DE102006057597A1

DE102006057597A1 - Prüfmaschine für Verpackungsmaterial

Info

Publication number: DE102006057597A1
Application number: DE102006057597A
Authority: DE
Inventors: Steven Antonacci
Original assignee: I C TECHNOLOGIES Inc; Ic Technologies Inc
Current assignee: I C TECHNOLOGIES Inc; Ic Technologies Inc
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US20080212086A1

Abstract

Vorrichtung zum optischen Untersuchen eines transparenten oder halbtransparenten Werkstücks, das aus einem Material mit einer bekannten, vorherbestimmten optischen Absorptionseigenschaft besteht, enthaltend ein Lichtenergie übertragendes Modul mit mindestens einem darin angeordneten Lichtenergie übertragenden Element zum Übertragen von Lichtenergie mit einer auf die bekannte, vorherbestimmte Absorptionseigenschaft abgestimmten Frequenz und entlang einer vorherbestimmten Achse und einen Träger zum sicheren Einrasten des Werkstücks und zu dessen Positionierung in der Bahn der vorherbestimmten Achse und ein Lichtenergiesammelmodul mit einem auf die bekannte, vorherbestimmte Absorptionseigenschaft durchgestimmten Filter und mindestens einen darin enthaltenen Lichtenergiesensor, wobei der Träger zwischen dem Lichtenergie übertragenden Modul und dem Lichtenergiesammelmodul positioniert ist.

Description

Verweis auf ähnliche Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-amerikanischen schwebenden Patentanmeldung Nr. 60/597,505, die am 6. Dezember 2005 eingereicht wurde.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Materialprüfmaschinen, und insbesondere Maschinen, die verwendet werden, um transparentes oder halbtransparentes Verpackungsmaterial auf bestimmte Arten von Fehlern zu untersuchen, bevor das Verpackungsmaterial befüllt wird.

2. Beschreibung des Stands der Technik

In bestimmten Industrien (z. B. pharmazeutische Industrie) ist es nötig, dass das Verpackungsmaterial, in dem das Produkt an den Verbraucher geliefert wird, auf Fehler untersucht wird, bevor die Inhalte in der Verpackung verschlossen werden. Die Food and Drug Administration hat zum Beispiel Herstellern von Pharmazeutika empfohlen, das Deckel- und Bodenmaterial der Verpackung, in dem Arzneimittel enthalten sind, vor der Endmontage auf eventuelle Fehler zu untersuchen, wie zum Beispiel mikrometergroße Nadellöcher, welche die Sterilität und Unversehrtheit des Produkts beeinträchtigen könnten. Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung, I.C. Technologies, Inc., in DeWitt, New York, vertreibt die INTELLISCAN Nadelloch-Detektormaschine, die Nadellochuntersu chungen an folienartigem (oder anderem nicht-transparentem) Deckel- und Bodenmaterial ausführt, das für pharmazeutische Verpackungen verwendet wird. Stark vereinfacht erklärt funktioniert der INTELLISCAN-Detektor, indem er Verpackungsmaterialbahnen zwischen einer Licht-emittierenden Station und einer Lichtsammelstation hindurchlaufen lässt, wobei jegliches Licht, das tatsächlich durch das Folienmaterial hindurchdringt, von der Sammelstation erkannt werden würde, wobei die resultierenden Daten an eine Alarmvorrichtung übertragen werden würden, welche die Anzeige liefern würde, dass in dem Material ein Nadelloch vorhanden war (die Prämisse ist, dass das Licht nicht durch das folienartige Material hindurchdringen würde, wenn dort kein Loch wäre).

