进行。在一些实施例中，方法100可包括当向包裹施加压力(步骤110)时旋转包裹(步骤108)。例如，柱塞装置16可包括带有轴承 62的端部执行器60，以使端部执行器60能够与包裹12(例如，止动件28)一起旋转，同时保持与包裹的接触。在一些实施例中，方法100可包括在未施加压力的情况下，旋转包裹(步骤108)(例如，步骤108和步骤110不同时发生)。
在非限制性示例中，方法100可包括以下按所述顺序的步骤:
(a)旋转包裹12；
(b)停止包裹12的旋转，移动导电柱塞18(例如，端部执行器60)以接触止动件28，移动检测电极98以接触包裹12，移动检查电极96以接触柱塞18，并且当止动件28在检查电极96和检测电极98之间时进行HVLD测量(参见例如图7(a))；
(c)旋转包裹12，同时将柱塞18从包裹12缩回并移动检查电极96以在检测电极98的正对侧接触包裹12；
(d)在包裹12旋转并进行HVLD测量的同时，以基本相同的速度将检查电极96和检测电极98从第二远端26移动到第一远端24(参见例如图7(b))；以及
(e)停止包裹12的旋转并缩回检查电极96和检测电极98。
本领域技术人员将理解，对于本文公开的所述过程和方法以及其他过程和方法，可以按不同顺序实现在这些过程和方法中执行的功能。进一步地，所概述的步骤和操作仅作为示例，其中的一些步骤和操作可以是可选的，可以组合成更少的步骤和操作，或者在不偏离所公开的实施例的本质的情况下，扩展为额外的步骤和操作。

Claims (20)

1.一种泄漏检测系统，包括：
测试接口，所述测试接口包括：
旋转支架，所述旋转支架被构造成限制包裹和使所述包裹旋转；
柱塞装置，所述柱塞装置被构造成在使用高压泄漏检测(HVLD)装置检查所述包裹之前和/或期间驱动柱塞以向所述包裹施加压力；以及
控制器，所述控制器被构造成操作所述测试接口并协调所述测试接口的操作与所述HVLD装置的操作。
2.根据权利要求1所述的泄漏检测系统，其中，所述旋转支架和所述柱塞装置为一体件。
3.根据权利要求1所述的泄漏检测系统，其中，所述柱塞装置被构造成向所述包裹的止动件施加所述压力，所述止动件被构造成适配于所述包裹内并密封所述包裹的开口并随着所述包裹旋转。
4.根据权利要求1所述的泄漏检测系统，其中，所述柱塞装置包括端部执行器，所述端部执行器被构造成与所述包裹接触并与所述包裹一起旋转。
5.根据权利要求1所述的泄漏检测系统，其中，所述柱塞包括金属、金属合金、聚合物、陶瓷、复合材料或它们的任何组合。
6.根据权利要求1所述的泄漏检测系统，其中，所述柱塞为导电柱塞。
7.根据权利要求1所述的泄漏检测系统，其中，所述柱塞装置包括用于驱动所述柱塞的线性执行器，所述线性执行器包括气动执行器、螺线管执行器或动力螺杆。
8.一种用于高压泄漏检测(HVLD)检查的泄漏测试接口，包括：
旋转支架，所述旋转支架被构造成限制包裹和使所述包裹旋转；以及
柱塞装置，所述柱塞装置被构造成在使用HVLD装置检查所述包裹之前和/或期间驱动柱塞，以向所述包裹的止动件施加压力，其中，所述止动件被构造成适配于所述包裹内并密封所述包裹的开口。
9.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，其中，所述旋转支架和所述柱塞装置为一体件并且包括用于从所述包裹的远端旋转所述包裹的旋转机构。
10.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，其中，所述旋转支架和所述柱塞装置为两个独立的部件，并且所述旋转支架包括耦接到一个或多个辊筒的旋转轴，所述辊筒被构造成与所述包裹接触并使所述包裹旋转。
11.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，其中，所述柱塞装置包括端部执行器，所述端部执行器被构造成与所述包裹接触并与所述包裹一起旋转。
12.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，其中，所述柱塞包括金属、金属合金、聚合物、陶瓷、复合材料或它们的任何组合。
13.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，其中，所述柱塞为导电柱塞。
14.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，其中，所述柱塞装置包括用于驱动所述柱塞的线性执行器，所述线性执行器包括气动执行器、螺线管执行器或动力螺杆。
15.根据权利要求8所述的泄漏测试接口，包括控制器，所述控制器被构造成操作所述测试接口并协调所述测试接口与所述HVLD装置的操作。
16.一种泄漏检测(HVLD)检查方法，包括：
提供HVLD装置，所述HVLD装置被构造成使用包括检查电极和检测电极的扫描仪来检查包裹；
提供测试接口，所述测试接口包括旋转支架和柱塞装置；
将所述包裹安装在所述测试接口上，其中，所述包裹包括止动件，所述止动件构造成适配于所述包裹内并密封所述包裹的开口；
使用所述旋转支架旋转所述包裹；
使用所述柱塞装置沿向内方向向所述止动件施加压力；并使用所述HVLD装置检查所述包裹。
17.根据权利要求16所述的方法，包括在检查所述包裹之前和/或检查所述包裹期间施加所述压力。
18.根据权利要求16所述的方法，包括当施加所述压力时旋转所述包裹。
19.根据权利要求16所述的方法，包括在未施加所述压力的情况下，旋转所述包裹。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，检查所述包裹包括检查所述止动件和检查所述包裹的其余部分。
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