Für nicht-transparentes Verpackungsmaterial sind zwar aktuelle Untersuchungsmethoden des Stands der Technik bekannt, aber es bleibt der Bedarf an Untersuchungswerkzeugen, die Fehler in transparenten bzw. halbtransparenten Materialien wie zum Beispiel PVC und PVDC nachweisen. Außerdem ist mit bereits vorhandenen Werkzeugen auch das Nachweisen von Fehlern in den Seitenwänden von Luftpolster-/Blisterverpackungen nicht möglich.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Ein Hauptziel und Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Materialprüfvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, bestimmte Arten von Fehlern in transparenten und halbtransparenten Materialien nachzuweisen.

Ein weiteres Ziel und ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Materialprüfvorrichtung bereitzustellen, die Fehler in Seitenwänden der Luftpolster-/Blisterverpackungen nachweisen kann.

Ferner ist es ein Ziel und ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Materialprüfvorrichtung bereitzustellen, die es erlaubt, die Untersuchung mit hohen Geschwindigkeiten durchzuführen, wobei die Ergebnisse optisch in Echtzeit angezeigt werden.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind teils offenkundig und teils erscheinen sie nachstehend.

Gemäß der vorstehend genannten Ziele und Vorteile sieht die vorliegende Erfindung eine Maschine zur optischen Untersuchung eines transparenten oder halbtransparenten Werkstücks vor, das aus einem Material mit einer bekannten, vorher festgelegten optischen Absorptionseigenschaft besteht, umfassend ein Lichtenergie übertragendes Modul mit mindestens einem darin angeordneten Lichtenergie übertragenden Element zum Übertragen von Lichtenergie mit einer auf die bekannte, vorher festgelegte Absorptionseigenschaft abgestimmten Frequenz und entlang einer vorher festgelegten Achse; einen Träger zum sicheren Einrasten des Werkstücks und zu dessen Positionierung in der Bahn der vorher festgelegten Achse; und ein Lichtenergiesammelmodul mit einem Filter, das entsprechend der bekannten, vorher festgelegten Absorptionseigenschaft eingestellt ist, und mindestens einen darin enthaltenen Lichtenergiesensor, wobei der Träger zwischen dem Lichtenergie übertragenden Modul und dem Lichtenergiesammelmodul positioniert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung lässt sich besser erfassen und verstehen durch Lesen der folgenden detaillierten Be schreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Blockdiagramm ist, das schematisch die Komponenten und die Wechselbeziehungen in der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine erste perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung ist, in der die Abdeckung von dem Lichtübertragungsmodul entfernt ist;
4 eine zweite perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung ist, in der die Abdeckung von dem Lichtübertragungsmodul entfernt ist;
5 eine Vorderansicht der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine Vorderansicht der graphischen Benutzeroberfläche ist, die zu der vorliegenden Erfindung gehört;
7 eine Draufsicht des Lichtübertragungsmoduls ist;
8 eine Seitenansicht des emittierenden Elements ist, das ein Teil des Lichtübertragungsmoduls ist;
9 eine Draufsicht des Lichtsammelmoduls ist;
9A eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4A-4A von 9 ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen stets auf gleiche Teile verweisen, ist eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Maschine zum Durchführen von Untersuchungen eines transparenten oder halbtransparenten Werkstücks 12 zu sehen. Die Maschine 10 umfasst im Wesentlichen ein Lichtenergie übertragendes Modul 100, ein Lichtenergiesammelmodul 200, und eine Werkstückträgerplatte 300, die zwischen dem Übertragungsmodul 100 und dem Sammelmodul 200 positioniert ist.
Um die Bedeutung der Elemente zu verstehen, welche die vorliegende Erfindung umfassen, ist es zunächst wichtig, die Materialeigenschaften zu kennen, die einem typischen Werkstück zugehörig sind, das der von der Maschine 10 gewährten Untersuchungsfunktionalität ausgesetzt wird. Das Werkstück 12 ist ein durchsichtiges oder transparentes, generisches, thermogeformtes Verpackungsmaterial, wie zum Beispiel u.a. PVC oder PVDC, das bekannte, vorher festgelegte Lichtenergieabsorptionseigenschaften beinhaltet, und das gewöhnlich in der pharmazeutischen Verpackungsindustrie verwendet wird. Das Werkstück 12 hat eine vorher festgelegte Breite und kann flach sein oder ein Muster aus gleichmäßig beabstandeten Blasen/Hohlräumen 14 haben (in die zum Beispiel eine Tablette oder Kapsel eingekapselt werden kann, die Seitenwände 16 beinhalten. Um die Unversehrtheit und Reinheit des im Werkstück 12 verpackten Produkts zu gewährleisten, muss das Werkstück 12 untersucht werden, um sicherzustellen, dass es keine Nadellöcher, Risse, geplatzten Stellen oder sonstigen Qualitätsmängel aufweist, wie zum Beispiel ungleichmäßige Dicke der Wände, welche die Hohlräume 14 definieren.
Die Maschine 10 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, so aufgebaut, dass das Lichtübertragungsmodul 100 sich entlang einer horizontalen Achse A-A erstreckt, das Lichtsammelmodul 200 sich entlang einer zweiten horizontalen Achse B-B erstreckt, die sich in beabstandeter, paralleler Relation unter der Achse A-A befindet, und sich der Werkstückträger 300 mit der oberen Fläche des Sammelmoduls 200 deckt und sie dadurch zwischen dem Übertragungsmodul 100 und dem Sammelmodul 200 platziert. Das Lichtübertragungsmodul 100 beinhaltet mindestens ein und vorzugsweise eine Vielzahl von Lichtübertragungselemente 102, die jeweils Lichtenergie entlang einer sich zumindest im Wesentlichen vertikal erstreckenden Achse X-X übertragen, die sich mit dem Werkstückträger 300 und dem Lichtsammelmodul 200 kreuzt. Ein Beispiel für ein Lichtübertragungselement 102, das mit der vorliegenden Erfindung funktionieren würde, ist der von Hawkeye Technologies vertriebene IR-12 Parabolreflektor oder der von Ion Optics unter dem Markennamen MarkIR vertriebene Tunable IR (einstellbar).
Der Werkstückträger 300 beinhaltet ein Paar Führungen 302, die jeweils in seitlich beabstandeter Relation zueinander und entlang der Oberfläche des Lichtsammelmoduls 200 verschiebbar einzustellen sind. Die Führungen 302 sind manuell durch eine Strecke voneinander beabstandet, die annähernd dieselbe ist wie die Breite des Werkstücks 12, so dass sie mit den Seitenkanten des Werkstücks verrasten, wenn dieses durch die Maschine 10 läuft. Wenn also das Werkstück 12 von einer Rolle (oder einem anderen Träger) herunterfällt, wird es in linear gesteuerter Relation zwischen dem Lichtübertragungsmodul 100 und dem Lichtsammelmodul 200 verfahren, so dass es optisch auf Fehler untersucht wird.
In den 1, 2, 3 und 4 beinhaltet das Lichtübertragungsmodul 100 Lichtübertragungselemente 102, die in diesem untergebracht sind, sowie einen Mikrocontroller (oder eine speicherprogrammierbare Steuerung, digitale Signalprozessoren, Komparatoren, und dergleichen) 104 und einen Verstärker 106, vorzugsweise einen Transimpedanz-Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor (je nach der Anzahl der Bereiche, die an einem Werkstück 12 untersucht werden), und eine geregelte Spannungsversorgung 108. Ein PC 110 kann mit einem Mikrocontroller 104 zusammengeschaltet werden, der ferner optionale Datenerfassungskarten zum Ankoppeln von E/A-Signalen beinhalten kann (einschließlich jener Signale, die für Materialdicke, Materiallöcher/-brüche, mehrfachen Bereichsalarm, analoge Schwellen für Empfindlichkeit und Fernblockierung der Empfindlichkeit stehen). Außerdem ist auch eine graphische Benutzeroberfläche 112 vorgesehen. Die graphische Benutzeroberfläche 112 sieht eine MMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle) vor, um einzelne Bereichsmerkmale in Echtzeit, Materialeigenschaften und Eingangsempfindlichkeit graphisch anzuzeigen, und um in der Lage zu sein, Benutzerbefehle zum Festlegen von Alarmgrenzwerten, graphischen Display-Optionen, und dergleichen zu empfangen.
In 8 beinhalten die Lichtübertragungselemente 102 eine einstellbare Infrarot-Quelle 114 (oder eine Anordnung von Quellen), und ein Fenster, eine Linse und/oder einen Parabolreflektor 116 zum Fokussieren des Lichts auf dem Werkstück 12. Die emittierte Lichtenergie wird so gelenkt, dass sie einen oder mehrere Bereiche des Werkstücks 12 umfasst, wenn sie am Werkstückträger 300 entlang fließt. Da das emittierte Licht optische Eigenschaften hat, die zu der Absorptionseigenschaft des Werkstücks 12 passen, fließt jegliches Licht, das nicht von dem Werkstück 12 absorbiert wird, für die Verarbeitung zu dem Lichtsammelmodul 200, wie es nachstehend beschrieben wird.
Das Lichtsammelmodul 200 beinhaltet eine obere Fläche mit einem durchsichtigen Fenster 201, in dem positioniert sind: ein Infrarot-(optisches) Bandpassfilter 202, das so eingestellt ist, um nur Licht mit Frequenzen durchzulassen, die zu der Absorption des Werkstücks 12 passen, eine Fresnel-Linse (oder ein äquivalentes Fokussierelement) 204, die neben dem Filter 202 positioniert ist, und eine photovoltaische infrarote oder photoleitende Sensoranordnung 206, die unterhalb der Linse 204 angebracht ist und einen InAs-Detektor beinhaltet (alternative Detektormaterialien sind unter anderem HgCdTe, MCT, Pbs, PbSe, PZT, Silizium und InSb, je nach IR-Bereich, der erkannt werden muss). Jegliche Lichtenergie, die nicht von dem Werkstück 12 absorbiert wird, gelangt zu dem Modul 200, und wenn die Energie die optischen Eigenschaften hat, die zu den Absorptionseigenschaften des Werkstücks 12 passen, fließt die Energie durch das Filter 202 (jegliche äußere Energie, die nicht zu den Absorptionseigenschaften des Werkstücks passt, gelangt nicht durch das Filter 202). Von dort wird die Energie durch die Linse 204 kollimiert, welche die Energie auf einen Sensor 206 fokussiert. Der Sensor empfängt die Energie und leitet ein Signal, das für das Energieniveau steht, zurück an den Mikrocontroller 104 zur Verarbeitung (die Energie kann verarbeitet und auf der graphischen Benutzeroberfläche GUI 108 in Echtzeit graphisch dargestellt werden, und wenn sie einen vordefinierten Grenzwert überschreitet, kann ein Alarm ausgelöst und eine beliebige Abhilfe-schaffende Maßnahme ergriffen werden). Zusätzlich zu dem Vorangehenden kann ein optionales thermoelektrisches Kühlgerät zur Vergrößerung der Empfindlichkeit der Einheit enthalten sein, sowie ein zweiter Transimpedanz-Verstärker mit ho hem Verstärkungsfaktor, um das Signal zu verstärken, bevor es zu dem Mikrocontroller 104 für die Verarbeitung kommt.

Claims

Vorrichtung zum Untersuchen eines Werkstücks auf Fehler, umfassend: a) ein Lichtenergie übertragendes Modul zum Übertragen von Lichtenergie mit einer vorher festgelegten Frequenz; b) ein Lichtenergiesammelmodul, das ein auf die vorherbestimmte Frequenz durchgestimmtes Filter und mindestens einen Lichtenergiesensor zum Nachweisen von Energie mit der vorher festgelegten Energie enthält; und c) einen Träger, der in der Bahn der übertragenen Lichtenergie zwischen dem Lichtenergie übertragenden Modul und dem Lichtenergiesammelmodul positioniert ist, um das Werkstück sicher einzurasten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtübertragungsmodul ein Licht emittierendes Element umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Licht emittierende Element eine Infrarotlichtquelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtenergiesammelmodul ferner eine Linse umfasst, die so positioniert ist, dass sie das übertragene Licht auf das Filter fokussiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Mikrocontroller, der mit dem Lichtenergie übertragenden Modul und dem Lichtenergiesammelmodul zusammengeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Mikrocontroller so programmiert ist, dass er ermittelt, ob die von dem Lichtenergie übertragenden Modul übertragene Lichtenergie das Lichtsammelmodul erreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die von dem Lichtenergie übertragenden Modul übertragene Lichtenergie im Infrarot-Spektrum ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Werkstück eine sich bewegende Verpackungsmaterialbahn umfasst.
Vorrichtung zum Untersuchen eines sich durch die Vorrichtung bewegenden Werkstücks auf Fehler, umfassend: a) ein Lichtenergie übertragendes Modul, das ein Licht emittierendes Element zum Übertragen von Lichtenergie mit einer ausgewählten Frequenz enthält; b) ein Lichtenergiesammelmodul, das ein Filter enthält, das so einstellbar ist, dass es nur Licht mit der ausgewählten Frequenz erlaubt, durchzukommen, sowie mindestens einen Lichtenergiesensor zum Nachweisen von Energie mit der ausgewählten Frequenz; und c) einen Träger zum sicheren Einrasten der Kanten des Werkstückes, wenn es sich durch die Vorrichtung bewegt, und zum Positionieren des Werkstücks in der Bahn der übertragenen Lichtenergie zwischen dem Lichtenergie übertragenden Modul und dem Lichtenergiesammelmodul; e) einen Mikrocontroller, der mit dem Lichtenergie übertragenden Modul und dem Lichtenergiesammelmodul zusammengeschaltet ist, und der so programmiert ist, dass er ermittelt, ob die vom Lichtenergie übertragenden Modul übertragende Lichtenergie das Lichtenergiesammelmodul erreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Mikrocontroller so programmiert ist, dass er die Frequenz der Lichtener gie auswählt, die vom Lichtenergie übertragenden Modul übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Mikrocontroller so programmiert ist, dass er die Frequenz der Lichtenergie auswählt, die von dem Filter gefiltert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Mikrocontroller so programmiert ist, dass er die Frequenz der Lichtenergie auswählt, die von dem Sensor nachgewiesen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Lichtenergie, die von dem Lichtenergie übertragenden Modul übertragen wird, so ausgewählt ist, dass sie in das Infrarot-Spektrum fällt.
Verfahren zum Untersuchen eines Werkstücks auf Fehler, umfassend die folgenden Schritte: Übertragen von Licht mit einer vorherbestimmten Frequenz; Positionieren des Werkstücks in der Bahn des übertragenen Lichts; Filtern von jeglichem übertragenen Licht, das mit der vorherbestimmten Frequenz durch das Werkstück hindurch kommt; und Ermitteln, ob Licht von dem gefilterten Licht, das durch das Werkstück hindurchgeht, die vorherbestimmte Frequenz hat.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner enthaltend den Schritt des Auswählens der vorher festgelegten Frequenz vor dem Übertragen von Licht mit der vorher festgelegten Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner enthaltend den Schritt des Durchstimmens des Filterns von jeglichem übertragenen Licht auf die vorher festgelegte Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner enthaltend den Schritt des Konfigurierens des Nachweisens des gefilterten Lichts auf die vorher festgelegte Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner enthaltend den Schritt des Signalisierens des Nachweises von gefiltertem Licht auf eine für Menschen erkennbare Weise.